东海盆地西湖凹陷高蜡原油分布及控制因素

丁 飞, 刘金水, 赵 洪, 陈晓东, 于仲坤

(中海石油(中国)有限公司 上海分公司，上海 200030)

西湖凹陷油气资源丰富，凹陷内油气同产但以气为主，原油主要为凝析油和轻质油。随着勘探程度加深，原油勘探力度不断加大，高蜡原油成因和分布控制因素作为原油形成过程研究的有效切入点，逐渐引起重视。西湖凹陷油气主要来源于始新统平湖组煤系烃源岩，煤、炭质泥岩和暗色泥岩对油气均有贡献，且以煤和炭质泥岩为主[1-3]。受晚期次生作用造成的 “蒸发分馏”和“混合作用”共同控制，斜坡带油气整体呈现“上油下气”分布规律[3-9]，针对高蜡原油成因及分布控制因素缺少系统性认识。本文从西湖凹陷原油物性、含蜡原油分布及色谱特征分析入手，通过烃源岩有机质显微组分和生烃演化特征研究，结合油气充注过程及输导体系综合分析，理清高蜡原油成因及主控因素，以期为原油勘探提供支持。

1 地质背景

西湖凹陷是东海陆架盆地规模最大的新生代含油气凹陷，资源丰富[10]；其总体构造格架具有东西分带、南北分块特点。凹陷内自西向东分为西部斜坡带、西次凹、中央反转带、东次凹及东部断阶带等次级构造。其中西部斜坡带自北向南分为杭州斜坡带、平湖斜坡带及天台斜坡带，平湖斜坡带由北至南又分为孔雀亭、武云亭、宝云亭及平湖油气区(图1)。西湖凹陷演化经历了裂陷、拗陷和区域沉降3个阶段[11]。凹陷内以新生代碎屑沉积为主，自下而上依次发育始新统八角亭组、宝石组、平湖组，渐新统花港组，中新统龙井组、玉泉组和柳浪组，上新统三潭组，以及第四系东海群(图2)。已钻遇的平湖组主要发育受潮汐影响的三角洲及潮坪沉积的煤系地层[2,12]，岩性以泥岩、炭质泥岩和煤为主，有机质类型为Ⅱ2-Ⅲ型。构造演化、断裂特征、烃源岩分布、压力系统及油气充注期次等影响不同构造带油气分布特征[1,4,13-16]。

图1 西湖凹陷区域构造图Fig.1 The tectonic background and distribution of tectonic units of Xihu Sag

图2 西湖凹陷地层综合柱状图Fig.2 The comprehensive stratigraphic column of Xihu Sag

2 高蜡原油分布及特征

2.1 原油物性

西湖凹陷原油密度(ρ)主要为0.75～0.90 g/cm3，平均值为0.81 g/cm3，轻质油占90%以上；凝固点温度大都在20℃以下，与密度呈正相关；含硫普遍较低，平均质量分数(wS)仅为0.17%，属于低含硫原油；蜡质的质量分数(w蜡)主要在0.02%～26.81%，平均值为4.83%，w蜡<2.5%的样品占60%，w蜡>10%的样品占34%，对应的凝固点温度都在20℃以上。整体而言，西湖凹陷原油属于低凝固点低硫低蜡原油，部分高含蜡(图3)。

图3 西湖凹陷原油密度及含蜡量直方图Fig.3 Histogram of crude oil density and wax content in Xihu Sag

2.2 高蜡原油分布

以蜡的质量分数>10%为标准[17]，西湖凹陷高蜡原油主要分布在平湖斜坡带，西次凹和中央反转带原油含蜡量普遍较低。平湖斜坡带不同油气区原油含蜡量差异大(图4)，孔雀亭油气区仅少数钻井发现高蜡原油，如C1井原油样品蜡的质量分数在15%以上，而C2井原油蜡的质量分数仅为3%；宝云亭-武云亭油气区原油含蜡量普遍较高，半数以上原油蜡的质量分数>10%，如B2井、D2井原油蜡的质量分数最高可达25%以上，B1井、B2井原油蜡的质量分数也达到15%，构造相对低部位个别井位原油蜡的质量分数低于5%；平湖油气田原油普遍含蜡，但大部分原油蜡的质量分数<10%，仅A1井和A3井个别原油样品蜡的质量分数达到15%(图4)。

图4 西湖凹陷原油含蜡量随深度变化图 Fig.4 Variation of wax content of crude oil with depth in Xihu Sag

2.3 高蜡原油族组分及色谱特征

西湖凹陷原油饱和烃含量高，以宝云亭构造B1井为例，饱和烃质量分数在60%～95%，平均值为80%。原油含蜡量与饱和烃含量呈负相关关系，如深度为3 475 m的原油样品蜡的质量分数为1.2%，对应的饱和烃质量分数为94.03%；深度为3 614 m的原油样品蜡的质量分数为13.7%，对应的饱和烃质量分数仅为77.15%。全油色谱数据显示原油含蜡量与正构烷烃碳数分布具有一定相关性，高蜡原油低碳数组分含量低、中高碳数正构烷烃含量高，对应主峰碳nC23以上、C21-/C22+比值小于1；低蜡原油对应低碳数组分含量高、中高碳数正构烷烃含量低，对应主峰碳nC11左右、C21-/C22+比值可达30以上(图5)。

