恩平凹陷北部隆起构造带油气成因来源及成藏过程研究*

熊万林 朱俊章 杨兴业 龙祖烈 翟普强 郑仰帝 秦成岗

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司 广东深圳 518054）

恩平凹陷是珠江口盆地重要的油气富集区，总地质资源量8.43×108m3油当量，勘探潜力巨大。恩平凹陷北部隆起构造带共钻探井12口，自1992年N2含油气构造发现后，近20年勘探进入低潮阶段，直至2016年南部N6中型油田的发现才成为勘探热点区块，近3年来已发现2个中型油田和1个小型油田。虽然前人针对恩平凹陷烃源岩、储集层、盖层及圈闭等油气成藏静态地质要素做过大量研究工作[1-10]，但对油气运聚和成藏过程等动态要素的研究则相对较少。由于该区所发现的油气类型众多，分布特征差异较大，油气动态成藏过程有待研究，因此笔者通过对已发现油气成因来源和油气充注特征的详细研究总结出北部隆起构造带油气成藏模式，对该区下一步勘探具有一定的指导意义。

1 区域地质概况

图1 恩平凹陷北部隆起构造带油田群分布示意图Fig.1 Distribution of oilfield groups in the northern uplift structural belt of Enping sag

恩平凹陷是古近纪开始发育的断陷—拗陷盆地（图1），经历了断陷、拗陷和活化3个构造演化阶段，即晚白垩世至早渐新世的断陷阶段、晚渐新世至中中新世的拗陷阶段及晚中新世至今的新构造运动，形成了下断上坳双层结构和先陆相后海相2种沉积体系；恩平凹陷由恩平17、恩平18和恩平12共3个次洼组成，均为北断南超的箕状凹陷，凹陷北部为控制断陷的边界断层，向南为缓坡带，缓坡带末端受一组NE向断层切割形成南部凹槽，可以划分为南部翘倾断裂背斜构造带、中央隆起断裂构造带、北部隆起构造带3个构造带[1-4]。钻井揭示恩平凹陷新生代地层自下而上包括始新统文昌组（E2wc）、下渐新统恩平组（E3ep）、上渐新统珠海组（E3zh）、下中新统珠江组（N1zj）、中中新统韩江组（N1hj）、上中新统粤海组（N1yh）、上新统万山组（N2ws）及第四系（Q）。

2 生储盖层及油气藏特征

文昌组半深—深湖相烃源岩是珠一坳陷主力优质烃源岩[5-10]，恩平凹陷同样如此，恩平17洼作为恩平凹陷最大的富生烃洼陷，文昌组最大厚度超过3 000 m，文昌组厚度大于1 000 m的分布面积为416 km2，其半深—深湖相烃源岩分布面积为295 km2。尽管该区未钻遇文昌组半深—深湖相烃源岩，但洼陷周边所发现油田的原油大部分呈现出“高C30-4甲基甾烷、低双杜松烷（T）”的生物标志化合物组合特征。而该特征与番禺4洼已证实的文昌组半深—深湖相优质烃源岩的生物标志化合物组合特征相似，因此，这也间接证实了恩平凹陷文昌组半深—深湖相优质烃源岩的存在。

同时，近年整个珠一坳陷钻探结果显示，邻近洼陷区通常存在一类同时富含C30-4甲基甾烷和双杜松烷的原油，而该类原油与惠州凹陷惠州26洼钻井揭示的文昌组下段浅湖—半深湖相烃源岩具有较好的一致性。惠州26洼钻井揭示文昌组下段地层厚度约为300 m，单层泥岩厚度可达60 m，岩石热解数据分析结果显示，该泥岩总有机碳含量平均值为2.04%，热解产烃潜量平均值为5.6 mg烃／g岩石，氢指数平均值为207 mg／g，有机质类型为II型，属于好烃源岩范畴。而恩平凹陷隆起带上珠海组—恩平组部分油藏中该类型原油的发现，也从侧面证实了恩平凹陷文昌组下段浅湖—半深湖相烃源岩具有较好的生烃潜力。

