北部灣盆地潿西南凹陷原油成因類型及分布特征

楊希冰，金秋月，胡 林，胡德勝

中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057

引 言

北部灣盆地潿西南凹陷是中國南海北部大陸架重要的富生烴凹陷之一[1-3]，面積 3 800 km2。在過去30多年的石油勘探中，相繼發(fā)現(xiàn)一系列油田，尤其是近些年勘探成效不斷上升，展現(xiàn)出豐富的油氣資源勘探潛力。

針對潿西南凹陷不同油田和不同層系原油的關(guān)聯(lián)和差異性，潘賢莊等進行了相關(guān)研究[4-9]，但研究區(qū)域主要集中在福山凹陷、邁陳凹陷、烏石凹陷及潿西南凹陷早期發(fā)現(xiàn)的油田,其中潿西南凹陷早期發(fā)現(xiàn)油田原油成因上主要受陸源輸入和水生藻類發(fā)育的影響，主要通過來自水生藻類的4-甲基甾烷差異性進行成因的區(qū)分。隨著近年來勘探進程的加快，發(fā)現(xiàn)了一批油田和含油氣構(gòu)造，增加了研究區(qū)油源地球化學(xué)特征認(rèn)識的復(fù)雜性，為進一步厘清研究區(qū)油源成因關(guān)聯(lián)及地球化學(xué)特征差異性，本文通過大量烴源巖和原油分析化驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析烴源巖和原油地球化學(xué)特征，對原油成因類型進行劃分，并對不同類型原油在凹陷空間分布特征進行解析。

1 研究區(qū)概況

潿西南凹陷處于北部拗陷帶的東北部（圖1），北接潿西南大斷層，南靠海中凹陷及企西隆起，東臨潿洲島，是在古新世神狐運動晚期發(fā)育起來的北斷南超的東北深、西南淺的箕狀斷陷，屬于典型的陸相斷陷盆地的二級構(gòu)造單元[10-11]。

圖1 潿西南凹陷構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline of Weixi′nan Depression

潿西南凹陷基底為前古近系，主要經(jīng)歷了古新世初次裂陷、始新世二次張裂、中晚漸新世三次張裂活動。潿西南凹陷沉積地層以新生代為主，主要包括古近系長流組、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，最大厚度達(dá)7 000 m。流沙港組在潿西南凹陷廣泛發(fā)育且厚度大（最厚可達(dá)2 500 m），暗色泥頁巖占該組段的50%以上，流二段是該區(qū)的主力烴源巖，烴源巖形成時的水體為咸水-半咸水環(huán)境[1-3]。

2 烴源特征

流沙港組流一段、流二段和流三段烴源巖有機質(zhì)豐度分布范圍和集中程度有一定差異（表1）。其中，流一段 TOC均值 1.70%，S1+S2均值5.54 mg/g，TOC大于1.0%的樣品占78.7%，S1+S2大于6.00 mg/g的樣品占41.3%；流二段TOC均值為2.74%，TOC大于1.0%的樣品占98.4%，S1+S2均值10.72 mg/g，S1+S2大于6.00 mg/g的樣品占70.8%，流二段主要為主力烴源巖。流三段TOC均值2.16%，TOC大于1%的樣品占63.6%，S1+S2均值為7.30 mg/g，S1+S2大于6.00 mg/g的樣品占39.2%。

有機質(zhì)豐度統(tǒng)計顯示，流二段主要為好 優(yōu)質(zhì)烴源巖，流一段和流三段也發(fā)育較多的中-好烴源巖，但存在非-差烴源巖。有機質(zhì)類型顯示流二段烴源巖主要為I型與II1-II2型，流一段和流三段主要為II2-II1型。烴源巖熱演化隨深度增加而增大，凹陷烴源巖的生油門限平均深度大致在2 300 m，生油高峰深度大致為3 700 m，生油窗底界大致在4 300 m。不同次洼烴源巖熱演化特征接近。

表1 流沙港組不同層段烴源巖有機質(zhì)豐度統(tǒng)計表Tab.1 Structural outline of Weixi′nan Depression

