南海北部瓊東南盆地?zé)N源巖發(fā)育特征與氣源綜合分析

劉昆，宋鵬，胡雯燕，李虎，毛雪蓮

1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，湛江 524057

2.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海口 570312

瓊東南盆地新生代油氣地質(zhì)條件較復(fù)雜，具有發(fā)育多套烴源巖的復(fù)合含油氣系統(tǒng)，富含以天然氣為主的多種油氣資源[1-3]。瓊東南盆地早期油氣勘探活動主要集中于盆地西部水深＜300 m的淺水區(qū)，而盆地70%油氣資源主要集中于目前油氣勘探程度尚低、水深＞300 m的深水區(qū)域。近年來，瓊東南盆地油氣勘探逐漸從淺水區(qū)向深水區(qū)拓展，在盆地南部深水區(qū)中央坳陷峽谷水道先后勘探發(fā)現(xiàn)了陵水17、陵水18及陵水25等大中型商業(yè)氣田，展現(xiàn)出深水區(qū)巨大的油氣勘探潛力[4-6]。瓊東南盆地不同的構(gòu)造帶天然氣藏分布及產(chǎn)出特征差異顯著，油氣勘探中先后發(fā)現(xiàn)生物氣、油型氣和煤型氣及非常規(guī)氣（水合物）等多種類型的天然氣資源，且其烴源巖構(gòu)成及成因較復(fù)雜[7]。目前，對于瓊東南盆地不同區(qū)域不同層系，尤其是對中央坳陷帶深水區(qū)不同類型烴源巖發(fā)育模式和分布特征等還缺乏深入系統(tǒng)的綜合分析研究，進而嚴重影響和制約了該區(qū)油氣資源全面評價預(yù)測與油氣勘探部署。鑒此，本文擬通過瓊東南盆地典型鉆井樣品的地質(zhì)地球化學(xué)分析，充分結(jié)合區(qū)域構(gòu)造沉積演化特征及地震地質(zhì)解釋，重點聚焦盆地不同時期不同區(qū)域古環(huán)境與沉積相特征及其對不同類型烴源巖發(fā)育模式的控制影響作用研究，旨在為該區(qū)有利油氣勘探區(qū)帶綜合評價與鉆探目標預(yù)測優(yōu)選及井位部署決策等提供指導(dǎo)與參考。

1 區(qū)域地質(zhì)及勘探概況

瓊東南盆地位于海南島與西沙群島之間海域，呈NE-SW走向展布，是南海北部大陸邊緣西區(qū)新生代主要的斷陷盆地，具有“下部古近系斷陷，上部新近系及第四系坳陷”的雙層結(jié)構(gòu)和凹隆相間的基本特征。盆地由北向南，可劃分為北部坳陷帶、中部隆起帶、中央坳陷帶和南部隆起帶4個主要一級構(gòu)造單元（圖1）。北部坳陷包括崖北凹陷、松東凹陷、松西凹陷；中部隆起由崖城凸起、松濤凸起、陵水低凸起和崖南低凸起構(gòu)成；中央坳陷主要由崖南凹陷、樂東凹陷、陵水凹陷、松南凹陷、北礁凹陷、寶島凹陷和長昌凹陷所構(gòu)成。

圖1 南海北部瓊東南盆地新生代構(gòu)造區(qū)劃及構(gòu)造單元分布基本特征Fig.1 Tectonic division of Qiongdongnan Basin in the northern South China Sea

盆地新生代沉積充填序列主要由古近系、新近系和第四系組成，其中古近系包括始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)崖城組和陵水組，新近系主要為中新統(tǒng)三亞組、梅山組、黃流組及上新統(tǒng)鶯歌海組，第四系主要為樂東組。始新統(tǒng)以湖相沉積為主，為盆地早期斷陷的產(chǎn)物；下漸新統(tǒng)崖城組形成于斷陷晚期，其沉積環(huán)境由早期斷陷湖盆逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿嘞萃砥诎敕忾]海灣環(huán)境，主要沉積充填了淺海相和海岸沼澤平原沉積，是盆地古近系主要烴源巖。上漸新統(tǒng)陵水組則主要以濱淺海相沉積為主，沉積充填了一套半封閉淺海相烴源巖。中新世盆地進入大規(guī)模海相坳陷期，整體處于淺?！詈５某练e環(huán)境，這一時期盆地中央坳陷區(qū)沉積了巨厚海相碎屑巖沉積，部分區(qū)域形成了一套海相陸源潛在烴源巖。

