陽江凹陷恩平21洼不同沉積環(huán)境烴源巖發(fā)育特征及成藏貢獻(xiàn)

熊萬林，龍祖烈，朱俊章，楊興業(yè)，石 創(chuàng)，翟普強(qiáng)，杜曉東

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518054）

恩平21 洼位于珠江口盆地珠三坳陷北部陽江凹陷東部，是以古生界沉積巖和淺變質(zhì)巖為基底發(fā)育的新生代含油氣小洼陷［1-2］。陽江凹陷油氣勘探工作始于1979 年，2011 年之前的多輪中外合作勘探，僅發(fā)現(xiàn)3 個含油氣構(gòu)造，未獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)；2011年轉(zhuǎn)入自營勘探之后，結(jié)合前人的勘探成果以及新采集的三維地震資料，對該凹陷的基礎(chǔ)石油地質(zhì)條件進(jìn)行了重新評價。2018 年底鉆探位于恩平20 洼邊部的陽4 井，獲得工業(yè)油流，開啟了恩平20 洼油氣勘探的新篇章。至2019 年底，恩平20 洼周邊共獲得2 個中型商業(yè)油田和2 個潛在商業(yè)油田，實(shí)現(xiàn)了陽江凹陷勘探的整體突破［3-5］。然而，其后在緊鄰恩平20 洼的恩平21 洼開展的油氣勘探?jīng)]有達(dá)到預(yù)期效果，2020 年共鉆探9 口井，僅發(fā)現(xiàn)了5 個含油構(gòu)造。

前人對陽江凹陷構(gòu)造、沉積、烴源巖發(fā)育、油氣來源以及成藏模式的研究主要集中在恩平20洼，研究認(rèn)為陽江凹陷發(fā)育優(yōu)質(zhì)的中深-深湖相烴源巖，油氣成藏具有“源-斷-圈”耦合近源成藏的特征［3-6］，對于商業(yè)發(fā)現(xiàn)較少的恩平21 洼，研究程度較低。為此，筆者在烴源巖無機(jī)元素分析與有機(jī)地球化學(xué)分析相結(jié)合的基礎(chǔ)上，研究了恩平21洼烴源巖的發(fā)育環(huán)境、生烴潛力及生物標(biāo)志化合物特征，分析了已發(fā)現(xiàn)油氣的成因來源并統(tǒng)計評估了不同沉積環(huán)境烴源巖的成藏貢獻(xiàn)，為該洼陷后續(xù)的勘探部署風(fēng)險評價以及珠江口盆地類似小洼陷的油氣勘探研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

陽江凹陷為珠江口盆地珠三坳陷北東端NE—SW 走向的長條狀二級構(gòu)造單元，北部毗鄰陽春凸起、海南隆起，西南部以陽江低凸起與文昌A 洼分隔，東側(cè)為恩平凹陷，面積約為2 300 km2。按構(gòu)造特征可劃分為“兩凹一凸起”3 個次級構(gòu)造單元，自西向東依次為陽江西凹、陽江中低凸起、陽江東凹。其中，陽江東凹自西向東依次發(fā)育陽江24 洼、恩平19 洼、恩平20 洼及恩平21 洼4 個洼陷［3-6］（圖1），洼陷面積分別為337，88，74 及255 km2，單個洼陷規(guī)模較小。

圖1 陽江凹陷構(gòu)造單元劃分Fig.1 Division of structural units in Yangjiang Sag

陽江凹陷與珠江口盆地東部其他凹陷具有相似的構(gòu)造、沉積演化特征，表現(xiàn)為“下斷上拗”、“下陸上海”的雙層構(gòu)造沉積特征［3-4，7］。其中下部斷陷結(jié)構(gòu)包括始新統(tǒng)文昌組和恩平組，屬于陸相沉積體系，受湖盆控洼斷裂“東早西晚”演化特征所控制，文昌組僅在陽江東凹發(fā)育；上部拗陷結(jié)構(gòu)包括漸新統(tǒng)珠海組，中新統(tǒng)珠江組、韓江組和粵海組，上新統(tǒng)萬山組和第四系，屬于海相沉積體系。文昌組是主要的烴源巖層系，自下而上發(fā)育文三段、文二段和文一段；韓江組和珠江組的三角洲砂巖儲集體是區(qū)域內(nèi)主要的儲層段，珠江組和韓江組海相三角洲泥巖是主要的區(qū)域蓋層。

