斷陷盆地邊緣洼陷優(yōu)質(zhì)烴源巖形成機制—以珠江口盆地惠州26洼東北次洼為例

賈培蒙，杜家元，陳維濤，楊興業(yè)，熊萬林，靳瑤瑤

中海石油（中國）有限公司深圳分公司，深圳 518054

珠江口盆地珠一坳陷惠州凹陷惠州26洼文昌組沉積時期湖盆強烈斷陷，湖盆面積廣闊，沉積半深湖-深湖相泥巖，沉積厚度大，分布面積廣，是惠州26洼主力烴源巖發(fā)育層系[1-2]?；葜?6洼為已證實的富生烴洼陷，洼陷周緣發(fā)現(xiàn)規(guī)模油氣藏，是南海東部地區(qū)勘探程度最高的地區(qū)之一。然而，以往的研究認為優(yōu)質(zhì)烴源巖主要集中在洼陷中心地區(qū)[3-5]，其邊緣洼陷受湖盆深度、物源輸入等不利因素的影響，難以發(fā)育優(yōu)質(zhì)的烴源巖，目前尚無對惠州26洼邊緣洼陷烴源巖特征及形成條件的研究成果。

本文以惠州26洼東北次洼為研究區(qū)，根據(jù)最新的鉆井、分析化驗、地震資料，對研究區(qū)文四段烴源巖特征進行詳細的分析和研究，全面評價該區(qū)烴源巖質(zhì)量，并探討邊緣洼陷優(yōu)質(zhì)烴源的發(fā)育條件，一方面，彌補惠州26洼邊緣洼陷烴源巖研究空白，擴大該洼陷烴源巖分布范圍，為該洼陷未來勘探研究奠定生烴基礎(chǔ)；另一方面，為珠一坳陷及其他地區(qū)邊緣洼陷烴源巖預測與評價提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

珠江口盆地位于華南大陸南緣，南海北部大陸邊緣，是該區(qū)域最大的中、新生帶裂陷沉積盆地。盆地由北向南劃分為北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、中部坳陷帶、南部隆起帶及南部坳陷帶6個構(gòu)造單元[6-8]。珠一坳陷位于珠江口盆地北部坳陷，整體呈NE走向，是夾持在北部隆起帶和中央隆起帶之間的一個負向構(gòu)造單元。

研究區(qū)惠州凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷中部（圖1），為珠江口盆地東部已證實的最富烴凹陷之一[1,7,9-10]，由11個洼陷組成，地層發(fā)育完整，由老到新為中生帶基底，新生代裂陷期神狐組(E1s)、文昌組（E2w）、恩平組（E2e），裂后期珠海組（E3z）、珠江組（N1z）、韓江組（N1h）、粵海組（N1y）、萬山組（N2w）及第四系（Q）沉積地層。其中，惠州26洼位于惠州凹陷東南部，文昌組為其主要烴源巖發(fā)育層系，受構(gòu)造抬升（惠州運動）影響，惠州26洼上文昌組地層（文一段、文二段、文三段）缺失，僅保留下文昌組文六段（WC6）、文五段（WC5）和文四段（WC4）地層，其中，文五段和文四段為最主要的烴源巖層發(fā)育段。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 The structure position of the study area

惠州26洼東北次洼位于惠州26洼東北部，西臨惠州21潛山披覆構(gòu)造帶，東側(cè)為東沙隆起（圖2），文昌組沉積文五段和文四段地層，但文五段地層較薄，文四段地層厚度大，為其主力烴源巖發(fā)育層系。

