濟陽坳陷東營凹陷高蠟原油高分子量烴類組成及生物標(biāo)志物

濟陽坳陷東營凹陷高蠟原油高分子量烴類組成及生物標(biāo)志物

近年來，在濟陽坳陷東城坍塌南坂世家結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了孔店組和奧陶系的工業(yè)油流。由于原油含蠟量高,明顯高于古近系沙河街組儲層油氣,并且孔店組原油在地化特征上與沙河街組儲層油氣具有明顯的區(qū)別,目前對于研究區(qū)高蠟原油的來源及成因還存在異議。同時,古潛山王古1井奧陶系高蠟原油由于飽和烴含量達(dá)到80%以上,甾、萜類含量極低,即使尿素絡(luò)合后甾、萜烷的分布也難以用于準(zhǔn)確的油-源對比。為此,本文在對孔店組原油進(jìn)行詳細(xì)地球化學(xué)分析的基礎(chǔ)上,運用高溫氣相色譜技術(shù)對孔店組及王古1井奧陶系高蠟原油的高分子量烴類的組成、分布特征進(jìn)行了對比研究,同時對高蠟原油的成因進(jìn)行了探討。1油層系與烴源巖丁家屋子構(gòu)造位于東營凹陷南斜坡陳官莊-王家崗斷裂階狀構(gòu)造帶,北部以斷層與牛莊洼陷帶相鄰,共有8個含油區(qū)塊,已證實Es1,Es2,Es3(上),Es3(中),Es4,Ek,O等多套含油層系,油藏類型以構(gòu)造-斷塊油氣藏為主,其次為構(gòu)造-巖性油氣藏。高蠟原油主要分布于丁家屋子鼻狀構(gòu)造帶的孔店組及奧陶系儲層。研究區(qū)北部為生烴量豐富的牛莊-六戶洼陷,勘探實踐證實該洼陷發(fā)育了Es4(上),Es3(下),Es3(中)3套烴源巖。其中,Es4(上),Es3(下)發(fā)育了有機質(zhì)富集層,有機質(zhì)豐富,類型好,生烴潛力巨大,為優(yōu)質(zhì)烴源巖;而Es3(中)為一套普通的烴源巖。最近發(fā)現(xiàn)Es4(下)的上部發(fā)育一套優(yōu)質(zhì)烴源巖,巖性以灰色-深灰色膏質(zhì)泥巖為主,平面上主要分布于東營凹陷中、北部的深洼陷中?？椎杲M烴源巖總體評價為差-一般烴源巖,以生氣為主。2原油特征孔店組高蠟原油與來源于Es3,Es4(上)烴源巖的正常原油相比具有其獨特的物性特征及地化特征。2.1原油含蠟量為5.丁家屋子構(gòu)造孔店組原油具有高凝固點(36～53℃)、高含蠟(23.07%～32.02%)、低含硫(一般為0.13%～0.29%)的特征。沙河街組原油含蠟量一般低于15%,凝固點一般低于35℃,含硫量一般為0.22%～3.38%。王古1井奧陶系潛山原油為高蠟?zāi)鲇?具有高含蠟(40.84%)、高凝固點(47℃或49℃)、低含硫(0.07%)的特征。即研究區(qū)孔店組及奧陶系原油含蠟量及凝固點一般高于同區(qū)沙河街組原油,而含硫量低于沙河街組原油。2.2早期的原油芳烴碳同位素從圖1可以看出,研究區(qū)源自Es4(上)烴源巖的原油芳烴碳同位素值主要為-27.0‰～-28.5‰;源自Es3烴源巖的原油芳烴碳同位素值為-26.2‰～-27.5‰,稍大于Es4(上)來源的原油;而奧陶系及孔店組原油芳烴碳同位素值最輕,為-28.1‰～-29.8‰,明顯低于沙河街組原油,反映了其母質(zhì)可能不同于沙河街組原油。2.3孔店組原油的生物生態(tài)學(xué)特性孔店組大部分原油規(guī)則甾烷相對含量C29(20R)>C28(20R)>C27(20R),成反“L”型分布。相對含量較高的C29規(guī)則甾烷一般指示高等植物生源輸入較多,但某些特定的藻類生源也可能導(dǎo)致原油的C29甾烷優(yōu)勢。重排甾烷、三降藿烷(Ts)含量低,表明其母源為含粘土物質(zhì)較少的源巖?？椎杲M原油甾烷/藿烷值比較低,為0.13～0.70(圖2),與Es3來源的原油類似,反映了細(xì)菌有機質(zhì)對其生源的貢獻(xiàn);Es4(上)來源的原油甾烷/藿烷值高,為0.97～3.21,尤其是低熟油規(guī)則甾烷和甲藻甾烷含量豐富,反映了其生源以藻類為主。三環(huán)萜烷/17α(H)-藿烷值可用來比較細(xì)菌或藻類脂體(三環(huán)萜烷)和原核生物(藿烷)對母源的貢獻(xiàn)?？