渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段页岩层系原油地球化学特征

李文奇; 刘小平; 关铭; 刘华欣

doi:10.11781/sysydz202002263

渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段页岩层系原油地球化学特征

doi: 10.11781/sysydz202002263

李文奇^{1, 2,},
刘小平^{1, 2, ,},
关铭^{1, 2},
刘华欣^{1, 2}

1.
油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)), 北京 102249
2.
中国石油大学(北京) 地球科学学院, 北京 102249

基金项目:

国家自然科学基金项目 41372144

国家科技重大专项 2017ZX05049001-008

详细信息

作者简介:
李文奇(1994-), 男, 硕士研究生, 从事石油地质学研究。E-mail: 542493634@qq.com

通讯作者:
刘小平(1971-), 男, 博士, 副教授, 从事石油地质学教学与研究。E-mail: liuxiaoping@cup.edu.cn

中图分类号: TE122.1
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出版历程
- 收稿日期: 2019-11-30
- 修回日期: 2020-01-31
- 刊出日期: 2020-03-28

Geochemical characteristics of crude oils in the second member of Kongdian Formation shale system, Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

LI Wenqi^{1, 2
,},
LIU Xiaoping^{1, 2
, ,},
GUAN Ming^{1, 2},
LIU Huaxin^{1, 2}

1.
State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China
2.
College of Geosciences, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China

摘要

摘要: 利用原油物性、族组分分离与定量、饱和烃色谱—质谱、芳烃色谱—质谱、稳定碳同位素等分析测试资料，系统分析了渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段页岩层系原油地球化学特征。研究表明，原油属于中质、中凝稠油，流动性较差；原油中烃类含量偏低，饱芳比和非沥比均较低。不同构造单元上的原油生物标志物及稳定碳同位素分布特征相似，反映其母质来源及生烃演化过程基本一致。饱和烃色谱以正态分布的单峰型为主，轻碳优势不明显，C₂₇、C₂₈、C₂₉规则甾烷呈“上升型”分布，三环萜烷含量低，反映原油有机母质来源具有湖相水生生物和陆源高等植物的双重贡献，且以陆源高等植物为主。伽马蜡烷指数、重排霍烷含量及分布、Pr/Ph、三芴系列化合物、原油稳定碳同位素分布等指标反映了原油形成于弱氧化—还原条件下的淡水—微咸水沉积环境。正构烷烃分布特征和奇偶优势比、αββ/（ααα+αββ）C₂₉与20S/（20S+20R）C₂₉甾烷异构化指数以及霍烷异构化指数均指示原油成熟度偏低。
- 生物标志物 /
- 原油 /
- 页岩 /
- 孔店组二段 /
- 沧东凹陷 /
- 渤海湾盆地
Abstract: Crude oils in the shale system of the second member of Kongdian Formation (Ek₂) in the Cangdong Sag of the Bohai Bay Basin were analyzed for physical properties, group composition, quantitative gas chromatography-mass spectrometry of saturated hydrocarbon and aromatic hydrocarbon fractions and stable carbon isotopes. The crude oils belong to medium quality, medium freezing point heavy oil with poor fluidity. The hydrocarbon content in the crude oils is low, and both ratios of saturated hydrocarbon to aromatic and nonhydrocarbon to asphaltene are low. The characteristics of crude oil biomarkers and stable carbon isotope distributions in different structural units are similar, indicating that these crude oils have roughly similar sources and hydrocarbon evolution processes. Almost all the samples have saturated hydrocarbons with a slight dominance of light carbons and are normally distributed with a single peak. The distribution of C₂₇, C₂₈ and C₂₉ regular steranes shows a rising trend, while the tricyclic terpane content is very low, demonstrating that the original organic matter had contributions of lacustrine aquatic organisms and terrigenous higher plants, with the latter being the major contributor. The gammacerane index, the content and distribution of rearranged hopanes, Pr/Ph, dibenzothiophene, dibenzofuran and fluorine series, and stable carbon isotope distribution and other indicators suggest that the crude oil source rocks formed in fresh-brackish and weakly oxidizing to reducing lacustrine environment. The odd/even predominance, the αββ/(ααα+αββ)C₂₉ and 20S/(20S+20R) C₂₉ isomerization index and the hopane isomerization index indicate that the crude oils have low thermal maturity.
- biomarker /
- crude oil /
- shale /
- second member of Kongdian Formation /
- Cangdong Sag /
- Bohai Bay Basin

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沧东凹陷是渤海湾盆地黄骅坳陷重要的富油气凹陷之一，自20世纪70年代以来，已发现枣园、王官屯、小集、段六拨、乌马营、舍女寺、叶三拨等多个常规油田，自下而上在中生界，古近系孔店组二段、一段，沙河街组三段、二段、一段等多个层系累计探明石油地质储量3.98×10⁸ t^[1]。其中，孔二段属于夹薄—中层粉砂岩、中细砂岩及泥质白云岩的富有机质页岩层系^[2-3]。近年来，页岩油继页岩气之后成为非常规油气勘探热点领域，我国陆相盆地页岩油(致密油)勘探研究不断深入^[4-7]，沧东凹陷孔二段页岩油勘探也取得重要进展^[8-11]。以往研究主要关注孔二段泥页岩作为烃源岩的地球化学特征^[12]、页岩储层沉积特征^{[2-3, 8-11]}和页岩油(致密油)成藏特征等方面^{[8, 11, 13-15]}，而对孔二段页岩层系中原油性质及原油地球化学特征的研究还十分薄弱。原油性质及其地球化学特征对研究页岩油形成与富集机理、页岩油流动性和可采性具有十分重要的意义。本文利用常规油田开发井获取的孔二段页岩层系原油样品，探讨了孔二段原油的基本性质和地球化学特征，以期为沧东凹陷页岩油特征及页岩油成因提供有机地球化学证据。

