白云凹陷——珠江口盆地深水區(qū)一個(gè)巨大的富生氣凹陷

張功成 楊海長(zhǎng) 陳瑩 紀(jì)沫 王柯 楊東升 韓銀學(xué) 孫鈺皓

中海油研究總院

白云凹陷在區(qū)域構(gòu)造上位于南海北部大陸邊緣陸坡區(qū)珠江口盆地南部珠二坳陷內(nèi)，水深介于200～3 000m（圖1），北、南兩側(cè)分別是番禺低隆起和南部隆起帶，西側(cè)是云開低凸起，東側(cè)是東沙隆起。白云凹陷面積約1.206×104km2，最大沉積厚度達(dá)11 000 m，充填地層為新生界，除古新統(tǒng)神狐組未鉆遇外，其他地層均已被鉆井所證實(shí)。

圖1 白云凹陷區(qū)域位置圖

對(duì)白云凹陷及其鄰區(qū)的油氣勘探工作迄今已經(jīng)歷了4個(gè)階段：第一階段，20世紀(jì)70年代末期至80年代初期，地球物理勘探與初評(píng)階段，該凹陷作為全盆地的一部分，在對(duì)珠江口盆地整體實(shí)施以地震勘探為主的勘查階段，地震測(cè)線覆蓋了白云凹陷及其鄰區(qū)，在隨后的資源評(píng)價(jià)過(guò)程中，也對(duì)該凹陷的地質(zhì)特征、油氣地質(zhì)條件、資源潛力等作出了首次評(píng)價(jià)，認(rèn)為其油氣資源量約占整個(gè)珠江口盆地的一半，勘探潛力很大；第二階段，20世紀(jì)80年代中期至90年代初期，對(duì)白云凹陷及其周邊的一些大型構(gòu)造圈閉展開評(píng)價(jià)并實(shí)施了鉆探，但除了見(jiàn)到一些油氣顯示外，沒(méi)有獲得一個(gè)商業(yè)性發(fā)現(xiàn)，甚至連一個(gè)油氣層都沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)［1－2］；第三階段，20世紀(jì)90年代中期至2003年，綜合評(píng)價(jià)和淺水區(qū)突破階段，重新評(píng)價(jià)認(rèn)為白云凹陷屬于深大凹陷，烴源巖發(fā)育，油氣顯示活躍，地震剖面上斷層帶附近常常見(jiàn)到氣煙囪現(xiàn)象，在凹陷北坡的反向斷裂帶實(shí)施鉆探，發(fā)現(xiàn)了番禺30等一批大中型氣田；第四階段，2004年以后至今，淺水區(qū)的鉆探成功證實(shí)了該凹陷的生烴潛力，因而除了在淺水區(qū)持續(xù)勘探以外，還開始了新一輪的深水勘探，2006年在水深1 481m處鉆探發(fā)現(xiàn)了荔灣3－1大氣田，迄今白云凹陷深水區(qū)已鉆探了一大批構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)多個(gè)油氣田［3－6］。白云凹陷及其鄰區(qū)的上述勘探成果，足以證實(shí)該凹陷是富烴凹陷，但與預(yù)期相比尚有很大差距。因此，該凹陷生烴能力到底如何、是不是一個(gè)大型富生烴凹陷？既存在爭(zhēng)議又備受關(guān)注。

近年來(lái)關(guān)于富生烴凹陷的研究取得了里程碑式的新進(jìn)展。全球（包括我國(guó)）絕大多數(shù)油氣（常規(guī)與非常規(guī)）主要形成于富生烴凹陷已是共識(shí)，找油氣必先找富生烴凹陷；找大油氣田群更是首先要找大型富生烴凹陷?！案粺N凹陷滿凹含油論”［7］認(rèn)為富烴凹陷具有找油氣無(wú)極限的特性?！坝蜌夥植蓟パa(bǔ)性理論”［8］認(rèn)為，富烴凹陷資源量豐富，油氣分布具有優(yōu)勢(shì)性，總是富集分布在凹陷里或其周緣的特定部位；從縱向上看，不在淺層，就在深層或古潛山，反之亦然；在橫向上，不在深洼槽，就在緩坡區(qū)，反之亦然；在圈閉類型上，不在構(gòu)造圈閉里，就在巖性地層圈閉里，反之亦然；從運(yùn)移距離上看，不屬于近源或源內(nèi)成藏，就肯定屬于中遠(yuǎn)距離成藏。近來(lái)的勘探實(shí)踐還充分證明，富烴凹陷里油氣既分布在常規(guī)油氣藏里，也分布在非常規(guī)油氣藏里。“源熱共控論”［9－12］認(rèn)為，富生烴凹陷形成的有利條件是烴源巖和熱兩大要素的匹配與偶合，源熱共控油氣形成，潛在烴源巖是油氣形成的內(nèi)因，熱是油氣形成的外因，內(nèi)因和外因缺一不可，二者相互耦合作用控制了凹陷油氣的生成與否、生烴量規(guī)模大小、相態(tài)（石油或天然氣）類型與區(qū)域分布模式；潛在烴源巖控制因素包括烴源巖類型、豐度和規(guī)模；熱場(chǎng)類型分“熱”“溫”“冷”3類，熱演化有增溫型、減溫型和多幕型；對(duì)潛在的生烴凹陷來(lái)說(shuō)，源熱之間存在“源足熱足”“源足熱欠”“源欠熱足”和“源欠熱欠”的組合關(guān)系；“源足熱足”型凹陷能形成生烴凹陷，含油氣凹陷都屬于這一類，其中包括富生烴凹陷；“源足熱欠”和“源欠熱足”型凹陷在源熱互補(bǔ)條件下也能形成生烴凹陷或富生烴凹陷；“源欠熱欠”型凹陷不能形成富烴凹陷。

