方里集地区沙河街组烃源岩地球化学特征分析及油源对比*

边雷博 柳广弟 孙明亮 李继东 牛子铖 杨岱林

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院 北京 102249； 2.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院 河南濮阳 457001）

方里集地区沙河街组烃源岩地球化学特征分析及油源对比*

边雷博1柳广弟1孙明亮1李继东2牛子铖1杨岱林1

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院 北京 102249； 2.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院 河南濮阳 457001）

针对东濮凹陷方里集地区沙河街组烃源岩地球化学特征不明和油源认识不清的问题，应用有机地球化学方法对比分析了不同层段烃源岩有机质丰度、类型、成熟度和沉积环境特征，明确了不同油藏的石油来源。研究结果表明，方里集地区Es32烃源岩有机质丰度中等—高，干酪根类型为II—III型，处于成熟—高熟阶段，是有效的烃源岩，而Es12和Es31烃源岩均难以大量生烃；沙河街组烃源岩沉积于还原—弱氧化环境，Es12和Es31烃源岩沉积于淡水—咸水环境，Es32为淡水—微咸水环境。方里集地区油藏为自生自储型，其中Es32下部原油来源于Es32下部烃源岩，Es31及Es32上部原油主要来源于Es32上部烃源岩。

东濮凹陷；方里集地区；沙河街组；地球化学特征；油源对比

东濮凹陷位于渤海湾盆地西南缘，是一个呈NNE向展布、南宽北窄、多沉积韵律的新生代内陆断陷湖盆，沉积面积为5 300 km2［1-2］。西南部洼陷是东濮凹陷勘探程度最低地区之一，方里集地区作为该洼陷中勘探程度最高的地区，现已成为油气勘探和研究的重点区域。虽然方里集地区勘探历史较长，但在沙河街组烃源岩地化特征和不同油藏石油来源等方面研究较少。部分学者［3-4］认为，东濮凹陷沙三段烃源岩有机质丰度较高，处于成熟—高成熟阶段，沉积于还原—强还原环境，是有效烃源岩层，但沙三段原油不是原地生成的，而是经过一段运移距离聚集而成。由于烃源岩处于成熟—高成熟阶段，部分有机地球化学参数适用性受限，而前人研究工作并没有对地化参数适用性进行详细分析，可能导致研究区沙河街组烃源岩有机地化特征不明、油源认识不清。针对上述问题，笔者对方里集地区沙河街组烃源岩进行了系统采样，在分析各有机地化参数来源及适用性的基础上，应用有机地球化学方法明确了不同层段烃源岩有机质丰度、类型、成熟度和沉积环境特征，确定了不同油藏的石油来源。

1 区域地质背景

图1 东濮凹陷西南部洼陷方里集地区位置Fig.1 Location of Fangliji area，Southwest subsag，Dongpu sag

方里集地区位于东濮凹陷西南部洼陷中部（图1）。研究表明，西南部洼陷沙河街组沉积时期经历了4期构造演化：沙四段（E s4）沉积期为初始断陷期，控制研究区的主要断层初具规模；沙三段（E s3）沉积期为裂陷期，长垣断层和黄河断层互为消长，地层倾向以SEE向为主；沙二段—沙一段（E s2—E s1）沉积期为萎缩期，断层活动减弱，凹陷演化为不对称的地堑；沙一段—东营组（E s1—E d）沉积期为裂陷消退期，大部分断层基本停止活动［5］。方里集地区沙河街组可以划分为3段，其中沙三段又可划分为上、中、下3个亚段，沙二段和沙一段均可划分为上、下2个亚段（图2）。研究区主要发育沙一下亚段、沙三上亚段和沙三中亚段等3套潜在烃源岩，产油层段主要为沙三上亚段和沙三中亚段。

2 样品与分析测试

笔者在岩心观察及描述的基础上，补充采集了潜在烃源岩段和主要产油段的样品，共收集泥岩样品15块、油砂样品2块和原油样品3个，其中泥岩样品在潜在烃源岩段E s12、E s31和E s32均有分布，且所取井位横向连续性较好，具有一定代表性。另外，在垂向上对研究区重点井PS8井的产油层段系统收集了原油和油砂样品。对泥岩样品进行总有机碳含量测定和热解实验等有机地球化学分析测试，对油砂及泥岩抽提物进行饱和烃和芳香烃色谱-质谱分析，所有新旧样品的分析测试条件基本一致，确保了实验结果的一致性。总有机碳含量测定和热解实验分别由CS230碳硫分析仪和OGE-II油气评价工作站完成，饱和烃及芳香烃色谱-质谱实验利用Agilent7890-5975c气相色谱质谱联用仪。以上实验均在中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室和重质油国家重点实验室完成。