圖2 研究區(qū)地層綜合柱狀圖Fig.2 The comprehensive stratigraphic column of the study area

2 樣品與分析

本次研究的樣品來自惠州26洼東北次洼惠州27-A井。為系統(tǒng)分析惠州26洼東北次洼烴源巖、沉積環(huán)境，針對該井文昌組文四段，共采集15個泥巖巖屑樣品和3顆井壁芯樣品，進行巖石熱解分析，對其中部分樣品進行生物標志化合物、碳同位素等分析。另外，采集56個巖屑樣品進行常量與微量元素分析。泥巖巖石熱解實驗采用法國萬琪公司ROCK-EVAL6巖石熱解儀，巖石抽提烴色譜-質(zhì)譜實驗采用安捷倫公司Agilent 7890 A氣相色譜儀、6890 N 和 5973C 色譜-質(zhì)譜儀，元素分析采用荷蘭帕納科公司 Axios MAX X 射線熒光光譜儀（偏差＜0.05%）和ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜儀（偏差＜0.1%）。樣品分析測試工作均在長江大學油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室完成。

3 烴源巖地化特征

3.1 有機質(zhì)豐度

有機質(zhì)豐度是評價烴源巖生烴能力的重要參數(shù)之一。熱解分析結(jié)果表明，總有機碳含量（TOC）為2.34%～8.14%，平均值4.39%；生烴潛量（S1+S2）為 12.54～44.22 mg/g，平均為 21.06 mg/g。根據(jù)烴源巖評價行業(yè)標準，對惠州26洼東北次洼文四段烴源巖進行評價（圖3），結(jié)果表明，文四段烴源有機質(zhì)豐度為“好—很好”，具有較好的生烴能力。

圖3 惠州 26 洼東北次洼文昌組文四段烴源巖有機質(zhì)豐度判別Fig.3 Discrimination of the organic matter abundance in WC4 source rocks of Huizhou 26 northeast subsag

3.2 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型是有機質(zhì)重要的質(zhì)量指標，對烴源巖生烴潛力評價起著重要作用。根據(jù)烴源巖熱解參數(shù)、干酪根顯微組分等分析結(jié)果，綜合分析惠州26洼東北次洼烴源巖主要類型為Ⅰ和Ⅱ1型。

熱解分析結(jié)果顯示，烴源巖最高熱解溫度Tmax為 444～455 ℃，氫指數(shù) HI為 312～511 mg/g，平均值為393 mg/g。以最高熱解溫度Tmax為橫坐標，氫指數(shù)為縱坐標，繪制有機質(zhì)類型劃分圖（圖4），結(jié)果顯示，文昌組文四段烴源巖有機質(zhì)類型包含Ⅰ和Ⅱ1，有機質(zhì)類型較好，以生油為主。從干酪根顯微組分可以發(fā)現(xiàn)（表1），文四段烴源巖腐泥組和殼質(zhì)組含量最高，兩者占比93%～99%，殼質(zhì)組及惰質(zhì)組含量低，表明母質(zhì)類型為低等水生生物，同時有少量高等植物的貢獻。通過計算有機質(zhì)類型指數(shù)（TI）[11]，判斷文四段烴源巖干酪根類型主要為Ⅰ和Ⅱ1型。

表1 惠州26洼東北次洼文昌組文四段烴源巖干酪根顯微組分和類型指數(shù)Table 1 Organic microscopic composition and kerogen types in WC4 source rocks of Huizhou 26 northeast subsag

圖4 惠州26洼東北次洼文昌組文四段烴源巖Tmax與氫指數(shù)有機質(zhì)類型劃分Fig.4 The division of organic matter types by Tmax and HI in WC4 source rocks of Huizhou 26 northeast subsag

3.3 生物標志化合物特征

前人研究認為，烴源巖生物標志化合物特征可反映沉積環(huán)境、母質(zhì)類型和有機質(zhì)熱演化程度等差異[12-13]?；葜?6洼東北次洼HZ27-A井飽和烴色譜呈現(xiàn)前峰型特征，長側(cè)鏈三環(huán)萜烷以C23三環(huán)萜烷為主峰呈正態(tài)分布，奧利烷和雙杜松烷含量較低，甾烷系列中C304-甲基甾烷含量豐富，整體反應該類型烴源巖生源以低等水生藻類為主，但存在少量高等植物貢獻；烴源巖姥植比為2.27；Ts、重排藿烷、C29新藿烷含量較高，反應該類型烴源巖沉積時期水體為弱氧化—弱還原的環(huán)境。該類型烴源巖與周邊HZ21-A井同層段濱淺湖相烴源特征存在明顯差異（圖5），代表研究區(qū)廣泛揭示的文昌組中深湖相烴源巖特征。

