東海陸架盆地麗水西凹陷油氣地球化學特征及其成因和來源

張迎朝，胡森清，劉金水，蔣一鳴，陳忠云，覃 軍，刁 慧，王 超

(中海石油(中國) 有限公司上海分公司，上海 200335)

0 引 言

東海陸架盆地是中國近海面積最大的中新生代含油氣盆地。位于東海陸架盆地東部的西湖凹陷，近十年來取得多個大中型油氣勘探突破；而盆地西部的麗水凹陷，自20世紀80年代初開始油氣勘探以來，共鉆探了26口井，僅發(fā)現(xiàn)了L36一個氣田和W13-1、N5-2等3個含氣構(gòu)造以及L36-2、W26-1 2個含油構(gòu)造，除勘探程度低、石油地質(zhì)認識程度低外，還存在對麗水凹陷油氣成因和來源、油氣成藏模式及勘探方向等認識不清的問題。麗水西凹陷L36氣田天然氣為濕氣(干燥系數(shù)0.89)，重烴含量較高(>5%)，烴類氣碳同位素明顯偏輕(δ13C1為-46.30‰～-46.13‰，δ13C2為-29.55‰～-29.31‰，δ13C3為-27.07‰～-26.96‰)，具有油型氣的特征，有別于以往報道的西湖凹陷的煤型氣。眾多學者對此爭論較大，葛和平等認為麗水凹陷烴類氣為油型氣，來源于下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖，系水生和陸生混合有機質(zhì)生成的天然氣[1]；黃志龍等認為麗水凹陷L36-1井天然氣為油型氣[2]；郭永華等認為L36氣田的烴類氣為油型氣和煤型氣混合氣，來源于下古新統(tǒng)月桂峰組和上古新統(tǒng)明月峰組[3]；孫玉梅等認為麗水凹陷天然氣為油型氣和煤型氣混合氣，主要來源于下古新統(tǒng)月桂峰組和中古新統(tǒng)靈峰組[4]；蘇奧等認為L36-1井、L36-2井的天然氣為高含油型熱解氣和煤型氣的混合氣，同時還含有一定量的二氧化碳，其中油型熱解氣是始新世中晚期—漸新世早期充注、來源于下古新統(tǒng)月桂峰組、受“累積效應(yīng)”影響的高成熟氣，而煤型氣是晚期充注、來源于上古新統(tǒng)明月峰組的低熟氣，二氧化碳主要為無機幔源氣[5]。另外對于L36構(gòu)造凝析油來源的認識也存在分歧，侯讀杰等認為L36-1井凝析油來自上古新統(tǒng)煤系地層[6]；郭永華等認為L36氣田的凝析油來源于中古新統(tǒng)靈峰組[3]。以上各種觀點間一直存在著較大的爭議，因此麗水西凹陷L36氣田油氣成因及來源成為目前亟待解決的關(guān)鍵地質(zhì)問題，針對這些問題的研究將有助于指導下一步東海陸架盆地麗水西洼、東洼及椒江凹陷的油氣勘探實踐，為中國東部斷陷盆地烴源巖研究提供指導，進一步豐富陸相、海陸過渡相及海相生油理論。本文在前人研究工作基礎(chǔ)上，利用L36氣田的天然氣組分、烷烴氣碳同位素、凝析油輕烴組成等資料，通過天然氣成因類型鑒別、油氣來源分析，結(jié)合烴源巖埋藏及熱演化分析，對麗水西凹陷烴源巖、油氣成藏與勘探方向進行系統(tǒng)剖析，以期為該區(qū)下一步油氣勘探方向提供決策依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

