南堡凹陷原油和烴源巖精細(xì)地球化學(xué)研究

南堡凹陷原油和烴源巖精細(xì)地球化學(xué)研究

近年來，南堡坍塌油氣勘探取得了顯著成效。它在南堡1、2、3、4和5號構(gòu)造帶中得到了突破（圖1），并在奧陶系潛山上獲得了油氣勘探潛力。與其他湖泊盆地相比，南堡塌陷發(fā)育了多泉巖（趙燕德等，2008a），最大埋深近6000米?，F(xiàn)在，油氣主要分布在中平坦層。根據(jù)最近的研究，南寶坍塌發(fā)育優(yōu)質(zhì)砂三醇源巖（鄭洪菊等，2007a、2007b）。然而，相關(guān)分析主要局限于北部陸地凹陷地區(qū)，而對南部海灘地區(qū)（林雀次洼等）的泉巖源缺乏深入研究。根據(jù)現(xiàn)有的研究，南寶油田的原油主要來自三度巖-東部（賈齊山等，2006；梅玲等，2008），深層天然氣只能局部分布（賈齊山等，2006；趙燕德等，2008a）。這與南寶凹陷南部泉巖和油氣的泉巖性質(zhì)有關(guān)。本研究綜合分析南堡凹陷南部及北部各坳陷油氣泉巖和油氣的系統(tǒng)油氣成因，為該地區(qū)深部油氣資源評價和油氣勘探提供基礎(chǔ)。1南堡凹陷th油氣南堡凹陷是發(fā)育在古生界、中生界基底之上的典型中新生代箕狀斷陷凹陷,具有北斷南超的特征(周海民和叢良滋,1999).自下而上第三系發(fā)育沙河街組、東營組、明化鎮(zhèn)組、館陶組地層,陸地面積660km2、灘海面積1000km2,發(fā)育多個生油洼陷,包括拾場次洼、林雀次洼、柳南次洼和曹妃甸次洼(圖1).南堡凹陷油氣主要分布在陸上高尚堡、柳贊、老爺廟油田、北堡地區(qū)以及近年發(fā)現(xiàn)的海上南堡油田(圖1),南堡油田油氣分布于南堡1、2、3、4、5號構(gòu)造帶之上.2測試對比和定量方法本文對南堡凹陷34口井、65個位于不同構(gòu)造帶、不同層系的烴源巖樣品進(jìn)行了Rock-Eval、飽和烴與芳烴常規(guī)地化分析,從中選出部分樣品進(jìn)行了單體烴碳同位素分析共分析南堡油田原油46個(圖1),對比分析了以往測試的陸上原油71個(李素梅等,2008).原油測試項目與烴源巖基本一致.選用標(biāo)樣包括nC24D50、D4C27膽甾烷、D10-蒽.GC、GC/MS實驗條件與化合物定量方法參見Jiangetal.(2001)、Lietal.(2003);單體烴碳同位素分析采用HP6890氣相色譜與同位素質(zhì)譜相連.實驗條件:色譜柱為苯基-甲基-硅酮固定相毛細(xì)管柱(60m×0.25mmi.d.×0.25μm),氣相色譜的升溫程序:50℃恒溫1min,以3℃/min升到310℃,恒溫30min.He載氣,恒流模式,流量1.0mL/min.同位素分析采用內(nèi)標(biāo)標(biāo)定與重復(fù)性分析界定.3南堡坍塌原油的基本特征和形成類型3.1原油含烴特征南堡凹陷原油為典型的淡水陸相油,陸上部分一般為正常油,館陶組、明化鎮(zhèn)組淺層系部分原油因保存條件較差,為稠油.灘海南堡油田原油物性相對較好,多為正常油,具有中-低密度(0.8123～0.8822g/cm3)、低粘度(2.118～7.975MPa·s)、低硫(0.02%～0.32%)、中-高蠟(5.00%～31.28%)特征,少數(shù)為稠油.