乌石凹陷原油成因类型及差异分布特征*

甘 军 胡晨晖 李旭红 金秋月

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司 广东湛江 524057）

乌石凹陷原油成因类型及差异分布特征*

甘 军 胡晨晖 李旭红 金秋月

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司 广东湛江 524057）

南海北部湾盆地乌石凹陷原油成因类型及分布特征复杂，综合应用有机岩石学、地球化学及成藏综合分析等方法，将该区原油分为3类：Ⅰ类原油为乌石17-X构造流三段原油，全油和饱和烃碳同位素较重，C304-甲基甾烷含量中等—高；Ⅱ类原油为乌石17-X、16-X构造流二段、流一段原油，碳同位素较轻，C304-甲基甾烷含量中等—低；Ⅲ类原油为乌石22-X构造流一段原油，C304-甲基甾烷含量最低。综合分析表明，乌石凹陷东区反转构造带Ⅰ、Ⅱ类原油主要是流二段中下部源岩的贡献，具备“油气沿流二段和流三段三角洲砂体长距离运移、鼻状构造大规模聚集”的特征；而乌石凹陷中区持续沉降带Ⅲ类原油主要来自流二段上部源岩，表现为“油气沿断层有限充注、晚期成藏”的特征。乌石凹陷东区、中区不同的构造演化特征是造成原油差异分布的主控因素。

乌石凹陷；原油；成因类型；差异分布；烃源岩；构造演化

乌石凹陷是南海北部海域北部湾盆地的一个富生烃凹陷，多年勘探证实该凹陷是一个发育流沙港组—涠洲组多套成藏组合的油气聚集区，目前发现的原油储量主要分布在乌石东区乌石16-X、17-X构造流二段、流三段，乌石中区也发现了多个小规模的流一段和涠洲组油藏。由于流沙港组储层非均质性强、断裂发育，低孔渗的储量占比大且分布比较分散，成为制约商业开发的瓶颈问题。前人对乌石凹陷构造演化、沉积地层及成藏特征做了大量研究［1-4］，但在原油分类、差异分布及大规模成藏主控因素等方面的研究少有涉及。本次研究在精细分析乌石凹陷原油成因类型、烃源岩分层供烃及构造演化特征的基础上，总结了不同地区、不同成藏组合原油差异分布的主控因素，以期为提高类似凹陷的勘探开发成效提供借鉴。

1 区域地质背景

北部湾盆地位于南海北部湾海域西区，是中、新生代发育起来的断陷盆地，经历了古近纪裂陷和新近纪裂后沉降两大构造演化阶段，剖面上形成了下断上坳的“双层结构”［5］，平面上表现为多凸多凹、隆凹相间的格局。乌石凹陷位于南部坳陷中部（图1），由东、西两个次凹组成，其中东洼受7号断层控制，形成南断北超的半地堑。该凹陷裂陷期可进一步划分为古新世初始断陷阶段、始新世强烈断陷阶段和渐新世晚期断陷阶段，分别对应第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期裂陷幕。其中，始新世第Ⅱ裂陷幕第二期张裂活动发生时，7号断层继承活动且活动速率加快，此时乌石凹陷沉降中心仍然受7号断层控制，东洼流沙港组沉积比西洼更厚，分布更广，而且由于7号断层下降盘处于欠补偿环境，沉积了厚层的流二段（T83—T86）半深湖相泥页岩，成为乌石凹陷的主力烃源岩；另外，早始新世凹陷东北部三角洲发育，形成了流三段大型储集体。新近纪以来，乌石凹陷进入构造活动的相对静止期，主干断裂基本不再活动，整个凹陷进入裂后热沉降阶段，整体下沉接受新近系和第四系海相沉积（图2）。

