蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油特征与成因

王广源，周心怀，王 昕，王应斌，郭永华，刘廷海

(中国海洋石油(中国)有限公司 天津分公司 渤海油田勘探开发研究院，天津 300452)

蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油特征与成因

王广源，周心怀，王 昕，王应斌，郭永华，刘廷海

(中国海洋石油(中国)有限公司 天津分公司 渤海油田勘探开发研究院，天津 300452)

利用大量最新的原油和烃源岩等实验资料，系统分析了蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油的特征、来源及其形成条件，并探讨了未熟—低熟油的主要成因机理。研究结果表明，蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油埋藏较浅，具有密度高、黏度高、饱和烃含量低、饱/芳比低、非烃含量高、非沥比高、Pr/Ph低、重排甾烷丰度低和Ts

未熟—低熟油；生标化合物；成因机理；蓬莱19-3油田；蓬莱25-6油田

未熟—低熟油是指所有非干酪根晚期热降解成因的各类低温早熟的非常规石油[1]，其烃源岩镜质体反射率Ro一般为0.3%～0.7%，相当于有机质演化的未成熟和低成熟阶段。我国自1982年史继扬等[2]首次报道未熟—低熟油以来，经过30多年的理论研究和勘探实践，在未熟—低熟油的分布、特征、成因机理及形成条件等方面取得了很大的进展和丰硕的成果[3-10]。在渤海海域，诸多凹陷中均存在低成熟油[11]，尤其是在蓬莱19-3/25-6两个油田中发现有未熟—低熟油[12]。蓬莱19-3/25-6油田作为中国海域已发现的最大油田，前人在烃源岩和油气地球化学、油气成藏等方面有较多的分析和研究[13-16]，但目前对这2个油田未熟—低熟油未作进一步的分析，诸如其特征、来源、形成条件和成因机理等缺乏较系统的研究，而这些方面的研究对这2个油田综合成藏的再认识是不可或缺的，并对渤海海域具类似地质背景区带的勘探具有极大的借鉴意义。

基于以上，笔者根据勘探工作进展所补充的新资料，利用大量最新的原油和烃源岩等实验数据，对蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油的特征、来源及其形成条件进行了较系统的分析，并探讨了未熟—低熟油的成因机理。

1 地质概况

在区域构造上，蓬莱 19-3/25-6 油田位于渤海湾盆地东部渤南低凸起带东段的东北端，周围紧邻渤中、渤东和庙西3个凹陷，具有优越的油气聚集成藏地质条件，是渤海海域油气最富集区之一(图1)。

图1 渤海海域蓬莱19-3/25-6油田构造纲要及区域位置

蓬莱19-3油田发现于1999年，该构造为一个受2组近南北向走滑断层控制的大型断裂背斜，油田主体夹持在2组走滑断裂带之间，近北东走向的内幕正断层使蓬莱19-3 构造的形态进一步复杂化，主控走滑断层及派生的正断层将整个构造由北至南切割成十几个垒、堑相间的断块。蓬莱25-6油田发现于2000年，该构造为一个与蓬莱19-3 构造轴线平行的断裂背斜，由南北2个反向断鼻与中间的地堑组成，油田主要由3个断块组成，构造和沉积特征与蓬莱19-3 油田相似。目前，这2个油田钻有探井和评价井9口，开发井上百口，共有已探明和控制石油地质储量超过7×108m3。蓬莱19-3 油田主要含油层系为新近系明化镇组下段和馆陶组，蓬莱25-6 油田则以新近系馆陶组为主。馆陶组地层与下伏古近系的东营组和沙河街组地层呈不整合接触，东营组及沙河街组泥岩为蓬莱19-3/25-6 油田的主要烃源岩。

2 未熟—低熟油特征及油源对比

通常衡量原油成熟度、判识未熟—低熟油最有效的指标是甾烷的立体异构化参数，最常用的是C29甾烷20S/(20R+20S)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)比值[1]。计算蓬莱19-3/25-6油田9口探井和评价井的原油C29甾烷立体异构化参数，发现其C29甾烷20S/(20R+20S)为0.20～0.46，C29甾烷ββ/(αα+ββ)为0.27～0.52。据渤海海域原油成熟度划分标准[17]，将蓬莱19-3/25-6油田原油划分为未熟—低熟油和成熟油(图2)，未熟—低熟油主要分布在PL19-3-1、PL19-3-2、 PL19-3-4、PL19-3-8、PL25-6-1、PL25-6-2等6口井。