1. 地质概况

沧东凹陷是渤海湾盆地中部黄骅坳陷的三级构造单元，北临孔店凸起，东西夹持于徐黑凸起和沧县隆起之间，呈NE—SW向展布，面积达1 760 km²。平面上，沧东凹陷主要包含孔店构造带、舍女寺断鼻带、孔东斜坡、孔西斜坡和南皮斜坡等构造单元^[15-16](图 1)。沧东凹陷经历了孔三段(Ek₃)至孔一下亚段(Ek₁^下)沉积拗陷期和孔一上亚段(Ek₁^上)至沙河街组(Es)沉积断陷期两期湖盆叠加与改造。拗陷期沉积与沉降中心发生隆凹转换形成孔店构造带，分布于枣园—王官屯—小集地区，孔东斜坡和孔西斜坡是分布于孔店构造带两翼的构造反转斜坡，南皮斜坡为继承性斜坡^[17]。

图 1 渤海湾盆地沧东凹陷构造单元及采样井位

Figure 1. Structural units and sample well location in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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沧东凹陷自下而上发育孔店组(Ek)、沙河街组(Es)、东营组(Ed)、新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)。孔店组自下而上由孔三段(Ek₃)、孔二段(Ek₂)以及孔一段(Ek₁)组成，Ek₂沉积时期为一封闭内陆湖盆，Ek₂暗色泥页岩发育，夹薄—中层状粉砂岩—中砂岩及泥质白云岩，厚度在400~600 m之间^{[3, 18]}。Ek₂自下而上可分为Ek₂⁴、Ek₂³、Ek₂²和Ek₂¹等4个油组，其中Ek₂¹、Ek₂²和Ek₂³油组富有机质泥页岩十分发育，为致密油和页岩油形成与富集的主力层段^{[8, 12]}。平面上，沉积相自湖盆边部至湖盆中心呈环带状分布，常规油气、致密油气及页岩油气分布受控于相带展布，在空间上由湖盆边缘向湖盆中心呈有序分布：湖盆边部主要发育以中细砂岩为主的三角洲前缘亚相，为常规油气主要分布区；湖盆中部发育以泥页岩、泥质白云岩为主的前三角洲亚相及半深湖—深湖亚相，是主力烃源岩发育区，为页岩油气主要分布区；二者之间为过渡带，主要发育三角洲前缘远端、重力流沉积等，为致密油气及岩性油气藏分布区^{[2, 14, 19]}。

2. 样品与分析

为系统分析沧东凹陷孔二段页岩层系原油地球化学特征，在沧东凹陷3个不同构造单元上19口井孔二段页岩层系中采集了典型原油样品，包括孔东斜坡9口井、孔店构造带5口井以及舍女寺断鼻5口井(图 1)。19个原油样品在中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室完成了原油基本性质(原油物性、族组分分离与定量)、原油母质来源以及成熟度方面(饱和烃及芳烃气相色谱—质谱、原油全油及各组分稳定碳同位素)的分析测试工作。

3. 原油基本性质

3.1 原油物性特征

原油物理性质与原油的化学组成、演化历史及保存环境条件等密切相关^[20-21]，本次研究对样品进行了密度、黏度、含硫量、含蜡量、凝固点等分析测试。原油样品密度在0.867 1~0.911 2 g/cm³之间，黏度普遍大于50 mPa·s，含蜡量16.52%~30.88%，凝固点在33~42 ℃之间(表 1)。依据中华人民共和国石油天然气行业标准《陆相烃源岩地球化学评价方法：SY/T 5735—1995》的原油物性分类，沧东凹陷孔二段页岩层系原油属于高黏度、高含蜡的中质、中凝稠油，原油流动性较差。

表 1 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩层系原油物性数据

Table 1. Physical properties of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

