潿西南凹陷C洼流沙港組烴源巖生烴潛力評價

庹 雷，劉海鈺，張 毅，姜應(yīng)德，胡晨暉

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 南海西部石油研究院，廣東 湛江 524057)

潿西南凹陷包括A、B、C三個主要次洼，目前已發(fā)現(xiàn)的油氣大多都來源于A、B兩個洼陷，僅潿西南低凸起西側(cè)發(fā)現(xiàn)的少量油氣來自于C洼。潿西南凹陷A洼、B洼的勘探程度相對較高，主力烴源巖流沙港組的生烴潛力已經(jīng)得到了證實(shí)。相對于A洼和B洼，C洼的勘探程度稍低，是潿西南凹陷下一步勘探的重要領(lǐng)域。前人已在潿西南凹陷的沉積層序、烴源巖發(fā)育機(jī)理、油氣來源以及成藏條件等方面作了大量的研究[1-14]，并取得了一定成果，但總體上著眼上于整個凹陷，偏重于油氣發(fā)現(xiàn)較多的A洼、B洼，對C洼的研究較為缺乏，不能滿足現(xiàn)今勘探的需求。本文綜合運(yùn)用最新的地質(zhì)、地球物理資料，通過地球化學(xué)分析方法及盆地模擬技術(shù)，系統(tǒng)地對潿西南凹陷C洼流沙港組烴源巖生烴潛力進(jìn)行了評價。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

潿西南凹陷位于北部灣盆地的北部，為一“北斷南超”的箕狀斷陷，呈北東東向展布，其北部邊界為潿西南大斷裂，南部邊界為企西隆起及潿西南低凸起(圖1)。凹陷主要經(jīng)歷了古近紀(jì)的斷陷階段和新近紀(jì)的坳陷階段，自下而上發(fā)育古近系的長流組、流沙港組、潿洲組，新近系的下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組以及第四系的斜陽組(圖2)。其中流沙港組為斷陷階段沉積的厚層湖相泥頁巖，為區(qū)域的烴源巖層，是本次研究的主要目的層[15-18]。 根據(jù)凹陷構(gòu)造演化研究，流沙港組二段沉積時期，C洼與A、B洼為同一個洼陷，在潿洲組沉積時期，二號斷層劇烈活動，凹陷才被分割成3個次一級生烴洼陷[2]。因此，早期C洼應(yīng)該與A、B洼具有類似的烴源巖發(fā)育背景，后期由于構(gòu)造演化及埋藏史的差異才導(dǎo)致了成烴演化的東西分異，從構(gòu)造背景來看，C洼具有發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖的地質(zhì)條件。

圖1 潿西南凹陷生烴次洼分布Fig.1 Location of hydrocarbon kitchens in Weixinan depression

圖2 潿西南凹陷綜合地質(zhì)柱狀圖Fig.2 Generalized geological section of Weixinan depression

2 地質(zhì)及地化特征

目前，潿西南凹陷C洼周緣已有8口井鉆遇流沙港組地層(井點(diǎn)位置見圖1)，流沙港組三段主要為濱淺湖沉積，巖性以淺灰色細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖夾灰色、雜色泥巖為主，頂部見黑褐色油頁巖；流沙港組二段沉積了厚層的中深湖相褐灰、暗黑色泥頁巖、油頁巖；流沙港組一段以濱淺湖的砂泥不等厚互層沉積為主。整個流沙港組沉積時期是潿西南凹陷湖盆發(fā)育的鼎盛時期，沉降速率大，整體處于欠補(bǔ)償環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)的沉積和保存[1-2]。值得注意的是C洼周緣部分井在流二段和流三段鉆遇了較厚的油頁巖，其中WX-9井錄井巖性顯示流一段油頁巖56 m，流二段油頁巖31.5 m，流三段油頁巖9 m，WX-8井在流二段鉆遇油頁巖19.5 m，C洼東南角的4口井(W-1、W-2、W-3、W-6)也有鉆遇。前人研究已經(jīng)證實(shí)油頁巖為A洼、B洼的重要烴源巖之一[13-14]，因此，有理由相信這些油頁巖將會是C洼生烴潛力的重要補(bǔ)充。不僅在鉆井上揭示了油頁巖，在地震剖面上同樣可以識別出C洼連續(xù)展布的油頁巖，其在地震剖面上的特征同A洼、B洼一樣，顯示為低頻率、高連續(xù)、強(qiáng)振幅的地球物理特征(圖3)。從C洼流沙港組厚度圖來看，C洼中心最厚可達(dá)1 500 m，邊緣也有將近500 m的沉積(圖4)。因此，C洼烴源巖規(guī)模不容小覷。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度與類型