图1 乌石凹陷构造区划图Fig.1 Tectonic division map of Wushi sag

图2 乌石凹陷新生界地层柱状图Fig.2 Stratigraphic timetable of Cenozoic in Wushi sag

2 烃源岩地球化学特征及沉积环境

2.1 地球化学特征

勘探实践证实，乌石凹陷流二段发育泥岩和油页岩2种烃源岩，有机质丰度较高，类型较好，特别是油页岩生烃品质更好［6］。该凹陷流二段烃源岩按层位又可分为顶部油页岩、底部油页岩和中部泥页岩。本次研究的样品取自乌石17-X、16-X和22-X等3个构造，共涉及8口井150个岩屑样品（表1）。

分析表明，乌石凹陷流二段底部油页岩主要分布在乌石凹陷东区，TOC平均值达到5.84%，S1+S2平均值达到31.85 mg/g（表2），干酪根类型为Ⅰ—Ⅱ1型；镜煤反射率Ro平均值为0.61%，这与乌石17-X构造流沙港组埋深较浅有关（＜2 400 m）。沉积相分析认为，这套流二段底部油页岩在乌石17-X构造西南部的主洼也存在，由于埋深大、热演化程度高，现今已达到高熟—过熟阶段。盆地模拟结果表明，乌石凹陷流二段底部油页岩及中部泥页岩生烃量占总生烃量的63%，综合评价流二段底部油页岩及中部泥页岩为本区主力烃源岩（表3）。

乌石凹陷中区多口钻井揭示流二段顶部发育较厚层的油页岩和泥页岩，现今埋深普遍＞3 500 m，处于热催化生油阶段，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型，TOC平均值达到2.86%，S1+S2平均值达到13.25 mg/g，属于好烃源岩（表2）。盆地模拟结果表明，流二段顶部油页岩和泥页岩的生烃量占总生烃量的37%（表3）。

表1 乌石凹陷流二段烃源岩地球化学特征分析各井样品数分布Table 1 Sample distribution in geochemical analysis of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

表2 乌石凹陷流二段烃源岩地球化学参数Table 2 Geochemical parameters of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

表3 乌石凹陷流二段烃源岩盆地模拟参数Table 3 Basin modeling parameters of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

2.2 沉积环境

乌石凹陷流二段有机岩石学及生物标志化合物特征分析表明，不同类型源岩的沉积环境也不同［7-9］。流二段底部油页岩的C304-甲基甾烷含量为中等—高，奥利烷和C30重排藿烷含量低，Pr/Ph＜2.5，代表陆源输入较少、藻类繁盛的半深—深湖还原环境［10］，烃源岩有机显微组分中以无定形生油母质占绝对优势；而流二段顶部油页岩及中部泥页岩的C304-甲基甾烷含量为中等，奥利烷和C30重排藿烷含量高，代表陆源有机质输入较多的浅湖环境（图3）。

许多学者对优质烃源岩的形成机制进行了广泛研究［11-17］。一般认为，陆相盆地沉积中优质烃源岩的形成必须具备的基本条件是：①长期欠补偿的湖泊沉积条件；②输入沉积物中的有机质的数量和质量；③沉积物中有机质的保存条件。笔者研究认为，乌石凹陷优质烃源岩形成的控制因素有2个方面：一是控制有机质生成的因素，如沉积相及古气候等；二是控制有机质保存的因素，如古湖泊发育规模、水体分层等。乌石凹陷流二段中下部油页岩及泥页岩在沉积中心及斜坡区广泛分布，说明当时本区湖泊规模大、水体深，为优质烃源岩的形成及保存提供了良好条件。

图3 乌石凹陷流二段烃源岩饱和烃甾萜、烷特征图Fig.3 Characteristic of steranes and terpenes in saturated hydrocarbon of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

3 原油地球化学特征及油源对比

3.1 原油地球化学特征

乌石凹陷所发现的原油主要分布在东区乌石17-X、16-X构造和中区乌石22-X构造，其中东区主要集中在流二段和流三段，中区主要分布在流一段和涠二段。通过不同构造原油地球化学特征的分析，可将该区原油划分为三大类（表4）。