2 實(shí)驗器材與方法

2.1 實(shí)驗器材

實(shí)驗儀器包括德國飛馳公司生產(chǎn)的PULVERI?SETTE6 行星式球狀研磨儀，荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的Axios MAX X 射線熒光光譜儀（偏差小于0.05%）和ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜儀（偏差小于0.1%），法國萬琪公司生產(chǎn)的ROCK-EVAL6巖石熱解儀，美國力可公司生產(chǎn)的CS230碳硫分析儀以及安捷倫公司生產(chǎn)的Agilent7890 A 氣相色譜儀、6890 N 和5973 C色譜-質(zhì)譜儀。

實(shí)驗樣品包括泥巖、砂巖及原油樣品3種類型。由于研究區(qū)恩3 井和恩4 井分別鉆遇文昌組400 和200 m厚灰黑色泥巖，本次實(shí)驗采集20個巖屑樣品。原油樣品源自研究區(qū)恩4、陽6 和陽7 井，共5 件樣品。砂巖儲層井壁取心樣品來源于恩2、恩3 和恩5井，共采集20件樣品。

2.2 實(shí)驗方法

對泥巖巖屑樣品進(jìn)行了室內(nèi)挑樣及碎樣，其后采用X射線熒光光譜儀和等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行無機(jī)元素分析。采用熱解儀和碳硫分析儀進(jìn)行烴源巖巖石熱解和碳硫分析；采用索氏抽提法獲取泥巖及砂巖儲層井壁取心樣品的氯仿瀝青“A”，采用柱色層法把氯仿瀝青“A”及原油樣品分離為飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)；飽和烴色譜分析使用色譜柱為HP-5石英彈性毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），升溫步驟包括：柱始溫度為50 ℃，升溫速率為4 ℃/min，柱終溫度為300 ℃，恒溫16 min。飽和烴色譜-質(zhì)譜分析使用色譜柱為HP-5MS 石英彈性毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），升溫步驟包括：50 ℃恒溫2 min，從50 ℃至100 ℃的升溫速率為15 ℃/min，100 ℃至300 ℃的升溫速率為4 ℃/min，300 ℃恒溫20 min。巖石和原油樣品分析測試均在長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室完成。

3 烴源巖發(fā)育特征

3.1 沉積環(huán)境

巖石中的元素在巖石風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積過程中受外部環(huán)境的影響，會發(fā)生規(guī)律性的分散和富集，使得元素的含量或不同元素間的比值出現(xiàn)規(guī)律性變化。利用沉積巖中元素含量或比值來表征古沉積環(huán)境變化，恢復(fù)古水深、古氧相、古氣候、古鹽度等環(huán)境指標(biāo)已在油氣勘探領(lǐng)域廣泛應(yīng)用［8-9］。

根據(jù)20 個泥巖樣品的常量和微量元素測試化驗結(jié)果，分析恩平21洼文昌組古氣候、古水深、古鹽度和古氧相等環(huán)境指標(biāo)的結(jié)果（表1）表明，文昌組沉積時期恩平21 洼氣候濕熱，湖盆水體較深、鹽度較低，為整體處于亞還原環(huán)境的淡水湖盆。這樣的古氣候及湖盆的水體條件有利于優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育［10-13］。

表1 恩平21洼文昌組古環(huán)境指標(biāo)分析結(jié)果Table1 Analysis of paleoenvironmental indices of Wenchang Formation in Enping 21 Subsag

3.2 生烴潛力

巖石熱解參數(shù)被廣泛用于烴源巖生烴潛力評價，文昌組烴源巖樣品的熱解分析表明，恩4井烴源巖現(xiàn)今的有機(jī)碳含量及熱解生烴潛量均高于恩3井（圖2a）。恩3 井烴源巖有機(jī)碳含量為1.85%～3.66%，平均值為2.50%，恩4 井烴源巖有機(jī)碳含量為2.17%～6.00%，平均值為3.09%。盡管2口井文昌組烴源巖有機(jī)質(zhì)的氫指數(shù)（HI）差異明顯，恩4 井平均值為543 mg/g，恩3 井平均值為224.5 mg/g，但兩者的有機(jī)質(zhì)類型基本一致，均為Ⅱ1和Ⅰ型（圖2b）。處于緩坡帶的恩4 井樣品深度為2 870～3 180 m，對應(yīng)的鏡質(zhì)組反射率（Ro）為0.62%～0.71%，剛進(jìn)入成熟生烴期。處于陡坡帶的恩3 井樣品深度為3 275～3 900 m，對應(yīng)的Ro值為0.73%～1.15%，正處于生烴高峰期。2 口井鉆遇文昌組烴源巖的有機(jī)質(zhì)成熟度差異明顯，除初始有機(jī)質(zhì)豐度有差異外，成熟度差異也是導(dǎo)致兩者現(xiàn)今有機(jī)質(zhì)豐度差異的重要原因。分析認(rèn)為，恩平21洼文昌組烴源巖具有較好的生烴潛力，有機(jī)質(zhì)豐度為好-優(yōu)質(zhì)烴源巖［14-15］。