圖3 過C洼近南北向地震剖面Fig.3 Near north-south seismic profile across Cs ubsag

圖4 潿西南凹陷C洼流沙港組地層厚度Fig.4 Stratigraphic thickness chart of Liushagang Formation in C subsag of Weixinan depression

優(yōu)選上述8口井(井點(diǎn)位置見圖1)的巖心、 巖屑樣品共246個，進(jìn)行有機(jī)地球化學(xué)分析，分析結(jié)果顯示：潿西南凹陷C洼流沙港組泥巖、油頁巖整體有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，為優(yōu)質(zhì)烴源巖。從有機(jī)碳的含量來看，流二段、流三段油頁巖最高，分布范圍窄，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別高達(dá)7.24%和6.16%，根據(jù)陸相烴源巖評價標(biāo)準(zhǔn)[15]，均為優(yōu)質(zhì)烴源巖。流二段泥巖和流三段泥巖有機(jī)碳含量較高，流二段泥巖TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布于1.34%～8.55%，均值為2.69%，流三段泥巖TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布范圍略大，介于0.30%～7.14%，均值可達(dá)2.20%，同為優(yōu)質(zhì)烴源巖。相比之下，流一段泥巖有機(jī)碳含量略低，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.23%～5.07%，均值1.76%，達(dá)到了好烴源巖級別。巖石熱解生烴潛量(S1+S2)同樣顯示流二段、流三段油頁巖高，平均值分別高達(dá)38.90 mg/g和27.60 mg/g，達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，流二段泥巖平均9.93 mg/g，流三段泥巖平均為9.34 mg/g，流一段泥巖平均為6.71 mg/g，達(dá)到好的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。可溶有機(jī)質(zhì)氯仿瀝青“A”和總烴含量以油頁巖占絕對優(yōu)勢，流二段泥巖其次，流三段、流一段泥巖略差(表1、圖5)。

圖5 潿西南凹陷C洼流沙港組烴源巖有機(jī)碳與生烴潛力交匯圖Fig.5 Intersection diagram of organic carbon and hydrocarbon potential of Liushagang Formation in the C sag of Weixinan depression

表1 潿西南凹陷C洼烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度Tab.1 Statistics of organic matter abundance of hydrocarbon source rocks in C subsag of Weixinan depression

在鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，潿西南凹陷C洼流沙港組烴源巖絕大多數(shù)樣品含有多種藻類化石(包括非海相溝鞭藻、綠藻和各類球藻等)及無定形腐泥，另外,鏡下還可看到一些棱角分明、邊界清楚的纖維體及殼質(zhì)體，反映這種湖相烴源巖物質(zhì)來源的非單一性。古近紀(jì)北部灣盆地處于熱帶-亞熱帶較為濕潤的氣候條件下，這類古湖的陸源輸入是十分活躍的。陸源輸入不僅為沉積區(qū)水體提供大量的陸源物質(zhì)，同時也帶來較多的營養(yǎng)物質(zhì)，從而提升湖水的營養(yǎng)水平，促使湖內(nèi)生物繁盛，造成沉積有機(jī)質(zhì)多物源、多類型、高豐度。從干酪根顯微組分以及巖石熱解分析數(shù)據(jù)來看，潿西南凹陷C洼流沙港組泥巖、油頁巖干酪根類型主要為Ⅱ1—Ⅱ2型，由于沉積環(huán)境不同，不同層段的干酪根類型又略有差別。流一段泥巖有機(jī)質(zhì)顯微組分以腐泥組為主，含量平均為57.3%，變化范圍較大，介于14%～89%，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型；流二段泥巖和油頁巖有機(jī)質(zhì)類型較一致，其干酪根顯微組分以腐泥組占絕對優(yōu)勢，含量介于35.8%～96%，平均76%，氫指數(shù)(IH)同樣較高，含介于300～600 mg/g，劃分為Ⅱ1型；流三段泥巖和油頁巖干酪根顯微組分顯示有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，以Ⅱ2型為主，巖石熱解數(shù)據(jù)顯示Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ型均有分布，以Ⅱ1型為主(圖6)。從有機(jī)質(zhì)類型來看，潿西南凹陷C洼流沙港組烴源巖以生油為主，其中流二段最優(yōu)，流三段、流一段次之。

圖6 潿西南凹陷C洼流沙港組烴源巖干酪根類型劃分Fig.6 Kerogen types of source rocks of Liushagang Formationin C subsag of Weixinan depression

2.2 有機(jī)質(zhì)成熟度

根據(jù)潿西南凹陷C洼周緣8口鉆井的鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可知，C洼在埋深2 350 m左右進(jìn)入生烴門限(圖7)，現(xiàn)今流二段、流三段烴源巖大多已經(jīng)成熟，流一段烴源巖大多處于未熟階段。C洼門限深度明顯比前人確定的整個潿西南凹陷門限深度2 450 m淺，門限深度變淺擴(kuò)大了成熟烴源巖的范圍，對生烴潛力的評價具有重要意義[16-18]。根據(jù)現(xiàn)今整個凹陷地溫梯度分布圖來看，C洼也具有與A洼、B洼明顯不同的地溫梯度。C洼中心地溫梯度高達(dá)4.2 ℃/100 m，明顯高于A、B洼的3.6 ℃/100 m(圖8)。C洼的這種高地?zé)岜尘坝欣跓N源巖的熱演化，促進(jìn)源巖成熟生烴。

圖7 C洼烴源巖Ro與深度變化的關(guān)系Fig.7 Relationship between Ro of source rocks and depth in C subsag

圖8 潿西南凹陷現(xiàn)今地溫梯度分布Fig.8 Current geothermal gradient distribution of Weixinan depression

2.3 生物標(biāo)記化合物特征

烴源巖中的生物標(biāo)志化合物具有一定的穩(wěn)定性，基本保存了原始生物生化組成的碳骨架，可以較好地反映母質(zhì)輸入以及古環(huán)境等特征，是有機(jī)質(zhì)來源、沉積環(huán)境和成熟度的有效指標(biāo)[19]。由于潿西南凹陷C洼流一段、流二段、流三段沉積環(huán)境的差別，3個烴源巖層段的生物標(biāo)記化合物特征不盡相同。

潿西南凹陷C洼流一段泥巖正構(gòu)烷烴呈雙峰后峰型分布，說明其生源構(gòu)成中陸源植物碎屑貢獻(xiàn)較大，奇碳優(yōu)勢明顯，反映其成熟度較低，Pr/Ph值介于1.21～2.36，平均2.58，表明局部有較強(qiáng)的氧化環(huán)境；流二段泥頁巖正構(gòu)烷烴為典型的前峰型，說明其生源構(gòu)成以浮游生物為主，Pr/Ph平均值為1.02，為弱還原-弱氧化沉積環(huán)境；流三段泥巖正構(gòu)烷烴呈后峰型分布，說明其生源構(gòu)成與流一段類似，具有較多的陸源碎屑植物的貢獻(xiàn)，Pr/Ph值介于0.78～2.15，平均1.42，反映母源形成于弱氧化環(huán)境(圖9、表2)。

