东濮凹陷胡庆地区原油地球化学特征与油源分析

吕立爽, 杨晓东, 张成富, 周 霞, 张鲁惠

(1.长江大学 资源与环境学院，武汉 430100;2.中原油田分公司 勘探开发研究院 河南 濮阳 457001;3.中国石油集团测井有限公司 华北分公司，河北 任丘，062552;4.中国石化中原石油工程有限公司 地球物理测井公司，河南 濮阳457001)

胡庆地区位于河南省濮阳市东濮凹陷西部斜坡带，主要产油区位于长垣断层与石家集断层夹持带的第二台阶；产层主要有古近系沙河街组沙三中亚段、沙三下亚段，其次为沙一段、沙二段[1]。目前主要观点认为东濮凹陷西部斜坡带胡庆地区原油主要来自海通集洼陷的沙三下-沙四上亚段烃源岩，油气通过长垣断层输导从第一台阶运移到第二台阶成藏[1-7]。2013年部署胡古2井主探古生界油气藏，兼探长垣断裂带沙河街组含油气情况。胡古2井钻遇沙三下、沙四上亚段储层及烃源岩，仅见到油迹1层(1.5 m)、荧光1层(4.5 m)，分析认为是保存条件差。2018年在第二台阶有利部位部署庆101井探沙三下亚段储层及含油气情况，该井钻遇沙三下、沙四上亚段储层，见到油斑1层(1.9 m)、油迹2层(4.13 m)、荧光25层(36.29 m)，电测解释为5个干层、1个低产油层。探井未达到钻探目的。

导致探井失利的因素很多，但是原油来源分析是首要的。通过油藏解剖发现，胡庆地区原油主要来自海通集洼陷的观点难以解释以下3个实际问题：第一、由于海通集洼陷西边界、东边界断层(长垣断层、文西断层)活动，海通集洼陷断失了沙三下-沙四上亚段[4](图1)，仅在庆祖集以南残存少量的沙三下-沙四上亚段，如何能成为规模性油藏的供烃层系？第二、目前海通集洼陷沙三中亚段烃源岩实测有机碳质量分数(wTOC)基本小于0.5%，属于无效烃源岩；第三、李蕾等[3]指出原油通过长垣断层由海通集洼陷输导至胡庆第二台阶成藏，但是在西侧同期形成的石家集断层下盘发现了大规模油田、封堵了大量油气，这一情况用断层差异输导来解释让人难以信服。为此，再次取样，分析胡庆地区原油的生物标志化合物特征以及烃源岩地球化学特征，结合实际地质条件，查明原油来源及成因，为勘探目标优选提供依据。

1 地质概况

东濮凹陷胡庆地区构造上位于东濮凹陷西斜坡，自西向东分别发育走向北北东、倾向东的五星集断层、石家集断层、长垣断层，将斜坡带切割为3个断阶带。长垣断层下降盘为第一台阶，长垣断层与石家集断层之间为第二台阶，石家集断层与五星集断层之间为第三台阶[1-3](图1)。洼陷带自下而上发育沙三中亚段、沙三上亚段、沙二段、沙一段、东营组、馆陶组、明化镇组和第四系。斜坡带自下而上发育石炭系-二叠系、中生界、沙四段、沙三下亚段、沙三中亚段、沙三上亚段、馆陶组、明化镇组和第四系。由于东营运动的影响，斜坡带东营组已被剥蚀殆尽，沙河街组上部也不同程度遭受剥蚀。

图1 研究区的构造及油岩样品分布图Fig.1 Structural outline and distribution of oil and rock samples in the study area

2 样品与实验

样品来自东濮凹陷胡庆地区的钻孔岩心，共选取原油样品12件,烃源岩样品3件，油砂样品1件，在长江大学教育部油气资源与勘探技术实验室对样品做了TOC与热解分析、色谱、质谱分析等测试。