流沙港組烴源巖飽和烴氣相色譜圖顯示其分子組成變化多樣，總體以正構(gòu)烷烴為主，正構(gòu)烷烴有前峰型、雙峰型和后峰型，Ts與Tm相對含量、C29降藿烷-C29Ts-C30重排藿烷相對組成存在差異，甾烷類的主要分子分布形式，4-甲基-C30甾烷相對含量變化較大。綜合利用飽和烴氣相色譜、甾烷組成、萜烷類組成將烴源巖劃分為A、B和C等3類（圖2）。

圖2 3類源巖地球化學(xué)特征圖Fig.2 Geochemical characteristics of three types source rocks

A類烴源巖藿烷等高分子生物標(biāo)志物在TIC圖中不明顯，三環(huán)萜烷相對含量較高，Ts相對含量高于Tm，有一定量的C30重排藿烷和C29Ts，甾烷組成中，以4-甲基-C30甾烷相對含量最高，4-甲基-C30甾烷、ββ-C29甾烷、ββ-C28甾烷、ββ-C27甾烷相對含量依次降低為典型特征，βα-20S-C27重排甾烷、βα-20RC27重排甾烷相對含量中等-較低；孕甾烷和升孕甾烷相對含量較低；孕甾烷和升孕甾烷相對含量較低-中等。主要為流二段底部油頁巖和流三段油頁巖。

B類烴源巖顯示前峰型特征，藿烷等高分子生物標(biāo)志物在TIC圖中不明顯。三環(huán)萜烷相對含量較低，Ts明顯高于Tm，C30重排藿烷和C29Ts較低；βα-20S-C27重排甾烷、βα-20R-C27重排甾烷與4-甲基-C30甾烷相對含量較高，ββ-C29甾烷、ββ-C28甾烷、ββ-C27甾烷相對含量均較高。烴源巖主要為分布在流二段中下部泥頁巖。

C類烴源巖前峰型、后峰型都有分布，少量雙峰型；TIC圖中藿烷等高分子生物標(biāo)志物顯示較為明顯。三環(huán)萜烷相對含量很低，Ts相對含量以小于Tm為主，C30重排藿烷和C29Ts很低，4-甲基-C30甾烷相對含量較低，低于鄰近的ααα-20R-C29甾烷，ββ-C28甾烷、ββ-C27甾烷相對含量相對低，孕甾烷和升孕甾烷相對含量較低，主要為流二段上部和流一段泥頁巖。

3 原油特征與分類

在大量收集原油分析資料基礎(chǔ)上，對原油樣品進行相關(guān)分析測試，主要從原油物性、碳同位素、飽和烴色譜-質(zhì)譜特征等方面[12-20]，系統(tǒng)地分析原油的有機地球化學(xué)特征，以此為基礎(chǔ)進行原油成因類型劃分，確定不同類型原油在凹陷的空間分布特征，并劃分不同類型原油的分布區(qū)。

3.1 原油特征

對原油物性和族組分統(tǒng)計分析（表2），不同層段的原油物性和族組分存在一定的差異，角尾組和下洋組原油密度和運動黏度較高，非烴和瀝青質(zhì)含量較高，因埋深淺，存在一定程度的生物降解；流二段和流三段原油密度較輕，運動黏度小，飽和烴和芳烴含量高，主要為源內(nèi)成藏，原油成熟度高，潿洲組和流一段原油密度、運動黏度、飽和烴和芳烴含量均處于中等水平，原油密度較流二段和流三段稍高。

表2 潿西南凹陷原油族組成相對含量統(tǒng)計表_Tab.2 Statistical table of the composition of oil group in the Weixi′nan Depression

3.2 原油成因類型

通過對原油地球化學(xué)特征進行分析，原油間飽和烴氣相色譜與萜烷分布差異較小，不同的生物標(biāo)志物分布及其參數(shù)存在一定差異，特別是甾烷類生物標(biāo)志物差異明顯。依據(jù)孕甾烷（C21）、升孕甾烷（C22）、C27重排甾烷、C27、C28、C29正規(guī)甾烷類與4-甲基甾烷的分布形式差異，將原油分為A、B1、B2、C1和C2等3大類5亞類（表3）。

