板桥－北大港地区部分原油地球化学特征及成因分析

孙 超，侯读杰，张小涛，马 宁 （中国地质大学 （北京）能源学院，北京100083）

1 地质背景

板桥－北大港地区涉及的板桥凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷中北部，为西断东抬的箕状断陷，轴向与沧东断裂带平行，呈长条状，西翼陡，东翼较平缓。板桥断裂构造带为走向近南北的断鼻带，西侧为板桥凹陷，东侧为歧口凹陷，南北被海河断层和大张坨断层所夹持；北大港潜山构造带位于板桥和歧口凹陷之间，为中生代以来发育的大型背斜隆起带，北东走向，其南部以港西断层－港八井断层为界与岐口凹陷相隔，北部以大张坨断层为界与板桥凹陷相隔[1，2]。板桥凹陷为长期发育的生烃凹陷，古近系沙河街组和东营组厚度为4～5km，沙河街组是最主要的烃源岩层、储集层和油气产层[3]。

笔者对板桥－北大港地区部分原油所做的试验分析及研究，主要是为了认识该地区原油的地球化学特征，依此对原油进行了类型划分，分析不同类型原油的母质及其沉积环境。

2 样品和试验条件

选取了板桥－北大港地区不同井位不同层段的原油样品做试验分析，涉及原油储集层层位包括古近系渐新统沙河街组 （Es）、东营组 （Ed），新近系中－上新统馆陶组 （Ng）。对原油样品做了全油碳同位素试验分析及原油族组分分离，其中饱和烃馏分用于进行饱和烃色谱分析 （GC），饱和烃馏分中去正构烷烃组分进行色谱－质谱 （GC－MS）、色谱－质谱－质谱 （GC－MS－MS）分析。色谱分析所用仪器为Agilent7890A，色谱柱为30m×0.32mm的HP－5弹性石英毛细柱；色谱－质谱分析在Agilent6890/5975i联用仪上完成；色谱－质谱－质谱分析仪器为Varian450GC/320MS联用仪，所用色谱柱为30m×0.25mm的VF－5MS弹性石英毛细柱。

3 试验结果

对比分析相关试验所得的谱图 （图1）、数据参数并结合相关物性资料，总体体现该地区原油性质存在明显的差异。为了便于对选取的原油样品地球化学特征的讨论，依据全油碳同位素值分布特征并结合生物标志物相关参数将其分成3类 （表1）。

表1 板桥－北大港地区部分原油地球化学参数

3.1 全油碳同位素值及基本特征

第1类原油全油碳同位素值分布于－28.8‰～－27.8‰，饱和烃相对含量明显偏低，芳烃和非烃含量相对较高，一般导致该现象的原因是原油成熟度比较低或是原油遭受了生物降解，从原油样品的正构烷烃分布来看，nC13～nC35均有分布，分布相对完整，表明原油没有受到生物降解作用的影响。

第2类原油样品全油碳同位素分布于－27.2‰～－26.5‰，较第1类厚油偏重，生物标志化合物组合特征与第1类存在着明显的差异，体现出2类原油具有不同的生烃母质和沉积环境。部分原油样品遭受生物降解程度达中等－严重，正构烷烃及类异戊二烯烷烃分布不完整，甚至被耗尽，且在遭受生物降解的6个样品中除中8－25K井Ng和板78－12井Ed原油中等生物降解外，其他样品发现25－降藿烷的出现，表明降解程度达到严重级别。族组分特征分为2种情况：正常原油饱和烃相对含量高、大于70%，而生物降解原油饱和烃相对含量明显偏低、小于62%。

第3类原油样品显著的特征是全油碳同位素值异常重，分布于－25.5‰～－24.8‰，原油的碳同位素值除受母质类型影响外，随着原油成熟度增加其碳同位素产生小于2‰的变重，高盐环境也可以造成原油碳同位素值偏重[4]，同时重碳同位素异常的发现还可能表明淡水绿藻群落突然繁盛[5]。

3.2 异戊二烯烷烃和β－胡萝卜烷

姥鲛烷 （Pr）和植烷 （Ph）通常认为是来自蓝细菌和生活在透光带的藻类，Ph在强还原的沉积环

图1 板桥－北大港地区原油色谱和质谱图

境中占有优势，而Pr在弱氧化－氧化环境中具有一定优势[5]。β－胡萝卜烷通常被认为是藻类母质输入和沉积水介质高盐度及还原条件的良好指标，主要存在于缺氧的、含盐湖沉积中的藻类有机质[6]。

