文安斜坡帶原油芳烴組成特征及其成因分析

文安斜坡帶原油芳烴組成特征及其成因分析

中南海是中國重要的油氣分布區(qū)之一。富生烴沉積層中氮源巖的廣泛分布為該地區(qū)油氣資源的奠定了基礎(chǔ)。分類。文安斜坡面積約2000km２,緊鄰霸縣凹陷,具備有利的油氣富聚條件,其油氣的成因及其富聚規(guī)律一直倍受關(guān)注。多年油氣勘探顯示,該區(qū)南北地質(zhì)特征的差異,導(dǎo)致該斜坡帶南北油氣富集規(guī)律的復(fù)雜性［２］。油氣藏的形成實際上是油氣從富生烴凹陷生成、經(jīng)輸導(dǎo)體系中運移、至圈閉中富聚的結(jié)果［３，４］,在這一油氣富聚過程中,同時伴有油氣分子組成上的規(guī)律性變化［５］。石油地球化學(xué)研究可通過剖析分子組成變化揭示其油氣富聚規(guī)律［６］。原油飽和烴分子組成,特別是生物標志物組成非均質(zhì)性的研究,已成為揭示油氣成因及富聚規(guī)律的有效手段［７］,然而,作為原油重要組成部分的芳烴化合物,相關(guān)研究則相對較薄弱。為此,筆者試圖通過對文安斜坡原油芳烴分子組成的剖析,結(jié)合生物標志物研究成果［８］,揭示斜坡帶不同構(gòu)造單元分子組成非均質(zhì)性的變化規(guī)律,以期有助于深入認識該區(qū)油氣成因及富集規(guī)律。1文安斜坡早古近紀構(gòu)造格局文安斜坡帶位于霸縣凹陷東部,東臨大城凸起,西與霸縣洼槽及馬西-鄚州洼槽相鄰,向南延伸到饒陽凹陷的南馬莊構(gòu)造帶,向北以里坦斷層與武清凹陷相隔。文安斜坡緊鄰富生烴凹陷,具有較為優(yōu)越的油源條件:其有效烴源巖層主要分布于沙河街組,具有厚度大、有機質(zhì)類型好、豐度高、熱演化程度大多處于生烴門限等特點。研究區(qū)發(fā)育有多套儲層,主要包括古近系沙四段(Es４)、沙三段(Es３)、沙二段(Es２)、沙一段(Es１)、東營組(Ed)及新近系館陶組(Ng)等,以三角洲沉積體系為主,為油氣聚集提供了足夠的空間［９］。文安斜坡形成于喜山運動之后基底斷塊的繼承性翹起作用。斜坡基底古生界和中生界呈明顯的楔狀,向西逐漸尖滅。古近系則變?yōu)楸北睎|向延伸、東抬西傾的緩坡。文安斜坡形成早,具繼承性發(fā)育,斜坡之上古近系地層逐層由西向東逐漸減薄。古近紀構(gòu)造運動使文安斜坡發(fā)育有一系列北北東向、北東向、北西向三組斷裂體系和北西向斷裂鼻狀構(gòu)造帶,呈雁行排列與斜坡小角度斜交。其中北西向鼻狀構(gòu)造以及呈雁行排列的北東向正斷層是文安斜坡的主要構(gòu)造形態(tài)。自南向北形成了議論堡、長豐鎮(zhèn)、史各莊、蘇橋等斷裂鼻狀構(gòu)造單元,均是油氣聚集的有利區(qū)域,易形成地層構(gòu)造和巖性構(gòu)造復(fù)合油藏［１０］。2分析方法及質(zhì)譜條件樣品主要取自文安斜坡帶,主要分布在議論堡、長豐鎮(zhèn)、史各莊及蘇橋鼻狀構(gòu)造帶,共取得14件原油樣品,11件油砂樣品,樣品信息及部分芳烴化合物參數(shù)見表1。樣品的分析工作在長江大學(xué)地球化學(xué)測試分析研究中心完成。主要方法是將原油(或油砂氯仿抽提物)經(jīng)異辛烷沉淀瀝青質(zhì)后直接進行GC/MS分析。GC/MS分析在HP6890/5973MSD上完成;色譜柱為HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm),載氣為氦氣;升溫程序為40℃恒溫2min,然后以4℃/min的程序升溫至300℃,再恒溫15min。質(zhì)譜采用多離子檢測模式,質(zhì)譜電離方式EI,離子源電離能量70eV,質(zhì)量掃描范圍50~550amu,掃描間隔2s。芳烴化合物定性主要是基于其質(zhì)譜特征及色譜相對保留時間與公開發(fā)現(xiàn)文獻的對比［１１］,其定量均采用質(zhì)荷比為分子離子的質(zhì)量色譜圖峰面積。