椎杲M原油三環(huán)萜烷含量高,三環(huán)萜烷/五環(huán)萜烷值為0.22～1.15;而Es4(上),Es3烴源巖及其所生原油三環(huán)萜烷含量較低,三環(huán)萜烷/五環(huán)萜烷值為0.06～0.21(圖2)?？椎杲M原油γ-蠟烷豐度高,γ-蠟烷/C30藿烷值為0.32～0.89,還具有植烷優(yōu)勢,Pr/Ph值為0.36～0.70,反映了其烴源巖咸化還原的沉積環(huán)境,與Es4(上)烴源巖類似,而與Es3淡水湖相烴源巖的沉積環(huán)境不同?？傊?孔店組原油為一種新型原油,在地化特征上與Es3烴源巖及其所生原油具有明顯的區(qū)別。在生源指標(biāo)上它以“三高一低”(高C29甾烷、高三環(huán)萜烷、高藿烷、碳同位素值低)的特點區(qū)別于Es4(上)烴源巖及其所生原油,但從沉積環(huán)境指標(biāo)上與Es4(上)烴源巖相似。從以上分析看出,孔店組原油的地化特征比較清楚。但對于王古1井奧陶系高蠟原油,由于其飽和烴含量達(dá)到80%以上,甾、萜類含量極低,運用常規(guī)的分析方法難以進(jìn)行準(zhǔn)確的油-油對比。為此,下文中運用高溫氣相色譜技術(shù)將其與孔店組高蠟原油進(jìn)行對比分析。3原油高相色譜特征3.1高溫氣相色譜特征將原油中分離出的蠟進(jìn)行高溫氣相色譜分析,可將大于C40的高分子量烴類檢測出來。研究發(fā)現(xiàn),高分子量烴類的含量與含蠟量有一定的相關(guān)性。將含蠟量較高的原油通過處理分離出的蠟作高溫氣相色譜分析可檢測到C70左右的烴類,且高分子量烴類含量相對較高;而含蠟量較低的原油,如王斜95井原油(含蠟量為10.88%)檢測到的高分子量烴類含量低。含蠟量高的王130、王46井孔店組原油以及王古1井奧陶系原油中全蠟的高溫氣相色譜特征基本相似,C40以前的正構(gòu)烷烴(顯晶蠟)占絕對優(yōu)勢,C40以上的烴(微晶蠟)含量較低。正構(gòu)烷烴在C23到C27之間出現(xiàn)微弱的奇偶優(yōu)勢;相對強度較高的正構(gòu)烷烴碳數(shù)集中在C17—C35之間,這可能是原油中蠟的主要組成部分;正構(gòu)烷烴的強度隨著碳數(shù)的增加迅速降低(圖3)。王古1井與王130井高蠟原油全蠟的高溫氣相色譜正構(gòu)烷烴分布相似的特征,說明了奧陶系原油與孔店組原油可能具有相同的油氣來源。3.2不同巖性原油的相對成熟度蠟再次沉淀獲得的微晶蠟中高分子量烴類相對富集,其高溫氣相色譜特征與全蠟的分布特征不同。王130、王46井孔店組原油樣品C25以前基本不出峰,C40以上的微晶蠟含量明顯增加,以高分子量烴為主,主峰碳分別出現(xiàn)在C43和C49,并且在C49到C61之間存在較為明顯的的奇偶優(yōu)勢(圖3)。Killops等認(rèn)為高分子正構(gòu)烷烴的CPI值(碳優(yōu)勢指數(shù))為一有效的成熟度參數(shù)。按照峰面積作相對定量計算,研究區(qū)孔店組原油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為1.15～1.23,指示了原油為成熟原油,但成熟度不是很高。王古1井奧陶系原油C49到C61之間具有微弱的奇偶優(yōu)勢,CPI49-61值為1.09,說明其成熟度高于孔店組原油。上述高溫氣相色譜分析表明,奧陶系原油與孔店組原油具有相同的油氣來源或油氣成因。從前面的分析已經(jīng)知道,Ek原油與Es3,Es4(上)烴源巖所生原油具有明顯的區(qū)別,不可能由Es3,Es4(上)烴源巖提供,而只能來源于Es4(下)或Ek烴源巖。從目前的地化分析資料——輕烴指紋、正構(gòu)烷烴單體烴同位素特征來看,研究區(qū)高蠟原油與Es4(下)鹽湖相烴源巖具有較好的親緣關(guān)系,而與Ek烴源巖親緣關(guān)系較差。4高蠟原油形成分析4.1高蠟原油的生物組成特征對高蠟原油的成因研究,絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為高蠟原油的生成本質(zhì)上與母質(zhì)來源有關(guān),普遍的觀點認(rèn)為原油中的蠟主要為高等植物來源。近年來,國內(nèi)一些學(xué)者研究認(rèn)為,低等水生生物和湖相藻類也是高蠟原油形成的重要母質(zhì)來源。