第1类原油Pr/Ph值均小于1，体现沉积时期的环境为还原－强还原，类胡萝卜烷系列具有一定的含量，β－胡萝卜烷和γ－胡萝卜烷丰度相对较高；第2类原油样品中正常原油Pr/Ph值介于1.15～1.22之间，Pr占一定优势，且原油β－胡萝卜烷发育弱也体现了弱还原－弱氧化的沉积环境；第3类原油Pr/Ph值大于1.55，β－胡萝卜烷不发育，反映了弱氧化－氧化的沉积环境。

3.3 五环三萜类

伽马蜡烷来源于原生动物、光合硫细菌或藻类等简单的低等水生植物，高的伽马蜡烷指数值反映了较强的还原性和高盐度的沉积环境[7]。奥利烷为指示源岩有机质输入和地质年代的生物标志化合物。Ts/Tm是常用以确定原油成熟度的参数指标，同时水体盐度增大能抑制Ts的形成[8]。第1类原油伽马蜡烷指数分布于0.43～0.48，明显偏高，很好地反映了还原－强还原、半咸水－咸水的沉积环境特征。C29Ts和C30重排藿烷含量很低，分别对应的参数C29Ts/αβ－C29藿烷和C30重排藿烷/αβ－C30藿烷值范围为0.22～0.26、0.03～0.04，指示着还原性的沉积环境[9]。Ts/ （Ts＋Tm）值介于0.35～0.37明显偏低，基本上反映了样品的成熟度较低，且沉积时期为半咸水－咸水、还原－强还原的环境特征 （图3）。

第2类原油伽马蜡烷指数小于0.3，明显低于第1类原油，指示着水介质含盐度较低。C29Ts和C30重排藿烷较为发育，高含量的C30重排藿烷指示淡水－微咸水、浅湖－半深湖相的亚氧化环境。奥利烷含量较第1类原油偏高，18α－奥利烷/αβ－C30藿烷值介于0.05～0.11之间，意味着成烃母质中有陆源高等植物有机质生物源输入，但比例很低。Ts/（Ts＋Tm）值受生物降解的影响[10]，严重生物降解的原油该值波动较大、明显偏低。

第3类原油指示沉积环境的化合物发育情况以及反映成熟度的相关参数值与第2类原油样品中未受生物降解的原油相似，体现了成熟油的性质，淡水、弱氧化－氧化的沉积环境特征。

3.4 甾烷类

ααα－20R－（C27＋C28＋C29）规则甾烷相对含量常被作为生源参数[11]，利用其相对质量分数三角图可以用来确定生源 （图2）。图2中第1类原油规则甾烷相对含量主体表现为ααα－20R－C29甾烷＞ααα－20RC27甾 烷 ＞ααα－20R－C28甾 烷，ααα－20R－C29甾 烷、ααα－20R－C27甾 烷、ααα－20R－C28甾烷相对含量分布区间分 别 介 于 0.42～0.43、0.28～0.29、0.29～0.30之间，可以看出C29规则甾烷的含量占据主导地位，反映生烃母质可能来源于陆源高等植物或者与硅藻的输人有关。该类原油样品的全油碳同位素值偏轻，结合规则甾烷的分布特征认为有机质来源构成可能以低等水生生物和菌藻类为主，母源形成环境为湖相半咸水－咸水、还原－强还原。第2类原油样品中规则甾烷相对含量的顺序是ααα－20R－C27甾烷＞ααα－20RC29甾烷＞ααα－20R－C28甾烷，其中ααα－20R－C27甾烷含量≥0.38、ααα－20R－C28甾 烷 含 量 分 布 于 0.23～0.30，反映生源以水生生物为主。第3类原油中规则甾烷相对含量的顺序与第2类原油一致，但C27规则甾烷相对含量更高，ααα－20R－C27甾烷相对含量达到0.43及以上，C28规则甾烷相对含量明显偏低，考虑到碳同位素值的异常偏重，认为这种总体分布特征可能是由于水介质变淡导致嗜盐藻类减少，而处于弱氧化－氧化条件下，淡水绿藻等水生生物广泛发育引起的。