图2 渤海海域蓬莱19-3/25-6油田原油成熟度划分

2.1 物性特征

蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油的原油物性参数分析(表1)表明，未熟—低熟油密度为0.93～0.98 g/cm3；黏度为62.39～1 873 mPa·s；含蜡量为1.50%～9.25%，平均为4.50%；含硫量大部分小于0.5%。总体上蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油具有密度偏高、黏度高、含硫量中等和含蜡量低等特点。与渤海湾大港油田、胜利油田和辽河油田的未熟—低熟油物性对比(表1)，蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油埋藏较浅(一般小于2 000 m)，黏度、含硫量和含蜡量更低，油品更优质。

2.2 地化特征

2.2.1 族组分特征

这2个油田未熟—低熟油的原油族组分统计结果(表2)表明，未熟—低熟油的饱和烃含量为25.79%～45.75%，平均为38.56%；芳烃含量为14.47%～21.34%，平均为18.86%；非烃含量为17.11%～29.75%，平均为23.3%。原油族组分中非烃含量高于芳香烃，各组分含量高低顺序依次是：饱和烃>非烃>芳烃>沥青质，总体上呈现出“两高两低”的特征，即非烃含量偏高、非沥比高(≥3)，饱和烃含量低(<50%)、饱/芳比低(≤2)，与全国其他地区未熟—低熟油的原油族组分特征一致[3]。

2.2.2 生标化合物特征

在未熟—低熟油中正构烷烃绝大多数具有奇碳数优势，奇偶优势比(OEP)和碳优势指数(CPI)高(均大于1.2)[7]，随着烃源岩成熟度的增加，奇碳数优势逐渐消失[18]。蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油由于埋藏浅，大多遭受了生物降解，饱和烃中正构烷烃系列部分或全部损耗[13]，部分类异戊二烯烃丰富，具有明显的植烷优势，且Pr/Ph比值低(0.64～1.04)(表2)。

蓬莱19-3/25-6油田原油的甾烷和萜烷分析结果表明，重排甾烷与C29ααS/(S+R)和C29ββ/(αα+ββ)2个立体异构化参数呈良好的正相关关系，Ts/Tm比值与C29ααS/(S+R) 正相关性较好，与C29ββ/(αα+ββ)正相关性差。在甾烷图谱上(图3a)，与成熟油相比，未熟—低熟油在C27-C29正常甾烷中生物构型R峰很高，而地质构型S峰很低，且具有明显的重排甾烷丰度低和ββ异构体低的特征。在萜烷图上(图3b)，未熟—低熟油具有Ts

表1 渤海海域蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油与渤海湾其他油田低熟油物性对比

注：大港、胜利、辽河油田数据引自文献[1]。

表2 渤海海域蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油地球化学参数

图3 渤海海域蓬莱19-3/25-6油田原油甾烷和萜烷

2.3 油源对比

蓬莱19-3/25-6油田原油既有未熟—低熟油，又有成熟油，具有明显的混源油特征。前人研究认为，蓬莱19-3/25-6油田原油具有多层系、多个生烃灶来源，主要贡献来自东营组烃源岩与沙河街组烃源岩。东营组烃源岩的原油主要来源于渤中和渤东凹陷，沙河街组烃源岩的原油主要来自庙西凹陷和渤中凹陷。油田的北西方向(渤中凹陷)和东南方向(庙西凹陷)是这两个油田油气充注的主要方向[14-16,19]。但以往研究这2个油田油源时，未将未熟—低熟油与成熟油分开分析，其未熟—低熟油的油源并不明确。

对蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油地化分析显示，其4-甲基甾烷/ΣC29甾烷为0.23～0.48，伽马蜡烷/C30藿烷为0.05～0.22，这是来源于渤海沙一、二段和沙三段烃源岩原油的典型特征[15-16]，由此判断这些未熟—低熟油来自沙一、二段和沙三段烃源岩。进一步对未熟—低熟油与本井区沙一、二段和沙三段烃源岩进行相似性比较(图4)，认为未熟—低熟油与本井区沙一、二段和沙三段烃源岩的甾烷和萜烷分布特征非常相似。从反映母源信息的ααα-甾烷的相对组成来看，油、岩两者均以较富含浮游生物和藻类生源的C27胆甾烷为特征，且两者Pr/Ph值很低，为0.20～1.04，表明它们都形成于咸水湖相的还原环境，具有良好的亲缘关系，而所有未熟—低熟油都具有短距离运移聚集、近源成藏的特征[9]，综合说明蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油应该是来自本井区及其邻近的沙一、二段和沙三段烃源岩。

