王广源，牛成民，官大勇，刘朋波，燕 歌，周 鑫

(中国海洋石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459)

王广源,牛成民,官大勇,等.渤南低凸起东段蓬莱25-A构造原油地球化学特征及油源分析[J].西安石油大学学报(自然科学版),2018,33(2):1-8.

WANG Guangyuan,NIU Chengmin,GUAN Dayong,et al.Geochemical characteristics and source study of crude oil from Penglai 25-A structure in eastern part of Bonan low-uplift[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2018,33(2):1-8.

引　言

渤南低凸起位于渤海海域南部，走向为东西向，四周被黄河口、渤中、渤东和庙西等生烃凹陷所包围，郯庐断裂带西支从凸起中间穿过，2条北北东向走滑断层将其切割成三大段，即自西向东逐级抬升的西段、中段和东段，东段宽大，西段窄小[1-2]。蓬莱25-A构造位于渤南低凸起东段，北面为渤中凹陷，东面紧邻庙西南洼，南面为黄河口凹陷，油源充足，且郯庐断裂带东支经过本区，断裂非常发育，油气成藏条件优越。目前该构造已钻探2口井，在新近系明化镇组下段(简称明下段)、馆陶组和古近系沙二段获得油气发现，预示着良好的油气勘探前景。

由于以往尚未对蓬莱25-A构造原油的地球化学特征开展过系统研究，其油气来源不清楚，制约了该区的油气勘探进程。本文利用最新的地化分析结果，对该区新近系和古近系原油的族组分、生物标志化合物等特征进行综合分析，研究了原油的形成环境、母质类型以及成熟度，并在此基础上进一步分析其油源，以期为该构造及围区未钻构造下一步油气勘探提供指导。

1　地质概况

蓬莱25-A构造位于渤南低凸起东段，构造位置处于郯庐走滑断裂渤南段东支西侧，北部距中国海域已发现的最大油田——蓬莱19-3油田约9 km[3-5]。该构造直到2012年才被三维地震资料所覆盖，经过2年多时间的处理，2015年利用三维地震资料进行了精细构造解释，通过井震标定和邻区引层，重新落实了蓬莱25-A、蓬莱25-B和蓬莱19-C等多个构造圈闭(图1)。蓬莱25-A为边界大断层控制的掀斜断块构造，受东西向长期活动断层和南北向走滑断层共同控制，整体圈闭面积中等、埋藏较浅，其紧邻渤中凹陷、渤东凹陷和庙西南洼等多个生烃凹(洼)陷，多洼供烃，油源充足，油气成藏条件优越。

目前，蓬莱25-A构造已钻探2口井，自上而下揭示了第四系平原组，新近系明化镇组、馆陶组，古近系沙一段、沙二段、沙三段以及孔店组地层，缺失古近系东营组地层。新近系明下段和馆陶组发育多套砂泥岩组合，在纵向上可以组成多套良好的储盖组合，沙一段为厚层泥岩，与沙二段砂岩纵向上组成一套储盖组合。已发现的油气储量超千万吨，主要分布在新近系明下段、馆陶组和古近系沙二段。

图1　蓬莱25-A构造区域位置Fig.1　Regional location map of Penglai 25-1 structure

2　样品与实验分析

本次研究采集了蓬莱25-A构造2口井的原油和油砂样品共计29个(其中，新近系样品27个，古近系沙二段仅2个)，主要进行了岩石可溶有机物、原油族组分、饱和烃气相色谱(GC)和饱和烃气相色谱质谱(GC-MS)等分析。样品首先脱水和去杂质，然后分别用正己烷、二氯甲烷、无水乙醇(分析纯)、氯仿(分析纯)等试剂通过层析柱抽提各族组分。

饱和烃气相色谱分析是在HP-6890气相色谱仪上进行的，色谱分析：HP-PONA毛细柱(50 m ×0.23 mm×0.5 μm)，初始温度为50 ℃，恒温3 min，以5 ℃/min速率升温至300 ℃后恒温25 min，氮气流速为1.0 mL/min，分流比为20:1，进样温度300 ℃，检测器温度为300 ℃。