圖5 HZ27-A井和HZ21-A典型砂巖及烴源巖生物標志化合物特征C27.20R-5α(H)，14α(H),17α(H) -膽甾烷；C28.20R-24-甲基-5α(H),14α(H),17α(H)-膽甾烷；C29.20R-24-乙基-5α( H) ,14α(H),17α(H) -膽甾烷；Ts.18α(H) -22,29,30-三降藿烷；Tm.17α(H) -22,29,30-三降藿烷； C30Dia-H.C30-重排藿烷；OL.奧利烷；C30H.17α(H),21β(H)-藿烷；T.樹脂化合物 T。Fig.5 Biomarker characteristics of sandstone and source rocks of HZ27-A and HZ21-AC27.20R-5α(H),14α(H),17α(H)-Cholestane; C28.20R-24-Methyl-5α(H),14α(H),17α(H)-Cholestane; C29.20R-24-Ethyl-5α(H), 14α(H),17α(H)-Cholestane;Ts.18α(H)-22,29,30-Trisnorhopane; Tm.17α(H)-22,29,30-Trisnorhopane; C30Dia-H.C30-Rearrangement hopane; OL.Oleanane; C30H.17α(H),21β(H)- Hopance;T.Resin compound T.

4 斷陷盆地邊緣洼陷優(yōu)質(zhì)烴源巖成因探討

4.1 文昌期強烈斷陷形成“洼緣深盆”沉積環(huán)境

控洼斷層活動性是控制湖盆發(fā)育主要因素之一?；葜?6洼為“南斷北超”的半地塹結(jié)構(gòu)，洼陷形成主要受控于其南部的控洼邊界F1斷層（圖2、圖6a），該斷層與惠州26洼東北次洼主控F2斷層活動時間存在一定差異，通過對斷層活動性的分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1斷層在文昌組沉積時期持續(xù)強烈活動，而F2斷層文五段沉積時期開始微弱活動，文四時期到達活動頂峰，至恩平期斷層活動性先減弱后又逐步增強。

運用2D Move軟件對洼陷邊緣典型地震剖面進行平衡剖面（圖2）恢復，建立惠州26洼東北次洼湖盆演化過程（圖6b）。在斷陷、凹陷的共同作用下，惠州26洼東北次洼文五段沉積時期開始緩慢發(fā)育，文四段沉積時期湖盆快速裂陷，形成“洼緣深盆”沉積環(huán)境，沉積厚層的文四段地層，最大厚度達約800 m，為優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育奠定了沉積環(huán)境和物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖6 惠州26洼控洼邊界斷層活動性分析及惠州26洼東北次洼構(gòu)造演化a.斷層活動性分析，b.惠州26洼東北次洼構(gòu)造演化。Fig.6 Boundary faults activity analysis of Huizhou 26 sag and Tectonic evolution of Huizhou 26 northeast subsaga.Fault activity analysis, b.tectonic evolution of northeast sub-depression of Huizhou 26.

4.2 源區(qū)碎屑物質(zhì)輸入少

位于惠州26洼東北次洼東、西兩側(cè)的東沙隆起與惠州21洼火山巖潛山，是該次洼的主要物源區(qū)（圖7），但兩者向洼陷碎屑物質(zhì)供給均較少。

圖7 惠州26洼東北次洼周邊地區(qū)基底地貌及源匯體系Fig.7 Basement geomorphology map and source-sink system of the Huizou 26 northeast subsag surrounding area