3 烃源岩地球化学特征分析

3.1 有机质丰度

目前对有机质丰度评价主要采取以总有机碳含量（TOC）为主，生烃潜力（S1+S2）等为辅的方法。按照有机质丰度划分标准［6-7］，方里集地区E s12烃源岩TOC为0.50%～2.66%，平均值为0.95%（样品数n=21），S1+S2为0.57～14.46 kg/t，平均值为3.48 kg/t（n=15），是一套中等—好的烃源岩；E s31烃源岩TOC为0.51%～0.77%，平均值为0.62%（n=6），S1+S2为0.51～1.40 kg/t，均值为0.70 kg/t（n=13），是一套差—中等烃源岩；E s32烃源岩TOC为0.56%～1.70%，平均值为0.92%（n=40），S1+S2为0.52～3.60 kg/t，平均值为1.35 kg/t（n=28），是一套中等—好的烃源岩。

图2 东濮凹陷方里集地区地层综合柱状图Fig.2 Generalized stratigraphic column of Fangliji area，Dongpu sag

3.2 有机质类型

根据方里集地区实际地质情况，综合运用干酪根显微组分分析、热解分析和生物标志化合物等方法，对有机质类型进行研究。

干酪根显微组分法是一种识别有机质类型的常用方法，主要通过测定干酪根中各显微组分的相对含量，计算类型指数，确定有机质类型。该方法虽然受观察者主观影响，但一定程度上可以恢复演化程度较高的干酪根类型［8］。显微组分分析结果表明，方里集地区Es31烃源岩以II型干酪根为主，Es32烃源岩以II—III型干酪根为主（表1）。

热解分析法也是一种划分有机质类型的常用方法，虽然具有快速经济的特点，但随着干酪根成熟度增加，样品中的H/C、IH等参数值会减小，干酪根类型会偏向于III型，因此利用该方法判断低熟—成熟阶段烃源岩有机质类型较为有效。热解分析表明，方里集地区Es12烃源岩为I—II型干酪根；Es31烃源岩为II—III型干酪根，以III型为主；Es32烃源岩为III型干酪根（图3）。由于该地区Es3烃源岩演化程度普遍较高，热解参数判断有机质类型可靠性较低，因此综合地球化学特征认为E s12烃源岩为I—II型干酪根，E s31和E s32烃源岩均以II—III型干酪根为主。

表1 东濮凹陷方里集地区烃源岩显微组分法干酪根类型识别结果Table 1 Kerogen type identification of source rocks by maceral method in Fangliji area，Dongpu sag

图3 东濮凹陷方里集地区沙河街组烃源岩I H-T max关系图Fig.3 Crossplot of I H and T max of source rocks of Shahejie Formation in Fangliji area，Dongpu sag

C27、C28和C29规则甾烷的相对含量可以用于研究烃源岩生源类型，一般认为C27规则甾烷来源于藻类，C29规则甾烷来源于陆生高等植物［9］。分析表明，方里集地区烃源岩生源既有藻类，也有陆生植物，其中E s12和E s31烃源岩生源中藻类占微弱优势（图4）。Pr/nC17和Ph/nC18交会图也可用于研究烃源岩生源［10-11］。图5为方里集地区Pr/nC17和Ph/nC18交会图，可以看出该地区烃源岩生源既有湖相藻类，也有陆源高等植物。在芳烃色谱质谱分析中，不仅检测出菲系列和艹屈系列等化合物，还检测出芘、苝和惹烯等典型高等植物输入的化合物，表明方里集地区烃源岩生源有高等植物的贡献［12］。

图4 东濮凹陷方里集地区烃源岩和原油规则甾烷相对含量Fig.4 Regular sterane contents of source rocks and crude oil in Fangliji area，Dongpu sag