北部隆起构造带新近系地层自下而上珠江组—韩江组为海平面上升的海侵过程，地层含砂率逐渐降低。韩江组和珠江组是主要的油气储集层，为古珠江三角洲前缘相带，该相带发育的砂岩体分布稳定、物性好。韩江组油气层粒度较细，为粉砂岩—细砂岩，并且以岩屑石英砂岩为主，属于高孔、中高渗储层。珠江组油气层粒度较粗，为细—中砂岩，以长石石英砂岩为主，属于中—高孔、中—高渗储层。同时，研究区在珠江组和韩江组时期存在区域上稳定分布的多期海泛，每一期海泛都对应一套区域上较为连续的海泛泥岩，泥岩厚度为25～250 m，形成了多套良好的储盖组合。

北部隆起构造带钻探多口探井，除N6-3和N6-4井外，其他钻井均有油气显示，显示层位纵向跨度大，从深层恩平组到浅层韩江组均有发现，但主要集中在珠江组—韩江组。钻井揭示的油气类型众多，包括油层、带CO2气顶油层、烃类气层和CO2气层，油层主要分布于各构造韩江—珠江组储层，由于研究区油层埋深较浅，原油普遍遭受不同程度的次生改造，其中N6油田珠江组原油密度为0.84 g／cm3，剩下各油田原油样品密度为0.90～0.94 g／cm3。CO2气层仅在N6构造N6-1井和N6-2井珠江组储层揭示，烃类气层仅在N6-1井珠江组储层中揭示。研究区所发现的油藏多为低幅、薄层变水油藏和块状底水油藏。

3 油气成因来源

3.1 原油成因来源

前人研究认为，C30-4甲基甾烷主要来源于沟鞭藻生物体或定鞭金藻微藻中的4α-甲基甾醇，常见于湖相烃源岩中，代表水生藻类生物贡献，双杜松烷是一类特征非常明显的高等植物树脂输入的标志化合物，在东南亚原油和沉积物中广泛存在，是被子植物的达玛树脂经过生物聚合形成，代表陆源高等植物贡献[5，10-16]。北部隆起构造带原油的生物标志化合物特征分析结果表明，双杜松烷含量是划分区分本区原油类型最有效的地球化学指标。在生标以及原油单体烃碳同位素特征的基础上，可将北部隆起构造带原油划分为4种类型（图2、3）。

图2 恩平凹陷北部隆起构造带不同类型原油生物标志化合物特征Fig.2 Biomarker characteristics of different types of crude oil in the northern uplift structural belt of Enping sag

图3 恩平凹陷北部隆起构造带不同类型原油正构烷烃单体烃碳同位素特征Fig.3 Carbon isotope characteristics of individual n-alkane of different types of crude oil in the northern uplift structural belt of Enping sag

第I类原油含有较高的C30-4甲基甾烷，C30-4MSt／C29St为0.54～1.28，而双杜松烷含量普遍低，T／C30H为0.07～0.25，指示该类原油主要来源于低等水生生物的贡献，陆源高等植物贡献较弱。这类原油主要分布于N2、N3井油层中，其生物标志化合物特征与邻近番禺4洼揭示的典型文昌组下段半深—深湖烃源岩相似，推测其来源于恩平17洼北部的文昌组下段半深—深湖相烃源岩。

第II类原油含有丰富的C30-4甲基甾烷，C30-4MSt／C29St为1.32～1.77，而双杜松烷含量较低，T／C30H为0.40～0.53，指示该类原油主要来源于低等水生生物的贡献，但陆源高等植物贡献明显。该类原油主要分布于N6-1、N7-4、N5-2井珠江组—韩江组油层中，其生物标志化合物特征与邻近番禺4洼揭示的典型文昌组半深—深湖烃源岩相似，但陆源高等植物贡献略高，推测其来源于恩平17洼南部的文昌组上段段半深—深湖相烃源岩。

第III类原油同时含有丰富的C30-4甲基甾烷和双杜松烷，C30-4MSt／C29St为1.50～1.92，T／C30H为1.35～1.46，指示该类原油同时具有较高的低等水生生物和陆源高等植物的双重贡献，该类原油主要分布于N4-1井油层中。该类原油生物标志化合物特征不同于邻近凹陷所揭示的典型半深—深湖相和浅湖—半深湖相烃源岩，结合前人研究[15-16]，推测该类原油来源于恩平17洼南部文昌组下段半深—深湖相和浅湖—半深湖相烃源岩的混源。

第IV类原油为第2类和第3类原油的混源油，其同样含有较高丰度的C30-4甲基甾烷，双杜松烷含量中等，C30-4MSt／C29St为1.40～1.87，T／C30H为0.62～1.15。同时，该类原油与第II类原油在nC20—nC30正构烷烃单体碳同位素分布特征上存在显著差异。

