一、原油的母质特征
1.原油同位素特征
原油碳同位素主要受原始生烃母质类型控制，同时又受原油生烃母质的沉积环境、运移分馏和成熟度的影响，一般来说，腐泥型或藻类来源有机质生成的原油碳同位素δ13C值偏轻，而由腐殖型有机质生成的原油则富含重碳同位素，其δ13C值偏高(如煤成油等)。辽河坳陷东部凹陷沙一、三段的干酪根同位素值分别为－24.90‰和－24.47‰，西部凹陷高升雷家地区干酪根碳同位素值沙三段为－25.44‰，沙四段为－27.69‰。
西部凹陷的碳同位素值分布范围比较大，碳同位素值从－24.3‰到－30.6‰均有分布，说明本地区原油可能具有不同的原始母质类型输入。具体到原油样品所在的各个油田来分析，来自牛心坨油田的坨12与坨19的碳同位素值都在－28‰～－29‰之间，原油的碳同位素组成均较轻，说明该区原油的生烃母质类型较好，且可能具有较低的成熟度，主要来自于沙四段咸化介质的烃源岩。
高升油田的原油的碳同位素值在－29‰～－30‰之间，碳同位素特征组成比牛心坨油田还要轻，同时反映其原始母质类型较好。这同样说明该区域的原油主要由沙四段烃源岩生成的。雷家油田的雷59和雷60原油样品的碳同位素值相差1‰，说明其原始母质类型 相似;而与雷家油田相邻的冷东油田的碳同位素值的大小分为两大类，一类是－29‰～－30‰之间的轻碳同位素，说明其主要生烃母质来自于沙四段烃源岩;另外一类原油的碳同位素较重，为－24‰～－26‰之间，这表明冷东油田除了沙四段烃源岩外，还有一个生源明显不同，具有较多腐殖型原始母质生源输入的来源，极有可能来自于沙三段烃源岩。图4－4表明本区高升和雷家地区明显地具有沙四段烃源岩来源的特征，而冷东油田则明显地具有两种生源母质，分别来自于沙四段和沙三段烃源岩。冷169和冷35、冷46原油同时具有较低的C28/C29甾烷和较低含量的伽马蜡烷为其来自沙三段烃源岩提供了另外的佐证(图4－5)。
图4－4 冷东－高升－雷家地区原油的碳同位素与C28/C29甾烷的关系图
图4－5 冷东－高升－雷家地区原油的碳同位素与伽马蜡烷的关系图
兴隆台油田的兴603、兴西1、陈古1三个原油样品的碳同位素值分别是－25.0‰、－26.6‰、－27.6‰，说明原油主要来源与沙三段烃源岩(图4－6)。小洼油田的四个原油样品的碳同位素值分布于－26‰～－29‰之间，碳同位素值总体来说比较轻，但分布范围大，说明原油可能来自于沙四或沙三段的过渡相带或沙四段与沙三段原油的混源形成的(图4－6)。欢喜岭油田的6个原油样品的碳同位素值相差为1‰左右，在－25‰～－27‰之间，其碳同位素较重，说明其原油的母质类型可能都是腐殖型。双南油田的四个原油样品的碳同位素也比较相近，也在－25‰～－27‰之间。双台子油田的两个原油样品的碳同位素值为－24.3‰、－26.6‰，碳同位素组成均偏重。总之，欢喜岭油田，双台子，双南这三个油田的原油主要来源于沙三段烃源岩。曙光油田的曙103、杜54等9个原油样品的碳同位素值在－27‰～－30‰之间，碳同位素组成均偏轻，表明曙光油田原油的原始母质类型可能不同，主要来源于沙四段烃源岩。
图4－6 辽河西部凹陷部分地区原油的碳同位素与姥/植比的关系图
2.原油生物标志物特征
通过对不同层段烃源岩的地球化学特征分析与对比，可以根据生物标志化合物特征及同位素组成特征，提取出能够有效地识别不同层段烃源岩的有用信息指纹，从而结合原油的分布特征，对来源于不同层段优质烃源岩的特征进行深入的剖析，从而提供本区原油的主要生源母质特征(图4－7～图4－9)。
来自于沙四段烃源岩的原油主要具有如下一些特征:①具有相对较轻的原油碳同位素特征;②Pr/Ph值相对较低，具有比较低的重排甾烷;③具有相对比较高的C28甾烷和伽马蜡烷，原油的成熟度相对较低。而来自于沙三段烃源岩的原油的地球化学特征则与此相反:①具有相对较重的原油碳同位素特征;②Pr/Ph值相对较高，具有比较高的重排甾烷;③具有相对比较低的C28甾烷和伽马蜡烷，原油的成熟度相对较高。