圖2 恩平21洼文昌組泥巖生烴潛力評價Fig.2 Evaluation of hydrocarbon generation potential for mudstone of Wenchang Formation in Enping 21 Subsag

3.3 生物標(biāo)志化合物特征

烴源巖生物標(biāo)志化合物的分布與組成特征是研究其有機(jī)質(zhì)類型、演化并進(jìn)行油源關(guān)系研究的重要參數(shù)，不同沉積環(huán)境、不同母質(zhì)類型烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征往往差異明顯。

位于陡坡帶的恩3井文昌組烴源巖生物標(biāo)志化合物組合具有“五高”特征（圖3a，圖3b）：高C304-甲基甾烷、高Ts、高奧利烷、高重排藿烷及高樹脂化合物T，Ts/Tm 值為1.82～2.87，T/藿烷值為2.14～4.83。位于緩坡帶的恩4井文昌組烴源巖生物標(biāo)志化合物組合具有“一高四低”特征（圖3c，圖3d）：高C304-甲基甾烷、低Ts、低奧利烷、低重排藿烷及低樹脂化合物T，Ts/Tm 值為0.57～1.23，T/藿烷值為0.09～0.16，與恩3井鉆遇烴源巖差異明顯。

分析認(rèn)為，恩3 井鉆遇烴源巖沉積于亞還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)來源具有較高的水生藻類和陸源高等植物的雙重貢獻(xiàn)，為淺湖-半深湖相烴源巖。恩4井鉆遇烴源巖也沉積于亞還原環(huán)境，但有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)以水生藻類為主，為半深湖-深湖相烴源巖。

4 原油類型劃分及成藏貢獻(xiàn)分析

4.1 原油類型劃分及油源分析

前人針對珠一坳陷原油成因來源做過大量的工作［16-19］，認(rèn)為樹脂化合物是一類特征非常明顯的高等植物樹脂輸入的標(biāo)志化合物，代表陸源高等植物貢獻(xiàn)［20-21］，Ts/Tm 參數(shù)對黏土催化劑反應(yīng)很靈敏，該參數(shù)受烴源巖沉積環(huán)境影響較為明顯。恩平21洼原油及烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征對比分析結(jié)果表明，樹脂化合物T 含量以及Ts/Tm 的相對含量是研究區(qū)油-源對比有效的地球化學(xué)指標(biāo)，依據(jù)這2 個參數(shù)，將恩平21 洼原油劃分為2 種類型（圖4）。第1 類原油密度為0.80 g/cm3（以陽6 井和陽7井為代表），生物標(biāo)志化合物組合具有“五高”特征（圖3e，圖4）：高C304-甲基甾烷、高Ts、高奧利烷、高重排藿烷及高樹脂化合物T，Ts/Tm 值為1.85～3.27，T/藿烷值為2.71～7.26，與恩3井揭示的文昌組淺湖-半深湖相烴源巖生物標(biāo)志化合物組合特征一致，據(jù)此判斷該類原油來源于恩平21洼文昌組淺湖-半深湖相烴源巖。第2 類原油密度為0.87 g/cm3（以恩4井為代表），生物標(biāo)志化合物組合具有“一高四低”特征（圖3f，圖4）：高C304-甲基甾烷、低Ts、低奧利烷、低重排藿烷及低樹脂化合物T，Ts/Tm 值為0.59～1.38，T/藿烷值為0.08～1.05，與恩4 井揭示的文昌組半深湖-深湖相烴源巖生物標(biāo)志化合物組合特征一致，據(jù)此判斷該類原油來源于恩平21洼文昌組半深湖-深湖相烴源巖。

圖3 恩平21洼典型烴源巖及原油生物標(biāo)志化合物特征Fig.3 Typical biomarker characteristics of crude oil and source rock in Enping 21 Subsag