麗水西凹陷位于東海陸架盆地西部(圖1)，其西部以閩浙隆起帶為界，東北部與椒江凹陷相接，東邊以靈峰凸起為界，呈NE—SW走向，為一東斷西超的斷陷。麗水凹陷整體被靈峰凸起分成東、西2個凹陷，具有顯著的“東西分帶”構(gòu)造格局[7]。區(qū)域地層劃分和對比結(jié)果揭示，麗水西凹陷新生代地層由老至新可劃分為上白堊統(tǒng)石門潭組；古近系古新統(tǒng)月桂峰組、靈峰組、明月峰組，始新統(tǒng)甌江組、溫州組，缺失漸新統(tǒng)；新近系中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組，上新統(tǒng)三潭組；第四系更新統(tǒng)東海群。麗水凹陷經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，主要有晚白堊世基隆運動、早古新世雁蕩運動、晚古新世—早始新世甌江運動、漸新世—早中新世玉泉運動、古近紀與新近紀之間的龍井運動以及新近紀與第四紀之間的沖繩海槽運動，構(gòu)造演化歷程復雜，整體被劃分為古新世斷陷、始新世—漸新世斷-坳轉(zhuǎn)換和新近紀區(qū)域沉降三個演化階段[8-10]。早古新世斷陷期，東海陸架盆地受雁蕩運動控制，構(gòu)造應(yīng)力以北西—南東向伸展應(yīng)力為主，形成了NE—SW走向控盆、控凹斷裂體系。月桂峰組發(fā)育湖相沉積[11]，發(fā)育半深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖。在中古新世靈峰期，盆地處于強烈斷陷演化階段，受海侵影響形成了海相、海陸過渡相沉積[12]，為麗水西凹陷重要的氣源巖。始新世時期，太平洋板塊俯沖運動由北北西向轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽魑飨?，開始了新的俯沖[13]，地幔上隆和裂陷盆地演化階段結(jié)束，甌江組、溫州組和平湖組為斷陷衰退、萎縮期沉積。中新世初期，麗水西凹陷發(fā)生區(qū)域性的隆升運動，遭受強烈剝蝕，缺失晚始新世—漸新世地層。上新世時期，菲律賓海板塊向琉球島弧俯沖，使麗水西凹陷再次抬升并遭受剝蝕，形成較明顯的中新世與上新世之間的不整合面；上新世東海陸架盆地處于平穩(wěn)補償沉積狀態(tài)，斷裂活動不明顯，伴有火山活動，僅有幾次整體沉降；地層分布較均勻，由西向東逐漸變厚，為一套以濱海-海陸過渡相沉積為主的地層。

圖1 東海陸架盆地西部麗水凹陷構(gòu)造區(qū)劃示意圖 Fig.1 Structural division sketch map of Lishui sag in the western East China Sea Shelf Basin

2 樣品選擇與研究方法

為了研究和判識東海陸架盆地麗水西凹陷油氣成因和來源，本文選取了L36-1井上古新統(tǒng)明月峰組2 250～2 283 m井段，根據(jù)DST1-S1.2和DST1-S1.3測試層號的天然氣組分、干燥系數(shù)及碳同位素含量，以及DST1-S1.7和DST1-S1.8測試層號的天然氣輕烴氣相色譜C7系列數(shù)據(jù)和天然氣C7輕烴組分，闡述L36氣田油氣地球化學特征。通過天然氣甲烷碳同位素、重烴氣同位素和二氧化碳碳同位素組成特征及L36-1井氣-巖碳同位素值對比分析天然氣成因；利用L36-1井凝析油、L35-7井靈峰組及W26-1井月桂峰組烴源巖生物標記物分析測試資料判識凝析油成因與來源。并通過分析麗水西凹陷L36-2井區(qū)埋藏史及熱演化程度進一步佐證麗水西凹陷的油氣成因和來源。

3 油氣地球化學特征

3.1 天然氣組分特征

L36-1井上古新統(tǒng)明月峰組2 250～2 283 m井段DST1-S1.2和DST1-S1.3層號分析測試結(jié)果(表1)顯示，麗水西凹陷L36氣田天然氣以烴類氣體為主，占62.06%～62.30%，其中甲烷含量為54.75%～55.45%；C2+含量較高，大于5%，為6.85%～6.96%；干燥系數(shù)(C1/ΣC1+C4)為0.887～0.890，天然氣為濕氣。麗水西凹陷L36氣田天然氣含較高二氧化碳，占34.15%～34.5%，二氧化碳碳同位素介于-5.03‰～-4.67‰之間；天然氣甲烷碳同位素分布于-46.30‰～-46.13‰之間；乙烷碳同位素為-29.55‰～-29.31‰，小于-28.8‰；丙烷碳同位素為-27.07‰～-26.96‰，均小于-25.5‰。

表1 東海陸架盆地麗水西凹陷和瓊東南盆地松東與寶島凹陷天然氣組分、干燥系數(shù)與碳同位素特征(瓊東南盆地數(shù)據(jù)據(jù)文獻[14])

3.2 凝析油輕烴組成

麗水西凹陷L36氣田氣油比為11 157～27 621 m3/m3，測試產(chǎn)出了無色烴類液體，為含凝析油的氣藏，屬于凝析氣藏，是天然氣藏中一個很重要的類型。由表2可知，麗水西凹陷L36氣田凝析油C7輕烴呈現(xiàn)環(huán)烷烴優(yōu)勢，占比略高于60%；鏈烷烴近40%，其中異構(gòu)烷烴近25%；相對貧芳香烴。

