珠江口盆地白云凹陷烃源岩品质分析及其沉积期古氧相研究

吕 晔，徐思煌

(中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074)

珠江口盆地是南海北部大陆边缘东段加里东-海西-燕山期褶皱基底上的中、新生代伸展盆地，白云凹陷属于珠江口盆地南部坳陷带的一个次级构造单元，整体展布成NEE向，是南海北部最具代表性的新生代深水陆坡沉积区[1]。可分为白云主洼、白云东洼和白云南洼(图1[2])，其中白云主洼和白云东洼都已获得商业性油气藏，被证实为生烃洼陷。白云凹陷目前已发现的天然气主要为干酪根裂解气，少量为原油裂解气，主要以混合气和油型气为主，天然气母质类型主要为腐殖-腐泥混合型(Ⅱ型)[3-4]；烃源岩热模拟实验表明，文昌组的湖相烃源岩以生油为主，高成熟阶段生成的天然气主要为原油裂解气(约80%)；恩平组的浅湖相和沼泽相烃源岩油气兼生，相对以生气为主，主要为干酪根裂解气(约80%)。白云凹陷已发现的油气主要来自浅湖相-沼泽相烃源岩，天然气以烃源岩干酪根裂解气为主，以原油裂解气为辅[5-6]。

图1 珠江口盆地白云凹陷区域位置及构造分区图(资料来源：文献[2]，有修改)

1 烃源岩地球化学特征

1.1 烃源岩

据邻近浅水区钻探结果和地震相对比解释认为，白云凹陷中存在三套烃源岩，分布在四个层位：①始新统中深湖相烃源岩，主要为文昌组的中深湖相砂泥岩；②已经为大量浅水区钻井所揭示的渐新统煤系及湖相泥岩烃源岩，主要为下渐新统恩平组的河湖相含煤层系，以及上渐新统珠海组的滨浅海相砂泥岩，分布面积广，厚度大，有机质丰度中等，Ⅱ2型干酪根为主；③下中新统海相烃源岩，主要为珠江组的滨浅相砂泥岩，有机质丰度中-低、类型较好、部分成熟[7]。

1.2 烃源岩评价

本文分别采用海相泥岩评价标准和陆相泥盆评价标准，从有机质的类型，有机质的成熟度和有机质的丰度三个方面对珠江组、珠海组和恩平组、文昌组的烃源岩进行分析评价。本文不再对有机质类型和成熟度过多阐述，仅提供统计分析结果以便与有机质丰度相结合进行分析，分析重点在于有机质丰度。

有机质的丰度评价的主要指标为有机碳含量(TOC)、生烃潜力(S1+S2)和自设参数Z值；有机质的类型，本文主要采用岩石热解分析法来区分干酪根类型来确定有机质的类型，即利用收集的烃源岩样本的氢指数IH(mg/g)与其最大热解温度Tmax(℃)的关系来确定；有机质成熟度评价的参数和方法有很多种，本文只引用镜质体反射率(R0，%)法和岩石热解峰温(Tmax，℃)法。可以根据R0的值划分干酪根演化阶段，岩石热解峰温是烃源岩热解S2峰的最大生烃强度处所对应的温度，可反映有机质的演化程度。

1.2.1 烃源岩有机质类型

珠江组烃源岩有机质的类型以混合型(Ⅱ1和Ⅱ2型)为主，符合其陆坡深水沉积环境；珠海组和恩平组烃源岩有机质的类型以混合型(Ⅱ2型)，即腐泥腐殖型为主，分别符合其浅海陆架和陆相河流沉积环境；文昌组烃源岩有机质的类型以混合型(Ⅱ1型)，即腐殖腐泥型为主，符合其陆相湖泊沉积环境。

1.2.2 烃源岩有机质成熟度

根据白云凹陷地区主要烃源岩，即珠江组、珠海组、恩平组和文昌组部分井镜质体反射率RO数据及烃源岩岩石热解最高峰温(Tmax)，基于埋深情况及其中深湖相沉积推测及分析得：文昌组烃源岩处于高—过成熟阶段；恩平组烃源岩的有机质以中等—高成熟阶段为主；珠海组和珠江组烃源岩的有机质均主要以低成熟阶段为主。