截至2013年底，白云凹陷已由不同年度采集的三維地震資料全部覆蓋，地震資料品質(zhì)較以往有了很大提高，該凹陷及其周緣有3口井鉆遇始新統(tǒng)文昌組，8口井鉆遇始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)恩平組，多口井鉆遇上漸新統(tǒng)珠海組。在此基礎(chǔ)上，筆者重新開展地震解釋工作，對(duì)凹陷深部結(jié)構(gòu)和沉積特征進(jìn)行再認(rèn)識(shí)，以“源熱共控論”為指導(dǎo)分析凹陷烴源巖熱作用，評(píng)價(jià)了該凹陷的油氣資源潛力。

圖2 白云凹陷及其鄰區(qū)構(gòu)造演化圖

1 白云凹陷結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1.1 白云凹陷構(gòu)造演化

白云凹陷的前新生代基底是華南地塊南緣帶。前人對(duì)白云凹陷新生代構(gòu)造演化階段劃分有多種認(rèn)識(shí)［13－19］。筆者從沉降機(jī)制和斷裂作用兩個(gè)方面，綜合考慮將其構(gòu)造演化分為3個(gè)階段，即古近紀(jì)裂陷期、早—中中新世坳陷期和晚中新世以來(lái)的新構(gòu)造期（圖2）。

1.1.1 古近紀(jì)裂陷期

古近紀(jì)白云凹陷所在區(qū)域的構(gòu)造環(huán)境發(fā)生過(guò)巨大的變化，從古新世—始新世的古南海北部大陸邊緣北翼陸相裂谷，到漸新世古南海北部邊緣海灣的海陸過(guò)渡相裂谷，再到晚漸新世演變成新南海北部大陸邊緣的陸架裂谷［13－14］。在此3期裂陷過(guò)程中，“斷”與“陷”聯(lián)合持續(xù)發(fā)生作用，促使基底沉降，形成巨大的可容空間，導(dǎo)致了深大凹陷的形成，隨著裂陷作用的推進(jìn)，“斷裂”作用減弱，坳陷作用加強(qiáng)（圖2）。

古新世—始新世裂陷期，整個(gè)古南海北部大陸邊緣區(qū)發(fā)生伸展，在此區(qū)域背景下，白云凹陷雛形形成。凹陷邊界斷層活動(dòng)速率及沉降速率較大，白云凹陷表現(xiàn)為南斷北超復(fù)式寬半地塹結(jié)構(gòu)，南部邊界斷層控制整個(gè)凹陷結(jié)構(gòu)，凹陷內(nèi)也有斷層活動(dòng)性強(qiáng)形成規(guī)模較小的半地塹，斷裂對(duì)凹陷形成控制作用明顯（圖2）。

早漸新世古南海北部大陸邊緣地形被剝蝕夷平，基底沉降作用加劇，斷層作用依然強(qiáng)烈，兩種作用疊加，形成面積更大、深度更大的凹陷，基底凹陷作用超過(guò)了斷裂作用，凹陷內(nèi)部沉降—沉積速率及其幅度均很大，南部邊緣雖受斷層控制，但對(duì)凹陷形態(tài)已不起明顯的控制作用，北部、東部、西部范圍擴(kuò)大至隆起之上，凹陷表現(xiàn)出斷坳形態(tài)（圖2）。

晚漸新世古南海北部大陸邊緣已被裂解，新南海洋殼形成，白云凹陷處于新南海北部邊緣陸架區(qū)，凹陷斷層活動(dòng)進(jìn)一步減弱，沉降—沉積幅度減弱，凹陷主體處于淺海環(huán)境。

1.1.2 早—中中新世電梯式快速沉降期

早—中新世珠江組沉積初期，白云凹陷基底發(fā)生了“電梯式”快速沉降，構(gòu)造環(huán)境從前期的陸架一下子變?yōu)殛懫?，從陸架上的斷凹變成陸坡上的凹陷，幾乎未?jiàn)斷層活動(dòng)。凹陷以番禺低隆起為坡折，南部表現(xiàn)為整體、垂向、快速、大幅度沉降特征，凹陷主體從陸架區(qū)沉入陸坡區(qū)。下中新統(tǒng)珠江組在凹陷中央厚度大，向四周厚度變薄。由于沉積處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，因而形成了深水沉積（圖2）。

1.1.3 晚中新世—第四紀(jì)新構(gòu)造期斷裂活動(dòng)顯著

本階段基底沉降對(duì)凹陷形成持續(xù)起決定作用，白云凹陷沉降作用進(jìn)一步增強(qiáng)。地層向南傾斜，表現(xiàn)為南部沉降在增強(qiáng)，陸坡凹陷進(jìn)一步發(fā)展，在大陸坡處沉積地層明顯增厚，凹陷表現(xiàn)為向南部減薄的“鯉魚型”形態(tài)。

在粵海組沉積期，包括白云凹陷及北部番禺低隆起在內(nèi)的南海北部受到臺(tái)灣—菲律賓島弧帶仰沖擠壓，新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，北西向斷裂作用成簇發(fā)育，部分?jǐn)鄬酉蛳虑懈钪粱?。本期斷裂作用主要表現(xiàn)為改造作用，對(duì)凹陷的沉降—沉積速率和幅度幾乎都沒(méi)有影響。