构造单元	井号	井深/m	密度/(g·cm^-3)	黏度(50 ℃)/(mPa·s)	含蜡量/%	凝固点/℃
孔东斜坡	G27-70	3 132.1~3 169.6	0.892 4	80.31	30.88	37
	G28-66H	3 272.0~3 288.6	0.888 6	151.74	27.62	36
	G32-72L	2 710.0~3 146.9	0.890 2	83.21	25.02	42
	G32-73	2 438.9~2 474.9	0.890 8	81.88	23.80	38
	G36-62	2 273.1~2 312.0	0.911 2	80.35	25.34	40
	G36-64	2 278.6~2 340.2	0.882 1	81.24	24.89	39
	G962-17	2 109.9~2 138.9	0.878 9	52.38	26.35	38
	JK39-37	2 472.1~2 480.1	0.887 4	87.82	22.38	37
	JK41-23	2 177.1~2 239.4	0.890 5	86.23	21.62	38
孔店构造带	F8-16	2 300.1~2 980.8	0.883 6	87.71	22.08	36
	F22-9	2 312.1~2 936.3	0.886 9	82.36	23.67	37
	F32-17	2 332.5~3 555.5	0.890 1	83.49	26.72	34
	Z32	2 395.8~2 416.9	0.867 1	23.92	21.13	33
	Z29-20	2 470.9~2 519.1	0.878 2	50.24	16.52	35
舍女寺断鼻带	NK51-42	3 140.6~3 275.6	0.910 2	113.28	17.46	38
	NK53-32	2 700.8~3 160.2	0.895 6	114.21	18.56	37
	NK53-57	3 043.1~3 197.9	0.885 4	76.61	23.01	36
	NK60-52	2 891.8~3 016.1	0.892 7	108.36	20.21	38
	NK61-42	2 806.2~2 848.2	0.891 5	114.39	17.64	38

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3.2 原油族组成特征

原油族组成特征蕴含着大量的地球化学信息，对原油样品进行族组分分离与定量分析有助于判识母质类型及其组成、原油热演化程度、源岩沉积环境、原油运移、聚集及保存过程中遭受的后期改造。在源岩沉积环境及母质组成相近的情况下，高成熟度原油具有烃类组分含量高、极性组分含量低的特点^[22-24]。对研究区孔二段页岩层系原油样品进行族组分分离与定量分析表明(表 2)，饱和烃含量38.70%~64.23%，平均含量53.11%；芳香烃含量18.29%~29.48%，平均含量23.18%；非烃含量9.30%~24.15%，平均含量15.83%；沥青质含量4.38%~13.91%，平均含量7.87%。总体上，烃类含量偏低(饱和烃和芳烃含量64.29%~85.92%，平均值76.30%)，极性组分含量偏高(非烃和沥青质含量14.08%~35.71%，平均值23.70%)，饱芳比较低(1.47~3.39)，非沥比也较低(0.86~3.83)。研究区孔二段页岩层系原油族组成特征反映了其成熟度整体上偏低的特点。

表 2 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩层系原油族组成及饱和烃气相色谱参数

Table 2. Group compositions and gas chromatography parameters of saturated hydrocarbons of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

井号	含量/%					饱和烃/芳烃	非烃/沥青质	主峰碳数	C_21^-/C_22⁺	C₂₁₊₂₂/C₂₈₊₂₉	Pr/Ph	Pr/nC₁₇	Ph/nC₁₈	CPI	OEP
井号	饱和烃	芳烃	非烃	沥青质	非烃+沥青质	饱和烃/芳烃	非烃/沥青质	主峰碳数	C_21^-/C_22⁺	C₂₁₊₂₂/C₂₈₊₂₉	Pr/Ph	Pr/nC₁₇	Ph/nC₁₈	CPI	OEP
G27-70	56.20	22.63	16.79	4.38	21.17	2.48	3.83	C₂₃	0.39	1.14	0.82	0.59	0.65	1.17	1.16
G28-66H	62.25	20.48	12.45	4.82	17.27	3.04	2.58	C₂₃	0.57	1.73	0.90	0.45	0.49	1.16	1.13
G32-72L	62.04	18.29	13.66	6.02	19.68	3.39	2.27	C₂₃	0.35	1.25	0.68	0.51	0.62	1.17	1.17
G32-73	62.75	21.20	11.17	4.87	16.05	2.96	2.29	C₂₃	0.44	1.28	0.81	0.51	0.61	1.17	1.16
G36-62	59.42	21.74	12.08	6.76	18.84	2.73	1.79	C₂₃	0.40	1.26	0.78	0.49	0.56	1.16	1.13
G36-64	64.23	21.69	9.30	4.79	14.08	2.96	1.94	C₂₃	0.47	1.34	0.81	0.46	0.55	1.15	1.14
G962-17	44.63	29.48	17.08	8.82	25.90	1.51	1.94	C₂₇	0.31	0.86	0.53	1.18	2.36	1.32	1.35
JK39-37	38.70	26.32	24.15	10.84	34.98	1.47	2.23	C₂₃	0.37	1.29	0.68	0.99	1.30	1.21	1.15
JK41-23	47.29	24.19	19.49	9.03	28.52	1.96	2.16	C₂₃	0.41	1.43	0.69	0.61	0.72	1.16	1.17
F8-16	52.86	26.43	15.42	5.29	20.70	2.00	2.92	C₂₃	0.41	1.34	0.69	0.68	0.93	1.21	1.19
F22-9	52.85	20.60	20.60	5.96	26.55	2.57	3.46	C₂₃	0.42	1.53	0.72	0.68	0.88	1.27	1.17
F32-17	40.23	24.06	21.80	13.91	35.71	1.67	1.57	C₂₃	0.37	1.35	0.63	1.80	2.14	1.12	1.13
Z32	43.72	28.74	17.00	10.53	27.53	1.52	1.62	C₂₃	0.50	1.45	0.84	0.53	0.60	1.16	1.13
Z29-20	51.79	23.81	11.31	13.10	24.40	2.18	0.86	C₂₃	0.47	1.50	0.79	0.51	0.55	1.15	1.10
NK51-42	60.36	23.42	11.71	4.50	16.22	2.58	2.60	C₂₃	0.45	1.42	0.81	0.61	0.72	1.18	1.17
NK53-32	55.25	19.66	14.92	10.17	25.08	2.81	1.47	C₂₃	0.55	1.42	1.00	0.58	0.58	1.16	1.16
NK53-57	54.39	21.27	15.79	8.55	24.34	2.56	1.85	C₂₃	0.43	1.14	0.81	0.71	0.92	1.20	1.21
NK60-52	49.88	24.19	17.71	8.23	25.94	2.06	2.15	C₂₃	0.37	1.14	0.60	0.92	1.63	1.32	1.32
NK61-42	50.34	22.30	18.39	8.97	27.36	2.26	2.05	C₂₃	0.37	1.06	0.64	0.88	1.43	1.28	1.29

