北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡原油成因类型及成藏特征

金秋月

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

0 引言

原油成因类型和成藏特征是含油气盆地勘探中的重要研究内容。生物标志物为来自生物体的分子化石，烃源岩母体与生成原油在生物标志物上具有继承性和相似性。受母体的沉积环境和烃源岩组成的影响，不同类型原油在生物标志物组合特征、碳同位素组成上均存在差异。原油的δ13C 继承了生物母质的δ13C 值，一般来讲，海相原油的δ13C小于-32‰ 或大于-24‰，陆相原油的δ13C 为-32‰～-24‰［1-5］。应用生物标志物谱图、组合特征和碳同位素组成可进行原油成因类型分析和油源精细对比分析，从而进一步探讨不同油气藏类型的聚集特征和富集规律。

北部湾盆地涠西南凹陷是我国南海北部大陆架重要的富烃凹陷［1-3］，面积约为3 800 km2。经过30 多年的油气勘探和研究，勘探家们相继在涠西南凹陷中发现了一批含油构造和具有较高商业价值的油气田，展现了良好的勘探潜力。近年来，涠西南凹陷东南斜坡的油气勘探取得新进展，陆续发现了W12-A，W12-B 和W12-C 等油田，纵向上分布于古近系砂岩、新近系砂岩和石炭系碳酸盐岩中，但其油源存在差异。因此，各油层中的原油成因类型及成藏特征方面的研究引起了学者们的关注，已取得较多具有影响力的研究成果，如包建平等［4，5］、潘贤庄［6］、Huang 等［7］在北部湾盆地进行了原油地球化学特征研究，这些研究主要集中在福山凹陷、迈陈凹陷、乌石凹陷及涠西南凹陷的低凸起和2 号断裂带附近的油田，而关于涠西南凹陷东南斜坡的原油特征与成因机理研究尚未见文献报道。笔者从原油生物标志物和同位素组成特征着手，分析东南斜坡不同油田所产原油的地球化学特征，对比和鉴定原油的族群和源岩相，进而建立原油和源岩的亲缘关系，以期为油田划分含油气系统、合理评价凹陷的资源潜力和有利勘探方向提供借鉴和指导作用。

1 研究区概况

涠西南凹陷是北部湾盆地北部坳陷中的次级构造单元（图1），西临万山隆起，南接企西隆起，由3 条主要断裂带控制，为一箕状断陷［8］。涠西南凹陷的沉积地层以新生界为主，自下而上分别包括古近系长流组、流沙港组、涠洲组，新近系下洋组、角尾组、灯楼角组、望楼港组和第四系地层，最大厚度约7 000 m。主力烃源岩层为流沙港组的大套半深湖—深湖亚相泥岩、页岩及油页岩。东南斜坡位于涠西南凹陷二号断裂带东侧，紧邻企西隆起，是油气运移聚集的优势场所，在角尾组、涠洲组、流一段、流二段和流三段地层中均发现油气藏［9-10］。

图1 北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡构造位置与主要油田分布Fig.1 Structural location and main oilfield distribution in southeast slope of Weixinan Depression，Beibuwan Basin

2 原油特征与分类

2.1 原油特征

北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡原油物理性质整体表现为“低蜡、高硫、低密度”的特征（图2），大部分属于轻质油，少部分属于中质偏轻油，仅W12-C 构造原油密度较高，主要是由于降解作用造成。主力产油层分布在流二段、流三段、涠洲组和流一段，凸起构造上的角尾组和石炭系发育部分油层。原油族组分中饱和烃含量较高，非烃和沥青质含量较低，其质量分数多小于20%。

图2 涠西南凹陷东南斜坡原油含蜡量与密度相关关系Fig.2 Relationship between wax content and density of crude oil in southeast slope of Weixinan Depression

涠西南凹陷东南斜坡原油碳优势指数（CPI）为1.07～1.09，全烃分析得出正构烷烃低碳数烷烃相对集中，表现出“前峰”特征。原油中“姥植比”平均值为2.3，为淡水—微咸水深湖亚相沉积。原油样品中C29甾烷和C30-4-甲基甾烷含量高低不一，反映了陆源高等植物和低等水生生物对生烃的贡献存在差异。采用东南斜坡7 个原油样品的菲系列化合物参数推测其原油成熟度，利用甲基菲指数（MPI1）可计算出研究区的MPI1 为0.61～1.23，换算成原油成熟度RC为0.76～1.14（表1），因此，研究区原油为生油窗内正常成熟原油。其中，MPI1 的计算公式为