瓊東南盆地油氣勘探自20世紀70年代以來歷經(jīng)半個多世紀，迄今已取得了重大突破和進展。最新油氣資源評價表明，瓊東南盆地剩余油氣資源潛力達到2萬億m3，且盆地油氣勘探目前仍處于早期勘探階段，剩余資源潛力巨大。油氣有機成因理論及勘探實踐證實，沉積盆地油氣資源潛力主要取決于其烴源巖物質(zhì)基礎(chǔ)，即烴源巖發(fā)育展布規(guī)模及其質(zhì)量優(yōu)劣；因此，盆地?zé)N源巖發(fā)育展布、規(guī)模及其質(zhì)量的研究至關(guān)重要。前人對瓊東南盆地?zé)N源巖研究已有一些重要的成果及認識，認為該區(qū)漸新統(tǒng)海岸平原煤系地層是盆地主要氣源巖，具有較大的生氣能力，是瓊東南盆地首個大型氣田崖城13-1的主要貢獻者[1]，但隨后圍繞崖南凹陷集中重點實施油氣勘探，成效并不理想，僅發(fā)現(xiàn)一些小型氣田和含氣構(gòu)造，因此，對于漸新統(tǒng)海陸過渡相烴源巖是否在盆地廣泛分布一度尚存疑慮，直到盆地南部深水區(qū)樂東-陵水凹陷陵水17深水大氣田的勘探發(fā)現(xiàn)，并獲得了其天然氣地球化學(xué)特征與崖城13-1天然氣一致的重要證據(jù)，充分證實了瓊東南盆地漸新統(tǒng)煤系烴源巖發(fā)育展布規(guī)模及其供烴系統(tǒng)并非局限分布，具有該盆地主力烴源巖地位及油氣成藏主要貢獻者的重要作用。

鑒此，本文從盆地構(gòu)造沉積演化特征和元素地球化學(xué)的角度，針對瓊東南盆地主要烴源巖系形成環(huán)境和分布特征展開研究，重點分析漸新統(tǒng)海岸平原相煤系和半封閉淺海相陸源烴源巖的古地理環(huán)境條件，同時亦分析探討中新統(tǒng)海相陸源潛在烴源巖生烴潛力，以期為盆地進一步的油氣勘探部署及有利油氣勘探區(qū)帶評價提供重要地質(zhì)依據(jù)。

2 烴源巖形成演化及分布特征

根據(jù)大量的鉆井地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)，充分結(jié)合盆地構(gòu)造沉積演化及充填特征與地震地質(zhì)分析解釋結(jié)果，以及不同凹陷不同區(qū)帶油氣地球化學(xué)特征與烴源巖系統(tǒng)全面的對比，綜合判識確定瓊東南盆地新生代區(qū)域上主要發(fā)育始新統(tǒng)湖相烴源巖、漸新統(tǒng)海陸過渡相-半封閉淺海相煤系烴源巖及中新統(tǒng)淺海-半深海相陸源潛在烴源巖。這個時期的烴源巖受到不同構(gòu)造演化階段及沉積環(huán)境的控制，其沉積特征、生源母質(zhì)類型、生烴潛力與分布特點等均存在較大差異。

2.1 始新統(tǒng)湖相烴源巖

始新世時期受太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用的影響，盆地基底在NW-SE向拉張應(yīng)力場作用下開始張裂，形成了NE向展布的半地塹斷陷湖盆群。該時期盆地的分割性很強，處于隆凹相間構(gòu)造格局，接受斷陷期充填，盆地整體連通性差[8]。始新統(tǒng)烴源巖主要為中深湖相沉積，該套烴源巖在瓊東南盆地內(nèi)尚未鉆遇，但與珠江口盆地已鉆始新統(tǒng)文昌組烴源巖的地震相特征極其相似，且鶯9井及寶島15區(qū)鉆井獲原油的生物標志化合物特征顯示有來自始新統(tǒng)湖相烴源巖的貢獻[9]。該套地層受早期斷陷控制，由于張裂是從盆地北部開始逐漸向南傳遞，所以始新統(tǒng)地層厚度表現(xiàn)為北部凹陷厚、南部凹陷薄的特點，主要集中在箕狀半地塹的控凹斷裂下降盤（圖2），在北部坳陷帶呈NE向窄條帶狀展布，在中央坳陷帶樂東、陵水凹陷分布較為局限。

圖2 瓊東南盆地始新統(tǒng)與珠江口盆地始新統(tǒng)沉積地震相特征對比Fig.2 Comparison of the Eocene seismic facies between the Qiongdongnan Basin and the Pearl River Mouth Basin

