刘庆顺，杨海风，郭 涛，温宏雷，李果营

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

混源油是由不同母质来源、沉积环境或演化阶段的烃源岩所产生油气混合而成，也可以是由同一套烃源岩在不同演化阶段所产生的油气经多期充注混合而成[1]。中国东部渤海湾盆地油气混源现象十分普遍，混源油定量评价对油源对比、资源评价及勘探部署具有重要意义。混源油的定量判析主要是对组成混源油的不同端元油的相对贡献比进行定量评价，目前主要有稳定碳同位素、生物标志化合物绝对浓度、配比实验和多元数理统计等4种方法[2-4]，且每种方法都有其相应的优点和缺点。其中，稳定碳同位素受次生改造作用影响较小，保留了原始生烃母质特征[5-6]，实验表明其与混源比例呈线性关系[7-8]，实际操作较为简单，但是其仅代表了原油宏观特性，在判断油源方面差于生物标志化合物。生物标志化合物能够直观、定性判断出混源油，但是得到生物标志化合物绝对浓度相对困难，另外，生物标志比值与混源比例为非线性关系[9-10]，求解过程较为复杂。该文将生物标志化合物与稳定碳同位素2种方法结合起来，根据生物标志化合物与饱和烃、芳烃、非烃、沥青质和全油碳同位素的相关关系，选取饱和烃碳同位素并将其作为垦利16油田混源油混源比例计算方法，确定该油田混源油混源比例及其分布特征，证实莱州湾凹陷主洼沙四段咸化烃源岩的贡献，同时，明确莱州湾凹陷南洼的生烃和供烃能力，进而有望打开南洼围区的勘探局面。

1 研究区概况

莱州湾凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷东部，为典型的“北断南超”箕状断陷凹陷，凹陷总面积约为1 500 km2。莱州湾凹陷共划分为北部陡坡带、主洼、南部斜坡带(简称南斜坡)、南洼、中央构造带、莱西走滑带和莱东走滑带7个二级构造单元。南部斜坡带又被重力滑脱断层分割为斜坡内带和斜坡外带[11]，其中，垦利16油田位于南斜坡的斜坡外带(图1)。莱州湾凹陷发育沙三段和沙四段2套有效烃源岩[12]，其中，沙三段烃源岩岩性为泥岩和灰质泥岩，表现出淡水—微咸水弱还原沉积环境；而沙四段烃源岩为泥岩、灰质泥岩、白云岩、膏岩和盐岩，表现出微咸水—咸水强还原沉积环境，2套烃源岩岩性组合及其所反映沉积环境具有明显的差异性。

图1 莱州湾凹陷垦利16、垦利10油田构造位置Fig.1 Structural location of Kenli 16 and Kenli 10 Oilfields in Laizhouwan Sag

根据原油空间分布差异性，垦利16油田平面上可划分为东部、西部、中部3个区块，东部区块以深层成藏为主，油气主要分布在古近系和潜山；中部区块油气具有深浅复式成藏特征，油气分布在新近系、古近系和潜山；西部区块油气以浅层成藏为主，油气主要分布在新近系馆陶组。为了与垦利16油田高硫原油进行对比，文中分析了紧邻主洼垦利10油田常规原油，垦利10油田由2部分组成，分别位于北部陡坡带和南斜坡的斜坡内带。

2 原油地球化学特征

2.1 原油物性特征

垦利16油田原油物性变化较大，原油密度为0.86～0.97 g/cm3，原油黏度为10～1 512 mPa·s，大多表现为中质油和重质油，少部分为轻质油；而邻近主洼的垦利10油田其原油物性变化同样较大，原油密度为0.85～0.97 g/cm3，原油黏度为7～1 565 mPa·s。在原油密度和黏度方面，垦利10油田与垦利16油田原油性质相似(图2a)，而在原油含硫量方面，垦利16油田与垦利10油田具有明显差异性。垦利16油田原油含硫量变化较大，原油含硫量为0.49%～3.02%，既有含硫原油(含硫量为0.50%～2.00%)，又有高含硫原油(含硫量大于2.00%)；而垦利10油田原油含硫量很低，为0.12%～0.63%，大部分为低含硫原油(含硫量小于0.50%)(图2b)。

图2 垦利10油田和垦利16油田原油物性特征Fig.2 Physical property characteristics-supplementary regression curves of crude oils from Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