從白云凹陷的整體構(gòu)造演化過(guò)程可以看出，凹陷的形成作用發(fā)生了突變。斷—坳期凹陷處于陸架區(qū)，凹陷以斷層作用為主，疊加韌性伸展，表現(xiàn)為大型寬凹陷特征。之后，珠江組沉積時(shí)期及其以后，深部過(guò)程起控制作用，凹陷基底強(qiáng)烈沉降，凹陷處于陸坡區(qū)，導(dǎo)致新近系和第四系巨厚地層沉積處于陸坡深水區(qū)。

1.2 白云凹陷結(jié)構(gòu)特征

白云凹陷是繼承性深大凹陷，主要以古近系分布格局，劃分為白云主洼、白云西洼、白云東洼，其中白云東洼又可劃分為2個(gè)次級(jí)洼陷，從左至右稱為1次洼和2次洼。本次研究認(rèn)為白云凹陷南部發(fā)育斷階帶，地震剖面顯示白云凹陷與南部隆起以斷階帶相連（圖2）。斷裂帶以南屬于南部隆起區(qū)。

白云主洼文昌組呈寬半地塹結(jié)構(gòu)。該主洼恩平組沉積時(shí)期整體呈寬斷坳結(jié)構(gòu)，南部邊界斷裂不完全控制沉積中心，沉降中心位于凹陷中央，沉積地層表現(xiàn)為中間厚兩翼薄的鍋底形（圖2）；珠海組沉積期，斷裂活動(dòng)明顯減弱，熱沉降加強(qiáng)，該時(shí)期整體表現(xiàn)為坳斷特征；中新統(tǒng)—第四系具陸坡凹陷特征。主洼內(nèi)以古近系充填為主，最厚達(dá)8 300m；古近系中以恩平組厚度為最大，可達(dá)4 480m，文昌組最厚約2 400m，珠海組最厚約2 250m。

白云西洼在始新世沉積期是由兩條斷裂控制的半地塹，主控?cái)嗔岩粋?cè)呈箕狀，到始新世晚期，斷裂活動(dòng)減弱，對(duì)沉積控制作用不明顯。洼陷內(nèi)古近系最厚達(dá)2 600m，古近系中以文昌組為主，最厚達(dá)1 200m。

白云東洼可劃分為兩個(gè)次級(jí)洼陷，東1次洼和東2次洼。東1次洼呈北斷南超半地塹結(jié)構(gòu)，受控于邊界大斷層，沉降中心位于控洼斷層根部，洼陷內(nèi)古近系最厚達(dá)4 000m，古近系中以恩平組為主，最厚達(dá)1 800m。東2次洼被晚期斷裂所切割，同時(shí)受兩側(cè)隆起影響向南延伸，洼陷內(nèi)古近系最厚達(dá)2 400m，古近系中以文昌組為主，最厚達(dá)1 000m。

2 白云凹陷烴源巖

白云凹陷烴源巖主要為古近系，古近系凹陷屬于典型的疊合凹陷，古新世—始新世為陸相沉積，早漸新世為海陸過(guò)渡相沉積，晚漸新世為海相沉積，由此相應(yīng)地形成了3套烴源巖。

2.1 文昌組湖相烴源巖

對(duì)于文昌組是否存在以及文昌組發(fā)育規(guī)模前人持有不同的認(rèn)識(shí)［15－19］。筆者根據(jù)最新鉆井資料，區(qū)域構(gòu)造、地震地層學(xué)研究成果確定了文昌組的空間展布，文昌組發(fā)育多個(gè)沉積中心（圖3），分別位于白云主洼的幾個(gè)深洼槽中。文昌組沉積期構(gòu)造相對(duì)活躍，控洼邊界斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，在西洼控洼斷層根部以及白云主洼發(fā)育多個(gè)沉積中心，水體相對(duì)較深，發(fā)育深湖相；這些沉積中心又控制了3個(gè)湖區(qū)的發(fā)育，以淺湖亞相為主要沉積相類型；凹陷北坡、南部邊界斷層、東南緣及凹內(nèi)隆起處扇三角洲連片發(fā)育，單個(gè)扇三角洲規(guī)模較??；以白云凹陷東南緣物源最為發(fā)育，地震剖面上表現(xiàn)為典型的同張裂期沉積特征；西南部控洼斷層物源并不強(qiáng)烈，只在斷層轉(zhuǎn)換帶處有小規(guī)模物源注入；該時(shí)期凹陷內(nèi)水體相對(duì)較淺，全凹陷以濱湖亞相最為發(fā)育，各個(gè)湖泊之間相對(duì)孤立。

圖3 白云凹陷文昌組沉積相圖

白云凹陷深水區(qū)僅有1口井鉆遇文昌組地層，資料較少，但也揭示了較好的生烴潛力，有機(jī)碳含量介于1.00%～2.50%，生烴潛力為8.18～13.64mg／g，氫指數(shù)較高（446～566mg／g），Pr／Ph為1.4～1.7。白云凹陷文昌組不是一個(gè)單一的半地塹，而是在統(tǒng)一的半地塹里，發(fā)育了多個(gè)深洼槽，在邊界斷層的控制下，發(fā)育中深湖相地層。這些才是主要的烴源巖發(fā)育區(qū)域。

2.2 恩平組海陸過(guò)渡相烴源巖

白云凹陷有多口井鉆遇恩平組，LH29井恩平組見(jiàn)到了較豐富的海相溝鞭藻，且此時(shí)浮游有孔蟲占較高比例，說(shuō)明恩平組時(shí)期為淺海相沉積。

