琼东南盆地深水区宝岛21-1气田天然气来源及输导体系

尤 丽，权永彬，庹 雷，滕长宇，左高昆

［1. 中海石油（中国）有限公司 海南分公司，海南 海口 570312；2. 中国地质大学（武汉），湖北 武汉 430074］

琼东南盆地是中国南海北部重要的新生代沉积盆地，油气资源潜力丰富［1］。目前已在盆地浅水区崖南凹陷发现Y13大型气田［2］，在西区乐东-陵水凹陷深水区中央峡谷发现L17，L25 和L18 等大中型气田［3］，而东区松南-宝岛凹陷油气勘探仅发现了一批小型气藏［4］，且非烃气含量较高［5］，一直未获得规模性突破。近年来，通过对新采集三维地震资料和已钻井资料的再分析，重新认识了松南-宝岛凹陷的结构特征，在宝岛凹陷北坡识别出系列转换断阶带，并在“转换断阶控源、控储、控聚”模式认识的指导下，发现了中国首个深水、深层大气田——宝岛21-1 大气田，实现了宝岛凹陷30 年以来的最大突破［6-7］。研究表明，Y13 气田天然气来自崖城组海-陆过渡相烃源岩，具有圈闭形成早、储层物性好和盖层压力高的有利成藏条件［2］；中央峡谷气田天然气来自崖城组浅海相烃源岩，具有深部超压驱动、中部底辟输导、浅部砂体汇聚的天然气成藏模式［3］。本文通过与Y13 和中央峡谷L17，L25 等气田对比，分析宝岛21-1 气田的油气来源与充注期次，精细刻画了汇聚脊与断裂输导体系几何形态、活动性、活动强度特征，分析其对天然气富集的贡献，阐明油气运聚规律及运移路径，明确天然气富集模式，对琼东南盆地乃至南海北部及中南部天然气勘探具有重要意义。

1 区域地质概况

琼东南盆地是南海北部新生代盆地［1-8］，总体呈NE-SW 向展布，具有“东西分块、南北分带”的构造格局（图1a），自北向南依次分为北部坳陷、中部隆起、中央坳陷和南部隆起等一级构造单元，以及崖南凹陷、乐东凹陷、陵水凹陷、松南凹陷、宝岛凹陷、长昌凹陷、松南低凸起和陵南低凸起等二级构造单元［9］。盆地经历了断陷、断-拗、拗陷3期构造演化，具有“下断上坳”的双层结构［8］。断陷期沉积了始新统岭头组、渐新统崖城组，始新统发育陆相湖盆充填的生油源岩，渐新统崖城组沉积时期，沉积环境转变为障壁海湾及浅海相，发育研究区的主力烃源岩；断-拗转换期沉积了陵水组，以滨、浅海相沉积为主，发育大型辫状河三角洲或（扇）三角洲沉积；中新世以来，盆地进入拗陷阶段，主要表现为半深海-深海相沉积环境，沉积了中新统三亚组、梅山组和黄流组以及上新统莺歌海组、第四系乐东组［10］（图1b）。

图1 琼东南盆地构造单元、主要气田分布（a）与地层综合柱状图（b）Fig.1 Distributions of tectonic units and major gas fields（a） in， and composite stratigraphic column （b） of， the Qiongdongnan Basin

2 天然气地球化学特征与来源

2.1 天然气组分

天然气由烃类气和非烃气体组成，其组分特征是母质来源和热演化阶段的宏观反映。L17 气田天然气以烃类气为主（含量93.7 %～99.1 %），非烃气氮气含量0.3 %～6.0 %、CO2含量0.1 %～0.9 %；Y13 气田天然气中非烃气氮气含量0.1 %～4.7 %、CO2含量0.2 %～11.5 %，烃类气含量88.1 %～95.2 %；宝岛21-1 气田非烃气CO2含量7.1 %～52.1 %、氮气含量0.2 %～0.9 %，烃类气含量47.5 %～92.0 %。此外，Y13 气田和L17 气田烃类气以甲烷为主，含量分别为83.4 %～90.2 %和85.1 %～93.1 %，重烃含量分别为1.0 %～8.4 %和5.7 %～8.8 %，干燥系数普遍高于0.90，平均值分别为0.95和0.93。宝岛21-1气田烃类气中重烃含量相对较高，介于2.6 %～19.8 %，干燥系数0.83～0.95，平均值仅为0.89，为典型的凝析气，指示天然气具有不同的成因类型和母质来源。

