苏桥-文安地区原油中混源油的地球化学特征

苏桥-文安地区原油中混源油的地球化学特征

0下第三系沉积厚度及油气来源关中山顶位于太行山西部，东与沧县接壤。北至燕山褶皱带，南至邢恒抬起，南北延伸，面积30260公里。该坳陷是华北地台解体之后形成的一个中生代和新生代断陷盆地,其下第三系沉积厚度为3000～9000m。苏桥-文安地区是冀中坳陷主要的油气分布区,含油气层从奥陶系至第三系均有分布。在原油中,主要为轻质油和凝析油,也有正常密度的原油,甚至还有少量的重质油。近20年来,苏桥-文安油气田的油气来源一直处在争论之中。有人认为是石炭-二叠系的煤成油气,有人认为油气来自下第三系烃源岩,有人则认为是以石炭-二叠系为主要来源的混源油气。本文旨在通过原油地球化学特征剖析,探讨原油的成因类型、各类原油的地球化学特征及识别标志,以便为混源油定量识别模式的建立奠定基础。1和烃色质分析原油样品采自苏桥-文安地区和岔河集地区,产层为奥陶系古潜山、石炭-二叠系和下第三系储层。该储层以凝析油和轻质油居多。原油经过族组成分离和鉴定之后,进行了碳同位素分析、饱和烃定量色谱与定量色谱-质谱分析和芳烃定量色谱-质谱分析。饱和烃色质分析在Hewlett-Packard6890-5973型色谱质谱仪上进行,色谱柱为HP-5MS石英弹性毛细柱(30m×0.25mm×0.25μm)。升温程序为:100℃恒温加热1min,后按4℃/min升至220℃,然后以2℃/min升至300℃恒温加热20min。进样器温度300℃,载气He。质谱条件:+EI/QIMS,离子源电离能量70eV,质量扫描范围50～550amu,扫描间隔为2s。饱和烃生物标志物绝对含量的定量标样为D4-C29胆甾烷。芳烃色质分析的仪器、色谱柱、质谱条件同上。升温程序为:60℃恒温加热2min,后以8℃/min升至150℃,再以4/min升至320℃,在320℃恒温10min。芳烃的绝对含量的定量标样为D8-二苯并噻吩。2生物标志物参数分析与原油对比为了准确地划分苏桥-文安地区原油的成因类型,笔者一方面对该地区原油和岔河集下第三系原油的地球化学特征进行详细剖析;另一方面收集并整理了塔里木盆地、吐哈盆地和三塘湖盆地等煤成油的生物标志物参数,尤其是反映母质类型和沉积环境的生标组合特征。图1是选取了具有生源意义参数的C19～21三环萜烷与C23～24三环萜烷的比值以及具有沉积环境意义参数的伽马蜡烷与C31藿烷的比值。从图中可明显地划分出3个区域和对应的3种原油。第1类是与国内其它盆地煤成油特征相似的苏桥-文安地区样品,有苏402井、苏1-4井和文23-3井原油,这些原油属煤成油。第2类原油是冀中坳陷下第三系原油如岔深3-19井原油,该类原油地化特征与煤成油差异迥然。第3类原油分布在煤成油和下第三系原油之间,如苏49井和文102-1井原油,属混源油。3原油的地球化学特征3.1煤成油的芳烃组成苏桥-文安地区煤成油以凝析油和轻质油为主,其族组成中饱和烃含量占绝对优势,均大于80%,最高可达96.44%;饱芳比>8,最高可达30;而非烃+沥青质的含量一般小于20%。已有的研究成果还揭示煤成油的δ13C的特征值在-27.00‰～-25.00‰之间,众数值出现在-28.5‰～-26.0‰之间,反映了煤成油母质类型和基本生源构成的特征。研究区煤成油δ13C分布在-27.60‰～-26.30‰之间,平均值为-26.8‰,表现出与我国其它煤成油特征之相似性。