式中：2-MP 为2-甲基菲含量，%；P为菲含量，%；1-MP为1-甲基菲含量，%；9-MP为9-甲基菲含量，%。

RC的计算公式为

2.2 原油成因类型

通过对涠西南凹陷东南斜坡原油的甾烷、藿烷、Ts/Tm（Ts 为18α（H）-C27三降藿烷，Tm 为17α（H）-C27三降藿烷）和全油进行分析，结合族组分同位素特征建立了原油类型划分标准，以此将研究区的原油划分为Ⅰ类和Ⅱ类共2 种成因类型。

表1 涠西南凹陷各组/段的甲基菲指数与原油成熟度Table 1 Methylphenanthrene index and crude oil maturity of each formation in Weixinan Depression

2.2.1 生物标志物特征

通过对东南斜坡2 类原油的生物标志物特征进行分析，其中选取了质荷比m/z=191 中陆源标志物C29新霍烷（C29Ts）和奥利烷、m/z=217 中代表低等水生生物藻类的C30-4-甲基甾烷和代表陆源高等植物ααα20 R C29甾烷进行分析，将四甲基甾烷指数（4-MSI）与代表陆源输入的“（C29新藿烷+奥利烷）/C30藿烷”进行相关关系投点［图3（a）］，将4-甲基甾烷指数（4-MSI）与代表成熟度的Ts/Tm 进行相关关系投点［图3（b）］，其中4-MSI=∑C30-4-甲基甾烷/（ααα20 R C29+ααα20 S C29），可以得出研究区存在2 种类型的原油：第Ⅰ类原油中4-MSI 含量较低，反映了低含量的水生生物成因和高含量的陆源输入，具有相对较低的成熟度；第Ⅱ类原油4-MSI含量较高，反映了高含量的水生生物成因和低含量的陆源输入，多具有相对较高的成熟度。

2.2.2 族组分同位素特征

不同的沉积环境、生物种类、母质来源均对烃源岩生产出的原油的碳同位素组成具有直接影响［11-12］，黄保家等［2］认为涠西南凹陷东南斜坡的原油均来自淡水湖相烃源岩。通过对研究区不同层位全油的碳同位素组成进行分析［图4（a）］可以发现，流一段全油碳同位素δ13C 为-29.1‰～-28.03‰，平均为-28.56‰；流二段全油碳同位素δ13C 为-27.68‰～-26.58‰，平均为-26.96‰；流三段全油碳同位素δ13C 为-27.8‰～-25.0‰，平均为-25.90‰；角尾组全油碳同位素δ13C 为-27.57‰～-27.04‰，平均为-27.31‰；涠洲组全油碳同位素δ13C 为-28.56‰～-25.9‰，平均为-27.42‰；石炭系（仅1 个样品）全油碳同位素δ13C 为-25.91‰。上述数据显示，流二段、流三段、角尾组和石炭系原油多属于第Ⅱ类原油，全油碳同位素δ13C 相对接近且较重；流一段原油多属于第Ⅰ类原油，全油碳同位素δ13C 较轻。涠洲组原油的碳同位素δ13C 多数与流二段相近，少量与流一段相近，主要受控于东南斜坡的油源断裂较为发育，不同类型的原油通过断裂系统由深部运移至浅层的涠洲组，形成了混源特征。

图3 涠西南凹陷东南斜坡原油的生物标志物相关关系Fig.3 Biomarker correlation of crude oil in southeast slope of Weixinan Depression

图4 涠西南凹陷东南斜坡碳同位素同位素组成特征Fig.4 Carbon isotope composition characteristics in southeast slope of Weixinan Depression

饱和烃和芳烃的碳同位素特征组成具有正相关关系［图4（b）］，与全油的碳同位素组成类似，即流一段饱和烃碳同位素δ13C 为-29.4‰～-26.9‰，芳烃碳同位素δ13C 为-28.4‰～-26.4‰，相对较轻；流二段饱和烃碳同位素δ13C 为-28.4‰～-27.11‰，芳烃碳同位素δ13C 为-25.82‰～-25.09‰；流三段饱和烃碳同位素δ13C 为-27.3‰～-24.7‰，芳烃碳同位素δ13C 为-26.2‰～-23.6‰；涠洲组饱和烃碳同位素δ13C 为-27.6‰～-26.6‰，芳烃碳同位素δ13C 为-26.7‰～-25.4‰。流二段和流三段饱和烃和芳烃碳同位素相对较重，流一段饱和烃和芳烃碳同位素相对较轻，涠洲组的碳同位素组成介于流一段和流二段之间，Ⅰ类原油和Ⅱ类原油可以据此进行明显的区分。