2.2 天然气碳同位素

正常热成因天然气中烃类气的碳同位素随碳数的增加而变重［11］。不符合上述规律的天然气则存在同位素倒转，可能为不同成因类型、不同成熟度天然气混合或天然气次生改造作用等的结果［12］。Y13气田绝大部分样品碳同位素值符合δ13C1＜ δ13C2＜ δ13C3，仅1 个样品乙烷和丙烷之间存在同位素值倒转（图2a），这可能是因为混合了部分来自莺歌海盆地的天然气所致［13］；L17 气田不存在同位素值倒转，但部分样品甲烷碳同位素值显著负漂，乙烷碳同位素值没有异常（图2b），指示可能有少量生物气的贡献；宝岛21-1 气田天然气不存在同位素值倒转，烃类气为热成因气，天然气混合作用或次生改造作用不明显（图2c；表1）。

表1 琼东南盆地宝岛21-1气田古近系陵水组三段天然气组分和碳同位素数据Table 1 Composition and carbon isotopes of natural gas in the Baodao 21-1 gas field， Qiongdongnan Basin

图2 琼东南盆地已发现气田甲烷、乙烷和丙烷碳同位素Fig.2 Variations in carbon isotopes of methane， ethane， and propane across discovered gas fields in the Qiongdongnan Basin

乙烷和丙烷碳同位素在热演化过程中相对稳定，受次生影响较小，常作为天然气成因类型的重要指标。腐殖型有机质生成的天然气，乙烷碳同位素值通常大于-28 ‰、丙烷碳同位素值大于-26 ‰，而腐泥型有机质生成的天然气则与之相反。据统计，Y13 气田和L17 气田天然气碳同位素较重，乙烷碳同位素值分别介于-26.80 ‰ ～-24.40 ‰ 和-26.20 ‰ ～-23.50 ‰，丙烷碳同位素值分别介于-27.71 ‰～-22.90 ‰和-24.10 ‰～-21.60 ‰，具有典型煤型气特征；宝岛21-1 气田碳同位素明显较轻，乙烷碳同位素值介于-31.00 ‰～-28.40 ‰，丙烷碳同位素值介于-28.60 ‰～-25.40 ‰，与Y13 气田和L17 气田存在差异（图2），指示其具有腐泥型有机质的贡献。

2.3 油气源分析

2.3.1 烃源岩特征

琼东南盆地发育始新统岭头组湖相烃源岩与渐新统崖城组海-陆过渡相、陆源海相烃源岩［4］。始新统岭头组湖相烃源岩以丰富的4-甲基C30甾烷为主要特征，早期由Y9 井原油及B15 井砂岩抽提物间接揭示［14］，松西凹陷S32-6井钻遇始新统岭头组黑色泥岩70 m，总有机碳含量（TOC）为1.3 %～7.5 %、氢指数（HI）高达600 mg/g，证实了湖相烃源岩的存在。崖城组海陆过渡相烃源岩以丰富的双杜松烷和奥利烷为主要特征，指示大量陆源高等植物的贡献，主要发育在大型煤系三角洲［15-16］，该套烃源岩发育（炭质）泥岩和煤，TOC为0.4 %～98.5 %，HI小于300 mg/g ，Y13 气田主要来自该套烃源岩［13］。崖城组陆源海相烃源岩沉积在海侵环境，双杜松烷和奥利烷的含量相比于海陆过渡相烃源岩降低，C27规则甾烷等藻类来源生物标志化合物增加，表明陆源高等植物和水生藻类均有贡献［17］，该类烃源岩TOC普遍小于2.0 %、HI小于300 mg/g，中央峡谷L17气田被证实主要来自该套烃源岩［18］。