恩平組下段地層南部與荔灣凹陷相通，北至番禺低隆起南坡，西至云開低凸起，東部地層不發(fā)育。沉積中心和沉降中心均位于白云主洼中部（圖4）。

從沉積相圖上可以看出（圖4），該時(shí)期物源主要來(lái)自北部緩坡帶，西南斷階帶的作用較小。白云凹陷北緣及云開低凸起的陡坡帶發(fā)育小型扇三角洲；主洼凹槽部位發(fā)育淺海相泥巖，厚度最大達(dá)1 700m。

恩平組中段地層的發(fā)育范圍明顯大于下段：北部與番禺低隆起連通，西部通過(guò)云開低凸起上KP6井與開平凹陷連通，東部受東沙隆起帶控制，地層尖滅于LH29井附近，南部通過(guò)半封閉海灣與荔灣凹陷連通。沉積中心和沉降中心均位于白云主洼中部（圖5）。

該時(shí)期共有3個(gè)主要方向的物源供給（圖5），分別是北部緩坡帶、西南斷階帶和南部隆起帶。白云凹陷北部番禺低隆起帶、西南部云開低凸起帶上發(fā)育河流相；西南陡坡帶發(fā)育小型扇三角洲；北部斜坡帶、西南斷階帶緩坡帶以及南部半封閉海灣附近發(fā)育煤系三角洲，其中北部斜坡帶煤系三角洲規(guī)模較大，可推進(jìn)至主洼中心部位；主洼凹槽部位及南洼半封閉海灣內(nèi)發(fā)育淺海相泥巖，厚度最大達(dá)1 300m。

圖4 白云凹陷恩平組下段沉積相圖

圖5 白云凹陷恩平組中段沉積相圖

圖6 白云凹陷恩平組上段沉積相圖

恩平組上段地層已覆蓋整個(gè)白云凹陷（圖6）：北部在PY27井以北區(qū)域與番禺低隆起連通，西部與開平凹陷及順德凹陷廣泛連通，東部地層已覆蓋至南部隆起帶之上，南部除了通過(guò)半封閉海灣與荔灣凹陷連通外，地層已覆蓋至云開低凸起以南地區(qū)。沉積中心和沉降中心一致，均位于白云主洼中部。

從沉積相圖上可以看出，該時(shí)期物源主要來(lái)自兩個(gè)方向，北部緩坡帶和西南斷階帶。白云凹陷北部番禺低隆起帶、西南部云開低凸起以及南部隆起帶上發(fā)育河流相；西南陡坡帶發(fā)育小型扇三角洲；北部斜坡帶及西南斷階帶河流相前方發(fā)育三角洲煤系，其中北部斜坡帶三角洲煤系規(guī)模較大，地震剖面上可以看到明顯的S型前積反射特征，可推進(jìn)至南洼半封閉海灣附近；南洼中部及東洼半封閉海灣內(nèi)發(fā)育淺海相泥巖，厚度最大達(dá)1 700m。

恩平組烴源巖在白云凹陷全區(qū)分布廣泛，既有泥巖也有碳質(zhì)泥巖和煤。孢粉分析資料顯示，恩平組沉積時(shí)期白云凹陷屬熱帶—亞熱帶氣候環(huán)境，炎熱潮濕有利于高等植物和藻類的繁盛，水量充沛，沉積環(huán)境為弱氧化—弱還原環(huán)境，白云凹陷北坡大型進(jìn)積三角洲帶來(lái)大量的高等植物和藻類，同時(shí)也發(fā)育多層薄煤層，如在番禺33井恩平組累計(jì)鉆遇23m厚的煤層，有機(jī)質(zhì)含量高，使得三角洲平原發(fā)育好烴源巖，與三角洲相鄰的淺海相地層發(fā)育中等—好烴源巖［20］。恩平組泥巖的TOC主要介于0.34%～7.41%，均值為1.89%，熱解S1＋S2含量主要介于0.3～19.08mg／g，均值約為2.53mg／g，屬于較好—好烴源巖。恩平組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為偏腐殖型，屬于高等植物和藻類混合來(lái)源，干酪根類型以偏腐殖混合型為主，其次是腐殖型［21］。

白云凹陷恩平組烴源巖生物標(biāo)志物主要為 W.T和奧利烷等陸源高等植物。

2.3 珠海組海相烴源巖

珠海組基本繼承了恩平組晚期的沉積格局，只是由于晚漸新世新南海開始形成，珠二坳陷水體加深，白云凹陷總體成為陸架背景（圖2、7）。作為淺海與半深海分界的陸架坡折在凹陷南部LW3構(gòu)造附近，大致呈北東東向展布，坡折上有低位的峽谷—扇體系發(fā)育。白云凹陷陸架上發(fā)育來(lái)自北部古珠江的大型陸架邊緣三角洲，向東南推進(jìn)較遠(yuǎn)，可達(dá)外陸架區(qū)域，具有典型三角洲斜交S型前積組合反射結(jié)構(gòu)，其頂超面與下超面水平落差為100～400m，水平延伸可達(dá)數(shù)千米；鉆井揭示粗—細(xì)粒的巖屑長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖和泥巖，局部混積巖，巖心見(jiàn)塊狀、板狀交錯(cuò)、槽狀交錯(cuò)、沖洗、平行等層理，正、反粒序都有。

圖7 白云凹陷珠海組沉積相圖

珠海組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度稍低，其中，白云凹陷泥巖的TOC介于0.11%～3.00%，均值為1.2%，熱解S1＋S2含量主要介于0.10～26.94mg／g，均值為5.69mg／g，屬于較好烴源巖。珠海組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為偏腐殖混合型和腐殖型，其有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于陸生高等植物［21］。白云凹陷珠海組烴源巖生物標(biāo)志化合物的總體特征表現(xiàn)為奧利烷相對(duì)豐度最高，而W.T樹脂化合物豐度低。

