南黃海盆地南五凹陷中-新生界油氣資源潛力及勘探方向

牛華偉，戚家振，楊鵬程，韓 序，黃蘇衛(wèi)，黃家琳，吳凱倫

（1.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120；2.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司石油工程技術研究院，上海 200120）

南黃海盆地是一個典型的疊合盆地，經(jīng)歷了加里東期、印支-燕山期、喜山期等多期次構(gòu)造運動。主要勘探地層包括中-古生界海相地層和中-新生界陸相地層。該盆地油氣勘探工作從1961 年開始至今，尚未取得油氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)。截至2022 年底，南黃海盆地南部坳陷已鉆井12 口，以中-新生界為主要目的層的井共10 口，其中南五凹陷已鉆井4 口。從井的油氣顯示情況來看，南四凹陷A 井為南部坳陷唯一低產(chǎn)油流井，南五凹陷F 井、G 井見油氣顯示（圖1）。但由于該地區(qū)勘探程度低，僅F 井基本鉆全了阜寧組和泰州組地層，對于南五凹陷中新生界古新統(tǒng)阜寧組和中生界上白堊統(tǒng)泰州組烴源巖品質(zhì)及資源潛力還存在認識不足、有利區(qū)帶和勘探方向不清的問題。2023 年在南五凹陷北部斜坡帶新部署了J 井，該井是斜坡區(qū)首口鉆井，鉆全了新生界地層，本文利用該井取得的鉆井資料重點評價南五凹陷古新統(tǒng)阜寧組烴源巖資源潛力，并分析上白堊統(tǒng)泰州組烴源品質(zhì)，為下一步該地區(qū)勘探部署提供支撐。

圖1 南部坳陷中-新生界南五凹陷區(qū)域位置示意及綜合柱狀圖Fig.1 The regional location and the comprehensive histogram of the Mesozoic and Cenozoic in Nanwu Sag in the Southern Depression

1 地質(zhì)概況

南五凹陷位于南黃海盆地南部坳陷南端，是一個典型的南斷北超的箕狀斷陷，凹陷面積約1 800 km2，自下而上沉積地層包括中生界白堊系、新生界古近系、新近系及第四系地層。凹陷中心中-新生界地層沉積近7 000 m（圖1）[1-2]。南黃海盆地阜寧組阜四段和阜二段為廣湖式沉積，同陸域蘇北盆地地質(zhì)條件相似，為主力烴源層系。阜一段和阜三段時期為水退期，沉積環(huán)境主要為濱淺湖-半深湖和辮狀河三角洲沉積體系，為主要的目的儲層。而泰州組沉積期是初始斷陷期，分布范圍局限。沉積環(huán)境主要是濱淺湖-半深湖相，凸起區(qū)提供砂質(zhì)物源，辮狀河三角洲發(fā)育。其中泰上段泥質(zhì)烴源巖發(fā)育，是南五凹陷次要烴源層系。南五凹陷依據(jù)構(gòu)造特征可進一步分為3 個三級區(qū)帶：南部陡坡帶、中部洼槽帶和北部斜坡帶（圖2）。

圖2 南部坳陷南五凹陷構(gòu)造區(qū)劃及鉆井位置Fig.2 Structural zoning and drilling location of Nanwu Sag in the Southern Depression

2 烴源巖評價

2.1 沉積環(huán)境

中-新生界烴源巖主要發(fā)育層段為泰州組和阜寧組，沉積環(huán)境為湖相沉積，發(fā)育泥質(zhì)烴源巖。本文基于南五凹陷部分鉆井實驗室測試的微量元素數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：阜寧組地層受海侵影響，發(fā)育半咸水沉積環(huán)境的湖相烴源巖。從南五凹陷F 井、G 井實驗室測試的微量元素數(shù)據(jù)（Sr/Ba（鍶鋇比）樣品數(shù)24；B/Ga（硼鎵比）樣品數(shù)19）（圖3）可知，阜寧組泥巖Sr/Ba 比值大于1 的樣品數(shù)有6 個，比值處于0.5～1的樣品數(shù)有9 個，小于0.5 的樣品數(shù)為9 個。而B/Ga 比值大于4.2 的樣品數(shù)為4 個，B/Ga 比值處于3.3～4.2 的樣品數(shù)為5 個，比值小于3.3 的樣品數(shù)為10 個。通過以上Sr/Ba 和B/Ga 比值實驗數(shù)據(jù)，可以初步判斷阜寧組烴源巖發(fā)育于偏咸水沉積環(huán)境。

圖3 南五凹陷阜寧組Sr/Ba、B/Ga 比值直方圖Fig.3 Sr/Ba, B/Ga ratio histogram of Funing Formation in Nanwu Sag