3.2 天然气成因来源

北部隆起构造带N6-1和N6-2两口井共发现15层天然气藏，其中1层为烃类气藏，14层为CO2气藏。对其中7个层位天然气样品化验分析结果显示，5个天然气藏中CO2含量较高，摩尔含量为75.1%～96.8%，CO2同位素δ13C为-3.0‰～-8.7‰，稀有气体同位素3He／4He值为5.75～8.16（R／Ra），综合考虑天然气中CO2组分含量、CO2同位素特征以及稀有气体同位素组成特征[18-22]，认为N6油田所揭示的CO2气体主要是火山幔源型无机成因气（图4），依据二元复合模式[19]计算天然气样品中幔源所占份额为73%～97%。2个天然气以烃类气体为主，约占64.1%，以甲烷为主，甲烷含量为58.0%～58.5%，其次为乙烷，重烃含量较少；非烃气体以N2和CO2为主，CO2含量为7.79%～8.18%。烃类气体干燥系数约为70%，甲烷碳同位素δ13C为-43.46‰～-39.93‰，乙烷碳同位素δ13C为-29.2‰～-27.8‰，丙烷碳同位素δ13C为-28.6‰～-26.8‰，依据烃类气体组分及碳同位素标准图版[17-18，23]投点可知，该烃类气为混合有机质所生成的原油伴生气（图5）。

图4 N6油田CO2成因判识（底图据文献[19，22]）Fig.4 Identification of CO2 genesis in N6 oilfield（base map from references[19，22]）

图5 N6油田烃类气体成因判识（底图据文献[17，19]）Fig.5 Identification of hydrocarbon gases in N6 oilfield（base map from references[17，19]）

4 油气成藏过程

4.1 油气充注特征

4.1.1 天然气对油藏的次生改造作用

N6-1和N6-2井14个CO2气层中有9层在录井资料观察中可见丰富的原油荧光显示（图6），CO2气层岩石样品流体包裹体系统分析结果显示，粒间孔隙中检测到大量发蓝绿色荧光油浸染，同时石英颗粒裂纹中可见大量发黄绿色和蓝绿色荧光油包裹体。CO2稀有气体同位素以及天然气组分和同位素分析结果显示，该油田所发现的CO2气体主要是无机幔源型的无机成因气，该类型CO2主要通过基底深大断裂疏导输送上来，而进入早期已形成的油藏圈闭中，在浮力的作用下，低密度CO2对早期油藏圈闭中的高密度原油具有巨大的充注驱替作用，将原来油藏中的大量原油驱替出圈闭，最终占据整个油藏圈闭的空间，形成现今底部含少量原油的CO2气藏或纯CO2气藏（CO2充注驱油彻底干净时），从而形成现今CO2气藏原油显示较丰富的特征。

N6-1井原油样品全油色谱特征显示，该油田浅层韩江组原油遭受了一定程度天然气气侵改造作用，轻组含量明显增加（图7），而珠江组原油则遭受了一定程度天然气气洗改造，轻组分含量降低（图7），轻组分损失量约3.8%～14.0%。表明现今油藏形成之后发生过一期天然气充注，但受珠江组和韩江组储盖组合差异特征控制，形成现今上部和下部油藏遭受次生改造结果差异的特征。

图6 N6-1井CO2气层分布特征Fig.6 Distribution characteristics of CO2 gas reservoir in Well N6-1

4.1.2 流体包裹体特征

现今油气藏的分布及地化特征可以辅助判断油气充注之间的序次关系，但无法确定油气充注具体年龄。为解决油气充注时间及期次问题，本研究共采集样品27块进行系统流体包裹体分析，样品全部来自N6-1和N6-2井。本次试验所采用的荧光显微镜为Nikon 80I双通道荧光显微镜，紫外激发光为多色激发，激发波长为330～380 nm；显微荧光光谱仪为Maya 2000Pro光谱仪，适合检测直径≥2μm的油包裹体。