图4 渤海海域蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油与沙一、二段和沙三段烃源岩甾烷和萜烷

3 未熟—低熟油形成条件

3.1 沉积环境

根据岩屑观察，本井区沙三段岩性主要为深灰色、灰色、深褐色泥岩，夹有薄层极细—细砂岩、粉砂岩以及灰岩、白云岩，沙一、二段岩性以深灰色、灰色泥岩、钙质页岩为主，夹薄层油页岩和灰白色砂岩，且两者的古生物组合都以半咸水—咸水类型的渤海藻属、稀管藻属、锥藻属以及棒球藻属等为主，表明当时沙三段和沙一、二段主要为半深湖—深湖沉积环境。

类异戊二烯烃参数Pr/Ph、Pr/nC17和Ph/nC18值是判别源岩有机质沉积环境的常用指标，用Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18的相对组成可将沉积环境划分为湖沼相、淡水—微咸水湖相、半咸水—咸水环境和盐湖环境等4种类型[1]。彼得斯等[20]认为，低姥植比(<0.8)反映典型的缺氧条件，高姥植比(>3.0)反映氧化条件下陆相有机质的输入。蓬莱19-3/25-6油田沙河街组烃源岩的类异戊二烯烃和萜烷分析结果表明，沙一、二段和沙三段烃源岩的Pr/Ph值很低，为0.20～0.87，且蓬莱25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩含有中—高含量的伽马蜡烷(图4)，反映当时沉积环境为强还原的半咸水—咸水环境，部分为盐湖环境。强还原的半咸水—咸水沉积环境最有利于有机质的富集及早期转化，即最有利于未熟—低熟油的形成[21]。

3.2 烃源岩特征

蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩实验结果如表3所示。蓬莱19-3油田沙一、二段烃源岩样品有机碳含量均为1.23%，生油潜量(S1+S2)为6.58 mg/g，氯仿沥青“A”含量为0.031 4%；沙三段烃源岩有机碳含量为1.99%～5.32%，平均为3.18%，生油潜量为9.81～42.20 mg/g，平均为20.36 mg/g，氯仿沥青“A”含量为0.110 9%～0.550 2%，平均为0.226 2%。蓬莱25-6油田沙一、二段烃源岩有机碳含量为0.52%～2.72%，平均为1.79%，生油潜量为6.64～18.25 mg/g，平均为12.85 mg/g，氯仿沥青“A”含量为0.430 4%～0.798 3%，平均为0.580 9%；沙三段烃源岩有机碳含量为1.25%～2.48%，平均为2.02%，生油潜量为6.37～17.76 mg/g，平均为13.10 mg/g，氯仿沥青“A”含量为0.430 4%～0.798 3%，平均为0.605 3%。因此，层位上，沙三段烃源岩有机质丰度高于沙一、二段；地区上，蓬莱19-3油田沙河街组烃源岩有机质丰度高于蓬莱25-6油田。根据低熟源岩有机质丰度分级评价标准[1]，认为蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩有机碳含量高，生烃潜力大，全部为好—很好烃源岩。

在Tmax(热解烃峰顶温度)较低时，热解参数IH(氢指数)为有机质类型划分的有效指标[22]。根据蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩Tmax和IH的关系，认为沙一、二段和沙三段烃源岩有机质类型好，主要为Ⅰ-Ⅱ1型(图5)。

分析蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩有机质成熟度，发现其烃源岩最大热解峰温Tmax为427～435 ℃，镜质体反射率Ro为0.29%～0.45%，热变指数(TAI)为2.25～2.50，孢粉颜色指数(SCI)为1.78～2.22，孢粉颜色为浅黄色—黄色，表明蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩有机质成熟度整体偏低，处于未熟—低熟阶段。

总体上，蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段未熟—低熟烃源岩有机质类型好、丰度高、生烃潜力大，为好—很好烃源岩，为未熟—低熟油的生成提供了丰富的物质基础。

图5 渤海海域蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩Tmax和IH关系

油田层位有机碳/%生油潜量/(mg·g-1)氯仿沥青“A”/%样品数/个蓬莱19-3油田蓬莱25-6油田沙一、二段1.23/1.236.58/6.580.0314/0.03141沙三段1.99～5.32/3.189.81～42.2/20.360.1109～0.5502/0.22629沙一、二段0.52～2.72/1.796.64～18.25/12.850.4304～0.7983/0.58094沙三段1.25～2.48/2.026.37～17.76/13.10.3007～0.8642/0.60533

