1、第 卷第期 年月地 球 科 学 与 环 境 学 报 张剑锋，肖洪，李美俊，等 冀北辽西地区中新元古界古油藏的油气来源及成藏特征 地球科学与环境学报，（）：，（）：收稿日期：；修回日期：投稿网址：基金项目：国家自然科学基金项目（）；中国石油辽河油田分公司委托项目（）作者简介：张剑锋（），男，陕西宝鸡人，理学硕士研究生，：。通讯作者：肖洪（），男，湖南醴陵人，讲师，理学博士，博士后，：。：冀北辽西地区中新元古界古油藏的油气来源及成藏特征张剑锋，肖洪，李美俊，王延山，黄双泉，徐建斌，陈喜玲（中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 ；中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 ；中国石油辽
2、河油田分公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦 ）摘要：在全球诸多盆地发现的中新元古界原生油气苗和商业性油气聚集，展示了这些古老沉积地层具有良好的勘探潜力和前景。基于冀北辽西地区烃源岩与储层沥青中三环萜烷、四环萜烷、重排藿烷、（正烷基）三环萜烷和甾烷等分子标志化合物对比研究，明确了双洞背斜铁岭组和兴隆井雾迷山组沥青分别源自洪水庄组和高于庄组烃源岩；而韩井骆驼岭组上、下段储层沥青表现出不同的烃类来源，分别源自高于庄组和洪水庄组烃源岩。冀北辽西地区古老地层至少发生了期油气充注，对应类古油藏：第类古油藏源自高于庄组烃源岩，其成藏时间早，经历了长期深埋和次生改造，油藏的保存条件较差；第类古油藏为早期油藏破坏调
3、整而形成的次生油藏，其成藏规模受到了较大制约；第类古油藏源自洪水庄组烃源岩，成藏时间晚，遭受构造破坏弱，有相对较好的成藏和保存条件，是研究区古老油气勘探的潜在目标。关键词：古油藏；油源对比；中新元古界；烃源岩；分子标志化合物；洪水庄组；冀北辽西地区中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，；，）：，（），；，（），；，；（），：；引言 世纪 年代之前，中新元古代盆地一直被认为不具备良好的油气勘探前景，其原因主要有点：其一是地球早期生物有机质不足，无法生成大量油气；其二是中新元古界地层古老，经历广泛深埋，油气不可避免地遭受热降解而无法保存至今；其三是储层或圈闭经历了多期次的构造运动，古油藏
4、极易被破坏而发生油气逸散。随着全球油气勘探的不断深入，在全球诸多盆地逐渐发现中新元古界富有机质烃源岩层、中新元古界原生油气苗和商业聚集的原生油气藏，实现了古老油气资源勘探的重大突破。中国华北燕辽裂陷带广泛发育中新元古界沉积地层，是中国最古老的碳酸盐岩夹碎屑岩沉积岩系，尤其以著名的天津蓟县剖面为代表，为一个最完整的、最 连 续 的、最 典 型 的 中新 元 古 界 地 层 剖面。世纪 年代末，中国石油地质学家们开始了燕辽裂陷带的油气地质勘探，至今在华北克拉通燕辽裂陷带内勘查油苗点 余处。年，在辽西坳陷牛营子地区牛 井钻遇的高于庄组碳酸盐岩储层中，首次发现了中元古界原生原油，并采用分子标志化合物和
5、碳同位素对比分析，明确了其源自中元古界洪水庄组富有机质页岩 。年，等也报导了辽西坳陷韩井新元古界原生原油，并综合包裹体显微观察、分子标志化合物、碳同位素、热流史以及 盆地模拟等方法，系统剖析了辽西坳陷热流演化史、高于庄组和洪水庄组烃源岩的生烃演化史、古油藏的油气来源以及油气成藏特征 。由此可见，中国冀北辽西地区中新元古界原生烃类仍处于石油“液态窗”内，是值得高度关注的主要接替勘探领域，。基于此，本文分析了冀北辽西地区双洞背斜古油藏、兴隆井雾迷山组古油藏和韩井骆驼岭组古油藏的储层样品，基于研究区烃源岩的生烃演化过程和分子标志化合物的油源对比分析，明确了类古油藏的油气来源；基于研究区类古油藏的成藏