圖9 潿西南凹陷C洼流沙港組不同層段烴源巖抽提物飽和烴氣相色譜Fig.9 Saturated hydrocarbon gas chromatography of saturated hydrocarbon extract of different layers of Liushagang Formation source rocks in C subsag of Weixinan depression

層位Pr/PhC27αααR/C29αααRC29αααS/(R+S)C29ββ/(αα+ββ)奧利烷指數(shù)4-MSI流一段1.21～2.362.58(9)0.38～0.690.55(9)0.13～0.370.24(9)0.21～0.350.28(9)0.01～0.050.04(9)0.23～0.890.56(9)流二段0.57～2.041.02(16) 0.83～1.33 1.03(16)0.36～0.470.43(16)0.41～0.480.44(16)0.02～0.130.05(16)0.98～2.892.43(16)流三段0.78～2.151.42(8)0.68～0.89 0.76(8)0.41～0.530.48(8)0.42～0.490.47(8)0.19～0.370.29(8)1.01～1.431.21(8)

3個烴源巖層段的甾烷系列化合物組成差別比較明顯，流一段泥巖規(guī)則甾烷C27、C28、C29呈反“L”型分布，C27αααR/C29αααR值平均0.55， 進(jìn)一步說明生源中陸源碎屑的貢獻(xiàn)較大，甾烷類成熟度參數(shù)C29αααS/(R+S)和C29ββ/(αα+ββ)平均值分別為0.24和0.28，均表現(xiàn)出低成熟特征(圖10、表2)。流二段泥頁巖和流三段泥巖規(guī)則甾烷C27、C28、C29呈不對稱“V”型分布，流二段頁巖C27αααR/C29αααR值平均1.03，表明流二段沉積時期水生生物來源較多，流三段泥巖C27αααR/C29αααR值平均為0.76，與正構(gòu)烷烴后峰型分布較為吻合，進(jìn)一步說明流三段沉積時期既有水生生物的貢獻(xiàn)又有高等植物的貢獻(xiàn)，以后者為主的特征。甾烷類成熟度參數(shù)流二段泥頁巖、流三段泥巖C29αααS/(R+S)和C29ββ/(αα+ββ)平均值均大于0.4，表現(xiàn)出成熟烴源巖的特征。C30-4-甲基甾烷在流沙港組地層中較為常見，可能主要來源于湖盆中的甲藻。流二段泥頁巖中C30-4-甲基甾烷指數(shù)最高，平均2.43，其次為流三段泥巖，平均1.21，流一段泥巖最低，平均0.56(圖10、表2)。這主要與當(dāng)時的湖盆演化有關(guān)，流二段沉積時期為湖盆發(fā)育的鼎盛時期，水體較深，水體下部形成的缺氧環(huán)境適宜大量藻類有機(jī)質(zhì)堆積和保存。

烴源巖的生物標(biāo)記化合物特征也解釋了流二段烴源巖質(zhì)量好于流一段、流三段的原因主要是由于流二段沉積時期，湖盆水體環(huán)境有利于大量水生生物的生長和保存，造就了豐度高、類型好的流二段優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖10 潿西南凹陷C洼流沙港組不同層段烴源巖抽提物飽和烴m/z191、m/z217質(zhì)量色譜Fig.10 m/z191 and m/z217 mass chromatograms of saturated hydrocarbon extract of different layers of Liushagang Formation source rocks in C subsag of Weixinan depression