注：表中算式含义为最小值～最大值/平均值。

3.3 生烃母质

半咸水—咸水和盐湖环境生烃母质的来源对烃源岩的生烃潜力评价非常重要，本文主要采用甾、萜类生标化合物法来识别有机质的生源构成。

蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩有机质类型以Ⅰ-Ⅱ1型为主(图5)，说明其干酪根类型以偏腐泥型为主；烃源岩中甾烷含量顺序依次是C27甾烷> C29甾烷>C28甾烷(图4)，说明其生源构成主要为浮游生物和藻类。沙一、二段和沙三段烃源岩另一个显著特点是伽马蜡烷和4-甲基甾烷发育(图4)，伽马蜡烷为原生动物生源的产物，也可能与膏盐沉积环境中某种喜盐菌的输入有关[23]，富含C29-C304-甲基甾烷，指示有沟鞭藻生源输入的贡献，C31-C35升藿烷指示细菌来源，奥利烷是高等植物生源的标志物[24-25]。此外，在蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油中普遍含有4-甲基甾烷(图3a)，也能反映浮游藻类对生油的贡献。

4 未熟—低熟油成因机理探讨

未熟—低熟烃源岩富含有机质是未熟—低熟油生成的首要条件，在不同的沉积环境下，存在不同的成因机理。从发现未熟—低熟油田的数量和未熟—低熟油的资源量来看，半咸水—咸水环境是未熟—低熟油形成最为重要的一种沉积环境[26]。半咸水—咸水环境有利于有机质保存，能降低有机质的活化能，促使有机质早期生烃[27]。蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟烃源岩处于半咸水—咸水环境、烃源岩有机质丰度高且类型好、主要生烃母质为浮游藻类和各种细菌是未熟—低熟油形成的有利地质条件。进一步分析蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油的成因机理，认为藻类有机质的早期生烃、早期成岩过程中细菌生化作用改造有机质生烃和碳酸盐岩对有机质的低温热催化早期生烃是这两个油田未熟—低熟油的主要成因机理。

4.1 藻类有机质的早期生烃

宋一涛等[28]通过实验证实了能早期生烃的藻类主要有绿藻、沟鞭藻和葡萄藻3种。分析蓬莱19-3/25-6油田的8口井的古生物资料，统计沙一、二段和沙三段孢粉中的藻类，结果表明沙一、二段藻类主要分布在PL19-3-6、PL25-6-1和PL25-6-2井，藻类在孢粉中所占含量为8.14%～32.76%，平均为18.65%，其中绿藻、沟鞭藻和葡萄藻在藻类中所占含量为48.15%～61.74%，其余为疑源类；沙三段藻类分布广泛，除PL19-3-5和PL19-3-7井未钻遇沙三段地层而无法统计藻类之外，其余各井藻类在孢粉中所占含量为14.37%～43.67%，平均为24.61%，其中绿藻、沟鞭藻和葡萄藻在藻类中所占含量为37.88%～81.32%，早期生烃藻类含量高。总体上，沙一、二段和沙三段藻类发育，以绿藻、沟鞭藻和葡萄藻为主。PL19-3-6井沙三段烃源岩显微组分和岩石热解实验结果表明，藻类体与有机碳含量呈正相关关系，在藻类发育的泥岩中，其有机碳含量很高，一般在2%以上，为优质烃源岩。

蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩不仅在孢粉中富含藻类，烃源岩的甾烷生标化合物中4-甲基甾烷发育(图4)，而且在未熟—低熟油的甾烷生标化合物中存在中—高含量的4-甲基甾烷(图3a)，说明蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段烃源岩发育富含沟鞭藻等多种藻类的有机质富集层，这些藻类有机质含大量烃类及可溶有机质，其可溶有机质的低温热降解(即有机质处于未熟—低熟阶段)对未熟—低熟油的形成具有重要贡献。

4.2 细菌改造有机质早期生烃

在半咸水—咸水环境中，厌氧产甲烷菌的活动被抑制，有机质得到较好的保存。藿烷系列是一类具有细菌生源意义的三萜类生物标志物，它们在地质体中无所不在[1]。Zobell[29]实验证实细菌可以提高有机质富氢程度，降低生烃所需的活化能，有利于生成低熟油气。Shimkus等[30]对现代黑海沉积物的研究表明，浮游植物和(或)细菌是沉积有机质的重要来源。Wilson[31]认为，细菌提供了有机质转化成原油的重要条件，是生烃主要营力，且细菌的躯体本身也能形成大量的原始石油。规则甾烷/17α-藿烷比值反映真核生物(主要是藻类和高等植物)与原核生物(主要是细菌)对烃源岩的贡献[20]，低的规则甾烷/17α-藿烷比值(<1)指示微生物(细菌)改造过的有机质[32]。蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段未熟—低熟烃源岩饱和烃色谱—质谱图中检测出丰富的反映细菌生源的藿烷系列、C14-C16补身烷系列和四环萜烷系列，这些生标化合物主要与细菌的生化生烃作用有关，且规则甾烷/17α-藿烷比值分别为0.56和0.8，说明未熟—低熟烃源岩遭受强烈的细菌改造，有利于有机质的早期生烃。