图5 东濮凹陷方里集地区烃源岩和原油Pr/nC17和Ph/nC18关系图Fig.5 Relationship between Pr/nC17 and Ph/nC18 of source rocks and crude oil in Fangliji area，Dongpu sag

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是烃源岩评价的重要参数之一，成熟度评价指标主要有镜质体反射率（Ro）和最大热解峰温（Tmax）等［7，13］。方里集地区E s12烃源岩Ro为0.40%，Tmax为421.3～439.6℃，处于未熟—低熟阶段；E s31烃源岩Ro为0.80%～1.09%，Tmax为434.0～477.9℃，处于成熟阶段；E s32烃源岩Ro为1.15%～1.40%，Tmax为435.00～497.00℃，处于成熟—高熟阶段（表2）。

碳优势指数（CPI）和奇偶优势比（OEP）常用于指示烃源岩成熟度，一般认为CPI或OEP大于1.2，烃源岩处于未熟阶段；CPI和OEP小于1.2，烃源岩处于成熟阶段［14-16］。方里集地区E s12烃源岩OEP为1.21～1.32，处于未熟阶段；E s31烃源岩CPI和OEP分别为1.00～1.09和1.05～1.18，E s32烃源岩CPI和OEP分别为0.99～1.07和1.00～1.02，均处于成熟阶段（表3）。

C29甾烷αβ/（αα+αβ）与αα20S/（20S+20R）关系图对烃源岩及原油成熟度判识较为有效［17］，大量数据表明低熟油气的C29甾烷αβ/（αα+αβ）值介于0.2～0.4［8］，αα20S/（20S+20R）值在0.23～0.29［18］。方里集地区Es12烃源岩C29甾烷αβ/（αα+αβ）和αα20S/（20S+20R）分别为0.25～0.27和0.17，处于低熟阶段，Es3烃源岩C29甾烷αβ/（αα+αβ）和αα20S/（20S+20R）分别为0.29～0.59和0.29～0.48，已进入成熟阶段（图6、表3）。

表2 东濮凹陷方里集地区沙河街组烃源岩有机质成熟度参数Table 2 Organic matter maturity parameters of source rocks of Shahejie Formation in Fangliji area，Dongpu sag

表3 东濮凹陷方里集地区烃源岩和原油生物标志化合物参数Table 3 Biomarker parameters of source rocks and crude oil in Fangliji area，Dongpu sag

3.4 沉积环境

沉积环境主要包括沉积-成岩时水体盐度特征和氧化还原环境［12］。伽马蜡烷含量可以指示烃源岩沉积时水体盐度和水体分层情况，一般认为高含量伽马蜡烷与强还原、高盐沉积环境有关［19-20］，伽马蜡烷指数（伽马蜡烷/C30藿烷）大于0.6反映烃源岩形成于微咸水—咸水环境［21］。方里集地区Es32烃源岩伽马蜡烷指数为0.07～0.33，形成于淡水—微咸水环境；E s31烃源岩为0.43～0.73，形成于淡水—咸水的沉积环境；E s12烃源岩为0.29～0.85，形成于淡水—咸水环境（表3）。

图6 东濮凹陷方里集地区烃源岩及原油C29甾烷成熟度参数关系图Fig.6 Relationship of C29-sterane maturity parameters of source rocks and crude oil in Fangliji area，Dongpu sag

饱和烃中姥植比（Pr/Ph）常用于指示烃源岩或原油成烃母质沉积时氧化还原程度，一般认为Pr/Ph小于0.8指示典型的缺氧环境，Pr/Ph大于1指示弱氧化环境，Pr/Ph大于3指示氧化条件下的陆源有机质输入［10］。方里集地区E s32烃源岩Pr/Ph为0.73～1.10，指示还原—弱氧化环境；E s31烃源岩Pr/Ph为0.64～0.87，指示还原—弱还原的环境；E s12烃源岩Pr/Ph为0.70～1.10，指示还原—弱氧化的环境（表3）。另外，Pr/nC17和Ph/nC18交会图也可用于研究沉积环境，从图5可以看出方里集地区E s32和E s12烃源岩处于还原—弱氧化的环境中，E s31烃源岩处于弱还原—弱氧化的环境。

