東海陸架盆地西湖凹陷孔雀亭區(qū)油氣來源及運移方向

丁飛，劉金水，蔣一鳴，趙洪，于仲坤

中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335

西湖凹陷是東海陸架盆地油氣資源最豐富的凹陷，目前已發(fā)現(xiàn)油氣田主要集中于中央反轉(zhuǎn)帶和西部斜坡帶。隨著勘探程度加深，勘探目標(biāo)由構(gòu)造油氣藏向構(gòu)造-巖性復(fù)合油氣藏轉(zhuǎn)變[1]，油氣充滿度是影響勘探成敗的重要因素，因此，油氣來源及運移方向刻畫在油氣成藏研究中愈加重要。寶武區(qū)某中型氣田的發(fā)現(xiàn)證實了西部斜坡帶平北區(qū)構(gòu)造-巖性復(fù)合油氣藏具有很大勘探潛力[1]，孔雀亭區(qū)亟待突破。前人對孔雀亭區(qū)烴源巖特征、油氣成因及成藏條件研究認(rèn)為，圈閉類型及蓋層發(fā)育程度是本區(qū)油氣成藏的主控因素[2-4]，但精細化油源對比及油氣運移方向研究不夠深入，難以滿足現(xiàn)階段油氣勘探需求。本文通過烴源巖生標(biāo)特征精細化分析和天然氣成熟度計算，開展油氣源對比厘定油氣來源，并在油氣地化參數(shù)分析基礎(chǔ)上進行油氣運移效應(yīng)研究，梳理油氣運移方向，以期對孔雀亭區(qū)油氣勘探提供支持。

1 地質(zhì)概況

西湖凹陷是晚白堊世末期構(gòu)造背景上發(fā)育的新生代沉積凹陷，位于東海陸架盆地中北部，是盆地內(nèi)最大的含油氣凹陷，演化過程經(jīng)歷斷陷、拗陷和區(qū)域沉降3個階段，可劃分為5個構(gòu)造帶：西部斜坡帶、西次凹、中央反轉(zhuǎn)帶、東次凹及東部斷階帶（圖1）。凹陷內(nèi)以新生代碎屑沉積為主，自下而上發(fā)育始新統(tǒng)八角亭組、寶石組、平湖組，漸新統(tǒng)花港組，中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組，上新統(tǒng)三潭組以及第四系東海群（圖2）。孔雀亭位于平湖斜坡帶中北部地區(qū)鼻狀隆起帶上，其西靠海礁凸起，東鄰西次凹，油氣藏類型以斷塊、斷鼻和斷背斜為主。

平湖組和寶石組是西湖凹陷主要烴源層段[5-9]?？兹竿^(qū)平湖組烴源巖為受潮汐影響三角洲及潮坪沉積的一套煤系地層[10-11]，巖性包括泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤；寶石組為濱——淺海環(huán)境下形成的一套灰色泥巖。煤是西湖凹陷重要的生烴母質(zhì)，有機質(zhì)類型好于泥巖[8，12]，主要分布在平湖組地層，花港組及寶石組煤層發(fā)育規(guī)模較小[13]?？兹竿げ煌课汇@井橫向油氣富集程度差異大，同一鉆井縱向流體性質(zhì)也不相同，揭示了研究區(qū)油氣成藏復(fù)雜[3]。

2 油氣特征與分布

孔雀亭區(qū)已鉆遇含油氣層段包括凝析氣層、油層和氣層，其中凝析氣占探明儲量60%左右，原油占比約20%。油氣層大多集中于平湖組中、上段，少量分布于花港組，縱向呈現(xiàn)“上油下氣”特征，橫向呈現(xiàn)自東向西氣層厚度和探明儲量逐漸降低的趨勢。原油密度較低，分布于0.75～0.86 g/cm3，平均值約0.82 g/cm3；含硫量都低于0.1%；含蠟量差別較大，分布于0.07%～19.53%（表1），整體以低密度、低硫、低原油為主，個別樣品高含蠟。天然氣主要分布在平湖組中段，少量分布于平湖組下段，氣組分主要以烴類為主，甲烷占比73%～92%，屬于濕氣（表2）。非烴氣主要以二氧化碳和氮氣為主，含量低于10%。甲烷碳同位素分布于-37.8‰～-28.2‰，乙烷碳同位素分布于-28.4‰～-22.7‰，按照乙烷碳同位素母質(zhì)遺傳性，以-29‰為劃分標(biāo)準(zhǔn)[14]，本區(qū)天然氣屬于煤型氣。

