南堡凹陷原油類型及分布特征

南堡凹陷原油類型及分布特征

南堡坍塌位于河北省唐山地區(qū)。該構(gòu)造是渤海盆地黃廟坳陷以北的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。新生代經(jīng)歷了古近紀(jì)斷陷和新近紀(jì)-第四紀(jì)坳陷兩個(gè)演化階段。由上到下發(fā)育了第四系(O),新近系明化鎮(zhèn)組(Nm)、館陶組(Ng),古近系東營(yíng)組(Ed)、沙河街組(Es)。其中沙河街組由上到下劃分為沙一段(Es1)、沙二段(Es2)、沙三段(Es3)和沙四段(Es4);東營(yíng)組(Ed)由上到下劃分為東一段(Ed1)、東二段(Ed2)和東三段(Ed3)。基底為前古近系。烴源巖層主要發(fā)育于Es3、Es1和Ed3。凹陷總面積為1932km2,其中灘海區(qū)域面積1000km2,陸地區(qū)域面積932km2。陸上的北堡、老爺廟、高尚堡和柳贊構(gòu)造帶勘探程度較高;灘海區(qū)域的南堡1號(hào)、南堡2號(hào)、南堡3號(hào)、南堡4號(hào)和南堡5號(hào)等5個(gè)構(gòu)造帶與中淺層都不同程度地發(fā)現(xiàn)了油氣。前人對(duì)南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)的原油和烴源巖特征進(jìn)行過(guò)研究,對(duì)原油類型進(jìn)行過(guò)劃分,但已有的研究主要集中于陸上,對(duì)于不同類型原油在整個(gè)凹陷的宏觀分布及其與烴源巖的空間分布關(guān)系未深入分析。筆者基于灘海地區(qū)大量新分析的原油地化資料,結(jié)合勘探現(xiàn)狀對(duì)灘海深部位的油氣勘探前景進(jìn)行了探討。1南堡凹陷原油主要生物降解特征該次研究在收集整理前人原油、油砂試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上,補(bǔ)充采集了24個(gè)原油樣品和44個(gè)油砂樣品,分別進(jìn)行了族組分分離、飽和烴氣相色譜分析、飽和烴色譜-質(zhì)譜分析、碳同位素組成等多項(xiàng)分析測(cè)試,樣品遍布了南堡凹陷陸上和灘海的所有層位(Nm,Ng,Ed1,Ed3,Es1,Es3和O),涵蓋了南堡凹陷所有的采油區(qū)域(高尚堡、柳贊、老爺廟、北堡、灘海地區(qū)),尤其在南堡凹陷的灘海地區(qū)補(bǔ)充了大量原油、油砂樣品,采樣位置見(jiàn)圖1所示。原油密度主要分布在0.8~1.0g/cm3;粘度分布在1~600mPa·s,主要都小于200mPa·s。原油密度和粘度與深度的關(guān)系(圖2)顯示,在2000m深度之上,密度和粘度高值數(shù)據(jù)增加明顯,粘度可達(dá)600mPa·s以上,個(gè)別樣品密度超過(guò)0.934g/cm3。這些高密度和高粘度原油應(yīng)該與生物降解作用有關(guān)。灘海地區(qū)的原油密度和粘度普遍較低,顯示正常特征。陸上柳贊地區(qū)位于深度3000m左右的原油密度和粘度偏高與這一地區(qū)油藏的早期成藏和早期破壞有一定關(guān)系。原油含蠟量變化范圍也較大,大多數(shù)原油含蠟量較高,分布在20%~30%之間。原油飽和烴含量主要都大于50%,少數(shù)樣品介于30%~50%之間;芳烴含量在5%~40%之間;非烴和瀝青質(zhì)含量分布在1%~40%之間,其中,灘海地區(qū)的一些原油樣品表現(xiàn)出了較高的非烴和瀝青質(zhì)含量,不同于陸上?？