Ⅰ类原油为乌石凹陷东区乌石17-X构造流三段原油，具有较低的原油密度，高饱和烃含量；Pr/Ph值为2.15～2.32，全油碳同位素δ13C值为-23.02‰～-22.66‰，指示其生源母质的沉积环境为弱氧化—还原环境。原油甾烷化合物以中—高C304-甲基甾烷含量为标志，显示湖相低等水生生物的贡献大［18］；原油萜烷化合物以低伽马蜡烷含量、较高三环萜烷含量为特征，反映该类原油成熟度高［19-20］。

表4 乌石凹陷不同类型原油物性和地球化学特征参数Table 4 Physical properties and geochemical parameters of different types of oils in Wushi sag

Ⅱ类原油主要为乌石凹陷东区乌石17-X、16-X构造流二段、流一段及乌石中区涠二段原油，密度比Ⅰ类原油高，饱和烃含量比Ⅰ类原油低，全油碳同位素δ13C值为-26.64‰～-25.74‰。原油甾烷化合物表现为中等C304-甲基甾烷含量的特征。原油Ts/Tm值反映东区流二段原油成熟度较高，但低于流三段原油。由于该区Ⅱ类原油的成熟度较高、母质类型较好，认为其生源母质的沉积环境也为弱氧化—还原环境。

Ⅲ类原油为乌石凹陷中区流一段原油，饱和烃甾、萜烷特征显示其具有低C304-甲基甾烷含量、高奥利烷的特征，表明其母质来源中陆源有机质的含量较前两类原油高，沉积环境为弱还原—弱氧化。此类原油与Ⅰ类、Ⅱ类原油不同的是，萜烷中C29新藿烷和C30重排藿烷含量高，甚至高过C29降藿烷。综合分析认为，该区Ⅲ类原油的生源构成与Ⅰ类、Ⅱ类原油差别较大。

3.2 油源对比

图4 乌石凹陷原油-烃源岩饱和烃甾、萜烷特征图Fig.4 Steranes and terpenes characteristic of saturated hydrocarbon from oil-source rock in Wushi sag

针对乌石凹陷不同类型的原油，参考涠西南凹陷原油成因类型［21］，开展生物标志化合物甾、萜烷特征及碳同位素油-岩对比（图4）认为，Ⅰ类原油主要来自主洼流二段底部油页岩，二者的碳同位素组成、姥/植比指标比较接近；Ⅱ类原油主要来自主洼流二段中部泥页岩和底部油页岩；Ⅲ类原油来自主洼流二段上部油页岩。乌石凹陷东区反转带发现的乌石17-X、16-X等油田主要为Ⅰ类、Ⅱ类原油，分别主要分布在流三段、流二段成藏组合中，这两类原油储量占乌石凹陷目前发现总储量的73%。而乌石凹陷中区乌石22-X等油藏发现的Ⅲ类原油分布仅局限在流一段，储量占比仅27%。乌石凹陷Ⅰ类、Ⅱ类原油储量占比大与流二段中下部源岩品质好、生油量大相匹配，反映了主力烃源岩对成烃成藏的主要贡献。

4 油气差异分布特征

乌石凹陷东洼整体呈现南断北超的半地堑，由于流沙港组整体向北抬升且发育多套储盖组合，因此北斜坡是油气运移的有利方向［22-23］。但由于乌石凹陷东区、中区构造演化特征的不同，导致这2个地区的烃源条件、油气运移方式及聚集规模存在明显差异。