2.2 漸新統(tǒng)海陸過渡相——半封閉淺海相陸源烴源巖

漸新世早期由于印支地塊旋轉(zhuǎn)擠出，導(dǎo)致紅河斷裂體系左旋走滑，盆地西區(qū)沿1號斷裂帶拉分，越靠近走滑斷層尾部的區(qū)域伸展分量越大，使盆地呈向西張開的喇叭狀幾何形態(tài)，西部伸展大于東部，南部大北部。因此，從崖北凹陷至樂東凹陷漸新統(tǒng)崖城組向南逐漸變厚，而且崖城組的地層厚度橫向分布穩(wěn)定，地貌整體較平緩，有利于成煤，是盆地?zé)N源巖發(fā)育最重要的時期。崖城組沉積時期各凹陷間分割性減弱，凸起范圍有所縮小，沉積環(huán)境有多水系、多物源的特點，

早期表現(xiàn)為海陸過渡相沉積環(huán)境，中晚期則變?yōu)榘敕忾]淺海沉積環(huán)境。海岸平原為瓊東南盆地崖城組烴源巖發(fā)育的主要沉積相類型之一，除了在中央坳陷周緣及南部隆起區(qū)大面積分布外，崖城脊、崖城凸起東南傾沒端、松濤凸起北坡均有海岸平原發(fā)育，厚度薄而穩(wěn)定，一般小于300 m。由于崖城組沉積時平緩的地勢，該時期的濱海相與一般波浪作用為主的砂質(zhì)濱海不同，多以潮汐作用為主，此種濱海含較多的沼澤、潟湖和潮坪沉積，亦可形成含煤層系，這種富含煤的濱海相分布廣泛[9]?？傮w上，盆地崖城組烴源巖具有廣覆式分布特征（圖3），不局限于凹陷中心，是盆地主力烴源巖層系。到漸新世晚期（陵水組沉積期），海侵范圍繼續(xù)擴大，水深增加，古地貌格局與下伏地層仍具有繼承性，中央坳陷帶沉降加速，淺海相沉積展布規(guī)模擴大，主要在凹陷中央呈長條形展布，這種半封閉淺海環(huán)境也有利于有機質(zhì)富集。該時期近源扇三角洲較為發(fā)育，形成前扇三角洲與近岸淺海相源巖組合，與海岸平原含煤源巖相比，淺海相源巖中的有機質(zhì)既可來源于陸生高等植物生源，亦可來源于水生浮游植物，具有雙源特征[10-11]?？傊鲁墙M是盆地漸新世主力烴源巖，主要由海岸平原煤系、碳質(zhì)泥巖，半封閉淺海相暗色泥巖3種巖石類型所構(gòu)成，其生源母質(zhì)主要來自陸源高等植物。由表1可以看出，煤系地層有機碳（TOC）平均含量為52.03%；碳質(zhì)泥巖TOC平均為8.44%；煤層與碳質(zhì)泥巖有機碳含量普遍較高，達到好的烴源巖標準。暗色泥巖TOC平均為0.88%，接近1%，達到中等烴源巖標準，烴源巖總體有機質(zhì)豐度高，生氣潛力最好。

圖3 南海北部瓊東南盆地下漸新統(tǒng)崖城組沉積相區(qū)域展布特征Fig.3 Regional sedimentary facies of the Yacheng Formation (Early Oligocene) in Qiongdongnan Basin

2.3 中新統(tǒng)海相潛在烴源巖

中新世后盆地進入裂后坳陷充填期（三亞組、梅山組、黃流組沉積期），海侵范圍繼續(xù)擴大，沉積環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\?！肷詈?。三亞組沉積期水深相對較淺，以濱淺海相為特征，該時期在盆地東北部的長昌凹陷北緣最先形成陸架陸坡體系雛形。梅山組沉積期，海相沉積范圍進一步擴大，水體繼續(xù)加深，地層厚度普遍不大但橫向分布穩(wěn)定，反映沉積時地勢較平緩。黃流組沉積時期盆地進入加速坳陷階段，斷裂基本停止活動，盆地北部形成典型的被動大陸邊緣陸架坡折體系，開始出現(xiàn)半深海沉積。中新統(tǒng)烴源巖在不同凹陷分布存在差異，其在中央坳陷帶陵水——樂東凹陷沉積最厚，平均達3 000～5 000 m，泥巖占比高達70%，整體為一套巨厚的半深?！詈Ｄ鄮r。目前已鉆遇中新統(tǒng)的探井大多數(shù)位于盆地邊緣或斜坡帶，黃流組和梅山組泥巖TOC含量平均值為0.6%～1%，為中等烴源巖，三亞組均值0.58%，屬于較差烴源巖（表1），但中新統(tǒng)烴源巖在橫向上與縱向上都具有明顯的非均質(zhì)性，局部層段有機質(zhì)豐度高，如陵水凹陷LS13井黃流組、梅山組TOC含量均小于1%，而三亞組泥巖有機質(zhì)豐度局部較高，TOC均值1.12%，為好烴源巖級別；在樂東凹陷YC27井黃流組泥巖段TOC平均含量明顯高于梅山——三亞組，部分層段平均值達2.2%。中新統(tǒng)在北部坳陷帶與中部隆起帶埋深1 000～3 000 m，處于非成熟——低成熟階段，但在中央坳陷帶西區(qū)樂東凹陷由于晚期快速沉降，埋深超過4 000 m，現(xiàn)今成熟度R0平均達到1.4%, 正處于生氣高峰，其產(chǎn)烴率大多數(shù)為40～90 mgHC/g，其生烴潛力不容忽視[12-13]。

