近年来，随着渤海油田勘探程度的不断提高，有利的大型构造圈闭越来越少，岩性油藏逐步成为增储上产的重要接替领域。渤海海域西南部明化镇组下段（简称明下段）发现了垦利10-2、垦利6-1等大型岩性油藏，储量均超过1.0×10⁸ t，揭示了渤海海域浅层有形成大型岩性油藏的巨大潜力，浅层岩性圈闭将成为渤海海域的主力勘探类型^[1-3]。徐长贵等^[1]分析了渤海油田浅层岩性油气藏的形成条件，总结了源-汇体系及其对渤海油田明下段岩性油气藏的控制作用。薛永安^[2]对渤海海域新近系的油气分布特征和富集规律进行了研究，提出了“汇聚脊”是新近系有利圈闭成藏的关键。周心怀等^[3]研究了环渤中地区油气成藏的主控因素和成藏模式，认为“脊-断-砂-带”是浅层油气富集的基础。王德英等^[4]建立了“汇聚脊-断层-圈闭（脊-断-圈）”三元控藏模式，并认为深层油气的汇聚能力是新近系油气富集的先决条件，丰富了渤海油田晚期成藏理论。以上研究均是针对渤中凹陷新近系油气富集控制模式、浅层砂体沉积特征、深层油气汇聚能力等进行的研究，对于油气的汇聚及运移过程尚缺乏定量化表征。渤中凹陷西南环带渤中A-2典型岩性油藏纵向油层少、单砂体面积大、测试产能高^[5-6]，且距烃源岩较远，亟需深化油源对比及原油运移研究，以确定原油汇聚方向。

根据渤中凹陷各套烃源岩的沉积环境和有机质来源的分布特征，提出一套区分不同烃源岩的地球化学指标，利用含油构造、油砂抽提物饱和烃和芳烃色谱-质谱及稳定碳同位素参数进行油源对比，明确不同油藏、不同层位的原油来源，并在此基础上，应用油藏油样甾烷异构化值、甲基菲热演化参数、二苯并噻吩系列分布值及QGF指数等参数，对渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏原油的运移路径进行示踪分析，明确原油有利成藏区，总结成藏模式，以期对渤中凹陷浅层的勘探开发起到一定辅助作用。

渤中凹陷西南环带位于渤中凹陷西南部，北部与沙垒田凸起接触，南部连接黄河口凹陷，西接埕北低凸起，东临渤南凸起。主要包括渤中A-6（潜山）、渤中H-2（潜山）、渤中G-1（潜山）、渤中D-2（潜山）、渤中D-3（潜山）、渤中B-1S（新近系）、渤中F-1（新近系）、渤中A-4（新近系）、渤中A-2（新近系）等大中型油气藏（图 1a）。其中，渤中A-2岩性油藏的原油主要发现于渤中凹陷西南环带明下段“枝蔓式”河道型砂体中，具有单层成藏的特征，整体为疏松的特高孔、特高渗储层^[7-9]（图 1b）。渤中凹陷西南环带经历了古近纪裂陷和新近纪裂后坳陷两大阶段，新生代沉积地层包括古近系东营组（E₃d）、沙河街组（Es）和新近系馆陶组（N₁g）、明化镇组（N₁m），油气生储形式主要为潜山“上生下储”和新近系源外“下生上储”，纵向上呈深浅油气藏叠置，构成了大型油气聚集带（图 1c）。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 渤中凹陷西南环带区域构造位置（a）、渤中A-2油藏分布特征（b）和新生界岩性地层综合柱状图（c）（据文献5修改） Fig. 1 Regional tectonic location of the southwest belt of Bozhong Sag (a), distribution of Bozhong A-2 reservoir (b) and stratigraphic column of Cenozoic (c)