4.1 东区构造反转带

在乌石凹陷东区乌石17-X构造区，流三段、流二段地层厚度较大且分布较稳定，说明当时7号断裂下降盘—北斜坡中深湖相分布范围较大；到了流一段—涠洲组沉积期，乌石17-X构造区开始挤压反转并持续抬升、剥蚀，造成流一段—涠洲组厚度急遽减薄或尖灭，斜坡开始形成。由于该区后期反转隆升形成了北东方向的流沙港组大型鼻状构造，该鼻状构造向西南延伸到主洼中，是油气运移的有利指向［24］。沉积相分析表明，东区流三段、流二段沉积时期分别发育东北部、北部物源的大型三角洲或扇三角洲储层，埋藏浅，物性较好，主洼流二段中下部烃源岩生成的Ⅰ类、Ⅱ类原油可通过三角洲、扇三角洲储层以及不整合面与顺坡断裂向北运移，汇聚到流沙港组大型鼻状构造。WS 17-X-2井流三段包裹体均一温度主峰值为105～110℃，对应的储层埋深为1 850 m，油气充注时间主要为17 Ma以来。因此，东区反转带总体表现为“早期侧向长距离运移、鼻状构造大规模聚集”的成藏特征（图5）。

图5 乌石凹陷中区—东区流沙港组成藏模式（剖面位置见图1）Fig.5 Oil accumulation mode of Liushagang Formation in the middle&east area，Wushi sag（see Fig.1 for location）

4.2 中区持续沉降带

在乌石凹陷中区乌石22-X构造区，由于始新世—渐新世以来持续沉降，沉积了巨厚的流一段、涠洲组，沉积中心流一段—涠洲组厚度超过2 500 m，现今流二段顶部烃源岩埋深超过3 600 m，达到成熟—高熟，处于生油窗阶段；流二段中下部源岩达到过熟，以生凝析气为主。而且持续深埋造成现今流一段下部储层埋深超过3 500 m，孔隙度仅10%～13%，渗透率小于10 mD，整体表现为低孔低渗特征。从源-储时空配置关系分析，该区流二段顶部源岩现今仍处于生油高峰，在异常高压作用下，源岩排出的Ⅲ类原油主要通过断裂运移到流一段下部圈闭。WS 22-X-1井流一段包裹体均一温度主峰值高达130～140℃，对应的储层埋深为3 000 m，油气充注时间为10 Ma以来。因此，乌石凹陷中区流一段成藏组合主要表现为“油气沿断层有限充注、晚期成藏”的低孔渗油藏特征（图5）。

由此可见，乌石凹陷存在东区、中区两大成藏区带，最有利的油气聚集区是凹陷东区反转带，近期的勘探实践证实，该区的流二段、流三段发育三角洲分流河道中—高渗储层，只要圈闭有效，就能形成富集高产的油藏。综合分析认为，流二段源-储-盖层的分布样式是乌石凹陷东区油气富集的关键因素：流二段在斜坡带稳定分布且纵向上均保持为泥-砂-泥的结构，层序中发育的大型三角洲分流河道砂与近洼斜坡的中深湖成熟烃源灶直接接触，形成了源-储-盖一体的高效运聚体系（图6a）；另外，斜坡区在晚始新世抬升剥蚀，形成典型的构造型凹陷斜坡和构造不整合，有利于油气大规模运聚［25-27］。而乌石凹陷中区则表现为另外一种地层分布模式（图6b）：流二段烃源岩主要分布在靠近控凹断裂一侧，斜坡区无后期构造抬升或反转，属于持续沉降型凹陷斜坡。显然，样式Ⅰ更有利于斜坡带油气长距离侧向运移而形成大规模油藏，位于乌石17-X构造区北部的乌石16-Y流二段鼻状构造成藏条件与乌石17-X构造区类似，是下步拓展勘探的有利目标。

图6 乌石凹陷东区、中区始新统地层分布样式Fig.6 Distribution mode of the Eocene in middle&east area，Wushi sag

5 结论

1）根据烃源岩地化特征，将乌石凹陷流二段烃源岩分为底部油页岩、中部泥页岩及顶部油页岩等3种类型，其中流二段底部厚层油页岩及中部泥页岩在凹陷沉积中心及斜坡区广泛分布，说明当时本区半深湖—深湖湖盆规模大、水体深，属于弱氧化—还原环境的欠补偿沉积，为高生产力烃源岩的形成提供了良好条件。

