第五章 第三节 原油族群划分

第三节原油族群划分
一、原油族群划分及其意义
油藏内的石油具有继承相似性的特征，即来源于同一油源的原油其基本组成特征是相似的，只要成藏石油在运移聚集过程中具有相同的地质条件，这种相似性可以保存下来。

而来源于不同油源的石油在组成上存在差异，这种差异也可以在油藏内保留下来，因此烃源岩条件是决定原油组成特征的重要因素，人们常以此作为油气源分析与对比的主要依据。

这种认识在大多数情况下都是正确的，但是，除烃源岩因素之外还有许多其它原因也可能导致油藏内流体组成存在非均质性现象。

运聚成藏过程和成藏后所经历的地球化学变化也是造成油气组成发生变化的重要原因，在某些情况下比烃源岩条件的影响更大。

根据油源条件或油气运聚成藏过程中的地球化学变化而造成的组成的差别，可将石油划分为若干个族群与组群。

石油的族群是指具有一套明确的油源岩，其地球化学特征与其它油源的石油具有明显差别的一组石油，也就是说同一族群的石油必须来源于同一套烃源岩层，但不必具有相同的成熟度、运聚和保存条件。

同一族群的原油在二次运移过程及聚集成藏后，由于油藏温度、压力、孔隙水特征的变化或后期原油及天然气的注入，将发生一系列地球化学变化，导致其组成特征可能存在明显的差异。

通常把具有相同油源条件，并且具有相同或相近的地球化学特征的一组石油划为一个石油的组群。

同一族群的石油可能为一个组群，也可能为若干个组群。

导致原油组成差异的原因十分复杂，在原油组群划分对比时必须充分考虑多种地质与地球化学因素。

并在对原油组成特征精细剖析的基础上，根据原油地球化学的差异性划分原油的类型，分析不同类型原油组成差异的成因及控制因素，明确原油组成的差异是生源条件的差异造成，还是成藏过程或成藏后的地球化学变化造成的。

如果所研究的一组原油的生源条件相同，且组成特征没有明显的差别，则可划分为同一族群，如果组成特征不同，表明为同一族群而不同组群的原油，如果生源条件不同则为不同族群的原油。

原油中甾、萜烷系列化合物和部分其它化学组成特征可以反映原油的有机质母源输入条件、沉积环境和热演化程度等。

影响原油中甾烷、三萜烷系列化合物分布特征的关键因素为生源条件和成熟度等，并且生物标志物在原油中的分布是相对稳定的，轻度到中等程度的生物降解作用对其没有明显的影响，运移效应对大部分生物标志物参数也没有明显的影响。

因此，生物标志物参数是划分对比原油族群的最理想的参数，可以根据其指纹特征的差异对原油进行族群划分对比。

但在根据生物标志物参数划分原油族群时必须考虑到生物标志物组合特征除了受生源影响外，还受到其它诸多因素的影响，不同的异构化参数所反映的地球化学问题存在差别，对于未受生物降解作用的原油而言，Pr/Ph（受成熟度影响）、β-胡萝卜烷分布特征、ααα20R-甾烷C27/C29、ααα20R-甾烷C28/C29、孕甾烷（升孕甾烷）分布特征、甲基甾烷和甲藻甾烷分布特征、三萜烷色谱指纹、升藿烷指数、伽马蜡烷指数、三环二萜烷和四环萜烷、三芴系列化合物组成、稳定碳同位素组成特征等主要反映原油的生源母质和沉积环
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境；而OPE、αααC29甾烷20S/（20S+20R）、C31藿烷22S/（22S+22R）、C30莫烷/藿烷、C29甾烷ββ/（αα+ββ）、MPI、TA/(MA+TA)等参数主要反映原油的成熟度；而有些参数既受母岩性质的影响，又受成熟度的影响，如CPI、Pr/nC17、Ph/nC18、重排甾烷／规则甾烷、Ts/(Ts+Tm)等；C29甾烷ββ/（αα+ββ）受成熟度与运移作用的影响；含氮化合物组成特征主要受运移作用的影响，母岩与成熟度对其也有一定的影响；此外生物标志物参数还受到生物降解作用的影响，如25-降藿烷的分布特征可以反映原油生物降解作用的强度。

因此，生物标志物参数之间的正相关性不一定是样品相关性的必要条件，而负相关性也未必是样品之间缺乏相关性的有力证据。

上述分析表明，在原油族群划分与对比时必须考虑以下几种情况：（1）有些参数明显受控于烃源岩母质和沉积环境，受其它因素影响较小，这些参数仍不失为良好的油源对比的参数。