表2 麗水西凹陷天然氣輕烴氣相色譜C7系列數(shù)據(jù)

麗水西凹陷L36氣田凝析油C7輕烴化合物中，甲基環(huán)己烷含量較高，達到61.6%～63.5%(表3)，正庚烷含量為19.4%～25.9%，二甲基環(huán)戊烷含量為17.1%～17.2%。

4 油氣成因與來源

4.1 天然氣的成因來源

甲烷碳同位素可用于判別天然氣是有機成因還是無機成因，國內(nèi)外學者對此提出了三個界限值，分別為-20‰[15]、-25‰[16]和-30‰[17-18]的甲烷碳同位素值。本文采用甲烷碳同位素值大于-30‰作為無機成因天然氣的界限。麗水西凹陷L36氣田天然氣甲烷碳同位素值分布于-46.30‰～-46.13‰(表1)，為有機成因天然氣，與瓊東南松東凹陷和寶島凹陷周緣的有機成因天然氣甲烷碳同位素值分布(-48.91‰～-35.17‰)對比結(jié)果如表1所示。L36氣田天然氣甲烷碳同位素偏輕，若是煤型氣成因，則其天然氣成熟度Ro較低；但據(jù)天然氣干燥系數(shù)和天然氣C2+含量較高特征判斷天然氣成熟度Ro不小于1.1%。根據(jù)前人煤型氣和油型氣鑒別研究成果[19-20]，當天然氣成熟度Ro在 0.5%～2.5%時，甲烷碳同位素值分布于-43‰～-55‰的天然氣為油型氣，據(jù)此判定L36氣田天然氣為油型氣。

表3 東海麗水西凹陷和南海北部天然氣C7輕烴組分(南海北部數(shù)據(jù)據(jù)文獻[14])

天然氣中重烴氣碳同位素組成主要受控于生氣母質(zhì)，國外學者采用乙烷碳同位素界定天然氣成因[21]。國內(nèi)學者根據(jù)對天然氣中重烴碳同位素統(tǒng)計，將煤型氣標準定為乙烷碳同位素值大于-28.1‰，丙烷碳同位素值大于-23.2‰；將油型氣標準定為乙烷碳同位素值小于-28.8‰，丙烷碳同位素值小于-25.5‰[22-23]。麗水西凹陷L36氣田天然氣乙烷碳同位素值為-29.55‰～-29.31‰，小于-28.8‰；丙烷碳同位素值為-27.07‰～-26.96‰，小于-25.5‰(表1)。結(jié)合上述天然氣中含有較多重烴氣(重烴含量大于5%)的認識，判斷麗水西凹陷L36氣田天然氣屬于油型氣。另外不同地區(qū)天然氣的碳同位素分布對比分析表明(圖2)，麗水西凹陷L36氣田天然氣與南海珠江口盆地西部W凹陷凝析氣藏天然氣、W13-1/2油田伴生氣(典型油型氣)的碳同位素分布接近，處于同一點群，也說明麗水西凹陷L36氣田天然氣為油型氣。

圖2 東海陸架盆地麗水西凹陷、鶯—瓊盆地及珠江口盆地天然氣中δ13C2和δ13C3相互關(guān)系Fig.2 δ13C2 vs. δ13C3 plot of natural gas in Lishuixi sag in the East China Sea Shelf Basin, Ying-Qiong Basin, and Pearl River Estuary Basin

天然氣中二氧化碳分為有機和無機成因兩類。無機成因二氧化碳包括地殼中碳酸鹽礦物經(jīng)無機化學反應(yīng)生成的二氧化碳和來源于地幔的二氧化碳，一般相對富集重碳同位素。依據(jù)戴金星等關(guān)于有機和無機成因二氧化碳碳同位素的劃分標準[17-18]，判斷L36氣田天然氣中二氧化碳為無機成因。

早古新世斷陷期，東海陸架盆地受雁蕩運動控制，構(gòu)造應(yīng)力以北西—南東向伸展應(yīng)力為主，形成了NE—SW走向控盆、控凹斷裂體系，控制發(fā)育了下古新統(tǒng)月桂峰組湖相泥巖、頁巖。據(jù)油氣發(fā)現(xiàn)和鉆井資料，其生源母質(zhì)Pr/Ph小于2，重排甾烷含量較低，甾烷C2720R/C2920R較高(0.7～1.2)，含少量C304-甲基甾烷，三環(huán)萜烷豐富，伽馬蠟烷相對豐富，γ-蠟烷/C31藿烷值為0.5左右[4]，反映了湖相水生生物貢獻為主的生源特征(圖3)，有機質(zhì)類型為Ⅱ型，由此判斷L36氣田產(chǎn)出天然氣來源于下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖。