2.4 烴源巖疊合發(fā)育規(guī)模大

綜上認(rèn)為，白云凹陷發(fā)育陸相、海陸過(guò)渡相和海相烴源巖（圖8）。文昌組烴源巖為湖相泥巖；恩平組為海陸過(guò)渡相烴源巖，主要包括煤層、碳質(zhì)泥巖、煤系泥巖、海相泥巖烴源巖；珠海組海相泥巖是次要烴源巖。

3 白云凹陷熱場(chǎng)

3.1 現(xiàn)今地溫?zé)釄?chǎng)

凹陷現(xiàn)今地溫場(chǎng)是凹陷構(gòu)造演化的最后一期，也是唯一能夠直接測(cè)量的一期。因此凹陷現(xiàn)今地溫場(chǎng)特征是凹陷構(gòu)造熱演化研究的重要環(huán)節(jié)，也是必要的約束條件之一。

現(xiàn)今地溫場(chǎng)分析結(jié)果表明：白云凹陷現(xiàn)今地溫場(chǎng)具“熱盆”屬性，地溫梯度為29.4～52.2℃／km，平均地溫梯度為39.1℃／km。

在白云凹陷內(nèi)部，現(xiàn)今地?zé)釄?chǎng)表現(xiàn)為凹陷中心地溫梯度低于凹陷邊緣及凸起部位，地溫梯度值介于2.9～6.2℃／100m（圖9）。

3.2 熱史恢復(fù)

目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于盆地?zé)崾返难芯糠椒ㄖ饕袃煞N［22］：①巖石圈尺度上的“構(gòu)造—熱演化法”，即“熱史正演”，該方法基于盆地的構(gòu)造演化模型，能得到盆地演化整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期的熱流值變化情況，但缺乏有效的溫標(biāo)數(shù)據(jù)約束；②盆地尺度上的“古溫標(biāo)法”，即“熱史反演”，該方法基于盆地演化形成的熱產(chǎn)物，熱史能與現(xiàn)今溫標(biāo)數(shù)據(jù)最大程度擬合，但因?yàn)楣艤貥?biāo)記錄的是地層受熱最高程度，所以反演只能得到特定地質(zhì)時(shí)刻的熱狀態(tài)。上述兩種方法各有其自身的優(yōu)勢(shì)和限制，目前熱史恢復(fù)技術(shù)正逐步向二者結(jié)合的方向發(fā)展，從而使熱史恢復(fù)技術(shù)更加系統(tǒng)和科學(xué)。

圖8 白云凹陷烴源巖分布圖

圖9 白云凹陷地溫梯度圖

3.2.1 熱史反演

盆地尺度上的盆地?zé)崾房赏ㄟ^(guò)各種古溫標(biāo)數(shù)據(jù)［如鏡質(zhì)體反射率、磷灰石（U－Th）／He、包裹體測(cè)溫等］來(lái)恢復(fù)，盆地?zé)崾坊謴?fù)的方法很多［23］。根據(jù)白云凹陷古溫標(biāo)狀況和實(shí)際地質(zhì)條件，選用古地溫梯度法進(jìn)行熱史恢復(fù)。對(duì)于每一個(gè)樣品來(lái)說(shuō)，其溫標(biāo)值都代表了一個(gè)它所經(jīng)歷的最高古地溫，對(duì)于某一連續(xù)沉積的地層，即一個(gè)構(gòu)造層來(lái)講，一組樣品達(dá)到最高古地溫的時(shí)間是統(tǒng)一的。因此，根據(jù)不同深度上樣品最高古地溫即可得出該構(gòu)造層達(dá)到最高古地溫時(shí)的古地溫梯度。如果各個(gè)構(gòu)造層達(dá)到最高古地溫的時(shí)間不一致，則可得出各相應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi)的古地溫梯度或古地溫梯度史和與之對(duì)應(yīng)的地層受熱史。這就是古地溫梯度研究方法［24］。本次主要根據(jù)白云凹陷鉆井鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)，利用古地溫梯度法來(lái)恢復(fù)白云凹陷的地?zé)崾贰?/p>

選取白云凹陷擁有較系統(tǒng)古溫標(biāo)數(shù)據(jù)（Ro）的PY33、PY28井進(jìn)行熱史恢復(fù)。從鉆井的成熟度標(biāo)志數(shù)據(jù)狀況來(lái)看：Ro介于0.3%～1.6%，與深度的相關(guān)性較強(qiáng)，整體上具有很好的分段性，以珠江組和珠海組間的不整合面為界，深部Ro隨深度變化的梯度大于淺部，如PY33井（圖10）。這種Ro隨深度的變化規(guī)律存在著明顯差異的特征，記錄了盆地不整合面形成前后地層所經(jīng)歷的不同熱狀態(tài)。

正是Ro數(shù)據(jù)隨深度分布的這一特征，使古地溫狀態(tài)得以重建。利用古地溫梯度法筆者重建了鉆井的古地溫剖面。重建的PY33井古地溫剖面（圖11）顯示：在珠海組及以前地層沉積時(shí)具有較高地溫梯度，其相對(duì)應(yīng)的古地溫梯度為39.4℃／km，與現(xiàn)今地溫梯度（35.6℃／km）相比表現(xiàn)為一個(gè)下降的過(guò)程，其他鉆井資料也具有相同的特征。