对生源相同而成熟度存在差异的原油，反映沉积环境和生烃母质的标志化合物是判断两组或多组原油是否来源于同一生源的良好标志；（2）对生物降解原油，必须首先根据多项原油组成和生物标志物参数综合分析原油的降解程度，再根据不同生物降解程度的原油选择不同的生物标志物分析原油的生源条件。

如对于轻微降解的原油，正构烷烃会受到不同程度的改造，但类异戊间二烯烷烃、甾、萜类生物标志物基本上未受影响，因此可用于原油生源分析；严重降解的原油，类异戊间二烯烷烃和甾类化合物也可能受到了不同程度的影响，不能客观地反映原油的生源条件，而藿烷、重排甾烷和芳香甾烷没受影响，可作为生源分析的依据；（3）对粘土矿物吸附作用比较敏感的化合物（如极性化合物）及其相关的参数，在原油族群划分时必须充分考虑运移效应及油藏内粘土矿物作用的影响；（4）对于两期乃至多期混合的原油，在使用原油组成、生物标志物和稳定同位素资料时，必须结合其它地质资料进行综合分析；（5）对于存在多套成熟度差别较大的烃源岩，且储层与烃源岩互层的含油层系，还必须注意浅层烃源岩对来自深部成熟度较高的原油的浸析作用。

总之，成藏石油的地球化学特征除了受到源岩控制外，还受到多种其它因素的影响，这些因素主要有生物降解和水洗作用、流体岩石相互作用及地色层作用、油气运移过程中的相控分馏作用、热蚀变作用、不同期次充注的原油的混合作用、浸析作用和热化学硫酸盐还原作用等。

成藏过程中的各种地球化学因素对原油族组成、不同系列化合物的相对含量、结构特征及同位素组成等都有影响，在不同条件下其影响程度不同。

因此，必须充分考虑各种地质／地球化学因素的影响，在原油族群划分对比的基础上，开展油气源分析、油源对比研究。

二、原油类型划分及不同类型原油的生物标志物组合特征
(一)根据生物标志物参数分布特征划分原油类型
研究区原油生物降解作用不明显，但存在多套潜在的烃源岩，它们在生源、沉积环境、成熟度、油气运移等方面均存在差别，成藏原油的地球化学特征主要受生源母质、沉积环境、成熟度和运移作用的控制。

在原油族群划分时分别选择了反映生源与沉积环境的参数，如Pr/Ph（受成熟度影响）、204
β-胡萝卜烷分布特征、ααα20R甾烷C27/C29、ααα20R甾烷C28/C29、孕甾烷（升孕甾烷）分布特征、升藿烷指数、伽马蜡烷指数、三环二萜烷和四环萜烷相对含量、三芴系列化合物组
成等；成熟度的参数，如OPE、C31藿烷22S/（22S+22R）、αααC29甾烷20S/（20S+20R）、C29甾烷ββ/（αα+ββ）、C30莫烷/藿烷、MPI1、MPI2等；既受母岩性质的影响，又受成熟度影响的参数，如CPI、Pr/nC17、Ph/nC18、重排甾烷／规则甾烷、Ts/(Ts+Tm) 、稳定碳同位素组成特征等；主要受运移作用影响的参数，如含氮化合物参数等；受成熟度与运移作用影响的参数，如C29甾烷ββ/（αα+ββ）等。

根据生物标志物参数的分布特征可将原油（油砂抽提物）划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四类（图5-3-1）。

Ⅰ类原油（油砂抽提物）伽马蜡烷／藿烷、规则甾烷／藿烷、ααα20R甾烷C28/C29、升藿烷指数、C29甾烷ββ/（αα+ββ）、Ph/nC18均较高，Pr/Ph较低（图5-3-1）。

Ⅲ类原油（油砂抽提物）伽马蜡烷／藿烷、规则甾烷／藿烷、ααα20R甾烷C28/C29、C29甾烷ββ/（αα+ββ）、Ph/nC18均较低，Pr/Ph较高，升藿烷指数中等。