宝岛21-1 气田B21-1a 井揭示崖城组烃源岩TOC介于0.32 %～1.16 %，生烃潜量（S1+S2）在1.16～4.46 mg/g ，具有中等-好烃源岩特征（图3a），HI普遍大于200 mg/g，平均值为324 mg/g ，有机质类型为Ⅱ2-Ⅲ型（图3b）。干酪根碳同位素在热演化过程中较为稳定，是区分有机质母质类型的有效指标，Ⅰ型干酪根的母质类型以腐泥型为主，干酪根碳同位素值一般小于-28 ‰；Ⅲ型干酪根的母质以纤维素和木质素为主，碳同位素值一般高于-25 ‰；Ⅱ型干酪根碳同位素值介于Ⅰ型和Ⅲ型干酪根之间［17］。B21-1a井崖城组烃源岩干酪根碳同位素值介于-28.00 ‰～-25.00 ‰，且崖城组一段（崖一段）干酪根碳同位素相对偏重，其值介于-26.53 ‰～-25.54 ‰，崖城组二段（崖二段）和崖城组三段（崖三段）干酪根碳同位素值逐渐减小（图3c），指示其具有更多腐泥型有机质的贡献。

图3 琼东南盆地B21-1a井崖城组烃源岩总有机碳含量与生烃潜量（a）、最高热解峰温与氢指数（b）及干酪根碳同位素值与深度（c）关系Fig.3 Relationships between TOC content and hydrocarbon-generating potential （a）， between peak pyrolysis temperature and hydrogen index （b）， and between kerogen carbon isotopes and depth （c） for source rocks in the Yacheng Formation at well B21-1a， Qiongdongnan Basin

2.3.2 气-源对比

气-源对比分析表明，宝岛21-1 气田相比于来自崖城组海-陆过渡相烃源岩的Y13 气田和来自崖城组陆源海相烃源岩的L17气田，干燥系数更低，乙烷和丙烷碳同位素值更低，指示该地区崖城组烃源岩可能具有更多腐泥型有机质的贡献，这与崖二段和崖三段烃源岩具有较高的氢指数（图3b）和干酪根碳同位素值负漂（图3c）所揭示的地质意义相吻合。

一般认为，轻烃中甲基环己烷主要来自高等植物、木质素等腐殖型母质，二甲基环戊烷主要来自水生生物，而正庚烷可能来自细菌和藻类，也可能来自陆源高等植物链状类脂体，是富氢腐泥型母质的主要组成［19］；较高的奥利烷通常指示丰富的被子植物贡献，双杜松烷的前体的达玛树脂，主要来自被子植物树脂。宝岛21-1 气田陵水组三段（陵三段）凝析油轻烃分析，甲基环己烷含量在45 %～65 %，二甲基环戊烷介于15 %～40 %，正庚烷含量仅为10 %～25 %，指示其主要来自腐殖型有机质，腐泥型有机质亦有一定贡献。结合凝析油生物标志化合物参数对比（图4），Y13 气田具有高奥利烷/藿烷比值（Ol/C30H）、高姥鲛烷/植烷比值（Pr/Ph）和高双杜松烷（T）含量［T/（T+C30H）］，指示具有丰富的被子植物和树脂类的贡献，是崖城组海-陆过渡相烃源岩的产物；乐东-陵水凹陷中央峡谷L25气田和宝岛凹陷北部断阶带宝岛21-1气田具有高Ol/C30H 比值、中等双杜松烷（T）含量和低Pr/Ph比值特征，表明主要来自崖城组陆源海相烃源岩，相比宝岛21-1气田具有更低的Ol/C30H和Pr/Ph比值及双杜松烷（T）含量，表明陆源高等植物贡献相对减小，具有更多海相藻类的贡献，推测可能是松南-宝岛凹陷海侵时间较早，导致具有更多海相藻类的贡献。

图4 琼东南盆地宝岛21-1气田与已发现气田凝析油生物标志物特征对比Fig.4 Comparison of the biomarkers of condensates between the Baodao 21-1 gas field and other gas fields discovered in the Qiongdongnan Basin