3結(jié)果與討論3.1文安斜坡富聚的油氣密度特征萘系列化合物普遍存在于沉積有機質(zhì)和原油中,其分布特征與熱演化程度、有機質(zhì)類型以及原油的次生蝕變作用有關(guān)［１２－１９］。文安斜坡帶原油樣品中檢出了豐富的具有不同取代特征的的萘系列化合物(C０－５-萘),主要包括萘(N)及其甲基取代化合物:甲基萘(MN)、二甲基萘(DMN)、三甲基萘(TMN)、四甲基萘(TeMN)、五甲基萘(PMN)。對萘系列化合物分布特征(見圖1)的分析發(fā)現(xiàn),油砂樣品與原油樣品具有顯著的差異:所有油砂樣品中低碳數(shù)化合物均具有嚴重損失,這一差異可能是由于低碳數(shù)萘系列化合物具有較高的揮發(fā)性,在油砂樣品保存過程中損失所致。因此,在討論萘系列分布特征時,僅限于原油樣品。原油樣品中萘系列主要分布特征表現(xiàn)為低碳數(shù)取代化合物(C０－、C１-萘)豐度相對較高,而高碳數(shù)取代化合物(C２~C５-萘)則隨取代基的增加,相對豐度具有降低的趨勢(見圖1(a))。對烷基萘相關(guān)參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)(見表1),史各莊構(gòu)造帶文46-1井及蘇55-平1井2樣品具有明顯的異常?；陲柡蜔N分子組成特征的研究可知,這2口井的原油均經(jīng)歷過較嚴重的微生物降解作用［８］。微生物降解作用對烷基萘分布特征的影響最早發(fā)現(xiàn)于澳大利亞原油［１２］,在中國遼河盆地原油中也有報道［１３］。因此,烷基萘化合物分布的這種異?？赡苁窃馐茌^嚴重微生物降解作用的結(jié)果。蘇71井、文11-71井、文102井等原油樣品飽和烴分子組成的剖析亦展現(xiàn)出相對較輕的微生物降解特征［８］,但烷基萘參數(shù)的變化并未表現(xiàn)出異常(見表1)。這一特征預(yù)示輕度的微生物降解,對該區(qū)萘系列化合物的影響不大。除微生物降解作用外,熱演化是影響烷基萘分布特征的另一主要因素。隨成熟度增加,烷基萘系列中熱穩(wěn)定性較高的異構(gòu)體(β位具取代基的異構(gòu)體)的相對豐度升高;因此,具有不同熱穩(wěn)定性的烷基萘異構(gòu)體比值常用于衡量有機質(zhì)的熱演化程度;常用參數(shù)有2,6-+2,7-/1,5-DMN［１４］、2,3,6-/1,4,6-+1,3,5-TMN［１５］、1,3,7-+2,3,6-/1,3,5-+1,3,6-+1,4,6-TMN［１６］、1,3,6,7-/1,3,6,7-+1,2,5,6-+1,2,3,5-TeMN［１７］。從上述相關(guān)成熟度參數(shù)來看,其變化特征明顯(見表1),預(yù)示文安斜坡富聚有不同熱演化程度的原油。對相關(guān)成熟度參數(shù)變化特征的分析發(fā)現(xiàn),參數(shù)間具有頗為一致的變化趨勢,如2,3,6-/1,4,6-+1,3,5-TMN與1,3,6,7-/1,3,6,7-+1,2,5,6-+1,2,3,5-TeMN展現(xiàn)出頗佳的線性相關(guān)性(見圖2)。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造分布特征發(fā)現(xiàn),其成熟度參數(shù)于議論堡構(gòu)造帶原油具有相對較低值,史各莊及蘇橋構(gòu)造帶原油具有相對較高值。這一不同構(gòu)造單元具有不同成熟度原油的分布,可能預(yù)示其不同的油氣富聚特征。此外,部分烷基萘異構(gòu)體可能具有特殊的生源指示。Strachan等認為1,2,7-TMN可能源于被子植物組成香樹脂醇的輸入［１８］;Alexander等認為1,2,6-TMN可能與微生物先質(zhì)輸入相關(guān)［１９］。因此,1,2,7-/1,2,6-TMN比值的差異可能預(yù)示油源的不同。