东海陆架盆地西湖凹陷中陆源-海洋油的起源：来自生物标志物和碳同位素的启示

Xihu Sag石油成因通过生物标志物与碳同位素分析研究，结合GC-MS/MS及EA-IRMS技术，将原油分为Type A（近岸/斜坡带，高9-MP/1-MP和C27/C29比值，低Pr/nC17）、Type B（PB斜坡带， gymnosperm标志物高，近岸沉积环境）和Type C（过渡环境），揭示混合沉积源岩（陆源裸子植物与海洋藻类）及氧化/还原环境差异对石油分类的影响，为东海盆地勘探提供新依据。

　　

钱黄|何佳豪|侯杜杰|熊成|刁辉|唐建城|费丁

中国地质大学能源资源学院，北京100083，中国

摘要

西湖凹陷是东海地区一个重要的含油区域。由于存在陆源和海源有机质前体，且海上岩心材料有限，该地区的石油起源尚不明确。本文采用气相色谱-质谱法、气相色谱-串联质谱法和元素分析-同位素比质谱法，对西湖凹陷油样的生物标志物特征和碳同位素组成进行了研究。研究目的是对石油类型进行分类，并推断潜在的烃源。结果表明，饱和烃和芳香烃的生物标志物参数能够提供一致的来源识别信息，且受热成熟度的影响较小。来自裸子植物的异植烷和16β(H)-叶蜡烷与1-甲基菲（1-MP）、1,7-二甲基菲（1,7-DMP）和retene呈强正相关；而来自被子植物的1,2,7-三甲基萘（1,2,7-TMN）和1,2,5-三甲基萘（1,2,5-TMN）之间也呈正相关；海藻来源的C₂₇甾烷（C₂₇ St）与9-甲基菲（9-MP）呈正相关。相对较重的全油碳同位素值表明其来源主要为裸子植物或海藻，而较轻的值则表明被子植物的贡献较大。生物标志物特征和储层分布表明，近海/斜坡区域的石油中高等植物的贡献较大，而海上/反转带区域的石油中海藻的贡献较强。这些生物标志物将石油分为三类：A型石油主要分布在杭州斜坡带和宁波构造带，其特征是9-MP/1-MP和C₂₇/C₂₉ St比值较高，pristane/phytane比值较低，表明其来源于富含海藻的烃源，并在氧化程度较低的环境中形成；B型石油来自PB斜坡区域，其生物标志物特征与此相反，表明其来源于受裸子植物影响的近海烃源；C型石油分布广泛，生物标志物特征介于两者之间，表明其来源于陆源与海源的过渡环境。本研究为西湖凹陷的石油来源提供了新的地球化学指标，有助于指导未来的石油勘探。

引言

中国近海地区混合陆源-海源岩的烃源潜力引起了地质科学家和勘探人员的广泛关注。典型例子包括琼定南盆地和盈海盆地的渐新世地层，以及东海大陆架盆地的始新世地层（侯等，2024a；司等，2025；徐等，2025；张等，2024a）。与纯湖泊或海洋源岩不同，这些源岩含有陆源和海源有机质的混合成分，因此其前体的多样性使得石油和天然气都能生成（侯等，2024b；尤等，2025；张等，2024b）。近年来，在东海大陆架盆地的西湖凹陷发现了大量轻质石油，但其来源仍存在争议。一些研究者认为这些石油来源于始新世潮间带/三角洲沉积系统的煤炭，因为沉积物中含有丰富的有机质，这一观点也得到了金管模拟实验的支持（徐等，2016；程等，2019；程等，2020；朱等，2020；何等，2023）。另一些研究者则认为石油来源于潮间带至浅海沉积系统中的以浮游植物为主的泥岩，认为煤炭的强吸附能力阻碍了烃类的释放（全等，2022）。此外，海上源岩岩心样本的有限性也阻碍了石油来源的确定。目前，石油来源主要通过沉积相的模式来推断（徐等，2016；程等，2020）。该研究区域具有较深的埋藏深度和高地热梯度（张等，2025）。源岩和轻质石油大多处于成熟至过成熟阶段，由于这些组分的含量较低，传统饱和烃相指标的应用受到限制。

因此，本研究的目的是利用一系列有机地球化学技术对石油类型进行分类并分析源岩的多样性，结合全油碳同位素和高分辨率饱和烃分子数据，同时分析芳香烃，以克服饱和烃含量低带来的问题。这些结果为东海大陆架盆地的石油来源解释提供了地球化学依据，有助于指导未来的勘探工作。

地质背景

西湖凹陷位于东海大陆架盆地的东北部，面积约为5.9 × 10⁴平方公里，被认为是该盆地中最具烃源潜力的区域之一（孙等，2023；何等，2023）。该凹陷整体呈NNE走向，从东到西可划分为三个次级构造带：东部断层-褶皱带、中部背斜带和西部斜坡带（图1a）。

样品与方法

共收集了33个原油样本，分别来自杭州斜坡带、平湖斜坡带、天台斜坡带、中部反转带和黄岩构造带（图1a）。使用正己烷（40 mL）沉淀沥青质后，通过氧化铝柱分离出所有样本中的 maltenes。饱和烃、芳香烃和极性组分（NSO）依次用5 mL正己烷、6 mL正己烷/DCM（2:1 v/v）和5 mL DCM/甲醇进行分离。

石油的碳同位素组成

研究区域发现的原油的全油碳同位素（δ¹³C_Oil）值普遍在?27.2‰至?25.9‰之间，平均值为?26.6‰（表S1）。其中，NB、PB和HB区域的原油δ¹³C_Oil值相对较高，而HY-TT区域的原油δ¹³C_Oil值相对较低。NB、PB、HB、PH和HY-TT区域的原油δ¹³C_Oil值分别为?26.0‰至?25.8‰、?27.2‰至?25.1‰、?26.7‰至?26.5‰、?26.9‰至?26.6‰。

沉积环境

Pr/n-C₁₇与Ph/n-C₁₈以及Pr/Ph与DBT/P的交叉图常用于推断沉积环境（Shanmugam，1985；Hughes等，1995）。图5a和b显示，大多数石油样本的DBT/P值位于氧化性海洋或河流-三角洲环境的范围内。HB和NB区域的石油样本中观察到的较低Pr/Ph比值表明沉积环境较为还原。

结论

• (1)
  生物标志物和碳同位素证据表明，东海大陆架盆地西湖凹陷的原油来源于陆源高等植物和海藻的混合。陆源物质以裸子植物和被子植物为主，表明沉积环境具有氧化性，其特征是异植烷/n-C₂₀、1,7-DMP/P、retene/P、1,2,5-TMN/1,3,6-TMN、1,2,7-TMN/1,3,7-TMN以及Pr/Ph比值较高，而MDBTs/MDBFs比值较低。

作者贡献声明

钱黄：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、概念构思。何佳豪：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、正式分析、数据管理、概念构思。侯杜杰：监督、资源协调、方法论设计、研究实施、资金争取。熊成：监督、资源协调、方法论设计、研究实施。刁辉：监督、资源协调、项目管理、方法论设计。唐建城：监督、资源协调、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：U25B20242）、国家油气勘探开发重大科技项目（项目编号：2025ZD1402801）以及中国海洋石油总公司上海分公司国际合作项目（项目编号：CCL2024SHPS009RS）的支持。作者感谢主编Clifford C. Walters、副主编Joseph A. Curiale、审稿人Holger Justwan以及一位匿名审稿人的贡献。