烏石凹陷西洼烴源條件及勘探潛力分析

李文龍 滿 勇 胡德勝 黃時卓 楊振建

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

烏石凹陷是北部灣盆地繼潿西南凹陷又一個被鉆探證實(shí)的富生烴凹陷［1-3］。經(jīng)過40年的勘探，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)烏石17-A、烏石16-B、烏石22-C等多個油氣田。目前烏石油田群開發(fā)項目正在開展前期工作，不久將建成中國南海重要的油氣生產(chǎn)基地。多年來由于地震資料限制，烏石凹陷的主要勘探工作量集中在東洼［4-8］。東洼勘探程度較高，大型構(gòu)造圈閉幾乎鉆探殆盡，剩余潛力塊破碎，潛在資源量小。因此，烏石凹陷急需拓展勘探新區(qū)新領(lǐng)域。而烏石凹陷西洼勘探程度低，具有和東洼相似的沉積構(gòu)造背景，具備良好的油氣成藏條件，勘探前景廣闊，是下一步重點(diǎn)勘探突破方向。為了深入認(rèn)識烏石西洼烴巖條件、生烴潛力和勘探潛力，有必要對研究區(qū)烴源巖地球化學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究。因此，筆者在分析三維地震資料、鉆探認(rèn)識以及周邊井化驗資料的基礎(chǔ)上，對烏石西洼烴源巖進(jìn)行綜合評價，對西洼油氣成藏條件和重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行分析，以期為該區(qū)下一步油氣勘探突破打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

烏石凹陷位于南海海域北部灣盆地南部拗陷的東北部，總面積約2 680 km2，北臨企西隆起，南臨流沙凸起。烏石凹陷整體上呈近東西向展布，可分為兩個次洼（圖1），西洼受6號斷裂控制，東洼受7號斷裂控制［9-11］。經(jīng)過多年勘探，烏石凹陷已鉆探了大量鉆井，鉆井揭示烏石凹陷從下到上依次發(fā)育古近系古新統(tǒng)長流組、始新統(tǒng)流沙港組、漸新統(tǒng)潿洲組、新近系下中新統(tǒng)下洋組、中新統(tǒng)角尾組等地層。長流組沉積時期處于凹陷形成的早期階段，以沖積扇、扇三角洲沉積為主，巖性為大套洪積泥質(zhì)砂礫巖。流沙港組沉積時期整體經(jīng)歷了水進(jìn)—水退過程，流沙港組沉積早期（流三段）主要發(fā)育扇三角洲、濱淺湖相沉積，巖性為含礫粗砂巖、中粗砂巖夾薄層泥巖；流沙港組沉積中期（流二段）以中深湖相沉積為主，形成了大套泥頁巖，是最重要的烴源巖，局部發(fā)育三角洲沉積，可以作為油氣優(yōu)質(zhì)儲集體；流沙港組沉積晚期（流一段）以淺湖相沉積為主，局部發(fā)育三角洲／扇三角洲。潿洲組沉積早期（潿三段）主要發(fā)育三角洲、濱淺湖沉積；潿洲組沉積中期（潿二段）以淺湖—中深湖相沉積為主，尤其是潿二段上層系發(fā)育厚層泥巖，可以作為重要的烴源巖或者區(qū)域蓋層；潿洲組沉積晚期（潿一段）以淺湖相沉積為主，常見地層剝蝕。新近紀(jì)開始轉(zhuǎn)化為海相沉積，早期下洋組發(fā)育濱?！獪\海相沉積，巖性多為大套砂礫巖；角尾組沉積時期以淺海相沉積為主，角尾組上部大套泥巖為良好的區(qū)域蓋層，與下部濱淺海相砂巖形成良好的儲蓋組合。