6、演化过程，分析了不同类型古油藏的保存条件和潜在成藏组合，提出了研究区古老油气勘探的主要目标，以期对古老油气勘探和目标优选提供参考。区域地质背景燕辽裂陷带位于华北克拉通北部，是华北克拉通上的活动构造单元，整体呈向展布，是中国最古老的含油气构造带。整个燕辽裂陷带可划分为个次级构造单元，形成“五坳两隆”的区域构造特征。其中，“两隆”为密怀和山海关隆起，“五坳”包括南部的京西和冀东坳陷、西部的宣龙坳陷以及东北部的冀北和辽西坳陷。冀北和辽西坳陷是本次研究的主要区域，从冀北坳陷延伸到辽西坳陷，总体上构造线方向由近 向转为 向 图（）。研究区发育两组主要断裂，与构造走向第期张剑锋，等：冀北辽西地区中新元古界
7、古油藏的油气来源及成藏特征为凌源叨尔登冲褶带；为喀左四官营逆冲推覆带；为朝阳建昌逆冲推覆带；为金羊复向斜；为北票向斜；为卸甲营向斜；为平泉背斜带；为党坝向斜带郭杖子单斜带图冀北辽西地区中新元古界构造单元划分和地层划分 一致，且两组断裂共同控制了不同三级构造单元的展布 图（）。燕辽裂陷带广泛发育中新元古界，稳定发育一套巨厚的海相碳酸盐岩地层夹部分碎屑岩地层，是中 国 最 古 老 的 沉 积 地 层，其 总 厚 度 近 ，。这套未变质的古老沉积地层在研究区分布广泛，野外出露良好，地层由老至新分为个系 个层组 图（）。个系分别为长城系、蓟县系、金州系、待建系和青白口系。其中，长城系可划分为常州沟组、
8、串岭沟组、团山子组和大红峪组；蓟县系包括高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组和铁岭组；蓟县系之上暂时定为金州系，目前仅含下马岭组；金州系之上为待建系（）；青白口系包括骆驼岭组和景儿峪组，时代为 图（）。样品采集与实验方法本文采集了冀北辽西地区冀浅井和冀浅井的洪水庄组和高于庄组烃源岩岩芯样品各件，以及双洞剖面铁岭组（件）、兴隆井雾迷山组（件）和韩井骆驼岭组（件）储层样品，取样井位置和剖面位置如图（）所示。将采集的烃源岩岩芯和储层样品先放入大烧杯中，用蒸馏水清洗多次，去除岩石表面可能存在的污染物。将清洗后的样品放置在锡箔纸上，采用烘箱低温烘干水分。将烘干后的样品进行粉碎，使用二氯甲烷进行索氏抽提，
9、之后对抽提物进行族组分分离，详细的族组分分离实验步骤详见文献 。分离浓缩后，将饱和烃组分转至色谱瓶，采用气相色谱质谱联用仪器进行饱和烃分子标志化合物分析，仪器型号为 ，详细的实验分析步骤详见文献 。结果分析与讨论 油苗特征在平面上，油苗几乎全部出露于负向构造单元，集中分布在冀北和辽西坳陷，在密怀和山海关隆起等二级正向构造单元内未曾发现油苗点。在垂向上，油苗主要分布在雾迷山组、铁岭组和下马岭组，且集中在储层顶部。依据油苗的物理性质，可将研究区的油苗划分为种主要类型，分别为固体沥青、稠油和液态油苗。固体沥青和稠油油苗分布较广，野外露头中多见，主要是古油藏遭受后期改造后的残留物。液态油苗一般见于钻井
10、岩芯中，其具有较好的保存条件，不易遭受后期次生作用的影响，野外露 头也 可 在 封 闭 性较好的 孤 立 缝 洞 中 保 存地球科学与环境学报 年少量。双洞古油藏位于河北省平泉县东南部的双洞子村双洞背斜构造带。铁岭组岩石表面粘满大量黑色固体沥青，质地较软，多为可溶性沥青，不污手或稍污手，多分布在核部裂缝中，是早期油藏破坏向上逸散，被氧化蚀变后留下的痕迹 图（）。此外，在铁岭组灰岩的微裂缝和孔洞中可见稠油分布 图（），主要呈黑色和黑褐色的黏稠状，流动性差，难以自然渗透至岩石表面。镜下观察发现，岩石广泛发育被方解石充填的微裂缝 图（），且方解石脉中富含发橙黄色荧光的烃类包裹体 图（）。辽西坳陷兴隆
11、井揭示雾迷山组厚约 ，具有良好的油气显示。岩芯裂缝发育且含有大量固体沥青 图（）、（），可能为古油藏受后期构造作用破坏，油气发生逸散且液态油逐渐氧化蚀变所形成，或为古油藏遭受高温热裂解作用而发生歧化反应所形成。镜下观察可见两期裂缝：第一期裂缝较细，未被矿物充填，在裂缝及其周缘可见大量黑色有机质 图（）、（）；第二期裂缝相对较宽，无明显有机质充填，主要被碳酸盐矿物充填，明显错开或改造第一期裂缝 图（）、（）。辽西坳陷韩井新元古界青白口系骆驼岭组储层中 油 气 显 示 良 好。其 中，骆 驼 岭 组 上 段 储 层（深度段）为荧光显示 图（），镜下观察发现孔隙中为大量固体沥青充填 图（）；而下段储
