王飞龙 杜晓峰 汤国民 何俊辉 燕 歌

(1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459; 2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司中海油实验中心 天津 300452)

石臼坨凸起位于渤海海域中北部，是渤海海域勘探起步最早的地区之一，也是最重要的含油气区带之一,经过40余年的勘探历程，已累计发现三级油气储量超过5×108t。20世纪70年代初古潜山勘探阶段，在该凸起东段发现了428小型潜山油田；20世纪末浅层构造勘探阶段，在该凸起浅层新近系先后发现了秦皇岛32-6、南堡35-2两个亿吨级油田,由于秦皇岛32-6油田是渤海海域新近系发现最早的大型油田，自此石臼坨凸起新近系地层成为渤海油田的勘探重点[1]；进入21世纪，该凸起实施构造-岩性深浅复合立体勘探，又陆续发现了秦皇岛33-1、秦皇岛35-2、秦皇岛36-3等多个大中型油气田和秦皇岛27-2含油气构造；2010年以后精细勘探挖潜阶段，又发现了秦皇岛29-2、秦皇岛33-1S两个亿吨级油田群和秦皇岛27-3、秦皇岛28-2含油气构造，并在南堡35-2、秦皇岛33-1S油田围区持续有滚动发现。

前人围绕石臼坨凸起开展了大量研究，主要包括储层研究[2-3]、油源分析[4-7]和成藏规律[8-10]等三类，但主要集中在油气成藏条件及控制因素方面。由于石臼坨凸起油气田发现多、历时长、分布广，对于油气来源和成因的认识主要来源于某单一油田的油源对比分析，尚未进行系统的梳理和对比，因此，加强系统的原油地球化学特征及成因研究对于该地区现阶段油气精细勘探是非常必要的。本文系统分析了石臼坨凸起各油田和含油气构造的原油地球化学特征，并在此基础上开展了油-源关系判识与原油成因类型划分，从而为该地区下一步勘探提供了科学依据。

1 区域地质概况

石臼坨凸起是一个东西向长期继承性的宽缓凸起，面积约1 000 km2，被渤中凹陷、南堡凹陷和秦南凹陷等3个生烃凹陷所环绕，可分为西部、中部和东倾末端等3个部分[9-10]，其中凸起西部紧邻南堡凹陷，由边界断裂控制而形成陡坡带，主要包括南堡35-2油田；凸起中部整体呈现北倾南翘的构造特征，南部为长期继承性活动的边界断裂与渤中凹陷相连，部分地区深入渤中凹陷腹地，主要包括秦皇岛32-6、秦皇岛33-1、秦皇岛27-2/3油田；东倾末端南、北两侧被长期继承性活动的边界断裂所夹持，形成地垒构造形态，被渤中凹陷和秦南凹陷所环绕，主要包括秦皇岛35-2、秦皇岛36-3和秦皇岛29-2油田(图1)。

图1 石臼坨凸起区域概况及油田分布图

石臼坨凸起在渐新世中期以前盆地断陷期基本处于隆升剥蚀状态，仅在凸起两端局部地区沉积古近系沙河街组。渐新世末期盆地拗陷期在中生界火山岩基底上残留了较薄的古近系东二段(Ed2)，厚度25～150 m。新近纪裂后热沉降期沉积了较厚的新近系馆陶组(Ng)和明化镇组(Nm)以及第四系[11]，其中馆陶组发育沉积厚层砂砾岩、砂岩夹薄层泥岩的辫状河沉积，有利于油气横向运移；明化镇组发育泥岩与砂岩不等厚互层的河流-浅水湖泊相沉积，砂岩含量约为30%，储盖组合较好，特别是明下段(NmL)发育浅水三角洲沉积，在空间上易构成洪泛泥岩与水下分流河道砂体的良好储盖组合，有利于岩性圈闭的形成，因此成为主要含油气层系。研究表明，石臼坨凸起东倾末端依附边界断裂形成了深浅复合油气藏，油气在古近系沙二段(Es2)、沙一段(Es1)、东营组(Ed)和新近系馆陶组、明化镇组均有分布，但以古近系为主[12]。

2 原油基本性质

2.1 原油物性

石臼坨凸起不同构造位置油田原油物性差异较大(表1)，凸起西部油田原油主要产层是NmL，密度为0.942～0.974 g/cm3，黏度为194～3 260 mPa·s，含蜡量为2.5%～6.37%，含硫量为0.25%～0.48%，属于含蜡、低硫、重质油。凸起中部油田原油主要产层也是NmL，密度为0.937～0.970 g/cm3，黏度为199～1 310 mPa·s，含蜡量为2.51%～6.37%，含硫量为0.23%～0.47%，也属于含蜡、低硫、重质油；凸起东倾末端油田原油主要产层包括Ed2、Es1、Es2，密度为0.811～0.868 g/cm3，黏度为1.93～8.98 mPa·s(为凸起区最低)，含蜡量10.85%～25.22%(为凸起区最高)，含硫量为0.04%～0.14%(为凸起区最低)，属于高蜡、低硫、中—轻质原油。

