溱潼凹陷斜坡带原油物性和地化特征及成因

昝灵，柴方园，印燕铃

中石化华东油气分公司勘探开发研究院，南京 210019

0 引言

随着勘探开发对象由中浅层转向深层、常规转向非常规，沉积学在浅水和深水沉积砂体分布规律、深层—超深层储集层发育机理、富有机质页岩发育模式及非常规储层特征等研究方面取得重要进展[1]。笔者尝试通过原油的物性和生物标志物特征分析，揭示优质烃源岩形成环境，丰富富有机质页岩发育模式，分析形成于不同沉积环境的烃源岩生成原油的差异性。我国老一代油气地质学家提出的陆相生油论对于陆相湖盆油气发现起到巨大推动作用[2]，当时认为大型淡水湖泊是陆相优质烃源岩形成的有利环境[3]。但越来越多的研究表明，无论是海相还是陆相优质烃源岩均形成于咸化环境[4-9]，咸化环境烃源岩具有排烃早、时间长、效率高的特点。苏北盆地古近系烃源岩形成时间为65～51 Ma，此时东部湖盆气候较干燥，渤海湾盆地主要为红层沉积，局部发育膏岩沉积。溱潼凹陷优质烃源岩主要分布在泰州组二段、阜宁组二段中下部和阜宁组四段上部[10-11]，有机质类型以Ⅱ1型为主，Pr/Ph偏低，β-胡萝卜烷和伽马蜡烷含量较高，形成于较强的还原环境。

溱潼凹陷位于苏北—南黄海盆地东台坳陷的东南部，介于吴堡低凸起与泰州凸起之间（图1），南部连江都隆起，东北部接梁垛低凸起，呈北东东向展布，面积约1 100 km2。自东向西可划分为断阶带、深凹带和斜坡带。经过多年勘探，目前已发现帅垛、茅山等十七个油田，提交探明储量四千五百余万吨。溱潼凹陷古近系原油具有明显的低熟特征[12-15]，C29甾烷ααα20S（20S+20R）值小于0.29，高等植物和菌藻类微生物是低熟原油最为重要的成烃母质。低熟油在断阶带、坡垒带及外斜坡均有分布[15]。原油在地质历史时期经过了初次运移、二次运移，物性受到母源、运移距离、保存条件等多种因素影响[16-19]，是油藏形成过程的综合反映。原油中的生物标志化合物能揭示形成环境、母质类型、成熟度等信息，且受到地质历史时期各种因素的影响较小，是研究油气运移的重要指标。原油在运距过程中会形成成熟度差异[20]，油气从成熟度高的部位向成熟度低的部位运移[21-30]，因此可以根据原油成熟度的变化趋势推测原油充注方向，原油成熟度最高点被认为是油气的充注点。硫含量也是油源对比的一个有效指标，高含硫原油形成于盐湖—咸化烃源岩，低含硫原油来自淡水—微咸水烃源岩，中等含硫原油多为混源油[31]。笔者以溱潼凹陷原油物性资料和生物标志物信息为基础，结合成藏条件研究，剖析原油性质、分布规律及形成原因，为寻找有利区带提供参考。通过深化优质烃源岩沉积环境、生烃演化认识，推动非常规油气沉积学快速发展，助力非常规油气资源探索。

图1 溱潼凹陷原油密度变化趋势图Fig.1 Variation trend chart of crude oil density in Qintong Sag

1 原油性质及分布规律

溱潼凹陷由西向东依次发育港口、储家楼、时堰三个主生油洼陷，阜二段烃源岩生成的油气沿着断层、火山通道逐渐向外坡运聚成藏，具有多层系立体含油的特征。不同区带的油源、运移、聚集和保存条件等存在明显差异，原油性质差异较大。根据原油物性及构造背景将溱潼凹陷原油划分为超重油、重质油、中质油3类，以中质油为主，其次为重质油和超重油（表1）。

表1 溱潼凹陷原油物性分类Table 1 Physical classification of crude oil in Qintong Sag

三种原油生标特征差异也比较大，中质油地球化学特征如下（图2a）：总粒子流图上正构烷烃碳数呈正态型分布，主峰碳为C22，奇偶优势不明显，Ph含量>Pr含量，Pr/Ph为0.74；β-胡萝卜烷含量很低或不含；三环萜烷含量中等，C20、C21、C23三环萜烷呈上升型分布，伽马蜡烷含量不高，伽马蜡烷/C30藿烷为0.15，Ts含量高于Tm，Ts/Ts+Tm为0.58；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，ααα20RC29甾烷含量高于ααα20RC27，ααα20RC27/C29为0.69，孕甾烷、升孕甾烷含量较高，孕甾烷含量高于升孕甾烷。原油对应的Ro值约为0.87%，属于成熟油。

