西湖凹陷平湖斜坡带原油地球化学特征及油源探讨

徐志星,刘 洋,张 武,黎 建,刁 慧

(中海石油(中国)有限公司 上海分公司,上海 200030)

1 区域地质概况

平湖斜坡带地处西湖凹陷西部斜坡带中段,南部为天台斜坡带,北部为杭州斜坡带,东部紧邻西湖凹陷生烃深洼-西次洼。总面积约3 500 km2,为西高东低阶梯状下掉的缓坡带,具有南北分区,东西分带的构造特点,自南往北可划分为平湖区和平北区,自西向东可划分为高带、中带和低带,低带沉积岩最大埋深超过7 000 m(图1)。纵向由下而上分为古新统宝石组、始新统平湖组、渐新统花港组以及中新统以上地层,其中主力产层为始新统平湖组和渐新统花港组下段。从20世纪70年代末到80年代初,地矿部进行了以找油气为目的的地质调查,自南往北分别发现了平湖区Z构造、F构造、J构造和平北区T构造、B构造、W构造、K构造等一系列含油气构造。1983年在J构造钻探了F1井,全井发现荧光显示51层,地层测试获得优质工业油流174 m3,天然气408 000 m3,这是我国在东海石油普查勘探取得的一重大突破,自此拉开了东海油气勘探的序幕。接着在平北区B构造、W构造、K构造和T构造分别钻探了B1井、W1井、K1井和T1井,均有油气显示,展现了良好的油气勘探前景。但平湖斜坡带的油气来源及成因机理一直困扰着勘探工作者,有的基于煤系烃源岩生烃特征分析,认为油气来源于东部深洼[1],有的基于原油地球化学特征分析,认为斜坡带原油具有近源成藏、短距离运移的特点[2],也有的基于流体包裹体及碳同位素组成等研究成果,认为斜坡带原油主要为构造内成因并以侧向运移为主[3],以上研究都没从物质来源上对原油来源进行分析,本文依据原油地球化学分析结果,在对不同构造原油样品分析结果进行充分分析对比的基础上,探讨了西湖凹陷平湖斜坡带原油成因及来源。

2 原油的地球化学特征

2.1 原油的族组成

平湖斜坡带平北区各井的原油族组分以饱和烃含量高,芳香烃、非烃和沥青质含量低为特点(表1),并且饱/芳比差别大,位于高带的T构造饱/芳比高达45.4,而低带的K构造的K2井和B构造的B2井饱/芳比为3.0左右。K构造与B构造的非烃和沥青质含量不存在明显区别,可能反映了该两构造母质形成环境相似,原油的热演化程度相近。T构造的T1井的族组分含量差异较大,这不排除由于下而上或从低带往高带的运移分馏作用影响的可能性。

图1 平湖斜坡带构造区划图[据文献3改]

表1 原油族组成数据

2.2 原油的族组分碳同位素

图2 平湖斜坡带族组份碳同位素对比

与平湖油气田(J1、S1井)原油相比,平北区各井原油族组分碳同位素普遍偏重(图1),尤其是芳烃、非烃和沥青质组分碳同位素比平湖油气田原油重2‰左右。Bonilla等(1986)实验发现,原油随运移距离的增加,饱和烃组分碳同位素趋向变轻,而芳烃组分同位素变化很小[4]。平北区各井原油芳烃组分碳同位素值重于平湖油气田原油,反映两者的生成母质可能存在差别,也可能为原油运移距离的差别所致。而从平北区原油碳同位素值范围推断,可能有陆源高等植物有机质参与生油,该区各井的芳烃组分碳同位素趋于相同,则显示生油母质相似。而就平北区各井本身来看,原油族组分碳同位素差别都小于1‰,变化不大。

陈践发(1992)通过对世界各大盆地的研究,发现在煤系地层中干酪根相对富集重碳同位素,煤系地层中可溶有机质烷烃、芳烃、非烃和沥青质的碳同位素组成与非煤系地层源岩中可溶有机质的碳同位素分布特征有明显的差别[5]。与平湖油气田原油相比,平北原油母质更偏向煤系烃源岩;也可能由于平北断裂复杂,油气运移距离短使得族组份碳同位素偏重。

