烏石凹陷中—東區(qū)油氣來源及成藏時(shí)間分析

楊希冰， 胡 林， 金秋月

( 中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057 )

摘 要：分析烏石凹陷原油樣品地球化學(xué)特征，根據(jù)特征生物標(biāo)志物指標(biāo)將原油劃分為3種類型，即Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。原油間異戊二烯烷烴、4-甲基甾烷和奧利烷等生物標(biāo)志化合物呈現(xiàn)不同的組成特征。油源對(duì)比表明，烏石中—東區(qū)Ⅰ類原油主要來源于流二段上部源巖，Ⅱ類和Ⅲ類原油主要來源于流二段下部源巖。分析油藏砂巖儲(chǔ)層流體包裹體，統(tǒng)計(jì)包裹體均一溫度測試結(jié)果，結(jié)合埋藏—熱演化史模擬進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：烏石凹陷不同類型原油成藏時(shí)間存在差異，Ⅰ類原油呈晚期成藏的特征，成藏時(shí)間為從燈樓角組到望樓港組沉積時(shí)期；Ⅱ類原油為早期成藏的特征，成藏時(shí)間從下洋組到角尾組沉積時(shí)期；Ⅲ類原油成藏時(shí)間為從角尾組到燈樓角組沉積時(shí)期。烏石凹陷油氣來源及油氣成藏時(shí)間研究可為該區(qū)優(yōu)化、進(jìn)一步擴(kuò)大勘探成果提供依據(jù)。

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烏石凹陷中—東區(qū)油氣來源及成藏時(shí)間分析

楊希冰， 胡 林， 金秋月

( 中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057 )

摘 要：分析烏石凹陷原油樣品地球化學(xué)特征，根據(jù)特征生物標(biāo)志物指標(biāo)將原油劃分為3種類型，即Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。原油間異戊二烯烷烴、4-甲基甾烷和奧利烷等生物標(biāo)志化合物呈現(xiàn)不同的組成特征。油源對(duì)比表明，烏石中—東區(qū)Ⅰ類原油主要來源于流二段上部源巖，Ⅱ類和Ⅲ類原油主要來源于流二段下部源巖。分析油藏砂巖儲(chǔ)層流體包裹體，統(tǒng)計(jì)包裹體均一溫度測試結(jié)果，結(jié)合埋藏—熱演化史模擬進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：烏石凹陷不同類型原油成藏時(shí)間存在差異，Ⅰ類原油呈晚期成藏的特征，成藏時(shí)間為從燈樓角組到望樓港組沉積時(shí)期；Ⅱ類原油為早期成藏的特征，成藏時(shí)間從下洋組到角尾組沉積時(shí)期；Ⅲ類原油成藏時(shí)間為從角尾組到燈樓角組沉積時(shí)期。烏石凹陷油氣來源及油氣成藏時(shí)間研究可為該區(qū)優(yōu)化、進(jìn)一步擴(kuò)大勘探成果提供依據(jù)。

烏石凹陷； 原油； 油氣來源； 流體包裹體； 成藏時(shí)間

0 引言

研究油氣來源和成藏時(shí)間對(duì)油氣勘探具有重要意義。生物標(biāo)志物地球化學(xué)研究認(rèn)為，不同沉積環(huán)境、不同母質(zhì)類型烴源巖生成的原油具有不同的生物標(biāo)志物組合,因此利用生物標(biāo)志物的分布與組成確定原油來源是目前常用的方法[1]。人們主要采用圖譜相似和生標(biāo)組合參數(shù)進(jìn)行油源對(duì)比，依靠多個(gè)特征性地球化學(xué)指標(biāo)對(duì)比油源關(guān)系[2-4]。確定油氣成藏期的方法較多，如圈閉形成時(shí)間法、生排烴史法、包裹體測溫法等[5-6]。20世紀(jì)80年代以來，包裹體逐步應(yīng)用于油氣地質(zhì)領(lǐng)域，其中與烴類流體包裹體共生的鹽水包裹體的均一溫度，記錄油氣運(yùn)移充注時(shí)儲(chǔ)層的古地溫，通過對(duì)儲(chǔ)層熱演化史和埋藏史的恢復(fù)即可確定油氣成藏時(shí)間[7-8]。流體包裹體法已成為較常用的確定油氣成藏期次和時(shí)間的方法。