饱和烃气相色谱质谱分析是在Thermo-Fisher Trace-DSQⅡ气相色谱质谱联用仪上进行的，测试条件：载气99.999%氦气，进样口温度300 ℃，传输线温度为250 ℃，色谱柱为HP-5MS弹性石英毛细柱(60 m×0.25 mm×0.25 m)，初始温度50 ℃，恒温1 min，以15 ℃/min升温至100 ℃，以2 ℃/min升温至200 ℃，再以1 ℃/min升至315 ℃，保持20 min，载气流速为1 mL/min，质谱采用EI(70 eV) 电子轰击方式，灯丝电流为100 mA，倍增器电压为1 200 V，全扫描，地球化学参数比值均按照峰面积计算。

3　原油族组分

在有机质性质相近的前提下，与低成熟度的原油相比，成熟度高的原油具有烃类组分含量较高、极性组分含量较低的特征[6]。统计蓬莱25-A构造原油族组分参数(表1)发现，新近系和古近系原油族组分存在较明显差异，反映出油源的多样性。新近系原油中饱和烃质量分数为25.94%～52.87%，平均32.59%，芳烃质量分数为2.49%～24.59%，平均15.75%；非烃质量分数为14.68%～28.46%，平均24.14%；沥青质质量分数为6.11%～41.00%，平均16.73%。各组分含量高低顺序依次是：饱和烃，非烃，沥青质，芳烃，饱/芳比为1.16～17.80，平均3.99，非/沥比为0.59～3.18，平均1.73，具有较高饱和烃含量、高饱/芳比、中等非烃含量和低非/沥比特征，表现为成熟原油特征。古近系原油中饱和烃质量分数为23.08%～44.30%，平均33.69%，芳烃质量分数为15.79%～20.60%，平均18.20%； 非烃质量分数为31.36%～33.75%，平均32.56%；沥青质质量分数为7.46%～20.6%，平均14.03%。各组分含量高低顺序依次是：饱和烃，非烃，芳烃，沥青质，饱/芳比为1.12～2.81，平均1.96，非/沥比为1.64～4.20，平均2.92，呈“两低两高”特征，即饱和烃含量低、饱/芳比低、非烃含量偏高和非/沥比高，与全国其他地区未熟-低熟油的原油族组分特征相近[7]。

表1　蓬莱25-A构造不同层位原油族组分参数Tab.1　Parameters of crude oil components in various layers of Penglai 25-A structure

4　原油生物标志化合物特征

4.1　饱和烃气相色谱

饱和烃正构烷烃碳数的分布特征可以综合反映原油的沉积环境、有机质输入类型以及成熟度等地球化学特征[8-10]，但当原油遭受生物降解等稠变作用时，正构烷烃往往损失严重，在饱和烃气相色谱图上一般存在明显的UCM“鼓包”[11]。通过分析发现，新近系和古近系原油的饱和烃气相色谱图分布特征差异明显(图2)，其中，新近系原油的饱和烃色谱基线抬升明显，UCM“鼓包”明显，普遍遭受了不同程度的生物降解，正构烷烃基本被消耗殆尽，以异构烷烃和类异戊二烯烃为主，姥植比(Pr/Ph)介于1.22～2.15，平均1.5，表明新近系原油属姥鲛烷优势型[12-13]，形成于弱还原-弱氧化沉积环境；古近系原油的饱和烃气相色谱图分布形态呈后峰型，正构烷烃丰富，未见反映原油生物降解的UCM“鼓包”，主峰碳nC25，C21+C22/C28+C29值为0.46，奇偶优势指数(OEP)为1.18，表明古近系原油中高碳数的正构烷烃占优势，正构烷烃奇偶优势较明显，原油成熟度较低，原油中姥植比(Pr/Ph)为0.68，属姥植均势型[12-13]，说明古近系原油形成于还原沉积环境。

图2　蓬莱25-A构造不同层位部分原油和油砂饱和烃气相色谱Fig.2　Gas chromatograms of saturated hydrocarbon of crude oil and oil sand in various layers of Penglai 25-A structure

