冀中地区文安油田原油非均质性及其意义

徐 真，张春明

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北荆州434023； 2.长江大学地球化学系，湖北荆州434023）

冀中地区文安油田原油非均质性及其意义

徐 真1，2，张春明1，2

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北荆州434023； 2.长江大学地球化学系，湖北荆州434023）

通过全油GC/MS分析，揭示了冀中地区文安油田分子组成上的非均质性。研究认为，文安油田至少存在两类不同成因类型的原油（Ⅰ类和Ⅱ类）。Ⅰ类原油具有较高的甾/藿比，生物标志化合物（甾烷、伽马蜡烷、4-甲基甾烷）含量相对较高，芳香族化合物（甲基菲、三芳甾烷以及甲基二苯并噻吩）含量相对较低；Ⅱ类原油具有较低的甾/藿比，生物标志化合物含量相对较低，芳香族化合物含量相对较高。两类原油的分布具有规律性：Ⅰ类原油分布于南区的议论堡构造带；Ⅱ类原油分布于北区的史各庄构造带。研究表明，文安油田至少存在两个油气富集体系。

非均质性；成因类型；原油；文安油田；冀中地区

文安油田位于冀中地区文安斜坡南段，具北东展布、东抬西倾的沉积特征，东临大城凸起，北与霸县洼槽、西与任西洼槽及马西-鄚州洼槽相邻（图1）。渐新世中后期，在区域扭应力持续作用下，发育了向洼槽倾伏的4个鼻状构造带以及呈雁行排列的北东向正断层，自南向北依次为议论堡、长丰镇、史各庄、苏桥鼻状构造带，是文安斜坡主要油气聚集带。断裂体系、鼻状构造与地层超覆、不整合和岩性尖灭相配合，形成了本区以构造岩性为主体，以岩性油藏为辅的油藏模式[1]。文安油田含油层系主要是奥陶系、二叠系、古近系沙河街组三段、沙河街组二段、沙河街组一段、东营组、新近系馆陶组。该区物源主要来自大城凸起，由东向西延伸，形成的三角洲多层叠加平行于斜坡分布。

图1 冀中文安地区构造单元划分与油藏分布Fig.1 Structural units and distribution of reservoirs in Wen'an，Jizhong area

多年勘探实践证明，文安油田是一个油气资源丰富、由不同层系、不同类型油气藏组成的复合油气聚集区，由于地质条件复杂，油气富集规律有待深入研究[2]。本文试图在详细剖析文安油田原油（油砂）样品分子组成的基础上，揭示其非均质性的变化规律，为深入认识该区油气聚集特征提供地球化学依据。

1 样品与实验

我们对文安油田采集了11件原油样品和9件油砂样品；本次样品主要分布于古近系沙河街组（E s），东营组（E d），新近系馆陶组（N g）油藏（表1）。而样品的分析工作是在长江大学地球化学测试分析研究中心完成的。我们采用原油直接进行色谱/质谱分析技术，即取一定量的原油（或油砂氯仿抽提物）用异辛烷溶解，其次加入标样（饱和烃生物标志物绝对含量的定量标样为D4-C29胆甾烷，芳烃绝对含量的定量标样为D8-二苯并噻吩），用超声波使其均匀溶解，静置12 h后，取上部清液，直接进行色谱/质谱（GC/MS）分析。其中GC/MS分析在HP6890/5973MSD上完成；色谱柱为HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25μm），膜厚为0.25 mm，内径为0.10μm，载气为氦气；而升温程序为40℃时恒温2 min，然后以4℃/min的升温速率升至300℃，再恒温15 min；然后采用多离子检测。质谱条件为：+EI/QIMS，离子源电离能量70 eV，质量扫描范围为50～550 amu，扫描间隔为2 s。

2 结果与讨论

2.1 正构烷烃与类异戊二烯烃

经研究样品中正构烷烃和类异戊二烯烷烃的分布特征显示，文安油田北区东营组和馆陶组原油具有明显的微生物降解作用[3，4]，尤其是馆陶组原油类异戊二烯烷烃遭到严重蚀变；而文安南区埋藏较浅的油砂样品也具有较严重的微生物降解特征（表1；图2）。在图2中主要分布有甾、藿烷类化合物，而看不到明显的正异构烷烃的分布，这是明显微生物降解的特征。