渤中凹陷西南环带纵向发育沙河街组一段（沙一段）、沙河街组三段（沙三段）及东营组三段（东三段）等层段烃源岩。沙一段烃源岩总有机碳（TOC）质量分数为1.31%~3.54%，平均值为2.23%，生烃潜量（S₁+S₂）为1.48~18.43 mg/g，平均值为10.27 mg/g，烃源岩达到好—极好，镜质体反射率（R_o）为0.48%~1.26%，表明沙一段烃源岩热演化程度处于成熟阶段，且有机质丰度较高、生烃潜量较大，为Ⅱ₁型好—极好烃源岩。沙三段烃源岩TOC为0.80%~3.26%，平均值为2.29%，S₁+S₂为1.73~21.75 mg/g，平均值为9.92 mg/g，R_o为0.65%~1.36%，表明沙三段烃源岩为热演化程度较高的Ⅲ₂型好—极好烃源岩。东三段烃源岩TOC为0.45%~3.36%，平均值为1.84%；S₁+S₂为1.16~14.94 mg/g，平均值为7.71 mg/g，R_o为0.52%~1.04%，一般—优质烃源岩均有分布，表明东三段烃源岩为热演化程度相对较低、有机质丰度中等—较好、生烃潜量中等的Ⅱ₁—Ⅱ₂型烃源岩。

根据生物标志化合物萜烷系列、甾烷系列等参数可将研究区烃源岩分为3类^[10-13]（图 2、表 1）。Ⅰ类为东三段烃源岩，三环萜烷系列C₁₉TT—C₂₅TT的峰值呈近似下降趋势，C₁₉TT的峰值最大，C₂₁TT的峰值略大于C₂₃TT；C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷中C₂₉的响应值明显大于C₂₇，峰值呈“V”形分布；C₂₄四环萜烷/C₂₆三环萜烷的值为0.77~5.95，指示有机质来源以陆相高等植物输入为主。Ⅱ类为沙一段烃源岩，三环萜烷系列C₁₉TT—C₂₅TT的峰值呈先增后降的趋势，C₂₃TT的峰值最大，C₁₉TT和C₂₀TT的峰值均中等；C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷系列中C₂₇优势明显，峰值呈“L”形分布，指示有机质来源为低等水生生物。Ⅲ类为沙三段烃源岩，三环萜烷系列C₂₁TT和C₂₃TT的峰值均较大，C₂₁TT峰值接近C₂₃TT，C₁₉TT和C₂₀TT峰值均较小；C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷峰值呈近似对称“V”形，具C₂₇优势，指示有机质来源以水生生物为主，存在陆源有机质混合输入，沉积环境以半深湖—深湖相沉积为主。根据藿烷系列中Ts/Tm的值及γ蜡烷异常指数可看出3套烃源岩的明显差异。Ts/Tm的值可指示烃源岩成熟度，沙三段烃源岩Ts峰值远大于Tm峰值，表明沙三段烃源岩成熟度最大。沙一段烃源岩Ts/Tm的值小于东三段，这是由于东三段烃源岩厚度较大，沉积环境变化复杂，成熟度跨度较大；γ蜡烷异常指数是表征烃源岩沉积时期水体盐度、分层等信息的有利参数，沙一段烃源岩γ蜡烷异常指数为0.11~0.18，明显高于东三段和沙三段，表明沙一段沉积时期为还原—强还原咸水湖相沉积环境。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 渤中凹陷西南环带不同井各层段样品色谱质谱图 Fig. 2 Chromatography-mass spectrometry of samples from different wells in the southwest belt of Bozhong Sag

表 1(Table 1)

表 1 渤中凹陷西南环带各层段烃源岩地球化学参数 Table 1 Geochemical parameters of source rocks of each layer in the southwest belt of Bozhong Sag 层段 主峰碳数 奇偶优势指数 Pr/Ph C30莫烷/C30藿烷 γ蜡烷异常指数 4-甲基甾烷 C24四环萜烷/C26三环萜烷 C29ββ/(αα+ββ) 东三段 17~29 0.95~1.14 1.14~5.95 0.10~0.21 0.05~0.13 0.14~0.44 0.77~5.95 0.32~0.47 （23） （1.02） （3.06） （0.16） （0.08） （0.30） （2.67） （0.39） 沙一段 17~25 1.02~1.17 0.96~1.40 0.12~0.18 0.11~0.18 0.10~0.21 0.64~0.93 0.36~0.41 （21） （1.10） （1.28） （0.15） （0.13） （0.16） （0.74） （0.39） 沙三段 16~23 0.99~1.25 1.07~2.53 0.14~0.19 0.07~0.11 0.12~0.20 0.64~0.96 0.38~0.54 （19） （1.06） （1.49） （0.17） （0.09） （0.16） （0.86） （0.48） 注：括号内为平均值。

