原油成熟度综合判识:来自分子标志物参数的限定——以东濮凹陷南部马厂地区高蜡原油为例

唐友军，吕岑

(长江大学资源与环境学院，湖北 武汉 430100)

徐田武，张云献

(中石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 濮阳 457001)

李洪波，王霆

(长江大学资源与环境学院，湖北 武汉 430100)

东濮凹陷地处渤海湾盆地的西南边缘，是临清-东濮坳陷的一个组成部分，其西侧超覆于内黄隆起之上，东侧以兰聊断裂与鲁西隆起为界，北与莘县凹陷相连，南为兰考凸起。东濮凹陷横跨鲁、豫两省，南宽北窄，呈NNE走向，是在古-中生界的基础上，由于新生代地壳的张力作用逐渐裂解成双断式凹陷的含盐沉积盆地，受块断运动差异性的影响，不同洼陷沉降幅度、烃源岩特征及热演化生烃史存在较大差异。

东濮凹陷是一个勘探成熟度较高的地区，勘探面积5300km2，石油资源量12.37×108t、天然气资源量3675×108m3。目前，累计探明石油储量6.0113×108t，探明程度48.6%，天然气探明储量1388.29×108m3，探明程度37.8%。鹿坤、左银辉等[1]通过生物标志化合物研究发现越靠近盐岩发育区，有机质来源中水生生物所占的比重就越大，烃源岩中有机质丰度越高、类型越好。金强等[2]认为，高盐度的沉积水体具有水体分层的现象，一般分3层：最上面一层为稀释层，生物群落繁盛；中间层为盐跃层；最下面一层为卤水层，是一个强还原的闭塞环境。

前人对北部油气田的勘探开发已进入成熟阶段，勘探难度愈来愈大，落实后备资源，寻找更多油气田已成为当务之急，因此，东濮凹陷南部地区的低丰度含油区慢慢进入人们的视野。目前，在南部地区已经发现了唐庄油气田、桥口油气田、三春集油气田、新霍油气田、徐集油气田及马厂油气田，均位于中央隆起带的东部，累计发现储量已达到73.45×106t(探明+控制)[3]。利用多种成熟度参数对马厂地区高蜡原油成熟度进行综合评价，明确研究区域原油成熟度程度，有助于该地区下一步勘探开发。

1 样品与试验方法

图1 东濮凹陷构造纲要及样品井位图(修改自文献[3])

图2 马厂地区典型原油样品正构烷烃分布特征图

8件原油样品均来自东濮凹陷南部马厂地区，平面分布见图1。原油样品在去除沥青质后先进行族组分分离, 得到饱和烃、芳烃和非烃馏分。烃源岩样品经前期处理后用氯仿索式抽提72h，得到的可溶有机物同样在去除沥青质后进行族组分分离得到饱和烃、芳烃和非烃馏分。该次研究对原油和烃源岩的饱和烃及芳烃组分均进行了气相色谱-质谱分析, 试验所用仪器是美国安捷伦科技公司的气相色谱-质谱联用仪( Agilent 7890A-GC/5975C-MSD)。

2 原油饱和烃成熟度参数

2.1 正构烷烃参数

研究区原油样品的正构烷烃分布类似(图2)，大多数样品主峰为nC14～nC15，整体上为单峰态、前峰型分布，基线基本平直，无明显弯曲，并且不具明显的奇偶优势，显示出成熟原油的特征。姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)通常被作为反映沉积环境的重要地球化学参数指标而应用于油气地球化学中。烃源岩有机质的沉积环境、母质类型及生物降解等信息可以从植烷系列的组成中反映出来[4,5]。Pr/Ph是判断沉积环境为氧化或还原性以及确定原油成因类型的一个重要参考值，其划分准则为弱还原-弱氧化环境(Pr/Ph=1～2)；还原环境(Pr/Ph=0.5～1.0)；强还原膏盐沉积环境(Pr/Ph<0.5)。一般情况下Pr/Ph<1.0的为还原环境，Pr/Ph>2.5的为偏氧化的沉积环境。通过参数表(表1)可得知，Pr/Ph的值整体在1.0左右，反映了马厂地区原油整体为弱还原-还原的沉积环境。一般而言，Pr/nC17和Ph/nC18值同样也会受到成熟度的影响，会随着成熟度的增高而变小[6]。由图3的样品生物标志化合物参数投点可知，数值主要集中在左下角，平均在0.55左右，整体在成熟阶段，个别沙河街组三段中亚段的样品，还未达到成熟阶段，可能受生物降解所影响。