圖1 烏石凹陷西洼構(gòu)造位置圖

烏石凹陷的演化受盆地周圍幾大板塊活動的共同影響，應(yīng)力方向在不同時期發(fā)生變化：①古新世時期凹陷受NW-SE向張力應(yīng)力形成一組NE-SW向斷裂，早期的7號斷裂控制了長流組及流三段地層的沉積，初步形成了南斷北超的凹陷雛形。②始新世時期應(yīng)力發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)，7號斷裂持續(xù)活動，6號斷裂開始發(fā)育，盆地內(nèi)部形成一組NEE-SWW向斷層。7號斷裂繼承性活動且活動強(qiáng)烈，控制了流二段厚層烴源巖的展布。烏石西洼的6號斷裂只有NW走向段活動性最強(qiáng)，控制了烏石西洼北西西向展布的次洼，沉積了一套流二段地層。③始新世晚期—漸新世早期，西洼6號斷裂活動逐漸加強(qiáng)，控制了流一段至潿三段沉積，整個烏石凹陷的沉積中心由東區(qū)遷移至中區(qū)。④中—晚漸新世時期，烏石凹陷沉積中心由中區(qū)繼續(xù)西移至中西區(qū)，西洼沉降幅度大于東洼，從而形成潿洲組沉積時期西洼厚度最大的特征。⑤新近紀(jì)沉積期，邊界斷裂活動趨緩，斷裂呈近EW或SEE向，北部灣盆地整體沉降，進(jìn)入裂后熱沉降階段［12-15］。

綜上所述，烏石凹陷分別經(jīng)歷了E1—E2l3弱拉張初始斷陷期、E2l2強(qiáng)拉張快速斷陷期、E2l1—E3w3強(qiáng)拉張弱走滑斷陷期、E3w2—E3w1強(qiáng)走滑斷陷期、N1x2—N3w1新近系弱走滑拗陷沉降期5個階段，各演化階段凹陷結(jié)構(gòu)的差異及疊合關(guān)系控制了盆地的沉積充填演化和構(gòu)造格局［16］。流二段沉積期，沉積中心位于烏石東洼，7號斷裂帶下降盤沉積了厚層的流二段地層，烏石西洼在6號斷裂NW段下降盤也沉積了較厚的流二段地層。流一段—潿洲組沉積期，6號斷裂開始劇烈活動，沉積中心由烏石東洼向西洼遷移。因此，西洼沉積了厚層潿洲組地層，尤其是潿洲組二段。

2 烏石凹陷西洼烴源條件

烏石凹陷西洼受6號斷裂帶活動控制，為北斷南超的洼陷結(jié)構(gòu)，西洼勘探程度較低，目前暫無鉆井。烏石東洼鉆探證實(shí)流二段頁巖、油頁巖是最主要的烴源巖［17-20］，東洼流二段頂部和下部厚層頁巖／油頁巖在地震剖面上呈現(xiàn)出比較明顯的異常反射特征。通過地震相特征對比，烏石凹陷西洼流二段（T86-T83）地層反射特征與東洼相似，頂部為低頻、弱反射、弱連續(xù)地震反射特征（圖2a）。巖性為泥巖夾油頁巖，下部為中高頻、中強(qiáng)振幅、強(qiáng)連續(xù)地震反射特征，巖性組合為頁巖、油頁巖夾薄砂巖（圖2b）。根據(jù)地震相類比表明，烏石西洼同樣發(fā)育流二段優(yōu)質(zhì)烴源巖。烏石東洼已鉆井在流一段鉆遇濱淺湖相厚層泥巖、頁巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，有機(jī)碳含量（TOC）多大于1%，達(dá)到好—優(yōu)質(zhì)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合地震資料對比分析，烏石西洼流一段（T83-T80）地層厚度更大、埋深更深，為有效烴源巖。另外，烏石西洼沉積了非常厚的潿洲組地層，其中潿二段地層巖性以泥巖、頁巖夾薄層砂巖為主，西洼潿二段（T72-T70）埋深大，部分超過2 700 m，鏡質(zhì)體反射率值（Ro）大于0.6%，達(dá)到生烴門限，為有效的烴源巖（圖2）。根據(jù)分析表明，烏石西洼發(fā)育流二段、流一段、潿二段3套主要的烴源巖，且3套烴源巖均已進(jìn)入成熟生烴門限，并已進(jìn)入大量生排烴階段，西洼烴源基礎(chǔ)雄厚，生烴潛力非常大。