样品中的可溶有机质按照常规方法进行萃取和族组分分离，对样品进行72 h的抽提后，首先用正己烷沉淀过滤沥青质，得到的氯仿沥青用硅胶氧化铝层析柱来进行族组分的分离，依次通过加正己烷、正己烷+二氯甲烷混合溶剂、二氯甲烷+甲醇混合溶剂来得到饱和烃、芳烃和非烃组分[8]。

色谱-质谱分析是使用HP6890气相色谱(GC),色谱柱为HP-5型30 m×0.25 mm×0.25 μm毛细柱。进样方式：脉冲不分流注入；色谱升温程序：50℃恒温1 min，然后以3℃/min升至315℃并恒温14 min，载气为氦气；离子化方式为电子轰击。

3 原油地球化学特征

3.1 原油的饱和烃组成特征

胡庆地区所产原油中的链烷烃主要包括正构烷烃和异构烷烃2个系列。正构烷烃广泛分布于菌藻类及高等植物等生物体中，是油气的主要烃类组成[9]。它不仅能反映母源输入的差异，而且还能体现沉积环境的特征。对研究区原油样品分析得出，正构烷烃系列整体呈现单峰态、前峰型分布型式(主峰碳数大多数为C14-C15)，基线平直，未发生明显的弯曲，并且不具明显的奇偶优势，显示出成熟原油的特征(图2)。姥植比(Pr/Ph)是有机地球化学研究中常用来判别有机质古环境氧化-还原程度的参数[10]。由于姥鲛烷是氧化环境产物，而植烷是还原环境产物，因而Pr/Ph>1.0，且该值越高其成烃古环境氧化程度越高，同时表明古环境水体越浅(沼泽、湿地、海陆交互相等)，常称之为姥鲛烷优势[11]。胡庆地区样品的Pr/Ph平均值在0.55左右，体现出强还原环境特征；少部分比值>1.0，可能缘于断陷湖盆上部水体环境动荡(下部仍保持还原环境)，导致有机质输入来源多变(有高等植物输入)，但其主要来源仍以低等水生生物为主(表1)。表1中西斜坡原油正构烷烃CPI、OEP除了新庆29井与庆67井以外，都在1.0附近，表明为成熟原油特征。新庆29井与庆67井CPI、OEP正构烷烃具有奇偶优势，表明成熟度较低。

表1 胡庆地区第二台阶原油正构烷烃参数Table 1 Parameters of crude oil n-alkanes in the second step of Huqing area

图2 胡庆地区原油正构烷烃系列分布特征Fig.2 Distribution characteristics of n-alkanes in crude oil from Huqing area

3.2 原油的甾烷、萜烷组成特征

C27甾烷指示低等水生生物来源，C29甾烷指示高等生物来源[12-14]。在质量色谱图中(图3)，第二台阶原油的C27甾烷>C29甾烷>C28甾烷，除了庆67井沙一段原油呈“L”形分布外，其余原油的C27甾烷、C28甾烷、C29甾烷均呈不对称的“V”形分布，表征沙一段原油来自以低等水生生物为主的母质，其余原油则由低等水生生物与高等生物混合的生物生成。三环萜烷为某些低等水生藻类的细胞膜中的三环类异戊二烯醇所形成[15-16]，第二台阶的原油三环萜烷呈正态分布，以C23为主峰，说明胡庆地区原油的生油母质以藻类为主。

图3 胡庆地区原油m/z 191、m/z 217质量色谱图Fig.3 m/z 191, m/z217 mass chromatogram of crude oil in Huqing area

