乌石凹陷中—东区油气来源及成藏时间分析

杨希冰， 胡 林， 金秋月

( 中海石油(中国)有限公司 湛江分公司，广东 湛江 524057 )

摘 要：分析乌石凹陷原油样品地球化学特征，根据特征生物标志物指标将原油划分为3种类型，即Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。原油间异戊二烯烷烃、4-甲基甾烷和奥利烷等生物标志化合物呈现不同的组成特征。油源对比表明，乌石中—东区Ⅰ类原油主要来源于流二段上部源岩，Ⅱ类和Ⅲ类原油主要来源于流二段下部源岩。分析油藏砂岩储层流体包裹体，统计包裹体均一温度测试结果，结合埋藏—热演化史模拟进行对比。结果表明：乌石凹陷不同类型原油成藏时间存在差异，Ⅰ类原油呈晚期成藏的特征，成藏时间为从灯楼角组到望楼港组沉积时期；Ⅱ类原油为早期成藏的特征，成藏时间从下洋组到角尾组沉积时期；Ⅲ类原油成藏时间为从角尾组到灯楼角组沉积时期。乌石凹陷油气来源及油气成藏时间研究可为该区优化、进一步扩大勘探成果提供依据。



乌石凹陷中—东区油气来源及成藏时间分析

杨希冰， 胡 林， 金秋月

( 中海石油(中国)有限公司 湛江分公司，广东 湛江 524057 )

摘 要：分析乌石凹陷原油样品地球化学特征，根据特征生物标志物指标将原油划分为3种类型，即Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。原油间异戊二烯烷烃、4-甲基甾烷和奥利烷等生物标志化合物呈现不同的组成特征。油源对比表明，乌石中—东区Ⅰ类原油主要来源于流二段上部源岩，Ⅱ类和Ⅲ类原油主要来源于流二段下部源岩。分析油藏砂岩储层流体包裹体，统计包裹体均一温度测试结果，结合埋藏—热演化史模拟进行对比。结果表明：乌石凹陷不同类型原油成藏时间存在差异，Ⅰ类原油呈晚期成藏的特征，成藏时间为从灯楼角组到望楼港组沉积时期；Ⅱ类原油为早期成藏的特征，成藏时间从下洋组到角尾组沉积时期；Ⅲ类原油成藏时间为从角尾组到灯楼角组沉积时期。乌石凹陷油气来源及油气成藏时间研究可为该区优化、进一步扩大勘探成果提供依据。

乌石凹陷； 原油； 油气来源； 流体包裹体； 成藏时间

0 引言

研究油气来源和成藏时间对油气勘探具有重要意义。生物标志物地球化学研究认为，不同沉积环境、不同母质类型烃源岩生成的原油具有不同的生物标志物组合,因此利用生物标志物的分布与组成确定原油来源是目前常用的方法[1]。人们主要采用图谱相似和生标组合参数进行油源对比，依靠多个特征性地球化学指标对比油源关系[2-4]。确定油气成藏期的方法较多，如圈闭形成时间法、生排烃史法、包裹体测温法等[5-6]。20世纪80年代以来，包裹体逐步应用于油气地质领域，其中与烃类流体包裹体共生的盐水包裹体的均一温度，记录油气运移充注时储层的古地温，通过对储层热演化史和埋藏史的恢复即可确定油气成藏时间[7-8]。流体包裹体法已成为较常用的确定油气成藏期次和时间的方法。

乌石凹陷勘探油气主要分布于乌石中—东区，已发现W17-A、W16-B等油田，被证实为北部湾盆地一个重要的富生烃凹陷[9-10]，主要油气藏赋存于流一段到流三段，不同层系原油分布范围和原油性质存在明显差异。人们对北部湾盆地乌石凹陷原油地球化学和成藏特征进行研究，其中柳永杰和杨海长等对乌石凹陷成藏特征进行分析[11-12]；包建平和潘贤庄等对北部湾盆地原油生物标志物特征进行分析，但研究区主要集中于涠西南凹陷[13-15]。随着乌石凹陷勘探不断深入，尚未见北部湾盆地乌石凹陷油源和成藏问题的研究，其油气来源和成藏时间成为制约勘探研究的重要问题。

