海中凹陷潿洲組烴源巖特征及潛力分析

劉 峰，黃蘇衛(wèi)，張傳運(yùn)，楊鵬程，唐金炎，黃家琳

（中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，上海 200120）

北部灣盆地是一個(gè)在中生代區(qū)域隆起背景下發(fā)育起來(lái)的新生代斷陷沉積盆地，經(jīng)歷了古近紀(jì)張裂階段和新近紀(jì)裂后熱沉降階段，具有明顯的斷坳雙層結(jié)構(gòu)；古近紀(jì)斷陷期受3期幕式斷陷活動(dòng)影響，先后沉積了古新統(tǒng)長(zhǎng)流組、始新統(tǒng)流沙港組和漸新統(tǒng)潿洲組，以湖相和河流相沉積體系為主[1]。中石化潿西探區(qū)位于北部灣盆地北部拗陷，主要涉及潿西南凹陷D洼以及海中凹陷的中部地區(qū)（圖1）。多年勘探實(shí)踐證實(shí)，潿西南凹陷A洼、B洼、C洼和D洼均為富生烴洼陷，始新統(tǒng)流沙港組為主要烴源巖層。始新統(tǒng)流沙港組沉積時(shí)期，潿西南和海中凹陷為統(tǒng)一湖盆，南部海中凹陷沉積中心受潿西南大斷裂南段控制，最大沉積厚度超過(guò)3 000 m；漸新世時(shí)期，潿西南低凸起的強(qiáng)烈抬升和3號(hào)斷層的劇烈活動(dòng)將湖盆分割為潿西南和海中兩個(gè)凹陷。同時(shí)，3號(hào)斷裂的劇烈活動(dòng)也使海中凹陷可容納空間進(jìn)一步增大[2]，沉積中心遷移至海中凹陷3號(hào)斷裂下降盤，最大殘留地層厚度超4 000 m[3-5]，湖盆繼承性發(fā)育，具備發(fā)育烴源巖的沉積條件，發(fā)育一套潛在的烴源層系。目前，海中凹陷鉆井較少，且主要揭示至漸新統(tǒng)。已鉆井顯示：潿洲組沉積早期，潿四段沉積半深湖相暗色泥巖；潿洲組沉積晚期，湖盆萎縮，湖沼相暗色泥巖發(fā)育，局部夾薄煤層。A井為目前海中凹陷唯一的油氣突破井，油源對(duì)比結(jié)果顯示其凝析油氣具潿洲組和流沙港組烴源巖雙重貢獻(xiàn)特征[6-9]。本文以海中凹陷已被鉆井所證實(shí)的潿洲組烴源巖為研究對(duì)象，進(jìn)一步明確潿洲組烴源巖特征及其資源潛力，對(duì)海中凹陷有利區(qū)帶優(yōu)選有重要的指導(dǎo)意義。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig. 1 Location of the study area

1 烴源巖地球化學(xué)特征

1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

從鉆井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1）來(lái)看，潿洲組暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較流沙港組低[3]，總體達(dá)到中等豐度烴源巖標(biāo)準(zhǔn)[10]。潿四段以暗色泥巖為主，泥地比26.1%～90.9%，泥巖厚度160.5～355 m，有機(jī)碳含量平均0.69%，氯仿瀝青“A”平均0.05%，總烴平均286.9×10-6，生烴潛力平均1.16 mg/g。其中，洼槽帶主要為中等豐度烴源巖，具備一定生烴潛力，斜坡帶烴源巖發(fā)育較差。潿三段泥地比38.8%～80.9%，泥巖厚度171～470.9 m，暗色泥巖有機(jī)碳含量平均0.97%，氯仿瀝青“A”平均0.02%，總烴平均144.8×10-6，生烴潛力平均3.0 mg/g，洼槽帶以中等豐度烴源巖為主，斜坡帶烴源巖發(fā)育較差。潿二段、潿一段以暗色泥巖為主，并伴生少量碳質(zhì)泥巖及煤層。潿二段泥地比14%～74.5%，泥巖厚度24～721.4 m，暗色泥巖有機(jī)碳含量平均4.11%，氯仿瀝青“A”平均0.08%，總烴平均387.8×10-6，生烴潛力平均11.6 mg/g，有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)為中等～好；潿一段泥地比6.3%～52.6%，泥巖厚度18～244.6 m，暗色泥巖有機(jī)碳含量平均0.83%，氯仿瀝青“A”平均0.09%，總烴平均414.8×10-6，生烴潛力平均1.76 mg/g，有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)為差-中等。

1.2 有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)巖石熱解快速定量評(píng)價(jià)（Rock-Eval）的氫指數(shù)（HI）與最高熱解峰溫（Tmax）關(guān)系，潿洲組有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，干酪根元素組成顯示潿洲組樣品也主要分布在Ⅱ2型區(qū)間（圖2）。從烴源巖干酪根碳同位素（δ13CPDB）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看（表2），潿洲組烴源巖干酪根碳同位素主要集中在-26‰～-30‰，屬II型干酪根。不同參數(shù)均顯示潿洲組有機(jī)質(zhì)類型以腐殖型（Ⅱ2型）為主。