Prinzhofer等研究表明[24-26]，具有氣源關(guān)系的氣源巖干酪根碳同位素比天然氣丁烷同位素重1‰左右。從氣-巖碳同位素對比來看，L36-1井天然氣丁烷同位素向月桂峰組烴源巖趨近(圖4)，進一步判斷L36氣田天然氣來源于月桂峰組烴源巖。

圖3 麗水凹陷凝析油、烴源巖生物標志物特征Fig.3 Biomarker characteristics of condensate oil and source rocks in the Lishui sag

4.2 凝析油的成因來源

在烴源巖深成熱演化階段，凝析油C4-C7輕烴既可溶解在原油中以油相運移，也能溶于天然氣中以氣相運移，因此可利用凝析油C4-C7輕烴特征研究油氣運移和油-巖對比[27-29]。

輕烴是凝析油的重要組成之一，C6、C7輕烴中正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的相對組成可用于判識凝析油的成因和來源。源于腐泥型母質(zhì)的凝析油輕烴組分中富含正構(gòu)烷烴；源于腐殖型母質(zhì)的天然氣輕烴組分中富含異構(gòu)烷烴和芳烴；源于陸源母質(zhì)的凝析油輕烴組分中則富含環(huán)烷烴[30-32]。L36-1井凝析油C7輕烴呈現(xiàn)環(huán)烷烴優(yōu)勢，相對貧芳香烴，表明生烴母質(zhì)中陸源母質(zhì)、高等植物輸入較高，可與氣田深部中古新統(tǒng)靈峰組陸源海相烴源巖進行對比。

圖4 L36-1井天然氣與烴源巖碳同位素值對比圖Fig.4 Natural gas and source rock carbon isotope comparison of L36-1 well

C7輕烴系列化合物包括正庚烷(nC7)、甲基環(huán)己烷(MCH)和各種結(jié)構(gòu)的二甲基環(huán)戊烷(ΣDMCC5)，其中正庚烷主要來自藻類和細菌；甲基環(huán)己烷主要來自高等植物木質(zhì)素、纖維素，反映陸源母質(zhì)類型，其大量存在是煤型氣C7輕烴系列化合物的主要特點；各種結(jié)構(gòu)的二甲基環(huán)戊烷主要來自水生生物的類脂化合物。通常可以用甲基環(huán)己烷指數(shù)來區(qū)分不同母質(zhì)形成的油氣[20]，以50%±2%為界，小于50%±2%者為腐泥型母質(zhì)生成的油型氣，大于50%±2%者為腐殖質(zhì)生烴母質(zhì)貢獻。L36-1井凝析油C7輕烴化合物中，甲基環(huán)己烷含量高達到61.6%～63.5%(表3)，表明其為陸源母質(zhì)成因，研究區(qū)天然氣輕烴甲基環(huán)己烷指數(shù)較北部灣盆地潿西南凹陷及瓊東南松東凹陷、寶島凹陷典型的腐泥型母質(zhì)油型氣甲基環(huán)己烷指數(shù)高(表3)，進一步印證了凝析油來自深部中古新統(tǒng)靈峰組淺海相烴源巖。

在中古新世靈峰期，盆地處于強烈斷陷演化階段，受海侵影響形成了淺海相、海陸過渡相沉積[13]，為麗水西凹陷重要的氣源巖，其烴源巖中重排甾烷含量高，部分樣品重排甾烷豐度大于膽甾烷，甾烷C2720R/C2920R小于1，不含C304-甲基甾烷，伽馬蠟烷含量低。L36-1井凝析油重排甾烷豐富，C27重排甾烷與規(guī)則甾烷接近，Tm/Ts為0.86(圖3)，與中古新統(tǒng)靈峰組烴源巖相似[4]，由此判斷L36氣田產(chǎn)出凝析油由深部上古新統(tǒng)靈峰組陸源海相烴源巖生成，沿NWW走向溝源斷裂向上運移至上始新統(tǒng)明月峰組砂巖儲層中聚集成藏。

4.3 烴源巖埋藏史與油氣成因

天然氣的成熟度是指生氣母質(zhì)的熱演化程度，其與天然氣中甲烷、乙烷和丙烷等碳同位素密切相關(guān)。Stahl建立了甲烷碳同位素與天然氣母質(zhì)成熟度的關(guān)系式：δ13C1=AlgRo-B，其中A、B為常數(shù)[33]。根據(jù)上式，不同的學者在不同研究區(qū)，提出了不同成因類型天然氣的A、B常數(shù)。按照Faber等提出的油型氣公式[34]，用乙烷碳同位素計算出麗水西凹陷L36氣田天然氣成熟度Ro介于1.12%～1.14%之間，與根據(jù)天然氣干燥系數(shù)、天然氣C2+含量較高判斷的天然氣成熟度Ro(不小于1.1%)相近。