2.3 原油生物标志化合物特征

图3 平湖斜坡带原油饱和烃色谱图

表2 原油饱和烃色谱分析参数

(2)萜类化合物特征。原油M/Z123质量色谱图上看(图4),从平北区北部的K构造的K2井到南部的T2井再到平湖区的J1井都具有异常高的二萜类化合物,其碳数分布范围为C19～C20,两者连线呈上升型。以4β-19(20)-降海松烷丰度最高,具海松酸骨架的三环二萜类组成的70.3%～85.1%(以峰面积计算)。而高碳数(C27～C30)的甾类生物标志化合物含量相对低,表明斜坡带原油主要由丰富的二萜化合物作为贡献源,甾萜烷类贡献相对低。一般认为树脂体的生源为高等植物,而二萜类化合物则是树脂来源的标志物,是陆源高等植物输入的重要标志[8]。但不同类型的树脂植物,甚至同一树脂植物的不同部位,所分泌的树脂的化学组成与分子结构可能不同[8-10]。具海松烷骨架的三环二萜来源于裸子植物松柏目树脂。而各井原油萜烷谱图中除了发现丰富的二萜类化合物外,在M/Z191图谱上还发现少量的r-羽扇烷、奥利烷等非藿烷类的五环三萜烷,这些三萜烷虽然也是陆源高等植物的标志,但其生源来源于被子植物[9]。这些萜类化合物图谱的鉴定结果表明原油母岩主要来源于陆相高等植物,以裸子植物为主。从原油生物标志化合物参数的对比来看(表3),平北区各井原油Ts/Tm、C30藿/莫及C3122S/22(S+R)成熟度参数总体上与平湖区相当,反映了原油属低熟—成熟的特征。γ-蜡烷为水体盐度分层的典型标志,平北区北部K构造的K2和T构造的T2井原油γ-蜡烷/C31藿烷分别为0.36和0.4,而平湖区则为0.04～0.06,考虑到平湖斜坡带生源母质多形成于局限海湾、潟湖环境[11-14],推测平北区K构造、T构造比该区B构造B2井和平湖区J构造的J1井原油生源母质更趋于咸化环境,则B构造和J构造原油的生油母质则推测为相对淡水沉积环境,考虑到T构造和K构造多井位于斜坡高带,则推测原油为低带生源并经历了运移过程,于高带聚集,否则咸化环境与高带沉积相不符。

图4 平湖斜坡带原油生物标志化合物分布

(3)甾类化合物特征。甾烷类的生源意义主要反映真核生物(如藻类、浮游植物和高等植物)的贡献。甾烷碳数的分布受有机质输入的影响,是强有力的生源指示参数[15]。Summons R E(1987)、K.E.彼得斯(1995)等提出用C27-C28-C29规则甾烷的相对含量来推断沉积有机质的来源,他们认为C27甾烷主要来源于藻类等低等水生生物,而C29甾烷主要来源于高等植物[16-17]。平湖斜坡带各井原油甾烷的C29丰度较高,表明高等植物对油源生源有机质的贡献较大(图4),规则甾烷C27-C28-C29连线呈反“L”型,平北区K构造K2井原油aaaRC27/C29值在0.16左右(表3),而高带T构造和J构造明显低于该值,反映了往高带陆源高等植物贡献越大。各井原油主要为重排胆甾烷和规则甾烷,缺少4-甲基甾烷。成熟度参数C2920S/20(S+R)值在0.45左右,属于成熟原油,这一结论与饱和烃OEP参数分析结论相近。C29ββ/(aa+ββ)参数值为0.50左右,高于C2920S/20(S+R)参数,由于甾烷中aβββ组分比aaa组分易于运移,而位于高带的T2井该值似乎更大,达到了0.68,因此推测平湖斜坡带平北区和平湖区高带原油可能经历了运移作用,从而使ββ构型甾烷相对富集。