2）根据原油物性、地化特征，将乌石凹陷原油分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3类。Ⅰ类原油主要来自东洼流二段底部油页岩，Ⅱ类原油主要来自东洼流二段中部泥页岩，Ⅲ类原油来自东洼流二段顶部油页岩。目前乌石凹陷发现的乌石17-X、16-X等大中型油田原油均属于Ⅰ类、Ⅱ类原油，纵向上主要分布在流三段、流二段，平面上主要分布在乌石凹陷东区反转带及北斜坡；而Ⅲ类原油仅局限分布在乌石凹陷中区的流一段。

3）由于乌石凹陷东区反转带、中区持续沉降带的构造演化特征及始新统分布样式的不同，造成二者的烃源条件及油气运移方式存在明显差异。东区反转带乌石17-X、16-X鼻状构造区由于晚始新世—渐新世的抬升、剥蚀，成为流二段下部源岩生成油气的优势运移指向，流二段、流三段成藏组合表现为“三角洲砂岩侧向长距离输导、鼻状构造大规模聚集”的特征。中区持续沉降带由于持续沉降，晚期流二段上部源岩生成的油气只能沿断裂运移至流一段圈闭中形成小规模的低孔渗油藏。

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Genetic types and differential distribution characteristics of crude oil in Wushi sag

GAN Jun HU Chenhui LI Xuhong JIN Qiuyue
（Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Zhanjiang，Guangdong524057，China）

The genetic types and distribution characteristics of crude oil in Wushi sag of Beibuwan basin are complex.Integrated application of organic petrology，geochemistry and synthetic hydrocarbon accumulation analysis，the crude oil can be classified as three types：typeⅠcrude oil is from the third member of Liushagang Formation of Wushi 17-X structure，with heavy carbon isotope and medium to high content of C304-methyl sterane；typeⅡcrude oil is from the first and second members of Liushagang Formation of Wushi 17-X＆16-X structures，with light carbon isotope and low to medium content of C304-methyl sterane；typeⅢcrude oil is from the first member of Liushagang Formation of Wushi 22-X structure，with light carbon isotope and the lowest content of C304-methyl sterane.Integrated analysis shows that typeⅠandⅡcrude oil in eastern inversion structural belt of Wushi sag is mainly contributed by the source rocks in the middle to lower part of the second member of Liushagang Formation，with the characteristics of long distance migration and large scale accumulation through delta sands of the second and third members of Liushagang Formation；typeⅢcrude oil of central continuous subsidence belt in Wushi sag is mainly from the upper source rock of the second member of Liushagang Formation，with the characteristics of finite oil charge through faults lately.The different structural evolution characteristics of eastern and middle areas in Wushi sag are the main controlling factors of oil differential distribution.

Wushi sag；crude oil；genetic type；differential distribution；source rock；structural evolution

甘军，胡晨晖，李旭红，等.乌石凹陷原油成因类型及差异分布特征［J］.中国海上油气，2017，29（6）：23-31.

GAN Jun，HU Chenhui，LI Xuhong，et al.Genetic types and differential distribution characteristics of crude oil in Wushi sag［J］.China Offshore Oil and Gas，2017，29（6）：23-31.

TE122.1

A

1673-1506（2017）06-0023-09

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.06.003

*“十三五”国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“南海西部海域低渗油藏勘探开发关键技术（编号：2016ZX05024-006）”部分研究成果。

甘军，男，高级工程师，1996年毕业于石油大学（北京），获硕士学位，主要从事油气勘探综合地质研究工作。地址：广东省湛江市坡头区中海石油（中国）有限公司湛江分公司研究院（邮编：524057）。E-mail：ganj＠cnooc.com.cn。

2017-05-04改回日期：2017-08-15

（编辑：冯 娜）