引言

稠油为在原始油层温度下，脱气原油黏度大于50 mPa·s，密度大于0.943 g/cm³的原油，是在世界范围内广泛分布的一类非常规油气资源^[1-9]。一般而言，稠油可分为原生型和次生型两大类，而大部分稠油为次生型的生物降解油^[10-14]。针对生物降解作用对原油分子组成的影响，不同学者做了大量研究工作，并建立了评价原油生物降解程度的标尺^{[7, 15-16]}。稠油为青东凹陷分布较广的原油类型，近年来的勘探成果表明，凹陷边缘存在着密度大、黏度高的稠油，部分原油存在明显的生物降解现象。然而，对于稠油的成因机制、影响稠油分布的主要控制因素等并没有开展相关研究。针对这些问题，在稠油地球化学特征剖析的基础上，讨论了稠油的成因、分布规律及主要控制因素，以期为研究区的稠油勘探提供地球化学依据。

1 地质概况

青东凹陷位于济阳拗陷东部、郯庐断裂带西侧，为受区域拉张作用控制、走滑断裂影响的山间断陷湖盆，总体上受控于凹陷东界上的NNE向雁列状郯庐断裂与凹陷内部及南北边界上的近东西向断层的活动。其北界为南倾、走向呈NWW的垦东12南断层，南界为北倾的青东南断层，西南边界为向南西倾的断层，这些断层共同控制着盆地的次级构造单元与盆地结构，从而呈现“东断西超(剥）、南北双断”的构造特点(图 1)。

凹陷整体呈现“南高北低”的地势特征，目前已钻遇中生界，古近系孔店组、沙河街组，新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组。受喜马拉雅造山运动影响，除中北部深洼带仍残留部分沙二段外，其余部位均为馆陶组直接覆盖在沙三段之上，并形成多套不整合。古近系沙河街组主要的沉积相类型包括深湖一半深湖相、滨浅湖相、近岸水下扇、深水浊积扇等。青东凹陷边缘带的浅部储层中广泛分布稠油(如青东23井、青东17井、青东5井等），构成青东凹陷的重要资源类型。

本次在研究区共采集了沙河街组沙四上亚段和沙三下亚段原油/油砂样品28件，采样井分布见图 1，对所有样品完成相应前处理之后，进行饱和烃和芳烃GC-MS分析。

2 原油物理性质

青东凹陷不同层位、不同部位的原油物性存在很大差异，但也呈现规律性变化。远离生油中心的构造高部位主要分布稠油，靠近生油中心主要分布常规原油。青东凹陷生油中心主要位于北部洼陷的青东30井区和中央洼陷的青东12井区，靠近这两个生油中心的原油物性较好，密度0.828 2~0.875 6 g/cm³，黏度在4.92~29.80 mPa·s; 其次为青东5井区原油，密度0.920 7~0.960 7 g/cm³，黏度在112.80~3 217.00 mPa·s; 再次为位于青东凹陷边缘西部斜坡带的青东17井、青东23井原油，密度0.920 8~0.938 8 g/cm³, 黏度为51.00~69.00 mPa·s; 而远离主要生油洼陷、位于青东凹陷与青南洼陷过渡带构造高部位的青东11、青东4井区的原油物性最差，密度高达0.995 5 g/cm³，黏度高达28 312.00 mPa·s (表 1)。按照国内通用的稠油类型划分标准，可将青东凹陷稠油划分为3个亚类，即特稠油、Ⅰ-2和Ⅰ-1型普通稠油(表 1)。

3 稠油生物降解程度和低熟油的判识 3.1 通过族组分及黏度变化特征进行判断

青东凹陷原油族组分及黏度变化的特征分析认为(表 1，图 2)，随着深度的减小，黏度呈递增趋势，从66.00 mPa·s增加到12 588.00 mPa·s，相应地，族组分特征则表现为饱和烃、芳烃含量逐渐降低，非烃和沥青质含量增加，油质变重。由此可以推断，原油遭受了生物降解，且从深到浅，降解程度增强，而来自青东17井、青东23井沙四上亚段的原油族组分并不完全符合这一规律，推测其可能受混源影响^[17]。

3.2 通过生物标志物组成变化特征进行判断

由于原油中不同分子组成的化合物抗生物降解能力存在差异，生物降解作用导致原油中高分子量烃类显著增加。依据Peters等建立的原油生物降解程度判别标准^[18]，对青东凹陷不同区带、不同深度、不同层位稠油的降解等级进行判断，图 3反映了研究区几个代表性稠油样本中部分生物标志物气相色谱-质谱的谱图特征。

从图 3a、图 3b可以看出，青东5-1-斜12井和青东5-3-斜11井两个沙四段样品的谱图基线略微漂移，虽然有部分正构烷烃遭受生物降解而损失，但损失不明显，姥鲛烷、植烷等类异戊二烯烷烃基本未遭受损失，其生物降解程度为轻微(1~2级)；从图 3c、图 3d可以看出，青东23井和青东17井的两个原油样品总离子流图基线漂移，重排甾烷、4-甲基甾烷、孕甾烷和升孕甾烷相对浓度较青东5-1-斜12井和青东5-3-斜11井沙四段样品有所增加，且出现25-降藿烷，但正构烷烃和类异戊二烯烷烃分布完整，藿烷类化合物未遭受明显影响，推测其为生物降解油与正常油的混源；图 3e、图 3f反映了青东4井和青东11井两个沙三段原油样品部分生物标志物组成特征，总离子流图基线严重漂移，正构烷烃、姥鲛烷、植烷等类异戊二烯烷烃全部损失，甾类化合物损失较大，C₂₇~C₂₉规则甾烷大量损失，重排甾烷、4-甲基甾烷、孕甾烷和升孕甾烷相对浓度明显增大；藿烷类化合物也遭受一定程度的影响，C₃₀藿烷浓度明显降低，而25-降藿烷浓度明显增加，认为其降解程度为很严重(8级)。

