济阳坳陷东营凹陷高蜡原油高分子量烃类组成及生物标志物

济阳坳陷东营凹陷高蜡原油高分子量烃类组成及生物标志物

近年来，在济阳坳陷东城坍塌南坂世家结构中发现了孔店组和奥陶系的工业油流。由于原油含蜡量高,明显高于古近系沙河街组储层油气,并且孔店组原油在地化特征上与沙河街组储层油气具有明显的区别,目前对于研究区高蜡原油的来源及成因还存在异议。同时,古潜山王古1井奥陶系高蜡原油由于饱和烃含量达到80%以上,甾、萜类含量极低,即使尿素络合后甾、萜烷的分布也难以用于准确的油-源对比。为此,本文在对孔店组原油进行详细地球化学分析的基础上,运用高温气相色谱技术对孔店组及王古1井奥陶系高蜡原油的高分子量烃类的组成、分布特征进行了对比研究,同时对高蜡原油的成因进行了探讨。1油层系与烃源岩丁家屋子构造位于东营凹陷南斜坡陈官庄-王家岗断裂阶状构造带,北部以断层与牛庄洼陷带相邻,共有8个含油区块,已证实Es1,Es2,Es3(上),Es3(中),Es4,Ek,O等多套含油层系,油藏类型以构造-断块油气藏为主,其次为构造-岩性油气藏。高蜡原油主要分布于丁家屋子鼻状构造带的孔店组及奥陶系储层。研究区北部为生烃量丰富的牛庄-六户洼陷,勘探实践证实该洼陷发育了Es4(上),Es3(下),Es3(中)3套烃源岩。其中,Es4(上),Es3(下)发育了有机质富集层,有机质丰富,类型好,生烃潜力巨大,为优质烃源岩;而Es3(中)为一套普通的烃源岩。最近发现Es4(下)的上部发育一套优质烃源岩,岩性以灰色-深灰色膏质泥岩为主,平面上主要分布于东营凹陷中、北部的深洼陷中。孔店组烃源岩总体评价为差-一般烃源岩,以生气为主。2原油特征孔店组高蜡原油与来源于Es3,Es4(上)烃源岩的正常原油相比具有其独特的物性特征及地化特征。2.1原油含蜡量为5.丁家屋子构造孔店组原油具有高凝固点(36～53℃)、高含蜡(23.07%～32.02%)、低含硫(一般为0.13%～0.29%)的特征。沙河街组原油含蜡量一般低于15%,凝固点一般低于35℃,含硫量一般为0.22%～3.38%。王古1井奥陶系潜山原油为高蜡凝析油,具有高含蜡(40.84%)、高凝固点(47℃或49℃)、低含硫(0.07%)的特征。即研究区孔店组及奥陶系原油含蜡量及凝固点一般高于同区沙河街组原油,而含硫量低于沙河街组原油。2.2早期的原油芳烃碳同位素从图1可以看出,研究区源自Es4(上)烃源岩的原油芳烃碳同位素值主要为-27.0‰～-28.5‰;源自Es3烃源岩的原油芳烃碳同位素值为-26.2‰～-27.5‰,稍大于Es4(上)来源的原油;而奥陶系及孔店组原油芳烃碳同位素值最轻,为-28.1‰～-29.8‰,明显低于沙河街组原油,反映了其母质可能不同于沙河街组原油。2.3孔店组原油的生物生态学特性孔店组大部分原油规则甾烷相对含量C29(20R)>C28(20R)>C27(20R),成反“L”型分布。相对含量较高的C29规则甾烷一般指示高等植物生源输入较多,但某些特定的藻类生源也可能导致原油的C29甾烷优势。重排甾烷、三降藿烷(Ts)含量低,表明其母源为含粘土物质较少的源岩。孔店组原油甾烷/藿烷值比较低,为0.13～0.70(图2),与Es3来源的原油类似,反映了细菌有机质对其生源的贡献;Es4(上)来源的原油甾烷/藿烷值高,为0.97～3.21,尤其是低熟油规则甾烷和甲藻甾烷含量丰富,反映了其生源以藻类为主。三环萜烷/17α(H)-藿烷值可用来比较细菌或藻类脂体(三环萜烷)和原核生物(藿烷)对母源的贡献。孔店组原油三环萜烷含量高,三环萜烷/五环萜烷值为0.22～1.15;而Es4(上),Es3烃源岩及其所生原油三环萜烷含量较低,三环萜烷/五环萜烷值为0.06～0.21(图2)。