3 天然气充注期次与输导体系配置

宝岛凹陷北部自西向东发育系列NE 向断裂组合［20］，分别控制形成宝岛19、宝岛21 和宝岛29 转换断阶带［6-7］。宝岛21-1 气田位于F12断裂和F12-1断裂夹持形成的宝岛21 断阶带，紧邻宝岛凹陷生烃洼陷，具有宝岛27、宝岛25 和宝岛21 三洼供烃、多期充注特点，发育源内大型构造-断面脊汇聚，及主控F12断裂、F12-1断裂与陵三段大型三角洲砂岩形成的高效输导体系，烃源-运聚条件优越［5-6］。

3.1 宝岛21构造具有三洼供烃、多期充注特点

宝岛21-1 构造紧邻宝岛27、宝岛25 和宝岛21 洼生烃洼陷，3 个洼陷现今处于成熟-高成熟阶段，其中宝岛27 洼成熟度最高，现今成熟度（镜质体反射率Ro）在1.2 %～3.6 %，宝岛21 洼成熟度相对较低，现今成熟度在1.2 %～1.6 %，宝岛25 洼居中（图5a）。储层包裹体观察显示，宝岛21-1 气田储层发育有黄色、蓝绿色和蓝白色包裹体，记录了多期油气充注的特点。其中，陵三段储层包裹体均一温度分布于60～110，120～150（主峰）和150～170 ℃（图5b），崖城组储层包裹体均一温度分布于80～90 ℃和140～170 ℃（主峰）（图5c），分别记录了早期低成熟烃类充注，充注时间在22.0～7.8 Ma；中期成熟烃类充注，充注时间在11.0 Ma 至今，为研究区主成藏期；晚期高成熟烃类含CO2的充注，充注时间约5.0 Ma 至今，发育3 期油气充注［5］，证实了研究区多洼供烃、构造脊+断裂+砂体有效汇聚-输导体系，同时也显示中-晚期断裂活动性及活动强度具有关键作用。

图5 琼东南盆地宝岛21-1构造古近系崖城组顶面现今成熟度与包裹体均一温度分布Fig.5 Present-day maturity on the top surface of the Yacheng Formation and the frequency distribution of inclusion homogenization temperatures in the Baodao 21-1 structure， Qiongdongnan Basin

3.2 宝岛21 构造发育构造-断面脊汇聚与多组沟源断裂组合输导

宝岛21-1 构造发育主控F12断裂和F12-1断裂夹持形成的大型构造脊，向西倾没于宝岛25 洼，南侧面向宝岛27 洼，北侧为宝岛21 洼，主控F12断裂和F12-1断裂中部发育断面脊特征，源内成熟的天然气可通过大型构造脊和断面脊高效汇聚（图6a），后沿沟源断裂运移聚集。具有主控F12断裂和F12-1断裂与凹陷内部密集的张性断裂等多组沟源断裂运移，F12断裂和F12-1断裂为主运移断裂（图6b）。F12断裂倾向呈SSE 或S 向，中段表现为凸面，东西两侧为凹面，剖面上呈铲式特征，向下深切至基底，延伸于莫霍面附近，向上终止于界面（陵水组顶面）以上沉积层，局部向上延伸较浅；F12-1断裂与F12断裂近平行分布，倾向为SSE 或S，中段整体为凸面，两侧整体为凹面，剖面上呈铲式，向下深切至基底并逐渐向F12断层接近，离莫霍面较远，向上整体终止于界面（梅山组顶面）附近；凹陷内部相对较为密集的张性断层，多数与F12/F12-1断裂倾向相同，向下终止于沉积盖层内部，向上整体终止于界面以下（图6b）。

图6 琼东南盆地宝岛21-1构造关键生排烃时刻古近系崖城组顶面构造与典型地震剖面图Fig.6 Structural map of the top surface of the Yacheng Formation during hydrocarbon generation and expulsion and a typical seismic profile showing the Baodao 21-1 structure， Qiongdongnan Basin