東沙隆起主要為中生界白堊統(tǒng)酸性侵入巖，侵入時間約為116 Ma[14]，巖性為花崗巖，侵位后持續(xù)遭受剝蝕并逐步暴露地表，至漸新統(tǒng)珠海組晚期才被沉積物覆蓋，可持續(xù)向洼陷供源?！霸?匯”體系研究發(fā)現(xiàn)，惠州26洼東北次洼臨近的東沙隆起區(qū)供源面積較小，僅約20 km2，且剝蝕形成的碎屑物質(zhì)主要向地勢更低的東部殘洼搬運，同時溝谷體系不明顯，僅發(fā)育淺小的溝谷，碎屑物質(zhì)向惠州26洼東北次洼方向輸運能力非常有限。惠州21洼為古新統(tǒng)神狐組火山巖潛山，噴發(fā)時間約為56～60 Ma，巖性主要為中性安山巖和粗安巖，均為隱晶、微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，抗風化能力弱，且文四段沉積時期潛山大部分區(qū)域已被文五段富泥地層覆蓋，火山巖物源區(qū)面積較小，僅約為11 km2，且在文四段沉積早期即被水體淹沒，風化剝蝕時間短，因此，向惠州26洼東北次洼供應碎屑物質(zhì)量極少。

該洼陷惠州27-A井位于洼陷東部，臨近東沙隆起，鉆遇文昌組地層厚度約為281 m，整體表現(xiàn)為厚層泥巖夾薄層砂巖的特征，泥地比約為67.9%，表明文四段沉積時期碎屑物質(zhì)輸入量少，為烴源發(fā)育保留足夠的可容納空間。

4.3 火山噴發(fā)活動

前人研究認為，有機質(zhì)高產(chǎn)出是優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[15]，而且優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育過程中普遍伴有巖漿活動[16-21]，火山噴發(fā)作用形成的物質(zhì)可階段性改變湖盆生化環(huán)境，促進有機質(zhì)的生產(chǎn)和保存。

惠州26洼東北次洼文四段沉積時期伴有多期火山活動，HZ27-A井壁碎屑巖薄片分析顯示，陸源碎屑顆粒間火山碎屑物質(zhì)充填特征顯著，主要為火山灰和晶屑，并可見塑形漿屑（圖8），整體火山碎屑含量約15%～20%，表明文四段沉積時期伴有火山活動。

圖8 惠州26洼東北次洼HZ27-A井井壁芯薄片鑒定結(jié)果a.主要由陸源碎屑顆粒、火山碎屑組成，粒間主要充填火山灰和晶屑（A）；b.主要由陸源碎屑顆粒、火山碎屑組成，粒間主要充填自生高嶺石、火山灰（A）；c.主要由碎屑顆粒、火山碎屑組成，粒間主要充填火山灰和少量晶屑（A）；d.主要由陸源碎屑顆粒、火山碎屑組成，粒間主要充填火山灰（A），見塑形漿屑（B）。Fig.8 Thin section authentication results of HZ27-A sidewall cores, HZ26 northeast subsaga.Consisting mainly of terrigenous clastic particles and pyroclastic particles, with intergranular filling of volcanic ash and crystal chips (A); b.Consisting mainly of terrigenous clastic particles and pyroclastic particles, with intergranular filling of authigenic kaolinite and volcanic ash (A); c.Consisting mainly of terrigenous clastic particles and pyroclastic particles, with intergranular filling of volcanic ash and a small amount of crystal chips (A); d.Consisting mainly of terrigenous clastic particles and pyroclastic particles, with intergranular filling of volcanic ash (A) and plastic magma fragment visible (B).

