潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山原油來源及成藏模式

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

潿西南凹陷是南海西部重要的產(chǎn)油區(qū)，經(jīng)過40多年的勘探相繼發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型油田和一批含油氣構(gòu)造[1～3]。隨著勘探程度逐步提高和國(guó)家對(duì)油氣資源需求持續(xù)增長(zhǎng)，構(gòu)造油氣藏等常規(guī)領(lǐng)域油氣的勘探開發(fā)空間步步緊縮，后備儲(chǔ)量和產(chǎn)量增長(zhǎng)形勢(shì)嚴(yán)峻，迫切需要拓展油氣勘探新領(lǐng)域。潛山油氣藏作為斷陷盆地一種重要的油氣藏類型，是今后油氣勘探的重要方向[4～8]。潿西南凹陷前古近系碳酸鹽巖潛山勘探程度低，但多口井在錄井過程中見豐富油氣顯示，且測(cè)試獲工業(yè)油流，目前已發(fā)現(xiàn)a、b、c、d等多個(gè)碳酸鹽巖潛山油氣田或含油氣構(gòu)造[9](見圖1)，展示了該領(lǐng)域廣闊的勘探前景。前人雖然對(duì)潿西南凹陷潛山做了一些研究，但主要集中在潛山構(gòu)造演化、儲(chǔ)層發(fā)育特征方面[10～15]，而針對(duì)潛山油藏原油地球化學(xué)特征及來源、成藏規(guī)律等研究較薄弱，缺乏對(duì)潛山油氣成藏全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，從而制約了其勘探部署的工作進(jìn)程。為此，筆者旨在通過應(yīng)用地球化學(xué)分析、油源對(duì)比、盆地模擬等技術(shù)對(duì)潿西南凹陷已發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽巖潛山油藏進(jìn)行深入剖析，明確潛山的油氣成因類型與來源，揭示其油氣生成、運(yùn)移和聚集特征并總結(jié)可能的油氣成藏模式，為指導(dǎo)該區(qū)下一步油氣勘探提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 潿西南凹陷及周緣構(gòu)造區(qū)

圖2 潿西南凹陷地層綜合柱狀圖

北部灣盆地位于南海北部大陸架，是在前古近系基底之上發(fā)展起來的新生代箕狀斷陷湖盆。自北向南可劃分為北部坳陷、企西隆起和南部坳陷3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，又可進(jìn)一步細(xì)分為潿西南凹陷、海中凹陷、烏石凹陷、邁陳凹陷、雷東凹陷和潿西南低凸起、流沙凸起等20個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元[16,17]。潿西南凹陷位于北部坳陷北部，其北以潿西南斷裂為界，南鄰企西隆起和潿西南低凸起，西與海中凹陷相連，東接企西隆起和樂民凹陷，面積約3800km2(見圖1)。晚古生代以來凹陷經(jīng)歷了海西、印支-燕山等多期旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致基底地層發(fā)生擠壓褶皺-推覆成山，主要發(fā)育古生界志留系-泥盆系變質(zhì)巖、石炭系碳酸鹽巖、中生界花崗巖等，整體呈向斜式展布。其中，石炭系碳酸鹽巖主要分布在一、二號(hào)斷裂帶之間，鉆井揭示一號(hào)斷裂帶之上以石炭統(tǒng)黃龍組淺灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖互層為主，泥質(zhì)含量少，有利于后期溶蝕，發(fā)育裂縫-孔洞型儲(chǔ)層；二號(hào)斷裂帶以下石炭統(tǒng)下部石磴子段、孟公拗段灰色、深灰色灰?guī)r為主，相對(duì)較致密，方解石脈發(fā)育，發(fā)育裂縫型儲(chǔ)層，為碳酸鹽巖潛山油氣藏提供了有利的儲(chǔ)集空間。新生代構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了古近紀(jì)斷陷、新近紀(jì)拗陷及末期第四紀(jì)局部扭壓反轉(zhuǎn)階段[18]，沉積環(huán)境也完成了從河流-湖泊-開闊濱淺海的變遷，在縱向上形成“先陸后海”的沉積充填序列，自下而上依次為古近系長(zhǎng)流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組及第四系[19](見圖2)。由于中始新世是湖盆發(fā)育的鼎盛時(shí)期，湖盆中心處于欠補(bǔ)償環(huán)境，沉積了盆地最主要的烴源巖——厚層的湖相暗色泥巖及油頁巖，為潿西南凹陷潛山及新生代油氣田的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 樣品與試驗(yàn)內(nèi)容