表1 石臼坨凸起原油物性特征

2.2 原油族组成

原油族组成中蕴含了丰富的地球化学信息，饱和烃、非烃和沥青质含量的高低与烃源岩类型、生物降解、原油成熟度等密切相关。一般而言，烃源岩成熟度低会造成原油中饱和烃含量低而非烃和沥青质含量高，遭受生物降解同样也会造成原油中饱和烃含量降低而非烃和沥青质含量增高[13]。

石臼坨凸起西部油田与凸起中部油田原油族组成相当(图2)，饱和烃含量分别为36.16%～45.39%和37.07%～46.48%，芳烃含量分别为21.95%～25.75%和19.35%～29.66%，饱和烃/芳烃分别为1.42～2.07和1.28～2.40，“非烃+沥青质”含量分别为20.20%～36.91%和20.60%～29.76%，与一般原油相比，饱和烃含量稍偏低，芳烃含量略微偏高，而“非烃+沥青质”含量则偏高较多，显示为典型的稠油特征，这主要由生物降解作用造成。而石臼坨凸起东倾末端油田原油族组成含量差异明显，饱和烃含量为57.61%～72.25%(远高于凸起西部和中部)，芳烃含量为10.00%～19.70%(略低于凸起西部和中部)，饱和烃/芳烃为2.92～7.23(变化范围大，高于凸起西部和中部)，“非烃+沥青质”含量为9.00%～20.20%(变化范围大，低于凸起西部和中部)，这是由于更高成熟度的原油混入和未遭受生物降解共同造成的。

图2 石臼坨凸起原油族组成相对含量三角图

3 原油地球化学特征

3.1 正构烷烃化合物及植烷系列特征

一般来看，饱和烃组成中正构烷烃化合物含量最高，占据各类化合物的绝大部分；同时，不同碳数的正构烷烃通常可用来分析原油母源的类型、形成环境、热演化程度及次生变化等地质情况[13-14]，是原油分析的重要参数。

从石臼坨凸起已发现原油饱和烃质量色谱图来看，凸起西部原油(NB35-2-B井)总离子流程图(TIC)上正构烷烃轻烃组分几乎全部损失殆尽，并且未可分辨化合物(Unresolved Complex Compounds，UCM)基线隆起，呈现一定高度的“鼓包”(图3)，说明原油遭受了严重的生物降解作用。石臼坨凸起中部原油(QHD33-1S-B井、QHD27-3-A井)

图3 石臼坨凸起原油饱和烃色质TIC图、萜烷和甾烷质量色谱图

正构烷烃轻烃组分存在较大程度的损失，且UCM“鼓包”明显，说明原油遭受了强烈的生物降解作用；另外，正构烷烃具有较为明显的双峰形态，同时QHD27-3-A井NmL存在两期含烃包裹体，镜下呈现为黄褐色，石英颗粒内部为第1期，颗粒缝隙为第2期(图4)，说明中部地区原油存在明显的二次充注特征。石臼坨凸起东倾末端南部原油(QHD36-3-A井)正构烷烃为完整的单峰态中峰型，基线平直，说明原油没有遭受生物降解作用，碳数主要分布在nC13与nC35之间，其主峰碳为nC20；而东倾末端北部原油(QHD29-2-B井)正构烷烃为微弱双峰态中前峰型，基线平直，没有遭受生物降解作用，但碳数主要分布在nC11与nC34之间，其主峰碳分别为nC17和nC20，说明原油中混入了一期成熟度相对较高的原油。

图4 QHD27-3-A井含烃包裹体特征(1 459 m NmL)