下载CSV 表 1 渤中凹陷西南环带各层段烃源岩地球化学参数 Table 1 Geochemical parameters of source rocks of each layer in the southwest belt of Bozhong Sag

通过分析渤中凹陷西南环带烃源岩甾萜烷系列的差异性，总结了不同层位生物标志化合物的组合特征（表 2），可作为区分各层段烃源岩的有效指标。

表 2(Table 2)

表 2 渤中凹陷西南环带不同层位烃源岩分类指标 Table 2 Classification indicators of source rocks of different layers in the southwest belt of Bozhong Sag 层位 三环萜烷 藿烷 甾烷 东三段 C19TT优势，C21TT峰值大于C23TT Ts丰度值较大 峰值呈“V”形，C29优势 沙一段 C23TT优势，C19TT和C20TT峰值略大 Ts丰度值接近Tm峰值，γ蜡烷丰度高 峰值呈“L”形，孕甾烷峰值和升孕甾烷峰值均较大 沙三段 C21TT或C23TT优势 Ts丰度值远大于Tm 峰值呈“V”形，C27优势，孕甾烷峰值、升孕甾烷峰值及重排甾烷峰值均较大、甾烷异构化程度大

下载CSV 表 2 渤中凹陷西南环带不同层位烃源岩分类指标 Table 2 Classification indicators of source rocks of different layers in the southwest belt of Bozhong Sag

渤中凹陷西南环带原油物性差异较大，轻质油、中质油及重质油均有分布，且原油的密度、含蜡量及酸值分布较广。靠近黄河口凹陷的油气藏（渤中D-3、渤中D-2）原油油质较重、密度和含蜡量均较大（图 3）。原油物性可反映原油的运聚、保存及破坏等信息，原油物性受埋藏深度控制，埋藏深度越大，原油黏度和密度越小。渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏原油埋藏深度跨度较大（1 320~1 980 m），原油密度（20 ℃）为0.924 4~0.986 5 g/cm³，平均值为0.943 5 g/cm³，原油黏度（50 ℃）为62.7~529.0 mPa·s，平均值为182.9 mPa·s，含硫质量分数为0.108%~0.251%，含蜡质量分数为3.43%~9.66%，酸值为1.04~2.55，整体表现为低含硫、低蜡—含蜡、高酸、重质原油的特征。研究区原油物性分布特征明显，沿东南井区—中部井区—西北井区黏度和密度均呈上升趋势，原油由接近正常油转变为稠油（表 3）。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 渤中凹陷西南环带各油藏原油物性 Fig. 3 Physical properties of crude oil of each reservoir in the southwest belt of Bozhong Sag

表 3(Table 3)

表 3 渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏原油物性 Table 3 Physical properties of crude oil of Bozhong A-2 reservoir in the southwest belt of Bozhong Sag 井名 位置 层位 深度/m 原油密度 （20 ℃）/（g·cm-3） 原油黏度 （50 ℃）/mPa·s 酸值 w（硫）/% w（蜡）/% w（沥青质）/% w（胶质）/% 渤中A-2-7 东南井区 明下段 1 717.0 0.934 4 109.00 1.34 0.186 9.66 3.21 15.11 渤中A-2-8d 明下段 1 942.0 0.927 6 93.48 1.25 0.182 6.79 5.12 13.55 渤中A-2-8d 明下段 1 947.1 0.942 8 169.80 6.90 4.39 15.27 渤中A-2-9 明下段 1 673.5 0.929 8 92.13 1.59 0.178 7.02 3.59 15.03 渤中A-2-9 明下段 1 704.0 0.922 1 62.70 1.38 0.108 8.21 3.16 13.30 渤中A-2-16 明下段 1 757.8 0.928 6 101.50 1.38 0.196 6.77 3.93 13.42 渤中A-2-16 明下段 1 811.0 0.924 4 69.78 1.04 0.186 6.31 3.60 13.50 渤中A-2-5d 中部井区 明下段 1 806.0 0.949 0 301.20 2.52 0.240 4.93 4.25 15.92 渤中A-2-6d 明下段 1 381.4~1 397.9 0.951 8 380.80 2.55 0.244 3.43 4.46 17.01 渤中A-2-6d 明下段 1 854.5~1 868.0 0.923 6 62.91 1.12 0.170 9.34 3.43 12.99 渤中A-2-4 西北井区 明下段 1 454.5 0.956 7 529.00 1.32 0.124 3.48 5.03 8.00 渤中A-2-4 明下段 1 663.0 0.977 1 408.00 1.27 5.21 4.39 10.22