圖4 恩平21洼典型原油及烴源巖生物標(biāo)志化合物參數(shù)特征Fig.4 Typical biomarker parameters of crude oil and source rock in Enping 21 Subsag

4.2 不同類型原油分布特征

不同沉積期發(fā)育的烴源巖隨著盆地構(gòu)造演化不斷遷移，并在沉積深埋過程中持續(xù)生烴，因不同烴源巖段在生烴期的油氣運(yùn)移成藏條件存在差異，使得所生成油氣有序賦存在盆地的不同構(gòu)造部位，不同來源油氣的空間分布特征是油氣宏觀運(yùn)移成藏條件的綜合響應(yīng)結(jié)果。

恩平21 洼不同類型的原油分布受各次級洼陷烴源巖發(fā)育特征控制作用明顯。中-東次洼南部陡坡帶珠江組儲層中的原油主要來自于半深湖-深湖相烴源巖，恩平組-文昌組儲層中原油主要來源于淺湖-半深湖相烴源巖；緩坡帶的油藏?zé)o論是淺層珠江組還是深層文昌組均主要來源于淺湖-半深湖相烴源巖。西次洼洼陷中心的陽7和邊緣緩坡帶陽6 兩個油田不論是淺層的珠江組還是深層的恩平組均主要來源于淺湖-半深湖相烴源巖。

洼陷周邊油藏原油分布特征表明，恩平21洼的西次洼主體發(fā)育淺湖-半深湖相烴源巖，而中-東次洼靠近陡坡帶一側(cè)發(fā)育半深湖-深湖相和淺湖-半深湖相2類烴源巖，靠近緩坡帶一側(cè)發(fā)育半深湖-深湖相烴源巖。

4.3 不同類型原油成藏貢獻(xiàn)分析

恩平21洼已發(fā)現(xiàn)油藏原油多以單一來源為主，對各油層不同來源原油儲量的統(tǒng)計表明，半深湖-深湖相來源原油的貢獻(xiàn)比例為15%，淺湖-半深湖相原油貢獻(xiàn)比例為85%。在已獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)的恩平20 洼，原油類型與恩平21 洼類似，其中淺湖-半深湖相來源原油占已發(fā)現(xiàn)儲量的30%。

文昌組半深湖-深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖的成藏貢獻(xiàn)得到了廣泛認(rèn)可，而對于淺湖-半深湖相烴源巖的成藏貢獻(xiàn)并未得到重視，這制約了低勘探程度淺-小洼陷的勘探進(jìn)程。恩平21 洼鉆井揭示的烴源巖特征以及周邊油藏儲量來源構(gòu)成表明，淺湖-半深湖相烴源巖同樣具有較強(qiáng)的供烴能力。在珠江口盆地“下斷上拗、先陸后?！睒?gòu)造沉積演化背景下，對上部的海相儲層，油氣充注需要有效的油源斷裂溝通油源，對近源的陸相儲層，油氣充注需要有利的儲集條件，因此制約商業(yè)性發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵因素在于通源斷裂的發(fā)育程度以及深部儲層的物性特征，發(fā)育淺湖-半深湖相烴源巖的淺-小洼陷，也具有較好的油氣資源潛力。

5 結(jié)論

文昌組沉積時期恩平21 洼為亞還原環(huán)境的淡水湖盆，湖水水體較深，氣候濕熱，為盆內(nèi)優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)和良好的保存條件，鉆井所揭示的半深湖-深湖相和淺湖-半深湖相2種不同沉積環(huán)境的烴源巖，均具有較好的生烴潛力。文昌組淺湖-半深湖相烴源巖及其所生成原油的生物標(biāo)志化合物具有高C304-甲基甾烷、高Ts、高奧利烷、高重排藿烷及高樹脂化合物T的組合特征，半深湖-深湖相烴源巖則具有高C304-甲基甾烷、低Ts、低奧利烷、低重排藿烷及低樹脂化合物T的組合特征。恩平21洼周邊所發(fā)現(xiàn)的石油地質(zhì)儲量中，源于半深湖-深湖相烴源巖的占比為15%，源于淺湖-半深湖相烴源巖的占比為85%，淺湖-半深湖相烴源巖同樣具有較強(qiáng)的供烴能力，充注條件有利的情況下，發(fā)育淺湖-半深湖相烴源巖的淺-小洼陷，也具有較好的油氣資源潛力。