Ⅱ类原油生物标志物参数分布特征介于I类与Ⅲ类之间。

Ⅳ类原油除了Pr/Ph较高外，其它特征与Ⅱ类相似（这类原油饱和烃的总离子
流图中碳数分布为双峰态）。

各类烃源岩的地球化学参数分布特征见表5-3-1。

（二）不同类型原油饱和烃生物标志物组合特征(及类型细分)
原油中饱和烃组成十分复杂，主要包括正构烷烃、类异戊间二烯烷烃、支链烷烃及各类甾萜化合物。

根据油砂抽提物中正构烷烃、姥鲛烷、植烷、β-胡萝卜烷和甾萜化合物的分布特征把Ⅰ类原油对应划成AⅠ（油砂抽提物），Ⅱ类原油进一步划分为AⅡ、AⅢ、BI-2（油砂抽提物）和DⅠ（原油）四类，Ⅲ类原油进一步划分为BⅡ（抽提物）和DⅡ（原油）两类，Ⅳ类原油对应划为划分BI-1（抽提物）（表5-3-2、表5-3-3）。

AI类原油的特征为：正构烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈正态型，奇偶优势不明显，植烷(Ph)含量很高，Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量很高；三环萜烷含量较高，C20、C21、C23三环萜烷主要呈上升型分布，有个别呈下降型分布，伽马蜡烷含量很高，Ts含量很低，且明显低于Tm；C3122S升藿烷含量高于C3122R升藿烷含量；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，ααα20RC27、C29甾烷含量接近（图5-3-2）。

这类原油分布很广，在祝庄（E2s1、E1f1）、红庄（E1f3、E2d1）、淤溪（E1t）、台南（E2s1）、腰滩（E1f2）等油田的不同层位（E1f3、E2s1、E2d1、E1t、E1f1、E1f2）均有分布。

AⅡ类原油的特征：正构烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈正态型，奇偶优势不明显，Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量较高；三环萜烷含量较高，C20、C21、C23三环萜烷呈上升型分布，伽马蜡烷含量中等，Ts含量低于Tm；C3122S升藿烷含量高于C3122R升藿烷含量；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈V型分布，ααα20R C29甾烷含量高于ααα20R C27甾烷（图5-3-3）。

这类原油的分布也较广，在陶思庄（E2s1、E2d1）、戴南北（E1f3）、祝庄（E1f3）、草舍（E2s1、E1t1、E1f1）、洲城（E2s1）、储家楼（E2d1）、角墩子（E2s1、E2d1）、红庄（E2s1）、金南（E1f2）等油田的E1f3、E2s1、E2d1、E1t1、E1f1、E1f2等层段均有分布。

根据Ts/Tm、ααα20R C29甾烷C27/C29的差异划分为两类。

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表5-3-1 不同类型原油生标参数分布特征
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表5-3-1 不同类型原油生标参数分布特征(续)
注“——”：未检测。

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图5-3-1 原油(抽提物)生物标志物参数分布特征及类型划分
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表5-3-2 油砂抽提物生物标志物特征
AⅢ类原油的特征：正构烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈单峰态后峰型分布, Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量很高；三环萜烷含量很低，Ts与Tm含量接近，伽马蜡烷含量中等，C3122S升藿烷含量高于C3122R升藿烷含量；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，C29规则甾烷含量＞C27规则甾烷含量（图5-3-4）。

分布在红庄油田E2d1（苏203井）和E1f3（苏245井）。

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表5-3-3 不同类型原油分布特征
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图5-3-2 AⅠ类原油部分生物标志物谱图分布特征
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图5-3-3 A Ⅱ类原油部分生物标志物谱图特征
图5-3-4 A Ⅲ类原油部分生物标志物谱图特征
BⅠ类原油β-胡萝卜烷含量很低、伽马蜡烷含量中等－较高，根据正构烷烃碳数分布特征可进一步划分为两类（BI-1、BI-2）。

BI-1类原油的特征：正构烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈双峰态前峰型，奇偶优势不明显，Ph含量较高，Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量很低；三环萜烷含量较高－很高，C20、C21、C23三环萜烷呈上升型或山峰型分布，伽马蜡烷含量中等－较高，Ts含量低于Tm或Ts含量与Tm接近；C3122S升藿烷含量高于C3122R升藿烷含量；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，ααα20R C27、C29甾烷含量接近（图5-3-5）。

主要分布在草舍油田（E2s1）、边城（E1f3）、淤溪（E1f3）、腰滩（Ed1）等油田的E1f3、E2d1层段和茅山-刘唐构造带（E1f3、E1t）的E1f3、E2s1、E1t等层段。

BI-2类原油的特征：正构烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈正态型，奇偶优势不明显，Ph含量较高，Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量不高；三环萜烷较低，伽马蜡烷含量中等—较高，Ts含量低于Tm；C3122S升藿烷含量与C3122R升藿烷含量接近；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，ααα20RC27甾烷含量高于ααα20RC29甾烷的（图5-3-6）。