表1 瓊東南盆地第三系烴源巖巖性特征及有機質(zhì)豐度綜合評價Table 1 Comprehensive evaluation of lithologic characteristics and organic matter abundance of the Tertiary source rocks in Qiongdongnan Basin

3 烴源巖形成的古環(huán)境分析

烴源巖發(fā)育受控于物源輸入、古生產(chǎn)力、古氣候及保存條件等多種環(huán)境因素影響，目前用于烴源巖沉積環(huán)境的判別主要有常量元素法、微量元素法及同位素相關(guān)參數(shù)比值法等[14]。因此，本文主要通過元素地球化學(xué)方法來對瓊東南盆地?zé)N源巖形成時的古環(huán)境特征展開分析。

3.1 烴源巖形成的古生產(chǎn)力特征

生產(chǎn)力是指生物在能量循環(huán)過程中固定能量的速率，即單位面積、單位時間內(nèi)所富集的有機物含量，古生產(chǎn)力高的沉積環(huán)境容易富集有機質(zhì)形成好烴源巖。生產(chǎn)力通常用 g·m-2·a 的有機碳或 k·cm-2·a的能量來表示。通過主量或微量元素定性衡量古生產(chǎn)力是目前較為常見手段，國內(nèi)外學(xué)者提出不同元素的判斷方法, Dymond、Francois等提出了各自的基于Ba沉積通量計算初級生產(chǎn)力的公式[15-16]；Murray提出用Al/Ti定性分析古生產(chǎn)力[17]。沉積物梯度淋溶實驗，發(fā)現(xiàn)95%以上的Ti存在于殘渣礦物相，而約50%的Al與生源組分結(jié)合，因此，Al/Ti值取決于清除作用的生物數(shù)量，可以反映古生產(chǎn)力。韋剛健[18]則認為Al不僅來自陸源輸入，海洋沉積物中同樣存在明顯的自生Al富集, 往往與生物硅的捕獲有關(guān)，可以反映表層海水生產(chǎn)力的變化。Ti則主要來自陸源碎屑含量，在大陸邊緣盆地Al/Ti值是陸源碎屑和海洋生物自生富集的綜合響應(yīng)。因此，本文選取Al/Ti比值來判斷瓊東南烴源巖形成時古生產(chǎn)力條件，包含原生和陸源輸入兩種因素。分析結(jié)果表明，Al/Ti值與TOC顯示出較高的正相關(guān)性（圖4）。從地質(zhì)時間上看，Al/Ti值漸新世最高，反映了瓊東南盆地漸新世海陸過渡——半封閉淺海環(huán)境物源輸入充足，古生產(chǎn)力較高，中新世逐漸開闊大洋環(huán)境，陸源輸入影響變小，Al/Ti值與TOC隨時間同步降低。從區(qū)帶上看，中央坳陷受到陸源供給與海洋浮游生物的初級生產(chǎn)力雙重貢獻，其Al/Ti比值要明顯高于北部坳陷帶和中部隆起帶，說明中央坳陷帶深水區(qū)的古生產(chǎn)力要高于淺水區(qū)，易于形成好烴源巖（圖5）。

圖4 瓊東南盆地不同層位烴源巖Al/Ti值與TOC相關(guān)性特征Fig.4 Correlation between Al/Ti values and TOC contents of typical source rocks in different strata and tectonic regions of the Qiongdongnan Basin.

圖5 瓊東南盆地各區(qū)帶Al/Ti值分布特征及表征的古生產(chǎn)力特點Fig.5 The Al/Ti values of typical source rocks in different strata and tectonic regions of the Qiongdongnan Basin