3 油氣源分析

厘定油氣來源是準(zhǔn)確刻畫油氣運移方向的基礎(chǔ)，油氣層周圍、平湖組下部、寶石組及毗鄰的西次凹等都屬于有效供烴源巖[4]，本地?zé)N源巖處于生油階段，西次凹烴源巖處于生氣階段[12]。

圖1 孔雀亭區(qū)域構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic map of the Xihu Sag and the location of Kongqueting area

圖2 西湖凹陷地層綜合柱狀圖Fig.2 The stratigraphic column of Xihu Sag

3.1 烴源巖典型生標(biāo)參數(shù)特征

孔雀亭區(qū)平湖組中下段沉積時期屬亞熱帶氣候，高等植物和浮游生物發(fā)育，有機質(zhì)生產(chǎn)率高，且較弱水動力條件下還原-弱還原、咸水-微咸水水介質(zhì)有效保存了沉積有機質(zhì)，優(yōu)質(zhì)烴源巖廣泛發(fā)育[12]；平湖組上段以河湖相為主，烴源巖發(fā)育相對較差。有機巖石學(xué)分析顯示平湖組煤層樣品和泥巖樣品顯微組分都以富含鏡質(zhì)組、貧惰質(zhì)組，含有一定比例的殼質(zhì)組和腐泥組為特征[15]，不同顯微組分隨熱演化程度增加相對含量隨之變化，難以區(qū)分不同層段間烴源巖差異。生物標(biāo)志化合物保留了生物有機質(zhì)的原始信息，且在后期演化過程碳骨架結(jié)構(gòu)中相對穩(wěn)定，是烴源巖精細化對比研究的重要手段，常被用于油油對比和油巖對比[16]。由于海陸過渡相地層有機質(zhì)生源變化快，縱向泥巖和煤的互層分布導(dǎo)致源巖生標(biāo)參數(shù)非均質(zhì)性強，且海上鉆井取心成本高，烴源巖巖心樣品不能滿足大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析條件，因此，本文從單井烴源巖巖屑生標(biāo)特征入手，尋找不同層段間各生標(biāo)參數(shù)變化規(guī)律，采用各層段烴源巖樣品生標(biāo)參數(shù)平均值代表不同層段烴源巖的整體特征，以降低地層非均質(zhì)性對烴源巖判識帶來的誤差。

G2井烴源巖巖屑樣品深度包含從平湖組到寶石組所有層段，是單井生標(biāo)參數(shù)縱向?qū)Ρ确治龅淖顑?yōu)選擇（圖3）。C27規(guī)則甾烷代表水生生物對沉積有機質(zhì)的貢獻，C29規(guī)則甾烷代表陸源高等植物貢獻，常用規(guī)則甾烷C27/C29ααα20R比值反映有機質(zhì)母源特征[16]，G2 井巖屑樣品規(guī)則甾烷 C27/C29ααα20R比值小于1.0占主體，表明有機質(zhì)母源以陸源高等植物為主。規(guī)則甾烷C27/C29ααα20R比值隨埋深增加呈先減小后增加趨勢，最低值出現(xiàn)在3 800 m深度，揭示3 000～3 800 m陸源高等植物對有機質(zhì)貢獻逐漸增加，水生生物減少；3 800 m以下水生生物對有機質(zhì)貢獻開始增加，最大值可達到1.0以上。藿烷中Ts/Tm參數(shù)常用來表征烴源巖成熟度，前人依據(jù)該參數(shù)比值變化范圍大推測原油可能來自不同層段[15]，但該參數(shù)同時受有機質(zhì)來源影響較大[16]。G2井烴源巖3 800 m以淺Ts/Tm比值顯示該參數(shù)并沒有隨埋深增加而增加，表明受成熟度影響較?。籘s/Tm比值與規(guī)則甾烷C27/C29ααα20R比值變化趨勢一致（圖3），隨深度呈先減小后增加變化規(guī)律，表明有機母質(zhì)來源對本區(qū)Ts/Tm比值變化影響更大。G2井不同層段間煤層厚度統(tǒng)計結(jié)果顯示，平

