潿西南凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育控制因素研究

胡晨暉，徐新德，魯海鷗

（中海石油（中國(guó)）有限公司海南分公司，海南?？?570312）

北部灣盆地是南海北部典型的新生代裂陷盆地，發(fā)育多個(gè)凹陷，主要包括潿西南、烏石、海中等，特別是潿西南凹陷為已證實(shí)的富生烴凹陷，其原油探明地質(zhì)儲(chǔ)量占整個(gè)北部灣盆地已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量的三分之二以上，為南海西部油田增儲(chǔ)上產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展奠定了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

目前多位學(xué)者針對(duì)潿西南凹陷石油地質(zhì)條件進(jìn)行過專項(xiàng)深入研究[1-7]。分析認(rèn)為潿西南凹陷主力烴源巖為欠補(bǔ)償環(huán)境下發(fā)育的流沙港二段中-深湖相泥頁(yè)巖及油頁(yè)巖，為Ⅰ和Ⅱ型優(yōu)質(zhì)生油巖；敘述了各層段（扇）三角洲、濁積扇在洼陷中的分布規(guī)律；介紹了烴源巖異常超壓驅(qū)動(dòng)、斷裂垂向及砂體側(cè)向輸導(dǎo)油氣運(yùn)移的模式，各內(nèi)容研究比較透徹，但對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布特征及控制因素研究較少。

本文通過對(duì)潿西南凹陷流沙港組烴源巖的解剖，系統(tǒng)梳理了優(yōu)質(zhì)烴源巖地球化學(xué)特征與發(fā)育主控因素，為周邊的潛在富生烴凹陷的勘探突破奠定了良好的理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

北部灣盆地是在中生代區(qū)域隆起背景下發(fā)育起來的新生代斷陷盆地，共經(jīng)歷了張裂、斷陷和拗陷三個(gè)發(fā)育階段，包括北部坳陷、南部坳陷、企西隆起3 個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[8]。其中，潿西南凹陷位于北部坳陷北部，面積約3 800 km2，是該盆地勘探程度最高且成效最好的凹陷，已證實(shí)為富烴凹陷，依據(jù)構(gòu)造演化和現(xiàn)今埋深特征，可細(xì)分為A 洼、B 洼、C 洼，其發(fā)育受1、2 號(hào)斷層控制。

潿西南凹陷以新生代沉積為主，其基底為中、古生界碳酸鹽巖和變質(zhì)巖，沉積蓋層由古近系、新近系及第四系組成（見表1），總厚度1 500～7 000 m，自下而上依次為古近系古新統(tǒng)長(zhǎng)流組（E1c）、始新統(tǒng)流沙港組（E2l）、漸新統(tǒng)潿洲組（E3w），新近系中新統(tǒng)下洋組（N1x）、角尾組（N1j）、燈樓角組（N1d）、上新統(tǒng)望樓港組（N2w）和第四系（Q）。其中流沙港組是北部坳陷油氣勘探的主要目的層。流沙港組以湖相、三角洲相沉積為主，巖性以深灰色、褐灰色泥巖、頁(yè)巖為主，夾有灰白色砂巖、粉砂巖，具有粗-細(xì)-粗的旋回，自下而上可進(jìn)一步分為流三段（E2l3）、流二段（E2l2）和流一段（E2l1），其中流二段是該區(qū)的主力烴源巖，具有有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，沉積規(guī)模大，具有良好的生烴潛力[9-10]。

表1 潿西南凹陷構(gòu)造與地層格架表Tab.1 Structural and stratigraphic framework of Weixinan sag

2 烴源巖的分布特征

流沙港組的烴源巖在巖性與有機(jī)質(zhì)豐度上存在明顯差異，由此造成了不同層段烴源巖的生烴潛力的差異。通過對(duì)現(xiàn)階段已鉆井樣品的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，流沙港組大部分樣品TOC 大于1.0%，約36%的烴源巖TOC 超過2%，屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖，其中流二段優(yōu)質(zhì)烴源巖的樣品最多。在生烴潛力方面，大于10 mg/g 的樣品占比為35%，表明流沙港組烴源巖具有極高的生油潛力（見圖1）。