從潿西探區(qū)烴源巖C27-C28-C29甾烷關(guān)系圖 （圖3）可以看出，潿洲組有機(jī)質(zhì)來(lái)源與流沙港組的存在明顯差異。一般來(lái)說(shuō)，C27甾烷來(lái)源于水生浮游生物，C29甾烷來(lái)源于陸源高等植物，C28甾烷則主要來(lái)源于湖泊相有機(jī)物。流沙港組一段、二段烴源巖均顯示出原始生烴母質(zhì)具混合來(lái)源的特征，與流沙港組沉積時(shí)期的半深湖-深湖相環(huán)境相一致；潿洲組烴源巖以C29甾烷占主導(dǎo)，顯示出陸源有機(jī)質(zhì)（陸源高等植物）是主要的原始生烴母質(zhì)，與漸新世湖盆萎縮階段陸源物質(zhì)供應(yīng)增強(qiáng)的沉積背景相吻合。陸源高等植物輸入的增加可能是海中凹陷潿洲組有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型（Ⅱ2型為主）的重要原因。

1.3 有機(jī)質(zhì)熱演化特征

豐富的有機(jī)質(zhì)是生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，而有機(jī)質(zhì)只有達(dá)到一定的成熟度才能開(kāi)始大量生烴，鏡質(zhì)體反射率（Ro）常作為表征有機(jī)質(zhì)成熟度的有效指標(biāo)。結(jié)合北部灣盆地成熟區(qū)塊勘探經(jīng)驗(yàn)、中石化潿西探區(qū)D洼烴源巖熱演化階段劃分結(jié)果[3]和海中鉆井Ro實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（圖4），對(duì)海中凹陷烴源巖熱演化階段進(jìn)行初步劃分。生烴門限深度是烴源巖干酪根開(kāi)始大量生烴時(shí)對(duì)應(yīng)的深度，在海中凹陷為2 600 m，對(duì)應(yīng)鏡質(zhì)體反射率（Ro）為0.6%；排烴門限深度是烴源巖開(kāi)始大量排烴時(shí)對(duì)應(yīng)的深度，在海中凹陷為3 100m左右，對(duì)應(yīng)鏡質(zhì)體反射率（Ro）為0.8%。海中凹陷烴源巖未熟階段對(duì)應(yīng)深度＜2 600 m，Ro＜0.6%；低熟階段對(duì)應(yīng)深度2 600～3 100 m，0.6%＜Ro＜0.8%，這個(gè)階段烴源巖開(kāi)始成熟，但生烴量不大，油氣多為吸附狀態(tài)，但尚未達(dá)到排烴門限；成熟階段對(duì)應(yīng)深度＞3 100 m，Ro＞0.8%，該階段油氣大量生成并排烴，產(chǎn)物主要為成熟油氣。

表1 海中凹陷潿洲組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度數(shù)據(jù)表Table 1 Organic matter abundance data of source rocks of Weizhou Formation in Haizhong Sag

利用TSM盆地模擬軟件開(kāi)展海中凹陷單井埋藏史和熱史數(shù)值模擬，用以恢復(fù)潿洲組烴源巖的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程（圖5）。B井位于海中凹陷洼槽帶，地層整體較厚、埋藏較深，潿二段底部至潿四段地層現(xiàn)今埋深超過(guò)2 600 m。C井位于凹陷斜坡帶，地層整體減薄、埋藏變淺，僅潿三段和潿四段地層現(xiàn)今埋深超過(guò)2 600 m。從烴源巖演化過(guò)程來(lái)看，洼槽帶潿二段底部、潿三段和潿四段烴源巖分別在上新世、中中新世和漸新世末進(jìn)入生烴門限；潿二段底部和潿三段烴源巖現(xiàn)今處于低熟階段，生排烴量較?。粷亩螣N源巖在中中新世以后進(jìn)入成熟熱演化階段，開(kāi)始大量生烴。斜坡帶潿二段底部至潿四段烴源巖現(xiàn)今均處于低熟階段，生排烴量規(guī)模較小。從烴源巖演化過(guò)程來(lái)看，潿洲組對(duì)海中凹陷的貢獻(xiàn)主要來(lái)自洼槽帶的潿四段烴源巖。

圖2 潿洲組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型劃分圖Fig. 2 Classification of organic matter in Weizhou Formation source rocks in Haizhong Sag

表2 海中凹陷潿洲組烴源巖碳同位素（δ13CPDB）數(shù)據(jù)表Table 2 Carbon isotope of source rocks of Weizhou Formation in Haizhong Sag

圖3 潿西探區(qū)烴源巖C27-C28-C29甾烷關(guān)系圖Fig. 3 Correlation diagrams of C27-C28-C29（regular sterane）of Weizhou Formation source rocks in Haizhong Sag

