海中凹陷涠洲组烃源岩特征及潜力分析

刘 峰，黄苏卫，张传运，杨鹏程，唐金炎，黄家琳

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

北部湾盆地是一个在中生代区域隆起背景下发育起来的新生代断陷沉积盆地，经历了古近纪张裂阶段和新近纪裂后热沉降阶段，具有明显的断坳双层结构；古近纪断陷期受3期幕式断陷活动影响，先后沉积了古新统长流组、始新统流沙港组和渐新统涠洲组，以湖相和河流相沉积体系为主[1]。中石化涠西探区位于北部湾盆地北部拗陷，主要涉及涠西南凹陷D洼以及海中凹陷的中部地区（图1）。多年勘探实践证实，涠西南凹陷A洼、B洼、C洼和D洼均为富生烃洼陷，始新统流沙港组为主要烃源岩层。始新统流沙港组沉积时期，涠西南和海中凹陷为统一湖盆，南部海中凹陷沉积中心受涠西南大断裂南段控制，最大沉积厚度超过3 000 m；渐新世时期，涠西南低凸起的强烈抬升和3号断层的剧烈活动将湖盆分割为涠西南和海中两个凹陷。同时，3号断裂的剧烈活动也使海中凹陷可容纳空间进一步增大[2]，沉积中心迁移至海中凹陷3号断裂下降盘，最大残留地层厚度超4 000 m[3-5]，湖盆继承性发育，具备发育烃源岩的沉积条件，发育一套潜在的烃源层系。目前，海中凹陷钻井较少，且主要揭示至渐新统。已钻井显示：涠洲组沉积早期，涠四段沉积半深湖相暗色泥岩；涠洲组沉积晚期，湖盆萎缩，湖沼相暗色泥岩发育，局部夹薄煤层。A井为目前海中凹陷唯一的油气突破井，油源对比结果显示其凝析油气具涠洲组和流沙港组烃源岩双重贡献特征[6-9]。本文以海中凹陷已被钻井所证实的涠洲组烃源岩为研究对象，进一步明确涠洲组烃源岩特征及其资源潜力，对海中凹陷有利区带优选有重要的指导意义。

图1 研究区位置图Fig. 1 Location of the study area

1 烃源岩地球化学特征

1.1 有机质丰度

从钻井资料统计结果（表1）来看，涠洲组暗色泥岩有机质丰度较流沙港组低[3]，总体达到中等丰度烃源岩标准[10]。涠四段以暗色泥岩为主，泥地比26.1%～90.9%，泥岩厚度160.5～355 m，有机碳含量平均0.69%，氯仿沥青“A”平均0.05%，总烃平均286.9×10-6，生烃潜力平均1.16 mg/g。其中，洼槽带主要为中等丰度烃源岩，具备一定生烃潜力，斜坡带烃源岩发育较差。涠三段泥地比38.8%～80.9%，泥岩厚度171～470.9 m，暗色泥岩有机碳含量平均0.97%，氯仿沥青“A”平均0.02%，总烃平均144.8×10-6，生烃潜力平均3.0 mg/g，洼槽带以中等丰度烃源岩为主，斜坡带烃源岩发育较差。涠二段、涠一段以暗色泥岩为主，并伴生少量碳质泥岩及煤层。涠二段泥地比14%～74.5%，泥岩厚度24～721.4 m，暗色泥岩有机碳含量平均4.11%，氯仿沥青“A”平均0.08%，总烃平均387.8×10-6，生烃潜力平均11.6 mg/g，有机质丰度评价为中等～好；涠一段泥地比6.3%～52.6%，泥岩厚度18～244.6 m，暗色泥岩有机碳含量平均0.83%，氯仿沥青“A”平均0.09%，总烃平均414.8×10-6，生烃潜力平均1.76 mg/g，有机质丰度评价为差-中等。