重质油正构烷烃碳数呈正态型分布（图2b），主峰碳为C22，奇偶优势不明显，Ph含量>Pr含量，Pr/Ph为0.23，β-胡萝卜烷含量较高；三环萜烷含量中等，C20、C21、C23三环萜烷呈上升型分布，伽马蜡烷含量很高，伽马蜡烷/C30藿烷为0.78，Ts含量低于Tm，Ts/（Ts+Tm）为0.14，ααα20RC29甾烷含量高于ααα20RC27甾烷，几乎不含孕甾烷、升孕甾烷。C29甾烷αα20S（20S+20R）值为0.19，C31升藿烷22S/（22S+22R）值为0.54，原油成熟度较低，属于典型的咸化烃源岩产物[14]。

超重油饱和烃生物标志物特征（图2c）：无正构烷烃与异构烷烃的分布，可见藿烷系列化合物的分布，存在明显鼓包，遭受生物降解，β-胡萝卜烷丰度较高，形成于咸化环境。C20、C21、C23三环萜烷呈上升型分布，总体丰度较低，三环萜烷/藿烷为0.50，（C19+C20）三环萜烷/藿烷值为0.07，Ts比Tm丰度低，Ts/（Ts+Tm）值为0.36，伽马蜡烷/C30藿烷值为0.34，升藿烷指数为0.07，孕甾烷与升孕甾烷的丰度中等，重排甾烷丰度较低，ααα20RC29甾烷含量高于ααα20RC27甾烷，C29甾烷αα20S（20S+20R）值为0.31，C31升藿烷22S/（22S+22R）值为0.59，原油成熟度中等至低。

图2 原油饱和烃生物标志物特征Fig.2 Biomarkers of saturated hydrocarbons in crude oil

从原油物性和地化参数来看，中质油具有相对密度较低，黏度低，硫含量低，无植烷优势，伽马蜡烷含量低的特征，主要分布在内斜坡阜三段。超重油具有相对密度高、黏度大、凝固点低、初馏点高的特征，缺少正构烷烃，β-胡萝卜烷丰度高，主要分布在浅层三垛组。重质油物性介于二者之间，植烷优势明显，伽马蜡烷含量较高，主要分布在外斜坡阜三段和戴南组（图1）。

2 原油性质的主要影响因素

原油的性质受到水介质条件、母质类型、盆地演化史及油气运移、保存条件多因素控制。其中，油源差异是内因，运移和保存条件是外因，分别影响原油性质的不同方面。

2.1 油源差异

2.1.1 油源分析

烃源岩的形成环境、类型及热演化程度影响了原油的组成及性质。从生标谱图和生标指纹图对比来看，溱潼凹陷原油主要来自阜二段烃源岩[11-13]（图3，4）。原油和阜二段烃源岩的正构烷烃，甾、萜烷化合物特征比较相似，总粒子流图上正构烷烃碳数呈正态型分布，奇偶优势不明显，Ph含量>Pr含量，C20、C21、C23三环萜烷呈上升型分布，伽马蜡烷含量中等，Ts含量高于Tm，ααα20RC27、C28、C29甾烷呈不对称“V”型分布，ααα20RC29甾烷含量高于ααα20RC27。原油的生标参数差异主要为伽马蜡烷含量以及成熟度指标，Gr/C30H为0.15～0.7，C29甾烷ααα20S（20S+20R）为0.19～0.55。

图3 溱潼凹陷原油和阜二段烃源岩对比图Fig.3 Comparison diagram of source rock between crude oil in Qintong Sag and the E f2 members

2.1.2 阜二段烃源岩形成环境分析

东部断陷湖盆沉积环境研究表明[32-33]，受古气候、古水体盐度、古水深和古物源影响，岩性从灰岩到泥质灰岩—灰质泥岩—泥岩，有机质丰度先升高后降低[11]，纹层状沉积构造逐渐减少，沉积环境的还原性逐渐减弱，半潮湿气候、半咸水、深水的还原环境最有利于形成富有机质泥页岩。溱潼凹陷阜二段底部为厚层泥灰岩夹薄层粉砂质泥岩，泥灰岩厚度最大可达10 m，中部为泥岩、灰质泥岩和泥灰岩组合，顶部发育厚层深灰色泥岩，局部含粉砂质泥岩。阜二段沉积早期，由于气候比较干燥，蒸发量大于降水量，地表淡水注入少，水体介质盐度高，表现为黄铁矿、伽马蜡烷含量高，锶钡比高，不利于有机质生长，陆源物质输入较少，在凹陷西部和北部，有少量粉砂质输入，有机质丰度不高，烃源岩品质一般。阜二段沉积中期，湖平面逐渐上升，降雨频发，湖平面震荡频繁，气候由干热向潮湿过渡，高等植物和菌藻类等较发育，水体盐度适中，有利于有机质繁殖和保存，发育优质烃源岩。阜二段沉积晚期，湖平面相对降低，处于潮湿气候，有利于有机质生长，但蒸发量小于降水量，水体为弱还原—淡水环境，不利于有机质保存，在北部斜坡带有少量粉砂质输入，烃源品质较差。阜二段烃源岩发育受到气候变化、降水强度、水体盐度和陆源物质供给等因素影响（图5），阜二段中部为最有利烃源岩发育段，底部次之，顶部品质最差[11]。