图5 平湖油气田A3井原油全烃色谱图Fig.5 Characteristics of hydrocarbon spectra of crude oils from Pinghu oil field

3 高蜡原油形成控制因素

原油蜡质主要由高碳数正构烷烃组成，成油母质类型、热演化程度、运移分馏次生变化等对原油正构烷烃组成都有影响[18-20]。

3.1 成油母质对高蜡原油形成的控制作用

平湖组烃源岩沉积环境以潮汐影响的三角洲及潮坪为主，陆源高等植物是有机质主体[3,9]，具备形成高蜡原油的母质基础[20-23]。斜坡带平湖组煤与泥岩显微组分含量相近[24-25]，以镜质组为主，体积分数平均值为87.7%；同时具有富壳质组特征，体积分数在0.42%～33.14%，平均值为10.79%；惰质组含量低(图6-A)。陆源高等植物中壳质组是原油蜡的主要贡献者，包括树脂体和角质体[26]。西湖凹陷壳质组中树脂体占比最高，不同构造带间呈杭州斜坡带>西次凹>中央带北部>平湖斜坡带>中央带南部的特征(图6-B)；而高蜡原油主要分布在平湖斜坡带(宝云亭、孔雀亭)，西次凹及中央带无高蜡原油分布，两者相关性不高：因此，可以推断树脂体对西湖凹陷高蜡原油贡献有限。角质体来源于高等植物角质层，是易于转化成高蜡原油的一种显微亚组分，已有研究提出了多种高蜡原油形成机理[21,26]。西部斜坡带煤岩角质体含量较高(图7)，平湖斜坡带含量最高，体积分数在0%～13.8%，平均值为2.1%；杭州斜坡带的含量次之，体积分数平均值为1.5%；中央反转构造带北部含量最低，体积分数平均值仅为0.4%(图6)。角质体含量与高蜡原油分布具有一致性，平湖斜坡带高含量角质体对应高蜡原油较多，中央带低含量角质体对应原油含蜡量低；西次凹壳质组含量与平湖斜坡带相当，但角质体含量低，原油含蜡量低于平湖斜坡带。因此，高等植物来源的壳质组中角质体亚组分是西湖凹陷高蜡原油的主体成油母质。

图6 西湖凹陷不同构造带煤岩有机质显微组分相对含量Fig.6 Relative content of macerals in organic matter of coal rocks in different structural belts in Xihu Sag

图7 西湖凹陷有机质角质体组分显微照片Fig.7 Micrographs of cutinite components of organic matter in Pinghu Formation, Xihu Sag (A)角质体，线条状分布，一边平整、一边呈锯齿状，油浸反射光，C2井，平湖组第一、第二段，深度3 558～3 559 m，Ro=0.57%; (B)角质体，内侧呈锯齿状，暗黄色荧光，油浸荧光，C2井，平湖组第一、第二段，深度3 558～3 559 m，Ro=0.57%; (C)角质体(箭头方向)，一侧呈锯齿状，油浸反射光，T1井，平湖组第四段，深度3 920 m，Ro=0.73%; (D)角质体，锯齿状，油浸反射光，T1井，平湖组第四段，深度3 818 m，Ro=0.7%; (E)角质体，内侧呈锯齿状，油浸反射光，B3井，平湖组第四段，深度3 934 m， Ro=0.59%; (F)角质体，油浸反射光， B3井，平湖组第五段， 深度4 084 m， Ro=0.65%

3.2 有机质热演化对高蜡原油的控制作用

E.W.Tegelaar等[27]对植物中角质蜡热模拟实验发现低温阶段有机质以脱官能团为主，形成高碳数烃类，热解产物与高蜡原油的正构烷烃分布相一致，随着温度升高，碳链断裂为低分子化合物，模拟产物与高蜡原油的差异大，表明原油中的蜡质主要形成于有机质热演化程度较低阶段。西湖凹陷平湖斜坡带原油以自生自储为主，主要来自平湖组中、下段，部分来自宝石组，排油高峰期对应有机质镜质体反射率(Ro)为0.5%～1.0%[28]，处于低熟-成熟阶段。煤岩样品(Ro=0.36%，壳质组体积分数4.63%)金管热模拟生烃实验显示，沥青(液态烃)产率随模拟温度升高迅速增加，320℃(Ro=0.59%)对应沥青(液态烃)产率(占有机碳质量分数)约50‰；温度升高至400℃(Ro=0.89%)，沥青(液态烃)产率达到最高，约为80‰(图8-A)：揭示了西湖凹陷烃源岩在低演化阶段具备形成大量液态烃的特征。沥青(液态烃)生成活化能分布的范围较集中，主要为175～197 kJ/mol；此外，210 kJ/mol也有少量峰出现(图8-B)，为角质体和镜质体生油阶段[21]。但镜质体基本不具备形成液态烃的能力，据此推测试验样品中活化能高于210 kJ/mol生成液态烃的组分为角质体，是高蜡原油形成的主要阶段。