鉆井的熱史恢復(fù)結(jié)果表明：白云凹陷目前所能恢復(fù)的最高古地溫梯度出現(xiàn)在古近紀(jì)末，位于不同構(gòu)造單元的鉆井資料顯示，當(dāng)時(shí)古地溫梯度分別是：39.4℃／km（PY33－1－1）、35.8℃／km（PY28－2－1），與現(xiàn)今地溫梯度（35.6℃／km、33.0℃／km）相比表現(xiàn)為一個(gè)下降過(guò)程，表明自漸新世末（距今23.3Ma）以來(lái)所經(jīng)歷的是一個(gè)持續(xù)的冷卻過(guò)程（圖12），反演熱史反映南海北部在漸新世及以前經(jīng)歷拉張過(guò)程，其后經(jīng)歷熱沉降的構(gòu)造演化特征。

圖10 鉆井Ro—深度關(guān)系圖

圖11 白云凹陷PY33井古地溫剖面圖

3.2.2 正演熱歷史約束與驗(yàn)證

在白云凹陷邊緣，正演得到距今23.3Ma時(shí)基底熱流值為60mW／m2左右［25］，對(duì)應(yīng)地質(zhì)時(shí)間，同一構(gòu)造部位反演得到的最高古地溫梯度為39.4℃／km（PY33），鑒于始新世以來(lái)，白云凹陷的沉積充填以泥巖為主，泥巖熱導(dǎo)率一般分布范圍為1.5～2.3W／（m·K）［25－27］，相應(yīng)的古地表熱流值為60～90mW／m2，去掉沉積層生熱影響，反演得到的基底古熱流值為50～70mW／m2，此數(shù)據(jù)與正演得到的基底古熱流吻合。

雖然反演熱史能約束特定時(shí)間點(diǎn)正演熱流值的大小，但整個(gè)地質(zhì)時(shí)期的熱歷史還需實(shí)際鉆井的驗(yàn)證，筆者選取白云凹陷北部的PY33井對(duì)正演熱史進(jìn)行了檢驗(yàn)。

PY33井位于白云凹陷的北部邊緣，實(shí)測(cè)獲得了從萬(wàn)山組至恩平組各個(gè)層位的Ro數(shù)據(jù)，井段范圍覆蓋1 000～5 094m，用于Ro實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比，具有代表性。模擬時(shí)熱邊界選用宋洋等［24］正演模擬得到的鉆井附近熱史（圖13）。模擬Ro值與實(shí)測(cè)值結(jié)果表明：Ro模擬值與實(shí)測(cè)值具有良好的吻合度，二者隨深度的變化趨勢(shì)也非常一致。該結(jié)果說(shuō)明正演熱流史可以應(yīng)用于烴源巖熱演化研究。

通過(guò)與反演熱歷史對(duì)比以及鉆井資料的驗(yàn)證，在白云凹陷反演熱史很好地約束了正演熱史，利用正演模型得到的熱流變化過(guò)程和古熱流值合理，且與現(xiàn)今鉆井資料吻合良好，可以應(yīng)用于盆地?zé)N源巖熱演化研究。

白云凹陷始新世以來(lái)熱演化史存在一期熱流升高過(guò)程，持續(xù)時(shí)間為距今48～23.3Ma。自距今23.3 Ma以來(lái)基底熱流一直緩慢降低。白云凹陷熱流演化特征是南海北部陸緣新生代拉張事件的表現(xiàn)。

圖12 白云凹陷單井熱流演化史示意圖

圖13 珠江口盆地PY33井Ro模擬值和實(shí)測(cè)值對(duì)比圖

4 凹陷資源潛力

4.1 煤系地層4階段生烴模式

白云凹陷恩平組煤系烴源巖是主力烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型主要為腐殖型干酪根。模擬實(shí)驗(yàn)采用有壓力的黃金管封閉體系生烴動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，生烴熱解溫度范圍為300～600℃。將制備好的干酪根樣品（20～50 mg）在氬氣保護(hù)下封入黃金管（長(zhǎng)度40mm，直徑4.5mm），黃金管分別放置于不同的高壓釜。通過(guò)高壓泵對(duì)高壓釜充水，從而對(duì)樣品施加壓力。利用壓力傳感器調(diào)節(jié)，使生烴熱解實(shí)驗(yàn)的壓力維持在50MPa。利用程序升溫（20℃／h和2℃／h）對(duì)高壓釜加熱，加熱到事先設(shè)定的溫度點(diǎn)。生烴熱解實(shí)驗(yàn)完成后，將黃金管取出高壓釜，對(duì)黃金管內(nèi)的熱模擬氣體進(jìn)行GC和GC－IRMS分析。

熱模擬氣體由真空集氣泵收集，其成分分析在HP 5890Ⅱ型GC儀上完成，內(nèi)標(biāo)法定量，誤差小于1%。GC條件：采用PoraPLOT Q型色譜柱（30m×0.25mm×0.25Lm），用氦氣作載氣；升溫程序：初始溫度50℃，恒溫2min，再以4℃／min的速率升至180℃，恒溫15min。氣體組分碳同位素分析在IsochromⅡ型GCIRMS同位素質(zhì)譜儀上完成，分析誤差為±0.3‰（PDB）。采用 PoraPLOT Q 型色譜柱（30 m×0.32mm×0.25Lm），用氦氣作載氣；升溫程序：初始溫度50℃，恒溫3min，再以4℃／min的速率升至150℃，恒溫8min。