通过对未遭受降解的原油样品分析发现，正构烷烃的碳数分布范围较宽，从C10到C40均有分布。文安南区样品主峰碳多位于C23—C25；而北区样品主峰碳数稍有向前移的特征，且具较丰富的低碳数化合物。分析发现所有样品均具较低的Pr/Ph值（＜0.71），表明其油源环境具有较强的还原性[5]；通过详细对比发现，文安油田南区与北区样品的Pr/Ph值也存在一定的差别（南区为0.05～0.27，北区为0.61～0.71），这表明文安油田南、北两区原油存在一定程度的差异。而Pr/n C17与Ph/n C18的散点关系常被用来进行原油对比研究（图3）。总体而言，所有样品分布区均属于还原性较强区域，这与Pr/Ph所示一致。相比较而言，文安南区比文安北区原油的还原性更强。这一特征初步说明样品间所存在的联系与区别。

2.2 五环三萜类

文安油田样品中均检出具有丰富的五环三萜类化合物，其中伽马蜡烷相对含量具有明显变化特征。在文安南区多数样品中，参数伽马蜡烷/ R-C31藿烷（G/R-C31H）变化范围在1.00～3.42，而文安北区多数样品分布范围小于1.00。总体而言，富伽马蜡烷的样品主要分布于文安南区，而文安北区样品中伽马蜡烷含量相对较低（表1）。由于伽马蜡烷的出现一般表明沉积环境水体的分层性，通常具有较高的盐度，因此伽马蜡烷的这一分布特征表明文安油田南、北区块原油成因上的差异。

表1 冀中文安地区样品信息及部分地化参数Table1 Information of oil samples and some geochemical parameters of Wen'an，Jizhong area

图2 冀中文安南区微生物降解样品总离子流图Fig.2 Total ion currents ofmicrobial degradation samPles from southern Wen'an，Jizhong area

图3 冀中文安地区原油样品Pr/n C17与Ph/n C18散点图Fig.3 Scattergram of Pr/n C17and Ph/n C18for crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area

参数Ts/Tm值主要受热演化程度和沉积环境特征两因素控制[6]。本次分析的样品，其Ts/Tm值表现出明显变化的特征（表1）。对于文安南区样品，Ts/Tm值变化较大：最低值仅为0.28，最高值达1.16，大多数样品表现出低值（＜0.6）。而文安北区样品中，Ts/Tm值总体相对较高（0.85～1.10）。这一特征表明，文安油田南、北区原油存在明显的非均质性。

通过研究伽马蜡烷参数（G/R-C31H）与Ts/ Tm值的关系发现，两参数具有较好的相关性（图4）。这一相关关系表明，参数Ts/Tm值主要受控于源岩的环境，其次才是热演化程度。这也说明，上述有关重排化合物的分布主要受控于源岩沉积环境。也就是说，文安油田分布的原油应具有不同的成因类型。

图4 冀中文安地区原油样品Ts/Tm值与伽马蜡烷/ R-C31藿烷参数值（G/R-C31H）相关图Fig.4 Correlation between Ts/Tm and gammacerane/R-C31hoPane for crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area

2.3 甾类

文安油田样品中均检出丰富的甾烷系列化合物（图5a），且规则甾烷占主导地位，其丰度远高于重排化合物。从峰高来看，规则甾烷C27，C28，C29异构体ααα-20R的丰度均呈现出以C29为主峰的不对称“V”字分布。C29甾烷异构化参数ααα-20S/（20S+20R）的成熟度指标在文安南区样品中分布于0.15～0.33，且多数样品小于0.20，此外，多数样品均有5（β）-甾烷类化合物的检出，表明南区原油具有低熟-未熟原油的特征[7]。而文安北区样品C29甾烷异构化参数分布于0.30～0.51之间，且大多数样品在0.36以上（表1）。由此可见，文安油田北区原油成熟度明显高于南区。