圖5 麗水西凹陷L36-2井區(qū)埋藏史Fig.5 Burial history of Lishuixi sag across L36-2 well

圖6 麗水凹陷區(qū)成藏模式(剖面位置見圖1)Fig.6 Accumulation model in the Lishui sag (the section position shown in Fig.1)

麗水西凹陷L36-2井區(qū)埋藏史表明(圖5)，甌江組沉積期末(相對于43 Ma)，下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖埋深為3 150～3 650 m，處于生成濕氣的演化階段，進一步佐證L36氣田天然氣來源于下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖。同樣，由麗水西凹陷L36-2井區(qū)埋藏史可知，麗水凹陷下古新統(tǒng)靈峰組埋深為2 300～3 150 m，Ro介于0.5%～0.8%之間，處于原油成熟階段，說明麗水西凹陷除發(fā)育下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖之外，還發(fā)育中古新統(tǒng)靈峰組陸源海相烴源巖。

5 麗水西凹陷油氣勘探方向

甌江組沉積期末，下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖處于生成濕氣的演化階段。與此同時，因控凹大斷裂的伸展-走滑構(gòu)造變形作用，L36區(qū)發(fā)生擠壓，形成了L36斷背斜構(gòu)造，因此生成的濕氣沿切入烴源巖的NWW走向斷裂垂向運移，在甌江組區(qū)域蓋層之下的上古新統(tǒng)明月峰組砂巖儲層、斷背斜中聚集成藏(圖6)。從“源控論”分析，麗水西凹陷下古新統(tǒng)月桂峰組沉積受NNE—SSW走向、NWW傾向控凹大斷裂活動控制，斷陷深陷區(qū)有利于湖相烴源巖的發(fā)育和腐泥型干酪根的保存，其中湖相烴源巖的條件最為優(yōu)越。在圈閉類型上，除了L36氣田斷背斜構(gòu)造外，受控于麗水西凹陷西部物源的明月峰期重力流沉積，在L36氣田斷背斜翼部還發(fā)育構(gòu)造背景上的巖性圈閉和凹中斷鼻圈閉及其構(gòu)造背景上的巖性圈閉，如L36氣田北側(cè)的L30-5、南側(cè)的L36-3及L36-6等一系列有利勘探目標。這些凹中隆區(qū)且具有斷裂切入下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖的勘探領(lǐng)域是下一步重要的油氣勘探方向。此外，在麗水西凹陷北部，凹中發(fā)育了二級構(gòu)造帶——仙橋斷裂帶，其上升盤古近系及潛山層系處于麗水西凹陷油氣運移指向，也是大中型油氣田勘探主要方向(圖6)。

6 結(jié) 論

(1)天然氣組分、烷烴氣碳同位素組成及油-巖對比分析表明，東海陸架盆地麗水西凹陷L36氣田天然氣為油型氣，來源于麗水西凹陷下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖；L36氣田產(chǎn)出凝析油C7輕烴具有甲基環(huán)己烷含量占優(yōu)特征，中古新統(tǒng)靈峰組淺海相烴源巖具有甾烷C2720R/C2920R小于1、不含C304-甲基甾烷、伽馬蠟烷含量低的特征，判斷凝析油來源于下古新統(tǒng)靈峰組淺海相烴源巖，證實了麗水西凹陷除發(fā)育下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖外，還發(fā)育有中古新統(tǒng)靈峰組淺海相烴源巖，拓寬了東海陸架盆地油氣來源和勘探空間。

(2)L36氣田天然氣干燥系數(shù)為0.887～0.890，且天然氣C2+含量大于5%，可判斷L36氣田天然氣成熟度Ro不小于1.1%；根據(jù)油型氣乙烷碳同位素與天然氣成熟度關(guān)系，計算L36氣田天然氣成熟度Ro為1.12%～1.14%，與麗水西凹陷在始新世甌江期末(約43 Ma)下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖埋藏、熱演化程度相當，證實了月桂峰組烴源巖供源的可能性。

(3)斷裂切入下古新統(tǒng)月桂峰組湖相烴源巖的凹中斷背斜構(gòu)造背景上的巖性圈閉、凹中斷鼻及其構(gòu)造背景上的巖性圈閉和仙橋構(gòu)造帶是下一步重要的油氣勘探方向。