朱光有[13]等认为，原油含硫量可以作为油源对比的一个有效指标。垦利10油田原油密度与含硫量关系斜率较低，原油含硫量变化不大，表现出正常成因原油特征；而垦利16油田原油密度与含硫量关系斜率较高，原油含硫量差异明显，具有咸化成因原油的贡献，表明原油来源于不同沉积环境的烃源岩，在一定程度上也说明垦利16油田原油具有混源特征。

2.2 原油碳同位素特征

对垦利10油田和垦利16油田原油或壁心样品碳同位素进行分析。其中，垦利10油田选取5个原油样品，垦利16油田选取4个壁心样品和22个原油样品。垦利10油田含油层段全油碳同位素为-27.5‰，饱和烃碳同位素为-28.7‰；而垦利16油田含油层段碳同位素分布范围较广。其中，全油碳同位素为-27.3‰～-26.3‰，平均为-26.9‰，饱和烃碳同位素为-28.4‰～-27.0‰，平均值为-27.8‰(表1)。垦利10油田原油和饱和烃碳同位素均明显轻于垦利16油田。由于芳香烃、非烃和沥青质在实际化验中不易分离，容易造成分析数据偏差，因此，该文不再针对芳烃、非烃和进行单独分析。

表1 垦利10与垦利16油田含油层段碳同位素特征Table 1 Carbon isotope characteristics of oil-bearing intervals in Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

2.3 原油生物标志化合物

基于原油生物标志化合物分析，根据原油咸化程度和成熟度差异可将莱州湾凹陷垦利16油田和垦利10油田原油成因类型划分为淡水型、咸化型和混源型3类[14](图3)。淡水型原油具有“三高两低”的特点，即高Pr/Ph、高Ts/Tm、高重排甾烷和低伽马蜡烷、低C35升藿烷(图3a)，高Pr/Ph、低伽马蜡烷和低C35升藿烷的特征表明原油来自沙三段淡水—微咸水弱还原环境沉积烃源岩，该类原油主要分布在临近主洼的垦利10油田，该类原油含硫量普遍较低。咸化型原油具有“三低两高”的特点，即低Pr/Ph、低Ts/Tm、低重排甾烷和高伽马蜡烷、高C35升藿烷(图3b)，低Pr/Ph、高伽马蜡烷和高C35升藿烷的特征表明原油来自沙四段咸水强还原膏岩环境沉积烃源岩，该类原油含硫量也往往明显偏高，在垦利16油田有少量分布。混源型原油的生物标志化合物参数介于淡水型原油和咸化型原油之间(图3c)，具有明显的混源特点，该类原油在垦利16油田分布最为广泛。

图3 垦利10和垦利16油田原油萜烷和甾烷色谱-质谱特征Fig.3 GC-MS characteristics of terpanes and steranes in crude oil from Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

3 混源油定量分析

混源油的定量研究主要是对其组成的不同端元油比例进行定量评价[15-16]。该文结合稳定碳同位素法和生物标志化合物法的优缺点，将2种方法相结合，利用生物标志化合物明确2个端元油，再利用稳定碳同位素与混源比例的线性关系定量分析混源油。具体方法如下：首先，综合利用反映沉积环境、母质类型和成熟度的生物标志化合物的参数比值(Pr/Ph、伽马蜡烷/C30升藿烷和Ts/Tm)选取2个原油样品，将其作为混源油定量分析的端元油，其中，斜坡内带垦利10油田沙三上亚段2 063 m原油样品作为淡水型原油的端元油(图4a)，斜坡外带垦利16油田沙三上亚段1 250 m原油样品作为咸化型原油的端元油(图4b)；然后，将原油饱和烃、芳烃、非烃和沥青质稳定碳同位素分别与生物标志化合物参数进行对比，通过相关关系分析，选取相关性较好的饱和烃碳同位素作为判断混源油定量分析的有效参数。由图4可知，饱和烃碳同位素与反映沉积环境生物标志参数Pr/Ph和伽马蜡烷/C30升藿烷有很好的相关关系，随着原油饱和烃碳同位素值的增大，Pr/Ph值减小，伽马蜡烷/C30升藿烷值增大，2个生物标志参数均说明混源油中淡水型原油比例增大，这也是利用原油饱和烃碳同位素开展混源油定量分析的前提和理论基础。