圖1 潿西南凹陷流沙港組烴源巖有機(jī)碳含量與生烴潛力分布直方圖Fig.1 Histogram of total organic carbon and hydrocarbon generation potential of source rocks of Liushagang formation in Weixinan sag

有機(jī)質(zhì)類型方面，普通泥巖表現(xiàn)為Ⅱ1-Ⅱ2型干酪根為主的特征，頁(yè)巖則是以Ⅱ1型為主，油頁(yè)巖類型最佳，明顯以Ⅰ型干酪根主導(dǎo)（見圖2）。

圖2 潿西南凹陷流沙港組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型判別圖Fig.2 Organic matter type map of Liushagang formation source rock in Weixinan sag

3 烴源巖發(fā)育的控制因素

3.1 構(gòu)造活動(dòng)

潿西南凹陷A、B、C 洼在不同控洼斷層活動(dòng)速率影響下，其基底沉降幅度與湖盆的面積均有較大差異。潿西南A 洼受控于1 號(hào)斷裂，而潿西南B 洼與潿西南C 洼受控于2 號(hào)斷裂，在流三段和流二段地層沉積時(shí)期，1 號(hào)斷裂的中段及2 號(hào)斷裂的西段和東段活動(dòng)速率大，導(dǎo)致基底快速沉降，水體逐漸加深，烴源巖的沉積范圍逐漸增大，在流二段的沉積末期，凹陷的可容空間達(dá)到最大，沉積了厚層的烴源巖，流一段沉積時(shí)期，控洼斷層活動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，湖盆面積逐漸萎縮，水體變淺，凹陷的可容空間進(jìn)一步減小。因此斷裂活動(dòng)對(duì)烴源巖的發(fā)育具有重要的控制作用，斷層活動(dòng)強(qiáng)度控制了凹陷基底的沉降和水體深度，斷層的活動(dòng)強(qiáng)度越大，越有利于厚層烴源巖的沉積。

3.2 沉積充填

受陸源有機(jī)質(zhì)輸入的影響，優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育受控于沉積砂體的展布。在三角洲相與灘壩砂體的發(fā)育區(qū)，優(yōu)質(zhì)烴源巖基本不發(fā)育，此時(shí)陸源碎屑被搬運(yùn)入湖，沉積區(qū)的水體發(fā)生動(dòng)蕩，生物繁盛且不利于有機(jī)質(zhì)的保存；在濱淺湖相的發(fā)育區(qū)，一般烴源巖普遍發(fā)育，優(yōu)質(zhì)烴源巖零星發(fā)育，此時(shí)生物的活動(dòng)逐漸減弱，相對(duì)靜水的環(huán)境有利于一般烴源巖的發(fā)育；在半深湖及深湖的發(fā)育區(qū)，由于水體的加深，沉積環(huán)境變?yōu)檫€原環(huán)境，有利于厚層泥頁(yè)巖的沉積，優(yōu)質(zhì)烴源巖普遍發(fā)育。

3.3 有機(jī)質(zhì)供給

湖泊內(nèi)源有機(jī)質(zhì)主要包括層狀藻和結(jié)構(gòu)藻，層狀藻主要來源于浮游生物和底棲生物，結(jié)構(gòu)藻則可能源自所有孤立藻等[11-12]。潿西南凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖中層狀藻含量最高，以絲帶狀、棉絮狀分布于基質(zhì)中，沒有明顯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（見圖3）。結(jié)構(gòu)藻含量少于層狀藻，具有個(gè)體大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)明顯等顯著特征，常孤立分散于層狀藻與基質(zhì)中。表明潿西南凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖以湖泊內(nèi)源有機(jī)質(zhì)供給為主。孢子體在優(yōu)質(zhì)烴源巖中整體含量較少，于熒光下完整的孢子體具有孢腔結(jié)構(gòu)并呈長(zhǎng)橢圓狀，大部分孢子體由于結(jié)構(gòu)保留不完整，呈彎曲圓弧狀分散分布于層狀藻和基質(zhì)中，具中等熒光。鏡質(zhì)體和惰質(zhì)體一般為植物的根莖葉經(jīng)歷還原或氧化作用保存下來的顯微組分。在油頁(yè)巖中的鏡質(zhì)體與惰質(zhì)體通常沒有結(jié)構(gòu)保留，為碎屑狀。