位于南堡2號構(gòu)造帶的LPN1、NP2-82井奧陶系潛山原油為高蠟油(含蠟量分別為23.78%和31.28%).南堡油田原油飽和烴占絕對優(yōu)勢(63.08%～88.52%),其次是芳烴(7.03%～22.87%),非烴+瀝青質(zhì)含量(3.5%～21.98%)較低,具有高飽/芳比、低非/瀝比特征,反映原油為正常成熟油.陸上多數(shù)原油與南堡油田具有相似的族組成特征,表明原油成因的相似性.氣相色譜參數(shù)顯示,南堡凹陷原油CPI、OEP值接近平衡值1,指示原油較高的成熟度.原油Pr/Ph值分布范圍為0.98～1.67(均值1.43),反映烴源巖弱氧化-弱還原原始沉積環(huán)境.3.2潛山原油打造“”根據(jù)烴類組成、同位素特征,可將南堡凹陷原油分為以下幾類:第1類(Ⅰ)高柳地區(qū)深層原油(Es3),典型特征是富含4-甲基甾烷系列(圖2),4-甲基甾烷/規(guī)則甾烷值一般為0.16～0.27(李素梅等,2008),而其他原油一般<0.1.Ⅰ類油還具有相對低豐度重排甾烷(圖2)、低豐度伽瑪蠟烷特征.第Ⅰ類原油單體烴碳同位素曲線也不同于其他原油,相對較重,呈從低碳至高碳逐漸變輕的斜“直線型”(<nC29部分)(參見下文),而海相原油一般呈近水平的直線型(Lietal.,2010;李素梅等,2010).南堡凹陷LPN1、NP2-82井奧陶系潛山原油劃為第2類(Ⅱ),典型特征是富集低分子量孕甾烷、三環(huán)萜烷系列(圖2,3e);飽和烴成熟度參數(shù)C29甾烷ααα20S/(S+R)、Ts/(Ts+Tm)、芳烴甲基菲指數(shù)與二苯并噻吩參數(shù)4,6-/1,4-DMDBT(二甲基二苯并噻吩)顯示其較高的成熟度特征,反映深源供烴.第Ⅱ類原油碳同位素曲線與I類有些相似,但高碳數(shù)部分偏重(圖4a,4d).老爺廟油田M113-1井(3139.6～3229.0m,Ed3)原油也劃為Ⅱ類,其碳同位素與潛山原油相近,并且重排甾烷/規(guī)則甾烷、C27-/C29-規(guī)則甾烷值相對較低,具有類似高柳深層沙三成因原油和南堡凹陷Es2+3烴源巖的特征,反映成因相關(guān)性(下文討論).南堡凹陷北堡、3-5號構(gòu)造帶原油劃為第3類(Ⅲ),典型特征是4-甲基甾烷與伽瑪蠟烷含量相對較低(圖2,圖3a,3c)、重排甾烷含量相對較高(圖2,圖3b)、2xC24-四環(huán)/C26-三環(huán)萜烷值大大高于其他原油(圖3d)、三環(huán)萜/五環(huán)萜值(圖2,圖3e)、(C21+C22)/C29-甾烷值相對較低.此外,成熟度參數(shù)4,6-/1,4-DMDBT顯示最低值(圖3f).第Ⅲ類原油的碳同位素曲線明顯區(qū)別于其他原油,近似呈壓扁的“W”型(圖4c,4f).以上生物標(biāo)志物參數(shù)與同位素反映第Ⅲ類原油的成因/油源不同于其他原油.第4類(Ⅳ)原油為最為普遍的一類,分布最廣,包括南堡1、2號構(gòu)造帶、老爺廟油田及高柳中淺層原油(圖1).對比發(fā)現(xiàn),第Ⅳ類原油通常具有界于Ⅱ、Ⅲ類原油之間的生標(biāo)特征(圖2,3,4b,4e),單體烴碳同位素的中間值特征最為明顯(圖4b,4e),認(rèn)為其主要為Ⅱ、Ⅲ類成因原油的混源油(下文討論).