傮w上,南堡凹陷原油都為正常的原油,只有少部分淺層原油有生物降解現(xiàn)象,原油氣相色譜圖主要呈現(xiàn)“單峰”、“雙峰”兩種形態(tài),反映了生源中低等水生生物與高等植物的貢獻(xiàn)的差異,各層位原油正構(gòu)烷烴分布特征略有不同,反映了源巖的細(xì)微差別。沙河街組原油主要分布在高尚堡和柳贊地區(qū),主要呈“雙峰”態(tài)分布,表明低等水生生物和陸生高等植物對(duì)生源都有貢獻(xiàn);Pr/nC17值在0.29~0.50之間,Ph/nC18值在0.21~0.59之間,Pr/Ph值在1.08~1.35之間,表明沉積環(huán)境為弱氧化-弱還原環(huán)境。東營(yíng)組原油主要分布在高尚堡、老爺廟、北堡和灘海地區(qū),譜圖以“雙峰”態(tài)峰型為主,說(shuō)明有低等水生生物和陸源高等植物輸入;Pr/nC17值在0.35~0.49之間,Ph/nC18值在0.24~0.45之間,Pr/Ph值在0.98~2.20之間,多數(shù)樣品分布在1.0~1.5之間,少量樣品分布在2.0以上,表明形成于弱氧化-弱還原環(huán)境中。館陶組和明化鎮(zhèn)組原油主要分布在高尚堡、柳贊、老爺廟和灘海地區(qū),有部分原油樣品遭到了輕微的生物降解,表現(xiàn)在正構(gòu)烷烴輕度損失,缺失C15之前的部分正構(gòu)烷烴,姥鮫烷和植烷保留完整;還有部分樣品遭受了很嚴(yán)重的生物降解,表現(xiàn)在正構(gòu)烷烴基本缺失,這些原油埋深較淺,都分布在館陶組;Pr/nC17值在0.39~2.11之間,Ph/nC18值在0.29~4.23之間,Pr/Ph值在0.92~1.66之間,其中有生物降解痕跡的原油∑nC-21/∑nC+22很低,為0.50左右,Pr/nC17、Ph/nC18值都很高,都在1.40以上分布,與正常的原油有明顯區(qū)別。南堡凹陷原油甾萜類生標(biāo)物含量豐富,甾萜類生標(biāo)物在不同層位不同地區(qū)表現(xiàn)出不同的特征。南堡凹陷4-甲基C30甾烷呈陸上多灘海地區(qū)少的特征,位于凹陷東北部的高尚堡和柳贊地區(qū)的Es3段原油4-甲基C30甾烷含量最高,北堡和灘海地區(qū)的4-甲基C30甾烷的含量很低,低于陸上原油。較多的學(xué)者認(rèn)為4-甲基C30甾烷是來(lái)源于甲藻類的低等水生生物,而且高含量的4-甲基C30甾烷通常是湖相淡水甲藻生源的標(biāo)志。所以南堡凹陷高柳地區(qū)原油顯示出了很明顯的湖相淡水甲藻生源的特征,而4-甲基C30甾烷的含量反映了甲藻生源輸入量的差異,從陸上原油和灘海原油4-甲基C30甾烷含量的差異也可以看出母源巖的差異(圖3)。南堡凹陷原油伽馬蠟烷含量有明顯的區(qū)域性差異,陸上原油伽馬蠟烷指數(shù)很低,大部分低于0.15,說(shuō)明沉積水體鹽度很低,而灘海地區(qū)則呈現(xiàn)出高低不同的特色。灘海地區(qū)的原油伽馬蠟烷指數(shù)在0.2以上也有分布,顯示出了很高的水體鹽度,而陸上基本沒(méi)有(圖4)。原油碳同位素分布范圍較窄,主要介于-27‰~-29‰之間。整體上,北堡、高尚堡、柳贊地區(qū)原油碳同位素略高于老爺廟和灘海地區(qū)。原油族組分飽和烴碳同位素分布范圍為-29.9‰~-37.3‰,均值為-28.38‰,芳烴碳同位素分布范圍為-28‰~-25.1‰,均值為-26.56‰,非烴碳同位素分布范圍為-27‰~-25.2‰,均值為-26.01‰,瀝青質(zhì)碳同位素分布范圍為-27.6‰~-24.8‰,均值為-26.28‰?？