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4. 原油母质来源及其形成环境

4.1 原油母质来源

原油正构烷烃分布特征中蕴含着丰富的地球化学信息，这些信息记录了其母源物质的生源构成，可用来指示母质来源的有机质类型、沉积环境和热演化程度等^[24-25]。沧东凹陷各构造单元孔二段页岩层系原油具有非常相近的正构烷烃色谱参数与分布特征。色谱图上(图 2)正构烷烃系列化合物均为单峰型，以正态型分布为主，少量偏后峰型，峰型完整，碳数范围C₁₂—C₃₈，主峰碳基本上以C₂₃为主，仅有G962-17井一个样品主峰碳为C₂₇；C_21^-/C_22⁺值为0.31~0.57，C₂₁₊₂₂/C₂₈₊₂₉值为0.86~1.73，轻碳优势不明显；Pr/nC₁₇值为0.45~1.80，Ph/nC₁₈值为0.49~2.36(表 2)。这些指标表明，沧东凹陷不同构造单元孔二段原油样品具有相近的有机母质来源，具有湖相低等水生生物和陆源高等植物双重生源特征。

图 2 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油饱和烃气相色谱图

Figure 2. Gas chromatograms of saturated hydrocarbons of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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原油中甾类化合物分布特征也可以反映原油的母质来源^[26-27]，ααα(20R)构型的C₂₇、C₂₈和C₂₉甾烷与母源性质关系密切，ααα(20R)C₂₇甾烷通常来源于低等水生生物，ααα(20R)C₂₈甾烷多来自湖相藻类的贡献，ααα(20R)C₂₉甾烷则主要来源于陆源高等植物^[28-29]。沧东凹陷不同构造单元孔二段页岩层系原油甾烷指纹特征十分相似(图 3)，总体上以C₂₇、C₂₈、C₂₉规则甾烷为主，含有少量的孕甾烷、升孕甾烷和重排甾烷。(孕甾烷+升孕甾烷)/ααα(20R)C₂₉为0.01~0.1，平均0.05，指示生源构成中低等水生生物的贡献较少。在规则甾烷含量中，ααα(20R)C₂₇＜ααα(20R)C₂₈＜ααα(20R)C₂₉，呈“上升型”分布(图 3)；ααα(20R)C₂₇甾烷含量较低，占14.92%~19.83%，ααα(20R)C₂₈含量占31.92%~34.86%，ααα(20R)C₂₉含量最高，占47.29%~51.79%(图 4)，说明沧东凹陷孔二段页岩层系原油有机质母质来源具有湖相低等水生生物和陆源高等植物的双重贡献，其中陆源高等植物为优势生源。

图 3 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油甾烷(m/z 217)质量色谱图

Figure 3. Mass chromatograms of sterane (m/z 217) of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 4 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油ααα(20R)C₂₇-ααα(20R)C₂₈-ααα(20R)C₂₉规则甾烷相对含量三角图

Figure 4. Ternary plots of ααα(20R)C₂₇-ααα(20R)C₂₈-ααα(20R)C₂₉ regular sterane relative contents of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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与原油中甾烷组成类似，全部原油样品中的萜烷组成特征也十分相似(图 5)，表明原油来源具有高度的一致性。三环萜烷含量很低，三环萜烷/C₃₀藿烷为0.04~0.11，平均0.08(表 3)，反映陆源高等植物对生源的主要贡献以及原油具有较低的成熟度。

图 5 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油萜烷(m/z 191)质量色谱图

Figure 5. Mass chromatograms of terpanes (m/z 191) of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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表 3 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油萜烷参数

Table 3. Terpane parameters of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