圖2 烏石凹陷東洼、西洼地震相特征對比圖（剖面位置見圖1）

2.1 流二段烴源巖

烏石凹陷流二段自沉積以來經(jīng)歷了高位—低位—高位體系域的轉(zhuǎn)變，流二段下段、上段整體處于中深湖環(huán)境，烴源巖較發(fā)育，中段區(qū)域性水退，扇體廣泛發(fā)育，烴源巖規(guī)模有限。烏石凹陷流二段共識別出A1、A2、C1、C2等4種有機(jī)相：①A1型有機(jī)相，即發(fā)育于扇三角洲前緣環(huán)境的烴源巖，TOC介于0.67%～4.93%，平均為1.45%，熱解生烴潛量（S1＋S2）介于0.80～11.20 mg／g，平均為2.44 mg／g，氫指數(shù)（HI）介于84～194 mg／g，平均為137 mg／g，整體為好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型和Ⅲ型；②A2型有機(jī)相，即發(fā)育于辮狀河三角洲前緣環(huán)境的烴源巖，其品質(zhì)優(yōu)于A1型有機(jī)相，TOC介于0.41%～5.60%，平均為1.86%，S1+S2介于0.68～19.38 mg／g，平均為5.63 mg／g，HI介于127～573 mg／g，平均為276 mg／g，整體為好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型和Ⅱ2型，以Ⅱ2型為主；③C1型有機(jī)相，即發(fā)育于中深湖環(huán)境的一般烴源巖，TOC介于0.53%～1.99%，平均為1.48%，S1+S2介于0.91～11.75 mg／g，平均為4.81 mg／g，HI介于121～490 mg／g，平均為335 mg／g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主；④C2型有機(jī)相，即發(fā)育于中深湖環(huán)境的優(yōu)質(zhì)烴源巖，有機(jī)質(zhì)豐度相對較高，TOC介于1.90%～9.80%，平均為3.38%，S1+S2介于1.22～81.40 mg／g，平均為17.38 mg／g，HI介于119～796 mg／g，平均為447 mg／g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主（圖3）。同時期西洼沉積相圖顯示（圖4），6號斷裂NW段整體發(fā)育中深湖相沉積，因此對應(yīng)的有機(jī)相類型、烴源巖品質(zhì)應(yīng)與東洼中深湖區(qū)C型有機(jī)相相似。

圖3 烏石凹陷流沙港組二段各有機(jī)相烴源巖品質(zhì)評價圖

圖4 烏石凹陷流沙港組二段沉積相圖

2.2 流一段烴源巖

西洼流一段與東洼流一段具有同樣的地震反射特征，油頁巖、砂巖、泥巖互層，在地震剖面上呈現(xiàn)強(qiáng)反射、中高頻強(qiáng)連續(xù)反射。烏石凹陷流一段時期由于沉積中心向西遷移，致使東洼整體處于濱淺湖沉積環(huán)境，發(fā)育短軸方向的大型扇體，烴源巖展布范圍有限且品質(zhì)一般。分析發(fā)現(xiàn)烏石凹陷流一段A1型有機(jī)相，即發(fā)育于扇三角洲前緣—濱淺湖環(huán)境的烴源巖，TOC介于0.12%～6.51%，平均為1.62%，S1+S2介于0.12～27.35 mg／g，平均為5.83 mg／g，HI介于41～668 mg／g，平均為255 mg／g。該烴源巖非均質(zhì)性較強(qiáng)，綜合來看為好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型和Ⅱ2型。A2型有機(jī)相，即發(fā)育于辮狀河三角洲前緣—濱淺湖環(huán)境的烴源巖，其品質(zhì)相對A1型有機(jī)相較差，TOC介于0.08%～2.28%，平均為1.02%，S1+S2介于0.22～5.38 mg／g，平均為2.59 mg／g，HI介于104～309 mg／g，平均為255 mg／g。該烴源巖也具有一定的非均質(zhì)性，綜合來看主要為中等烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型和Ⅲ型。B型有機(jī)相，即發(fā)育于扇三角洲平原的烴源巖，有機(jī)質(zhì)豐度最低，類型最差，TOC介于0.04%～0.53%，平均為0.23%，S1+S2介于0.08～1.06 mg／g，平均為0.30 mg／g，HI介于83～400 mg／g，平均為142 mg／g，整體為非—差烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型和Ⅲ型為主（圖5）。同期西洼水位相對較深，扇體規(guī)模相對東洼較小，在淺湖相區(qū)域沉積的烴源巖品質(zhì)應(yīng)當(dāng)優(yōu)于東洼。