通過斜坡區(qū)J 井飽和烴色譜Pr/C17-Ph/C18 交匯圖（圖4）可知，阜四段和阜二段處于較強還原環(huán)境，其中阜四段處于強還原環(huán)境，Pr/Ph 值處于0.145～0.992，均值為0.30，表明受到明顯的海侵影響，環(huán)境為咸水深湖相。阜二段Pr/Ph 值處于0.337～1.436，均值為0.823，相對于阜四段水體變淺，較強還原環(huán)境，為微咸水湖相。阜三段從Pr/C17-Ph/C18 交匯圖可知，陸源物質(zhì)供給，水體偏淺，屬于混合型，Pr/Ph值處于0.52～1.82，均值為1.286。通過以上指標可知，阜四段和阜二段為水進期，偏咸水還原沉積環(huán)境。阜三段為水退期，偏混合型沉積環(huán)境，該井也從側(cè)面驗證了阜寧組烴源巖沉積環(huán)境為偏咸水沉積環(huán)境。該環(huán)境有利于有機質(zhì)的保存及延長生排烴時間[3-5]。

圖4 南五凹陷J 井阜寧組Pr/C17-Ph/C18 交匯圖Fig.4 Pr/C17-Ph/C18 intersection of Funing Formation in Well J of Nanwu Sag

2.2 有機質(zhì)豐度

利用南部坳陷鉆遇阜寧組烴源巖5 口鉆井巖石熱解實驗室數(shù)據(jù)建立TOC 與深度關系，從而在縱向上厘定阜寧組泥質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度變化情況。根據(jù)幾口井TOC 數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，阜寧組泥質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度高，TOC 值基本在0.47%～3.43%。在縱向上，阜四段和阜二段為阜寧組烴源巖主要生烴層段（圖5）。

圖5 南部坳陷南五凹陷及周邊凹陷鉆井有機質(zhì)豐度連井對比圖Fig.5 Comparison diagram of organic matter abundance in drilling wells of Nanwu Sag and surrounding sags in the Southern Depression

其中阜四段巖石熱解S1+S2各口井均值主要分布0.82～4.24 mg/g，TOC 均值主要分布0.7%～4.5%。阜二段各口井巖石熱解S1+S2均值主要分布1.23～3.33 mg/g，TOC 均值主要分布0.96%～1.54%。根據(jù)南部坳陷各口井生烴潛力和有機碳豐度散點圖也可表明阜寧組為中等-好程度烴源巖。陸域高郵凹陷阜四段熱解S1+S2為3.77 mg/g，平均有機碳為1.19%。高郵凹陷阜二段熱解S1+S2為5.84 mg/g，平均有機碳為1.48%。通過海陸域烴源巖指標對比分析認為，海陸域阜寧組沉積環(huán)境相似，烴源指標基本相當。

而實測J 井泰上段泥巖樣品（3 個）烴源巖S1+S2均值為1 mg/g，最大值為1.22 mg/g。TOC 均值為1%，最大值為1.5%，氯仿瀝青“A”均值為0.067 7%，最大值為0.094 7%。評價為差-中等烴源巖。

2.3 有機質(zhì)類型

根據(jù)5 口井實驗室數(shù)據(jù)進行繪制范氏圖（圖6），從圖中可知，南部坳陷阜寧組泥質(zhì)烴源巖有機質(zhì)類型以II2型為主，偏腐泥型。

圖6 南五凹陷阜四段氫指數(shù)（HI）與最高熱解峰溫（Tmax）關系圖Fig.6 Relationship between hydrogen index (HI) and maximum pyrolysis peak temperature (Tmax) in the 4th member of Funing Formation in Nanwu Sag

2.4 有機質(zhì)成熟度

通過統(tǒng)計已鉆井(S1+S2)/TOC 隨深度變化關系（圖7）發(fā)現(xiàn)，在2 500 m 左右開始出現(xiàn)第一個拐點，此時生烴潛力猛增，即開始大量生烴。而曲線在2 900 m 左右時((S1+S2)/TOC)又開始明顯減小，表明烴源巖開始大量排烴，因此探區(qū)烴源巖的排烴門限深度為2 900 m 左右。

圖7 南部坳陷泥質(zhì)烴源巖熱演化特征Fig.7 Thermal evolution characteristics of shale source rocks in the Southern Depression

圖8 南五凹陷阜三段底界面現(xiàn)今地貌圖Fig.8 Current landform map of the bottom of the 3rd member of Funing Formation in Nanwu Sag

綜合以上特征我們確定南五凹陷埋深＜2 500 m，RO＜0.5%，處于未熟階段；深度2 500～2 900 m，0.5%≤RO≤0.6%，處于低熟階段；深度＞2 900 m，RO＞0.6%，處于成熟階段，油氣大量生成并排烴，此時產(chǎn)物主要為成熟油。一般來說，RO達到0.7%時，才進入成熟階段，開始大量排烴。而南五凹陷在深度達到2 900 m，RO為0.6%時便進入排烴門限開始大量排烴，該原因也是受阜寧組地層沉積時期遭受海侵影響，發(fā)育半咸水沉積環(huán)境的湖相烴源巖，生排烴時刻早。南黃海盆地南部坳陷南四凹陷僅有的一口油流井A 井在阜寧組原油的成熟度RO便處于0.53%～0.65%。南黃海盆地和蘇北盆地同處于下?lián)P子板塊斷陷盆地，具有相似的原型盆地演化過程及地質(zhì)條件，其中蘇北盆地高郵凹陷、洪澤凹陷、金湖凹陷阜寧組泥質(zhì)烴源巖也有相似特征。截至2012 年，高郵凹陷阜四段油氣1.1×108m3（油當量），0.6×108m3成熟度介于0.5%～0.7%；金湖凹陷阜寧組RO=0.65%開始大量排油；洪澤凹陷阜寧組RO=0.53%開始大量排油[6-9]。