3.2 烴源巖形成的古氣候特征

氣候變化是影響生物發(fā)育和有機質(zhì)形成的主要因素之一，溫暖的氣候有利于植物的生長，而寒冷的氣候生物生長受到抑制。干燥少雨的氣候條件下，入海徑流量小，陸源有機質(zhì)輸入減少，水體營養(yǎng)礦物質(zhì)含量降低，使水生浮游生物生長受限制，原始有機質(zhì)生產(chǎn)力低。而在潮濕多雨氣候條件下，入海徑流量大，帶來豐富的陸生植物和營養(yǎng)物質(zhì)，使水生浮游生物得以大量繁衍，從而使有機質(zhì)生產(chǎn)力提高[19]。元素地球化學(xué)是推斷古氣候常用的有效方法之一，常量元素和微量元素的分配特征和相關(guān)比值變化在一定程度上指示著古氣候環(huán)境的演化歷程。巖層中元素的分配一方面取決于元素本身的物理化學(xué)性質(zhì)，另一方面又受到古氣候、古環(huán)境影響。目前古氣候的研究方法有Ca/Mg比值法、稀土元素∑REE值法、氣候指數(shù)“C”值法，本文選用蘭州地質(zhì)研究所提出微量元素與常量元素比“C”值法來半定量判別研究區(qū)不同時期古氣候特征[20]。在潮濕氣候條件下，沉積巖中Fe、Mn、Cr、V、N、Co等元素含量較高，在干燥氣候條件下，由于大氣降水減少，地表水分大量蒸發(fā)使盆地水介質(zhì)的堿性增強，Ca、Mg、K、Na、Sr、Ba等被大量析出沉積在水底，因此巖石中它們的含量相對較高。因此，可以利用這兩類元素的比值計算氣候指數(shù)“C” 值：C=(Fe+Mn+Cr+Ni+V+Co)/(Ca+Mg+Sr+Ba+K+Na)。圖6是根據(jù)樣品分析得出不同時期的“C”值變化特征，從氣候指數(shù)分布來看，早漸新世（崖城組）氣溫較晚漸新世（陵水組）沉積期溫暖，早中新世溫度上升達到階段峰值，隨后氣候逐漸變冷，直至進入第四紀冰期，這與氧同位素變化揭示的全球溫度變化趨勢是一致的。崖城組沉積期處于海陸過渡相沉積環(huán)境的同時疊加了溫暖的氣候條件，易于生物的生長發(fā)育，成為了瓊東南發(fā)育好烴源巖的最佳時期，這與目前鉆探揭示的高豐度烴源巖主要集中在崖城組的現(xiàn)象是吻合的。

圖6 瓊東南盆地漸新世——中新世氣候指數(shù)特點及沉積古氣候環(huán)境特征Fig.6 Characteristics of the Oligocene-Miocene climate index and sedimentary paleoclimate environment in Qiongdongnan Basin

3.3 烴源巖形成的水動力特征

有機質(zhì)保存與水動力條件有較大關(guān)系，一般情況下沉積巖粒度特征是沉積時水動力強度的反映，黏土等細粒物質(zhì)組分的增加，指示水體趨于平靜。鋯 (Zr)是典型的親陸惰性元素，主要以鋯石等穩(wěn)定重礦物形式沉淀于濱淺海區(qū)，碎屑巖中Zr含量常被作為指示物源區(qū)距離海岸線遠近的標志[21]。趙一陽[22]對我國淺海沉積物的研究表明，Zr通常富集于砂巖，而泥沉積區(qū)是Zr的低值區(qū)，這說明Zr的高值總是與粗粒沉積巖相對應(yīng)，反映出高能環(huán)境。銣（Rb）在海相沉積巖中主要以硅酸鹽態(tài)賦存于黏土、云母等細?；蜉p礦物中，易沉淀于低能環(huán)境[23]。因此，用Zr/Rb比值可反映水動力的強弱，水動力弱有利于有機質(zhì)保存，海相好烴源巖一般形成于不受波浪干擾安靜的弱水動力環(huán)境[24]。 瓊東南盆地水動力大小和烴源巖有機質(zhì)豐度表現(xiàn)出很好的負相關(guān)性（圖7），有機質(zhì)豐度高，水動力弱，反之亦然。Zr/Rb值的分布特征表明，不同區(qū)帶烴源巖水動力條件有明顯差別，北部坳陷水動力相對較弱，其次為中央坳陷帶，中部隆起帶受波浪作用水動力最強。因此，北部坳陷帶有機質(zhì)保存條件最好，其次是中央坳陷帶，中部隆起帶有機質(zhì)保存條件最差（圖8）。從地質(zhì)時期看，漸新世崖城-陵水期Zr/Rb值要低于中新世三亞——梅山組期，這與漸新世瓊東南整體處于半封閉——局限海弱水動力沉積背景相符，到中新世逐漸演變?yōu)閺V海環(huán)境，整體水動力條件增強。

圖7 瓊東南盆地不同層位烴源巖Zr/Rb值與TOC相關(guān)性特征Fig.7 Correlations between Zr/Rb ratios and TOC contents of typical source rocks in different strata and tectonic regions of the Qiongdongnan Basin

圖8 瓊東南盆地各區(qū)帶Zr/Rb值分布所表征水動力條件特點Fig.8 The Zr/Rb values of typical source rocks in different strata and tectonic regions of the Qiongdongnan Basin