依據(jù)上述主要對比指標(biāo),用SPSS軟件繪制的南堡油田原油聚類樹枝圖如圖5所示.4南堡坍塌油源分析4.1沙二+3g-沙二+3g有機(jī)碳的構(gòu)成烴源巖生烴潛力分析表明,南堡凹陷東三段、沙一、沙二+三段均發(fā)育達(dá)到較好生油潛力級別的烴源巖,如NP288、NP2-82井(近年鉆遇深部暗色烴源巖的少數(shù)探井)沙二+三段有機(jī)碳含量分別高達(dá)2.9%、2.4%;總烴高達(dá)851、2082ppm.這部分烴源巖當(dāng)前埋藏相對較深,其中沙一與沙二+三段一般在4000m以下.如果將這部分烴源巖的生烴潛力進(jìn)行恢復(fù),其生烴潛能應(yīng)比當(dāng)前的測定值高,因部分烴類排出,目前僅為剩余生烴潛能.4.2油源識別4.2.1沙一方-東因子三烴源巖以往研究已確認(rèn)高柳地區(qū)沙三段深層油(Ⅰ類油)主要來自拾場次洼沙三段烴源巖(Ⅰ類巖)(梅嶺等,2008;李素梅等,2008).本研究側(cè)重高柳中淺層及南堡油田原油的油源分析.甾萜類指紋對比揭示,南堡凹陷第Ⅱ、Ⅲ類原油分別與沙二+三、東三-沙一段烴源巖有較好的相關(guān)性,反映親緣關(guān)系;第Ⅳ類顯示介于第Ⅱ、Ⅲ類原油及相關(guān)烴源巖之間的特征,應(yīng)為混源油.生物標(biāo)志物參數(shù)對比表明,南堡油田原油Pr/Ph值(1.15～1.67)與林雀次洼、部分北堡的沙二+三段烴源巖(0.94～1.78)具有較好的相似度,與沙一段-東三段多數(shù)烴源巖(Pr/Ph多為1.82～3.34)差異較大(圖6a).各項生標(biāo)參數(shù)一致顯示,沙二+三段烴源巖各項參數(shù)相對穩(wěn)定,指示性質(zhì)相對穩(wěn)定,而沙一-東三段烴源巖變化較明顯,南堡油田原油與沙二+三段烴源巖聚類相關(guān)(圖6),指示其為南堡油田的主力烴源巖.Pr/Ph、4-甲基甾烷/規(guī)則甾烷、CPI、2xC24-四環(huán)/C26-三環(huán)萜一致顯示,東三段烴源巖與原油的相似度較低,埋深接近3800m的東三-沙一段烴源巖才顯示與原油相近的特征(圖6e,6f,6g).南堡油田沙二+三段烴源巖伽瑪蠟烷/C30藿烷值分布范圍較大且具有隨埋深增加而增加的趨勢(圖6b),暗示深層烴源巖沉積時水體分層或咸度增加,這種環(huán)境更有利于形成優(yōu)質(zhì)烴源巖.C27、C28、C29-規(guī)則甾烷相對豐度三角圖指示,高柳地區(qū)沙三段原油與沙二+三段烴源巖聚類相關(guān);中淺層原油分布于同區(qū)東三-沙一段烴源巖及南側(cè)林雀次洼沙二+三段烴源巖附近,顯示混源成因.類似地,南堡油田原油與同區(qū)沙二+三段烴源巖具有較好的相似度,與部分東三-沙一段烴源巖具有較好的相關(guān)性,指示前者為主力烴源巖,后者的貢獻(xiàn)不能排除.芴、氧芴、硫芴相對豐度反映母源巖的原始沉積環(huán)境(LinandWang,1991),三芴系列分布圖顯示,陸地高尚堡油田、海上南堡油田原油均與沙二+三段烴源巖具有更高的相似度,顯示較好的親緣關(guān)系(圖7).