井号	深度/m	三环萜烷/C₃₀H	G/C₃₀H	20S/(20S+20R)C₃₁升藿烷	C₃₀M/C₃₀H	Ts/Tm	Ts/(Ts+Tm)
G27-70	3 132.1~3 169.6	0.09	0.25	0.57	0.12	0.97	0.49
G28-66H	3 272.0~3 288.6	0.10	0.27	0.56	0.12	1.06	0.51
G32-72L	2 710.0~3 146.9	0.08	0.25	0.56	0.13	0.95	0.49
G32-73	2 438.9~2 474.9	0.08	0.26	0.56	0.13	0.90	0.47
G36-62	2 273.1~2 312.0	0.09	0.26	0.56	0.13	0.81	0.45
G36-64	2 278.6~2 340.2	0.09	0.27	0.56	0.14	0.79	0.44
G962-17	2 109.9~2 138.9	0.05	0.17	0.55	0.14	0.32	0.24
JK39-37	2 472.1~2 480.1	0.08	0.18	0.55	0.16	0.29	0.22
JK41-23	2 177.1~2 239.4	0.10	0.18	0.55	0.15	0.29	0.23
F8-16	2 300.1~2 980.8	0.07	0.19	0.55	0.14	0.47	0.32
F22-9	2 312.1~2 936.3	0.07	0.20	0.56	0.14	0.58	0.37
F32-17	2 332.5~3 555.5	0.11	0.18	0.56	0.12	0.47	0.32
Z32	2 395.8~2 416.9	0.09	0.22	0.55	0.12	0.74	0.43
Z29-20	2 470.9~2 519.1	0.10	0.24	0.56	0.14	0.78	0.44
NK51-42	3 140.6~3 275.6	0.08	0.20	0.56	0.13	0.64	0.39
NK53-32	2 700.8~3 160.2	0.09	0.20	0.55	0.13	0.65	0.39
NK53-57	3 043.1~3 197.9	0.07	0.17	0.56	0.12	0.53	0.35
NK60-52	2 891.8~3 016.1	0.04	0.16	0.54	0.12	0.39	0.28
NK61-42	2 806.2~2 848.2	0.05	0.16	0.54	0.12	0.40	0.28

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芳烃色谱—质谱分析检测到原油中含有150余种芳香烃系列化合物，并检出荧蒽、苯并荧蒽、芘、惹烯等稠环芳烃类化合物，表明沧东凹陷孔二段页岩层系原油的母质来源具有高等植物的贡献。

4.2 母质形成环境

伽马蜡烷(G)含量可用来判断母源岩沉积时水体盐度和水体分层程度^[30-32]。从萜烷质量色谱图中可以看出，沧东凹陷不同构造单元孔二段原油中均有伽马蜡烷的存在，但伽马蜡烷丰度普遍较低(图 5)，伽马蜡烷指数(G/C₃₀H)为0.16~0.27，平均0.21(表 3)，反映研究区孔二段烃源岩沉积时的古环境为淡水—微咸水湖泊环境。

原油中藿烷(C₃₀H)、重排藿烷(C₃₀*)及藿烷(C₂₉H)相对含量的高低通常反映了烃源岩沉积—成岩时的氧化还原环境^[33-36]。孔二段原油中C₃₀H>C₂₉H>C₃₀*，三者呈“V”型分布(图 5)，指示孔二段烃源岩形成于弱氧化—还原环境。

Pr/Ph是判识原油母质形成环境的常用指标，孔二段页岩层系原油Pr/Ph值为0.53~1.00(表 2)，具有偏植烷优势或姥植均势的特点，指示原油母质沉积环境为弱氧化—还原环境。原油芳烃组分中的三芴系列化合物相对含量也是反映母质沉积环境的有效地球化学指标^[37]，原油的三芴系列化合物中氧芴(二苯并呋喃)含量最低，为5.5%~10.3%；其次为硫芴(二苯并噻吩)，含量为28.1%~38.3%；芴含量最高，为61.3%~68.4%(图 6)。总的来看，氧芴含量不高，而芴与硫芴含量相对较高，说明原油母质形成于弱氧化—还原环境。二苯并噻吩/菲也是一个反映原油母质沉积环境的地球化学参数，一般在海相碳酸盐岩中二苯并噻吩/菲大于1.0，湖相源岩该比值小于1.0^[38]。孔二段原油二苯并噻吩/菲比值为0.03~0.12，指示原油母质来源为湖相沉积。结合Pr/Ph与三芴系列化合物特征表明，孔二段原油母质的沉积环境为弱氧化—还原的湖泊环境。

图 6 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油三芴系列相对含量三角图

Figure 6. Triangular diagram of relative content of dibenzothiophene, dibenzofuran and fluorine series of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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原油稳定碳同位素组成受有机母质的类型、形成环境、成熟度及运移地质色层效应等多种因素控制^[39-40]。原油一般继承了有机母质的碳同位素特征，不同沉积环境和有机质来源的烃源岩其碳同位素特征不同，由混合—腐泥型有机母质生成的“油型油”富含¹²C，而腐殖型生油母质所生成的“煤型油”富含¹³C。但由于生烃演化过程中发生的同位素分馏作用，原油与母质碳同位素组成又会存在一定差异，随着成熟度的增高，原油碳同位素变重；地质色层效应引起的同位素分馏会使原油碳同位素变轻^[41-42]。沧东凹陷孔二段原油成熟度低且为自生自储式聚集，因此成熟度和运移地质色层效应对其碳同位素组成影响甚微。19个原油样品的全油碳同位素值均较轻，分布在-31‰~-32.1‰，最大值与最小值相差仅1.1‰(图 7)，反映原油具有相同的母质来源，属于淡水—微咸水湖相混合型有机质生成的原油。各原油样品单个组分的碳同位素也非常相近，差值均小于2‰。原油中各组分碳同位素分布规律也具有很好的相似性，一般为δ¹³C_饱和烃 < δ¹³C_原油 < δ¹³C_芳烃 < δ¹³C_沥青质 < δ¹³C_非烃，反映这些原油样品均来自相同的有机母质，且经历了相似的地质分馏过程。

