辽东湾拗陷南部古近系原油芳烃地球化学特征与油源分析

　　[摘要] 研究遼东湾拗陷南部旅大地区古近系原油芳烃地球化学特征，为油气成因研究及油源判别提供参考。以LD272和LD221油田等为例，对明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组原油或岩屑抽提物进行系统的芳烃色谱质谱分析，共检测出12个系列169种化合物，提取能够指示生源、沉积环境、成熟度和油源的地球化学参数并进行系统分析。结果表明，旅大地区原油的母质沉积环境主要为贫硫湖相和一般湖相，总体为弱氧化-还原环境，东三段烃源岩高等植物输入明显，沙三段烃源岩低等藻类贡献明显;烷基萘、二苯并噻吩及菲系列化合物指标指示该区原油属于成熟原油，总体处于镜质体反射率为0.7%～0.8%的成熟阶段;东三段烃源岩C2820SC2720RC2820R大多呈倒“V”形，而沙三段烃源岩C2820SC2720RC2820R大多呈“V”形。结合C26C27C28三芳甾烷组合参数和原油碳同位素组成特征，认为明化镇组和馆陶组原油主要来自沙三段烃源岩的贡献。

　　[关键词] 辽东湾拗陷;原油;芳烃;成熟度;油源对比

　　旅大地区位于辽东湾拗陷南部，包括辽中凹陷和辽东凹陷南洼，具有丰富的油气资源。该区历经30余年的勘探，最初以潜山为勘探目标，对旅大22、旅大16等构造进行钻探，显示具备良好的油气藏形成条件;在此基础上对旅大17和旅大28等构造进行钻探，在旅大27构造发现了油品较差的新近系油藏;为了在辽东湾地区勘探优质油气田，又对旅大27S、旅大22S和旅大32等构造进行钻探，目标层位为东营组，但未获大的油气发现。从2012年至今，对旅大地区进行整体解剖并加大勘探力度，突破性地发现了旅大21大型油田，凸显辽东湾地区油气资源具有广阔的勘探前景，必将成为该区重要的油气储量接替区[1]。

　　伴随着勘探工作在旅大地区的推进，地质地球化学研究也取得了较大进展，前人对构造演化特征[2-3]、斷裂体系特征[4-6]、烃源岩形成环境[7-10]、生烃潜力评价[11]、储层物性特征[12]、油气运移条件[13]、原油特征[14]等方面开展了大量的研究工作。结果表明，旅大地区烃源岩发育层位主要为沙河街组第三段、第一段和东营组;油气主要分布在新近系明化镇组、馆陶组及古近系东营组。明化镇组和馆陶组上部原油具有密度大、黏度高、胶质沥青质含量高、含蜡量低、凝固点中等以及含硫量低等特点，属于重质稠油;馆陶组下部和东营组原油具有密度中等、黏度低、胶质沥青质含量低、含蜡量高、凝固点高以及含硫量低等特点，属于中质油。地质地球化学的研究有效支撑了该区的油气勘探部署，但目前对主要产层和烃源层原油生物标志化合物和油源对比的研究还不够系统，亟需开展深入研究。芳烃相对于饱和烃具有更强的抗生物降解能力，是原油中的重要成分，可以为原油沉积环境判识、生源母质类型识别、成熟度划分和油源对比等提供重要参数，是对饱和烃研究的有益补充。本文利用芳烃色谱质谱实验分析结果，对旅大地区古近系和新近系原油的芳烃生物标志化合物特征进行系统分析，以明确其轻质原油的成源、成烃及热演化特征，以期为该区油气成因及油源判识提供地球化学参考。

　　1地质背景

　　辽东湾拗陷位于渤海湾盆地西北部，是辽河凹陷向渤海海域的延伸，为北东方向延伸的狭长形态，整体表现为三凹夹两凸的构造格局，是在中生界基底之上发育的新生代拗陷，由东至西分别为辽东凹陷、辽东凸起、辽中凹陷、辽西凸起和辽西凹陷(图1)，平面上呈 NESW向展布[1，15]。

　　古近系和新近系是旅大地区主要的含油气层系，也是本文研究的目的层。古近系自下而上包括孔店组、沙河街组和东营组，其中沙河街组第四段、孔店组发育干旱环境的湖泊沉积，以泥岩和碳酸盐岩互层为主，夹红色碎屑岩层;沙河街组第三段(简称“沙三段”)发育以暗色泥岩为主的湖泊沉积烃源岩;沙河街组第二段(简称“沙二段”)发育湖泊沉积、扇三角洲沉积和碳酸盐岩台地沉积，主体为中-粗砂岩与灰色泥岩互层;沙河街组第一段(简称“沙一段”)为湖泊和碳酸盐生物滩沉积，暗色泥质烃源岩发育，尤其是底部发育的生物碳酸盐岩，属于烃源岩发育层段;东营组第三段(简称“东三段”)发育以湖泊沉积为主的灰色泥岩夹砂岩透镜体;东营组第二段(简称“东二段”)主要