主要分布在殷庄（Et）、金南（Ed1）等油田的E2d1、E1t1层段。

BⅡ类原油正构烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈正态型，奇偶优势不明显，Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量很低；含三环萜烷，C20、C21、C23三环萜烷呈山峰型分布，伽马蜡烷含量不高，Ts含量与Tm接近；C3122S升藿烷含量高于C3122R升藿烷含量；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，ααα20RC29甾烷含量高于ααα20RC27甾烷。

主要分布在台南、红庄油田的E1f3层段（图5-3-7）。

DI类原油的特征为：正烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈单峰态前峰型，Ph相对含量较高，Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量较低－中等；C20、C21、C23三环萜烷呈上升型分布，伽马蜡烷含量中等－较高，Ts含量低于Tm；C3122S升藿烷含量与C3122R升藿烷含量接近；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，ααα20R甾烷C27小于C29。

主要分布在祝庄、茅山油田的E1f3段、陶思庄和储家楼油田的Ed1段及洲城油田的Es1段（图5-3-8）。

DII类原油的特征为：正烷烃碳数分布谱图（总离子流图）呈单峰态前峰型，Ph相对含量较低，Ph含量＞Pr含量；β-胡萝卜烷含量较低；C20、C21、C23三环萜烷呈上升型分布，伽马蜡烷含量较低，Ts含量低于Tm；C3122S升藿烷含量与C3122R升藿烷含量接近；ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“V”型分布，ααα20R甾烷C27小于C29。

主要分布在边城、台南油田的E1f3段、草舍油田的Ed1段等（图5-3-9）。

上述分析表明Ⅰ类(AⅠ类)原油主要分布在淤溪油田(E1t)、祝庄油田(E2s1、E1f1)、红庄油田（E1f3、E2d）、台南油田（E2s1）和腰滩油田（E1f2）；Ⅱ类(包括AⅡ、AⅢ、BⅠ-2、D Ⅰ)原油分布最广，AⅡ类主要分布在祝庄油田和戴南北油田阜三段（E1f3），储家楼油田、角墩子油田和陶思庄油田的戴一段（E2d1），角墩子油田、洲城油田、陶思庄油田和红庄油田的垛一段（E2s1），草舍油田的E1t1和E1f1，金南地区的E1f2；AⅢ类分布在红庄油田的E2d1；
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图5-3-5 BI-1类原油部分生物标志物谱图特征
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g h 图5-3-6 BI-2类原油部分生物标志物谱图特征
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c d 图5-3-7 BⅡ类原油部分生物标志物谱图特征
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图5-3-8 DI 类原油部分生物标志物谱图特征
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k l 图5-3-9 DⅡ类原油部分生物标志物谱图特征
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B Ⅰ-2类分布在殷庄油田E 1t 1和金南地区的E 2d 1；D1类原油主要分布在茅山、洲城、祝庄、 北汉庄等。

Ⅲ类（包括B Ⅱ和D Ⅱ）原油主要分布在红庄和台南的E 1f 3段，其中B Ⅱ类分布在红庄油田和台南油田的E 1f 3；DII 类原油分布在边城、草舍、陶思庄、殷庄等油田。

Ⅳ类（B Ⅰ-1类）原油主要分布在茅山—刘唐168、177井区E 1t 1、E 1f 3，淤溪、边城油田E 1f 3，腰滩地区的E 2d 1和草舍油田的E 2s 1。

不同类型原油和油砂抽提物的分布特征见表5-3-4。

表5-3-4 不同类型油砂抽提物的分布特征
具有不同类型的抽提物的储层抽提物的含量差别很大，A Ⅲ、BI-1类储层抽提物含量很低（图5-3-10），油田测试资料表明，这些层位没有形成工业性油层。

氯仿沥青“A ”含量，％
图5-3-10 不同类型储层中抽提物含量分布特征
三、原油饱和烃地球化学参数主因子分析
原油的地球化学特征受到多种因素的影响，这些因素在一定程度上可以在某些化合物的
地球化学特征或组合关系上反映出来，因此通常可以依据一些生物标志物来反映原油的地球化学特征。

