南堡凹陷原油类型及分布特征

南堡凹陷原油类型及分布特征

南堡坍塌位于河北省唐山地区。该构造是渤海盆地黄庙坳陷以北的一个二级构造单元。新生代经历了古近纪断陷和新近纪-第四纪坳陷两个演化阶段。由上到下发育了第四系(O),新近系明化镇组(Nm)、馆陶组(Ng),古近系东营组(Ed)、沙河街组(Es)。其中沙河街组由上到下划分为沙一段(Es1)、沙二段(Es2)、沙三段(Es3)和沙四段(Es4);东营组(Ed)由上到下划分为东一段(Ed1)、东二段(Ed2)和东三段(Ed3)。基底为前古近系。烃源岩层主要发育于Es3、Es1和Ed3。凹陷总面积为1932km2,其中滩海区域面积1000km2,陆地区域面积932km2。陆上的北堡、老爷庙、高尚堡和柳赞构造带勘探程度较高;滩海区域的南堡1号、南堡2号、南堡3号、南堡4号和南堡5号等5个构造带与中浅层都不同程度地发现了油气。前人对南堡凹陷已发现的原油和烃源岩特征进行过研究,对原油类型进行过划分,但已有的研究主要集中于陆上,对于不同类型原油在整个凹陷的宏观分布及其与烃源岩的空间分布关系未深入分析。笔者基于滩海地区大量新分析的原油地化资料,结合勘探现状对滩海深部位的油气勘探前景进行了探讨。1南堡凹陷原油主要生物降解特征该次研究在收集整理前人原油、油砂试验分析的基础上,补充采集了24个原油样品和44个油砂样品,分别进行了族组分分离、饱和烃气相色谱分析、饱和烃色谱-质谱分析、碳同位素组成等多项分析测试,样品遍布了南堡凹陷陆上和滩海的所有层位(Nm,Ng,Ed1,Ed3,Es1,Es3和O),涵盖了南堡凹陷所有的采油区域(高尚堡、柳赞、老爷庙、北堡、滩海地区),尤其在南堡凹陷的滩海地区补充了大量原油、油砂样品,采样位置见图1所示。原油密度主要分布在0.8~1.0g/cm3;粘度分布在1~600mPa·s,主要都小于200mPa·s。原油密度和粘度与深度的关系(图2)显示,在2000m深度之上,密度和粘度高值数据增加明显,粘度可达600mPa·s以上,个别样品密度超过0.934g/cm3。这些高密度和高粘度原油应该与生物降解作用有关。滩海地区的原油密度和粘度普遍较低,显示正常特征。陆上柳赞地区位于深度3000m左右的原油密度和粘度偏高与这一地区油藏的早期成藏和早期破坏有一定关系。原油含蜡量变化范围也较大,大多数原油含蜡量较高,分布在20%~30%之间。原油饱和烃含量主要都大于50%,少数样品介于30%~50%之间;芳烃含量在5%~40%之间;非烃和沥青质含量分布在1%~40%之间,其中,滩海地区的一些原油样品表现出了较高的非烃和沥青质含量,不同于陆上。总体上,南堡凹陷原油都为正常的原油,只有少部分浅层原油有生物降解现象,原油气相色谱图主要呈现“单峰”、“双峰”两种形态,反映了生源中低等水生生物与高等植物的贡献的差异,各层位原油正构烷烃分布特征略有不同,反映了源岩的细微差别。沙河街组原油主要分布在高尚堡和柳赞地区,主要呈“双峰”态分布,表明低等水生生物和陆生高等植物对生源都有贡献;Pr/nC17值在0.29~0.50之间,Ph/nC18值在0.21~0.59之间,Pr/Ph值在1.08~1.35之间,表明沉积环境为弱氧化-弱还原环境。东营组原油主要分布在高尚堡、老爷庙、北堡和滩海地区,谱图以“双峰”态峰型为主,说明有低等水生生物和陆源高等植物输入;Pr/nC17值在0.35~0.49之间,Ph/nC18值在0.24~0.45之间,Pr/Ph值在0.98~2.20之间,多数样品分布在1.0~1.5之间,少量样品分布在2.0以上,表明形成于弱氧化-弱还原环境中。