南堡凹陷多數(shù)東三段-沙一段烴源巖樣品與原油相關(guān)性較差(圖7),暗示其成烴貢獻(xiàn)可能相對較少.4.2.2南堡、南堡、沙二+3g-沙一-東3g烴源巖地球化學(xué)特征南堡凹陷拾場次洼及其鄰區(qū)沙三段烴源巖同位素近似呈“斜直線型”,且從低碳到高碳同位素值有逐漸降低的趨勢(圖8a),與高柳地區(qū)沙三段深層原油(I類油)同位素曲線位置基本重疊(圖4a,8a),顯然二者為油源對應(yīng)關(guān)系.南堡凹陷南部灘海沙二+三段烴源巖(Ⅱ類)同位素曲線也曾近“斜直線型”,與南堡潛山原油(Ⅱ類)相似并且位置相近(圖4d,8b),指示兩者具有成因相關(guān)性.北堡、南堡3-5號構(gòu)造帶原油(Ⅲ類)碳同位素曲線型式相似(圖4c,4f),并與沙一-東三段烴源巖具有較好的相似度(圖8),表明兩者具有親緣關(guān)系.特別地,觀察到南堡1,2號構(gòu)造帶原油、高柳中淺層、老爺廟油田原油(IV類)單體烴碳同位素值相似(圖4b,4e),如果疊加則顯示界于沙二+三段、沙一-東三段烴源巖(圖8)及其相關(guān)原油(圖4b,4e)之間的特征,認(rèn)為主系混源油,來自沙二+三段、沙一-東三段烴兩套烴源巖.以上同位素的對比結(jié)果與生物標(biāo)志物基本一致.4.3南堡凹陷原油中沙二+三種成因原油的貢獻(xiàn)選用第Ⅱ類LNP1井潛山(O)原油作為Es2+3成因端元油(A);選用第Ⅲ類原油B26-2、NP3-2等井的均一化值作為Es1-Ed3成因端元油(B);采用正構(gòu)烷烴(<nC21相對穩(wěn)定部分)單體烴碳同位素途徑對南堡油田等原油進(jìn)行混源定量計算.公式如下:m(%)=(ci×δCi-cEb×δCEb)/(cEa×δCEa-cEb×δCEb)×100%,(1)其中,δCi為原油i的正構(gòu)烷烴碳同位素值;δCEa為端元油A的正構(gòu)烷烴碳同位素值;δCEb為端元油B的正構(gòu)烷烴碳同位素值;ci,cEa,cEb為原油i、端元油A、B的正構(gòu)烷烴濃度;m為測試原油中端元油A的混入比例.計算結(jié)果表明,南堡凹陷原油中沙二+三段成因原油的貢獻(xiàn)量不等,分布范圍可為25%～82%.南堡2號構(gòu)造帶中沙二+三段成因原油的貢獻(xiàn)相對較高,一般超過50%;南堡1號構(gòu)造帶沙二+三段的貢獻(xiàn)量約為29%～51%(表1).預(yù)測出老爺廟、高尚堡中淺層原油中均不同程度地混有沙二+三段成因原油.地質(zhì)研究表明,南堡凹陷原油具有混源的地質(zhì)條件:(1)多套烴源巖空間分布疊置;(2)不同類型烴源巖生排烴時間有重疊,為混源油的形成提供了物質(zhì)條件;(3)深切油源斷層發(fā)育,為深部油氣的垂向運移提供了運移通道;(4)深、淺層沖積扇等砂體發(fā)育,為混源油形成與聚集提供了運載體.相關(guān)研究正在進(jìn)行中.5不同類型原油對烴源巖組分的影響(1)南堡凹陷主要存在3大類烴源巖,分別是拾場次洼Es3、林雀次洼\柳南次洼\曹妃甸次洼Es2+3、南堡凹陷Es1-Ed3.烴源巖生烴潛能分析表明,南堡凹陷存在有利沙二+三段烴源巖.南堡凹陷主要有四類原油,分別是第I類高柳深層(Es3)、第Ⅱ類南堡油田潛山(O)、第Ⅲ類北堡+南堡3、4號構(gòu)造帶、第Ⅳ類高柳中淺層+老爺廟油田及南堡1+2號構(gòu)造帶原油,分布最為普遍.不同類