原油族组分、黏度变化特征及生物标志物组成特征的综合分析表明，青东凹陷原油生物降解遵循这样的变化规律：随着生物降解程度的增加，原油黏度不断增大(混源油除外)；浅部比深度降解严重，南部(青东4)比北部(青东23)降解严重。青东5井区原油降解程度相对较轻。

3.3 原生稠油(低熟油)判断

原油物性和生物标志物特征综合分析表明，青东凹陷稠油中既存在由生物降解形成的稠油，也分布有生物降解作用并不明显的稠油，如分布在青东5井区的原油。生物降解作用不明显的原油主要为低熟油，这类原油存在较明显的奇偶优势，CIP、OEP一般大于1.2；C₂₉甾烷20S/(20S+20R)小于0.30，检测到丰富的脱羟基维生素E及羊毛甾烷(图 4)，且脱羟基维生素E中的两个异构体比值β/γ < 1，均代表了低热演化程度^{[16, 19-20]}。

从饱和烃色质分析总离子流谱图上可以看出，这些原油中正构烷烃分布完整，基线漂移不明显或未出现鼓包的现象，表明其与生物降解油之间存在明显的差别。生物降解油分布在青东-青南过渡带，这类油为成熟油；而西部斜坡带还分布有成熟油与低熟油混合形成的混源油^[21]，这类油也受到一定的生物降解作用，但生物标志物组成特征比较特殊，推测其为正常油与生物降解油的混源油。意味着研究区内稠油成因比较复杂，主要包括原生(低熟油)和次生(生物降解油)两种成因类型。

4 控制稠油形成与分布的主要因素 4.1 富氢显微组分和还原环境利于有机质早期生烃

青东凹陷的主力烃源岩为沙河街组沙三下亚段和沙四上亚段，而低熟油主要来自沙四上亚段烃源岩^[13]。该套烃源岩有机质类型主要为Ⅰ—Ⅰ₁型，有机碳含量平均值达1.5mg/g，生烃潜力平均值达5.39~mg/g。其有机显微组分以壳质组和腐泥组为主(图 5)，壳质组主要包括孢子体和壳屑体，腐泥组主要包括藻类体和矿物沥青质基质，这些富氢组分为低熟油形成的重要物质基础^[22-24]，而烃源岩沉积于强还原环境，极大地促进了早期转化^[25-26]，使有机质经过细菌活动、催化作用等，形成非烃和沥青质含量高、芳烃含量较高的重质油，这些成熟度低的重质油为青东5井区稠油的重要来源。

4.2 古地形和油层深度的控制

青东凹陷处于济阳拗陷和郯庐断裂带的结合部位，自下而上发育古近系孔店组、沙河街组和新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组。自东向西、自下而上，地层层层超覆。地层向西、向南剥蚀越严重，呈现向西、向南厚度减薄、埋藏变浅的特征，因此，原油在凹陷边缘南部、西部斜坡带遭受更为严重的降解。这些部位油层的埋藏深度均小于2 000 m，而该深度范围内油层温度均低于80 ℃，有利于生物降解作用的进行。研究区经历过复杂的构造运动，青东凹陷发育了中生界一孔店组、孔店组+沙四下亚段一沙四上亚段、沙一段一东营组、东营组一馆陶组4套不整合(图 6)，不整合面不仅是油气运移的通道，也是油田水运动的通道，不整合面附近的原油生物降解强烈，而远离不整合面的原油，生物降解程度明显减弱^{[9, 17]}。过渡带及斜坡带位于沙一段一东营组和东营组一馆陶组不整合面附近，原油容易遭受生物降解，形成稠油。

4.3 构造背景的控制

青东凹陷油气地质条件主要受渤海湾盆地区域构造演化和郯庐断裂带构造活动的控制，凹陷内部断层十分发育，平面上表现为一系列与边界断层直交、以NWW向为的主断层成对出现，剖面上多成典型的花状、负花状构造，构造分割性非常强，这种构造格局决定了凹陷内油水边界复杂多变，不同部位原油遭受生物降解程度有所差异。青东4井位于青东凹陷南部潜山构造带的高点位置，本区沙一段、沙二段、东营组由于广泛遭受剥蚀而缺失，越靠西、靠南，剥蚀越严重，馆陶组直接覆盖于沙三段之上，这为稠油遭受次生变化创造了有利条件；青东11井位于由一条近东西向的南掉断层与其北部一条近东西向南掉断层所夹持的断块部位。沙三上一沙二段较薄，沙一段一东营组大部分很薄甚至缺失，由于南北向发育两条大的断层，沙三下和沙四段没有起到侧向封堵作用。过渡带地层水矿化度低于青东5井区，说明地表水沿断层渗入，从而使原油遭受生物降解(图 6)。

5 结论

(1) 青东凹陷稠油包括低熟油和成熟的生物降解油，生物降解程度为2~8级。生物降解程度表现为下轻上重、北轻南重的特点。

(2) 低熟型稠油主要分布在凹陷西南部的青东5井区，生物降解型稠油主要分布在凹陷西部斜坡带及青东一青南过渡带，西部斜坡带分布有成熟油与低熟油混合形成的混源油，这类油还存在一定程度的生物降解，为一类比较特殊的稠油。

(3) 研究区稠油的形成与分布受有机质早期生烃、古地形、埋深及构造背景等因素综合影响。