4.2　生物标志化合物反映的生源特征

由于蓬莱25-A构造新近系原油埋藏较浅，普遍遭受了不同程度的生物降解，观察离子碎片m/z191(图3)发现，萜类化合物遭到破坏， C25-降藿烷成为主峰，C30藿烷被大量消耗，伽马蜡烷同样受到影响，用来分析有机质母质类型和沉积环境变得不可行。但观察离子m/z217(图3)发现，甾烷系列化合物基本没有受到生物降解影响，形态仍然完好，可以作为研究有机质母质类型及热演化程度的重要参数[14-15]。新近系C27、C28和C29规则甾烷的相对含量分别为34.55%～40.11%、19.19%～27.00%、34.56%～37.18%，平均值分别为38.12%、24.7%及37.18%，平均相对含量为C27> C29>C28；古近系C27、C28和C29规则甾烷的相对含量分别为41.30%～42.81%、16.25%～27.33%、31.37%～40.94%，平均值分别为42.06%、21.79%及36.15%，平均相对含量为C27> C29>C28。在图谱上分布特征都呈不对称“V”字形分布(图3)。这表明蓬莱25-A构造新近系和古近系原油的形成沉积环境均有丰富的陆源有机质来源，原油都具有陆源高等植物与低等水生藻类和菌藻类有机质混合母源的特征。从蓬莱25-A构造原油和油砂中5αααC27-C28-C29规则甾烷三角对比图(图4)可知，新近系和古近系甾烷分布非常相近，样品点都落在代表陆源高等植物与低等水生藻类和菌藻类有机质混合来源(Ⅳ)的区域内，表明新近系和古近系原油的生源与沉积环境非常相似。

图3　蓬莱25-A构造不同层位原油、油砂的饱和烃萜烷(m/z 191)和甾烷(m/z 217)的质量色谱Fig.3　Mass chromatographs of saturated hydrocarbon terpane(m/z 191)and sterane(m/z 217)series of crude oil and oil sand in various layers ofPenglai 25-A structure

图4　蓬莱25-A构造不同层位原油和油砂C27、C28、C29规则甾烷相对含量三角图Fig.4　Triangular diagram of C27,C28 and C29 regular sterane of crude oil and oil sand in various layers of Penglai 25-A structure

由于在5αααC27-C28-C29规则甾烷三角图上新近系和古近系重叠太多，故根据C27、C28、C29规则甾烷相对含量不能有效区分具体哪套烃源岩层段产生的原油。但4-甲基C30甾烷在渤海油田沙三段地层中广泛存在且是最具代表性特征的甾烷化合物，当4-甲基甾烷指数(4-甲基C30甾烷/∑C29规则甾烷)大于0.25时，即可认为原油来自沙三段烃源岩[16-18]。观察离子碎片m/z217(图3)发现，蓬莱25-A构造原油具有中高含量的4-甲基甾烷，计算其4-甲基甾烷指数，发现新近系原油4-甲基甾烷指数介于0.25～0.47，平均0.34，古近系原油4-甲基甾烷指数介于0.26～0.35，平均0.31，由此可以确定蓬莱25-A构造新近系和古近系原油来自沙三段烃源岩。

4.3　原油成熟度

有机质演化过程中，往往都伴随着甾烷、萜烷分子发生“异构化反应”，随着有机质热演化程度的增加，藿烷类的ββ型向βα型和αβ型转变，甾烷的ααα型向αββ型转变，侧链上R型向R+S型的差向异构化等[11]。因此，衡量原油成熟度最有效的指标是甾烷的立体异构化参数，最常用的是甾烷C29ααα20S/(20R+20S)和C29αββ/(αββ+ααα)比值。计算蓬莱25-A构造2口探井新近系和古近系原油、油砂甾烷C29立体异构化参数，发现新近系的甾烷C29ααα20S/(20S+20R) 和C29αββ/(αββ+ααα)分别为0.33～0.44和0.41～0.46，平均值分别为0.36和0.42，古近系的甾烷C29ααα20S/(20S+20R) 为0.20～0.22，平均0.21，C29αββ/(αββ+ααα)为 0.23，古近系原油成熟度明显低于新近系原油。根据渤海海域原油成熟度划分标准[19]，将蓬莱25-A构造原油划分为未熟油和成熟油(图5)，未熟油主要分布在古近系，成熟油主要分布在新近系。

图5　蓬莱25-A构造不同层位原油成熟度划分Fig.5　Saturation division of crude oil in various layers of Penglai 25-A structure

5　油源分析

从前述的族组分和生物标志化合物等原油地球化学特征来看，蓬莱25-A构造新近系和古近系原油具有相同的沉积环境和母质来源，都来自沙三段烃源岩，但原油成熟度却差别较大，新近系成熟度高，古近系成熟度低，说明蓬莱25-A构造新近系和古近系原油来自不同凹(洼)陷内的沙三段烃源岩。