4.3 碳酸盐岩低温热催化早期生烃

蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段未熟—低熟烃源岩的岩性主要是钙质泥页岩、油页岩及钙质纹层泥岩等，各种泥岩的碳酸盐岩含量较高。此外在泥岩中含有黄铁矿及其他无机盐类，还夹有多层灰岩，如PL19-3-8井揭露沙三段217 m，全为泥岩，普遍含钙；PL19-3-6井沙一、二段灰岩有14 m/2 层，沙三段有灰岩15.5 m/10 层；PL25-6-1井沙一、二段灰岩有4 m/4 层，沙三段灰岩有8 m/7 层。国内外研究表明，碳酸盐含量高的沉积物往往其有机碳含量和生油潜量也高，并且在半咸水—咸水及盐湖沉积中，碳酸盐岩沉积阶段有机质输入要比硫酸盐岩和盐岩沉积阶段高得多，生油条件好[24]。

张在龙等[33]通过对脂肪酸加入碳酸盐岩的热模拟实验，认为低温下生油岩矿物的催化活性主要与矿物的类型有关，碳酸盐的催化活性比黏土高，碳酸盐的催化活性随铁含量的增加而增大，证实了碳酸盐，尤其是含有铁的碳酸盐，对烃类的生成有催化作用。因此，碳酸盐岩及其他无机矿物的低温催化作用是蓬莱19-3/25-6油田沙一、二段和沙三段未熟—低熟烃源岩有机质早期生烃的重要影响因素。

5 结论

(1)蓬莱19-3/25-6油田存在大量的未熟—低熟油，这些未熟—低熟油埋藏较浅(一般小于2 000 m)，在物性方面，具有密度偏高、黏度高、含硫量中等和含蜡量低等特点；在地化方面，原油族组分含量高低顺序依次是：饱和烃>非烃>芳烃>沥青质，呈现“两低两高”的特征，即饱和烃含量低、饱/芳比低、非烃含量高、非沥比高，生标化合物具有Pr/Ph值低、重排甾烷丰度低和Ts

(2)油源对比结果表明，蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油来自本井区及邻近沙一、二段和沙三段未熟—低熟烃源岩，强还原的半咸—咸水沉积环境、烃源岩有机质丰度高且类型好、主要生烃母质为藻类和有机质中的各种细菌是这2套烃源岩形成未熟—低熟油的有利地质条件。

(3)藻类有机质的早期生烃、早期成岩过程中细菌生化作用改造有机质生烃和碳酸盐岩对有机质的低温热催化早期生烃是蓬莱19-3/25-6油田未熟—低熟油的主要成因机理，这些成因机理共同作用才形成了大量的未熟—低熟油资源，对蓬莱19-3/25-6大型油田的形成具有不可忽视的贡献。这些未熟—低熟油对蓬莱19-3/25-6大型油气田的贡献，说明未熟—低熟油能聚集成藏，且有可能形成大中型油气田，这有助于提升渤海海域低有机质演化程度凹陷的勘探信心，对渤海海域浅层油气勘探具有重要启示作用。

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(编辑 韩 彧)

Characteristics and genesis of immature and low-matire oils in Penglai 19-3 and 25-6 oilfields

Wang Guangyuan, Zhou Xinhuai, Wang Xin,Wang Yingbin, Guo Yonghua, Liu Tinghai

(E&PResearchInstituteofBohaiOilfield,TianjinBranchCompany,CNOOC,Tianjin300452,China)

Based on the experimental data of crude oils and source rocks, the characteristics, sources and generation conditions of immature and low-mature oils from the Penglai 19-3/25-6 oilfields were analyzed systematically, and the main generation mechanisms were also discussed. The immature and low-mature oils from the Penglai 19-3/25-6 oilfields were buried in shallow formations, and were featured by high density, high viscosity, low content of saturated hydrocarbon, low saturated/aromatic ratio, high content of non-hydrocarbon, high non-hydrocarbon/asphalt ratio, low Pr/Ph ratio, low abundance of rearranged sterane and Ts

immature and low-mature oils; biomarker; generation mechanism; Penglai 19-3 oilfield; Penglai 25-6 oilfield

1001-6112(2014)02-0230-08

10.11781/sysydz201402230

2013-01-02；

2014-01-14。

王广源(1986—)，男，助理工程师，从事石油地质综合研究。E-mail: helloyuan@126.com。

国家科技重大专项(2011ZX05023-006-002)资助。

TE122.1

A