惠州凹陷惠州A構造烴源巖地球化學特征及油源對比

劉 澍， 溫華華， 徐國盛， 梁浩然， 史玉玲， 諶 辰， 黃思欽

(1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；2.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

惠州凹陷為珠江口盆地典型的富烴凹陷，但近十來年，圍繞惠州地區(qū)古近系構造轉換帶和陡坡帶的勘探成效并不理想。在“古近系+古潛山聯(lián)合勘探”思路的指導下，2019年惠西南“雙古”油氣勘探取得重要進展，首次發(fā)現(xiàn)了惠州A構造泛潛山油氣藏(即古潛山-古近系復式油氣藏)，揭示了該區(qū)“雙古”層系的巨大勘探潛力[1]。

前人對惠州凹陷有機地球化學方面的研究主要集中于對古近系恩平組和新近系儲層中原油來源的探究[2-5],對文昌組和古潛山儲層中原油來源研究相對較少。而惠州A構造原油來源的研究幾乎為空白，油-源關系并不明確，缺少烴源巖地球化學特征和油-源關系的系統(tǒng)分析。基于此，本文對惠州A構造古近系烴源巖特征和“雙古”的油源關系進行系統(tǒng)研究，根據烴源巖生標化合物特征，提出一套區(qū)分不同烴源巖的地球化學指標，結合飽和烴色譜和生標化合物特征判斷原油母質類型及沉積環(huán)境，在此基礎上進行油源對比，確定古近系和古潛山儲層中原油來源，為下一步油氣勘探部署提供依據。

1 地質背景

惠州凹陷位于珠江口盆地珠一拗陷中部，西臨西江凹陷，東靠陸豐凹陷，南北為兩條隆起帶，分別是東沙隆起帶和北部隆起帶?；葜莅枷萦苫荼卑氲貕q、惠南半地塹、惠西半地塹和惠西低凸起、惠陸低凸起等構造單元組成?；菸靼氲貕q發(fā)育多個富烴凹陷，惠州A構造位于惠西半地塹惠州26洼的東南部，由惠州26轉換帶和惠州27轉換帶共同控制(圖1)。

圖1 研究區(qū)構造位置圖Fig.1 Tectonic location of the study area

惠州凹陷構造演化經歷了早期的裂陷期和晚期的拗陷期。研究區(qū)文昌組和恩平組沉積時期正值珠瓊運動第一幕和第二幕(圖2)。研究區(qū)新生界地層自下而上發(fā)育古近系文昌組、恩平組、珠海組，新近系珠江組、韓江組、粵海組、萬山組與第四系。其中，文昌組和恩平組是惠州凹陷兩套主力烴源巖層位。文昌期發(fā)育大規(guī)模半深湖-深湖相沉積，形成了品質極佳的一套烴源巖[3]；恩平期陸源物質輸入較為豐富，發(fā)育沼澤相、淺湖相沉積。

圖2 研究區(qū)地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of the study area (據田立新等[1]修改)

2 古近系烴源巖地球化學特征

2.1 烴源巖評價

烴源巖評價是從烴源巖有機質豐度、成熟度和類型3個方面來分析烴源巖品質，劃分出優(yōu)質烴源巖。研究區(qū)古近系烴源巖樣品實測的鏡質體反射率(Ro)與埋藏深度具有較明顯的線性關系(圖3-A)。文昌組和恩平組的Ro實測值為0.5%～1.1%，表明烴源巖樣品處于低-中等成熟階段。文昌組烴源巖樣品有機質類型以Ⅱ1為主(圖3-B)，偏向腐泥型，有機碳質量分數(shù)(wTOC)為0.37%～6.87%，平均值為2.24%。根據秦建中[6]提出的陸相湖盆泥質烴源巖評價標準(表1)，樣品整體為中等-很好品質的湖相烴源巖。研究區(qū)恩平組烴源巖樣品幾乎分布在Ⅱ2-Ⅲ型之間(圖3)，有機質類型偏向腐殖型，高等植物輸入較為強烈；但恩平組烴源巖wTOC值明顯低于文昌組，為0.3%～3.44%(表2)，平均值為1.3%，樣品以差-中等品質烴源巖為主。整體而言，文昌組烴源巖品質明顯優(yōu)于恩平組烴源巖。