表3 平湖斜坡带原油生物标志化合物参数

(4)原油分类。根据上述分析,西湖凹陷平湖斜坡带原油大致可分为两种类型,一种以中-低带的K构造、B构造和F构造为代表,具有较低的饱芳比,较高的非烃和沥青质含量,饱和烃色谱主峰呈近后峰型,具备相对较低的ββ构型甾烷。而T构造与J构造以上地化参数则反之(表4)。对比分析可能说明了位于斜坡高带的T构造和J构造原油历经了相对充分的油气运移过程,使得原油ββ构型相对富集。同时γ-蜡烷含量指示了高带原油母质形成环境为含盐的相对还原环境,这种矛盾可能说明了低带生油往高带运移聚集,恰是合理的。尽管如此,平湖斜坡带各构造原油主要差异表现在族组成、正构烷烃及类异戊二烯烃的各项参数含量上,萜烷、甾烷的图谱和各项参数差异不大,前者的差异可能是由于油气运移致使组份分异所致,后者差异较小可能说明其母质来源较为一致性。

表4 平湖斜坡带原油分类

3 油源探讨

3.1 原油类型差异原因分析

从平湖斜坡带典型井的原油物性分析,发现从高带到中带再到低带原油含蜡量和胶质含量呈现逐渐增大趋势(图5),推测为原油从低带往高带运移,重组份运移慢,轻质组份运移快所致[18]。5a(20S)/5a(20R)与14β17β(20R)/5a(20R)交汇图能较为准确地反映油气运移的地质色层效应[18-20],甾烷参数投点显示位于高带的T2、K1井位于运移作用的前端,低带各井则位于后端,则从低带到高带原油运移产生了明显的地质色层效应(图6)。

图5 平湖斜坡带高带-低带原油物性对比

图6 平湖斜坡带原油地质色层效应分析

3.2 原油母质来源分析

西湖凹陷原油生源母质来自于平湖组,但对泥岩与煤层生油贡献存在较大争论。对比分析了平湖组泥岩与煤层生物标志化合物(图6),发现泥岩普遍具有C27优势,规则甾烷C27-C28-C29构型表现为“V”字型,即C28

钻井资料表明,平湖组为大套暗色泥岩夹薄煤层的沉积特征。熊斌辉(2007)通过稳定的地震相显示认为平湖组沉积范围延伸到了钓鱼岛隆褶带,为宽阔稳定的沉积环境,地势平而宽阔,几米的海平面升降和构造升降都可以导致海水漫过海堤深入内地。而滨海低地的积水又形成了大大小小无数个浅水湖塘,构成沼泽湿地环境,有利于煤层形成[21]。为煤层作为生油母质来源提供了优越的物质基础。

图7 平湖斜坡带泥岩与煤层生物标志化合物图谱

4 结 论

(1)研究区原油的(∑C21)/(∑C22)比值较大、族组分同位素较重,前者在0.52～1.05之间,后者在-28%～(-25%)之间,反映了原油母质中陆相高等植物贡献居多;具异常高的海松酸骨架的三环二萜类组成,为源于陆相高等植物裸子植物松柏目树脂,也反映了陆源高等植物的贡献;甾烷C2920S/20(S+R)值在0.45左右,同时原油Ts/Tm、C30藿/莫及C3122S/22(S+R)等成熟度参数显示原油的演化程度属低成熟—成熟度的特征。

(2)高带—超覆带原油相对中—低带原油具有较高的饱/芳比,较低的非烃和沥青质含量,饱和烃色谱主峰呈近后峰型,ββ构型甾烷富集。同时原油物性(蜡含量、胶质含量)显示高带含量少,低带含量高;并且甾烷参数交汇图显示高带原油相对低带位于运移作用的前端。据此认为高带—超覆带原油与中—低带原油的差异为运移作用产生的色层效应所致。

(3)煤岩则普遍具有C29优势,规则甾烷C27-C28-C29构型表现为反“L”型,表明生物来源为陆相高等植物为主,并且萜烷以三环萜烷为主,C19-C20三环萜烷连线呈上升型,C30藿烷含量较高,与该地区原油生物标志化合物各项特征具相似性。据此推测平湖组煤层对原油生成贡献占绝对优势。并且煤层作为主要生烃来源具备沉积基础。