3.3 宝岛21-1构造主控断裂活动性及活动强度对天然气富集的贡献

断裂活动性分析表明，F12断裂在黄流组底界面和莺歌海组底界面断层落差呈中部高、两端低的特点，中部最高处分别接近140 m 和超过180 m，向两侧逐渐减小，最低处为0 m（图7a），在面最西端出现小高峰，峰值接近120 m，在面东、西两侧各出现一个小高峰，峰值分别约为105 m 和25 m；F12-1断裂在界面断层落差也呈中部高、两侧低的特点，中部最高处接近70 m，向两侧逐渐减小，最低处约为0 m，在界面基本为0 m（图7b）。综上分析，F12断裂在黄流组和莺歌海组沉积期至今中段活动最强、向两端减弱；F12-1断裂活动整体弱于F12断裂，黄流组沉积期活动强度呈中段最强、两端减弱的特点，在莺歌海组沉积期至今基本停止活动。

图7 琼东南盆地宝岛21构造主控断裂在和界面断层落差Fig.7 Throws of dominant faults at boundaries and of the Baodao 21 structure， Qiongdongnan Basin

沿F12断裂输导上来的天然气一部分向宝岛21 构造西块北侧运移，另一部分向东北侧凸起区运移，由于该断裂在莺歌海组沉积期还有活动，与晚期CO2充注时间相当，其影响区域CO2含量总体较高，在凸起区的B15 井揭示CO2含量高达97.0 %，宝岛21 构造西块北侧的B21-1c 井揭示CO2含量50.5 %；沿F12-1断裂输导上来的天然气一部分向宝岛21 西块主体构造运移，另一部分向宝岛21 构造东部运移，由于该断裂在莺歌海组沉积期基本不活动，受其影响的区域总体CO2含量相对较低，B21-1a 井和B21-1e 井揭示天然气中CO2含量小于30.0 %。

4 宝岛21-1 气田天然气富集模式及勘探启示

宝岛21-1 构造紧邻宝岛凹陷生烃主洼，具有宝岛27 洼、宝岛25 洼和宝岛21 洼三洼供烃，烃源岩成熟度高、生气强度大。由于宝岛凹陷海侵时间早于乐东-陵水凹陷，崖城组烃源岩海相藻类贡献更多，导致宝岛21-1 气田天然气碳同位素偏轻、干燥系数偏低。宝岛21-1 构造发育大型构造脊+断面脊汇聚，主控F12断裂和F12-1断裂晚期差异活动，与陵三段三角洲砂岩构成高效输导体系；上覆新近系和第四系海相泥岩厚度大、分布稳定，是良好的区域盖层。宝岛21-1 构造具有“紧邻生烃主洼，大型构造脊+断面脊汇聚，大型沟源断裂长期活动+三角洲砂岩配置输导”的天然气富集模式，为有利汇聚区，宝岛21-1大型气田的发现，证实了汇聚条件（图8）。向东的宝岛构造具有紧邻宝岛生烃洼陷，发育沟源断裂与砂体配置高效输导体系，具有相似天然气成藏富集模式，也是天然气有利聚集区域，是下步天然气勘探重点领域。

图8 琼东南盆地宝岛凹陷北部断阶带天然气富集成藏模式（剖面位置见图1a）Fig.8 Natural gas enrichment mode diagram in the fault terrace zone of the northern Baodao Sag， Qiongdongnan Basin

5 结论

1） 宝岛21-1 气田重烃含量高，干燥系数0.83～0.95，具有凝析气的特点。乙烷碳同位素值小于-28 ‰、丙烷碳同位素值基本小于-26 ‰，指示了崖城组陆源高等植物和腐泥型有机质的双源贡献，且相对于Y13 气田与中央峡谷气田，具有更多海相藻类的贡献。

2） 宝岛21-1 构造具有紧邻生烃主洼、多期油气充注特点，发育断裂-砂体配置输导，主控F12断裂和F12-1断裂为近平行铲式特征，呈中间凸、两侧凹特点，F12断裂晚期持续活动，F12-1断裂早期活动、晚期停止，对油气具有良好的汇聚-输导作用，也是其以烃类气为主、CO2含量总体低于北侧凸起区的重要原因。

3） 宝岛21-1 构造具有“紧邻生烃主洼，大型构造脊+断面脊汇聚，大型沟源断裂长期活动+三角洲砂岩配置的高效输导”天然气富集模式，是有利汇聚区，宝岛21-1 深水深层大型气田的发现，证实了烃源-运聚条件，东向的宝岛构造也是有利聚集区，是下步天然气勘探的重点领域。