湖組上、中、下段煤層累計厚度分別為13、40和12.5 m，平中段煤層最發(fā)育，對應(yīng)規(guī)則甾烷C27/C29ααα20R比值及Ts/Tm比值的最低點，揭示不同層段間煤層發(fā)育差異是影響該參數(shù)變化的主要原因。為進一步驗證煤層對生標(biāo)參數(shù)的影響，選擇平北斜坡帶X井同深度煤巖和泥巖巖心樣品進行生標(biāo)參數(shù)對比，結(jié)果顯示煤巖與泥巖生標(biāo)存在較大差別，與泥巖相比煤巖具有相對高C29規(guī)則甾烷、低Ts和低伽馬蠟烷特征（圖4），因此，規(guī)則甾烷 C27/C29ααα20R比值、Ts/Tm比值及伽馬蠟烷含量能夠區(qū)分不同層段烴源巖，可作為孔雀亭區(qū)油源對比有效參數(shù)。同時，重排甾烷及C24四環(huán)萜等化合物相對含量也都指示平湖組中段陸源高等植物較其他層位發(fā)育。

表1 西湖凹陷孔雀亭區(qū)原油物性統(tǒng)計Table 1 Oil parameters from Kongqueting area

表2 西湖凹陷孔雀亭區(qū)天然氣組分及同位素統(tǒng)計Table 2 Natural gas parameters from Kongqueting area

3.2 油源對比

基于以上特征生標(biāo)參數(shù)，孔雀亭區(qū)烴源巖在垂向上大致可劃分為兩類（表3、圖5），第1類包括平上段和寶石組烴源巖，以相對較高Ts/Tm（＞0.4）、規(guī)則甾烷C27/C29ααα20R比值＞0.8和伽馬蠟烷/C30藿烷比值＞0.1為特征，呈現(xiàn)少煤、水生生物貢獻相對豐富的有機母質(zhì)構(gòu)成和較深的沉積水體環(huán)境；第2類包括平中段和平下段烴源巖，以相對較低Ts/Tm（＜0.4）、規(guī)則甾烷 C27/C29ααα20R 比值＜0.4和伽馬蠟烷/C30藿烷比值＜0.1為特征，呈現(xiàn)多煤、陸源高等植物貢獻相對豐富的有機母質(zhì)構(gòu)成和較淺的沉積水體環(huán)境。此外，烴源巖成熟度參數(shù)顯示，平湖組上段烴源巖 C29甾烷 ββ/（αα+ββ）和 20S/20（R+S）比值都在0.4以下（表3），表明烴源巖演化程度較低，尚未進入成熟門限，對原油貢獻少；平湖組中段烴源巖樣品成熟度略高于平湖組上段，僅平中段下部進入生油門限，對原油貢獻有限；平下段和寶石組烴源巖已達到成熟階段，處于生油高峰期。因此，通過成熟度參數(shù)可進一步將兩類烴源巖中不同層段加以區(qū)分。需要說明的是沿斜坡延伸方向構(gòu)造相對低部位烴源巖埋深大，演化程度高于高部位同層段烴源巖，平上段和平中段烴源巖部分進入生油階段（如D2井），對原油具有一定貢獻。

圖3 G2井烴源巖生標(biāo)特征隨深度變化圖Fig.3 Variation of biomarkers with depth, from well G2

圖4 西湖凹陷泥巖與煤生標(biāo)特征對比Fig.4 Biomarkers of coal and mudstone from m/z217 and m/z191 of the Xihu sag

表3 孔雀亭區(qū)烴源巖與原油生標(biāo)參數(shù)統(tǒng)計Table 3 Biomarker of source rock and oil from Kongqueting area

圖5 孔雀亭區(qū)烴源巖與原油飽和烴色譜質(zhì)譜特征Fig.5 GC-MS characteristics of saturated hydrocarbon of source rock and oil from Kongqueting area

孔雀亭區(qū)原油生標(biāo)特征整體相似（表3、圖6），屬于同一組群。其中，規(guī)則甾烷C27/C29ααα20R比值主要分布于0.6～0.91，表明有機母質(zhì)來源具有陸源高等植物和水生生物共同貢獻，與第1類烴源巖（平上段和寶石組）有機質(zhì)母源構(gòu)成相近；原油Ts/Tm比值普遍高于0.5，與第1類烴源巖特征相符，揭示煤層對原油貢獻不顯著，但隨著烴源巖進入成熟階段，熱演化對Ts/Tm比值的影響更加顯著，表現(xiàn)為隨演化程度增加Ts/Tm比值增加，因此，綜合其他參數(shù)認(rèn)為孔雀亭區(qū)原油以第1類烴源巖貢獻為主，同時有部分第2類烴源巖混入（圖5）。結(jié)合原油成熟度參數(shù) C29甾烷 ββ/（αα+ββ）和 20S/20（R+S）比值都在0.4以上，高于平上段烴源巖，表明寶石組是原油的主要貢獻層段，其次為平下段，而平中段和平上段貢獻較少。