图4－7 西部凹陷不同生物降解程度原油的色谱图
图4－8 西部凹陷发生严重生物降解程度原油的藿烷系列化合物组成
图4－9 西部凹陷不同生物降解程度原油的藿烷系列化合物组成
结合如上一些特征，对原油来源进行划分。牛心坨油田，曙光油田，高升油田，雷家油田原油主要是来自于沙四段烃源岩。而兴隆台油田，欢喜岭油田原油和双台子油田的原油则主要是来自于沙三段烃源岩。其中，冷东油田均有两种来源及原油的混源现象。这与本区沙四段优质烃源岩和沙三段优质烃源岩的分布密切相关。同时，该图也明显地显示出本区烃源岩沉积中心的迁移。
二、原油的成熟度特征
甾烷是来自于真核生物的一类重要的生物标志物。在烃源岩中，虽然高等植物和细菌均可以成为甾烷的生源母质，但藻类是甾烷最重要的生物来源，一般在原油中甾烷的分布常常与其生源的沉积环境，藻类的生源输入密切相关。特别是4－甲基甾烷、甲藻甾烷、C26甾烷均来自于不同的藻类。在咸水环境中，甲藻甾烷和C31甾烷比较发育。除了能反映原油中的生源母质输入外，另外，应用甾烷的异构体比值也可以反映原油的成熟度(表4－1)。图4－10即为本区原油甾烷的异构体比值的关系图，从中可以看出本区原油的成熟度的分布。高升油田的油样，雷家油田雷59井、牛心坨油田坨12井、清5井、欢16井均属于低熟油。在这里雷59井，坨12井与高升油田的原油在C29甾烷ββ/(αα+ββ)、C29甾烷S/(S+R)参数上表现出良好的相似性，且雷59井和坨12井离高升油田较近，它们都分布在西部凹陷的最东端;而清5井和欢16井虽然在C29甾烷ββ/(αα+ββ)、C29甾烷S/(S+R)参数比较低，但是它们距离主要的低熟油产出区———高升油田较远，而且原油的同位素值明显较来自于沙四段烃源岩的低熟油要重，因而推测它们可能主要为来自于沙三段烃源岩的低熟原油。
图4－10 西部凹陷原油的甾烷异构体比值(不包括生物降解原油)
西部凹陷欢喜岭油田，兴隆台油田原油成熟度相对较高。而冷东油田和曙光油田的原油成熟度介于二者之间。应该注意的是，由于部分原油的生物降解作用，从而造成原油的C29甾烷ββ/(αα+ββ)、C29甾烷S/(S+R)参数的升高。
表4-1 西部凹陷原油笛院分子地球化学参数表
续表
西部凹陷原油C29甾烷S/(S+R)参数平面分布图见图4－11，西部凹陷原油的成熟度大体上自东向西逐步增加。这与烃源岩的分布及构造的埋深与沉降具有密切的关系。
图4－11 西部凹陷原油C29甾烷S/S+R参数平面分布图
此外，原油中甾烷的分布特征同样可以提供有关源岩的信息。根据辽河油田低熟油大量的烃源岩分析结果，总体上来看，在沙四段烃源岩，常常具有丰富的4－甲基甾烷，而且C28甾烷/C29甾烷比值相对较高，且具有较低的重排甾烷。据此可以大致地对原油的来源进行特征分析(图4－12)。牛心坨油田、曙光油田、高升油田、雷家油田原油具有相对比较低的重排甾烷/正常甾烷和相对比较高的C28甾烷/C29甾烷。这说明这些原油主要是来自于沙四段烃源岩。而兴隆台油田，欢喜岭油田原油和双台子油田的原油则主要是来自于沙三段烃源岩，并具有明显的相对较高的重排甾烷/正常甾烷，和相对比较低的C28甾烷/C29甾烷。上述分析结果与碳同位素和姥植比进行分析的结果相似，同样证实了这种推论的合理性。
五环三萜烷主要包括藿烷及伽马蜡烷等化合物。其中，藿烷、新藿烷系列主要来自于原核生物，通常，在强还原环境，常常具有较高含量的C31－C35长链藿烷。据研究，Ts/Tm主要受成熟度控制，但同时来自碳酸盐环境的原油常常具有低的Ts/Tm。伽马蜡烷被认为是来源于四膜虫醇的原生动物门。而高含量的伽马蜡烷主要与水体中的盐度有关。图4－13表明原油高升油田、牛心坨油田、冷东油田具有相对较低的Ts/Tm和C29Ts/αβC30藿烷比值，而欢喜岭油田、双台子油田、兴隆台油田的原油则具有相对较高的Ts/Tm和C29Ts/αβC30藿烷比值。这与其他资料完全一致，说明前者主要来源成熟度相对较低，含较多的碳酸盐环境的沙四段烃源岩，而后者主要来自于成熟度相对较高的沙三段烃源岩。从平面分布来看，C29Ts/αβC30藿烷比值也同样表现出相似的规律性，即从西南向东北方向，原油的成熟度依次增加(图4－14)。