3 資源潛力分析

3.1 有效厚度

阜寧組暗色泥巖主要發(fā)育層段為阜四段和阜二段。其中阜四段在高部位遭受不同程度剝蝕，目前殘留阜四段暗色泥巖厚度在87～455 m，且質(zhì)純，泥地比最高78%～100%；阜二段殘留暗色泥巖厚度23～411 m，暗色泥巖百分比高達77%～91%。阜三段殘留暗色泥巖厚度29.5～246 m，暗色泥巖百分比處于40.97%～76.16%。多口井鉆揭阜一段，受沉積環(huán)境影響，泥巖偏氧化色，暗色泥巖厚度相對深洼區(qū)較薄，暗色泥巖厚度11～142 m，暗色泥巖百分比在2.56%～53.54%。

平面上，南五凹陷阜四段暗色泥巖集中分布在南五凹陷中部洼槽帶，最厚可達800 m 以上。中部洼槽帶阜四段暗色泥巖厚度基本在400～800 m，南部斷階帶和北部斜坡帶厚度相對較薄，厚度基本小于400 m。阜二段是水進期，廣湖式沉積，分布范圍廣，局部凸起區(qū)后期遭受抬升剝蝕外，全區(qū)分布。深洼區(qū)域厚度最厚可達500 m 以上，凹陷中心暗色泥巖厚度在400～550 m，斜坡區(qū)及凸起區(qū)暗色泥巖厚度分布比較穩(wěn)定，主要在200～250 m。

表1 南黃海盆地南部坳陷阜寧組暗色泥巖厚度統(tǒng)計Table 1 Statistics of dark mudstone thickness in Funing Formation in the Southern Depression of South Yellow Sea Basin

3.2 運聚系數(shù)及資源量

本次盆地模擬利用盆地運聚單元概念，根據(jù)流體勢進行資源分配。其中資源量計算是由盆地模擬計算出排烴量之后乘以聚集系數(shù)得到，聚集系數(shù)主要參考“十三五”資評成果東部陸相斷陷盆地聚集系數(shù)評價參數(shù)，計算新生界烴源巖聚集系數(shù)為15%～20%。利用TSM 盆地模擬計算南五凹陷中-新生界總資源量2.26×108t，資源豐度12×104t/km2。其中阜四段資源量3 760×104t，阜三段資源量3 338×104t，阜二段資源量8 008×104t，泰州組資源量7 513×104t，阜寧組占比約67%，泰州組占比約33%。

4 有利勘探方向

研究區(qū)主要處于南五凹陷北部斜坡構(gòu)造帶，北部斜坡構(gòu)造帶根據(jù)構(gòu)造、沉積特征結(jié)合流體勢又進一步分為斜坡內(nèi)帶、斜坡中帶和斜坡外帶。利用TSM 盆地模擬法對各個區(qū)帶資源量進行計算，其中斜坡外帶區(qū)帶資源規(guī)模為2 724.7×104t，斜坡中帶區(qū)帶資源規(guī)模為1 848.7×104t，斜坡內(nèi)帶區(qū)帶資源規(guī)模為3 862.3×104t。

南五凹陷北部斜坡內(nèi)帶緊靠南五凹陷生烴中心，距離生烴中心4～8 km。本地烴源已進入成熟門限，油氣供給充足。斜坡內(nèi)帶中-新生界烴源巖生烴強度(400～1 200)× 104t/km2。而斜坡中外帶距離主洼生烴中心較遠，距離在8～20 km，本地烴源不成熟，主要依靠凹陷中心油氣側(cè)向運移。根據(jù)各個成藏區(qū)帶資源規(guī)模及輸導條件，綜合優(yōu)選南五凹陷北部斜坡內(nèi)帶為最有利勘探區(qū)帶。

5 結(jié)論

（1）南黃海盆地南五凹陷中-新生界發(fā)育阜寧組和泰州組兩套烴源層系，主要是古近系阜寧組烴源巖，主力烴源層段主要為阜四段和阜二段，整體為中等-好程度烴源巖。而泰州組上段泥質(zhì)烴源巖水體較阜寧組淺，沉積環(huán)境主要為淺湖-半深湖相沉積，烴源巖主要為差-中等程度烴源巖。

（2）南五凹陷中-新生界資源規(guī)模為2.26×108t，資源豐度12×104t/km2。主要以新生界阜寧組供烴為主，泰州組為次要烴源層系。南五凹陷整體資源規(guī)模豐富，具備可持續(xù)勘探潛力。

（3）通過區(qū)帶評價及優(yōu)選，明確南五凹陷斜坡內(nèi)帶為最有利勘探區(qū)帶。該區(qū)帶近生烴中心，資源規(guī)模大，生烴強度高，多條構(gòu)造脊為油氣富集帶。