筆者主要在潿西南一、二號(hào)斷裂帶等地采集了8個(gè)石炭系原油樣品，委托中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司實(shí)驗(yàn)中心分別進(jìn)行原油族組分分離、原油飽和烴氣相色譜、原油飽和烴色譜質(zhì)譜、全油碳同位素分析。此外，還收集了前人的部分烴源巖樣品分析資料。

3 原油成因類型及來源

3.1 族組成特征

族組成分析表明，潿西南凹陷一、二號(hào)斷裂帶碳酸鹽巖潛山油藏所產(chǎn)原油族組成特征相似，總體具有“兩高三低”的特征。即飽和烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較高，約占76%～89%(平均80.9%)；而芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，僅為7%～12%(平均10%)；飽和烴/芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值較高，介于6.3～12.7；非烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本小于10%，瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%(見表1)。

表1 潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山原油族組成特征表

3.2 飽和烴氣相色譜特征

3.3 甾烷、萜烷特征

從甾烷、萜烷分布特征來看，研究區(qū)碳酸鹽巖潛山原油C304-甲基甾烷普遍含量豐富，顯著高于C29規(guī)則甾烷(見圖3)，反映成烴有機(jī)質(zhì)以低等水生生物為主。甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC2920S/(20S+20R)為0.35～0.68， C2920Rββ/(αα+ββ)為0.38～0.52，指示其具有較高的成熟度。萜烷系列中不同構(gòu)造帶潛山原油存在一定差異，具體表現(xiàn)為一號(hào)斷裂帶a、b、c潛山油藏原油萜烷中Ts與Tm質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近，Ts/Tm介于1.17～2.4；而二號(hào)斷裂帶d潛山油藏原油萜烷中Ts質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于Tm，Ts/Tm高達(dá)4.3(Ts/Tm也是最常用的成熟度指標(biāo)之一，其隨成熟度的增加而逐漸增大，且一直持續(xù)到較高成熟階段[20])，說明d潛山油藏原油成熟度相對(duì)較高，已達(dá)到成熟-高成熟演化階段。此外，d潛山油藏原油還檢測(cè)出一定量的奧利烷(OL)(見圖3)，OL/C30H為0.34；奧利烷被公認(rèn)為與陸地高等植物有關(guān)[21]，表明其成烴有機(jī)質(zhì)混有一定量的高等植物的貢獻(xiàn)。