透射光和荧光薄片显微观察显示成岩阶段所捕获的油气和盐水包裹体主要分布在石英颗粒内裂纹、穿石英颗粒裂纹中、石英颗粒次生加大边及方解石胶结物中（图8）。包裹体荧光显微观察表明砂岩储层捕获发黄绿色和蓝绿色2种不同荧光颜色油包裹体。结合成岩序次结果来看，研究区至少发生过两期成熟油气充注，早期油包裹体主要发育在石英颗粒内裂纹以及早期方解石胶结物中中，晚期油包裹体主要发育在石英颗粒次生加大边及穿石英颗粒裂纹中，检测到的油包裹体以发蓝绿色和黄绿色荧光为主（图8、9）。

图7 N6-1井原油全油色谱特征Fig.7 Chromatographic characteristics of crude oil in Well N6-1

图8 恩平凹陷北部隆起构造带油气包裹体特征Fig.8 Characteristics of oil and gas inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

图9 恩平凹陷北部隆起构造带油包裹体成岩序次关系示意图Fig.9 Diagenetic sequence diagram of oil inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

研究区由于受幔源CO2热流体穿层流动形成了扰动性温度场，因此，需要对扰动性温度场进行校正[24]。结合油包裹体成岩序次关系和显微测温数据分析（表1），可以求取各期次油、气包裹体充注时间（图10）。综合考虑油藏次生改造作用和流体包裹体系统分析结论，认为北部隆起构造带油气充注表现为“两期油、两期CO2、一期烃类气”充注特征。第1期原油充注时间为13.8～7.7 Ma，第2期原油充注时间为4.9～0 Ma，CO2气体充注同样呈现两期充注特征，第1期充注时间为11.6～6.1 Ma，第2期充注时间为0.3～0 Ma，烃类气体充注时间为4.9～0 Ma。

表1 恩平凹陷北部隆起构造带油、气包裹体均一温度及成藏时间数据Table1 Homogenization temperature and charging time of oil and gas inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

图10 恩平凹陷北部隆起构造带油气包裹体充注期次及时间Fig.10 Filling period and time of oil and gas inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

4.1.3 两期原油充注特征

恩平北带原油存在密度差异较大的3类原油，第1类原油为轻质原油，平均密度为0.84 g／cm3，其生标特征表现为前文第II类特征，为第2期充注端原油；第2类原油为重质油，平均密度为0.94 g／cm3，其生标特征表现为前文第III类特征，为第1期充注端原油；第3类原油为中质油，平均密度为0.92 g／cm3，其生标特征表现为前文第IV类特征，存在两期充注。

前人研究结果显示[25]，在仅存在早期充注的重质原油气相色谱图上，可分辨组分较少，色谱基线UCM峰明显。在仅存在后期充注的轻质原油气相色谱图上，可检出大量可分辨组分，色谱基线平直，极少含UCM。在混合原油的色谱图上，既有相当数量可分辨的色谱峰，又有明显的UCM“鼓包”隆起，两者峰面积的大小取决于前、后两期充注原油的数量比率（图11）。因此，在配比混合实验的基础上，通过计算色谱峰和鼓包面积比值，便可获得油气充注比例与峰面积比值之间的关系。计算结果表明，恩平北带第1期充注量占比约为38.4%，第2期充注量约为61.6%，并且从N6-1井至N4-1井，第1期油充注比例逐渐增加为7%→49%→83%。

4.2 油气成藏模式

在上述油气地化特征分析基础之上，结合本地区油气成藏静态要素特征，总结出北带油气成藏模式：

图11 恩平凹陷北部隆起构造带不同期次充注原油全油色谱特征Fig.11 Oil Chromatographic characteristics of oil at different stages in the northern uplift structural belt of Enping sag

第1期油充注（13.8～7.7 Ma）时，南北两条油源断裂F3、F8活动较强，恩平17洼南部文昌组下段半深—深湖相和浅湖—半深湖相烃源岩生成的混源油顺着F3断面向浅层调节，沿着南部构造脊至N6、N5、N4油田韩江—珠江组储层中成藏，恩平17洼北部文昌组下段半深—深湖相烃源岩生成的原油顺F8断裂向浅层调节，沿着北部构造脊向N2、N3井储层中运移成藏（图12）。受断裂活动强度、切穿烃源岩部位及圈闭与断裂配置关系控制，南北构造带成藏规模差异明显。

第1期CO2充注（11.6～6.1 Ma）时，油源断裂F3活动较强，大量幔源无机CO2顺着沟源断裂调节至浅层，沿着南部构造脊向N6油田充注，并驱替N6-1和N6-2井第1期形成的珠江组油藏，驱替的混源油穿过N6-1和N6-2井控圈断裂沿着构造脊向N5和N4油田聚集成藏（图13）。