下载CSV 表 3 渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏原油物性 Table 3 Physical properties of crude oil of Bozhong A-2 reservoir in the southwest belt of Bozhong Sag

原油饱和烃气相色谱特征可反映原油的成熟度、沉积环境及来源等信息^[14-16]。渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏东南井区、中部井区及西北井区原油色谱图上出现不同程度的基线“漂移”，形成鼓包，说明原油降解严重，“UCM”峰面积/饱和烃包络线面积的值显示原油生物降解级别为5—6级，正构烷烃、异构烷烃被不同程度降解，但甾萜类化合物保留较好。研究区各井区色谱图整体特征相似且具有双峰显示，反映出研究区原油具有相似的来源和明显的二次充注特征。东南井区（渤中A-2-8d井）色谱图双峰特征明显强于中部井区（渤中A-2-6d井）（图 4），表明东南井区原油充注能力强于中部井区。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 渤中凹陷西南环带A-2油藏原油气相色谱图 Fig. 4 Primary hydrocarbon chromatogram of Bozhong A-2 reservoir in the southwest belt of Bozhong Sag

有机质藿烷、甾烷系列化合物可客观反映原油来源、沉积环境及成熟度等信息^[17-20]。渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏明下段原油浅层与深层生物标志化合物具有一定的相似性：C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷的峰值呈“L”形分布，C₃₁—C₃₅升藿烷的峰值呈阶梯式下降趋势，4-甲基甾烷峰值较大，奇偶优势指数（OEP）平均为1.13，Pr/Ph值为0.35~1.35，平均值为0.85，由此推测A-2油藏明下段原油来源以水生生物为主（图 5），渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏明下段上部油组与下部油组具有一定的差异性，上部油组原油密度较大、C₁₉TT/C₂₃TT的值较小，下部油组与之相反。整体来看，渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏在平面上不同区带的原油地球化学特征差异较小，在纵向上不同深度的原油生物标志化合物差异性明显，推测渤中A-2油藏浅层和深层原油的来源不同，具有多源多期充注特征。因此，为进一步开展精细油源对比及原油运移分析，将渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏原油按浅层、深层或上、下油组分为Ⅰ类和Ⅱ类（图 6）。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 渤中凹陷西南环带A-2油藏原油样品色谱-质谱图 Fig. 5 Chromatography-mass spectrometry of samples from Bozhong A-2 reservoir in the southwest belt of Bozhong Sag

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 渤中凹陷西南环带渤中A-2油藏明下段原油C19TT/C23TT-深度交会图 Fig. 6 Cross plot of C19TT/C23TT and depth of the crude oil of the lower Minghuazhen Formation of A-2 reservoir in the southwest belt of Bozhong Sag

对比渤中凹陷西南环带东三段、沙一段、沙三段等层段烃源岩及渤中A-2油藏原油的地球化学特征，利用生物标志化合物特征分析，发现渤中A-2油藏原油的地球化学特征与沙一段烃源岩地球化学特征接近，甾烷系列峰值呈“L”形分布，孕甾烷、升孕甾烷、重排甾烷峰值均为中等，γ蜡烷峰值较大。