馆陶组和明化镇组原油主要分布在高尚堡、柳赞、老爷庙和滩海地区,有部分原油样品遭到了轻微的生物降解,表现在正构烷烃轻度损失,缺失C15之前的部分正构烷烃,姥鲛烷和植烷保留完整;还有部分样品遭受了很严重的生物降解,表现在正构烷烃基本缺失,这些原油埋深较浅,都分布在馆陶组;Pr/nC17值在0.39~2.11之间,Ph/nC18值在0.29~4.23之间,Pr/Ph值在0.92~1.66之间,其中有生物降解痕迹的原油∑nC-21/∑nC+22很低,为0.50左右,Pr/nC17、Ph/nC18值都很高,都在1.40以上分布,与正常的原油有明显区别。南堡凹陷原油甾萜类生标物含量丰富,甾萜类生标物在不同层位不同地区表现出不同的特征。南堡凹陷4-甲基C30甾烷呈陆上多滩海地区少的特征,位于凹陷东北部的高尚堡和柳赞地区的Es3段原油4-甲基C30甾烷含量最高,北堡和滩海地区的4-甲基C30甾烷的含量很低,低于陆上原油。较多的学者认为4-甲基C30甾烷是来源于甲藻类的低等水生生物,而且高含量的4-甲基C30甾烷通常是湖相淡水甲藻生源的标志。所以南堡凹陷高柳地区原油显示出了很明显的湖相淡水甲藻生源的特征,而4-甲基C30甾烷的含量反映了甲藻生源输入量的差异,从陆上原油和滩海原油4-甲基C30甾烷含量的差异也可以看出母源岩的差异(图3)。南堡凹陷原油伽马蜡烷含量有明显的区域性差异,陆上原油伽马蜡烷指数很低,大部分低于0.15,说明沉积水体盐度很低,而滩海地区则呈现出高低不同的特色。滩海地区的原油伽马蜡烷指数在0.2以上也有分布,显示出了很高的水体盐度,而陆上基本没有(图4)。原油碳同位素分布范围较窄,主要介于-27‰~-29‰之间。整体上,北堡、高尚堡、柳赞地区原油碳同位素略高于老爷庙和滩海地区。原油族组分饱和烃碳同位素分布范围为-29.9‰~-37.3‰,均值为-28.38‰,芳烃碳同位素分布范围为-28‰~-25.1‰,均值为-26.56‰,非烃碳同位素分布范围为-27‰~-25.2‰,均值为-26.01‰,沥青质碳同位素分布范围为-27.6‰~-24.8‰,均值为-26.28‰。可以发现沥青质碳同位素组成具有逆转现象,而且滩海原油样品沥青质碳同位素逆转幅度小于陆上。这种现象应该是生源中低等水生生物和高等植物的贡献不同造成的。2湖相淡水甲藻生境从上述原油特征分析可见,原油物性、族组分、碳同位素等特征主要反映的是原油的总体特征,不同来源原油的上述特征重叠严重,难以进行类型的准确进行划分。而原油甾萜烷化合物指纹组成可以反映不同化合物的相对含量,可以从细节上反映原油的差异,所以,主要依据甾萜烷生标物对原油类型划分,划分的依据主要是C27,C28,C29规则甾烷的峰型分布、4-甲基C30甾烷、重排甾烷和伽马蜡烷相对含量等。据此,将南堡凹陷原油划分为A、B、C等3大类(图4)。A类原油典型特征是4-甲基C30甾烷含量高,伽马蜡烷含量很低(图4)。可以进一步细分为A1、A2两个亚类。A1类原油主要表现在4-甲基C30甾烷含量非常高,明显高于B、C类原油,反映了湖相淡水甲藻生源(细菌来源)。A2类原油特征为重排甾烷含量从相对中等到相对较高,重排甾烷/规则甾烷数明显高于A1类原油;4-甲基C30甾烷含量明显低于A1类(图4(a)、(b))。B类原油特征表现在4-甲基C30甾烷含量很少;伽马蜡烷含量很低;C27、C28、C29规则甾烷主要呈“L”型分布,说明以低等水生生物生源为主;重排甾烷/规则甾烷数值处于低到中等水平;原油的成熟度在所有原油中处于低到偏中等水平(图4(c))。