圖5 烏石凹陷流沙港組一段各有機(jī)相烴源巖品質(zhì)評價圖

2.3 潿二段烴源巖

烏石凹陷潿二段沉積時期，6號斷裂進(jìn)入主要活動期，沉積中心位于6號斷裂EW段下降盤，西洼發(fā)育中深湖相沉積，為潿二段發(fā)育頁巖、油頁巖創(chuàng)造了條件。研究區(qū)北側(cè)的潿西南E洼WSX井在潿洲組二段鉆遇深灰色泥／頁巖274 m，局部巖屑可點(diǎn)燃，粒面球藻含量最高可達(dá)20%。該井潿二段泥巖／頁巖有機(jī)質(zhì)含量高，TOC介于1.32%～6.90%，平均為3.00%，S1+S2介于5.8～46.7 mg／g，平均為17.6 mg／g。HI介于426～661 mg／g，平均為536 mg／g，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ～Ⅱ1型（圖6），為好—優(yōu)烴源巖。烏石西洼與潿西南E洼漸新世時期在近南北向應(yīng)力作用下以企西隆起為中軸呈對稱性張裂，均發(fā)育了較厚的潿洲組地層。而烏石西洼潿二段地層厚度更大，現(xiàn)今埋深更深，分布范圍更廣，其生烴潛力更優(yōu)，預(yù)測西洼烴源巖品質(zhì)應(yīng)與鄰區(qū)中深湖C型有機(jī)相類似。烏石西洼潿二段烴源巖厚度大且分布范圍廣。

圖6 WSX井潿洲組烴源巖綜合評價圖

綜上所述，烏石西洼發(fā)育流二段油頁巖／泥頁巖、流一段泥頁巖、潿二段泥頁巖3套主力烴源巖。烏石西洼潿洲組二段埋深介于2 500～4 500 m，地溫梯度為3.3℃／100 m，海底溫度取值20℃，反算生烴門限深度約為2 700 m，因此，西洼潿二段大部分已達(dá)到生排烴門限。烏石西洼流一段、流二段埋深更深，成熟度比潿二段更高，因此，流一段、流二段烴源巖均已進(jìn)入生排烴階段。結(jié)合前述烴源巖評價指標(biāo)，通過盆地模擬得到烏石凹陷西洼總生烴量為10×108t，總油氣資源潛力達(dá)到1×108t。

3 烏石凹陷西洼勘探潛力

鉆井揭示烏石凹陷發(fā)育6套主要儲蓋組合：①流三段扇三角洲砂巖、濱淺湖砂巖與流二段中深湖相泥巖組合；②流二段中部河流相三角洲、濱淺湖灘壩砂與其上部中深湖相泥巖組合；③流一段中下部三角洲、扇三角洲儲集體與流一段上部濱淺湖相泥巖組合；④潿三段下層序辮狀河三角洲砂巖與上覆濱淺湖相泥巖組合；⑤潿二段下層序辮狀河三角洲砂巖與上覆濱淺湖相泥巖組合；⑥新近系（下洋組、角尾組）前濱相砂巖與濱海相泥巖組合。目前烏石凹陷6套儲蓋組合中均已發(fā)現(xiàn)油氣層。