图4 溱潼凹陷原油和烃源岩萜烷化合物指纹图（E f3、E d、E s为原油；E f2为烃源岩）化合物代号，藿烷：T1⁃C19三环萜烷；T2⁃C20三环萜烷；T3⁃C21三环萜烷；T4⁃C22三环萜烷；T5⁃C23三环萜烷；T6⁃C24三环萜烷；T7⁃C25三环萜烷；T8⁃C24四环萜烷；T9⁃C26三环萜烷；T10⁃C26三环萜烷；T11⁃C28三环萜烷；T12⁃C28三环萜烷；T13⁃C29三环萜烷；T14⁃C29三环萜烷；T15⁃Ts；T16⁃Tm；T17⁃降藿烷；T18⁃18α（H）⁃30⁃降新藿烷（C29Ts）；T19⁃18α（H）⁃重排藿烷；T20⁃17β（H），21α（H）⁃30⁃降莫烷；T21⁃17α（H）,21β（H）⁃藿烷；T22⁃17β（H），21β（H）⁃莫烷；T23⁃17α（H），21β（H）⁃30⁃升藿烷（22s）；T24⁃17α（H），21β（H）⁃30⁃升烷（22R）；T25⁃伽马蜡烷；T26⁃17β（H），21α（H）⁃30⁃升莫烷（20R）；T27⁃17α（H），21β（H）⁃30，31⁃二升藿烷（22S）；T28⁃17α（H），21β（H）⁃30，31⁃二升藿烷（22R）；T29⁃17α（H），21β（H）⁃30，31，32⁃三升藿烷（22S）；T30⁃17α（H），21β（H）⁃30，31，32⁃三升藿烷（22R）；T31⁃17α（H），21β（H）⁃30，31，32，33⁃四升藿烷（22S）；T32⁃17α（H），21β（H）⁃30，31，32，33⁃四升藿烷（22R）；T33⁃17α（H），21β（H）⁃30，31，32，33，34⁃五升藿烷（22S）；T34⁃17α（H），21β（H）⁃30，31，32，33，34⁃五升藿烷（22R）Fig.4 Terpane fingerprints of crude oil and source rock in Qintong Sag(crude oil of the E f3,E d and E s members;source rock of the E f2 members)

图5 阜二段烃源岩沉积模式及形成环境分析Fig.5 Analysis of sedimentary model and formation environment of source rock in the E f2 members

2.1.3 原油组成差异影响因素分析

从内坡到外坡，原油成熟度不断降低（图6），受烃源岩平面热演化差异性影响，深凹带阜二段烃源岩Ro大于0.9%，外斜坡Ro介于0.5%～0.7%（图7）。从内坡到外坡，原油的密度、含硫量和伽马蜡烷含量不断增加（图8、图9a），饱芳比不断降低（图9b），受到烃源岩形成环境和成熟度共同影响。原油的Gr/C30H最低值为0.15，最高值为0.7，证明微咸—半咸水还原环境是形成优质烃源岩的有利沉积环境，水体盐度太低不利于有机质保存，太高不利于有机质繁殖。阜二段中下部咸化的泥灰岩早期生成的原油成熟度较低，低熟油具有低饱芳比、高植烷优势、高伽马蜡烷、高含硫的特征，低成熟原油先期充注，不断通过断砂输导体系向外斜坡运聚成藏。后期阜二段中部低咸化的灰质泥岩生成的原油成熟度较高，饱芳比高，无植烷优势，伽马蜡烷、含硫量中等，高成熟原油后期充注，不断驱替低熟原油向外斜坡聚集。咸化烃源岩在低熟阶段生烃在江汉盆地、渤海湾盆地广泛存在，可能原因是木栓质体、菌藻类组分早期成烃[15]。

图6 溱潼凹陷原油甾、萜烷成熟度参数相关图Fig.6 Correlation diagram of steroidal and terpene maturityparameters of crude oil in Qintong Sag

图7 阜二段中部烃源岩R o（%）等值线图Fig.7 R o(%)contour map for middle hydrocarbon source rock of the E f2 members

图8 溱潼凹陷原油密度和含硫量相关图Fig.8 Correlation diagram of crude oil density and sulfur content in Qintong Sag

图9 原油成熟度与形成环境、原油组分变化关系图Fig.9 Crude oil maturity and formation environment,crude oil component change diagram