C类原油最明显的特征是伽马蜡烷含量很高,说明沉积环境的盐度较高;4-甲基C30甾烷含量相对较低;C27、C28和C29规则甾烷主要呈“L”型分布,C27含量略高于C29含量,说明生源以低等水生生物为主;重排甾烷/规则甾烷数值处于低到中等水平;原油的成熟度在所有原油中处于低到偏中等水平(图4(d))。不同类型原油在陆上和滩海的分布不同,A类主要分布在陆上,B类主要分布在滩海地区。其中,A1类原油主要分布在陆上高尚堡地区和柳赞地区的Es3;A2类原油主要分布在陆上老爷庙的Nm、Ng、Ed1与Ed3、柳赞地区的Ng、高尚堡地区的Ed1与Ed3的中浅层。B类原油主要分布在滩海地区的Nm~Ed3。C类原油主要分布在滩海地区的Nm、Ng、Ed1和Ed3(图5)。A1类原油主要分布在高柳地区的Es3,沉积环境以淡水湖相为主,水体稳定,弱氧化弱还原环境适宜水生生物生存,并有陆生高等植物输入,应来源于深层Es3烃源岩;A2类原油主要分布在高柳地区和老爷庙的Ed3到Nm的中浅层,该期湖水退却,湖平面下降,低等水生生物繁盛,与浅层Ed3烃源岩有较好的对应关系,沉积环境主要为滨浅湖沉积。B类原油主要分布在滩海地区的Nm、Ng、Ed1、Ed2、Ed3,主要来源于低等水生生物,其来源的环境水体含盐度很低,该类型原油和滩海地区Ed3、Es1段烃源岩有较好的对应关系,沉积环境主要为湖泊沉积。C类原油主要分布在滩海地区的Nm、Ng、Ed1、Ed3,沉积环境的盐度较高,主要为三角洲相沉积环境,与滩海Es3烃源岩有很好的对应关系。3滩海地区典型岩性分布于陆上的A类原油前人已进行了较多工作,其中A1类原油来自拾场次洼的Es3烃源岩;A2类原油来自高柳地区和柳南次洼Ed3烃源岩。所以,主要分析B类和C类原油的来源。通过大量烃源岩与原油甾萜烷生标物的对比发现,B类原油主要来源于北堡及滩海地区的Ed3烃源岩(图6),推测Es1也应有一定贡献。C类原油主要来源于滩海地区的Es3和Es2+3烃源岩(图7)。油源对比结果可见,滩海地区的Ed3、Es1与Es3均发育有效烃源岩。为了探索滩海地区的油气勘探前景,通过单井不同沉积相暗色泥岩厚度统计,结合层序地层学和沉积相研究成果,预测了上述几个层段的暗色泥岩厚度分布图(图8~10)。其中,Es3烃源岩主要分布在柳南次凹的东南部的滩海地区与高柳局部地区,厚度主要介于150~400m之间,最大厚度可达550m左右(图8);Es1烃源岩主要分布在曹妃甸次凹、柳南和林雀次凹地区,暗色泥岩厚度主要分布在100~400m之间,最大厚度可达420m左右(图9)。Ed3发育大套的滨浅湖相暗色泥岩,地层平均厚度一般为500~800m之间,最大厚度约为1300m,沉积中心主要位于林雀次凹和曹妃甸地区的东北部,暗色泥岩主要分布在林雀次凹南部和曹妃甸的北部地区,其次是高柳断层的南侧地区,厚度一般为300~600m之间,最大厚度可达800余米(图10)。可见,滩海中部Es3、Es1烃源岩比较发育,Ed3烃源岩在滩海地区普遍发育。该区烃源岩层段埋深都比较大,主要都进入了成熟生油气阶段。目前发现的油气主要分布在中浅层。但老堡南1井在大于4000m深度的基底奥陶系也发现了来自沙三段的油气聚集,原油成熟度高,有较多的伴生气,表明对应的烃源岩演化程度高,发育有效烃源岩。滩海地区深部位砂泥岩互层发育,再加上基底潜山的存在,为油气聚集提供较好的储集条件,而且深部位烃源岩演化程度高,以生轻质油和天然气为主,这种较轻的烃类对储集层物性的要求也会稍低一些,可见,滩海地区中深层仍具有较大的轻质油和天然气勘探潜力,是下一步重要的勘探领域。4a、b两大类原油通过原油生物标志物和碳同位素特征分析,发现南堡凹陷陆上原油与滩海原油有明显区别,综合油源对比结果可取得如下认识:1) 南堡凹陷原油分为A、B和C共