但原油的地球化学特征受不同因素的影响程度可能存在明显差别，其中有些因素可能起着关键的作用。

通过个别的地球化学参数很难看出各个不同因素对原油性质的影响程度。

参数的主因子分析是考察不同因素相对贡献的较理想的数理统计方法。

因子分析的原理是基于承认与原油地球化学特征有关的变量间存在着某种相关性，在不损失主要信息的前提下，将一些具有复杂关系的变量或样品归结为数量较少的几个综合因子。

根据多个变量之间的相互关系，运用数学变换，用较少量有代表性的因子说明多个变量提供的复杂的信息。

在原油类型划分中可以通过对ｎ个样品，每个样品分析ｐ个指标，从而得到一个n×p的数据矩阵，对该数据可以进行数理统计分析。

因子分析是以线性假设为基础进行的，它假定一个地区的原油反映的是几个典型的、具有不同地球化学特征的烃源岩源提供的原油的线性组合,可用下式表达:
X ji=a ji F1i+a ji F2i+…+a jp F pi+d j U ji.
式中Xji是对所有变量都适用的一些因子Fji和对每一变量适用的唯一因子Uji的线性组合，aji是对每个变量的因子负载系数，dj是对唯一变量j的标准回归系数。

因子分析的主要目的是求出公因子数的因子负载系数aji等，因子负载系数的大小反映因子与变量间的相关程度，此法样品的实测化合物浓度或参数进行运算，再结合研究地区具体情况进行分析,获得主要
参数（及其所代表的成因意义）及其贡献率。

因子分析用SPSS11.0软件完成。

（一）参数的选取
所选参数包括伽马蜡烷/C30藿烷、Ts/(Ts+Tm)、Ph/nC18、规则甾烷／17（α）H-藿烷[C29-C33]、C29藿烷/莫烷、Pr/Ph、升藿烷指数、（藿烷+莫烷）C29/C30、ααα20RC28/C29、
ααα20RC27/C29等11个。

（二）原油主因子分析
1．特征值
在进行因子分析时，一般选取方差贡献率G(r)≥80~90%的因子，对总方差贡献率<5%的因子不做考虑，即提取公因子特征值大于1的因子。

根据本次统计结果（表5-3-5，图5-3-11），提取三个因子做为主要因素：Factor-1为45.85%，Factor-2为30.93%，Factor-3为12.07%，三个因子累计贡献率为88.86%，由此可以认为对3个因子的提取结果是可行的，从图5-3-11的特征曲线图也验证了该结果。

从因子特征曲线可以看出，Factor-1与Factor-2，以及Factor-2与Factor-3之间的特征值之差值比较大。

而Factor-4~ Factor-5之间的特征值差值均比较小，从而可以证明所提取的3个因子将能概括绝大部分信息。

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表5-3-5 各因子方差贡献率
2．因子特征分析
因子得分系数矩阵和旋转载荷矩阵柱状图（表5-3-6，图5-3-12），是分别对提取的3个因子中11个参数的系数按照从大到小的顺序排列。

可以看出经过旋转后系数明显两极分化：Factor-1是对6个参数：伽马蜡烷/C 30藿烷、Ts/(Ts+Tm)、Ph/nC 18、规则甾烷／17（α）H-藿烷[C 29-C 33]、C 29藿烷/莫烷、Pr/Ph ，主要反映沉积－成岩环境；Factor-2对因子载荷系数绝对值较大的3个原始参数：升藿烷指数、ααα20RC 28/C 29、ααα20RC 27/C 29有绝对值较大的载荷系数,主要反映生源输入；Factor-3只针对2个参数即αααC 29甾烷20S/(20S+20R)，（藿烷+莫烷）C 29/C 30，主要反映成熟度。

E i g e n v a l u e
图5-3-11 因子特征曲线
220 表5-3-6 因子得分系数（因子旋转载荷）矩阵
3．分因子散点图与样品聚类分析
分别对3个因子两两提取进行得分变量散点图绘制（表5-3-7，图5-3-54），发现Factor-1 与Factor-3的得分散点图能够很好地对19个油井原油进行归类和分析，油源类型大体上可以分为5类，第五类为“S203-E 2s 1”,第四类为“边4井-E 1f 3”,第三类为“QK36- E 2d 110，1，殷2-E 2d 1”； 第二类“QK12- E 2d 1、祝2- E 1f 3、边2- E 1f 3、S286- Ef 3、边1- E 1f 3、苏130- E 2d 12”，其余归属第一类。

洲城和茅山的样品是属于同一类，主要差别在于茅山样品成熟度相对较低；祝庄、边城、陶思庄和戴南北的为同一类，储家楼与殷庄的为同一类。

Component
Values
C om po ne nt M at r ix
图5-3-12 因子旋转载荷柱状图
表5-3-7 各参数得分聚类表
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