圖3 潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山原油和烴源巖飽和烴甾烷、萜烷分布特征

3.4 油源探討

大量勘探研究證實(shí)，始新統(tǒng)流沙港組二段中深湖相暗色泥巖及油頁巖是潿西南凹陷主要烴源巖層[22，23]。暗色泥巖厚度較大，最厚約400m；油頁巖相對(duì)較薄，主要分布在流沙港組二段頂、底部；其中頂部油頁巖厚度為7～25m，底部油頁巖厚度為15～98m，大部分在40m以上[24～26]。有機(jī)地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，流沙港組二段暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))主要分布在1%～4%(平均2.12%)； 生烴潛量(w(S1+S2))平均為9.23mg/g； 氫指數(shù)(IH)平均為347.82mg/g，屬中等～好烴源巖。與暗色泥巖相比，油頁巖生烴品質(zhì)更好，w(TOC)可達(dá)3.07%～19.06%(平均6.03%)；w(S1+S2)平均為25.7mg/g；IH多數(shù)在300～600mg/g，最高達(dá)688mg/g，綜合評(píng)價(jià)為優(yōu)質(zhì)烴源巖。鏡檢結(jié)果表明，流沙港組二段暗色泥巖和油頁巖干酪根顯微組分中殼質(zhì)組、惰質(zhì)組極少，腐泥組含量豐富，最高可達(dá)96%；可見光面球藻、粒面球藻、溝鞭藻及綠藻等藻類[25]；暗色泥巖干酪根δ13C偏輕，多數(shù)介于-26‰～-28‰；而油頁巖干酪根δ13C偏重，多數(shù)介于-22‰～-26‰。根據(jù)巖石熱解最大峰溫(tmax)與IH可將有機(jī)質(zhì)類型劃分為Ⅰ-Ⅱ1型，顯示良好的生油能力。另外，流沙港組二段暗色泥巖和油頁巖飽和烴中均含高豐度的C304-甲基甾烷，指示生烴母質(zhì)主要來自低等水生生物；與油頁巖生物標(biāo)志化合物特征不同的是，流沙港組二段底部暗色泥巖還檢測(cè)到一定量的OL，且Ts質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于Tm。由于多數(shù)鉆遇烴源巖的探井位于凹陷邊緣，實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率(Ro)偏低，主要分布在0.24%～0.89%(平均0.55%)，處于低熟-成熟演化階段，推測(cè)凹陷中心深部流沙港組二段烴源巖成熟度更高。單點(diǎn)埋藏史-生烴史模擬初步確定其生烴門限在2400m左右(見圖4)。

圖4 潿西南凹陷m-1井埋藏史～生烴史圖

熱演化史模擬顯示流沙港組二段烴源巖均已大面積成熟，現(xiàn)今仍處于生油窗范圍內(nèi)(見圖5)。油源對(duì)比顯示，已發(fā)現(xiàn)的一號(hào)斷裂帶a、b、c等碳酸鹽巖潛山油藏原油飽和烴中甾、萜烷指紋特征與流沙港組二段底部油頁巖基本一致(見圖3),且其原油與油頁巖干酪根中δ13C均偏重，主要分布在-22‰～-26‰，表明兩者具有親緣關(guān)系。而二號(hào)斷裂帶d碳酸鹽巖潛山油藏原油飽和烴中甾、萜烷指紋特征與流沙港組二段下部暗色泥巖相似(見圖3),且其原油與油頁巖干酪根中δ13C均偏輕，主要分布在-26‰～-28‰,表明其主要為流沙港組二段下部暗色泥巖所生成的產(chǎn)物。

圖5 潿西南凹陷流沙港組二段烴源巖中間面現(xiàn)今成熟度

4 油氣成藏模式

潛山油氣藏作為一種特殊的“新生古儲(chǔ)”基巖油氣藏，其形成具有一定的獨(dú)特性，是各成藏地質(zhì)要素相互匹配、綜合作用的結(jié)果。在綜合分析油氣生成、運(yùn)移聚集、油源對(duì)比、潛山位置與烴源巖接觸關(guān)系、供烴方式等基礎(chǔ)上，可將潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山油氣藏成藏模式歸納為凸起區(qū)“間接接觸單向供烴”和凹中隆“直接接觸多向供烴”2種基本類型。