煤成油低碳数正构烷烃丰富,以前峰型为代表,主峰碳数为nC10,轻重比ΣnC21-/ΣnC22+参数值大于3;Pr/Ph值均大于2,Pr/nC17值分布在0.28～0.31之间,Ph/nC18值则仅为0.11～0.16之间,且Pr/nC17>Ph/nC18。三环萜烷以低碳数(C19～C21)化合物占优势且C19、C20、C21呈现出递减变化之趋势(图2),C19三环萜烷为主峰;(C19+C20+C21)三环萜烷/(C23+C24)三环萜烷值大于3.0,在3.03～7.20之间(表1)。煤成油C24四环萜烷极其丰富,与C23三环萜烷的比值均大于2.0,分布在2.07～3.83之间,与其它地区煤成油的特征相同。在煤成油中检出了C27～C35藿烷系列化合物,且藿烷含量较高,规则甾烷与藿烷的比值均小于0.30,分布在0.08～0.29之间。此外,这类原油的一个鲜明特征是低伽马蜡烷含量和丰富的C30重排藿烷。一般而言,低伽马蜡烷含量表明烃源岩沉积水体含盐度低,沉积在氧化至亚氧化环境中;而C30重排藿烷的富集则表示富含陆源有机质输入的烃源岩沉积在氧化至亚氧化环境中,并且富含粘土。此外,这类原油甾烷含量不高,以C27～C29甾烷为主(图3),其中重排甾烷含量较丰富,重排甾烷与规则甾烷的比值大于0.40,分布在0.41～0.80之间(表1)。在煤成油的多环芳烃中检测出了萘、菲、艹屈、硫芴、氧芴和芴等完整的芳烃系列化合物,其中萘系列化合物占优势。煤成油芳烃绝对含量高达20000μg/g以上,其中萘系列化合物的绝对浓度高达18000μg/g,联苯系列化合物浓度则大于2000μg/g,其它芳烃系列化合物的绝对浓度均小于2000μg/g。就相对百分含量而言,煤成油中二环芳烃联苯和萘系列化合物占总芳烃高达80%以上。3.2煤总烃源岩的烷和烯烃与煤成油相比,下第三系原油饱和烃含量有所下降,为71.97%,但芳烃、非烃和沥青质的含量相对增加,饱芳比小于8。岔33-19井原油δ13C值为-27.9‰,低于煤成油的该值。这类原油的生物标志化合物特征与煤成油恰恰相反,主要表现为正构烷烃分布为后峰型,主峰碳数为nC18,轻重比ΣnC21-/ΣnC22+参数仅为1.41;类异戊间二烯烷烃中植烷占优势,Pr/Ph值小于1,仅为0.58,但Pr/nC17<Ph/nC18;低碳数三环萜烷含量低,且C19、C20、C21呈现出递增变化之趋势(图2),C23三环萜烷为主峰,(C19+C20+C21)三环萜烷/(C23+C24)三环萜烷值为0.74;C24四环萜烷的含量亦不高,与C23三环萜烷的比值只有0.40。此外,这类原油伽马蜡烷含量丰富,与C31藿烷的比值达0.65,甾烷含量相对较高,与藿烷比值可达0.89,但重排甾烷相对贫乏(图3),与规则甾烷的比值不足0.15。该类原油的上述地球化学特征揭示了下第三系原油的母质类型、沉积环境和粘土含量等均与煤成油的烃源岩存在着十分明显的差异。在下第三系原油中亦检测到各类芳烃系列化合物,其中萘系列化合物最高,但与煤成油相比,该类原油芳烃绝对含量明显偏低,仅为8471.82μg/g,这与其生烃母质类型有关。此外,在各类芳烃系列化合物组成中,该类原油与煤成油亦存在着明显差异。3.3同源油中芳烃化合物组成混源油以苏桥-文安地区文102-1井和苏49井原油为代表,尽管这些原油都是混源油,但它们的地球化学性质却不尽相同。苏49井的油为凝析油,原油密度仅为0.7917g/cm3,含硫量为0.03%,含蜡量和胶质沥青质含量分别为3.03%和0.50%,表现出了煤成油物性的特征。