综上所述，涠西南凹陷东南斜坡的原油可划分为2 种成因类型。第Ⅰ类原油主要来源于相对含量较高的陆源高等植物和相对含量较低的水生生物，具有相对较低的成熟度，全油碳同位素组成、饱和烃和芳烃碳同位素组成均偏轻，该类原油主要产自于东南斜坡流一段，涠洲组油层也有少量产出。第Ⅱ类原油主要来源于相对含量较高的水生生物和相对含量较低的陆源高等植物，多具有相对较高的成熟度，全油碳同位素组成、饱和烃和芳烃碳同位素组成相对偏重，该类原油主要产自于东南斜坡流二段、流三段、角尾组和石炭系，涠洲组多数油层也产出该类原油。

3 烃源岩特征和油源对比

3.1 烃源岩特征

古近系流沙港组烃源岩为北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡的主力烃源岩。流沙港组烃源岩的地球化学分析和区域沉积相研究结果显示，其存在上、下2 个供烃组合：上部供烃组合为浅湖—半深湖亚相沉积的流一段-流二段中部的泥岩；下部供烃组合为半深湖—深湖亚相沉积的流二段底部油页岩-流三段上部泥岩。

上部供烃组合中烃源岩TOC 质量分数为0.577%～5.460%，平均为1.76%；S1+S2为1.07～42.17 mg/g，平均为7.23 mg/g；氢指数为127.96～513.49，平均为286.40；氯仿沥青“A”为0.042 9%～0.916 6%，平均为0.254 8%；全烃为325.28～5 994.56 μg/g，平均为1 708.03 μg/g，有机质类型以Ⅱ1—Ⅱ2型为主。综合评价得出，上部供烃组合以中—好烃源岩为主，部分为优质烃源岩（图5）。沉积环境以浅湖—半深湖亚相为主，代表低等水生生物的ααα20 R C27规则甾烷含量较高（图6），代表水生藻类的C30-4-甲基甾烷含量较低，代表陆源输入物ααα20 R C29规则甾烷含量较高，重排甾、萜烷含量较低，且成熟度相对较低。

图5 涠西南凹陷东南斜坡流沙港组烃源岩生烃潜力与总有机碳含量相关关系Fig.5 Relationship between hydrocarbon generation potential and total organic carbon content of source rocks of Liushagang Formation in southeast slope of Weixinan Depression

图6 涠西南凹陷东南斜坡烃源岩及原油质量色谱图Fig.6 Mass chromatograph of source rocks and crude oil in the southeast slope of Weixinan Depression

下部供烃组合的TOC 质量分数为1.22%～10.34%，平均为4.28%；S1+S2为2.66～75.66 mg/g，平均为22.08 mg/g；氢指数为151.61～893.72，平均为514.85；氯仿沥青“A”为0.917 9%～1.703 4%，平均为1.325 2%；全烃为6 736.47～13 553.95 μg/g，平均为9 185.75 μg/g，有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主。综合评价得出，下部供烃组合以优质烃源岩为主，沉积环境以半深湖—深湖亚相为主，代表水生藻类的C30-4-甲基甾烷含量高（图6），陆源输入物ααα20 R C29规则甾烷丰度较低，重排甾烷的含量较高，成熟度较高。

3.2 油源对比

通过对涠西南凹陷东南斜坡原油成因类型的划分和烃源岩供烃组合的分类，可见不同类型的原油与供烃组合之间存在亲缘关系。对原油和烃源岩的质量色谱图中m/z=191和m/z=217 进行对比分析可以得出：产自W12-B-8 井的流一段原油属于第I 类原油，与上部供烃组合具有相近的色谱指纹特征，均具有低—中等丰度C30-4-甲基甾烷；产自W12-B-9 井的流二段原油属于第Ⅱ类原油，与下部供烃组合具有相近的色谱指纹特征，均表现为高丰度C30-4-甲基甾烷，显示出较好的亲缘关系。