图 7 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油全油及各组分碳同位素分布

Figure 7. Carbon isotopic distribution of whole crude oils and group components from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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5. 原油成熟度

孔二段页岩层系原油正构烷烃分布特征表明，碳优势指数(CPI)值为1.12~1.32，奇偶优势指数(OEP)值为1.10~1.35(表 2)，表现为奇数碳优势，反映原油成熟度偏低。

原油样品中C₂₉甾烷异构化指数可以判别原油成熟度。αββ/(ααα+αββ)C₂₉甾烷值为0.24~0.36，20S/(20S+20R)C₂₉甾烷值为0.20~0.39，也指示各构造单元孔二段页岩层系原油成熟度偏低(图 8)。

图 8 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油甾烷成熟度参数

Figure 8. Sterane maturity parameters of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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藿烷异构化特征也可以反映原油成熟度高低^[39]，不同构型的热稳定性通常表现为αβ>βα>ββ，22S>22R，18α(H)- 三降新藿烷(Ts)较17α(H)-三降藿烷(Tm)更加稳定。沧东凹陷孔二段原油20S/(20S+20R)C₃₁升藿烷值为0.54~0.57，βαC₃₀莫烷(C₃₀M)/αβC₃₀藿烷(C₃₀H)值为0.12~0.16，Ts/Tm为0.29~1.06，平均0.63；Ts/(Ts+Tm)为0.22~0.51，平均0.37(表 3)。这些指标均反映了孔二段原油成熟度较低。

6. 结论

(1) 沧东凹陷孔二段页岩层系原油具有高黏度、高含蜡、中等密度、中等凝固点特征，属于中质、中凝稠油，原油流动性较差。原油族组分分析表明，原油中烃类含量偏低，极性组分含量偏高，饱芳比和非沥比均较低。

(2) 孔二段页岩层系原油的饱和烃色谱—质谱、稳定碳同位素等特征相似，反映其母质来源及生烃演化过程基本一致。饱和烃色谱以正态分布的单峰型为主，轻碳优势不明显，具有奇数碳优势；C₂₇、C₂₈、C₂₉规则甾烷呈“上升型”分布；三环萜烷含量很低；芳烃组分中含荧蒽、苯并荧蒽、芘、惹烯等稠环芳烃类化合物，反映原油有机母质来源具有湖相水生生物和陆源高等植物的双重贡献，陆源高等植物为优势生源。

(3) 伽马蜡烷指数、Pr/Ph、三芴系列化合物、重排霍烷的含量和分布以及稳定碳同位素值等指标，反映了沧东凹陷孔二段原油形成于弱氧化—还原和淡水—微咸水环境。

(4) 正烷烃分布特征和奇偶优势比、αββ/(ααα+ αββ)C₂₉与20S/(20S+20R)C₂₉甾烷异构化指数以及霍烷异构化指数均指示原油成熟度偏低。

图 1 渤海湾盆地沧东凹陷构造单元及采样井位

Figure 1. Structural units and sample well location in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 2 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油饱和烃气相色谱图

Figure 2. Gas chromatograms of saturated hydrocarbons of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 3 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油甾烷(m/z 217)质量色谱图

Figure 3. Mass chromatograms of sterane (m/z 217) of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 4 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油ααα(20R)C₂₇-ααα(20R)C₂₈-ααα(20R)C₂₉规则甾烷相对含量三角图

Figure 4. Ternary plots of ααα(20R)C₂₇-ααα(20R)C₂₈-ααα(20R)C₂₉ regular sterane relative contents of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 5 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油萜烷(m/z 191)质量色谱图

Figure 5. Mass chromatograms of terpanes (m/z 191) of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 6 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油三芴系列相对含量三角图

Figure 6. Triangular diagram of relative content of dibenzothiophene, dibenzofuran and fluorine series of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 7 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油全油及各组分碳同位素分布

Figure 7. Carbon isotopic distribution of whole crude oils and group components from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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图 8 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油甾烷成熟度参数

Figure 8. Sterane maturity parameters of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

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表 1 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩层系原油物性数据

Table 1. Physical properties of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