圖4 潿西探區(qū)烴源巖Ro與埋深關(guān)系圖Fig. 4 Relationship between Ro and depth of source rocks in Weizhou exploration area

2 資源潛力

2.1 有效烴源巖分布

有效烴源巖在很大程度上控制著盆地內(nèi)油氣藏的分布。在暗色泥巖發(fā)育情況、有機(jī)碳豐度特征、烴源巖熱演化程度研究基礎(chǔ)上，結(jié)合生烴強(qiáng)度模擬結(jié)果，明確海中凹陷潿四段有效烴源巖分布范圍（圖6）。海中凹陷潿四段半深湖相暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，且目前洼槽帶地層整體埋深較大，普遍已經(jīng)成熟，具備一定的生烴能力，也是現(xiàn)階段海中凹陷唯一被鉆井證實(shí)的有效烴源巖層系。潿四段有效烴源巖主要分布于海中凹陷洼槽帶，受控于3號(hào)斷層，呈近東西向展布，生烴中心位于3號(hào)斷裂下降盤，生烴強(qiáng)度可達(dá)（1.5～5.0）×106t/km2。中石化探區(qū)（海中凹陷部分）北部位于潿洲組有效烴源巖發(fā)育區(qū)內(nèi)，而南部的斜坡帶和隆起區(qū)多位于潿洲組有效烴源巖發(fā)育區(qū)之外；探區(qū)內(nèi)3號(hào)斷裂下降盤緊鄰生烴中心，生烴強(qiáng)度可達(dá)（1.5～4.5）×106t/km2，是探區(qū)內(nèi)潿洲組源巖條件最有利的區(qū)帶。

圖5 海中凹陷典型井（左，B井；右，C井）埋藏史-熱史圖Fig. 5 Burial-thermal history curves of typical wells（left, Well B；right, Well C）in Haizhong Sag

圖6 海中凹陷潿四段有效源巖生烴強(qiáng)度分布圖（現(xiàn)今）Fig. 6 The contour map of hydrocarbon generation intensity of current effective soruce rocks in the Fourth Member of Weizhou Formation in Haizhong Sag

2.2 資源規(guī)模

海中凹陷周邊均已有油氣發(fā)現(xiàn)，其北邊的潿西南凹陷更是目前北部灣盆地油氣發(fā)現(xiàn)最豐富的地區(qū)之一。潿西南凹陷內(nèi)的A、B、C和D四個(gè)次洼均已被證實(shí)為富生烴次洼，其中的D次洼位于中石化探區(qū)內(nèi)，僅與海中凹陷一斷之隔。海中凹陷與潿西南凹陷具有相似的地質(zhì)資源背景，A井凝析氣藏的突破[6-9]進(jìn)一步證實(shí)海中凹陷同樣具備較好的資源潛力。運(yùn)用TSM盆地模擬軟件，初步估算了潿洲組烴源巖的資源規(guī)模（圖7）。海中凹陷潿洲組累計(jì)生烴量1 203.6×106t，其中累計(jì)生氣量762.3×106t油當(dāng)量，累計(jì)生油量441.3×106t；資源量方面，海中凹陷常規(guī)石油資源量66.24×106t，常規(guī)天然氣資源量15.25×106t油當(dāng)量，總地質(zhì)資源量達(dá)到81.49×106t油當(dāng)量。

圖7 海中凹陷潿洲組生烴量（左）和資源量（右）分布圖Fig. 7 Distribution of hydrocarbon generation quantity（left）and resources amount（right）of Weizhou Formation in Haizhong Sag

3 結(jié)論

（1）漸新世沉積時(shí)期，海中凹陷湖盆繼承性發(fā)育，形成潿洲組烴源巖；潿洲組暗色泥巖有機(jī)質(zhì)總體達(dá)到中等豐度烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)類型以腐殖型（Ⅱ2型）為主；海中凹陷洼槽帶潿二段、潿三段以及斜坡帶潿洲組烴源巖現(xiàn)今均處于低熟階段，生排烴量規(guī)模較??；洼槽帶潿四段烴源巖在中中新世以后進(jìn)入成熟熱演化階段，開(kāi)始大量生烴，是海中凹陷潿洲組主要烴源巖層。

（2）潿洲組是海中凹陷現(xiàn)有鉆井相對(duì)完整揭示的烴源巖層系，總地質(zhì)資源量達(dá)到81.49×106t油當(dāng)量；潿四段有效烴源巖主要分布于凹陷洼槽帶，呈近東西向展布，生烴中心位于3號(hào)斷裂下降盤，生烴強(qiáng)度可達(dá)（1.5～5.0）×106t/km2；中石化探區(qū)內(nèi)，3號(hào)斷裂下降盤緊鄰生烴中心，生烴強(qiáng)度可達(dá)（1.5～4.5）×106t/km2，是探區(qū)內(nèi)潿洲組源巖條件最有利的區(qū)域，應(yīng)作為下步勘探工作首選突破區(qū)帶。