3.3 氣源分析

甲烷碳同位素是指示氣源巖熱演化程度的有效指標(biāo)[17]，孔雀亭區(qū)天然氣甲烷碳同位素數(shù)值變化范圍較大，乙烷碳同位素都在-28‰以下（表2），表明天然氣母源一致但成熟度范圍較寬。采用劉文匯提出的煤型氣甲烷碳同位素二階演化分餾公式計算天然氣成熟度[17]，結(jié)果顯示存在兩類天然氣：一類為少量中等成熟度天然氣（Ro＜0.9%），另一類為高成熟天然氣（Ro＞0.9%）?，F(xiàn)今孔雀亭區(qū)平湖組下段和寶石組烴源巖處于中等成熟度階段，干酪根鏡質(zhì)體反射率Ro＜1.0%，生氣量較少；西次凹平湖組源巖已進入高演化階段，Ro＞1.3%，處于主生氣階段[18]。因此，基于孔雀亭區(qū)和西次凹烴源巖有機質(zhì)演化程度差異，初步推測本區(qū)少量中等成熟天然氣來源于本地?zé)N源灶，而相對較高成熟度的天然氣來源于西次凹平湖煤系烴源巖，且兩者發(fā)生混合，前人基于含油飽和度和儲層孔隙度的相關(guān)性研究也證實了以上結(jié)論[3]。

4 油氣運移方向表征

油氣地化參數(shù)是表征油氣運移效應(yīng)的重要指標(biāo)，其原理主要基于兩個方面，一是有機質(zhì)生烴演化規(guī)律：烴源巖演化早期生成油氣成熟度較低，運移時間早、距離遠，演化后期生成油氣成熟度高，運移時間晚、距離近，因此，成熟度差異可指示油氣運移方向；二是流體在地層運移過程中的分餾效應(yīng)：不同分子量化合物、相同分子量不同構(gòu)型的化合物因極性差異導(dǎo)致在地層中的運移速度不同，非極性化合物受圍巖影響弱、運移速度快，強極性化合物受圍巖影響大、運移速度慢，不同化合物間相對含量的變化可指示油氣運移方向。

4.1 原油運移方向

孔雀亭區(qū)原油成熟度參數(shù)甾烷C2920S/20（R+S）分布于0.4～0.49（表3），其中，D2原油比值在0.42以下，成熟度最低；Z2和Z1原油成熟度相當(dāng)，比值分布于0.44～0.46；G3井原油成熟度最高，其中2 861.9 m深度樣品成熟度與Z2和Z1井類似，C29甾烷20S/20（R+S）比值為0.45，其余兩個樣品成熟度參數(shù)分別為0.48、0.49?？碧阶C實寧波8洼是孔雀亭區(qū)坡內(nèi)供油次洼，依據(jù)原油成熟度參數(shù)推測寧波8洼烴源巖低演化階段形成原油首先在D2井聚集成藏，中期形成的相對高成熟原油向Z2、Z1井方向以及G3井方向運移，而演化中后期形成的高成熟原油主要向G3井方向運移。其他成熟度參數(shù)如藿烷C31S/（S+R）也具有相似變化規(guī)律，而Ts/Tm由于受有機質(zhì)母源影響其規(guī)律性不明顯（表3）。

圖6 孔雀亭區(qū)烴源巖與原油生標(biāo)參數(shù)交會圖Fig.6 Correlation of biomarkers from source rocks and the oil from Kongqueting area

甾烷 C29ββ/（αα+ββ）比值除受成熟度影響外，運移距離也是重要因素，而C29甾烷20S/20（R+S）主要受成熟度影響[19]，因此兩者差異可間接反映油氣運移距離，差異大代表運移效應(yīng)強、運移距離長。以不同構(gòu)型C29規(guī)則甾烷比值計算原油運移效應(yīng)量化參數(shù)（表3、圖7），結(jié)果顯示，D2井原油運移效應(yīng)弱，原油運移距離短，Z2及Z1井原油運移效應(yīng)強，原油運移距離長，而G3井不同深度樣品存在差別，其中2 861.9 m樣品運移效應(yīng)強，其他樣品則表現(xiàn)為弱運移效應(yīng)特征，原油運移距離短。