據(jù)樣品模擬實(shí)驗(yàn)（表1），其生烴具有4階段特征（圖14），成烴產(chǎn)物受源熱共控。在Ro值均小于0.7%時(shí)，以形成低熟（油）氣為主；Ro值大于0.7%但小于1.3%時(shí)，以成熟（油）氣為主；在Ro介于1.3%～2.0%時(shí)，以形成高成熟（油）為主，再大于2.0%時(shí)，以形成過(guò)成熟氣為主?？傮w上具有生油窗窄、生氣窗寬，生油少、生氣多；Ro大于1.5%以上才能大規(guī)模生氣。

表1 模擬樣品的地球化學(xué)參數(shù)表

圖14 模擬實(shí)驗(yàn)得到的煤系烴源巖產(chǎn)烴曲線圖

4.2 白云凹陷烴源巖熱演化

4.2.1 一維烴源巖熱演化

基于反演約束的正演熱流史，結(jié)合單點(diǎn)地層埋藏史，利用Easy Ro動(dòng)力學(xué)模型［28］，筆者對(duì)白云凹陷不同構(gòu)造部位主要烴源巖的成熟度隨時(shí)間的演化歷程和平面特征進(jìn)行了刻畫。

為了解不同構(gòu)造部位的烴源巖熱演化狀態(tài)，筆者選取了白云凹陷斜坡帶的PY33井和白云凹陷深部的虛擬單井進(jìn)行成熟度史研究，并按前人對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟和生烴狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)［27］對(duì)研究區(qū)烴源巖成熟度和生烴狀態(tài)進(jìn)行了探討。

不同構(gòu)造部位單井（點(diǎn)）烴源巖現(xiàn)今成熟度不同（圖15）。白云凹陷西北部烴源巖現(xiàn)今成熟度相對(duì)較低，油氣共生。白云凹陷斜坡帶文昌組現(xiàn)今Ro為2.1%，文昌組烴源巖已經(jīng)達(dá)到生氣階段、恩平組現(xiàn)今Ro為1.5% ，處于生油高峰或剛剛進(jìn)入生氣階段，珠海組則更低，現(xiàn)今剛進(jìn)入生油階段。在凹陷的中心，3套烴源巖成熟度均處于生氣階段。

白云凹陷烴源巖熱演化過(guò)程不盡相同，距今32～23.3Ma深水區(qū)烴源巖快速增熟。白云凹陷斜坡帶烴源巖早期（距今32Ma之前）熱演化程度很低，距今32～23.3Ma快速增熟并進(jìn)入生油窗，之后維持較穩(wěn)定的速率增熟；白云凹陷最深處文昌組、恩平組和珠海組底部烴源巖熱演化都具有明顯的階段性，距今32Ma之前熱演化進(jìn)程緩慢，距今32～23.3Ma是各烴源巖快速增熟過(guò)程，距今23.3Ma之后則處于相對(duì)緩慢的持續(xù)增熟過(guò)程。

4.2.2 三維烴源巖熱演化

烴源巖熱演化研究選取3個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，即距今23.3Ma、16.0Ma和 0Ma。從熱演化圖可知 （圖16），同一時(shí)刻，烴源巖熱演化程度從文昌組底、恩平組下段底、恩平組中段底、恩平組上段底、珠海組底至珠海組頂依次降低；同一層位，烴源巖熱演化程度從距今23.3Ma、16.0Ma至現(xiàn)今依次升高。這一現(xiàn)象是烴源巖成熟度受埋藏時(shí)間和溫度控制的充分反映。

圖15 白云凹陷烴源巖成熟度史圖

圖16 白云凹陷烴源巖熱演化成熟史圖

1）文昌組烴源巖底部熱演化

文昌組烴源巖底部成熟度在距今23.3Ma時(shí)凹陷中心已處于過(guò)成熟階段，逐漸向凹陷邊緣降低，北部及東部大范圍處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度進(jìn)一步升高，凹陷中心過(guò)成熟面積加大，僅在凹陷東部有小范圍尚處于未成熟階段；現(xiàn)今凹陷整體以過(guò)成熟為主，僅在白云凹陷東部及北部處于低熟至成熟階段（圖16）。

2）恩平組下段底部烴源巖熱演化

恩平組底部烴源巖熱演化成熟度各時(shí)刻均低于文昌組烴源巖底部，距今23.3Ma凹陷中心處于過(guò)成熟階段，環(huán)帶狀逐漸向凹陷邊緣降低，北部和東部處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度進(jìn)一步升高，僅在東部存在未成熟烴源巖；現(xiàn)今凹陷整體以高成熟—過(guò)成熟為主，凹陷的北部和東部處于低熟至成熟階段，僅在東北角局部處于未成熟階段（圖16）。

3）恩平組中段底部烴源巖熱演化

恩平組中段底部烴源巖成熟度各時(shí)刻均低于恩平組下段底部烴源巖，距今23.3Ma凹陷中心僅小面積處于過(guò)成熟階段，以成熟—高成熟為主，凹陷東部、北部、西部處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度整體升高，僅在東部存在未成熟烴源巖；現(xiàn)今凹陷整體以高成熟—過(guò)成熟為主，凹陷北部和東部處于低熟至成熟階段，僅在東北角局部處于未成熟階段（圖16）。

4）恩平組上段底部烴源巖熱演化

恩平組上段底部烴源巖成熟度各時(shí)刻均低于中段底部，距今23.3Ma凹陷整體以未成熟為主，僅在凹陷中心小面積處于高成熟階段；距今16.0Ma成熟度整體升高，未成熟烴源巖存在于凹陷東部，凹陷中心處于過(guò)成熟階段；現(xiàn)今凹陷整體以高成熟—過(guò)成熟為主，凹陷的北部和東部處于低熟至成熟階段，僅在東北角局部處于未成熟階段（圖16）。