1.2 有机质类型

根据岩石热解快速定量评价（Rock-Eval）的氢指数（HI）与最高热解峰温（Tmax）关系，涠洲组有机质类型以Ⅱ2型为主，干酪根元素组成显示涠洲组样品也主要分布在Ⅱ2型区间（图2）。从烃源岩干酪根碳同位素（δ13CPDB）数据统计结果来看（表2），涠洲组烃源岩干酪根碳同位素主要集中在-26‰～-30‰，属II型干酪根。不同参数均显示涠洲组有机质类型以腐殖型（Ⅱ2型）为主。

从涠西探区烃源岩C27-C28-C29甾烷关系图 （图3）可以看出，涠洲组有机质来源与流沙港组的存在明显差异。一般来说，C27甾烷来源于水生浮游生物，C29甾烷来源于陆源高等植物，C28甾烷则主要来源于湖泊相有机物。流沙港组一段、二段烃源岩均显示出原始生烃母质具混合来源的特征，与流沙港组沉积时期的半深湖-深湖相环境相一致；涠洲组烃源岩以C29甾烷占主导，显示出陆源有机质（陆源高等植物）是主要的原始生烃母质，与渐新世湖盆萎缩阶段陆源物质供应增强的沉积背景相吻合。陆源高等植物输入的增加可能是海中凹陷涠洲组有机质类型偏腐殖型（Ⅱ2型为主）的重要原因。

1.3 有机质热演化特征

丰富的有机质是生成油气的物质基础，而有机质只有达到一定的成熟度才能开始大量生烃，镜质体反射率（Ro）常作为表征有机质成熟度的有效指标。结合北部湾盆地成熟区块勘探经验、中石化涠西探区D洼烃源岩热演化阶段划分结果[3]和海中钻井Ro实测数据（图4），对海中凹陷烃源岩热演化阶段进行初步划分。生烃门限深度是烃源岩干酪根开始大量生烃时对应的深度，在海中凹陷为2 600 m，对应镜质体反射率（Ro）为0.6%；排烃门限深度是烃源岩开始大量排烃时对应的深度，在海中凹陷为3 100m左右，对应镜质体反射率（Ro）为0.8%。海中凹陷烃源岩未熟阶段对应深度＜2 600 m，Ro＜0.6%；低熟阶段对应深度2 600～3 100 m，0.6%＜Ro＜0.8%，这个阶段烃源岩开始成熟，但生烃量不大，油气多为吸附状态，但尚未达到排烃门限；成熟阶段对应深度＞3 100 m，Ro＞0.8%，该阶段油气大量生成并排烃，产物主要为成熟油气。

表1 海中凹陷涠洲组烃源岩有机质丰度数据表Table 1 Organic matter abundance data of source rocks of Weizhou Formation in Haizhong Sag

利用TSM盆地模拟软件开展海中凹陷单井埋藏史和热史数值模拟，用以恢复涠洲组烃源岩的动态演化过程（图5）。B井位于海中凹陷洼槽带，地层整体较厚、埋藏较深，涠二段底部至涠四段地层现今埋深超过2 600 m。C井位于凹陷斜坡带，地层整体减薄、埋藏变浅，仅涠三段和涠四段地层现今埋深超过2 600 m。从烃源岩演化过程来看，洼槽带涠二段底部、涠三段和涠四段烃源岩分别在上新世、中中新世和渐新世末进入生烃门限；涠二段底部和涠三段烃源岩现今处于低熟阶段，生排烃量较小；涠四段烃源岩在中中新世以后进入成熟热演化阶段，开始大量生烃。斜坡带涠二段底部至涠四段烃源岩现今均处于低熟阶段，生排烃量规模较小。从烃源岩演化过程来看，涠洲组对海中凹陷的贡献主要来自洼槽带的涠四段烃源岩。

图2 涠洲组烃源岩有机质类型划分图Fig. 2 Classification of organic matter in Weizhou Formation source rocks in Haizhong Sag

表2 海中凹陷涠洲组烃源岩碳同位素（δ13CPDB）数据表Table 2 Carbon isotope of source rocks of Weizhou Formation in Haizhong Sag