火山噴發(fā)形成的火山物質(zhì)降落或隨水流進入湖盆，有利于有機質(zhì)的快速形成。火山物質(zhì)含有豐富的生物生長所需要的元素[22]，由于性質(zhì)不穩(wěn)定，容易發(fā)生水解，無機營養(yǎng)元素如磷、硫、鐵、鈣和常微量元素如鐵、辛、錳、鎳等進入水體后，水體逐步富營養(yǎng)，形成“咸水”環(huán)境，促進藻類等生物的勃發(fā)和初級生產(chǎn)力的提高[15,23-25]，有機質(zhì)的形成速度大幅提高。常量和微量元素分析結(jié)果顯示，文四段沉積時期的鈣、磷、硫、鐵、錳、鎳等營養(yǎng)元素階段性正異常特征顯著，特別是烴源巖主要發(fā)育層段Ⅱ，表明該時期水體營養(yǎng)元素供應充足，并隨火山活動強弱波動變化。同時古鹽度指標Sr/Ba值為1.1～2.95，平均值 1.91（圖9），一般認為當 Sr/Ba＞l為咸水環(huán)境[26]，說明該時期惠州26洼東北次洼水體為咸水環(huán)境。前人研究認為，以陸源高等植物為主的烴源巖氯仿瀝青“A”碳同位素與以水生藻類為主的一般營養(yǎng)性湖泊相比會偏重，但若湖泊藻類勃發(fā)，藻類與湖水碳交換導致碳同位素倒轉(zhuǎn)偏重。目前，珠一坳陷已鉆遇以陸源高等植物貢獻為主的淺湖相烴源巖、水生藻類正常發(fā)育的中深湖相烴源巖和藻類勃發(fā)的中深湖相3類烴源巖?；葜?6東北次洼烴源巖藻類含量高，與淺湖相以及一般營養(yǎng)性中深湖相湖泊相比，碳同位素發(fā)生明顯倒轉(zhuǎn)，整體偏重，表明本地區(qū)湖泊水體富營養(yǎng)，導致藻類異常勃發(fā)（圖10）。此外，火山活動也釋有害物質(zhì)，如銅、氯化氫等，導致生物快速規(guī)模死亡，甚至滅絕[27]，有機質(zhì)短期堆積富集。另外，受幕式構(gòu)造活動的影響，火山噴發(fā)通常具有間歇性特征，受此影響，生物勃發(fā)與短期規(guī)模死亡交替出現(xiàn)，為烴源巖的形成提供了充足的有機質(zhì)基礎(chǔ)。

圖9 HZ27-A 井綜合柱狀圖及沉積環(huán)境分析替代指標Fig.9 Comprehensive histogram of well HZ27-A and substitution index of sedimentary environment analysis

圖10 碳同位素-四甲基甾烷豐度散點圖Fig.10 Scatter plot of carbon isotope vs.tetramethylsterane abundance

良好的保存條件是優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的重要條件，還原環(huán)境有利于有機質(zhì)保存。火山爆發(fā)釋放還原性氣體，如H2S、SO2等，消耗水中的氧氣，并導致水體發(fā)生重力分異，在深層形成還原環(huán)境[28]。微量元素 V/（V+Ni）值可用以指示水體的氧化還原環(huán)境，V/（V+Ni）＜0.6，為氧化環(huán)境，0.6＜ V/（V+Ni）＜0.84，為氧化還原環(huán)境，V/（V+Ni）＞0.84，為還原環(huán)境[29]，HZ27-A 井文 四 段 V/（V+Ni）值為 0.43～0.91，均值為0.73（圖9），表明水體環(huán)境為氧化還原-還原環(huán)境，有利于烴源巖的保存。

5 結(jié)論

（1）已鉆井證實，惠州26洼東北次洼發(fā)育文昌期文四段烴源巖，有機質(zhì)豐度高，可以達到“好-很好”的烴源巖標準，有機質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ1型，為油型烴源巖。

（2）強烈斷陷在洼陷邊緣形成深水環(huán)境，構(gòu)成烴源巖發(fā)育的有利沉積環(huán)境，物源區(qū)碎屑物質(zhì)輸入少，火山活動提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)促進浮游生物的勃發(fā)，并形成有利保存的還原環(huán)境，從而在邊緣洼陷形成“深湖盆、富營養(yǎng)”沉積環(huán)境，發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖。

（3）洼陷邊緣優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)現(xiàn)表明，文昌組沉積時期，邊緣洼陷同樣具有發(fā)育優(yōu)質(zhì)中深湖相烴源巖的條件，有效烴源的發(fā)現(xiàn)為研究區(qū)周邊地區(qū)勘探提供充足的烴源基礎(chǔ)，東沙隆起臨洼區(qū)可作為勘探重點區(qū)域。