图12 恩平凹陷北部隆起构造带第1期原油成藏模式（剖面位置见图1）Fig.12 Oil accumulation model of the first stage in the northern uplift structural belt of Enping sag（see Fig.1 for location）

图13 恩平凹陷北部隆起构造带第1期CO2成藏模式（剖面位置见图1）Fig.13 CO2 accumulation model of the first stage in the northern uplift structural belt of Enping sag（see Fig.1 for location）

第2期油充注（4.9～0 Ma）时，南北两条油源断裂F3、F8持续活动，恩平17洼南部文昌组上段半深—深湖相烃源岩生成的原油顺着F3断面向浅层调节，沿着南部构造脊至各油田韩江—珠江组储层中成藏，并与早期形成的部分油藏发生混合，形成混源油，第2期原油充注储量占比为61.6%，并且沿着油气运移方向逐渐降低（图14）。

第2期油充注之后，N6油田形成的油藏遭受一期天然气改造，受韩江组和珠江组储盖差异影响，韩江组油藏遭受气侵作用明显，珠江组油藏遭受气洗作用明显。

图14 恩平凹陷北部隆起构造带第2期原油成藏模式（剖面位置见图1）Fig.14 Oil accumulation model of the second stage in the northern uplift structural belt of Enping sag（see Fig.1 for location）

5 油气勘探潜力

恩平凹陷北部隆起构造带紧邻富生烃洼陷恩平17洼，断裂活动期次与油气成藏期匹配关系较好。油气成藏模式表现为“南北洼双源供烃、断脊联控、两期油充注、CO2驱替、烃类气改造”的特征。由于北部隆起带整体含砂率较高，现所发现各个油层的最大烃柱高度都小于30 m，平均烃柱高度都小于15 m，证明大量的油气因为断层的侧向封堵性不好泄漏到断层的下降盘继续向北部往更高部位运移成藏。因此，对于北带而言，断裂封堵效果对圈闭能否富集成藏起主要控制作用。

研究区广泛分布的CO2为火山幔源型无机成因气，主要靠晚期的张性断裂输送上来。CO2运移严重受限于距离，因此，易于在靠近断裂的有利圈闭中富集，从而将已聚集的原油驱替出去，调整至附近具备良好圈闭聚集条件处形成油藏。正是因为CO2气体的改造作用，致使研究区临近生烃洼陷圈闭以第2期油气充注为主，而远距离圈闭以第1期油气充注为主。

因此，对于恩平凹陷北部隆起构造而言，圈闭有效性程度较高时，远离生烃洼陷区油气勘探需重点考虑第1期油气成藏关键时期，圈闭在古构造图上是否处于油气运移的优势路径之上。临近生烃洼陷区需重点考虑构造的含气性，若含气性较高，说明圈闭原油、天然气运移较活跃，油气富集成藏概率较大。

6 结论

1）油藏原油同位素及生物标志化合物特征分析表明，恩平凹陷北部隆起构造带存在四类原油：第I类原油主要来源于恩平17洼北部的文昌组半深—深湖相烃源岩；第II类原油主要来源于恩平17洼南部的文昌组上段半深—深湖相烃源岩；第III类原油来源于恩平17洼南部文昌组下段半深—深湖相和浅湖—半深湖相烃源岩的混源；第IV类原油为第II类和第III类原油的混源。N6油田所揭示的CO2气体主要是火山幔源型无机成因气，其中幔源所占份额为73%～97%。烃类气体为混合有机质所生成的原油伴生气。

2）恩平凹陷北部隆起构造带油气充注表现为“两期油、两期CO2、一期烃类气”充注特征，原油充注时间分别为13.8～7.7 Ma和4.9～0 Ma，其中第1期充注量占比约为38.4%，第2期充注量约为61.6%。CO2气体充注时间分别为11.6～6.1 Ma和0.3～0 Ma，CO2以早期充注为主，并对早期油藏驱替作用明显，烃类气体充注时间为4.9～0 Ma，并对晚期油藏进行次生改造作用。

3）研究区油气成藏过程表现为“南北洼双源供烃、两期油充注、断脊联控、CO2驱替、烃类气改造油藏”的特征。