甾烷与藿烷比值具有明显变化的特征，文安南区样品大多数分布于2.22～4.37，表现出相对较高值；北区样品大多数分布在0.36～0.59（表1）；表明文安南、北区有机质生物来源的差异。我们对南区样品详细研究发现，文108井区两个样品（表1；图1）分布于0.31～0.70；分布特征偏似于文安北区样品（表1）。从井位分布来看，文108井处在文安油田南、北交界处，可能是因为受到霸县洼槽油气运移的影响，这预示着霸县洼槽油气资源较丰富。

由于样品是直接进行全油GC/MS分析，因此在m/z 231质量色谱上可同时检出4-甲基甾烷和三芳甾类化合物[8，9]（图5b），可在同一基准上来剖析样品中的饱和烃类与芳香烃类的相对组成特征。从4-甲基甾烷类与三芳甾烷类化合物的相对丰度分布特征来看，文安南区样品普遍富含4-甲基甾烷类，而文安北区原油普遍富含三芳甾类化合物。这一分布特征初步表明文安油田南、北区块芳烃类化合物存在明显非均质性。

图5 冀中文安地区原油样品质量色谱图Fig.5 Mass chromatograms of crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area 4-MS3.4-甲基甾烷3号峰；TAS5.三芳甾烷5号峰

2.4 分子组成与原油成因类型

对原油（油砂）样品分子组成的剖析表明，文安油田南区和北区原油的饱和烃和芳烃分子组成存在明显的非均质性。下面综合分析这两类化合物的分布特征，以期对该区不同成因类型原油有一明确认识。

2.4.1 三组分变化与成因类型

首先分析典型的生物标志化合物ααα-20RC29甾烷、C30藿烷以及芳烃中甲基菲三组分相对含量的变化特征（表1）。分析发现，文安南区多数样品甲基菲的相对含量分布于2%～9%，而文安北区多数样品分布于55%～83%；文安南区多数样品甾烷相对含量为60%～80%，而文安北区多数样品为5%～17%；藿烷相对含量变化为13%～73%，文安南、北两区变化不太明显。将三组分相对含量作图加以研究可明显看出样品分别聚集在3个不同的区域（图6）：文安南区样品主要集中在富甾烷区，文安北区样品主要集中在富甲基菲区，而所有微生物降解样品均集中在富藿烷区。这一区域分布特征表明文安油田南、北区具有不同类型的原油，微生物的降解作用似乎具有蚀变甲基菲的同时增大藿烷相对含量的特征。

图6 冀中文安地区原油样品甲基菲-甾烷-藿烷相对含量三角图Fig.6 Triangular diagram of the relative content of methylPhenanthrene，sterane and hoPane in crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area MP.甲基菲；C29S.ααα-R-C29甾烷异构体；C30H.C30藿烷

2.4.2 多组分变化与成因类型

通过对饱和烃和芳烃多组分相对含量变化特征进行分析，以期对本区原油的成因类型作进一步探讨。实验中选择典型的、具有明显变化特征的组分ααα-R-C29甾烷（C29S）、C30藿烷（C30H）、伽马蜡烷（Gam）、4-甲基甾烷（4-MS，图5）、甲基菲（MP）、三芳甾烷（TAS，图5）、甲基二苯并噻吩（MDBT），其相对百分含量列于表1。

从甾烷的相对含量来看，文安北区所有原油样品分布于4.0%～25.5%，多数样品分布于10.5%～13.1%，表现出相对较低值；而文安南区样品的分布范围为17.9%～58.2%；通过对文安南区样品研究发现，多数样品甾烷相对含量分布于36.8%～58.2%之间，只有位于文108井区三样品（表1；图1）分布于17.9%～25.5%；而文108井区两个样品分布特征似乎介于文安北区样品与南区多数样品的中间（表1）。具有相似变化特征的还有4-甲基甾烷和伽马蜡烷相对含量的变化（表1）。

对甲基菲的相对含量的分析发现，文安南区样品分布于1.1%～20.3%，大多数样品分布于1.1%～7.0%，显示出相对较低值特征。文安北区样品分布于12.8%～72.7%；馆陶组原油显示最低的甲基菲含量（表1），可能与微生物降解相关；而大多数样品分布于42.9%～72.7%，显示相对较高值特征。同样，在文108井区出现异常分布，最低值为3.3%，可能与微生物降解相关；分布于11.4%～20.3%的样品具有介于文安南区与文安北区样品的中间特征。此外，三芳甾烷类和甲基二苯并噻吩的相对含量也具有相似的变化趋势（表1）。