分析發(fā)現(xiàn),該參數(shù)于文安斜坡南北區(qū)塊具有明顯差異,這可能預(yù)示存在不同的油氣成因類型。成熟度參數(shù)1,3,7-+2,3,6-/1,3,5-+1,3,6-+1,4,6-TMN與油源參數(shù)1,2,7-/1,2,6-TMN的對比可以發(fā)現(xiàn),位于斜坡帶北邊的史各莊和蘇橋構(gòu)造帶原油具有較好的一致性,而南邊的議論堡構(gòu)造帶原油則具有明顯的差別(見圖3)。由此可見,文安斜坡帶南北區(qū)塊原油在熱演化程度和有機質(zhì)的輸入均存在明顯差異。這一特征與生物標志化合物研究結(jié)論相吻合［８］。3.2文安斜坡帶油砂烷基菲分布特征菲系列化合物是目前應(yīng)用最廣的芳烴組分之一,其分布特征受熱演化程度、有機質(zhì)輸入、沉積環(huán)境以及次生蝕變作用等多種因素控制［２０］。對文安斜坡帶原油(油砂)樣品的分析均檢出了豐富的菲系列化合物(C0-4-菲),主要包括菲(P)及其甲基取代化合物:甲基菲(MP)、二甲基菲(DMP)、三甲基菲(TMP)等(見圖4)?？傮w來看,烷基菲系列表現(xiàn)出隨取代基數(shù)目的增加化合物的相對豐度具有降低的分布特征。從菲系列的分布特征來看,油砂樣品與原油樣品并未檢出明顯的差別,預(yù)示在油砂樣品保存過程中菲系列化合物的損失遠低于萘系列化合物。對烷基菲常用參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)(見表1),文108井油砂、文46-1井和蘇55-平1井原油樣品具有明顯的異常?；谙嚓P(guān)飽和烴及烷基萘分布特征的研究可知,烷基菲分布的異?？赡苁禽^嚴重的微生物降解作用所致;微生物降解對烷基菲的影響也見于中國遼河盆地原油［１３］。甲基菲異構(gòu)體的分布最成功的應(yīng)用就是確定有機質(zhì)的熱演化程度,最常用的參數(shù)是甲基菲指數(shù)MPI1,對于Ⅲ型有機質(zhì)MPI1與鏡質(zhì)體反射率具有良好相關(guān)性［２１］。由表1可以看出不同構(gòu)造帶之間原油的甲基菲指數(shù)變化規(guī)律不太明顯,這說明甲基菲指數(shù)可能不適合于該區(qū)原油成熟度的評價,也可能間接預(yù)示文安斜坡帶原油可能并非源于Ⅲ型有機質(zhì)［２２］。對文安斜坡帶原油烷基菲分布特征的分析發(fā)現(xiàn),參數(shù)1,2,8-TMP/∑TMP和1,7-/2,3-DMP具有較明顯的變化(見表1)。Budzinski等認為1,2,8-TMP的相對豐度與原油的熱演化程度相關(guān)［２３］;而Armstroff等則認為其相對豐度變化也可能反映有機質(zhì)來源的差異［２４］。將參數(shù)1,2,8-TMP/∑TMP與1,7-/2,3-DMP作圖可以看出,2參數(shù)具有頗佳的相關(guān)性(見圖5)。結(jié)合該參數(shù)在不同構(gòu)造帶分布來看,其區(qū)域分布特征明顯:議論堡與長豐鎮(zhèn)構(gòu)造帶具有相對較高值,史各莊與蘇橋構(gòu)造帶比值相對較低值。這進一步預(yù)示文安斜坡帶南北區(qū)塊原油在熱演化程度和有機質(zhì)的輸入等方面均存在差異。3.3文安斜坡帶各構(gòu)造單元原油油砂樣品的dbt/p比對作為雜環(huán)類化合物,二苯并噻吩類化合物業(yè)已成功應(yīng)用于原油成熟度評價及沉積環(huán)境的判識［２５］。在一定沉積環(huán)境下,烷基二苯并噻吩的分布特征主要受控于熱演化程度。甲基二苯并噻吩比值4-/1-MDBT和二甲基二苯并噻吩比值4,6-/1,4-DMDBT是常用的成熟度參數(shù)［２１，２６］。參數(shù)二苯并噻吩/菲(DBT/P)、甲基二苯并噻吩/甲基菲(MDBT/MP),結(jié)合姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)的變化可用于對沉積環(huán)境的判識［２７］。