1.2.3 烃源岩有机质丰度评价

综合统计烃源岩热解参数TOC、S1+S2并结合评价标准(表1)，分析得出(表2)，珠江组烃源岩主要属于好的烃源岩，珠海组烃源岩主要属于较好的—好的烃源岩，恩平组主要属于较好—差的烃源岩，文昌组样品虽少，但基于其广泛发育的中深湖相沉积与烃源岩样品实测值可以大胆推测其属于好的～很好的烃源岩。

设定有机质丰度指数“Z”，来综合表征有机质丰度，将其公式定义为式(1)。

Z=TOC×(S1+S2)×100

(1)

式中，Z值综合了有机碳含量与生烃潜力两项表征有机质丰度的指标，反映烃源岩的品质。

综合统计各层位各构造单元的有机质丰度指数Z(表3)，普遍存在的规律是：珠江组和珠海组的Z值由北西向向南东向增大；恩平组和文昌组的洼陷地区Z值较凸起地区更高；白云主洼的Z值大于白云东北洼，白云东北洼又大于白云东洼。

表1 陆相湖盆烃源岩评价标准

资料来源：文献[8]～[10]。

表2 烃源岩有机质丰度总计表

表3 各层位各地区Z值总计表

2 烃源岩古氧相

古氧相是指地层(或沉积物)沉积形成时的氧化还原性条件。本文主要是利用自然伽马能谱将微量元素钍(Th)、铀(U)分开测得其含量并求得其比值，来分析古氧相[11]。

铀的天然矿物中仅有4+和6+化合物。在氧化条件下，铀容易氧化为易溶的6+U，其通常以铀酰离子(UO22+)形式存在，从而造成铀的迁移和再分配。而在还原条件下，则形成4+U的不可溶化合物，从而使铀不断聚集。所以岩石中的铀含量可以反映沉积环境的氧化-还原条件。232 Th是钍的主要同位素，其丰度几乎等于100%。钍的化合价以4+为主，化学性质比较稳定，不受氧化-还原条件的影响。并且，Th4+与U4+关系密切，其硅酸盐和氧化物构造类型相同，常呈类质同象置换[12-14]。正是由于Th4+与U4+这种密切的伴生关系以及U随氧化-还原条件所表现出的化学稳定性差异，笔者才可以利用岩石中Th/U比值来反映沉积水体的氧化-还原条件。

本文根据测井数据中的放射性元素Th元素、U元素，统计其各深度的含量，计算Th/U的值，并按照其值的大小进行分类(Th/U的值<4为强还原性，4～10为还原性，10～30为弱还原性-弱氧化性，>30为氧化性)，分析时为了方便统计归类，将弱还原性-若氧化性环境与氧化性环境统一归为氧化性环境。需要说明的是：此古氧相分类标准突出的是还原性的沉积特点，其还原性环境是绝对的，而氧化性的沉积特点是相对的说法。

2.1 典型井古氧相分析

以东洼的L1井为例，其电测解释图见图2。由图2可以看出，L1井的Th/U曲线在4～10之间波动，即大部分深度段统计的Th/U值大于4小于10，表明其古氧相主要为还原性环境；在珠江组的下段和珠海组的上段，Th/U曲线波动较大，值较低，分析可能是砂岩层造成的；同理在恩平组下段的砂岩层段也出现类似情况，U、Th以及Th/U值明显降低；在恩平组末段的砂岩层段，U值的突然增大，导致Th/U值很低，表现为强还原的古氧相环境。

图2 L1井古氧相分析图

2.2 各层位烃源岩古氧相

2.2.1 珠江组烃源岩古氧相

根据对珠江组地层共16口井的数据分析：云开低凸起，番禺低隆起，东北洼虽还原性地层所占比重最大，但较其他地区来说，Th/U值大于30的地层比重明显较高，即氧化性较突出；云东低凸起、东洼和主洼的Th/U值介于4～10之间的地层比重较大，即还原性突出；云荔低隆起的Th/U值小于4的地层比重较大，即强还原性最为突出。因此，珠江组古氧相的还原性由北西向向南东向递增。