4 烴源巖沉積演化特點及展布

根據(jù)瓊東南盆地油氣勘探實踐及烴源巖對比結(jié)果，結(jié)合烴源巖形成的巖相古地理背景以及無機地球化學(xué)元素分析，綜合判識該區(qū)烴源巖主要形成于3個時期，發(fā)育4種類型，其形成沉積環(huán)境與展布特征如下（圖9）。

圖9 南海北部瓊東南盆地新生代烴源巖沉積演化特征及展布Fig.9 Sedimentation evolution and source-rock distribution in Qiongdongnan Basin

4.1 始新世中深湖相烴源巖

始新統(tǒng)形成于斷陷湖盆充填階段，主要為陸相湖泊沉積。北部坳陷帶中深湖沉積主要發(fā)育在控洼斷層下降盤，厚度較大，是始新統(tǒng)烴源巖最有利的發(fā)育區(qū)帶；中部隆起帶主要為濱湖相沉積，呈環(huán)帶狀分布；中央坳陷帶湖盆拉伸擴張時間晚于北部坳陷帶，中深湖相地層厚度較北部坳陷帶薄，始新統(tǒng)湖相烴源巖分布受到了一定程度的限制。

4.2 早漸新世海陸過渡相烴源巖

崖城組沉積時期北部坳陷帶以海陸過渡相為主，發(fā)育海岸平原，中央坳陷帶以濱淺海相沉積為主，中部隆起帶發(fā)育海陸過渡相沼澤。地球化學(xué)分析表明，崖城組烴源巖在不同區(qū)帶沉積環(huán)境存在差異，總體上氣候溫暖，古生產(chǎn)力較高；北部坳陷帶沼澤周邊地區(qū)水動力弱，以陸源高等植物的輸入為主；中央坳陷，物源充足，底棲藻類也相對發(fā)育，是崖城組沉積時期最有利于烴源巖發(fā)育的區(qū)帶。

4.3 中晚漸新世半封閉淺海相陸源烴源巖

崖城-陵水組沉積時期海相沉積范圍進一步擴大，限制性海相環(huán)境減弱，水動力條件增強，以淺海相與濱海相沉積為主，局部發(fā)育扇三角洲。地球化學(xué)分析表明該時期氣候變冷，古生產(chǎn)力較崖城組時期有所降低；中央坳陷淺海區(qū)域底棲藻類較發(fā)育，較北部坳陷帶、中部隆起帶古生產(chǎn)力高，水動力條件相對弱，可發(fā)育好烴源巖。

4.4 中新世海相潛在烴源巖

中新世早期三亞組沉積氣溫達到峰值，隨后逐漸下降，中新世海侵范圍不斷擴大，形成了濱海、淺海以及半深海相沉積環(huán)境，中部隆起區(qū)水動力條件較強，不利于烴源巖的保存；中央坳陷帶外淺?！懫掳肷詈^(qū)域，水動力相對較弱，底棲藻類發(fā)育，仍接受隆起區(qū)物源輸入，是潛在好烴源巖發(fā)育區(qū)。

5 天然氣勘探成果與氣源綜合分析判識

天然氣氣組分主要由C1——C7輕烴組成，一般難以與烴源巖建立直接聯(lián)系[25]。因此，本文通過天然氣組分特征及天然氣碳同位素這些地球化學(xué)“指紋”來解析天然氣成因，追蹤天然氣來源[11,26]。瓊東南盆地天然氣組成以烴類氣為主（除寶島19區(qū)高含CO2外），組分變化具有規(guī)律性，即從北到南，干燥系數(shù)逐漸變大，天然氣成熟度增高。北部坳陷帶及周邊如寶島凹陷北坡、松東凹陷、陵水低凸起發(fā)現(xiàn)的天然氣，烴類氣甲烷含量為69.2%～86.1%，干燥系數(shù)（C1/ΣC1——5）為 74%～91%，大多表現(xiàn)為濕氣，且多與凝析油伴生。中央坳陷帶如崖南凹陷、深水區(qū)樂東-陵水凹陷及松南低凸起，烴類氣甲烷含量為 82.9%～95.6%，干燥系數(shù)（C1/ΣC1——5）為 91%～98%，主要表現(xiàn)為干氣（表2）。甲烷碳同位素值是天然氣成熟度的良好指標，北部坳陷及相鄰的凸起區(qū)天然氣甲烷碳同位素偏輕，為-48.65‰～-41.66‰，南部中央坳陷帶天然氣甲烷碳同位素偏重，為-39.69‰～-34.31‰，說明北部天然氣演化程度低于南部，這與干燥系數(shù)的變化規(guī)律一致。瓊東南盆地天然氣甲烷同系物碳同位素基本表現(xiàn)為正碳同位素系列，即 δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ3C4，不存在倒轉(zhuǎn)情況，說明這些烷烴氣是原生型有機成因氣，不存在混源現(xiàn)象。天然氣中乙烷碳同位素受烴源巖熱演化程度的影響比甲烷同位素小，具有較強的母質(zhì)繼承性，一般煤型氣乙烷同位素重于油型氣，業(yè)內(nèi)普遍以δ13C2-28‰作為劃分標準[27-28]。瓊東南盆地天然氣乙烷同位素值具有自北向南逐漸變大的規(guī)律。依上述標準，瓊東南盆地天然氣成因可劃分為兩類，一類具有油型氣特征，以寶島-松東凹陷天然氣為代表，乙烷碳同位素為-30.92‰～-28.69‰，均小于-28‰；一類表現(xiàn)為煤型氣特征，以樂東-陵水凹陷天然氣為代表，乙烷碳同位素較重，均大于-28‰。由此判斷北部坳陷帶天然氣以油型氣為主，中央坳陷帶則以煤型氣為特征，而寶島凹陷北部斷階帶寶島21區(qū)位于寶島主洼和松濤凸起之間過渡帶的位置，同位素恰好位于-28‰附近，介于典型油型氣和煤型氣之間，推測具有北部坳陷與中央坳陷雙向供烴的作用，且更偏油型氣特征，其同位素值特征與所處構(gòu)造位置十分吻合。