A類原油的典型特征是：此類原油中，4-甲基-C30甾烷含量顯著高于20R-ααα-C29甾烷；在20R-ααα-C27、20R-ααα-C28、20R-ααα-C29甾烷組成中，20R-ααα-C28相對含量最低，20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C29甾烷和20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C28甾烷總體偏低；孕甾烷和升孕甾烷相對含量總體偏高；C24四環(huán)萜烷相對含量總體偏低；三環(huán)萜烷含量相對于五環(huán)萜烷偏高，三環(huán)萜烷/五環(huán)萜烷總體較高，但有較大的變化范圍；C29甾烷的成熟度參數(shù)（20S/(20S+20R)ααα-C29甾烷和 ββ/(ββ+αα)20R-C29甾烷）顯示為成熟原油，其中20S/(20S+20R)ααα-C29甾烷總體比其他類型偏高。

B1類原油的典型特征是：4-甲基-C30甾烷含量稍高于20R-ααα-C29甾烷；20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C29甾烷和20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C28甾烷總體偏低，孕甾烷（C21）和升孕甾烷（C22）相對含量較高，C21/20R-ααα-C27甾烷和C22/20R-ααα-C29甾烷與A類原油相比總體偏低，但C21/20R-ααα-C27甾烷總體高于B2類原油。C24-四環(huán)萜烷相對含量與A類原油相比總體偏高，三環(huán)萜烷含量相對于五環(huán)萜烷偏低，20S/(20S+20R)ααα-C29甾烷低于A類，與B2相比偏高，ββ/(ββ+αα)20R-C29甾烷顯示與A類和B2類原油接近。

表3 不同類型原油參數(shù)表Tab.3 Table of different types parameters of crude oil

B2類原油的生物標(biāo)志物分布特征與其他類型的差別比較明顯。以 ββ/(ββ+αα)20R-C29甾烷最高為特征；升孕甾烷（C22）相對高于B1、C類原油，ααα-20R-C27甾烷/ααα-20R-C29甾烷參數(shù)高于A類原油，重排甾烷含量相對要高。

C1類原油的典型特征是：此類原油中，4-甲基-C30甾烷含量接近或稍低于20R-ααα-C29甾烷，20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C29甾烷和20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C28甾烷總體偏高；孕甾烷（C21）和升 孕甾烷（C22）相對含量較低，C21/20R-ααα-C27甾烷和C22/20R-ααα-C29甾烷與A類原油相比偏低，萜烷組成中，C24-四環(huán)萜烷含量與A類原油相對總體偏高，三環(huán)萜烷含量相對于五環(huán)萜烷偏低，20S/(20S+20R)ααα-C29甾烷低于A類，與 B2 相比偏高，ββ/(ββ+αα)20R-C29甾烷顯示與A類和B2類原油接近。

C2類原油的典型特征是：此類原油中，4-甲基-C30甾烷含量明顯地低于20R-ααα-C29甾烷；在20R-ααα-C27、20R-ααα-C28、20R-ααα-C29甾烷組成中，20R-ααα-C28相對含量最低，20R-ααα-C27甾 烷/20R-ααα-C29甾烷和20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C28甾烷總體最低，20R-ααα-C27甾烷/20R-ααα-C29甾烷低于其他類型原油；孕甾烷（C21）和升孕甾烷（C22）相對含量最低，C22/20R-ααα-C29甾烷和C21/20R-ααα-C27甾烷總體低于其他類型原油；C24-四環(huán)萜烷相對含量與A類原油相對總體高于其他類型；C29甾烷的成熟度參數(shù)（20S/(20S+20R)ααα-C29甾烷和ββ/(ββ+αα)20R-C29甾烷）顯示為低成熟原油，重排C27/αα-20R-C27甾烷最低。

4 油源精細(xì)對比

生物標(biāo)識化合物是進行油氣源對比的重要信息[21-25]，主要依據(jù)生物標(biāo)志物、碳同位素組成，結(jié)合地質(zhì)條件進行油源分析（圖3）。

從原油與烴源巖的生物標(biāo)志物分子組成類型劃分來看，A類原油主要與A類烴源巖的生標(biāo)物分子組成可比性良好。飽和烴TIC、m/z=191，217生物標(biāo)志物組成均顯示了與A類烴源巖有親緣關(guān)系，具有就近垂向運移、聚集成藏的特點。綜合考慮原油成熟度、對比結(jié)果、源巖-原油空間分布關(guān)系等，可確認(rèn)A類型原油應(yīng)主要來自成熟的流二段底部-流三段油頁巖。