3 生烴潛力綜合評價

利用盆地模擬技術(shù)對潿西南凹陷C洼烴源巖熱演化、生排烴史及生烴潛力進(jìn)行了綜合評價。盆地模擬過程主要包括三維數(shù)據(jù)體的建立、數(shù)據(jù)體的網(wǎng)格化以及地質(zhì)與地球化學(xué)參數(shù)的設(shè)置。三維數(shù)據(jù)體的建立主要參考了潿西南凹陷C洼最新的地震資料解釋成果，搭建了完整的區(qū)域?qū)有虻貙痈窦?，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)格化。地質(zhì)與地球化學(xué)參數(shù)的設(shè)置主要包括模擬條件(古熱流、古水深、古地表溫度)的賦值和相屬性(地層巖性、總有機(jī)碳、氫指數(shù))賦值兩部分。區(qū)域熱史的設(shè)置參考了前人的研究成果[20]并結(jié)合C洼高地溫梯度特征進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在模擬過程中利用鏡質(zhì)體反射率和實(shí)測地溫數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以保證模擬結(jié)果合理可靠。參考區(qū)域沉積相資料對古水深賦值[21]，根據(jù)研究區(qū)所在的緯度由模擬軟件自動給古地表溫度賦值。地層巖性的設(shè)置主要依據(jù)鉆井綜合錄井資料，通過單井砂巖、粉砂巖、泥巖進(jìn)行巖性統(tǒng)計，由軟件的巖性混合器模塊生成混合巖性，然后結(jié)合沉積相進(jìn)行賦值。烴源巖相關(guān)的地球化學(xué)參數(shù)參考上述實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果設(shè)置。

盆地模擬結(jié)果顯示，潿西南凹陷C洼流三段烴源巖自流一段沉積末期洼陷主體開始進(jìn)入成熟階段(Ro>0.6%)，現(xiàn)今洼陷中心進(jìn)入高成熟階段(Ro>1.3%)，Ro最大可達(dá)1.8%，洼陷周緣均已成熟；C洼流二段烴源巖自潿洲組沉積末期洼陷主體開始進(jìn)入成熟階段(Ro>0.6%)，現(xiàn)今洼陷整體進(jìn)入成熟階段，中心位置Ro最大可達(dá)1.2%(圖11)；C洼流一段烴源巖現(xiàn)今剛進(jìn)入成熟階段，演化程度較低，生烴量少，本次不予考慮。整體來看，C洼流二段、流三段烴源巖均已成熟，具有較大生烴潛力。

圖11 潿西南凹陷C洼流沙港組烴源巖成熟度(Ro)演化Fig.11 Maturity evolution of Liushagang Formation source rocks in C subsag of Weixinan depression

從C洼烴源巖不同時期生烴柱狀圖來看，C洼烴源巖自流沙港組一段沉積期開始有油氣生成，潿洲組沉積末期開始大規(guī)模生烴，生烴高峰期為燈樓角組—現(xiàn)今，具有晚期生烴的特征(圖12)?？傮w來看，流沙港組二段泥頁巖為C洼主力烴源巖，流沙港組三段泥頁巖作為重要補(bǔ)充。

圖12 潿西南凹陷C洼烴源巖不同時期生烴柱狀圖Fig.12 Hydrocarbon generating histogram of source rocks in C susag of Weixinan depression in different periods

4 結(jié) 論

(1)潿西南凹陷C洼與A、B洼一樣發(fā)育流沙港組優(yōu)質(zhì)烴源巖層，流二段、流三段油頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，其次為流二段泥頁巖，最后為流三段、流一段泥巖，干酪根類型主要為Ⅱ1—Ⅱ2型，以生油為主，現(xiàn)今流三段、流二段烴源巖均已成熟，流一段成熟度較低。

(2)生物標(biāo)記化合物特征顯示流二段烴源巖生源構(gòu)成以浮游藻類為主，發(fā)育于弱還原-弱氧化沉積環(huán)境；流三段、流一段烴源巖均發(fā)育于偏弱氧化的沉積環(huán)境，流三段烴源巖生源構(gòu)成既有浮游藻類又有高等植物，以高等植物占優(yōu)，流一段烴源巖生源構(gòu)成以高等植物為主。

(3)潿西南凹陷C洼烴源巖生烴潛力大，在潿洲組沉積末期開始大規(guī)模生烴，生烴高峰期為燈樓角組—現(xiàn)今。