林壬子等［22］认为，三芴系列可能来自相同先质，在弱氧化—弱还原的环境中氧芴含量较高，强还原环境中硫芴系列含量相对较高，正常还原环境中芴系列含量相对较高。但夏燕青等［23］模拟数据表明，三芴系列不是来源于同一先质，硫芴系列和氧芴系列可能来自于联苯，芴系列可能来自于β-胡萝卜素，因此硫芴和氧芴系列可以用于指示氧化还原环境，而芴系列不具备环境指示意义。综合前人研究，笔者认为还原环境中硫芴系列含量相对较高，弱还原—弱氧化环境中氧芴系列含量较高。方里集地区E s32烃源岩（n=14）硫芴系列相对含量为0.37～0.60，平均值为0.49；芴系列相对含量为0.11～0.30，平均值为0.17；氧芴系列相对含量为0.20～0.43，平均值为0.34，指示烃源岩形成于还原—弱氧化的沉积环境。

结合以上参数，认为方里集地区E s12、E s31和E s32烃源岩均为还原—弱氧化环境下的湖相沉积。

4 油源对比

由于方里集地区原油主要产于E s3，而E s12烃源岩处于未熟—低熟阶段，难以大量生烃，因此主要对比E s3烃源岩与原油的生物标志化合物特征，进而开展油源分析。

方里集地区E s32下部（V油层组）原油TIC谱图为前峰型，E s31与E s32上部（II油层组）原油为单峰型（图7a、b）。E s31与E s32上部原油和E s32下部原油C29甾烷αβ/（αβ+αα）分别为0.39～0.54和0.60（表3），表明E s3原油成熟度较高，且E s32下部原油成熟度略高于E s31和E s32上部原油。E s31烃源岩生物标志化合物表现为低三环萜、高C30藿烷和αβ-C（27～29）胆甾烷低于αα-C（27～29）胆甾烷的特征，而原油生物标志化合物表现为高三环萜、中低C30藿烷和αβ-C（27～29）胆甾烷高于αα-C（27～29）胆甾烷的特征，表明E s31烃源岩成熟度低于原油，可排除原油来自E s31烃源岩的可能（图7e）。E s32下部（VI—IX油层组）烃源岩TIC谱图呈前峰型，C29甾烷αβ/（αβ+αα）为0.45～0.59，和E s32下部原油相似。E s32上部（II—III油层组）烃源岩TIC谱图呈单峰型，C29甾烷αβ/（αβ+αα）为0.37～0.51，和E s31与E s32上部原油相似（图7c、d，表3）。

从图4可以看出，方里集地区E s3原油成烃母质既有藻类供源，也有高等植物供源，其中E s31和E s32上部原油成烃母质中藻类供源占微弱优势，E s32下部原油成烃母质生源中高等植物贡献较大。方里集地区E s32上部烃源岩的αα-C27规则甾烷在αα-C（27～29）规则甾烷中相对占优势，指示烃源岩生源中藻类较多；而E s32下部烃源岩中αα-C29规则甾烷相对占优势，表明烃源岩生源中高等植物相对较多。综合以上分析，从成烃母质来源而言，方里集地区E s32下部烃源岩与E s32下部原油存在相似性，E s32上部烃源岩与E s31和E s32上部原油有相似性（表3）。

原油的伽马蜡烷指数为0.17～0.50，表明原油成烃母质沉积于淡水—微咸水环境。方里集地区E s32烃源岩伽马蜡烷指数为0.07～0.33，指示烃源岩沉积于淡水—微咸水环境（表3）。虽然E s32下部原油呈现高孕甾烷的特征，但随着成熟度的增加，热降解产生的孕甾烷将会逐渐掩盖原始孕甾烷的含量，在成熟—高熟阶段孕甾烷含量不具有反映盐度变化的特征［24］，因此方里集地区E s3原油成烃母质沉积于淡水—微咸水环境，与E s32烃源岩沉积环境相似（图6）。对比指示氧化还原环境的参数，E s32上部烃源岩Pr/Ph为0.73～0.85，硫芴系列为0.47～0.60，氧芴系列为0.20～0.42，指示烃源岩沉积于还原—弱还原环境；而E s31及E s32上部原油Pr/Ph为0.33～0.88，指示成烃母质沉积于还原—弱还原的环境，与E s32上部烃源岩沉积环境相似。方里集地区E s32下部烃源岩Pr/Ph为0.90～1.10，氧芴系列为0.40～0.43，硫芴系列为0.37～0.48，说明烃源岩沉积于弱还原—弱氧化的环境；E s32下部原油Pr/Ph为1.09，指示成烃母质形成于弱氧化的沉积环境，与E s32下部烃源岩相似。