烃源岩或原油的碳同位素值受控于沉积环境和原油来源，受成熟度干扰小，是油源对比的有利指标。研究区东三段烃源岩干酪根δ¹³C值为-29.09‰~-25.50‰，平均值为-27.32‰；沙三段烃源岩干酪根δ¹³C值为-27.78‰~-25.24‰，平均值为-26.51‰；沙一段烃源岩干酪根δ¹³C值为-29.2‰~-26.10‰，平均值为-27.47‰。全油、全岩碳同位素对比可知，渤中A-2油藏原油δ¹³C值与沙一段烃源岩δ¹³C值相关性好，同时其Ⅰ类原油δ¹³C值与沙三段烃源岩δ¹³C值有交叉，推测渤中A-2油藏的原油主要来自沙一段烃源岩，但Ⅰ类原油也有沙三段的贡献（图 7）。菲系列化合物的演化主要受热力作用控制，其中甲基菲参数可有效指示成熟度。由图 8可见，渤中A-2油藏的Ⅰ类原油在甲基菲指数1（MPI1）和甲基菲指数2（MPI2）的中值—高值均有分布，与沙一段烃源岩和沙三段烃源岩在MPI1和MPI2分布区域有重叠，与同位素值分析结果一致。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 渤中凹陷西南环带各层段烃源岩与A-2油藏原油的碳同位素对比 Fig. 7 Comparison of carbon isotope between source rocks in the southwest belt of Bozhong Sag and crude oil of Bozhong A-2 reservoir

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 渤中凹陷西南环带各层段烃源岩及A-2油藏原油MPI2-MPI1交会图 Fig. 8 Cross plot of MPI2 and MPI1 of crude oil of Bozhong A-2 reservoir and source rocks in the southwest belt of Bozhong Sag

渤中A-2油藏西北部的渤中B-1S油藏原油C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷峰值呈“V”形（C₂₇略具优势），C₂₄（S+R）/C₂₆（S+R）的值相对中等，Ts的丰度值大于Tm，4-甲基甾烷的丰度值较大，指示渤中B-1S油藏原油来源于沙三段烃源岩（图 9a）。渤中A-2油藏东部的渤中G-1油藏原油C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷的峰值呈“V”形，C₂₄（S+R）/C₂₆（S+R）的值相对中等，Ts与Tm丰度比值大，4-甲基甾烷丰度值中等，γ蜡烷异常指数中等，指示渤中G-1油藏原油来源于沙一段和沙三段烃源岩（图 9b）。渤中A-2油藏西部的曹妃甸E-6油藏原油C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷峰值呈“L”形，4-甲基甾烷丰度值大，γ蜡烷异常指数中等，指示E-6油藏原油来源于沙三段烃源岩。渤中A-2油藏南部的A-4油藏原油C₂₇，C₂₈，C₂₉规则甾烷峰值呈“L”形，C₂₄（S+R）/C₂₆（S+R）的值较小，4-甲基甾烷丰度值中等，γ蜡烷异常指数较大，指示渤中A-2油藏原油来源为沙河街组烃源岩（图 9c）。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 渤中凹陷各油藏油水混样色谱-质谱图 Fig. 9 Chromatography-mass spectrometry of oil-water mixed samples from different reservoirs in Bozhong Sag

由图 10可见，渤中A-2油藏原油与其南部油藏原油生物标志化合物特征相似，且具有一定的相关性。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 渤中凹陷西南环带各油藏地球化学特征 Fig. 10 Geochemical characteristics of different reservoirs in the southwest belt of Bozhong Sag