B1和B2類原油主要與B類烴源巖的生物標(biāo)志物分子組成有一定可比性，飽和烴TIC、m/z=191，217呈現(xiàn)相似的指紋特征，ααα-20R-C27甾烷/ααα-20R-C29甾烷參數(shù)，孕甾烷（C21）和升孕甾烷（C22）相對含量較高，C21/20R-ααα-C27甾烷和C22/20R-ααα C29和B類源巖接近，B1和B2類原油主要來自流二段中下部泥頁巖。

C1和C2類原油與C類烴源巖的生物標(biāo)志物分子組成可比性較好。20R ααα C27甾烷/20R ααα C29甾烷和20R ααα C27甾烷/20R ααα C28甾烷相對含量，20R ααα C27甾烷/20R ααα C29甾烷，孕甾烷（C21）和升孕甾烷（C22）相對含量和C類源巖特征相似。C1和C2類原油主要來自流二段上部和流一段泥頁巖。

圖3 潿西南凹陷油源地球化學(xué)特征對比Fig.3 Geochemical characteristics comparison of oil and source rock in the Weixi′nan Depression

5 原油分布特征

除流一段外，A類原油從角尾組到基底均有分布，主要分布在流二段和流三段；埋藏深度范圍最大，從淺部到深部均有分布（圖4）。B1類樣品主要分布在潿洲組和流一段，個別在流三段與角尾組，分布層段較多，跨度大。B2類原油集中分布在流一段、流二段和潿洲組，分布范圍較小；C1和C2類原油樣品分布更為集中，分別主要分布在流一段—潿洲組和流一段-流二段，深度分布范圍也較大，但主要分布在2 000 m深度之下的較深部位。從不同層段原油類型分布來看，其分布有一定差異，其中，下洋組、前古近系、長流組均為A類；流二段主要為A類，少量B2和C2類；流三段主要為A類，個別為B1類；流一段主要為B和C類油；潿洲組有少量A類油，較多的B1和C1類，個別為B2類。不同類型分布的差異與其成因和來源關(guān)系密切，A和B1類原油有較大的垂向運移距離。

圖4 不同層段原油類型分布圖Fig.4 Distribution diagram of crude oil types in different layers

從不同類型原油的平面分布來看（圖5），A類原油分布范圍最大，主要分布在1號、2號和3號斷裂附近及東南斜坡部位。其他類型包括B1、B2、C1和C2類原油分布范圍明顯減小。其中，B1類原油主要分布2號斷裂附近。A和B1類原油相比，前者主要分布在次洼外圍，而B1類主要在凹陷內(nèi)部分布。B2類原油總體分布范圍更為集中，主要在3號斷裂附近。C1類原油分布在與B1類原油相近的區(qū)域，主要分布在A類原油的分布區(qū)域內(nèi)，這從一個側(cè)面隱含了A、B1和C1類原油存在內(nèi)在聯(lián)系。C2類原油主要集中分布在2號斷裂與3號斷裂接近交互的部位，且主要位于兩個斷裂之間的部位。

圖5 潿西南凹陷不同類型原油分布圖Fig.5 Distribution of different types of crude oil in the Weixi′nan Depression

6 結(jié) 論

（1）潿西南凹陷流二段為主力烴源巖，流二段烴源巖主要為I型與II1-II2型，生油門限平均深度大致在2 300 m左右，生油高峰深度大致為3 700 m，綜合利用飽和烴氣相色譜、甾烷組成、萜烷類組成將烴源巖劃分為A、B和C等3類烴源巖。

（2）依據(jù)孕甾烷（C21）、升孕甾烷（C22）、C27重排甾烷、C27、C28、C29正規(guī)甾烷類與4-甲基甾烷的分布形式差異，將原油分為A、B1、B2、C1和C2等3大類5亞類。

（3）A類原油來源于A類源巖，主要分布在1號、2號和3號斷裂附近及東南斜坡部位。B1和B2類原油來源于B類源巖，其中B1類原油主要分布在2號斷裂附近，B2類原油主要在3號斷裂附近；C1和C2類源巖主要來源于C類源巖，C1類原油分布在與B1類原油相近的區(qū)域，C2類原油主要集中分布在2號斷裂與3號斷裂接近交互的部位。