从生标化合物参数对比图(图6)中可以看出，蓬莱25-A构造新近系原油与PL19-3-5/6井新近系原油的萜类化合物都遭到破坏，都出现C25-降藿烷，在部分井C25-降藿烷成为主峰，C30藿烷被大量消耗，伽马蜡烷同样受到影响，甾烷系列化合物形态完好，重排甾烷含量均中等，4-甲基C30甾烷含量均很高，C27规则甾烷含量大于C29规则甾烷，呈不对称“V”字形分布，具有很好的可对比性。蓬莱19-3油田作为中国海域已发现的最大油田，主要含油层系为新近系明下段和馆陶组，前人在油气来源方面有深入的研究[16-17,20]，认为PL19-3-5/6井新近系原油来自渤中凹陷沙三段烃源岩。因此，推断蓬莱25-A构造新近系成熟原油来自渤中凹陷沙三段烃源岩。

从生标化合物参数对比图(图6)中可以看出，蓬莱25-A构造古近系原油与PL25-6-1/2井新近系原油没有遭受生物降解，萜、甾类化合物形态完好，均没有出现C25-降藿烷，都以C30藿烷为主峰，Ts含量都低于Tm，伽马蜡烷和重排甾烷含量都很低，C29规则甾烷立体异构化参数都很小，原油成熟度都非常低，C27规则甾烷含量都大于C29规则甾烷含量，呈不对称“V”字形分布，4-甲基C30甾烷均为中高含量，具有很好的可对比性。蓬莱25-6油田发现于2000年，目前已探明和控制石油地质储量超亿吨。该油田位于庙西南洼，主要含油层系为新近系馆陶组，油气主要为未熟—低熟油[3]，由于未熟—低熟油都具有短距离运移聚集、近源成藏的特征[7]，认为蓬莱25-6油田原油来自庙西南洼沙三段烃源岩[17,20]。由于蓬莱25-A构造古近系原油与PL25-6-1/2井新近系原油具有亲缘关系，因此，推断蓬莱25-A构造古近系未熟原油来自庙西南洼沙三段烃源岩。

通过对蓬莱25-A构造新近系和古近系原油油源的分析，认为该区存在远源(油源来自渤中凹陷)和近源(油源来自庙西南洼)2种油气运聚模式(图7)：第一种为渤中凹陷沙三段烃源岩生成的成熟油气，经过潜山不整合面和馆陶组底部稳定分布的厚砂岩进行长距离的横向运移，然后在断层作用下进行垂向分配，最终在距离渤中凹陷油源较远的蓬莱25-A构造圈闭的新近系中聚集成藏，这就构成了新近系远源运聚成藏模式； 第二种为庙西南洼沙三段烃源岩生成的未熟—低熟油首先通过断层进行垂向运移，然后沿不整合面进行短距离的横向运移，最后通过断层进行垂向运移，在紧邻生烃洼陷的蓬莱25-A构造圈闭的古近系中聚集成藏，这就构成了古近系近源运聚成藏模式。

图6　蓬莱25-A构造与蓬莱19-3/25-6油田的原油和油砂饱和烃萜烷(m/z 191)和甾烷(m/z 217)质量色谱Fig.6　Mass chromatographs of saturated hydrocarbon terpane(m/z 191)and sterane(m/z 217)series of crude oil and oil sand in various layers of Penglai 25-A structure and Penglai 19-3/25-6 oilfield

图7　蓬莱25-A构造油气成藏模式(剖面位置见图1)Fig.7　Hydrocarbon accumulation modes in Penglai 25-A structure

6　结　论

(1)蓬莱25-A构造新近系和古近系原油族组分存在较明显差异，新近系原油中各族组分含量高低顺序依次是：饱和烃，非烃，沥青质，芳烃，饱/芳比平均3.99，非/沥比平均1.73，具有高饱/芳比和低非/沥比的特征，而古近系原油中各族组分含量高低顺序依次是：饱和烃，非烃，芳烃，沥青质，饱/芳比平均1.96，非/沥比平均2.92，具有低饱/芳比和高非/沥比的特征。

(2)蓬莱25-A构造新近系和古近系原油沉积环境和母质来源非常相似，都形成于还原-弱氧化沉积环境，原油母质为混合型，高等陆源植物与低等水生藻类和菌藻类对原油的生成均有贡献，且以低等水生生物贡献较大，4-甲基甾烷指数都很高，原油来源于沙三段烃源岩。

(3)蓬莱25-A构造古近系为未熟油，新近系为成熟油。油源对比结果表明，古近系未熟油来自庙西南洼沙三段烃源岩，新近系成熟油来自渤中凹陷沙三段烃源岩。

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