烏石凹陷勘探油氣主要分布于烏石中—東區(qū)，已發(fā)現(xiàn)W17-A、W16-B等油田，被證實(shí)為北部灣盆地一個(gè)重要的富生烴凹陷[9-10]，主要油氣藏賦存于流一段到流三段，不同層系原油分布范圍和原油性質(zhì)存在明顯差異。人們對(duì)北部灣盆地烏石凹陷原油地球化學(xué)和成藏特征進(jìn)行研究，其中柳永杰和楊海長等對(duì)烏石凹陷成藏特征進(jìn)行分析[11-12]；包建平和潘賢莊等對(duì)北部灣盆地原油生物標(biāo)志物特征進(jìn)行分析，但研究區(qū)主要集中于潿西南凹陷[13-15]。隨著烏石凹陷勘探不斷深入，尚未見北部灣盆地烏石凹陷油源和成藏問題的研究，其油氣來源和成藏時(shí)間成為制約勘探研究的重要問題。

在收集和整理研究資料[16-18]的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)烏石凹陷原油和烴源巖樣品進(jìn)行常規(guī)飽和烴氣相色譜質(zhì)譜分析，篩選對(duì)原油具有判識(shí)作用的特征生物標(biāo)志物參數(shù)，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行原油類型劃分和油源對(duì)比。根據(jù)流體包裹體鏡下鑒定、均一溫度測試，結(jié)合埋藏史、熱演化史研究烏石凹陷油氣主成藏期，確定該區(qū)油氣成藏的時(shí)間范圍。研究結(jié)果有助于認(rèn)識(shí)該區(qū)油氣生成和運(yùn)聚成藏問題，為下一步勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

烏石凹陷是位于南海西部北部灣盆地南部坳陷的一個(gè)次級(jí)凹陷，南靠流沙凸起，北臨企西隆起，南邊受7號(hào)斷裂控制，北邊受6號(hào)斷裂控制(見圖1)，形成南斷北超的東洼和北斷南超的西洼，受區(qū)域應(yīng)力場和構(gòu)造活動(dòng)的影響，形成中區(qū)走滑斷裂帶、東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、北部斜坡帶和南部陡坡帶的構(gòu)造布局[19-20]。

圖1 烏石凹陷區(qū)域位置分布Fig.1 Tectonic location map of Wushi sag

烏石凹陷是中、新生代發(fā)育起來的斷陷盆地，先后經(jīng)歷古近紀(jì)裂陷和新近紀(jì)裂后沉降階段。裂陷階段可分為3次張裂：初始斷陷期、強(qiáng)烈斷陷期和晚期斷陷[16,20]。鉆井揭示，烏石凹陷新生代地層包括古近系長流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組和第四系(見圖2)。受構(gòu)造活動(dòng)影響，該區(qū)烴源巖主要形成于始新世古湖繁盛時(shí)期，主力烴源巖為流沙港組層段，主要為一套中深湖相烴源巖[21-22]。

2 原油成因類型

將原油樣品置于硅膠一氧化鋁色層柱上，用正己烷沖洗出飽和烴餾分。在Thermo DSQⅡ型氣相色質(zhì)聯(lián)用儀上，配置DB-5MS型毛細(xì)色譜柱(60 m×0.32 mm×0.25 μm)，進(jìn)行色譜—質(zhì)譜(GC-MS)分析。氣相色譜分析條件:升溫程序的初始溫度為100 ℃，保持5 min，以4.0 ℃/min速率升至220 ℃，再以2.0 ℃/min速率升至280 ℃，最后以1.5 ℃/min速率升至310 ℃。再恒溫20 min;以氦氣作載氣，采用恒流模式，流量為1.2 mL/min。質(zhì)譜分析條件：進(jìn)樣口溫度為310 ℃，連接桿溫度為280 ℃，離子源溫度為230 ℃。采用EI源，電子轟擊能量為70 eV;作全掃描采集，質(zhì)量數(shù)為50～550 aum。在Thermo DSQⅡ型色譜/質(zhì)譜系統(tǒng)上進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜(GC-MS)分析，色譜條件同前，質(zhì)譜系統(tǒng)為四極桿分析器，碰撞室氣體采用氬氣；采用母離子→子離子方式檢測，其中藿烷采集M+→191，甾烷采集M+→217，M+為分子的離子。