梢园l(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)碳同位素組成具有逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象,而且灘海原油樣品瀝青質(zhì)碳同位素逆轉(zhuǎn)幅度小于陸上。這種現(xiàn)象應(yīng)該是生源中低等水生生物和高等植物的貢獻(xiàn)不同造成的。2湖相淡水甲藻生境從上述原油特征分析可見(jiàn),原油物性、族組分、碳同位素等特征主要反映的是原油的總體特征,不同來(lái)源原油的上述特征重疊嚴(yán)重,難以進(jìn)行類型的準(zhǔn)確進(jìn)行劃分。而原油甾萜烷化合物指紋組成可以反映不同化合物的相對(duì)含量,可以從細(xì)節(jié)上反映原油的差異,所以,主要依據(jù)甾萜烷生標(biāo)物對(duì)原油類型劃分,劃分的依據(jù)主要是C27,C28,C29規(guī)則甾烷的峰型分布、4-甲基C30甾烷、重排甾烷和伽馬蠟烷相對(duì)含量等。據(jù)此,將南堡凹陷原油劃分為A、B、C等3大類(圖4)。A類原油典型特征是4-甲基C30甾烷含量高,伽馬蠟烷含量很低(圖4)?？梢赃M(jìn)一步細(xì)分為A1、A2兩個(gè)亞類。A1類原油主要表現(xiàn)在4-甲基C30甾烷含量非常高,明顯高于B、C類原油,反映了湖相淡水甲藻生源(細(xì)菌來(lái)源)。A2類原油特征為重排甾烷含量從相對(duì)中等到相對(duì)較高,重排甾烷/規(guī)則甾烷數(shù)明顯高于A1類原油;4-甲基C30甾烷含量明顯低于A1類(圖4(a)、(b))。B類原油特征表現(xiàn)在4-甲基C30甾烷含量很少;伽馬蠟烷含量很低;C27、C28、C29規(guī)則甾烷主要呈“L”型分布,說(shuō)明以低等水生生物生源為主;重排甾烷/規(guī)則甾烷數(shù)值處于低到中等水平;原油的成熟度在所有原油中處于低到偏中等水平(圖4(c))。C類原油最明顯的特征是伽馬蠟烷含量很高,說(shuō)明沉積環(huán)境的鹽度較高;4-甲基C30甾烷含量相對(duì)較低;C27、C28和C29規(guī)則甾烷主要呈“L”型分布,C27含量略高于C29含量,說(shuō)明生源以低等水生生物為主;重排甾烷/規(guī)則甾烷數(shù)值處于低到中等水平;原油的成熟度在所有原油中處于低到偏中等水平(圖4(d))。不同類型原油在陸上和灘海的分布不同,A類主要分布在陸上,B類主要分布在灘海地區(qū)。其中,A1類原油主要分布在陸上高尚堡地區(qū)和柳贊地區(qū)的Es3;A2類原油主要分布在陸上老爺廟的Nm、Ng、Ed1與Ed3、柳贊地區(qū)的Ng、高尚堡地區(qū)的Ed1與Ed3的中淺層。B類原油主要分布在灘海地區(qū)的Nm~Ed3。C類原油主要分布在灘海地區(qū)的Nm、Ng、Ed1和Ed3(圖5)。A1類原油主要分布在高柳地區(qū)的Es3,沉積環(huán)境以淡水湖相為主,水體穩(wěn)定,弱氧化弱還原環(huán)境適宜水生生物生存,并有陸生高等植物輸入,應(yīng)來(lái)源于深層Es3烴源巖;A2類原油主要分布在高柳地區(qū)和老爺廟的Ed3到Nm的中淺層,該期湖水退卻,湖平面下降,低等水生生物繁盛,與淺層Ed3烴源巖有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,沉積環(huán)境主要為濱淺湖沉積。