4 油源对比

4.1 生物来源对比

烃源岩与其生成的原油的生物标志化合物在化学组成上存在相似性，这就为油源对比提供了可能[17-18]。在图4中，所取烃源岩样品的C27甾烷、C28甾烷、C29甾烷存在差异，第二台阶沙一段烃源岩呈弱“L”形，第一台阶沙三中亚段烃源岩(胡82井 4 215.92 m深度)呈不对称的“V”形，第二台阶沙三下亚段烃源岩(胡7-18井2 338 m深度)呈“L”形，烃源岩母质以低等水生生物为主。沙一段烃源岩与沙三下亚段烃源岩三环萜烷呈正态分布，以C23为主峰，而第一台阶沙三中亚段烃源岩三环萜烷以C21为主峰。这些差异表明这3套烃源岩的生烃母质虽然都为藻类，但是可能为不同的藻类。与原油母质类型相比，胡庆地区第二台阶的原油来自第一台阶沙三中亚段烃源岩的可能性不大，第二台阶的原油与第二台阶的沙河街组烃源岩具有亲缘关系。

图4 胡庆地区烃源岩m/z 191、m/z 217质量色谱图Fig.4 m/z 191, m/z217 mass chromatogram of source rocks in Huqing area

4.2 生成环境对比

表1中除了赵4-3、赵4-6井外，其余样品的Pr/Ph均小于0.55，指示原油生成于强还原环境；赵4-3井和赵4-6井因为离物源更近，Pr/Ph较高，为弱还原环境。从图3的伽马蜡烷分布看，原油伽马蜡烷含量基本都高于C31藿烷，表明原油生成于弱咸化环境。第一台阶的胡82井烃源岩伽马蜡烷含量比C31藿烷低，说明原油与第一台阶烃源岩形成环境不一致。值得注意的是来自庆67井沙一段原油伽马蜡烷丰度远高于其他原油样品中的伽马蜡烷，说明沙一段原油生成于咸化环境，与自身沙一段烃源岩具有相似的生成环境，沙一段水体的咸度比沙三中亚段、沙三下亚段高。

4.3 成熟度对比

随着成熟度的增加，C29甾烷的α构型向β构型转化，生物构型R向地质构型S转化，C29甾烷也指示成熟度[19-20]。图4中位于第一台阶的胡82井沙三中亚段烃源岩样品的C29甾烷αββ/(αββ+ααα)和C29甾烷ααα20S/(20S+20R)丰度，与所有原油样品存在很大差异；然而原油样品的C29甾烷αββ/(αββ+ααα)和C29甾烷ααα20S/(20S+20R)与第二台阶的烃源岩具有相似性，表明原油不可能来自第一台阶的沙三中亚段烃源岩。

4.4 原油密度对比

根据文献报道[2-3]，第一台阶的原油为轻质油，密度在 0.794 6～0.818 3 g/cm3；第二台阶的原油密度为 0.840 4～0.871 4 g/cm3，属于中质油：两种原油密度的差异表明其来源及成因的不同。海通集洼陷沙三中段埋深普遍大于3 700 m，测试镜质体反射率>1.0%，处于成熟-高熟阶段，这与第一台阶发现的原油密度指示的成熟度一致，与第二台阶原油性质相反。

4.5 温度、压力对比

对胡庆地区部分油藏温度及压力系数进行测试(表2)，第一台阶油藏温度、压力系数高；第二台阶油藏由浅至深温度、压力系数都较低，为常温常压油藏。温度、压力系数的巨大差异说明第一台阶与第二台阶为2个独立的体系。结合前文所述资料及分析，胡庆地区第一台阶与第二台阶是被长垣断层分隔的、封闭的、独立的油气成藏系统。

5 结 论

东濮凹陷胡庆地区存在3类油藏，第一类是第二台阶的沙一段强还原的咸化环境烃源岩生成的原油在沙一段储层中富集，为自生自储常温常压油藏，埋藏深度浅；第二类为第二台阶的弱咸化环境烃源岩生成的原油在沙二段、沙三段储层中短距离聚集，是近源聚集的常温常压油藏，埋藏深度中等；第三类为第一台阶的海通集洼陷生成的高成熟原油，属于近源聚集的高温高压油藏，埋藏深度大。由浅至深，3类油藏在空间上形成了3个分隔的、封闭的、独立的油气成藏系统。