表2 瓊東南盆地主要氣田及含油氣構(gòu)造天然氣組成與碳同位素特征Table 2 Natural gas composition and carbon isotope characteristics of major gas fields and hydrocarbon-bearing structures in Qiongdongnan Basin

瓊東南盆地目前的油氣發(fā)現(xiàn)以氣田為主，且大多未能鉆遇中央坳陷帶深部的主力烴源巖，氣源分析主要通過與已知天然氣來源的崖城13-1氣田進行氣-氣對比或通過天然氣伴生凝析油的生標特征來判識。如中央坳陷帶樂東凹陷陵水25區(qū)、陵水凹陷陵水17區(qū)中央峽谷水道深水天然氣田群與淺水區(qū)崖城13-1氣田天然氣甲烷同系物碳同位素分布特征基本一致，吻合性較高，表明其具有同源或親緣關(guān)系。崖城13-1氣田通過烴源巖對比及氣源追蹤，確證了其主要來自崖南凹陷崖城組煤系烴源巖，而其與深水區(qū)樂東凹陷陵水25氣田及陵水凹陷陵水17氣田群的這種“指紋特征”的相似性，則充分表明中央坳陷帶深水區(qū)氣田群的天然氣與崖城13-1氣田一樣均來自同一下漸新統(tǒng)崖城組煤系烴源巖所提供。北部坳陷帶淺水區(qū)松濤24區(qū)和寶島凹陷北坡寶島13區(qū)勘探發(fā)現(xiàn)的天然氣，其甲烷同系物碳同位素值明顯偏輕，與中央坳陷帶陵水17和陵水25氣田群甲烷同系物碳同位素分布曲線偏離較大，表明兩者烴源巖供給及來源存在明顯差異，推測松濤24區(qū)和寶島13區(qū)天然氣烴源巖供給可能主要來自始新統(tǒng)湖相烴源巖的貢獻。另外，寶島凹陷北部斷階帶寶島21氣田，由于處在北部坳陷淺水區(qū)與中央坳陷帶深水區(qū)之過渡區(qū)，甲烷同系物碳同位素分布特征介于以上兩者之間，推測其具有一定的混源特征（圖10）。

圖10 瓊東南盆地淺水-深水主要氣田群天然氣碳同位素指紋對比Fig.10 Carbon isotope fingerprint comparison of natural gas in main shallow-deep water gas fields in Qiongdongnan Basin