构造单元	井号	井深/m	密度/(g·cm^-3)	黏度(50 ℃)/(mPa·s)	含蜡量/%	凝固点/℃
孔东斜坡	G27-70	3 132.1~3 169.6	0.892 4	80.31	30.88	37
	G28-66H	3 272.0~3 288.6	0.888 6	151.74	27.62	36
	G32-72L	2 710.0~3 146.9	0.890 2	83.21	25.02	42
	G32-73	2 438.9~2 474.9	0.890 8	81.88	23.80	38
	G36-62	2 273.1~2 312.0	0.911 2	80.35	25.34	40
	G36-64	2 278.6~2 340.2	0.882 1	81.24	24.89	39
	G962-17	2 109.9~2 138.9	0.878 9	52.38	26.35	38
	JK39-37	2 472.1~2 480.1	0.887 4	87.82	22.38	37
	JK41-23	2 177.1~2 239.4	0.890 5	86.23	21.62	38
孔店构造带	F8-16	2 300.1~2 980.8	0.883 6	87.71	22.08	36
	F22-9	2 312.1~2 936.3	0.886 9	82.36	23.67	37
	F32-17	2 332.5~3 555.5	0.890 1	83.49	26.72	34
	Z32	2 395.8~2 416.9	0.867 1	23.92	21.13	33
	Z29-20	2 470.9~2 519.1	0.878 2	50.24	16.52	35
舍女寺断鼻带	NK51-42	3 140.6~3 275.6	0.910 2	113.28	17.46	38
	NK53-32	2 700.8~3 160.2	0.895 6	114.21	18.56	37
	NK53-57	3 043.1~3 197.9	0.885 4	76.61	23.01	36
	NK60-52	2 891.8~3 016.1	0.892 7	108.36	20.21	38
	NK61-42	2 806.2~2 848.2	0.891 5	114.39	17.64	38

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表 2 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩层系原油族组成及饱和烃气相色谱参数

Table 2. Group compositions and gas chromatography parameters of saturated hydrocarbons of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

井号	含量/%					饱和烃/芳烃	非烃/沥青质	主峰碳数	C_21^-/C_22⁺	C₂₁₊₂₂/C₂₈₊₂₉	Pr/Ph	Pr/nC₁₇	Ph/nC₁₈	CPI	OEP
井号	饱和烃	芳烃	非烃	沥青质	非烃+沥青质	饱和烃/芳烃	非烃/沥青质	主峰碳数	C_21^-/C_22⁺	C₂₁₊₂₂/C₂₈₊₂₉	Pr/Ph	Pr/nC₁₇	Ph/nC₁₈	CPI	OEP
G27-70	56.20	22.63	16.79	4.38	21.17	2.48	3.83	C₂₃	0.39	1.14	0.82	0.59	0.65	1.17	1.16
G28-66H	62.25	20.48	12.45	4.82	17.27	3.04	2.58	C₂₃	0.57	1.73	0.90	0.45	0.49	1.16	1.13
G32-72L	62.04	18.29	13.66	6.02	19.68	3.39	2.27	C₂₃	0.35	1.25	0.68	0.51	0.62	1.17	1.17
G32-73	62.75	21.20	11.17	4.87	16.05	2.96	2.29	C₂₃	0.44	1.28	0.81	0.51	0.61	1.17	1.16
G36-62	59.42	21.74	12.08	6.76	18.84	2.73	1.79	C₂₃	0.40	1.26	0.78	0.49	0.56	1.16	1.13
G36-64	64.23	21.69	9.30	4.79	14.08	2.96	1.94	C₂₃	0.47	1.34	0.81	0.46	0.55	1.15	1.14
G962-17	44.63	29.48	17.08	8.82	25.90	1.51	1.94	C₂₇	0.31	0.86	0.53	1.18	2.36	1.32	1.35
JK39-37	38.70	26.32	24.15	10.84	34.98	1.47	2.23	C₂₃	0.37	1.29	0.68	0.99	1.30	1.21	1.15
JK41-23	47.29	24.19	19.49	9.03	28.52	1.96	2.16	C₂₃	0.41	1.43	0.69	0.61	0.72	1.16	1.17
F8-16	52.86	26.43	15.42	5.29	20.70	2.00	2.92	C₂₃	0.41	1.34	0.69	0.68	0.93	1.21	1.19
F22-9	52.85	20.60	20.60	5.96	26.55	2.57	3.46	C₂₃	0.42	1.53	0.72	0.68	0.88	1.27	1.17
F32-17	40.23	24.06	21.80	13.91	35.71	1.67	1.57	C₂₃	0.37	1.35	0.63	1.80	2.14	1.12	1.13
Z32	43.72	28.74	17.00	10.53	27.53	1.52	1.62	C₂₃	0.50	1.45	0.84	0.53	0.60	1.16	1.13
Z29-20	51.79	23.81	11.31	13.10	24.40	2.18	0.86	C₂₃	0.47	1.50	0.79	0.51	0.55	1.15	1.10
NK51-42	60.36	23.42	11.71	4.50	16.22	2.58	2.60	C₂₃	0.45	1.42	0.81	0.61	0.72	1.18	1.17
NK53-32	55.25	19.66	14.92	10.17	25.08	2.81	1.47	C₂₃	0.55	1.42	1.00	0.58	0.58	1.16	1.16
NK53-57	54.39	21.27	15.79	8.55	24.34	2.56	1.85	C₂₃	0.43	1.14	0.81	0.71	0.92	1.20	1.21
NK60-52	49.88	24.19	17.71	8.23	25.94	2.06	2.15	C₂₃	0.37	1.14	0.60	0.92	1.63	1.32	1.32
NK61-42	50.34	22.30	18.39	8.97	27.36	2.26	2.05	C₂₃	0.37	1.06	0.64	0.88	1.43	1.28	1.29