圖3 惠州A構造烴源巖指標特征Fig.3 Evaluation of source rock in Huizhou Structure A

表1 陸相湖盆泥質烴源巖評價指標Table 1 Evaluation index of argillaceous source rocks in continental lake basin

表2 單井各層位wTOC平均值Table 2 Statistics of TOC mean value of each layer in single well

2.2 正構烷烴分布特征

烴源巖生物標志化合物特征可以明確烴源巖沉積環(huán)境和母質來源，是區(qū)分不同類型烴源巖的重要指標。

古近系烴源巖飽和烴色譜圖顯示(圖4)，文昌組與恩平組烴源巖樣品抽提物的正構烷烴碳數(shù)分布差異并不大，大部分樣品呈現(xiàn)雙峰型，僅少量文昌組烴源巖正構烷烴色譜呈后峰型。

圖4 文昌組、恩平組烴源巖飽和烴色譜圖Fig.4 Saturated hydrocarbon chromatogram of Wenchang and Enping Formation source rocks

文昌組烴源巖正構烷烴的碳數(shù)分布為nC12～nC36，前峰在nC15～nC17之間，后峰則在nC25～nC29之間，表明母質應為陸源-水生混合來源[7]。

恩平組烴源巖正構烷烴碳數(shù)分布為nC13～nC37，后主峰較前主峰高，指示母質來源以陸源高等植物輸入為主，有部分水生低等植物來源[7]。

從姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph)的含量(質量分數(shù))比值來看(表3)，文昌組與恩平組烴源巖有明顯區(qū)別。恩平組Pr/Ph值較高，大于3.0，表明其沉積環(huán)境含氧量較高，為典型氧化環(huán)境[8-9]。而文昌組烴源巖Pr/Ph值則較低，為2.80～3.11，顯示其沉積時期水體含氧量相對較低，還原性略強。圖5表明，文昌組烴源巖有機質類型主要為Ⅱ型陸相有機質，沉積環(huán)境為弱氧化環(huán)境；而恩平組烴源巖幾乎全部為Ⅲ型陸源有機質，這與此前烴源巖有機質類型的分析結果較為一致。

表3 HZ-A井烴源巖正構烷烴及類異戊二烯烴參數(shù)Table 3 Parameters of normal alkanes and isoprenoids from the source rocks of each horizon in Well HZ-A

圖5 烴源巖Pr/nC17-Ph/nC18交匯圖Fig.5 Pr/nC17-Ph/nC18 crossplot of the source rocks

2.3 生物標志化合物特征

據三環(huán)萜烷(TT)系列參數(shù)的分布特征分析，將研究區(qū)古近系烴源巖分為3類。

A類為恩平組烴源巖，三環(huán)萜烷分布幾乎全部以C19TT為主峰(圖6)。前人研究表明，煤的三環(huán)萜烷以C19TT為主峰[7]，表明恩平組有機質來源和煤相似，以陸源高等植物輸入為主，這與圖5中樣品點分布結果較為吻合。

文昌組烴源巖分為2類(B類和C類)。B類烴源巖(圖6中HZ-B)以C21TT或C23TT為主峰，C21TT多存在于淡水湖相烴源巖中，表征母質具有陸源和水生雙重來源[7]。C19TT及C20TT較高，指示較豐富的陸源有機質輸入，表明其應為淺湖相烴源巖。C類烴源巖(圖6中HZ-A)中C23TT占優(yōu)勢，C19TT及C20TT較低，水生來源更加明顯，應為半深湖-深湖相烴源巖。

圖6 文昌組、恩平組烴源巖三環(huán)萜烷分布特征Fig.6 Distribution characteristics of tricyclic terpenes of Wenchang and Enping Formation source rocks