在收集和整理研究资料[16-18]的基础上，笔者对乌石凹陷原油和烃源岩样品进行常规饱和烃气相色谱质谱分析，筛选对原油具有判识作用的特征生物标志物参数，对研究区进行原油类型划分和油源对比。根据流体包裹体镜下鉴定、均一温度测试，结合埋藏史、热演化史研究乌石凹陷油气主成藏期，确定该区油气成藏的时间范围。研究结果有助于认识该区油气生成和运聚成藏问题，为下一步勘探提供依据。

1 地质概况

乌石凹陷是位于南海西部北部湾盆地南部坳陷的一个次级凹陷，南靠流沙凸起，北临企西隆起，南边受7号断裂控制，北边受6号断裂控制(见图1)，形成南断北超的东洼和北断南超的西洼，受区域应力场和构造活动的影响，形成中区走滑断裂带、东区反转构造带、北部斜坡带和南部陡坡带的构造布局[19-20]。

图1 乌石凹陷区域位置分布Fig.1 Tectonic location map of Wushi sag

乌石凹陷是中、新生代发育起来的断陷盆地，先后经历古近纪裂陷和新近纪裂后沉降阶段。裂陷阶段可分为3次张裂：初始断陷期、强烈断陷期和晚期断陷[16,20]。钻井揭示，乌石凹陷新生代地层包括古近系长流组、流沙港组、涠洲组，新近系下洋组、角尾组、灯楼角组、望楼港组和第四系(见图2)。受构造活动影响，该区烃源岩主要形成于始新世古湖繁盛时期，主力烃源岩为流沙港组层段，主要为一套中深湖相烃源岩[21-22]。

2 原油成因类型

将原油样品置于硅胶一氧化铝色层柱上，用正己烷冲洗出饱和烃馏分。在Thermo DSQⅡ型气相色质联用仪上，配置DB-5MS型毛细色谱柱(60 m×0.32 mm×0.25 μm)，进行色谱—质谱(GC-MS)分析。气相色谱分析条件:升温程序的初始温度为100 ℃，保持5 min，以4.0 ℃/min速率升至220 ℃，再以2.0 ℃/min速率升至280 ℃，最后以1.5 ℃/min速率升至310 ℃。再恒温20 min;以氦气作载气，采用恒流模式，流量为1.2 mL/min。质谱分析条件：进样口温度为310 ℃，连接杆温度为280 ℃，离子源温度为230 ℃。采用EI源，电子轰击能量为70 eV;作全扫描采集，质量数为50～550 aum。在Thermo DSQⅡ型色谱/质谱系统上进行串联质谱(GC-MS)分析，色谱条件同前，质谱系统为四极杆分析器，碰撞室气体采用氩气；采用母离子→子离子方式检测，其中藿烷采集M+→191，甾烷采集M+→217，M+为分子的离子。

利用饱和烃色谱、色谱—质谱谱图特征及生物标志化合物指标，对乌石凹陷流沙港组原油样品和烃源岩样品进行地球化学分析，已发现原油存在3种成因类型，Ⅰ类原油主要分布在乌石凹陷中—东区W23-A等构造流一段地层，Ⅱ类原油主要分布在W16-A、W17-B、W16-B等构造流二段地层，Ⅲ类原油主要分布在反转构造带W17-B流三段地层。

综合分析乌石凹陷三类原油参数差异(见表1)。Ⅰ类原油地化参数特征为高Pr/Ph值、低庚烷值，4—甲基甾烷含量低，全油碳同位素较轻，原油成熟度较低，奥利烷指数较高；Ⅱ类原油地化参数特征为低Pr/Ph值、中等庚烷值，4—甲基甾烷含量中等，全油碳同位素较重，奥利烷指数较低；Ⅲ类原油地化参数特征为低Pr/Ph值、中等庚烷值，4—甲基甾烷含量高，全油碳同位素较重，奥利烷指数低。结合湖相烃源岩研究[9-10,18]，三类原油的差别主要表现在母质藻类输入量上，Ⅰ类原油水生藻类输入量较低，Ⅱ类和Ⅲ类原油水生藻类输入量较高。