2.2.2 珠海组烃源岩古氧相

根据对珠海组地层共14口井的数据分析：与珠江组相同的是，云开低凸起和番禺低隆起的Th/U值大于10的地层比重较高，即氧化性突出；东洼、东北低凸起和主洼依然还原性突出；主洼、云荔低隆起和东北洼的Th/U值依旧很小，即突出强还原性的古氧相。所不同的是，某X1井在珠江组层段的强还原性突出，珠海组层段氧化性明显；东洼的某X2井由珠江组层段到珠海组层段的Th/U值增大，由还原性突出增强到强还原性明显。

总体上看，珠海组古氧相的还原性由北西向向南东向递增，且其古氧相的还原环境比珠江组的强。

2.2.3 恩平组烃源岩古氧相

根据对恩平组地层共4口井的数据分析，云开低凸起的氧化性较明显；东洼还是以还原性-强还原性为主，体现其还原性-强还原性的地层厚度所占总地层的比例高达99.83%，与珠海组地层情况相同；云荔低隆起其强还原性明显。

2.2.4 文昌组烃源岩古氧相

文昌组地层只有白云东洼的某X3井有Th、U值数据，其Th/U值较小，主要表现为强还原性其代表的白云东洼地区较恩平组来说还原性增强。总体来说，恩平组与文昌组洼陷地区的还原性较凸起地区更高(云荔低凸起除外)，从文昌组到恩平组烃源岩古氧相的还原性是增强的。

2.3 古氧相对烃源岩品质的影响

总体来看，根据上述各构造单元的古氧相统计结果可知，珠江组与珠海组古氧相的还原性由北西向向南东向递增；恩平组与文昌组洼陷地区的还原性较凸起地区更高(云荔低凸起除外)，从文昌组到恩平组烃源岩古氧相的还原性是增强的。结合第三章中不同构造单元烃源岩有机质丰度的评价结果，珠江组与珠海组北西向有机质丰度较南东向低，即南东向地区的烃源岩优于北西向地区；恩平组与文昌组洼陷地区有机质丰度较凸起地区高，即洼陷地区烃源岩更优(云荔低凸起地区除外)。

综上所述，古氧相的还原性环境有利于烃源岩的发育,具体表现为古氧相的还原性越强，烃源岩有机质丰度越高，即烃源岩的品质越高。

3 结论与讨论

3.1 结论

1) 自下而上来看，烃源岩样品实测值显示，文昌组烃源岩属于好-很好的烃源岩；恩平组与珠海组烃源岩属于较好-好的烃源岩；珠江组烃源岩属于好的烃源岩。

2) 本文提出的有机质丰度综合指数Z的变化规律：珠江组和珠海组的Z值由北西向向南东向增大，恩平组和文昌组的洼陷地区Z值较凸起地区更高，反映南东向及洼陷地区的烃源岩较好；白云主洼的Z值大于白云东北洼、再大于白云东洼，反映白云主洼的烃源岩优于白云东北洼，白云东北洼的烃源岩又优于白云东洼。

3) 自下而上来看，文昌组与恩平组洼陷地区的还原性较凸起地区更高(云荔低凸起除外)，从文昌组到恩平组烃源岩古氧相的还原性是增强的，珠海组与珠江组古氧相的还原性由北西向向南东向递增，珠海组烃源岩古氧相的还原性较珠江组更强；从平面的构造单元上来看，云开低凸起和番禺低隆起地区的烃源岩古氧相具有氧化性沉积特点；白云东洼、白云主洼和云东低凸起地区的烃源岩古氧相具有明显的还原性沉积特点。

4) 烃源岩古氧相对其品质的影响：烃源岩还原性的古氧相有利于烃源岩发育，即其沉积期古氧相还原性越强，烃源岩的品质越高。

3.2 讨论

本文提出的有机质丰度综合指数Z的大小可以总体地反映出烃源岩品质的高低及其古氧相的氧化还原性。但在对比不同岩性与沉积相环境的烃源岩时，需在Z值基础上增加适当比例系数后，再进行比较。

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