12、层（深度段）在取自地表搁置一段时间后，有液态油苗渗出，浸湿岩石表面，经有机溶剂（二氯甲烷）浸泡后显示为黄色 图（），且孔隙中含大量发橙黄色荧光的液态烃 图（）。图中新元古界储层露头和岩芯样品照片 油源特征 烃源岩有机地球化学特征燕辽裂陷带中新元古界发育套潜在烃源岩，分别为下马岭组黑色页岩、洪水庄组黑色泥页岩和高于庄组黑色泥质白云岩，。受沉积中心和抬升剥蚀作用的影响，下马岭组仅在宣隆坳陷具有良好的生烃潜力，在冀北辽西地区的分布厚度和分布范围有限，且遭受岩浆烘烤作用而过早失去生烃能力，并非有效的烃源岩，。因此，冀北和辽西坳陷的有效烃源岩为洪水庄组黑色泥页岩和高于庄组黑色泥质白云岩。孙枢等对研究区冀
13、浅井高于庄组和冀浅井洪水庄组烃源岩进行了系统的有机地球化学分析。结果表明：冀浅井高于庄组 有 效 烃 源 岩 厚 度 累 计 达 ，总 有 机 碳（）为 （平均值为 ），实测等效镜质体反射率（）为 （平均值为 ），烃源岩处于过成熟阶段；而冀浅井洪水庄组有效烃源岩厚度累计达 ，有机质丰度第期张剑锋，等：冀北辽西地区中新元古界古油藏的油气来源及成藏特征图中新元古界储层显微镜下特征 高，总有机碳为 （平均值为 ），实测等效镜质体反射率为 （平均值为 ），烃源岩处于生烃高峰阶段。对两套烃源岩中分子标志化合物的研究可知：洪水庄组具有较高丰度的短链三环萜烷（）、四环萜烷（）和重排藿烷，完整分布的 （正烷基
14、）三环萜烷系列，且无明显的甾烷系列化合物等分子标志化合物；高于庄组往往表现为低丰度的重排藿烷，无 （正烷基）三环萜烷系列，且可检测到较低丰度的甾烷系列化合物等（图），。依据分子标志化合物的对比研究，可有效判识研究区双洞背斜古油藏、兴隆井雾迷山组古油藏 和韩 井骆 驼 岭 组 古 油 藏 的 烃 类来源。双洞背斜古油藏特征从图可知：双洞背斜古油藏沥青中 （正烷基）三环萜烷系列分布完整，以 为主峰，随碳数增加相对丰度依次降低；规则三环萜烷（）表现出 和 同系物的丰度优势，四环萜烷（）的相对丰度也远远高于 ，且具有较高丰度的 （）重排藿烷（）。由于沥青长期暴露地表，遭受生物降解和氧化作用等，可检测到
15、高含量的 降藿烷（）图（）。在质荷比（）为 的质量色谱图中，除了部分未知的化合物峰外，无明显分布的 重 排 甾烷和 规则甾烷系 列 图（）。对比可知，双洞剖面铁岭组沥青中分子标志化合物组成与洪水庄组烃源岩一致。兴隆井雾迷山组古油藏特征为了明确兴隆井雾迷山组古油藏的油气来源，系统分析了其分子标志化合物组合。结果表明：烃类主要源自高于庄组烃源岩。雾迷山组沥青中含低丰度且不完整的 （正烷基）三环萜烷系列，可能代表了少量源自洪水庄组烃源岩的油气混合 图（）。在 质量色谱图中，三环萜烷表现为以 为主峰，无低碳数三环萜烷的丰度优势，也无 相对 的丰度优势，且几乎不含 （）重排藿烷 图（）。此外，虽然 重排
16、甾烷和 规则甾烷系列丰度不高，但分布清晰且完整 图（）。韩井骆驼岭组古油藏特征根据韩井骆驼岭组储层中沥青显微特征可知，上、下段储层具有不同的油气成藏特征。上段砂岩储层沥青中分子标志化合物表现为未检测到完整分布的 （正烷基）三环萜烷系列 图（），（）重排藿烷分布不明显 图（），三环萜烷表现为以 为主峰，无低碳数三环萜烷的丰度优势 图（），以及低丰度但完整分布的地球科学与环境学报 年图冀浅井洪水庄组和冀浅井高于庄组烃源岩中分子标志化合物分布特征 规则甾烷 图（），与高于庄组烃源岩特征一致。低丰度甾烷可能指示了少量真核生物的贡献，与 等在华北克拉通高于庄组中发现的分米级别底栖多细胞光合真核生物化石 一致。下段砂岩储层沥青中检测到完整分布的 （正烷基）三环萜烷系列 图（），高丰度的 （）重排藿烷，且以 （）重排藿烷（）为主峰，其丰度明显高于常规藿烷 图（）、和 的优势 图（），以及无甾烷系列化合物 图（）。基于前人对研究区埋藏史和烃源岩生烃史的研究，结合沥青与烃源岩中分子标志化合物的对比，明确了韩井骆驼岭组上部储层沥青为高于庄组烃源岩的早期供烃，而下部储层沥青属于洪水庄组烃源岩的晚期供烃。油气