由此可见，文安油田南区、北区存在明显分子组成上的非均质性；这一非均质性与其成因存在密切关系。选取ααα-R-C29甾烷、伽马蜡烷、甲基菲、甲基二苯并噻吩的相对百分含量作对比研究，结果展示了这种非均质性及其与成因类型的关系（图7）。图中均可以明显看出Ⅰ类区与Ⅱ类区间有一个交集；换而言之本区样品可分为3个类型：Ⅰ区、Ⅱ区不具交集的样品似具“端元油”（End-member oil）特征，而交集区的样品似具混源油特征[10～14]。因此，文安油田至少存在两类不同成因油气的聚集：Ⅰ类原油主要分布在文安油田南区的议论堡构造带；Ⅱ类原油主要分布在文安油田北区的史各庄构造带。文108井区处在文安油田南、北交界，样品且具有混合油特征，预示霸县洼槽的原油业已运移到议论堡鼻状构造带，也从侧面说明霸县洼槽油气资源的丰富。

图7 冀中文安地区原油样品典型饱和烃-芳烃相对含量相关图Fig.7 Correlation diagram of the relative amounts of tyPical saturated hydrocarbons and aromatic hydrocarbons for crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area

3 结论

1）全油GC/MS定量分析，既可减少由于组分分离过程带来的误差，同时也可在同一基准上获得各化合物的相对含量的变化及分布特征；在某种程度上为我们提供了另一剖析原油分子组成非均质性的分析研究方法。

2）文安油田南区、北区至少存在两种不同的成因类型的原油，Ⅰ类原油具有较高的甾/藿比，且芳香族化合物（甲基菲、三芳甾烷以及甲基二苯并噻吩）含量相对较低；Ⅱ类原油则具有较低的甾/藿比，且烃类生物标志化合物（甾烷、伽马蜡烷、4-甲基甾烷）含量相对较低。

3）Ⅰ类原油主要分布于油田南区的议论堡构造带，Ⅱ类原油主要聚集于油田北区的史各庄构造带，预示着文安油田至少存在两个油气富集体系。文108井区样品具有两类原油混合特征，预示着霸县洼槽具有丰富的油气资源。

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（编辑 张亚雄）

Heterogeneity of crude oil from W en'an oilfield in Jizhong area and its im plications

Xu Zhen1，2and Zhang Chunming1，2

（1.Key Laboratory of Oil and Gas Resources and Exploration Techniques，Ministry of Education，Yangtze University，Jingzhou，Hubei434023，China； 2.Depatment of Geochemistry，Yangtze University，Jingzhou，Hubei434023，China）

The whole oil GC/MS analysis shows thatmolecular constituents of oil in the Wen'an oilfield in the Jizhong area have certain heterogeneity.According to this study，it is believed thatat least two genetic tyPes of oil（TyPeⅠand TyPeⅡ）occur in the Wen'an oilfield.The TyPeⅠoil is characterized by relatively high sterane-hoPane ratio，relatively higher content of biomarkers（sterane，gammacerane and 4-methyl sterane）and relatively lower content of aromatic comPounds（methylPhenanthrene，triaromatic sterane and methyldibenzothio-Phene）.In contrast，the TyPeⅡoil features in lower sterane-hoPane ratio，relatively lower content of biomarkers and relatively higher contentof aromatic comPounds.The distribution of these two tyPes of oil shows certain regularity，with the tyPeⅠoil occurring in the YilunPu structural belt in the southern Part and the TyPeⅡoil distributed in the Shigezhuang structural belt in the northern Part.At least two Petroleum systems occur in the Wen'an oilfield.

heterogeneity，genetic tyPe，crude oil，Wen'an oilfield，Jizhong area

TE133.1

A

0253-9985（2010）03-0321-06

2009-09-28。

徐真（1984—），男，硕士研究生，油气地球化学。

国家自然科学基金项目（40772091）。