腐泥組和殼質(zhì)組是孔雀亭煤系烴源巖主要生油母質(zhì)，演化早期階段生成少量低成熟度原油[10]，難以大范圍運移，僅在周緣圈閉就近成藏，如D2井；演化中期階段，生油量增加，一定數(shù)量的成熟原油可持續(xù)運移至Z2、Z1及G3井成藏；演化中后期階段，相對高成熟原油在構(gòu)造相對高部位聚集，如G3 井（圖8）。

圖7 孔雀亭區(qū)原油成熟度與運移效應(yīng)Fig.7 Maturity and migration effect of the oil from Kongqueting area

圖8 孔雀亭區(qū)原油及天然氣運移方向示意圖Fig.8 Migration direction of oil and gas of the Kongqeuting area

4.2 天然氣運移方向

烴源巖早期生氣階段具有甲烷相對含量低、碳同位素偏輕特征，隨著演化程度增加，甲烷相對含量逐漸增加、同位素趨于偏重[17]，因此，甲烷相對含量和甲烷碳同位素是指示天然氣運移距離的有效參數(shù)?？兹竿ぬ烊粴饧淄橄鄬糠植加?0%～90%，其中低帶D1井天然氣甲烷相對含量可達90%，但中高帶甲烷相對含量相近，主要分布于75%～85%；甲烷碳同位素具有類似變化趨勢，表現(xiàn)為低帶偏重、中高帶偏輕（表2），揭示了天然氣自西次凹沿斜坡低帶向高帶運移特征。

西湖凹陷天然氣中N2主要以有機質(zhì)熱降解形成為主[20]，因N2分子直徑較小、巖層吸附能力較弱，運移速度較烴類快，在運移分異作用影響下，隨運移距離增加天然氣中N2含量增加，此參數(shù)在斜坡帶平湖油氣田應(yīng)用效果較好[21]?？兹竿^(qū)低帶D1井N2含量低于0.1%，向斜坡中高帶方向N2含量呈增加趨勢，Z1、Z2井區(qū)都在0.2%以上，至高帶G1 井區(qū)達到 4%，（表2），氮氣與乙烷比值（N2/C2）揭示了天然氣由低帶向高帶運移（圖9）。iC4/nC4比值隨運移距離增加而增加，在天然氣運移示蹤中有著廣泛應(yīng)用[21]，孔雀亭區(qū)iC4/nC4呈現(xiàn)低帶（D1）相對較低、高帶（G1、G2）較高的特征，是天然氣由低帶向高帶運移的結(jié)果（圖9），表明斜坡低部位天然氣供給豐富，勘探潛力大（圖8）。

圖9 孔雀亭區(qū)天然氣運移效應(yīng)Fig.9 Migration effect and direction of natural gas of the Kongqueting area

斜坡帶本地?zé)N源巖自生天然氣和西次凹外源氣雙重貢獻條件下，兩者混合作用導(dǎo)致斜坡低帶（D1、Z1井）淺層系天然氣成熟度高于深層系天然氣的特征（表2）。成藏中后期，西次凹高成熟天然氣沿斜坡低帶向高帶運移過程中沿斷層垂向運移至有效圈閉聚集成藏，此時斜坡低帶烴源巖部分進入生氣階段，低成熟度天然氣就近聚集至附近圈閉，并與西次凹高成熟天然氣混合，淺部層位烴源巖演化程度低、生氣量少，混合后表現(xiàn)為西次凹天然氣的高成熟特征，而深部層位烴源巖演化程度高、生氣量大，混合后天然氣成熟度較西次凹天然氣程度低，且低于淺部層系天然氣。

5 結(jié)論

（1）西湖凹陷孔雀亭區(qū)原油呈低密度、低硫、低蠟特征，主要分布于平湖組中、上段；天然氣為煤型氣，以濕氣為主，主要分布于平湖組中、下段。

（2）原油主要來自斜坡帶內(nèi)生油次洼，以寶石組和平下段烴源巖貢獻為主，平中、上段烴源巖少量貢獻；天然氣以西次凹烴源巖貢獻為主，同時有部分斜坡帶自生天然氣混入。

（3）煤系烴源巖演化早期生成少量低熟油短距離運移成藏，中后期形成成熟原油由次洼向相對高部位運移，環(huán)次洼區(qū)域是原油優(yōu)勢聚集方向；天然氣主要呈自西次凹沿斜坡低帶向高帶運移特征，斜坡低部位是天然氣勘探有利區(qū)帶。