利用飽和烴色譜、色譜—質(zhì)譜譜圖特征及生物標(biāo)志化合物指標(biāo)，對(duì)烏石凹陷流沙港組原油樣品和烴源巖樣品進(jìn)行地球化學(xué)分析，已發(fā)現(xiàn)原油存在3種成因類型，Ⅰ類原油主要分布在烏石凹陷中—東區(qū)W23-A等構(gòu)造流一段地層，Ⅱ類原油主要分布在W16-A、W17-B、W16-B等構(gòu)造流二段地層，Ⅲ類原油主要分布在反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶W17-B流三段地層。

綜合分析烏石凹陷三類原油參數(shù)差異(見表1)。Ⅰ類原油地化參數(shù)特征為高Pr/Ph值、低庚烷值，4—甲基甾烷含量低，全油碳同位素較輕，原油成熟度較低，奧利烷指數(shù)較高；Ⅱ類原油地化參數(shù)特征為低Pr/Ph值、中等庚烷值，4—甲基甾烷含量中等，全油碳同位素較重，奧利烷指數(shù)較低；Ⅲ類原油地化參數(shù)特征為低Pr/Ph值、中等庚烷值，4—甲基甾烷含量高，全油碳同位素較重，奧利烷指數(shù)低。結(jié)合湖相烴源巖研究[9-10,18]，三類原油的差別主要表現(xiàn)在母質(zhì)藻類輸入量上，Ⅰ類原油水生藻類輸入量較低，Ⅱ類和Ⅲ類原油水生藻類輸入量較高。

圖2 烏石凹陷新生界地層柱狀圖Fig.2 Cenozoic stratigraphic column profile of Wushi sag

3 原油來源

烏石凹陷流沙港組沉積時(shí)期主要為濱淺湖到中深湖再到濱淺湖的古湖演化過程，其中在流二段下部沉積厚層油頁巖，在流二段上部沉積厚層泥頁巖，上下部烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，烴源巖品質(zhì)好，是該區(qū)的主要烴源巖。根據(jù)烴源巖樣品地球化學(xué)特征，結(jié)合沉積環(huán)境分析,認(rèn)為烏石凹陷主要發(fā)育流二段上部淺湖相和流二段下部中深湖相兩套烴源巖，兩套烴源巖顯示為不同的生物標(biāo)志物組成特征(見圖3和圖4)。選取m/z=191中(m/z為帶電粒子的質(zhì)量與所帶電荷之比)代表陸源輸入標(biāo)志物奧利烷指數(shù)，m/z=217中代表低等水生生物藻類的4—甲基甾烷指數(shù)進(jìn)行分析，4—甲基甾烷指數(shù)=∑C30-4—甲基甾烷/ααC29甾烷。原油和烴源巖的地球化學(xué)研究表明，烏石凹陷Ⅰ類原油與流二段上部烴源巖在m/z=191與m/z=217質(zhì)量色譜圖上呈現(xiàn)相似的形態(tài)(見圖3)，根據(jù)碳同位素與Pr/Ph交會(huì)圖(見圖5)，由4-甲基甾烷指數(shù)與奧利烷指數(shù)交會(huì)圖(見圖6)可以看出，Ⅰ類原油與流二段上部烴源巖具有Pr/Ph值較大、奧利烷指數(shù)較高、同位素較輕的特征。

表1 原油樣品地球化學(xué)參數(shù)

圖3 Ⅰ類原油與流二段上部烴源巖質(zhì)量色譜圖Fig.3 GCMS of type Ⅰ crude oil and the upper of the 2nd member of Liushagang formation

圖4 Ⅱ類和Ⅲ類原油與流二段下部烴源巖質(zhì)量色譜圖Fig.4 GCMS of type Ⅱ,Ⅲ crude oil and the lower of the 2nd member of Liushagang formation