2.2 藿烷系列参数

新藿烷参数可能因为地区的不同呈现出一定的差异。一般认为，随着有机质热演化程度的增加，不稳定的Tm会向稳定的Ts进行转化，从而导致Ts/Tm增大[7]。从(图4)可以看出，马厂地区原油Ts/Tm整体不低，主要分布在0.6～0.8之间，大部分处于成熟原油范畴。

五环三萜烷是由6个异戊二烯结构单元组成的5个环且包含有30个碳原子的环烷烃。它主要分为藿烷系列和非藿烷系列两类。藿烷类化合物主要来源于细菌或者原核生物，而细菌藿四醇就是藿烷类化合物的前驱体，大都存在烃源岩和原油中，一般具有完整的系列，是一种分布广泛且在地球化学中有着重大影响的生物标志化合物，它能指示有机质的来源和成熟度[8]。

表1 东濮凹陷南部马厂原油生标参数表

图4 马厂地区原油Ts/Tm柱状图 图5 马厂地区原油22S/(22S+22R)柱状图

2.3 甾烷类化合物参数

一般而言，甾烷C29-αββ/(αββ+ααα)和甾烷C29-ααα20S/(20S+20R)与成熟度成正相关关系，即随着成熟度变高，该比值逐渐增加，而甾烷的生物构型R逐渐转化为地质构型S，α构型逐渐转化为β构型[11,12]。计算结果(图6)显示，其中大部分原油样品的C29-αββ/(αββ+ααα)分布在0.42～0.50，平均为0.45，除个别样品外，异构化程度较高，均已达到成熟阶段。

3 原油芳烃成熟度参数特征

3.1 三芳甾烷化合物参数

通常认为三芳甾烷(TAS)是由单芳甾烷(MAS)在深度受热后进一步芳构化和脱甲基化的产物，具有强烈的抗生物降解性，比如C27单芳甾能转化成为C26三芳甾，所以可以用有机质中的C26-C27-C28三芳甾相对含量来判识它的生源构成。相关研究表明，三芳甾烷的低碳数异构体的相对丰度受热力作用的影响，而高碳数异构体的分布则主要受其他母源影响。但在常规GC-MS分析中得到的m/z=231质量色谱图中，通常会看到C26R和C27S三芳甾出现共溢现象，所以该参数并没有得到较为广泛的应用[13]。

三芳甾烷与规则甾烷存在一定的差异，三芳甾烷在C-10和C-13位上比规则甾烷少了一个甲基，而在C-17位上增加了一个甲基，由此对C-20位的异构化过程产生了空间位阻[14]，成功利用C27/C2820R TAS和C26/C2820S TAS关系图对原油族群进行了划分。

图6 马厂地区原油甾烷成熟度参数相关图 图7 三芳甾系列比值图

图8 折算镜质体反射率对比图

图9 马厂地区原油烷基二苯并噻吩成熟度参数图

3.2 烷基萘和烷基菲成熟参数

烷基萘和烷基菲等系列芳烃化合物相关的成熟度参数可以很好地指示原油和沉积有机质的成熟度。由于甲基或其他烷基在苯环上取代位置的变化而产生不同的异构体。不同异构体的热稳定性不同，相对于热稳定性低的异构体，稳定性高的异构体含量会随着成熟度的提高而增加，因而可以作为良好的成熟度指标。如三甲基萘(TMN)相关的成熟参数TNR-2定义为(1,3,7-TMN+2,3,6-TMN)/(1,3,5-TMN+1,3,6-TMN+1,4,6-TMN)[15]，根据有机质实测的Ro，得到TNR-2参数值与成熟度之间的换算关系为：Rc2=0.4+0.6×TNR-2[16]。

3.3 烷基二苯并噻吩成熟度参数

石油和沉积有机质中的烷基二苯并噻吩类化合物相关的地球化学参数，可用于指示成熟度和有机质沉积环境[17]。由于该类化合物普遍存在于石油和沉积有机质中，热稳定性高，在高成熟原油和有机质中也具有相当的丰度，受生物降解影响也小，因而得到了广泛应用。早期曾鉴定出少量的多甲基取代的异构体，如4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)、2,4-DMDBT、1,4-DMDBT，提出了MDR(4-甲基二苯并噻吩/1-甲基二苯并噻吩)、(4,6)/(1,4+4,6)DMDBT等成熟度参数。

图9为马厂地区原油MDR的(4,6)/(1,4+4,6)DMDBT的关系图，可以看出该地区原油MDR约为4.0～6.0之间，MDR与(4,6)/(1,4+4,6)-DMDBT大致呈正相关关系，且具有相对较高的参数值，可能指示该区域原油整体具有较高的成熟度。

4 结论

1)东濮凹陷南部马厂地区原油正构烷烃系列分布完整并且不具明显的奇偶优势，显示出成熟原油的特征。姥植比等参数指示了原油形成于偏还原沉积环境。