從東營凹陷南斜坡高蠟原油的分子特征來看,飽和烴中含有豐富的C29規(guī)則甾烷,通常被認(rèn)為來源于高等植物生源輸入較多,但某些地化特征反映了藻類等低等水生生物的貢獻(xiàn)。首先,從正構(gòu)烷烴的分布特征來看,研究區(qū)高蠟原油正構(gòu)烷烴分布均以C11—C40的烴類為主,分布形態(tài)多呈“雙峰型”分布,主峰碳多數(shù)以C17或C23為主,表明了母源中有機質(zhì)來源除具有陸源高等植物的貢獻(xiàn)外還具有藻類等水生生物貢獻(xiàn);其次,從原油的碳同位素特征來看,孔店組原油芳烴碳同位素偏輕,其值為-28.1‰～-29.8‰,低于研究區(qū)沙河街組正常原油及濰北地區(qū)以高等植物來源為主的孔店組二段腐殖型烴源巖所生原油(圖1),反映了本區(qū)高蠟原油的母質(zhì)類型應(yīng)為偏腐泥型母質(zhì)范疇。最重要的是,運用GC-MS-MS分析技術(shù),在本區(qū)高蠟原油中檢測出C26甾烷含有豐富的24-降膽甾烷,24-降膽甾烷是硅藻的分子化石;而本區(qū)來源于Es4(上)烴源巖的正常原油則以27-降膽甾烷占優(yōu)勢,與孔店組原油具有明顯的區(qū)別(圖4)。上述證據(jù)均說明了孔店組高蠟原油中確實有藻類等水生生物的貢獻(xiàn)。此外,孔店組原油中較高豐度的三環(huán)萜烷也指示了細(xì)菌或藻類脂體的貢獻(xiàn)。因此,除陸源植物外,藻類等低等水生生物也是研究區(qū)高蠟原油形成的重要母質(zhì)。4.2原核生物對源巖的貢獻(xiàn)細(xì)菌等微生物對陸源有機質(zhì)的改造作用可以提高其產(chǎn)烴能力。Tissot等(1984)認(rèn)為,高蠟原油很可能來自被微生物強烈改造過的陸源有機質(zhì)。微生物改造在高蠟原油的分子組成上有所反映,主要體現(xiàn)為含有大量來源于細(xì)菌腺體的生物標(biāo)志物。甾烷/藿烷值可用來反映真核生物(主要是藻類和高等植物)和原核生物(細(xì)菌)對源巖的貢獻(xiàn)。研究區(qū)高蠟原油中甾烷含量低、藿烷含量高,甾烷/藿烷值為0.13～0.70,明顯低于來源于Es4(上)烴源巖的正常原油。二環(huán)倍半萜中的補身烷與藿烷有相同的成因,高含量的補身烷系列是指示微生物來源的一個標(biāo)志。研究區(qū)高蠟原油中含有豐富的C14—C16二環(huán)倍半萜,主要來源于普遍存在的菌類的8β(H)-補身烷、8β(H)-升補身烷和它們的重排物(圖5),這表明微生物在高蠟原油形成過程中確實發(fā)揮了重要作用;而沙河街組正常原油中補身烷和它們的重排物含量明顯低于高蠟原油,表明細(xì)菌對正常原油的形成作用不大。此外,研究區(qū)高蠟原油中還含有豐富的2α-甲基藿烷(藍(lán)細(xì)菌來源),其豐度明顯高于Es4(上)來源的正常原油。以上分析表明,微生物改造是研究區(qū)高蠟原油形成的一個重要因素。4.3熱演化程度分析前人研究認(rèn)為,熱演化程度影響原油含蠟量的高低,如黃海平等研究認(rèn)為源巖長期處于較低的熱演化階段是下遼河坳陷大民屯凹陷高蠟原油得以保存的關(guān)鍵,類似的情況在黃驊坳陷南部滄東、南皮凹陷的高蠟原油同樣存在。東營凹陷南斜坡高蠟原油形成的熱演化程度則不同于上述地區(qū)。首先,從成熟度參數(shù)來看,研究區(qū)高蠟原油甾烷異構(gòu)化參數(shù)C2920S/(20S+20R)值為0.38～0.48,C29ββ/(ββ+αα)值為0.39～0.58(圖6),成熟度較高,與Es3和Es4(上)成熟烴源巖及其所生原油的成熟度相當(dāng)或比它們更高,為烴源巖進(jìn)入生油門限到生油高峰期前后生成的烴類,但并未處于高演化階段。其次,從原油成熟度參數(shù)與原油含蠟量(含蠟量大于10%的原油)之間的關(guān)系來看(圖7),在一定成熟度范圍內(nèi),含蠟量隨原油成熟度的增加而增大。因此,在一定成熟度范圍內(nèi),相對較高的成熟度影響原油含蠟量的高低。5烴源巖及藻類1)高溫氣相色譜分析表明,王古1井奧陶系原油與孔店組原油具有相同的油氣來源,但成熟度高于孔店組原油。研究區(qū)高蠟原油為一種新型原油,來源于咸化還