孔店组原油γ-蜡烷丰度高,γ-蜡烷/C30藿烷值为0.32～0.89,还具有植烷优势,Pr/Ph值为0.36～0.70,反映了其烃源岩咸化还原的沉积环境,与Es4(上)烃源岩类似,而与Es3淡水湖相烃源岩的沉积环境不同。总之,孔店组原油为一种新型原油,在地化特征上与Es3烃源岩及其所生原油具有明显的区别。在生源指标上它以“三高一低”(高C29甾烷、高三环萜烷、高藿烷、碳同位素值低)的特点区别于Es4(上)烃源岩及其所生原油,但从沉积环境指标上与Es4(上)烃源岩相似。从以上分析看出,孔店组原油的地化特征比较清楚。但对于王古1井奥陶系高蜡原油,由于其饱和烃含量达到80%以上,甾、萜类含量极低,运用常规的分析方法难以进行准确的油-油对比。为此,下文中运用高温气相色谱技术将其与孔店组高蜡原油进行对比分析。3原油高相色谱特征3.1高温气相色谱特征将原油中分离出的蜡进行高温气相色谱分析,可将大于C40的高分子量烃类检测出来。研究发现,高分子量烃类的含量与含蜡量有一定的相关性。将含蜡量较高的原油通过处理分离出的蜡作高温气相色谱分析可检测到C70左右的烃类,且高分子量烃类含量相对较高;而含蜡量较低的原油,如王斜95井原油(含蜡量为10.88%)检测到的高分子量烃类含量低。含蜡量高的王130、王46井孔店组原油以及王古1井奥陶系原油中全蜡的高温气相色谱特征基本相似,C40以前的正构烷烃(显晶蜡)占绝对优势,C40以上的烃(微晶蜡)含量较低。正构烷烃在C23到C27之间出现微弱的奇偶优势;相对强度较高的正构烷烃碳数集中在C17—C35之间,这可能是原油中蜡的主要组成部分;正构烷烃的强度随着碳数的增加迅速降低(图3)。王古1井与王130井高蜡原油全蜡的高温气相色谱正构烷烃分布相似的特征,说明了奥陶系原油与孔店组原油可能具有相同的油气来源。3.2不同岩性原油的相对成熟度蜡再次沉淀获得的微晶蜡中高分子量烃类相对富集,其高温气相色谱特征与全蜡的分布特征不同。王130、王46井孔店组原油样品C25以前基本不出峰,C40以上的微晶蜡含量明显增加,以高分子量烃为主,主峰碳分别出现在C43和C49,并且在C49到C61之间存在较为明显的的奇偶优势(图3)。Killops等认为高分子正构烷烃的CPI值(碳优势指数)为一有效的成熟度参数。按照峰面积作相对定量计算,研究区孔店组原油CPI49-61值CPI49−61=12CΡΙ49-61=12C49+C51+C53+C55+C57C50+C52+C54+C56+C58+C53+C55+C57+C59+C61C52+C54+C56+C58+C60C49+C51+C53+C55+C57C50+C52+C54+C56+C58+C53+C55+C57+C59+C61C52+C54+C56+C58+C60为1.15～1.23,指示了原油为成熟原油,但成熟度不是很高。王古1井奥陶系原油C49到C61之间具有微弱的奇偶优势,CPI49-61值为1.09,说明其成熟度高于孔店组原油。上述高温气相色谱分析表明,奥陶系原油与孔店组原油具有相同的油气来源或油气成因。从前面的分析已经知道,Ek原油与Es3,Es4(上)烃源岩所生原油具有明显的区别,不可能由Es3,Es4(上)烃源岩提供,而只能来源于Es4(下)或Ek烃源岩。从目前的地化分析资料——轻烃指纹、正构烷烃单体烃同位素特征来看,研究区高蜡原油与Es4(下)盐湖相烃源岩具有较好的亲缘关系,而与Ek烃源岩亲缘关系较差。4高蜡原油形成分析4.1高蜡原油的生物组成特征对高蜡原油的成因研究,绝大多数学者认为高蜡原油的生成本质上与母质来源有关,普遍的观点认为原油中的蜡主要为高等植物来源。