在藿烷系列中，文昌組與恩平組烴源巖差異較大。相對于恩平組，文昌組烴源巖具有較高的新藿烷(Ts)含量(圖7)。大量的研究表明新藿烷與富黏土環(huán)境相關[10-11]，指示文昌組富黏土的沉積環(huán)境。文昌組烴源巖之中也出現(xiàn)兩類不同的特征，一類烴源巖奧利烷含量較高，而另一類奧利烷含量極低。奧利烷多存在于淺湖相和三角洲相中，半深湖-深湖相中幾乎不含奧利烷[12-13]，表明文昌組具有淺湖相和半深湖-深湖相兩類烴源巖。有一點相似的是，文昌組和恩平組烴源巖伽馬蠟烷(Ga)含量均較低，指示其淡水沉積環(huán)境的特點[14]。

圖7 文昌組、恩平組烴源巖藿烷分布特征Fig.7 Distribution characteristics of hopane in the Wenchang and Enping Formation source rocks

烴源巖甾烷的分布也存在著顯著差異(圖8)。根據規(guī)則甾烷的分布特征也可將烴源巖分為3類。A類恩平組烴源巖的規(guī)則甾烷統(tǒng)一表現(xiàn)出C29規(guī)則甾烷>C27規(guī)則甾烷的反“L”構型，4-甲基甾烷含量低，指示高等植物來源。

圖8 文昌組、恩平組烴源巖甾烷分布特征Fig.8 Distribution characteristics of steranes in Wenchang and Enping Formation source rocks

B類文昌組烴源巖呈現(xiàn)C27規(guī)則甾烷與C29規(guī)則甾烷均勢的特征，多數(shù)樣品呈現(xiàn)“V”構型，少部分樣品表現(xiàn)出C27規(guī)則甾烷略高于C29規(guī)則甾烷的特征。C類文昌組烴源巖規(guī)則甾烷呈現(xiàn)“V”構型或C29規(guī)則甾烷略高于C27的“L”構型，母質陸相來源較B類文昌組烴源巖多。此外，文昌組中還檢測到了含量很高的4-甲基甾烷，4-甲基甾烷普遍認為是甲藻和細菌來源[15-16]，母質水生來源的特征較為明顯。

基于文昌組與恩平組烴源巖不同類型生物標志化合物特征的差異性，本次研究總結了劃分不同類型烴源巖的地球化學指標(表4)，可將研究區(qū)烴源巖分為3類：A類恩平組湖沼相烴源巖、B類文昌組淺湖相烴源巖、C類文昌組半深湖-深湖相烴源巖。

表4 研究區(qū)烴源巖分類指標Table 4 Classification index of source rocks in the study area

3 “雙古”儲層原油地球化學特征及來源分析

3.1 原油地球化學特征

本次研究對惠州A構造HZ-A井古近系(包括恩平組、文昌組)及古潛山的儲層油樣有機地球化學特征進行了系統(tǒng)剖析。

HZ-A井恩平組、文昌組及潛山原油特征主要呈現(xiàn)雙峰型和前峰型兩類(圖9)。恩平組原油的正構烷烴色譜可見明顯雙峰型特征，文昌組和古潛山原油為前峰型。原油進入儲層后運移和熱解等作用都會影響正構烷烴分布[17]，結合HZ-A井油氣分布、古潛山發(fā)現(xiàn)凝析氣藏，推測文昌組和古潛山儲層遭受了來自古潛山凝析氣藏的氣侵，氣侵作用會使原油正構烷烴色譜呈前峰型。因此，在本次研究中原油正構烷烴色譜不能作為油源對比的有效指標。各層位原油的Pr/Ph比值接近，介于1.92～3.18(表5)，指示沉積環(huán)境為弱氧化環(huán)境。

圖9 原油正構烷烴色譜圖Fig.9 Chromatogram of n-alkanes in crude oil

表5 HZ-A井原油正構烷烴及類異戊二烯烴參數(shù)Table 5 Parameters of normal alkanes and isoprenoids of crude oil in each layer of Well HZ-A