图2 乌石凹陷新生界地层柱状图Fig.2 Cenozoic stratigraphic column profile of Wushi sag

3 原油来源

乌石凹陷流沙港组沉积时期主要为滨浅湖到中深湖再到滨浅湖的古湖演化过程，其中在流二段下部沉积厚层油页岩，在流二段上部沉积厚层泥页岩，上下部烃源岩有机质丰度高，烃源岩品质好，是该区的主要烃源岩。根据烃源岩样品地球化学特征，结合沉积环境分析,认为乌石凹陷主要发育流二段上部浅湖相和流二段下部中深湖相两套烃源岩，两套烃源岩显示为不同的生物标志物组成特征(见图3和图4)。选取m/z=191中(m/z为带电粒子的质量与所带电荷之比)代表陆源输入标志物奥利烷指数，m/z=217中代表低等水生生物藻类的4—甲基甾烷指数进行分析，4—甲基甾烷指数=∑C30-4—甲基甾烷/ααC29甾烷。原油和烃源岩的地球化学研究表明，乌石凹陷Ⅰ类原油与流二段上部烃源岩在m/z=191与m/z=217质量色谱图上呈现相似的形态(见图3)，根据碳同位素与Pr/Ph交会图(见图5)，由4-甲基甾烷指数与奥利烷指数交会图(见图6)可以看出，Ⅰ类原油与流二段上部烃源岩具有Pr/Ph值较大、奥利烷指数较高、同位素较轻的特征。

表1 原油样品地球化学参数

图3 Ⅰ类原油与流二段上部烃源岩质量色谱图Fig.3 GCMS of type Ⅰ crude oil and the upper of the 2nd member of Liushagang formation

图4 Ⅱ类和Ⅲ类原油与流二段下部烃源岩质量色谱图Fig.4 GCMS of type Ⅱ,Ⅲ crude oil and the lower of the 2nd member of Liushagang formation

图5 三类原油与源岩碳同位素、Pr/Ph交会图Fig.5 Carbon isotope and Pr/Ph ratio intersection map for type Ⅲ crude oil and source rock

图6 三类原油与源岩4—甲基甾烷指数、奥利烷指数交会图Fig.6 4—methyl sterane index and oleanane index map for type Ⅲ crude oil and source rock

Ⅱ类和Ⅲ类原油与流二段下部烃源岩在m/z=191与m/z=217质量色谱图上呈现相似的形态(见图4)，显示两者的继承性关系。由碳同位素与Pr/Ph交会图(见图5)，以及4—甲基甾烷指数、奥利烷指数交会图(见图6)可以看出，Ⅱ类和Ⅲ类原油与流二段下部烃源岩具有Pr/Ph值较小、奥利烷指数较低、碳同位素较重的特征。

根据油源对比结果，Ⅰ类原油为流二段上部烃源岩生成，显示滨浅湖相偏氧化沉积环境及较高陆源输入、较低丰度藻类等低等水生生物的特征；Ⅱ类和Ⅲ类原油主要为流二段下部烃源岩生成，显示中深湖相偏还原沉积环境及较低陆源输入、较高丰度藻类等低等水生生物的特征。

4 原油成藏时间

根据乌石凹陷构造及油气分布特征，分别对乌石凹陷中—东区不同类型原油成藏时间进行分析。分别选取流一段到流三段砂岩储层进行油气成藏期研究，根据包裹体薄片镜下观察和均一温度测试，结合热演化史、沉积埋藏史分析不同类型油气主成藏期次[23-29]。

4.1 流体包裹体

对乌石凹陷6口井的岩石样品进行包裹体测试和分析。实验用测试仪器为LINKAM THMS600型冷热台，实验测试温度为26 ℃，湿度为40%，测定误差为±0.1 ℃。砂岩包裹体样品主要为流沙港组一、二、三段，分别为W22-A-4井(3 784.19 m)、W17-A-1井(2 459.00 m)、W16-A-3井(3 132.20 m)、W16-A-2井(2 655.80 m)、W17-B-3井(2 371.99 m)、W17-B-2井(2 417.15 m)。镜下观察研究区样品包裹体特征:包裹体主要分布于穿石英裂纹，类型包括烃类包裹体、盐水包裹体及含烃盐水包裹体，包裹体形态完整，有长条形、四边形、椭圆形、三角形、近圆形、圆形和不规则形，其中以长条形和椭圆形居多，包裹体一般不超过5 μm×5 μm，呈串珠状分布。均一温度测试主要选取与油包裹体共生的盐水包裹体，统计分析各砂岩包裹体样品测试均一温度数据(见图7)，均一温度呈现不同的温度区间。