烃源岩早期生成的原油成熟度较小，运移距离较远，后期生成的原油成熟度大，运移距离短，因此，成熟度的变化趋势可指示原油的运移方向。不同的化合物受围岩介质的影响不同，运移速度不同会引起分馏效应，随着运移距离增大，不同化合物占比会发生变化。原油运移时烃类物质会被吸附在碎屑岩表面或被捕捉形成流体包裹体，因此通过测试吸附在碎屑岩表面的烃类物质和包裹体的荧光强度（QGF）则可判断原油运移是否发生^[21-23]。随着成熟度增大，原油甾烷类化合物会由生物构型向地质构型转化（图 11a），成熟度越大，C₂₉ααS/（S+R）和C₂₉ββ/（αα+ββ）的值就越大。菲系列化合物中，1-甲基菲、9-甲基菲的含量随热演化进行均呈减小趋势（图 11b）。随运移进行芳烃化合物中二苯并噻吩系列易被围岩介质吸附，但1-甲基二苯并噻吩（1-MDBT）、1-二甲基二苯并噻吩（1-DMDBT）和4-二甲基二苯并噻吩（4-DMDBT）较为稳定，二苯并噻吩系列出现分异现象（图 11c）。QGF指数可反映烃类浓度，其降低的方向指示为原油运移的主流向，反映了原油运移的主路径（图 11d）。数据分析可知，渤中A-2油藏原油源于渤中凹陷西南环带沙河街组烃源岩，沿渤中A-4油藏经东南—西北侧向运移聚集成藏。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 渤中凹陷渤中A-2油藏明下段地质分层效应特征 Fig. 11 Geologic stratification effect of lower Minghuazhen Formation of Bozhong A-2 reservoir in Bozhong Sag

薛永安等^[5]通过生烃热模拟实验分析，认为渤中凹陷西南环带沙河街组在约25 Ma进入生油窗，原油主充注期为12.0~5.1 Ma。渤中凹陷西南环带深部潜山发育“汇聚脊”，新近纪—第四纪断裂活动强烈，深部潜山“汇聚脊”与浅层沟通，原油沿断裂沟通纵向输送至浅部地层。新近系构造运动期，渤中凹陷西南环带明下段在5.1 Ma快速完成沉积，结合烃源岩生烃作用，深部超压显著，原油运输动力大。深部早期形成的原油沿渤中A-4油藏馆陶组“Y”字断裂体系快速充注，形成了纵向多含油层系的典型断块油藏，同时断块油藏与渤中凹陷西南环带A-2油藏大片砂体沟通，原油分级、接力充注侧向运移，形成了大面积的渤中A-2岩性油藏（图 12）。

图 12

Fig. 12

下载原图 图 12 渤中凹陷西南环带渤中A-2岩性油藏成藏模式（据文献[5]修改） Fig. 12 Reservoir accumulation model of Bozhong A-2 lithologic reservoir in the southwest belt of Bozhong Sag

综上所述，浅层远源大规模成藏条件较为复杂，浅层非烃源岩无生烃能力，与烃源岩接触的渗透层需要形成原油汇聚低势区进而汇聚为深层原油，然后断裂提供原油输送路径，最后与断层沟通的大面积砂体或陡坡带提供原油储存空间才可大规模成藏。

（1）渤中凹陷西南环带主力烃源岩为东三段、沙一段和沙三段等层段烃源岩，东三段烃源岩是以陆源输入为主的淡水湖相烃源岩，具C₁₉TT优势，C₂₁TT峰值大于C₂₃TT，Ts丰度值较大。沙一段烃源岩为以低等水生生物输入为主的浅湖相烃源岩，具C₂₃TT优势，C₁₉TT和C₂₀TT峰值略大，Ts于Tm丰度值接近，γ蜡烷丰度值大，孕甾烷、升孕甾烷峰值均较大。沙三段烃源岩为半深湖—深湖相烃源岩，具C₂₁TT或C₂₃TT优势，Ts丰度值远大于Tm，孕甾烷、升孕甾烷及重排甾烷峰值大，甾烷异构化程度高。

（2）研究区渤中A-2油藏浅层原油以渤中凹陷沙一段烃源岩供烃为主，混有沙三段烃源岩贡献；渤中A-2油藏深部原油由渤中凹陷沙一段供烃。从平面来看，渤中A-2油藏东南井区原油充注能力强于中部井区。

（3）研究区深部沙河街组烃源岩原油生成后汇聚，经渤中A-4油藏馆陶组断层垂向输导至浅层明下段，通过横向连通的大片砂体侧向运移至渤中A-2区成藏，渤中A-2油藏内部原油以东南向西北横向充注为主。