对于植烷系列，通常选取Pr/nC17、Ph/nC18、Pr/Ph等参数来反映生源沉积环境、热演化程度和次生变化等[13]。石臼坨凸起西部、中部原油Pr/nC17值主要分布在1.43～9.27，Ph/nC18值主要分布在1.01～15.28(图5)，说明原油遭受了明显的生物降解作用。石臼坨凸起东倾末端南部原油Pr/nC17值主要分布在0.29～0.43，Ph/nC18值主要分布在0.26～0.38，而北部原油Pr/nC17值主要分布在0.41～0.42，Ph/nC18值主要分布在0.50～0.62，说明凸起东倾末端原油虽未遭受生物降解，但反映出北部原油成熟度高于南部地区。由于石臼坨凸起西部和中部地区原油遭受生物降解作用强烈，Pr/Ph值不能反映该地区原油生源特征，而凸起东倾末端原油未遭受生物降解作用，但南部、北部原油Pr/Ph值分布范围分别为1.06～1.14和0.69～0.86(表2)，说明南部和北部生源存在一定的差异性，南部原油主要来源于弱还原-弱氧化环境，而北部原油主要来源于强还原环境。

图5 石臼坨凸起原油Pr/nC17-Ph/nC18关系图

3.2 甾烷类化合物特征

对于甾烷类化合物， C27-C28-C29甾烷系列多用来反映有机质来源和热演化程度，在油源对比方面意义重大[13]，常用规则甾烷C27-C28-C29三角图来反映原油的生源特征。从整个石臼坨凸起甾烷C27-C28-C29三角图来看，生源特征具有明显的相似性，表现为C27≫C28

3.3 萜烷类化合物特征

在油源对比分析中，常用的萜烷类化合物主要包括三环萜烷、四环萜烷和藿烷系列等。由于不同生物标志化合物在生物降解过程中的抗降解能力具有较大的差异性，而石臼坨凸起原油普遍存在不同程度的生物降解作用，因此在选择萜烷类生物标志化合物参数时要选取抗降解能力强的生物标志化合物。

表2 石臼坨凸起原油饱和烃参数

图6 石臼坨凸起C27-C28-C29规则甾烷相对含量三角图

石臼坨凸起东倾末端原油饱和烃色质TIC图形态完整，饱和烃和植烷系列化合物未见异常(图3、7a)，说明原油未遭受生物降解作用；凸起中部地区原油饱和烃色质TIC图存在明显的UCM“鼓包”形态，饱和烃和植烷系列化合物缺失，C2925-降藿烷已经开始大量出现(图7a)，说明生物降解程度已达到或超过6级，但甾烷系列形态完整(图3)，综合判识原油降解等级为6级；凸起西部地区原油饱和烃色质TIC图也存在明显的UCM“鼓包”形态，饱和烃和植烷系列化合物缺失，但C2925-降藿烷基本没有出现，甾烷系列形态完整，表明原油降解等级大约在4～5级。由此可见，石臼坨凸起油田原油呈现出中部降解程度最强、西部次之、东部最弱的特征，但整体都未超过6级以上，因此甾烷和藿烷系列化合物没有遭受明显生物降解作用的影响，均可用于油源分析。

目前研究认为，渤海地区主要发育东三段、沙一段和沙三段等3套主力烃源岩，分别具有相对独特的生物标志化合物特征，其中东三段烃源岩表现为高C19-三环萜烷、低伽马蜡烷和低4-甲基甾烷的特征；沙一段烃源岩表现为低C19-三环萜烷、高伽马蜡烷和低4-甲基甾烷的特征；沙三段烃源岩表现为低C19-三环萜烷、低伽马蜡烷和高4-甲基甾烷的特征[15]。

从石臼坨凸起已发现油田原油的生物标志特征来看(图3)，都具有中等4-甲基甾烷的特征，且都属于成熟阶段的原油，同时呈现出自西向东成熟度逐渐增加的特征(图7b)，说明整个石臼坨凸起原油主要来源于沙三段烃源岩，与甾烷类化合物特征吻合；同时，该地区原油都含有一定量的伽马蜡烷，表明都混有沙一段烃源岩的贡献(图3、7c)，但凸起西侧原油的伽马蜡烷含量有所增加(图7c)，说明凸起西侧沙一段烃源岩贡献有所增加。另外，在凸起东倾末端原油中发现较高含量的C19-三环萜烷(图7d)，说明凸起东倾末端东三段烃源岩具有重要贡献。

图7 石臼坨凸起原油饱和烃参数相关图

3.4 碳同位素特征

原油碳同位素特征对母源有机质具有强烈的继承性，对于同源的原油，随着烃源岩成熟度的增加，形成原油的碳同位素δ13C组成差异较小[13]。从石臼坨凸起西部原油碳同位素分布来看，δ13C分布集中，平均值为-26.8‰，上下浮动不超过0.2‰，说明该地区原油主要来自同一套烃源岩贡献；凸起中部原油碳同位素具有一定的差异性，QHD33-1-C和QHD33-1-D地区δ13C变重为-25.5‰，说明中部地区存在多套供烃源岩；凸起东倾末端原油碳同位素变化较大，δ13C分布范围为-24.9‰～-27.6‰，说明东倾末端一定存在多套供烃源岩(图8)。