大量地球化學(xué)分析結(jié)果表明，瓊東南盆地天然氣與伴生凝析油輕烴指紋變化特征基本一致，表明油/氣具有成因聯(lián)系，即油/氣同源，故可以采用以氣藏伴生凝析油中生物標志化合物作為“橋梁”的方法，分析天然氣生源差異，并追蹤其氣源[29-31]。如北部坳陷帶Y9井、ST24井原油生物標志化合物含豐富的C30-4甲基甾烷（圖11），與相鄰盆地已證實的始新統(tǒng)中深湖相烴源巖之原油特征完全一致或類似，同時ST24區(qū)、BD13區(qū)井天然氣組成及碳同位素特征也表現(xiàn)出典型的油型氣特點，則充分表明了盆地北部坳陷帶油氣主要來自始新統(tǒng)中深湖相烴源巖的貢獻。中央坳陷帶深水氣藏伴生凝析油與北部坳陷帶淺水區(qū)原油的萜烷分布特征對比則進一步證實了兩個區(qū)域的烴源巖供給差異明顯，北部坳陷帶原油基本不存在煤系生源的標志物——雙杜松烷（W、T）、奧利烷（OL），而中央坳陷帶氣藏伴生凝析油，則富含雙杜松烷和奧利烷等煤系標志物。如圖11所示，中央坳陷帶西北部YC13凝析油萜烷生物標志物中雙杜松烷（W、T）及奧利烷（OL）異常豐富，這些化合物代表了陸生高等植物尤其是煤系生源母質(zhì)的重大貢獻，且可能主要來源于該區(qū)漸新統(tǒng)崖城組海岸平原相之煤系烴源巖。再如中央坳陷帶西南部、中部及東部的陵水凹陷LS17、樂東凹陷LS25和寶島凹陷BD21凝析油生物標志化合物特征非常相似，其萜烷構(gòu)成及分布中同樣富含W、T、OL這三種陸源生物標志物，雖然其相對豐度比YC13凝析油有所降低，但其總體特征沒有改變，仍然顯示了W、T、OL這三種煤系標志物異常豐富的特點。另外，在原油與凝析油的甾烷系列化合物分布特征上也可看出（圖11），崖南凹陷YC13凝析油C27、C28、C29甾烷含量較低，但W、T煤系標志物占絕對優(yōu)勢，而相鄰的深水區(qū)樂東凹陷LS25和陵水凹陷LS17 及寶島凹陷BD21凝析油C27、C28、C29甾烷含量峰值有所增加，“W、T”煤系標志物仍然異常豐富，很顯然兩者的差異主要在于其甾烷構(gòu)成與分布，C27規(guī)則甾烷含量在深水區(qū)較高，表明了中央坳陷帶深水區(qū)尚有藻類等低等水生生物的貢獻，亦說明中央坳陷帶西南部樂東凹陷和中部陵水凹陷氣藏及伴生凝析油的烴源巖供給與其西北部的崖南凹陷尚存在一定的差異。亦即中央坳陷帶天然氣的烴源巖供給，雖都來自漸新統(tǒng)崖城組煤系及淺海相泥巖之烴源巖，但其生源母質(zhì)存在一定的差異，崖南凹陷的YC13煤系凝析油氣主要來自崖城組海岸平原煤系地層，而陵水凹陷LS17、樂東凹陷LS25及寶島凹陷BD21天然氣則主要來自崖城組海陸過渡相與海相陸源生源母質(zhì)的共同貢獻。

圖11 瓊東南盆地不同區(qū)域（淺水——深水）原油與氣藏伴生凝析油甾萜類生標特征對比Fig.11 Comparison in characteristics of biological indicators of steroidal and terpene in gas associated condensate in different areas(shallow-deep water) of Qiongdongnan Basin

6 結(jié)論與認識

（1）瓊東南盆地?zé)N源巖發(fā)育于始新世、漸新世、中新世3個時期，其中漸新統(tǒng)海陸過渡相——半封閉淺海相陸源烴源巖為盆地最重要烴源巖類型，其有機質(zhì)豐度高，在斷陷期分布廣；中新統(tǒng)有機質(zhì)豐度整體中等或偏差，局部區(qū)域有機質(zhì)豐度較高，在深水區(qū)沉積充填厚度大、埋藏深，已達成熟門檻，是盆地潛在的烴源巖；始新統(tǒng)湖相源巖，雖然未直接鉆遇，但北部坳陷帶鉆遇油氣地化特征表明其主要來自始新統(tǒng)湖相烴源巖的貢獻，因此其屬于該區(qū)重要的烴源巖類型。

（2）瓊東南盆地主要烴源巖可細分為4種類型：即始新統(tǒng)中深湖相烴源巖、早漸新統(tǒng)崖城組海陸過渡相烴源巖、中晚漸新統(tǒng)崖城-陵水組半封閉淺海相烴源巖及中新統(tǒng)半深海及深海相潛在烴源巖。綜合判識表明漸新統(tǒng)烴源巖形成條件整體上要優(yōu)于中新統(tǒng)潛在烴源巖，而最有利的烴源巖發(fā)育區(qū)帶主要為南部中央坳陷帶深水區(qū)，其次為北部坳陷帶淺水區(qū)。

（3）瓊東南盆地北部坳陷帶及鄰區(qū)氣田群及含油氣構(gòu)造的天然氣具有油型氣特征，而其它區(qū)域即北部坳陷帶以南的廣大區(qū)域（中央坳陷帶、南部隆起帶及南部坳陷帶等）氣田群之天然氣均屬煤型氣。北部坳陷帶淺水區(qū)油氣可能主要來自始新統(tǒng)湖相烴源巖的貢獻，而南部中央坳陷帶淺水（局部）及深水氣田群天然氣則主要來自漸新統(tǒng)崖城組煤系烴源巖及半封閉淺海相陸源烴源巖。