图7 乌石凹陷流沙港组包裹体均一温度分布Fig.7 Inclusion homogenization temperature distribution of Liushagang formation in Wushi sag

4.2 包裹体油气成藏期

根据包裹体测试均一温度，结合样品井热演化史和埋藏史模拟分析，将均一温度投影到埋藏史图上，分析不同层系油气充注时间。

4.2.1 Ⅰ类原油

Ⅰ类原油主要赋存于流一段油藏，对乌石凹陷中区W22-A-4井和W17-A-1井流一段流体包裹体进行分析，W22-A-4井流一段样品深度为3 784.19 m，包裹体实测均一温度变化为117.0～135.0 ℃，主峰温度分布在125.0～130.0 ℃之间，结合该井埋藏—热演化史模拟分析(见图8(a))，油气成藏时间为11～7 Ma。W17-A-1井流一段样品深度为2 459.00 m，包裹体实测均一温度变化为84.3～98.7 ℃，结合该井埋藏—热演化史模拟分析(见图8(b))，油气成藏时间为11～5 Ma。表明乌石凹陷Ⅰ类原油成藏时间为从灯楼角组到望楼港组沉积期，成藏时间相对较晚。

图8 乌石凹陷典型井成藏时间分析Fig.8 Analysis of the accumulation time to typical wells of Wushi sag

4.2.2 Ⅱ类原油

Ⅱ类原油主要赋存于流二段油藏，对乌石凹陷东区W16-A-3井和W16-A-2井流二段流体包裹体样品进行分析，W16-A-3井流二段样品深度为3 132.20 m，包裹体实测均一温度变化为124.4～138.1 ℃，主峰温度分布在130.0～135.0 ℃之间，结合埋藏—热演化史模拟分析(见图8(c))，油气成藏时间为16～11 Ma。W16-A-2井流二段样品深度为2 655.80 m，包裹体实测均一温度变化为95.0 ℃～110.2 ℃，结合埋藏—热演化史模拟分析(见图8(d))，油气成藏时间为19～12 Ma。表明乌石凹陷Ⅱ类原油成藏时间为从下洋组到角尾组沉积期，成藏时间相对较早。

4.2.3 Ⅲ类原油

Ⅲ类原油主要赋存于流三段油藏，对乌石凹陷东区W17-B-3井和W17-B-2井流三段流体包裹体样品进行分析，W17-B-3井流三段样品深度为2 371.99 m，包裹体实测均一温度变化为94.6～113.4 ℃，主峰温度分布在105.0～110.0 ℃之间，结合埋藏—热演化史模拟分析(见图8(e))，油气成藏时间为16～8 Ma。W17-B-2井流三段样品深度为2 417.15 m，包裹体实测均一温度变化为103.9～113.3 ℃，结合埋藏—热演化史模拟分析(见图8(f))，油气成藏时间为15～9 Ma。表明乌石凹陷Ⅲ类原油成藏时间为从角尾组到灯楼角组沉积期。

5 结论

(1)乌石凹陷中—东区原油之间地球化学存在差异，根据生物标志物特征差异，将原油划分为3种成因类型。Ⅰ类原油主要赋存于W23-A等构造流一段油藏，Ⅱ类原油主要赋存于W16-A、W17-B、W16-B等构造流二段油藏，Ⅲ类原油主要分布于W17-B构造流三段油藏。Ⅰ类原油主要来源于乌石凹陷流二段上部烃源岩，Ⅱ类和Ⅲ类原油主要来源于流二段下部烃源岩。

(2)乌石凹陷不同油藏的油气充注时间不同，根据包裹体均一温度和埋藏—热演化史模拟分析，Ⅰ类原油成藏时间为11～5 Ma，处于灯楼角组到望楼港组沉积时期；Ⅱ类原油成藏时间为19～11 Ma，处于下洋组到角尾组沉积时期；Ⅲ类原油成藏时间为15～9 Ma，处于角尾组到灯楼角组沉积时期。

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2016-05-27；编辑：陆雅玲

国家科技重大专项(2016ZX05024-006,2016ZX05024-002-009)

杨希冰(1972-)，男，硕士，高级工程师，主要从事油气勘探和油气成藏方面的研究。

TE122.2

A

2095-4107(2016)05-0009-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.05.002