图4－12 根据原油中的甾烷分析参数大致确定原油的来源(不包括生物降解原油)
图4－13 原油中的Ts/Tm与C29Ts/αβC30藿烷的关系图
图4－14 辽河西部凹陷原油的C29Ts/αβC30藿烷比值平面分布图
三环萜烷参数的分布特征见图4－15，表现出与五环萜类似的特征性，即在牛心坨油田、曙光油田、高升和雷家油田，具有相对比较低的四环萜烷和相对较高的C21三环萜烷。而兴隆台和部分冷东油田则具有相对比较高的四环萜烷和C21三环萜烷。这同样与原油不同的母质生源有关，相对较高的四环萜烷主要反映出沙三段烃源岩来源特征。
三、原油的生物降解特征
生物降解原油是辽河油田分布最为广泛的另外一类原油。在原油注入成藏后，由于后期抬升，原油遭受生物降解而形成重质原油。实际上，除了生物降解形成的重质原油外，在本区还存在这另外一种重质原油，即低熟重质原油。
生物降解重质原油在辽河油田西部凹陷广泛分布，但主要分布在冷东、小洼油田、曙光油田、欢喜岭油田等。总体上来说，高断块比低断块的油田原油的生物降解程度要高，同一断块埋藏浅的比埋藏深的生物降解程度要高。西部斜坡比中央凸起带附近的冷东与小洼油田原油的生物降解程度要高(图4－16)，在西斜坡的曙光油田和欢喜岭油田由于埋藏浅，更多的受大气降水的影响，从而造成原油的生物降解程度相对较高，这主要与其构造发育史有关。曙光油田处于相对抬升的古构造背景上，发育有多个不整合和长期活动的断裂系统，因而重质油分布的层位多，而且降解程度高。而欢喜岭油田处于相对沉降部位，因而生物降解程度比曙光油田低。
图4－15 原油的三环萜烷参数关系图
西部凹陷检测的生物降解原油的地球化学特征见表4－2，生物降解原油中，正构烷烃完全消失，且出现25－降藿烷的原油主要出现在曙光油田和欢喜岭油田。原油的生物降解程度综合地反映出不同油田构造发育史、断裂的活动、埋藏的深浅、地下水的活跃程度等特点。图4－16列出了本区几种不同生物降解程度原油的色谱图及藿烷系列分布图。从图中可以明显地看出生物降解程度对原油的化学组成的影响。有些原油还存在较高丰度的正构烷烃;有些原油则正构烷烃完全消失;有些原油类异戊类异戊二烯烷烃都完全消失。
表4－2 西部凹陷检测的生物降解原油的地球化学特征
续表
图4－16 西部凹陷生物降解原油的分布
一般而言，25－降藿烷系列是重要的特征性生物标志物，它可作为衡量原油遭受深度生物降解作用的可靠标志。在本区曙光和欢喜岭油田原油中即检测到了较高丰度的25－降藿烷(图4－8，图4－9)。藿烷系列生物标志物分子结构中，在失去了C－10位上的角甲基后即转变成25－降藿烷系列。失去了C－10位角甲基的藿烷系列标志物在离子源遭受电子轰击后发生断裂时，其基峰由原来的m/z191变成了m/z177，特征碎片M－43由原来的m/z369转变成了m/z355，碳数分布也由原来的C27和C29－C35变成了C26和C28－C34。图4－9根据m/z177可以较清楚地反映原油中存在的25－降藿烷系列。
应该注意的是，降解前阶段，正构烷烃为主，甾萜类含量低，色谱基线基本平直;降解后阶段，大部分正构烷烃和异构二烯烃被降解，甾萜类含量急剧增大，色谱基线隆起;但也可能出现降解后混合阶段:新的原油注入油藏，未降解组分与降解产物共存。在表4－2中的洼70井中，就出现了25－降藿烷，但原油中仍保留有部分正构烷烃，这可能是早期聚集的原油经历了较强的生物降解，正构烷烃和大部分异戊间二烯烷烃被降解消耗，在原油遭受生物降解后，新的油气注入油藏，这部分油气未遭受生物降解，具有正常而完整的正构烷烃和异戊间二烯烷烃分布，因此现今的原油是早期聚集并遭受强烈生物降解的原油与晚期注入的未遭受降解的原油的混合物。