4.1 凸起區(qū)“間接接觸單向供烴”成藏模式

由于該類潛山圈閉發(fā)育在凹陷邊緣，未與有效烴源巖直接接觸，成熟烴源巖生成的油氣往往經(jīng)過斷層、骨架砂體以及不整合面等組成的復(fù)合輸導(dǎo)體系進(jìn)行長(zhǎng)距離二次運(yùn)移，才能進(jìn)入凹陷邊緣的碳酸鹽巖潛山圈閉中聚集成藏，具有油氣運(yùn)移距離遠(yuǎn)、單源單向間接供烴的特點(diǎn)。碳酸鹽巖潛山圈閉距離生烴洼陷越近，油氣充滿度越高。如b碳酸鹽巖潛山油藏，其位于潿西南一號(hào)斷裂帶上升盤，緊鄰A洼，可接受A洼生成的油氣；且一號(hào)斷裂從古新世初期至中新世早期繼承性發(fā)育，歷經(jīng)多期強(qiáng)烈活動(dòng)，具有良好的開啟性，向下一般切入流沙港組湖相烴源巖，向上斷至不整合面附近地層，油氣先沿著溝源斷層垂向運(yùn)移，再經(jīng)骨架砂體以及不整合面等側(cè)向運(yùn)移至灰?guī)r潛山儲(chǔ)層中成藏(見圖6)。該類潛山圈閉能否成藏以及成藏規(guī)模大小主要受控于輸導(dǎo)條件及生烴強(qiáng)度。

4.2 凹中隆“直接接觸多向供烴”成藏模式

潿西南凹陷經(jīng)歷了多期次強(qiáng)烈的構(gòu)造、斷裂活動(dòng)，形成大型潛山油氣藏獨(dú)特的“凹中隆”構(gòu)造格局，潛山儲(chǔ)集體周圍往往被多個(gè)生烴洼陷包圍呈“圍裙?fàn)睢狈植?，兩?cè)通過斷面與烴源巖對(duì)接，上部被烴源巖與源下紅層所覆蓋，成藏條件優(yōu)越。該潛山一般埋深較大，但與烴源巖直接接觸，使得油氣經(jīng)初次運(yùn)移即可在古潛山圈閉中聚集。與邊緣凸起區(qū)潛山相比，具有油源供給充足、油氣運(yùn)移距離近、優(yōu)先充注及灌滿程度高的優(yōu)勢(shì)。如d碳酸鹽巖潛山油藏，其位于潿西南凹陷二號(hào)斷裂帶中部，被潿西南A洼、B洼等成熟烴源巖所包圍，烴源供給充足；且烴源巖層段由于欠壓實(shí)普遍存在異常超壓，碳酸鹽巖潛山圈閉處于異常超壓釋放區(qū)，烴源巖生成的油氣在異常壓力作用下從高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)經(jīng)過二號(hào)斷裂帶的斷面直接運(yùn)移進(jìn)入碳酸鹽巖潛山儲(chǔ)集體中聚集成藏(見圖6)。該類潛山圈閉能否成藏以及成藏規(guī)模大小主要取決于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育程度。

圖6 潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山成藏模式示意圖

5 結(jié)論

1)潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山勘探前景廣闊，已在一、二號(hào)斷裂帶發(fā)現(xiàn)多個(gè)油氣田或含油氣構(gòu)造。分析表明，原油族組成中飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較高，約占76%～89%；而芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，僅為7%～12%；飽和烴/芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值介于6.3～12.7；非烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本小于10%，瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%。飽和烴正構(gòu)烷烴系列分布較完整，以低碳數(shù)為主，呈“單峰態(tài)前峰型”或?qū)捑彽摹半p峰型”分布。甾、萜烷系列中，除d碳酸鹽巖潛山油藏原油Ts質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于Tm、含有一定量的奧利烷外，其余原油Ts與Tm質(zhì)量分?jǐn)?shù)均接近，且C304-甲基甾烷普遍質(zhì)量分?jǐn)?shù)豐富，反映成烴有機(jī)質(zhì)以低等水生生物為主、成熟度較高。

2)油源對(duì)比表明，一號(hào)斷裂帶潛山原油主要來自流沙港組二段底部的油頁巖，而二號(hào)斷裂帶潛山原油與流沙港組二段下部的暗色泥巖具有良好親緣關(guān)系。

3)綜合油氣生成、運(yùn)移、潛山位置與烴源巖接觸關(guān)系、供烴方式等特征，可將研究區(qū)劃分出凸起區(qū)、凹中隆2個(gè)碳酸鹽巖潛山有利運(yùn)聚單元，并相應(yīng)總結(jié)出凸起區(qū)“間接接觸單向供烴”和凹中隆“直接接觸多向供烴”2種成藏模式。