相反,文102-1井原油属正常密度原油,密度为0.8789g/cm3,含硫量为0.23%,含蜡量和胶质沥青质含量分别为13.4%和22.55%,展示出了下第三系原油的特征。此外,在苏49井原油中饱和烃占绝对优势(高达96.29%),芳烃为3.46%,非烃为0.25%,而沥青质因含量低未被检出。相反,在文102-1井原油中饱和烃含量仅为50.57%,芳烃含量显著增加(为19.54%),非烃和沥青质的含量也分别高达13.7%和16.10%。δ13C同位素特征值也反映了混源油之间的差异,苏49井凝析油δ13C值较重,为-26.3‰,与煤成油接近;而文102-1井原油δ13C值为-28.2‰,与下第三系原油相似。混源油的生物标志物参数值介于煤成油和下第三系原油之间。文102-1井原油曾遭受轻微的生物降解作用,使正构烷烃部分损失,Pr/nC17和Ph/nC18值异常高,分别为2.18和3.24,但两者之差仍小于1;Pr/Ph值为0.93。这些特征与下第三系原油相似。相反,苏49井原油正构烷烃和类异戊间二烯烷烃的分布与煤成油相似程度更高,表现为正构烷烃分布为前峰型,主峰碳数为nC10,Pr/Ph值为2.72,Pr/nC17-Ph/nC18>1.0。苏49井原油三环萜烷的主峰碳虽然是C23,但低碳数三环萜烷含量较高,且C19、C20、C21呈递减趋势(图2),表现出与煤成油有相似之处,但文102-1井原油不仅低碳数化合物含量低而且C19、C20、C21呈递增趋势,与下第三系原油有相似之处。此外,其它生物标志化合物一般均介于煤成油与下第三系原油之间,在此再不赘述。在苏49井凝析油和文102-1井原油中均检到各类芳烃化合物,其中萘系列化合物占绝对优势。苏49井萘系列化合物为14512.82μg/g,文102-1井为8267.98μg/g,但二者占总芳烃的百分含量相似,分别为77.53%和71.97%。值得注意的是,苏49井凝析油和文102-1井原油联苯、菲、艹屈、二苯并噻吩和芴系列化合物的百分含量均存在着明显的差异,差异最大是菲和芴系列化合物。总体表现为苏49井原油中二环芳烃化合物(联苯和萘系列)含量高于文102-1井,而三环和四环芳烃化合物则低于文102-1井。苏49井凝析油芳烃特征与煤成油相近,而文102-1井原油芳烃特征与下第三系原油相似,可能暗示两类原油混合比例的不同。3.4不同碳源类型下第三系油的地球化学特征综上所述,可将冀中坳陷煤成油、下第三系油和混源油的地球化学特征归纳于表3中。简而言之:煤成油表现为“一前四高一低”,即正构烷烃分布前峰型,姥鲛烷、C19三环萜烷、C24四环萜烷和重排甾烷含量高,而伽马蜡烷含量低;下第三系油的地球化学特征与煤成油相反,表现为“一后四低一高”,即正构烷烃分布后峰型,姥鲛烷、C19三环萜烷、C24四环萜烷和重排甾烷含量低,而伽马蜡烷含量高;混源油的地球化学特征介于煤成油与下第三系原油之间,但参数值则受控于端元油混入的绝对含量。4下第三系原油与煤成油c9、c20、2c1的地球化学特征(1)通过对原油的族组成、碳同位素、饱和烃和芳烃地球化学特征的剖析,揭示了苏桥-文安地区原油不仅存在煤成油,而且存在由煤成油与下第三系原油混合而成的混源油。(2)煤成油表现为饱和烃含量极其丰富、Pr/Ph值高(大于2)、三环萜烷以低碳数(C19～C21)化合物占优势且C19、C20、C21出现递减变化趋势、C24四环萜烷丰富和伽马蜡烷含量低等地球化学特征。下第三系原油与煤成油的地球化学特征恰恰相反,Pr/Ph值低(小于1)、低碳数三环萜烷含量低、且C19、C20、C21出现递增变化趋势、C24四环萜烷含量不高和伽马