图7 东濮凹陷方里集地区烃源岩和原油生物标志化合物Fig.7 Biomarker characteristics of source rocks and crude oil in Fangliji area，Dongpu sag

综合成熟度、生源类型、沉积环境等特征，认为方里集地区E s3油藏为自生自储型，其中E s32下部原油来自E s32下部烃源岩，E s31及E s32上部原油主要来自E s32上部烃源岩。

5 结论

1）方里集地区E s32烃源岩有机质丰度为中等—高，有机质类型为II—III型，处于成熟—高熟阶段，是有效的烃源岩层段；E s12烃源岩有机质丰度较高，有机质类型为I—II型，未进入大量生烃阶段；而E s31烃源岩有机质丰度较差，难以作为有效源岩。

2）多种有机地球化学指标显示，方里集地区E s12和E s3烃源岩沉积于还原—弱氧化的环境，因此传统认为E s3烃源岩沉积于强还原—还原的环境可能不够准确。另外，该地区E s32烃源岩沉积于淡水—微咸水环境，而E s31和E s12烃源岩沉积于淡水—咸水环境。

3）油源对比结果显示，方里集地区E s3油藏为自生自储型，其中E s32下部原油成烃母质沉积于淡水、弱还原—弱氧化环境，是以高等植物为主的混合生源，来源于E s32下部烃源岩；E s31及E s32上部原油成烃母质沉积于淡水—微咸水、还原—弱还原的环境，是以藻类为主的混合生源，主要来源于E s32上部烃源岩。

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Geochemical characteristics of source rocks and oil-source correlation of Shahejie Formation in Fangliji area，Dongpu sag，China

BIAN Leibo1LIU Guangdi1SUN Mingliang1LI Jidong2NIU Zicheng1YANG Dailin1
（1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing102249，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Zhongyuan Oilfield Company，Sinopec，Puyang，Henan457001，China）

The geochemical characteristics of Shahejie Formation source rocks in Fangliji area，Dongpu sag，is not clarified and the origin of hydrocarbons is not determined.With organic geochemical method，based on comparison analysis of organic matter content，type，maturity and depositional environment characteristics of sources rocks from different layers，oil sources of different reservoirs are clarified.The results show that the source rocks of Es32with medium to high organic matter abundance，type II and III dominated kerogen type and middle to high mature stage are most effective，while the source rocks of Es12and Es31with limited hydrocarbon generation potential are less effective.The source rocks in Shahejie Formation are deposited in reducing to weakly oxidizing environments.The source rocks in Es12and Es31are mainly deposited in fresh to brackish water environments，while the depositional environment of source rocks in Es32tends to be fresh to weakly brackish water environments.The reservoir in Fangliji area is self-generating and self-preserving，the oil in the bottom of Es32mainly originates from the source rocks in the bottom of Es32，while the oil in Es31and the top of Es32is mainly from the source rocks in the top of Es32.

Dongpu sag；Fangliji area；Shahejie Formation；geochemical characteristics；oil-source correlation

边雷博，柳广弟，孙明亮，等.方里集地区沙河街组烃源岩地球化学特征分析及油源对比［J］.中国海上油气，2017，29（6）：53-60.

BIAN Leibo，LIU Guangdi，SUN Mingliang，et al.Geochemical characteristics of source rocks and oil-source correlation of Shahejie Formation in Fangliji area，Dongpu sag，China［J］.China Offshore Oil and Gas，2017，29（6）：53-60.

TE122.1+1

A

1673-1506（2017）06-0053-08

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.06.006

*国家自然科学基金项目“致密砂岩微米-纳米孔喉系统石油充注的有效性及其成藏效应（编号：41472114）”部分研究成果。

边雷博，男，在读硕士研究生，主要从事油气成藏机理及富集规律研究。地址：北京市昌平区府学路18号（邮编：102249）。E-mail：1748436783＠qq.com。

2017-06-30改回日期：2017-08-27

（编辑：冯 娜）