圖3 不同品質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)母質(zhì)組成分析Fig.3 Composition analysis of organic matter parent material of different quality source rocks

3.4 有機(jī)質(zhì)保存

缺氧還原環(huán)境已被廣泛認(rèn)為是有機(jī)質(zhì)保存的最有利條件[13-14]，前人研究表明，古水體鹽度對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集具有重要作用，水體鹽度越高越易形成水體分層，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)豐度相應(yīng)增加[15-16]。

利用Sr/Ba 與相當(dāng)硼含量進(jìn)行判別古水體性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，流沙港組烴源巖整體沉積于淡水-半咸水環(huán)境（見圖4a）。將不同品質(zhì)烴源巖的咸水藻含量與Sr 含量對(duì)比可知，優(yōu)質(zhì)烴源巖含有大量咸水藻，表明優(yōu)質(zhì)烴源巖沉積時(shí)的古水體鹽度高于一般烴源巖（見圖4b）。烴源巖中V/Cr 與δU 散點(diǎn)圖顯示，油頁(yè)巖和優(yōu)質(zhì)烴源巖以貧氧環(huán)境為主，一般烴源巖則以弱氧化環(huán)境為主（見圖4c）。在沉積環(huán)境方面，流沙港組油頁(yè)巖和優(yōu)質(zhì)烴源巖具有較低的Pr/Ph 和較高的Ga/C30-Hop 比值，表明其沉積于貧氧還原環(huán)境；一般烴源巖具有較高的Pr/Ph比值和較低的Ga/C30-Hop 比值，沉積環(huán)境較優(yōu)質(zhì)烴源巖富氧，為弱氧化弱還原環(huán)境（見圖4d）。

圖4 流沙港組烴源巖沉積環(huán)境判識(shí)圖版Fig.4 Sedimentary environment identification map of Liushagang formation source rock

綜上可知，流沙港組不同品質(zhì)烴源巖沉積時(shí)古水體性質(zhì)差異明顯，整體而言烴源巖形成于淡水-微咸水條件下的貧氧還原-弱氧化環(huán)境。其中，油頁(yè)巖沉積于微咸水及貧氧還原環(huán)境，優(yōu)質(zhì)烴源巖是淡水-微咸水及貧氧還原環(huán)境的產(chǎn)物，一般烴源巖則發(fā)育在淡水及弱氧化水體中。

4 優(yōu)質(zhì)烴源巖沉積發(fā)育模式

在溫暖潮濕古氣候條件下，斷裂活動(dòng)通過影響洼陷的規(guī)模和古水深實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度控制作用，沉積充填則通過砂體的展布，決定了優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布范圍和品質(zhì)；水生有機(jī)質(zhì)供給為主、微咸水及貧氧還原環(huán)境是決定油頁(yè)巖和優(yōu)質(zhì)烴源巖沉積的重要控制因素。

5 結(jié)論

（1）一般烴源巖具有差到中等的生烴潛力，優(yōu)質(zhì)烴源巖顯示為中等到好的高生烴潛力，油頁(yè)巖則具有極好的生烴優(yōu)勢(shì)。

（2）構(gòu)造活動(dòng)、沉積充填、有機(jī)質(zhì)供給與有機(jī)質(zhì)保存是影響烴源巖發(fā)育的控制因素。油頁(yè)巖主要在微咸水貧氧還原環(huán)境中沉積，集中分布于斷裂活動(dòng)強(qiáng)、扇體不發(fā)育及水生有機(jī)質(zhì)供給充足的地區(qū)。優(yōu)質(zhì)烴源巖主要在淡水-微咸水弱氧化弱還原環(huán)境中沉積，集中分布于斷裂活動(dòng)較強(qiáng)、扇體發(fā)育較少及混源有機(jī)質(zhì)供給的地區(qū)。