在萜烷系列中，恩平組原油三環(huán)萜烷以C23TT為主峰，文昌組和古潛山原油三環(huán)萜烷以C21TT為主峰(圖10)，反映恩平組原油有機質應為陸生-水生混合來源，文昌組和古潛山原油水生有機質輸入相對較多，結合類異戊二烯烴的圖版(圖11)，原油均呈現(xiàn)弱氧化環(huán)境下的混合有機質來源的特征。

圖10 原油三環(huán)萜烷分布特征Fig.10 Distribution characteristics of tricyclic terpenes in crude oil

圖11 HZ-A井原油Pr/nC17-Ph/nC18圖Fig.11 Pr/nC17-Ph/nC18 diagram of crude oil in each layer of Well HZ-A

同時，在藿烷系列中檢測到豐富的新藿烷(Ts系列)以及在甾烷系列中檢測到相對豐富的重排甾烷，指示其有機質來自氧化的富黏土沉積環(huán)境。此外，不同層位的原油規(guī)則甾烷均呈現(xiàn)“L”構型(圖12)，指示原油的生物來源主要為低等水生生物。原油中也檢測出含量極高的4-甲基甾烷，指示甲藻類及低等細菌來源。

圖12 原油甾烷特征Fig.12 Sterane characteristics of crude oil

3.2 油源對比

綜上所述，研究區(qū)HZ-A井中不同層位的原油地球化學特征相似，正構烷烴色譜呈雙峰型或前峰型，姥鮫烷和植烷的比值接近，三環(huán)萜烷以C21TT或C23TT為主峰，新藿烷、重排甾烷和4-甲基甾烷含量高，表明原油應為同一套烴源巖的產物，為弱氧化環(huán)境下沉積，有機質為混合來源或水生植物來源。

系統(tǒng)比對恩平組和文昌組烴源巖特征與原油地球化學特征，結果表明，恩平組原油特征與B類文昌組烴源巖相近，文昌組和古潛山原油特征與C類文昌組烴源巖相似，結合烴源巖和原油規(guī)則甾烷三角圖(圖13)可知，研究區(qū)“雙古”儲層中的原油與文昌組烴源巖親緣關系較近。因此推斷，研究區(qū)原油以文昌組烴源巖貢獻為主。

圖13 研究區(qū)烴源巖、原油規(guī)則甾烷三角圖Fig.13 Triangular diagram showing regular steranes for source rocks and crude oil in the study area

4 結 論

a.文昌組烴源巖沉積環(huán)境為弱氧化環(huán)境，母質來源為陸生-水生混合型。恩平組烴源巖沉積環(huán)境為氧化環(huán)境，為陸源有機質。文昌組烴源巖品質整體上優(yōu)于恩平組。通過生標化合物可將烴源巖分為3類：A類恩平組陸源高等植物輸入型烴源巖，正構烷烴單后峰型，萜烷C19TT與C20TT優(yōu)勢，新藿烷系列低，奧利烷幾乎不可見，甾烷反“L”構型，低4-甲基甾烷。B類文昌組淺湖-半深湖相烴源巖，正構烷烴呈雙峰型，萜烷C21TT或C23TT優(yōu)勢，低碳數(shù)三環(huán)萜烷含量略高，新藿烷系列高，奧利烷含量高，甾烷系列“V”構型為主，高4-甲基甾烷，重排甾烷略低。C類文昌組半深湖-深湖相烴源巖，正構烷烴呈雙峰型，萜烷C23TT優(yōu)勢，低碳數(shù)三環(huán)萜烷含量較低，新藿烷系列高，奧利烷含量略低，甾烷系列“V”或“L”構型，高4-甲基甾烷，高重排甾烷。

b.文昌組、恩平組和古潛山原油有機地球化學特征相似，三環(huán)萜烷C21TT或C23TT優(yōu)勢，表明其陸生-水生混合有機質來源；甾烷呈現(xiàn)出“L”構型，指示原油的生物來源主要為水生低等植物；具有較高的新藿烷和重排甾烷含量，指示淡水沉積環(huán)境。油源對比結果表明，研究區(qū)原油主要來自文昌組半深湖相烴源巖。