图8 西湖凹陷煤样沥青产率拟合曲线与活化能分布Fig.8 Fitting curve and activation energy distribution of bitumen yield from coal samples in Xihu Sag

3.3 油气运聚过程对高蜡原油的控制作用

3.3.1 高蜡原油生物标志化合物特征

有机质显微组分相对含量及演化程度不同，决定西湖凹陷不同构造带间高蜡原油分布存在差异，但同一构造带烃源岩有机质显微组分相近、演化程度差异不大。平湖斜坡带原油规则甾烷C27/C29比值主要在0.5～1.0，揭示了陆源高等植物是主要成油母质(图9)。蜡的质量分数高于10%的原油样品成熟度参数：甾烷C2920S/20(R+S)比值为0.51～0.55，甾烷C29ββ/(αα+ββ)比值为0.44～0.48；蜡的质量分数低于10%的原油样品成熟度参数相对分散，但大部分样品成熟度在以上相同范围内(图9)，表明成油母质及演化阶段并不是造成平湖斜坡带不同油气区间原油含蜡量差异的主要原因。

图9 西湖凹陷平湖斜坡带高蜡原油生物标志化合物参数交汇图Fig.9 Intersection diagram of biomarker parameters of high-waxy crude oil in Pinghu slope zone, Xihu Depression

3.3.2 油气运聚与高蜡原油形成过程分析

西湖凹陷洼隆相间的构造格局下发育多个生烃灶，包括凹陷中心4个生烃主洼，斜坡带2个生烃次洼[8]，生烃主洼埋藏深，烃源岩热演化程度高，现已进入生干气阶段；生烃次洼埋藏较浅，烃源岩热演化程度中等，现阶段以生油为主，部分进入生湿气阶段[28]。多源供烃背景下，平湖斜坡带油气存在两期充注：第一期为原油充注，主要发生在距今13～10 Ma前，以坡内次洼贡献为主；第二期为天然气充注，主要发生在距今5～0 Ma前，以坡外主洼贡献为主[8]。

孔雀亭油气区构造以顺向断阶为主，平湖组砂体连通性强，有利于油气从低部位向高部位聚集成藏。距今约13～10 Ma前，平湖斜坡带富含的角质体成油母质已处于成熟阶段，发生第一期原油充注，含蜡原油就近聚集成藏；距今5 Ma以来，坡外主洼高成熟度天然气沿断层和连通砂体向斜坡带运移，发生第二期天然气充注，并对先存油藏产生破坏作用[3]。原油中轻组分溶于天然气形成次生凝析气藏，未溶解重组分烃类则在天然气驱替下向构造高部位运移，并呈现相对高含蜡特征；随着运移距离增加天然气充注能力下降，高蜡原油在构造高部位聚集。由于孔雀亭油气区横向输导条件好，天然气供应充足，仅个别井存在高蜡原油(如C1井)。宝云亭-武云亭油气区构造以断块为主，平湖组河道迁移性较差[14]，砂体孤立、连通性弱，整体上不利于油气运移。由于断块间油气输导体系不发育[8]，且距离生气主洼较远，晚期天然气难以长距离大范围横向运移，导致宝云亭-武云亭油气区各断块的高蜡原油比孔雀亭油气区分布更广泛。平湖油气田紧邻生气主洼，断层广泛发育[1,4]，油气以沿通源断层垂向运移成藏为主。主洼高成熟天然气持续充注条件下，天然气与原油相互溶解形成混合流体沿断层向上运移[29]，随着运移距离增加，地层温度、压力逐渐下降[30]，天然气对原油溶解能力下降导致混合流体中高碳数烃类以油相析出，形成高蜡原油。

4 结 论

a．西湖凹陷高蜡原油主要分布在平湖斜坡带，其中宝云亭-武云亭油气区高蜡原油分布广、含蜡量高，孔雀亭油气区和平湖油气田高蜡原油分布少、含蜡量中等；中央反转构造带以及西次凹高蜡原油少有分布。

b．角质体是西湖凹陷高蜡原油主要成油母质，其相对含量及演化程度差异是控制不同构造带间高蜡原油分布差异的主要因素，平湖斜坡带角质体相对含量高于中央带及西次凹，且演化程度中等，高蜡原油广泛分布。

c．油气运聚过程控制了平湖斜坡带不同油气区之间高蜡原油分布差异，天然气充注强度、砂体横向连通性及断层发育程度共同决定高蜡原油的最终分布。孔雀亭及宝云亭-武云亭油气区属于天然气次生改造驱替富蜡模式，高蜡原油主要分布于构造高部位；平湖油气田属于混合流体运移分馏富蜡模式，高蜡原油多分布于压力过渡带。