由表1可以看出,文安斜坡帶各構(gòu)造單元原油(油砂)樣品的DBT/P比值變化范圍相對較窄,比值均小于1.0?；贖ughes等對于沉積環(huán)境判識的研究方法［２７］,用參數(shù)DBT/P與Pr/Ph比值作圖(見圖6),可以看出該區(qū)原油樣品總體上源于湖相貧硫沉積體系。對烷基二苯并噻吩成熟度參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)(見表1),參數(shù)4-/1-MDBT頗具規(guī)律性的變化特征。于文安斜坡南邊的議論堡和長豐鎮(zhèn)構(gòu)造帶樣品,4-/1-MDBT比值相對較低,分布于1.07~2.53之間,多數(shù)樣品在2.0以下;而位于文安斜坡北邊的史各莊和蘇橋構(gòu)造帶樣品,該參數(shù)則具有相對較高值,分布于1.84~5.41,多數(shù)樣品在3.0以上。對參數(shù)4,6-/1,4-DMDBT的分析,發(fā)現(xiàn)與參數(shù)4-/1-MDBT之間存在良好的正相關(guān)性(見圖7)。這一特征再次佐證了文安斜坡帶南、北區(qū)塊原油熱演化程度的差異,同時也預(yù)示其不同的油氣富聚特征。3.4文安斜坡帶油氣運聚規(guī)律原油分子組成非均質(zhì)性于油藏空間內(nèi)規(guī)律性的變化,在一定程度上與其成因類型、運移與聚集密切相關(guān)［７］。同一油灶在漸進性的成烴過程中,不同階段所生成的原油表現(xiàn)出不同的熱演化程度?？傮w來看,早期生成的成熟度較低的原油常具有相對較高的密度,而后期生成的成熟度較高的原油常具有相對較低的密度。不同密度的原油在運移-聚集-成藏過程中,早期成熟度較低、密度較高的原油常被后期生成的成熟度較高、密度較低的原油驅(qū)替至離油灶更遠的圈閉［２８］。因此,油區(qū)范圍內(nèi),原油成熟度的變化常與油氣運集密切相關(guān)。上述討論可以看出,文安斜坡帶南、北區(qū)原油/油砂樣品芳烴分子組成存在明顯的差異。這種差異表明該區(qū)塊至少存在2種不同成因類型的原油:I類原油分布在議論堡和長豐鎮(zhèn)構(gòu)造單元,具有較低的1,2,7-/1,2,6-TMN比值,且1,2,8-TMP豐度相對較高;Ⅱ類原油分布于史各莊和蘇橋構(gòu)造單元,具有較高的1,2,7-/1,2,6-TMN比值,且1,2,8-TMP豐度相對較低。結(jié)合兩類原油于文安斜坡的分布特點及其與相鄰富生烴凹陷的關(guān)系,分布于斜坡南邊的I類原油主要源于馬西-鄚州洼槽,而分布于斜坡北邊的Ⅱ類原油其油灶應(yīng)該位于霸縣凹陷。因此,文安斜坡至少存在2類端元油氣的聚集。烷基二苯并噻吩在油區(qū)范圍內(nèi)規(guī)律性的變化與油氣運移與聚集存在密切關(guān)系［２９］。對文安斜坡原油分析可知,烷基二苯并噻吩的分布特征在各構(gòu)造區(qū)塊具有相當明顯規(guī)律性的變化。以北部史各莊構(gòu)造單元為例,總體變化趨勢如下:臨近霸縣凹陷埋藏相對較深的原油樣品常具有相對較高成熟度,遠離霸縣凹陷埋藏相對較淺的原油樣品常具有相對較低成熟度。如甲基二苯并噻吩參數(shù)4-/1-MDBT在近凹陷區(qū)沙河街組原油高達5.41,在遠離凹陷區(qū)館陶組原油低至3.05(見表1);這一總體上成熟度降低的變化趨勢,結(jié)合文安斜坡沉積-構(gòu)造分布特征,認為史各莊構(gòu)造單元油氣的富聚規(guī)律基本代表了文安斜坡帶原油從近油灶區(qū)向遠離油灶區(qū)、從深層(沙一段)至淺層(東營組至館陶組)的一種富聚特征?；诓煌梢蝾愋图安煌墒於仍陀谖陌残逼律系姆植继卣鱽砜?預(yù)示整個文安斜坡匯聚了來自相鄰富生烴凹陷的多路/多期烴類的聚集。4