石臼坨凸起周边凹陷现有烃源岩碳同位素δ13C数据显示(图9)，渤中凹陷沙三段烃源岩碳同位素最重，为-24.6‰～-28‰，均值-26.08‰；沙一段烃源岩次之，为-25.9‰～-30.2‰，均值-27.7‰；东三段烃源岩最轻，为-27.7‰～-29.9‰，均值为-28.6‰。对于秦南凹陷，沙三段烃源岩和沙一段烃源岩碳同位素值相似，均值分别为-28.4‰和-28.08‰，都轻于渤中凹陷烃源岩(图9)。

图8 石臼坨凸起原油全油碳同位素分布

图9 石臼坨凸起周边凹陷烃源岩碳同位素特征

对比原油与烃源岩碳同位素数据来看，石臼坨凸起西部和中部地区油源相对简单，以渤中凹陷沙三段烃源岩贡献为主，混有沙一段烃源岩贡献。凸起东倾末端油源相对复杂，可进一步划分为北部和南部2个区块，其中北部地区主要包括秦皇岛29-2油田，原油主要来源于秦南凹陷沙三段烃源岩，混有沙一段烃源岩；南部地区主要包括秦皇岛35-2油田和秦皇岛36-3油田，原油主要来源于渤中凹陷沙三段烃源岩，但在秦皇岛35-2-A井区碳同位素明显较轻，说明东三段烃源岩具有重要贡献。

4 原油成因类型

根据以上石臼坨凸起原油物性、族组分以及油源生物标志化合物、碳同位素等特征，结合石臼坨凸起地质概况，依据原油物性、母质类型、油源特征等可将石臼坨凸起原油划分为4种类型。

I类：凸起西部明下段原油，遭受强烈的生物降解作用，降解等级高达6级，表现为含蜡、低硫的重质油；具有高伽马蜡烷、中等4-甲基甾烷、C27甾烷优势的特征，属于成熟阶段原油，成熟度低于石臼坨凸起其他地区；主要来源于渤中凹陷沙三段烃源岩贡献，经历远距离运移聚集成藏，混有沙一段烃源岩贡献。

II类：凸起中部明下段原油，遭受严重的生物降解作用，降解等级为4～5级，表现为含蜡、低硫的重质油；具有中等伽马蜡烷、中等4-甲基甾烷、C27甾烷优势的特征，属于成熟阶段原油；主要来源于渤中凹陷沙三段烃源岩贡献，混有沙一段烃源岩贡献。由于中部地区较西部地区离渤中凹陷近，二次充注作用明显，接受后期成熟度相对高的原油，原油性质好于西部地区，成熟度也高于西部地区。

III类：凸起东倾末端南部古近系原油，未遭受生物降解，表现为高蜡、低硫、中—轻质原油；具有高C19-三环萜烷、中等伽马蜡烷、中等4-甲基甾烷、C27甾烷优势的特征，属于成熟阶段原油；主要为渤中凹陷沙三段烃源岩近源成藏，混有渤中凹陷东三段烃源岩贡献，原油成熟度整体高于中部和西部地区。

IV类：凸起东倾末端北部古近系原油，未遭受生物降解，表现为高蜡、低硫、中—轻质原油；具有中等伽马蜡烷、中等4-甲基甾烷、C27甾烷优势的特征，属于成熟阶段原油;主要为秦南凹陷沙三段烃源岩近源成藏，混有秦南凹陷沙一段烃源岩贡献，原油成熟度整体高于中部和西部地区。

5 结论

1) 石臼坨凸起原油整体表现为成熟油，西部和中部地区原油遭受严重生物降解，东倾末端原油未遭受降解作用，具有中等伽马蜡烷、中等4-甲基甾烷的特征，规则甾烷表现为C27≫C28

2) 石臼坨凸起原油分为4种成因类型。第I类原油为新近系浅层稠油，主要来源于渤中凹陷沙三段烃源岩，混有沙一段烃源岩贡献；第II类原油为新近系浅层稠油，主要来源于渤中凹陷沙三段烃源岩，混有沙一段烃源岩贡献，但二次充注作用明显，成熟度略高于I类，油品性质也略好于I类；第III类原油为古近系中—轻质油，主要来源于渤中凹陷沙三段烃源岩，具有高C19-三环萜烷特征，证实有东三段烃源岩贡献；第IV类原油为古近系中—轻质油，主要来源于秦南凹陷沙三段烃源岩，混有沙一段烃源岩贡献。