2.2 次生变化

在油气运聚、成藏过程中，地层水的氧化作用、生物降解作用以及保存条件对原油物理、化学性质的影响较大，这些因素在油藏形成的不同阶段发挥不同作用。

2.2.1 油气运移

从深层到浅层，原油物性逐渐变差（图10），比如三垛组发现的基本都是稠油油藏，戴南组部分原油也有轻度生物降解，主要是由油气运移和油藏所处环境的差异所致。溱潼凹陷主要发育阜二段中下部生、阜三段储的成藏组合，阜二段优质烃源岩与阜三段储层不直接接触，中间间隔一百米左右泥岩段，油气垂向运移需要晚期活动的深大断层沟通阜二段中下部烃源岩。原油由深层向浅层、凹陷中心向边缘运移的过程中，氧化作用使原油中的轻组分不断散失，保存重组分，造成原油物性逐渐变差。其次，原油沿纵向输导断层从深部向浅部运移过程中，温度、压力不断降低，溶解气也不断散失，使原油物性变差。三垛期是重要油气成藏期[12-14]，三垛期活动断层是重要的垂向输导断层（图11），尤其在西部内斜坡带，输导断层比较发育，油气沿断层运移过程中，原油物性逐渐变差，且运移距离越远，轻质组分散失越多，油质越差。运移效应也使得低熟原油主要分布在外斜坡和浅层。

图10 原油物性随深度变化趋势图Fig.10 Trend chart of changes in crude oil properties with depth

图11 溱潼凹陷斜坡带油气成藏模式图Fig.11 Oil and gas accumulation model diagram of Qintong Sag slope belt

2.2.2 油藏保存条件

保存条件也是影响原油性质的重要因素，主要包括氧化作用和生物降解作用。在断层和不整合面附近油藏最容易遭受次生改造，容易形成稠油油藏，比如在外斜坡带北汉庄和兴北油田（图1，11），阜三段地层遭受剥蚀，直接与三垛组底块砂岩呈不整合接触，靠近凹陷边缘，地表水活跃，使得阜三段和三垛组原油遭受氧化、生物降解等次生变化[17]，原油物性变差。内斜坡阜三段虽然断层发育，但地层封闭性好，油藏保存条件好，原油密度和黏度均较低。同时在戴南组、三垛组等中浅层，由于地温较低、封闭性相对较差，原油容易遭受次生改造。油水界面附近原油密度、黏度变大的现象说明了水洗作用明显。

3 油气成藏过程分析

溱潼凹陷斜坡带主要发育两类断层[12,34-35]（图1，11），北东向断层形成于吴堡期，主要起侧向封堵作用，分布在外斜坡。近东西向断层形成于三垛期，与油气成藏期向匹配，主要起纵向输导作用，分布在内斜坡。内斜坡顺向断层在三垛期开始活动，不断沟通阜二段中下部烃源岩，生成的油气沿三垛期断层垂向运移至阜三段、戴南组。在构造圈闭发育区，油气在阜三段、戴南组内部侧向运移至高部位构造圈闭成藏。在构造圈闭不发育区，油气沿反向正断层向外斜坡运移，在阜三段、戴南组砂岩尖灭带聚集成藏。

深凹带阜二段烃源岩在三垛初期生成低熟油（图12），三垛末期生成成熟油，低熟油先充注，后期成熟原油驱替早期低熟油向外坡运移聚集。从内坡向外坡，原油成熟度逐渐减小、物性变差，且外斜坡原油普遍具有高伽马蜡烷、低姥植比、较高含硫量等特征，说明溱潼凹陷斜坡带油源相对比较充足，原油经过较长距离运移，外斜坡阜三段剥蚀带也是有利的勘探区。油源差异和油气运移对原油性质的环带状分布起主要作用。

图12 溱潼凹陷深凹带和外斜坡单井热演化史图Fig.12 Thermal evolution history of single well in deep depression zone and external slope of Qintong Depression

4 结论

（1）溱潼凹陷的原油划分为超重油、重质油、中质油三类。平面上，相同层系的原油从深凹带向外斜坡带物性逐渐变差，同时含硫量增加。纵向上，从深层向浅层原油物性逐渐变差。

（2）原油成熟度与形成环境具有良好相关性，低熟原油形成于咸化泥灰岩。外斜坡普遍发育低熟油，后期成熟油驱替低熟油不断运聚到外斜坡成藏。溱潼凹陷斜坡带油源比较充足，原油经过较长距离运移，阜三段剥蚀带也是有利的勘探区。

（3）溱潼凹陷斜坡带原油物性受到油源、油气运移、氧化作用、生物降解等因素影响，油源差异和油气运移对原油物性的环带状分布起主要作用，而保存条件对于局部原油物性变化起重要作用。