　　为河流、三角洲和湖泊沉积，发育厚层状中-细粒砂岩;东营组第一段(简称“东一段”)为浅灰色砂岩与灰、黄绿色泥岩互层。新近系馆陶组和明化镇组发育一套辫状河到曲流河的陆源粗碎屑沉积。

　　2样品与实验

　　本次研究共采集原油样品28件，分别采自LD62油田(3件)、LD121油田(2件)、LD161油田(3件)、LD163油田(2件)、LD211油田(1件)、LD221油田(4件)、LD271油田(2件)、LD272油田(10件)、LD322油田(1件)。其中明化镇组3件，馆陶组6件，东营组9件，沙河街组10件。

　　采集的原油样品，先用石油醚沉淀去除沥青，然后用硅胶/氧化铝柱层析分离族组分，分别用三氯甲烷/乙醇、二氯甲烷、石油醚分离得到沥青质、芳烃和饱和烃。芳烃的色谱质谱分析按照标准GB/T 186062017《气相色谱质谱法测定沉积物和原油中生物标志物》操作。使用仪器为Agilent7890B5975A气相色谱质谱联用仪;色谱柱为HP5MS弹性石英毛细柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度为300 ℃，传输线温度为280 ℃;升温过程中以50 ℃保持1 min，再以15 ℃/min升至120 ℃，最后以3 ℃/min升至300 ℃，保持25 min;载气为99.999%氦气，流速为1 mL/min;质谱离子化方式为EI源，绝对电压 1 047 V;数据采集方式为全扫描。

　　3芳烃地球化学特征与油源分析

　　3.1芳烃的宏观组成特征

　　旅大地区原油芳烃中检测出了12个系列169种化合物，包含萘系列、菲系列、艹屈系列、二苯并呋喃系列、二苯并噻吩系列、联苯系列、芘系列、芴系列、苯并芘系列、苯并荧蒽系列、苯并芴系列及三芳甾烷系列化合物(图2)。芳烃的组成和分布特征受成源和成烃母质及热演化等因素的影响。原油处于未成熟-低成熟度阶段，芳烃化合物中以多环尤其以四环、五环化合物为主，处于中-高成熟度的原油，二环或三环化合物占优势[16]。对12个系列芳烃化合物相对含量进行归一化计算(图3)，结果显示旅大地区芳烃化合物

　　以二环的萘和三环的菲为主，四环和五环的化合物含量相对较少，指示为成熟原油。其中明化镇组和馆陶组原油中萘系列化合物的质量分数集中在35%～55%，三芳甾烷系列化合物的质量分数主要为10%～20%;东营组和沙河街组原油萘系列化合物的质量分数为60%～80%，三芳甾烷系列化合物的质量分数主要为1%～10%;所有样品的艹屈系列、二苯并噻吩系列、联苯系列、二苯并呋喃系列、芴系列和芘系列的质量分数均较低，主要集中在1%～10%;苯并荧蒽系列、苯并芘系列和苯并芴系列的质量分数最低，均低于1%。总体来看，旅大地区明化镇组和馆陶组原油的芳烃化合物分布特征与东营组有明显的差异，前者萘系列化合物含量低于后者，而三芳甾烷含量高于后者。原油芳烃化合物相对含量差异指示原油的生源母质和成熟度可能不同。

　　3.2生源和沉积环境特征

　　旅大地区原油中萘、菲、联苯系列化合物含量最多，稠环芳烃化合物含量较低，包括苯并荧蒽、荧蒽、惹烯、卡达烯、芘等反映陆源有机质输入的生物标志物[17-18]。1，2，5三甲基萘(1，2，5TMN)和1，2，5，6四甲基萘(1，2，5，6TeMN)也是反映陆源有机质输入的生物标志物，可能来自树脂生源的二环二萜刺柏酸或高等植物的五环三萜香树素(Alexander et al.，1998)。朱扬明等[18]研究发现，海相原油与陆相原油(1，2，5TMN)/(1，3，6TMN)比值有较大差异，海相原油(1，2，5TMN)/(1，3，6TMN)比值均在0.3以下，而陆相原油均在0.3以上，其中煤成油到达0.71～1.48。旅大地区原油(1，2，5TMN)/(1，3，6TMN)比值為0.31～1.93，平均值为0.58。其中明化镇组原油(1，2，5TMN)/(1，3，6TMN)比值为0.32～0.67，平均值为0.44;馆陶组原油(1，2，5TMN)/(1，3，6TMN)比值为0.40～1.93，平均值为1.00;东营组原油(1，2，5TMN)/(1，3，6TMN)比值为0.31～0.79，平均值为0.48;沙河街组原油(1，2，5TMN)/(1，3，6TMN) 比值为0.31～0.75，平均值为0.43：均属于陆相原油。前人研究发现陆相原油中1，2，5，6TeMN含量较高，在湖相和煤成油中的质量分数超过20%，而海相原油中1，2，5，6TeMN含量较低，占TeMN系列的10%以下[18]。旅大地区(1，2，5，6TeMN)/TeMN均大于10%，为10.60%～25.76%。其中明化镇组(1，2，5，6TeMN)/TeMN为10.60%～11.28%，平均为11.26%;馆陶组(1，2，5，6TeMN)/TeMN为10.98%～13.96%，平均为12.29%;东营组(1，2，5，6TeMN)/TeMN为11.35%～25.76%，平均为17.45%;沙河街组(1，2，5，6TeMN)/TeMN为10.93%～16.53%，平均为14.86%：均属于陆相原油，东营组原油的高等植物输入比例较大。