近年来,国内一些学者研究认为,低等水生生物和湖相藻类也是高蜡原油形成的重要母质来源。从东营凹陷南斜坡高蜡原油的分子特征来看,饱和烃中含有丰富的C29规则甾烷,通常被认为来源于高等植物生源输入较多,但某些地化特征反映了藻类等低等水生生物的贡献。首先,从正构烷烃的分布特征来看,研究区高蜡原油正构烷烃分布均以C11—C40的烃类为主,分布形态多呈“双峰型”分布,主峰碳多数以C17或C23为主,表明了母源中有机质来源除具有陆源高等植物的贡献外还具有藻类等水生生物贡献;其次,从原油的碳同位素特征来看,孔店组原油芳烃碳同位素偏轻,其值为-28.1‰～-29.8‰,低于研究区沙河街组正常原油及潍北地区以高等植物来源为主的孔店组二段腐殖型烃源岩所生原油(图1),反映了本区高蜡原油的母质类型应为偏腐泥型母质范畴。最重要的是,运用GC-MS-MS分析技术,在本区高蜡原油中检测出C26甾烷含有丰富的24-降胆甾烷,24-降胆甾烷是硅藻的分子化石;而本区来源于Es4(上)烃源岩的正常原油则以27-降胆甾烷占优势,与孔店组原油具有明显的区别(图4)。上述证据均说明了孔店组高蜡原油中确实有藻类等水生生物的贡献。此外,孔店组原油中较高丰度的三环萜烷也指示了细菌或藻类脂体的贡献。因此,除陆源植物外,藻类等低等水生生物也是研究区高蜡原油形成的重要母质。4.2原核生物对源岩的贡献细菌等微生物对陆源有机质的改造作用可以提高其产烃能力。Tissot等(1984)认为,高蜡原油很可能来自被微生物强烈改造过的陆源有机质。微生物改造在高蜡原油的分子组成上有所反映,主要体现为含有大量来源于细菌腺体的生物标志物。甾烷/藿烷值可用来反映真核生物(主要是藻类和高等植物)和原核生物(细菌)对源岩的贡献。研究区高蜡原油中甾烷含量低、藿烷含量高,甾烷/藿烷值为0.13～0.70,明显低于来源于Es4(上)烃源岩的正常原油。二环倍半萜中的补身烷与藿烷有相同的成因,高含量的补身烷系列是指示微生物来源的一个标志。研究区高蜡原油中含有丰富的C14—C16二环倍半萜,主要来源于普遍存在的菌类的8β(H)-补身烷、8β(H)-升补身烷和它们的重排物(图5),这表明微生物在高蜡原油形成过程中确实发挥了重要作用;而沙河街组正常原油中补身烷和它们的重排物含量明显低于高蜡原油,表明细菌对正常原油的形成作用不大。此外,研究区高蜡原油中还含有丰富的2α-甲基藿烷(蓝细菌来源),其丰度明显高于Es4(上)来源的正常原油。以上分析表明,微生物改造是研究区高蜡原油形成的一个重要因素。4.3热演化程度分析前人研究认为,热演化程度影响原油含蜡量的高低,如黄海平等研究认为源岩长期处于较低的热演化阶段是下辽河坳陷大民屯凹陷高蜡原油得以保存的关键,类似的情况在黄骅坳陷南部沧东、南皮凹陷的高蜡原油同样存在。东营凹陷南斜坡高蜡原油形成的热演化程度则不同于上述地区。首先,从成熟度参数来看,研究区高蜡原油甾烷异构化参数C2920S/(20S+20R)值为0.38～0.48,C29ββ/(ββ+αα)值为0.39～0.58(图6),成熟度较高,与Es3和Es4(上)成熟烃源岩及其所生原油的成熟度相当或比它们更高,为烃源岩进入生油门限到生油高峰期前后生成的烃类,但并未处于高演化阶段。其次,从原油成熟度参数与原油含蜡量(含蜡量大于10%的原油)之间的关系来看(图7),在一定成熟度范围内,含蜡量随原油成熟度的增加而增大。因此,在一定成熟度范围内,相对较高的成熟度影响原油含蜡量的高低。5烃源岩及藻类1)高温气相色谱分析表明,王古1井奥陶系原油与孔店组原油具有相同的油气来源,但成熟度高于孔店组原油。研究区高蜡原油为一种新型原油,来源于咸化还