圖5 三類原油與源巖碳同位素、Pr/Ph交會(huì)圖Fig.5 Carbon isotope and Pr/Ph ratio intersection map for type Ⅲ crude oil and source rock

圖6 三類原油與源巖4—甲基甾烷指數(shù)、奧利烷指數(shù)交會(huì)圖Fig.6 4—methyl sterane index and oleanane index map for type Ⅲ crude oil and source rock

Ⅱ類和Ⅲ類原油與流二段下部烴源巖在m/z=191與m/z=217質(zhì)量色譜圖上呈現(xiàn)相似的形態(tài)(見圖4)，顯示兩者的繼承性關(guān)系。由碳同位素與Pr/Ph交會(huì)圖(見圖5)，以及4—甲基甾烷指數(shù)、奧利烷指數(shù)交會(huì)圖(見圖6)可以看出，Ⅱ類和Ⅲ類原油與流二段下部烴源巖具有Pr/Ph值較小、奧利烷指數(shù)較低、碳同位素較重的特征。

根據(jù)油源對(duì)比結(jié)果，Ⅰ類原油為流二段上部烴源巖生成，顯示濱淺湖相偏氧化沉積環(huán)境及較高陸源輸入、較低豐度藻類等低等水生生物的特征；Ⅱ類和Ⅲ類原油主要為流二段下部烴源巖生成，顯示中深湖相偏還原沉積環(huán)境及較低陸源輸入、較高豐度藻類等低等水生生物的特征。

4 原油成藏時(shí)間

根據(jù)烏石凹陷構(gòu)造及油氣分布特征，分別對(duì)烏石凹陷中—東區(qū)不同類型原油成藏時(shí)間進(jìn)行分析。分別選取流一段到流三段砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行油氣成藏期研究，根據(jù)包裹體薄片鏡下觀察和均一溫度測試，結(jié)合熱演化史、沉積埋藏史分析不同類型油氣主成藏期次[23-29]。

4.1 流體包裹體

對(duì)烏石凹陷6口井的巖石樣品進(jìn)行包裹體測試和分析。實(shí)驗(yàn)用測試儀器為LINKAM THMS600型冷熱臺(tái)，實(shí)驗(yàn)測試溫度為26 ℃，濕度為40%，測定誤差為±0.1 ℃。砂巖包裹體樣品主要為流沙港組一、二、三段，分別為W22-A-4井(3 784.19 m)、W17-A-1井(2 459.00 m)、W16-A-3井(3 132.20 m)、W16-A-2井(2 655.80 m)、W17-B-3井(2 371.99 m)、W17-B-2井(2 417.15 m)。鏡下觀察研究區(qū)樣品包裹體特征:包裹體主要分布于穿石英裂紋，類型包括烴類包裹體、鹽水包裹體及含烴鹽水包裹體，包裹體形態(tài)完整，有長條形、四邊形、橢圓形、三角形、近圓形、圓形和不規(guī)則形，其中以長條形和橢圓形居多，包裹體一般不超過5 μm×5 μm，呈串珠狀分布。均一溫度測試主要選取與油包裹體共生的鹽水包裹體，統(tǒng)計(jì)分析各砂巖包裹體樣品測試均一溫度數(shù)據(jù)(見圖7)，均一溫度呈現(xiàn)不同的溫度區(qū)間。

圖7 烏石凹陷流沙港組包裹體均一溫度分布Fig.7 Inclusion homogenization temperature distribution of Liushagang formation in Wushi sag