烏石東洼已發(fā)現(xiàn)油氣主要集中在流沙港組，但西洼流沙港組地層埋深大，超過3 500 m，儲層物性變差，地層厚度較東洼薄，因此，西洼流沙港組勘探尚未獲得大的突破。綜合考慮儲層埋深、儲層物性、油氣成藏條件等因素，烏石西洼目前重點(diǎn)勘探層系應(yīng)為淺層新近系和古近系潿洲組。區(qū)塊內(nèi)已在潿洲組、新近系層系發(fā)現(xiàn)烏石A、烏石B等構(gòu)造。目標(biāo)圈閉形態(tài)好，各層縱向疊置關(guān)系好，潛在油氣資源量大。

烏石A構(gòu)造是一個繼承性發(fā)育的斷背斜圈閉，主要目的層為潿洲組，被北東向斷層分割為南、北兩塊，圈閉形態(tài)好，閉合幅度較小。潿洲組目的層主要發(fā)育扇三角洲沉積，且埋深淺，預(yù)測儲層物性好，并與其上覆的湖侵泥巖形成良好的儲蓋組合。圈閉直接覆蓋于流二段主力成熟烴源巖之上，通源斷裂長期活動，有利于油氣向圈閉內(nèi)運(yùn)聚成藏。烏石A構(gòu)造勘探潛力較大。烏石B構(gòu)造由下至上發(fā)育潿三段、潿二段、下洋組、角尾組4套目的層，其中潿洲組發(fā)育由一條北東向和一組近東西向斷層共同控制的斷塊圈閉，下洋組和角尾組發(fā)育背斜圈閉，圈閉疊合性較好（圖7）。潿洲組發(fā)育的兩套區(qū)域性湖退時期的扇三角洲砂體和湖侵時期的湖相泥巖形成了良好的儲蓋組合，下洋組、角尾組則發(fā)育前濱—臨濱相砂巖與兩套穩(wěn)定的淺海相泥巖構(gòu)成的儲蓋組合，且儲集層物性好。烏石B構(gòu)造位于大型鼻狀構(gòu)造脊的最末端，整體由西向東傾沒于流二段主力烴源巖之中，是油氣運(yùn)移的必經(jīng)之路，且該區(qū)發(fā)育多條與烴源巖生排烴時空匹配較好的通源斷裂，從而組成了“斷＋砂＋脊”的高效型油氣輸導(dǎo)體系，油氣成藏條件優(yōu)越，勘探潛力大。烏石B構(gòu)造是烏石凹陷西洼油氣勘探的首選目標(biāo)。

圖7 烏石西洼烏石A、烏石B構(gòu)造油氣成藏模式預(yù)測圖

4 結(jié)論

1）根據(jù)對比分析表明，烏石凹陷西洼發(fā)育流二段、流一段、潿二段3套主要的烴源巖。其中流二段烴源巖主要為C型有機(jī)相，巖性以泥巖、頁巖、油頁巖為主，烴源品質(zhì)優(yōu)；流一段主要為A型有機(jī)相，巖性以泥巖、頁巖為主，烴源品質(zhì)較好；潿二段烴源巖主要為C型有機(jī)相，巖性以泥巖、頁巖為主，烴源品質(zhì)優(yōu)。

2）烏石凹陷鉆探證實(shí)發(fā)育流沙港組、潿洲組、新近系多套儲蓋組合，且均已成藏。潿洲組、新近系目的層具有埋深淺、儲層物性好、儲蓋組合落實(shí)、油氣運(yùn)聚條件好等優(yōu)勢，是烏石西洼目前最重要的油氣勘探層系。

3）烏石凹陷西洼發(fā)育烏石A、烏石B等多個斷塊、斷背斜有利目標(biāo)，勘探潛力大。烏石B構(gòu)造位于大型鼻狀構(gòu)造脊的最末端，傾沒于流二段主力烴源巖之中，發(fā)育“斷＋砂＋脊”的高效型油氣輸導(dǎo)體系，油氣成藏條件優(yōu)越，烏石B構(gòu)造是烏石凹陷西洼油氣勘探的首選目標(biāo)。