图2 板桥－北大港地区部分原油C27～C29规则甾烷的相对含量三角图

第1类原油重排甾烷含量明显偏低，对 应 的 参 数 αβ－（20S＋20R）－C27重排甾烷/C27－规则甾烷值小于0.2，主体显示为低熟油的特征。第2类原油中ββ/ （ββ＋αα）－C29甾烷和20S/ （20S＋20R）－C29甾烷值并没有因生物降解的程度不同而发生较大的变化，分别分布于0.35～0.52、0.44～0.56，重排甾烷含量丰富，αβ－（20S＋20R）－C27重排甾烷/C27－规则甾烷值大于0.46，总体反映了成熟油的特征。第3类原油反映成熟度相关参数值大体与第2类原油样品中未受生物降解的原油相似，体现了成熟油的特征。

图3 板桥－北大港地区部分原油20S/（20S＋20R）－C29甾烷与ββ/ （ββ＋αα）－C29甾烷关系图 （a[12]，b[13]）

4 结 论

1）研究区原油样品的全油碳同位素值的分布特征结合生物标志物组合特征及相关参数很好地区分了来自于不同沉积环境、不同生源的原油，依此将研究区原油分为3类。

2）3类原油样品在全油碳同位素值分布上存在差异。第1类原油该值偏轻，而第3类明显偏重。原油成熟度程度上第1类原油以低熟油为主，其余两类原油样品主体处于成熟阶段。第1类原油β－胡萝卜烷含量和伽马蜡烷含量偏高，Pr/Ph值小于1，而第2、3类原油奥利烷和C30重排藿烷含量偏高，Pr/Ph值大于1。第1类原油样品生烃母质以水生生物、藻类为主，咸水、还原－强还原的沉积环境；第2、3类原油样品沉积环境特征为淡水、弱氧化－氧化，生烃母质前者以水生生物为主并有少量的陆源高等植物输入，后者以浮游生物为主。

[1]刘金侠，金之钧 .板桥北大港成藏体系资源结构定量预测 [J].大庆石油学院学报，2004，28（1）：44～46.

[2]石万忠，王振升，宋志峰，等 .北大港潜山在沙三段沉积期的隆升状态及其对沉积物源的供给 [J].大地构造与成矿学，2010，34（4）：512～519.

[3]侯宇光，何生，王冰洁，等 .板桥凹陷构造坡折带对层序和沉积体系的控制 [J].石油学报，2010，31（5）：754～761.

[4]常振恒，陈中红，张玉体，等 .渤海湾盆地东濮凹陷原油地球化学特征研究 .石油实验地质，2007，29（2）：178～182.

[5]伊海生，林金辉，王成善，等 .藏北可可西里地区中新世湖相油页岩的生物分子标识及碳同位素异常 [J].成都理工学院学报，2002，29 （5）：473～480.

[6]郭建军，陈践发，陈仲宇，等 .古隆1井海相地层中高丰度胡萝卜烷的检出及意义 [J].新疆石油地质，2007，28（5）：585～588.

[7]刘洛夫，王春江，陈践发 .大港油田奥陶系碳酸盐岩生物标志化合物地球化学特征 [J].沉积学报，1997，15（3）：78～83.

[8]妥进才，邵宏舜，黄杏珍 .盐湖相生油岩中某些地球化学参与沉积环境的关系 [J].沉积学报，1994，12（3）：114～119.

[9]侯林慧，彭平安，于赤灵，等 .鄂尔多斯盆地姬塬－西峰地区原油地球化学特征及油源分析 [J].地球化学，2007，36（5）：497～506.

[10]包建平，朱翠山 .生物降解作用对辽河盆地原油甾萜烷成熟度参数的影响 [J].中国科学D辑：地球科学，2008，38（增刊Ⅱ）：38～46.

[11]段毅，罗斌杰，徐雁前，等 .南沙海洋沉积物中生物标志化合物的组成及地化意义 [J].海洋与湖沼，1996，27（3）：258～263.

[12]王铁冠，钟宁宁，侯读杰，等 .低熟油气形成机理与分布 [M].北京：石油工业出版社，1995.130～133.

[13]Huang D F，Li J C，Zhang D J，et al.Maturation sequence of tertiary crude oils in the Qaidam Basin and its significance in petroleum resource assessment[J].Journal of Southeast Asian Earth Sciences，1991，5：359～366.