4.2 包裹體油氣成藏期

根據(jù)包裹體測試均一溫度，結(jié)合樣品井熱演化史和埋藏史模擬分析，將均一溫度投影到埋藏史圖上，分析不同層系油氣充注時(shí)間。

4.2.1 Ⅰ類原油

Ⅰ類原油主要賦存于流一段油藏，對(duì)烏石凹陷中區(qū)W22-A-4井和W17-A-1井流一段流體包裹體進(jìn)行分析，W22-A-4井流一段樣品深度為3 784.19 m，包裹體實(shí)測均一溫度變化為117.0～135.0 ℃，主峰溫度分布在125.0～130.0 ℃之間，結(jié)合該井埋藏—熱演化史模擬分析(見圖8(a))，油氣成藏時(shí)間為11～7 Ma。W17-A-1井流一段樣品深度為2 459.00 m，包裹體實(shí)測均一溫度變化為84.3～98.7 ℃，結(jié)合該井埋藏—熱演化史模擬分析(見圖8(b))，油氣成藏時(shí)間為11～5 Ma。表明烏石凹陷Ⅰ類原油成藏時(shí)間為從燈樓角組到望樓港組沉積期，成藏時(shí)間相對(duì)較晚。

圖8 烏石凹陷典型井成藏時(shí)間分析Fig.8 Analysis of the accumulation time to typical wells of Wushi sag

4.2.2 Ⅱ類原油

Ⅱ類原油主要賦存于流二段油藏，對(duì)烏石凹陷東區(qū)W16-A-3井和W16-A-2井流二段流體包裹體樣品進(jìn)行分析，W16-A-3井流二段樣品深度為3 132.20 m，包裹體實(shí)測均一溫度變化為124.4～138.1 ℃，主峰溫度分布在130.0～135.0 ℃之間，結(jié)合埋藏—熱演化史模擬分析(見圖8(c))，油氣成藏時(shí)間為16～11 Ma。W16-A-2井流二段樣品深度為2 655.80 m，包裹體實(shí)測均一溫度變化為95.0 ℃～110.2 ℃，結(jié)合埋藏—熱演化史模擬分析(見圖8(d))，油氣成藏時(shí)間為19～12 Ma。表明烏石凹陷Ⅱ類原油成藏時(shí)間為從下洋組到角尾組沉積期，成藏時(shí)間相對(duì)較早。

4.2.3 Ⅲ類原油

Ⅲ類原油主要賦存于流三段油藏，對(duì)烏石凹陷東區(qū)W17-B-3井和W17-B-2井流三段流體包裹體樣品進(jìn)行分析，W17-B-3井流三段樣品深度為2 371.99 m，包裹體實(shí)測均一溫度變化為94.6～113.4 ℃，主峰溫度分布在105.0～110.0 ℃之間，結(jié)合埋藏—熱演化史模擬分析(見圖8(e))，油氣成藏時(shí)間為16～8 Ma。W17-B-2井流三段樣品深度為2 417.15 m，包裹體實(shí)測均一溫度變化為103.9～113.3 ℃，結(jié)合埋藏—熱演化史模擬分析(見圖8(f))，油氣成藏時(shí)間為15～9 Ma。表明烏石凹陷Ⅲ類原油成藏時(shí)間為從角尾組到燈樓角組沉積期。

5 結(jié)論

(1)烏石凹陷中—東區(qū)原油之間地球化學(xué)存在差異，根據(jù)生物標(biāo)志物特征差異，將原油劃分為3種成因類型。Ⅰ類原油主要賦存于W23-A等構(gòu)造流一段油藏，Ⅱ類原油主要賦存于W16-A、W17-B、W16-B等構(gòu)造流二段油藏，Ⅲ類原油主要分布于W17-B構(gòu)造流三段油藏。Ⅰ類原油主要來源于烏石凹陷流二段上部烴源巖，Ⅱ類和Ⅲ類原油主要來源于流二段下部烴源巖。

(2)烏石凹陷不同油藏的油氣充注時(shí)間不同，根據(jù)包裹體均一溫度和埋藏—熱演化史模擬分析，Ⅰ類原油成藏時(shí)間為11～5 Ma，處于燈樓角組到望樓港組沉積時(shí)期；Ⅱ類原油成藏時(shí)間為19～11 Ma，處于下洋組到角尾組沉積時(shí)期；Ⅲ類原油成藏時(shí)間為15～9 Ma，處于角尾組到燈樓角組沉積時(shí)期。

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2016-05-27；編輯：陸雅玲

國家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05024-006,2016ZX05024-002-009)

楊希冰(1972-)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事油氣勘探和油氣成藏方面的研究。

TE122.2

A

2095-4107(2016)05-0009-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.05.002