油气的δ13C 值与原始母质息息相关，可作为油源判别的直接指标，δ13C 值存在干酪根＞沥青质＞非烃＞芳香烃＞原油＞饱和烃的规律［11-15］。研究区第Ⅰ类原油的全油碳同位素δ13C 为-29.10‰～-28.03‰，平均为-28.56‰，上部供烃组合烃源岩中干酪根碳同位素δ13C 为-28.84‰～-26.40‰，平均为-27.62‰，较为相近。研究区第Ⅱ类原油的全油碳同位素δ13C 为-27.800‰～-24.997‰，平均为-26.34‰，下部供烃组合烃源岩中干酪根碳同位素δ13C 为-27.16‰～-21.00‰，平均为-24.67‰，较为相近（图7）。因为原油中δ13C 值对其生烃母质中有机质的δ13C 值有继承性的特点［13-24］，所以可以推断第Ⅰ类原油和上部供烃组合具有亲缘关系，第Ⅱ类原油与下部供烃组具有亲缘关系。

图7 涠西南凹陷东南斜坡的原油与烃源岩中干酪根的碳同位素对比Fig.7 Carbon isotope comparison of kerogen in crude oil and source rocks in southeast slope of Weixinan Depression

通过对涠西南凹陷东南斜坡原油类型、烃源岩特征和油源精细对比分析，结合2 类原油的产出层位可以可以刻画出其油气成藏模式（图8）。第Ⅰ类原油主要产自于流一段和靠近上部烃源组合的涠洲组油藏，主要分布于洼陷中央及附近，如W12-D等岩性和断块油气藏；第Ⅱ类原油主要产自于流二段、流三段、角尾组和未与上部烃源岩组合连通的涠洲组油藏，如W12-B 和W12-C 等断块和构造油气藏。油气藏的分布特征及成藏模式表明，断裂、砂体储集空间、层间缝和不整合面是研究区油气运移的主要通道，2 套烃源组合生成油气后通过运移通道进行垂向和侧向运移，并在有利储集体中聚集成藏，其中断裂的发育程度、储集体与烃源岩的匹配关系均对2 类原油的分布具有一定的控制作用。因此，东南斜坡的流二段、流三段和凸起上的角尾组、下洋组及基底风化壳均是寻找第Ⅱ类原油的有利勘探区，东南斜坡的流一段岩性圈闭是寻找第Ⅰ类原油的有利勘探区。

图8 涠西南凹陷东南斜坡油气成藏模式（AA′剖面）Fig.8 Hydrocarbon accumulation model in southeast slope of Weixinan Depression

4 结论

（1）北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡产出的原油存在2 种成因类型：第Ⅰ类原油具有较低的C30-4-甲基甾烷丰度和偏轻的全油碳同位素，其饱和烃和芳烃碳同位素也相对较轻，主要分布在流一段和涠洲组的少量小层中；第Ⅱ类原油具有较高的C30-4-甲基甾烷丰度和偏重的全油碳同位素，其饱和烃和芳烃碳同位素也相对较重，广泛分布于流二段、流三段、角尾组及涠洲组的大部分小层中。

（2）北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡烃源岩可划分为2 套供烃组合：上部供烃组合包括流一段泥岩-流二段中部泥岩，生烃潜力综合评价结果显示其为差—好烃源岩，为浅湖—半深湖亚相沉积；下部供烃组合主要包括流二段底部油页岩-流三段上部泥页岩，为优质烃源岩，为半深湖—深湖亚相沉积。第Ⅰ类原油和上部供烃组合均具有低—中等丰度的C30-4-甲基甾烷，全油和干酪根碳同位素较轻；第Ⅱ类原油和下部供烃组合均具有高丰度的C30-4-甲基甾烷，全油和干酪根碳同位素较重。因此，可以推断第Ⅰ类原油主要来源于上部供烃组合，第Ⅱ类原油主要来源于下部供烃组合。

（3）北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡烃源岩岩相控制了原油性质，断裂的发育程度、储集体自身的储集空间、层间缝和不整合面均是研究区油气运移的主要通道，源储配置决定了不同成因类型原油在纵向上的展布。东南斜坡的流二段、流三段和凸起上的角尾组、下洋组及基底风化壳均是第Ⅱ类原油的有利勘探区，流一段岩性圈闭是第Ⅰ类原油的有利勘探区。