图4 垦利10、垦利16油田原油饱和烃碳同位素与生物标志化合物关系Fig.4 Relationship between carbon isotopes of saturated hydrocarbons and biomarkers in crude oil from Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

混源油混油比例计算方法如下，取2个端元油(淡水型原油和咸化型原油)的饱和烃碳同位素值分别为-28.8%和-27.0%，原油样品中该参数实测值为Z，淡水型原油的混入比例为X,咸化型原油的混入比例为Y，则Z=-28.8X-27.0Y，且X+Y=1，继而可以分别得出淡水型原油和咸化型原油的混入比例。通过计算，临近主洼垦利10油田咸化型原油混入比例均小于9.0%，为典型的淡水型原油；而垦利16油田咸化型原油混入比例变化较大，为14.0%～100.0%，平均值为55.0%，除少部分为咸化型原油外，大部分为混源型原油。

4 混源油分布特征及其指示意义

4.1 混源油分布特征

从平面上看，垦利16油田各区块原油均表现出淡水型和咸化型原油的混源现象，西块咸化型原油混入比例为56.3%～67.0%，平均值为60.6%，中块咸化型原油混入比例为14.2%～100.0%，平均值为53.8%，东块咸化型原油混入比例为26.2%～84.4%，平均值为55.1%，各区块混源程度基本相当；从纵向上看，垦利16油田原油混源程度与地层层位具有相关性，其中，沙三上亚段地层咸化型原油混入比例最高，为73.2%～100.0%，平均值为89.0%，沙四段咸化型原油混入比例较高，为78.8%～84.4%，平均值为82.5%，馆陶组咸化型原油混入比例中等，为45.0%～67.0%，平均值为57.7%，中生界咸化型原油混入比例较低，为30.8%～38.1%，平均值为35.4%，沙三下亚段咸化型原油混入比例最低，为14.2%～36.6%，平均值为25.1%。垦利16油田沙三上亚段咸化型原油的混入比例最高，推测可能是由于咸化型原油通过沙三上亚段顶部的区域不整合面发生大规模油气运移造成。

4.2 勘探前景分析

莱州湾凹陷南洼是一个典型的边缘小洼陷，洼陷面积仅为35 km2，其最大埋深为4 500 m，洼陷围区迟迟未获得商业发现，洼陷生烃能力一直存在争议，严重制约着南洼及其围区勘探。从地质结构上看(图5)，垦利16油田东块紧邻南洼，与莱州湾凹陷主洼之间又有中央构造带相隔，主洼烃源岩生成的油气难以向东块运移。因此，东块具咸化性质混源油的发现，首次证实了南洼的生烃和供烃能力，进而一举打开了南洼围区的勘探局面。同时，临近主洼垦利10油田原油性质为典型的淡水型原油，主要来源于主洼沙三段烃源岩，一直未发现咸化型原油，由于几乎所有探井未揭示深层沙四段烃源岩，沙四段烃源岩生烃能力及勘探潜力一直存在争议。因此，垦利16油田西块混源油的发现，首次明确了主洼沙四段烃源岩的贡献；预示着莱州湾凹陷主洼及南部斜坡带深层沙四段蕴含着巨大的勘探潜力。

图5 莱州湾凹陷垦利16油田油藏模式Fig.5 Reservoir model of Kenli 16 Oilfield in Laizhouwan sag

5 结 论

(1) 垦利16油田原油普遍具有混源特征，平面上原油混源程度基本相当，纵向上原油混源程度与地层层位具有相关性，其中，沙三上亚段咸化型原油混入比例最高，平均值为89.0%。

(2) 垦利16油田原油饱和烃碳同位素与反映沉积环境生物标志参数Pr/Ph和伽马蜡烷/C30升藿烷具有很好的线性相关关系，前人实验研究也表明，碳同位素与混源比例呈很好的线性关系，这是利用饱和烃碳同位素进行混源油定量分析的前提和基础。

(3) 垦利16油田西块混源油的发现，证实莱州湾凹陷主洼沙四段咸化烃源岩的贡献，预示着莱州湾凹陷主洼及南部斜坡带深层沙四段蕴含着巨大的勘探潜力；另外，垦利16油田东块混源油的发现，明确南洼的生烃和供烃能力，进而有望打开南洼围区的勘探局面。