B類原油主要分布在灘海地區(qū)的Nm、Ng、Ed1、Ed2、Ed3,主要來(lái)源于低等水生生物,其來(lái)源的環(huán)境水體含鹽度很低,該類型原油和灘海地區(qū)Ed3、Es1段烴源巖有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,沉積環(huán)境主要為湖泊沉積。C類原油主要分布在灘海地區(qū)的Nm、Ng、Ed1、Ed3,沉積環(huán)境的鹽度較高,主要為三角洲相沉積環(huán)境,與灘海Es3烴源巖有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3灘海地區(qū)典型巖性分布于陸上的A類原油前人已進(jìn)行了較多工作,其中A1類原油來(lái)自拾場(chǎng)次洼的Es3烴源巖;A2類原油來(lái)自高柳地區(qū)和柳南次洼Ed3烴源巖。所以,主要分析B類和C類原油的來(lái)源。通過(guò)大量烴源巖與原油甾萜烷生標(biāo)物的對(duì)比發(fā)現(xiàn),B類原油主要來(lái)源于北堡及灘海地區(qū)的Ed3烴源巖(圖6),推測(cè)Es1也應(yīng)有一定貢獻(xiàn)。C類原油主要來(lái)源于灘海地區(qū)的Es3和Es2+3烴源巖(圖7)。油源對(duì)比結(jié)果可見(jiàn),灘海地區(qū)的Ed3、Es1與Es3均發(fā)育有效烴源巖。為了探索灘海地區(qū)的油氣勘探前景,通過(guò)單井不同沉積相暗色泥巖厚度統(tǒng)計(jì),結(jié)合層序地層學(xué)和沉積相研究成果,預(yù)測(cè)了上述幾個(gè)層段的暗色泥巖厚度分布圖(圖8~10)。其中,Es3烴源巖主要分布在柳南次凹的東南部的灘海地區(qū)與高柳局部地區(qū),厚度主要介于150~400m之間,最大厚度可達(dá)550m左右(圖8);Es1烴源巖主要分布在曹妃甸次凹、柳南和林雀次凹地區(qū),暗色泥巖厚度主要分布在100~400m之間,最大厚度可達(dá)420m左右(圖9)。Ed3發(fā)育大套的濱淺湖相暗色泥巖,地層平均厚度一般為500~800m之間,最大厚度約為1300m,沉積中心主要位于林雀次凹和曹妃甸地區(qū)的東北部,暗色泥巖主要分布在林雀次凹南部和曹妃甸的北部地區(qū),其次是高柳斷層的南側(cè)地區(qū),厚度一般為300~600m之間,最大厚度可達(dá)800余米(圖10)?？梢?jiàn),灘海中部Es3、Es1烴源巖比較發(fā)育,Ed3烴源巖在灘海地區(qū)普遍發(fā)育。該區(qū)烴源巖層段埋深都比較大,主要都進(jìn)入了成熟生油氣階段。目前發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在中淺層。但老堡南1井在大于4000m深度的基底奧陶系也發(fā)現(xiàn)了來(lái)自沙三段的油氣聚集,原油成熟度高,有較多的伴生氣,表明對(duì)應(yīng)的烴源巖演化程度高,發(fā)育有效烴源巖。灘海地區(qū)深部位砂泥巖互層發(fā)育,再加上基底潛山的存在,為油氣聚集提供較好的儲(chǔ)集條件,而且深部位烴源巖演化程度高,以生輕質(zhì)油和天然氣為主,這種較輕的烴類對(duì)儲(chǔ)集層物性的要求也會(huì)稍低一些,可見(jiàn),灘海地區(qū)中深層仍具有較大的輕質(zhì)油和天然氣勘探潛力,是下一步重要的勘探領(lǐng)域。4a、b兩大類原油通過(guò)原油生物標(biāo)志物和碳同位素特征分析,發(fā)現(xiàn)南堡凹陷陸上原油與灘海原油有明顯區(qū)別,綜合油源對(duì)比結(jié)果可取得如下認(rèn)識(shí):1) 南堡凹陷原油分為A、B和C共