5）珠海組底部烴源巖熱演化

珠海組底部烴源巖成熟度各時(shí)刻均低于恩平組上段底部，距今23.3Ma凹陷基本處于未成熟階段，僅在凹陷中心小范圍處于低成熟階段；距今16.0Ma成熟度升高，凹陷中心以成熟為主，在北部和東部以未成熟為主；現(xiàn)今凹陷整體以成熟—高成熟為主，凹陷中心處于過(guò)成熟階段，僅東北角局部處于未成熟階段（圖16）。

圖17 白云凹陷烴源巖排烴強(qiáng)度圖

6）珠海組頂部烴源巖熱演化

珠海組頂部烴源巖成熟各時(shí)刻均低于珠海組底部，距今23.3Ma凹陷整體處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度升高，但升高幅度較小，局部處于低成熟階段；現(xiàn)今凹陷整體以低成熟—成熟為主，僅在凹陷南部、東北部處于未成熟階段（圖16）

4.2.3 三維烴源巖排烴強(qiáng)度

烴源巖排烴強(qiáng)度與沉積相圖、TOC、HI、烴源巖有效厚度、干酪根類型及盆地的熱歷史息息相關(guān)。需要說(shuō)明的是本次研究排氣強(qiáng)度均已換算成油當(dāng)量，排油強(qiáng)度圖和排氣強(qiáng)度圖數(shù)值上可直接相加即為排烴強(qiáng)度圖（圖17）。

文昌組烴源巖排氣強(qiáng)度大于排油強(qiáng)度，排烴中心主要位于凹陷西邊兩個(gè)中深湖范圍內(nèi)，其次為凹陷中部的淺湖范圍內(nèi)。恩平組下段烴源巖排氣強(qiáng)度大于排油強(qiáng)度，排烴中心位于凹陷中部的淺海范圍內(nèi)，其次為位于西北部的三角洲范圍內(nèi)。恩平組中段烴源巖排氣強(qiáng)度大于排油強(qiáng)度，排烴中心位于凹陷中部的淺海范圍內(nèi)，其次為位于北部的扇三角洲范圍內(nèi)。恩平組上段烴源巖排氣強(qiáng)度大于排油強(qiáng)度，排烴中心主要位于扇三角洲平原范圍內(nèi)，其次為三角洲前緣范圍內(nèi)，最后位于前三角洲和淺海范圍內(nèi)。

珠海組烴源巖排氣強(qiáng)度大于排油強(qiáng)度，排烴中心位于凹陷中部水下平原范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

白云凹陷構(gòu)造演化分為始新世陸內(nèi)湖相斷凹、早漸新世局限海陸過(guò)渡相斷凹、晚漸新世開闊海相斷凹及中新世—第四紀(jì)深海凹陷階段。

白云凹陷發(fā)育文昌組湖相、恩平組海陸過(guò)渡相和珠海組海相3套烴源巖。其中恩平組海陸過(guò)渡相烴源巖發(fā)育煤系和海陸過(guò)渡相烴源巖，是主力烴源巖。烴源巖分布面積近萬(wàn)平方千米，規(guī)模巨大。

白云凹陷為熱盆，有利于有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化，對(duì)于煤系烴源巖成烴尤為重要。

源熱共控，白云凹陷發(fā)育上述3套規(guī)模巨大的有效烴源巖體，空間上疊置發(fā)育，生烴量巨大。

文昌組現(xiàn)今絕大多數(shù)處于過(guò)成熟狀態(tài)。恩平組處于過(guò)成熟、成熟、低成熟和未成熟狀態(tài)，其中白云主洼處于過(guò)成熟狀態(tài)，主要生氣，東、西洼及主洼的斜坡區(qū)處于成熟狀態(tài)和低成熟狀態(tài)以生油為主，珠海組在主洼部位主要生氣。上述3套烴源巖生烴量巨大，其中恩平組資源潛力為最大。

模擬結(jié)果表明，白云凹陷文昌組烴源巖頂界面（恩平組烴源巖底界面）現(xiàn)今都已成熟（Ro＞0.5%），凹陷中心均已進(jìn)入過(guò)成熟階段（Ro＞2.0%），其中過(guò)成熟占凹陷面積的44.34%。底界面現(xiàn)今過(guò)成熟階段范圍更廣，占凹陷面積的54.55%；恩平組烴源巖頂界面現(xiàn)今同樣都已進(jìn)入成熟階段，凹陷中心部位進(jìn)入過(guò)成熟階段，占凹陷面積10.63%。白云凹陷油氣資源量約33×108t，以氣為主。

白云凹陷珠江組及其以上有上千米的區(qū)域性泥巖蓋層，烴源巖生烴高峰晚。因此保存條件好，天然氣散失少，符合油氣分布互補(bǔ)性理論和富烴凹陷滿凹含油的條件。目前的勘探主力層系在珠江組底部和珠海組上部，珠海組下部及恩平組極有可能是下一步的主要勘探層系。

以分隔槽為界，白云凹陷分成3大含油氣系統(tǒng)（生運(yùn)聚單元），每個(gè)單元又包含源內(nèi)—源外兩部分（圖18）。目前僅在番禺低隆起和白云東傾沒(méi)端含油氣系統(tǒng)的源外部分獲得發(fā)現(xiàn)，云開低凸起含油氣系統(tǒng)尚無(wú)發(fā)現(xiàn)。目前的資源探明程度很低，油氣勘探潛力大。云開低凸起及其傾沒(méi)端、深洼槽（圖18藍(lán)色陰影部分）將是下一步勘探的重大新領(lǐng)域。

圖18 白云凹陷油氣運(yùn)聚平面分布圖

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