　　三芴系列化合物常用来指示原油母质沉积环境，也可以示踪油源。通常在海相碳酸盐烃源岩、盐湖相烃源岩或原油中硫芴含量较高，在沼泽相煤或煤成油中氧芴含量较高，在微咸水、淡水湖相烃源岩或原油中芴的含量较高[19-20]。从图4三芴系列组成三角图中可看出，明化镇组芴、氧芴和硫芴含量平均值相当;馆陶组芴的质量分数高，

　　平均值为51%，硫芴的平均质量分数为20%，氧芴的平均质量分数为31%;东营组氧芴的质量分数较高，平均值为42%，硫芴的平均质量分数为18%，芴的平均质量分数为39%;沙河街组芴的质量分数较高，平均值为44%，硫芴的平均质量分数为14%，氧芴的平均质量分数为40%：表明明化镇组和馆陶组原油母质可能来自富硫的湖相，而东营组和沙河街组原油母质相似，主要来源于微咸水湖相沉积环境。也有用甲基二苯并噻吩/甲基二苯并呋喃比值(MDBTs/MDBTFs)与Pr/Ph值相关图确定沉积环境。 从图5中可以看出，旅大地区不同层位原油的母质沉积环境主要为贫硫的湖相和一般湖相，总体为弱氧化-还原环境，只有部分明化镇组和馆陶组原油为偏富硫的湖相环境。

　　3.3原油成熟度分析

　　3.3.1烷基萘系列化合物

　　甲基萘成熟度是烃源岩和原油成熟度判识的可靠参数。其中甲基萘比值[MNR=(2MN)/(1MN)]和二甲基萘比值{DNR1=[(2，6DMN)+(2，7DMN)]/(1，5DMN)}是成熟度研究中广泛运用的指标。从表1中可以看出，明化镇组MNR介于0.86～1.1，平均值为0.96;馆陶组MNR介于0.72～1.09，平均值为0.93;东营组MNR介于0.60～1.07，平均值为0.86;沙河街组MNR介于0.68～1.11，平均值为0.98。从MNR指标可以看出，馆陶组和明化镇组原油MNR大于东营组，与沙河街组原油较为接近。明化镇组DNR1介于4.49～5.30，平均值为4.78;馆陶组DNR1介于3.97～6.39，平均值为4.76;东营组DNR1介于2.92～6.22，平均值为4.41;沙河街组DNR1介于2.86～5.65，平均值为4.71。从DNR1指标可以看出，明化镇组和馆陶组原油和沙河街组原油相似。

　　四甲基萘指数TeMNr=(1，3，6，7TeMN)/[(1，3，6，7TeMN)+(1，2，5，7TeMN)]和三甲基萘指数TMNr=(2，3，6TMN)/[(2，3，6TMN)+(1，2，5TMN)]也是可靠的成熟度指标，随着成熟度升高，三甲基萘指数和四甲基萘指

　　数逐渐增大。明化镇组TMNr介于0.43～0.66，平均值为0.58;馆陶组TMNr介于0.27～0.73，平均值为0.57;东营组TMNr介于0.43～0.73，平均值为0.59;沙河街组TMNr介于0.40～0.71，平均值为0.60。明化镇组TeMNr介于0.34～0.69，平均值为0.56;馆陶组TeMNr介于0.34～0.71，平均值为0.51;东营组TeMNr介于0.60～0.71，平均值为0.66;沙河街组TeMNr介于0.42～0.77，平均值为0.61。陈致林等[20-21]研究认为，TMNr和TeMNr介于0.4～0.66，为成熟原油。旅大地区各层位原油TMNr和TeMNr 很接近，总体介于0.51～0.66，应为成熟原油。

　　3.3.2二苯并噻吩系列化合物

　　烷基二苯并噻吩具有高度的热稳定性和抗微生物降解能力，在各时代地层和原油中分布广泛，对热演化过程有持续的灵敏性，是有效的成熟度参数，对低熟-高熟热演化阶段原油的成熟度判识十分有效[22]。在烃源岩成烃演化过程中，热稳定性差异会引起二苯并噻吩系列化合物异构体相对含量变化，可以反映原油成熟度。W.B.Hughes[23]提出了甲基二苯并噻吩参数MDR(4MDBT与1MDBT的比值)来判识成熟度，因为4MDBT比1MDBT热稳定性好，所以随热演化程度增加MDR逐渐增大。也有研究发现(4，6DMDBT)、(2，4DMDBT)随热演化程度增加而增大，(1，4DMDBT)随热演化增加而减小，故(4，6DMDBT)/(1，4DMDBT)和(2，4DMDBT)/(1，4DMDBT)两个参数随成熟度增加而增大，可以反映原油的成熟度。

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