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表 3 渤海湾盆地沧东凹陷孔二段原油萜烷参数

Table 3. Terpane parameters of crude oils from Ek₂ in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

井号	深度/m	三环萜烷/C₃₀H	G/C₃₀H	20S/(20S+20R)C₃₁升藿烷	C₃₀M/C₃₀H	Ts/Tm	Ts/(Ts+Tm)
G27-70	3 132.1~3 169.6	0.09	0.25	0.57	0.12	0.97	0.49
G28-66H	3 272.0~3 288.6	0.10	0.27	0.56	0.12	1.06	0.51
G32-72L	2 710.0~3 146.9	0.08	0.25	0.56	0.13	0.95	0.49
G32-73	2 438.9~2 474.9	0.08	0.26	0.56	0.13	0.90	0.47
G36-62	2 273.1~2 312.0	0.09	0.26	0.56	0.13	0.81	0.45
G36-64	2 278.6~2 340.2	0.09	0.27	0.56	0.14	0.79	0.44
G962-17	2 109.9~2 138.9	0.05	0.17	0.55	0.14	0.32	0.24
JK39-37	2 472.1~2 480.1	0.08	0.18	0.55	0.16	0.29	0.22
JK41-23	2 177.1~2 239.4	0.10	0.18	0.55	0.15	0.29	0.23
F8-16	2 300.1~2 980.8	0.07	0.19	0.55	0.14	0.47	0.32
F22-9	2 312.1~2 936.3	0.07	0.20	0.56	0.14	0.58	0.37
F32-17	2 332.5~3 555.5	0.11	0.18	0.56	0.12	0.47	0.32
Z32	2 395.8~2 416.9	0.09	0.22	0.55	0.12	0.74	0.43
Z29-20	2 470.9~2 519.1	0.10	0.24	0.56	0.14	0.78	0.44
NK51-42	3 140.6~3 275.6	0.08	0.20	0.56	0.13	0.64	0.39
NK53-32	2 700.8~3 160.2	0.09	0.20	0.55	0.13	0.65	0.39
NK53-57	3 043.1~3 197.9	0.07	0.17	0.56	0.12	0.53	0.35
NK60-52	2 891.8~3 016.1	0.04	0.16	0.54	0.12	0.39	0.28
NK61-42	2 806.2~2 848.2	0.05	0.16	0.54	0.12	0.40	0.28

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施引文献

期刊类型引用(5)

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1. 地质概况
2. 样品与分析
3. 原油基本性质
3.1 原油物性特征
3.2 原油族组成特征
4. 原油母质来源及其形成环境
4.1 原油母质来源
4.2 母质形成环境
5. 原油成熟度
6. 结论

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渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段页岩层系原油地球化学特征

doi: 10.11781/sysydz202002263

作者简介:
李文奇(1994-), 男, 硕士研究生, 从事石油地质学研究。E-mail: 542493634@qq.com

通讯作者:
刘小平(1971-), 男, 博士, 副教授, 从事石油地质学教学与研究。E-mail: liuxiaoping@cup.edu.cn

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Geochemical characteristics of crude oils in the second member of Kongdian Formation shale system, Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

1. 地质概况

2. 样品与分析

3. 原油基本性质

3.1 原油物性特征

3.2 原油族组成特征

4. 原油母质来源及其形成环境

4.1 原油母质来源

4.2 母质形成环境

5. 原油成熟度

6. 结论

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目录

1. 地质概况

2. 样品与分析

3. 原油基本性质

3.1 原油物性特征

3.2 原油族组成特征

4. 原油母质来源及其形成环境

4.1 原油母质来源

4.2 母质形成环境

5. 原油成熟度

6. 结论

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渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段页岩层系原油地球化学特征

doi: 10.11781/sysydz202002263

作者简介: 李文奇(1994-), 男, 硕士研究生, 从事石油地质学研究。E-mail: 542493634@qq.com

通讯作者: 刘小平(1971-), 男, 博士, 副教授, 从事石油地质学教学与研究。E-mail: liuxiaoping@cup.edu.cn

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出版历程

Geochemical characteristics of crude oils in the second member of Kongdian Formation shale system, Cangdong Sag, Bohai Bay Basin

1. 地质概况

2. 样品与分析

3. 原油基本性质

3.1 原油物性特征

3.2 原油族组成特征

4. 原油母质来源及其形成环境

4.1 原油母质来源

4.2 母质形成环境

5. 原油成熟度

6. 结论

期刊类型引用(5)

其他类型引用(6)

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出版历程

目录

1. 地质概况

2. 样品与分析

3. 原油基本性质

3.1 原油物性特征

3.2 原油族组成特征

4. 原油母质来源及其形成环境

4.1 原油母质来源

4.2 母质形成环境

5. 原油成熟度

6. 结论

作者简介:
李文奇(1994-), 男, 硕士研究生, 从事石油地质学研究。E-mail: 542493634@qq.com

通讯作者:
刘小平(1971-), 男, 博士, 副教授, 从事石油地质学教学与研究。E-mail: liuxiaoping@cup.edu.cn