图3 涠西探区烃源岩C27-C28-C29甾烷关系图Fig. 3 Correlation diagrams of C27-C28-C29（regular sterane）of Weizhou Formation source rocks in Haizhong Sag

图4 涠西探区烃源岩Ro与埋深关系图Fig. 4 Relationship between Ro and depth of source rocks in Weizhou exploration area

2 资源潜力

2.1 有效烃源岩分布

有效烃源岩在很大程度上控制着盆地内油气藏的分布。在暗色泥岩发育情况、有机碳丰度特征、烃源岩热演化程度研究基础上，结合生烃强度模拟结果，明确海中凹陷涠四段有效烃源岩分布范围（图6）。海中凹陷涠四段半深湖相暗色泥岩有机质丰度较高，且目前洼槽带地层整体埋深较大，普遍已经成熟，具备一定的生烃能力，也是现阶段海中凹陷唯一被钻井证实的有效烃源岩层系。涠四段有效烃源岩主要分布于海中凹陷洼槽带，受控于3号断层，呈近东西向展布，生烃中心位于3号断裂下降盘，生烃强度可达（1.5～5.0）×106t/km2。中石化探区（海中凹陷部分）北部位于涠洲组有效烃源岩发育区内，而南部的斜坡带和隆起区多位于涠洲组有效烃源岩发育区之外；探区内3号断裂下降盘紧邻生烃中心，生烃强度可达（1.5～4.5）×106t/km2，是探区内涠洲组源岩条件最有利的区带。

图5 海中凹陷典型井（左，B井；右，C井）埋藏史-热史图Fig. 5 Burial-thermal history curves of typical wells（left, Well B；right, Well C）in Haizhong Sag

图6 海中凹陷涠四段有效源岩生烃强度分布图（现今）Fig. 6 The contour map of hydrocarbon generation intensity of current effective soruce rocks in the Fourth Member of Weizhou Formation in Haizhong Sag

2.2 资源规模

海中凹陷周边均已有油气发现，其北边的涠西南凹陷更是目前北部湾盆地油气发现最丰富的地区之一。涠西南凹陷内的A、B、C和D四个次洼均已被证实为富生烃次洼，其中的D次洼位于中石化探区内，仅与海中凹陷一断之隔。海中凹陷与涠西南凹陷具有相似的地质资源背景，A井凝析气藏的突破[6-9]进一步证实海中凹陷同样具备较好的资源潜力。运用TSM盆地模拟软件，初步估算了涠洲组烃源岩的资源规模（图7）。海中凹陷涠洲组累计生烃量1 203.6×106t，其中累计生气量762.3×106t油当量，累计生油量441.3×106t；资源量方面，海中凹陷常规石油资源量66.24×106t，常规天然气资源量15.25×106t油当量，总地质资源量达到81.49×106t油当量。

图7 海中凹陷涠洲组生烃量（左）和资源量（右）分布图Fig. 7 Distribution of hydrocarbon generation quantity（left）and resources amount（right）of Weizhou Formation in Haizhong Sag

3 结论

（1）渐新世沉积时期，海中凹陷湖盆继承性发育，形成涠洲组烃源岩；涠洲组暗色泥岩有机质总体达到中等丰度烃源岩标准，有机质类型以腐殖型（Ⅱ2型）为主；海中凹陷洼槽带涠二段、涠三段以及斜坡带涠洲组烃源岩现今均处于低熟阶段，生排烃量规模较小；洼槽带涠四段烃源岩在中中新世以后进入成熟热演化阶段，开始大量生烃，是海中凹陷涠洲组主要烃源岩层。

（2）涠洲组是海中凹陷现有钻井相对完整揭示的烃源岩层系，总地质资源量达到81.49×106t油当量；涠四段有效烃源岩主要分布于凹陷洼槽带，呈近东西向展布，生烃中心位于3号断裂下降盘，生烃强度可达（1.5～5.0）×106t/km2；中石化探区内，3号断裂下降盘紧邻生烃中心，生烃强度可达（1.5～4.5）×106t/km2，是探区内涠洲组源岩条件最有利的区域，应作为下步勘探工作首选突破区带。