珠江口盆地惠州凹陷惠东新区恩平组烃源岩生烃特征及成藏贡献*

刘 培 彭光荣 熊万林 杨兴业 王宇辰高 翔 杜晓东 韩 博

(1. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518054; 2. 中海石油深海开发有限公司 广东深圳 518054)

珠一坳陷为珠江口盆地北部一负向构造单元,整体呈北东向展布,为一狭长不规则长块,东南部与东沙隆起毗邻,西南部与番禺低隆起相邻,西接珠三坳陷,北部紧邻北部隆起带。受北东向断裂体系及北西向低凸起控制,珠一坳陷内部构造单元可自西向东划分为阳江凹陷、恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陆丰凹陷、韩江凹陷等6个凹陷,以及恩西低凸起、惠西低凸起、惠陆低凸起、海丰凸起4个正向构造单元[1](图1a)。惠州凹陷属于珠江口盆地珠一坳陷的次级构造单元,本次研究区惠东地区位于惠州凹陷东北部,发育洼陷包括惠州10洼、14洼、08洼、13洼和21洼(图1b)。

图1 珠江口盆地惠东新区构造位置(a、b)及地层分布特征(c)(据文献[2]修改)

惠州凹陷是珠江口盆地油气勘探的主战场,但不同地区地质条件和勘探程度差异显著。惠西地区为勘探成熟区,惠州凹陷已发现储量98%集中在惠西地区,在生产油田均集中于惠西地区[3-6],其各洼陷主力烃源岩均为文昌组半深—深湖相沉积,多缺少明显缓坡物源,以转换带轴向物源为主。惠东地区为勘探新区,目前仅钻探10口井,虽然有油气储量发现,但尚未取得商业突破,勘探及研究程度均较低。该地区除惠州10洼主要发育文昌组半深—深湖相烃源岩,其余洼陷主要发育恩平组三角洲—浅湖相烃源岩,以轴向物源为主。

惠州凹陷惠西地区以原油为主,仅在2020年发现了惠州26-6文昌组来源凝析气藏;惠东地区已发现储量呈现出油气均势的特征,气为凝析气藏,油为高气油比的轻质油藏,天然气在已有储量发现中占比较高,新区将是天然气勘探的重点区域。由于研究区缺乏针对恩平组烃源岩系统的研究,本次研究将从恩平组沉积时期构造、沉积响应特征入手,系统研究恩平组烃源岩生烃特征、成烃规模及成藏贡献,以期为三角洲—浅湖相烃源岩体系的勘探提供参考依据。

1 实验样品与方法

1.1 实验样品

实验样品包括泥岩、砂岩及原油样品3种类型。本文所涉及的烃源岩热压模拟实验所采用的是A9-1井恩平组湖相泥岩(TOC=1.63%,IH=279 mg/g,Ro=0.7%)。烃源岩分析样品主要来源于A8-1、A9-1、A9-2、B13-1、B14-1、B20-1井恩平组泥岩,共采集50个岩屑样品;原油样品源自A9-1、B20-3、C21-1、C21-7、D22-1,共8件样品;砂岩分析样品源自A8-1、A14-1、D21-6井,共10件砂岩岩屑样品。

1.2 实验方法

泥岩岩屑样品实验前需要处理,处理过程包括挑选及碎样,应用碳硫分析仪和热解仪进行烃源岩碳硫和岩石热解分析,分析仪器为CS 230碳硫分析仪;采用索氏抽提法,并用氯仿作为溶剂获取泥岩及砂岩样品中的氯仿沥青“A”,萃取的岩石氯仿沥青“A”及原油样品族组分分离采用柱色层法;饱和烃色谱分析采用仪器为安捷伦公司Agilent 7890 A气相色谱仪、6890 N和5973 C色谱-质谱仪,使用色谱柱均为石英弹性毛细柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),升温程序为柱始温度50 ℃,升温速率为4 ℃/min,柱终温度为300 ℃,恒温16 min,饱和烃色谱-质谱分析使用色谱柱为HP-5MS石英弹性毛细柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),升温步骤包括50 ℃恒定2 min,以15 ℃/min的速度升温至100 ℃,100 ℃至300 ℃的升温速率为4 ℃/min,温度到达300 ℃时保持恒温20 min。

本次烃源岩热压模拟实验采用半开放-半封闭实验方法,地质条件下烃源岩样品上覆地层压力和静水压力主要通过液压支柱和高压泵向反应釜腔体注水来实现,为了研究恩平组腐泥-腐植型烃源岩不同热演化阶段干酪根生排烃模式,热压模拟实验共设置8个温度点,温度点分别为250、300、350、375、400、450、500、550 ℃。实验结果包括总油产率、残留油产率、排出油产率、烃气质量产率和总产烃率。

2 恩平组构造沉积特征

惠东地区自下而上依次发育前古近系,古近系始新统文昌组、恩平组、渐新统珠海组,新近系中新统珠江组、韩江组和粤海组,上新统万山组及最上的第四系(图1c)。以恩平组顶界面T70为界,惠东地区具有“下陆上海”“下断上拗”的双层沉积构造特征,T70之下为断陷结构,属陆相环境沉积体系,T70之上为拗陷结构,属海相环境沉积体系[7-16]。同时受断陷活动“南早北晚”差异演化特征控制,惠东地区形成区别于其他地区的厚恩平薄文昌的沉积特征,厚层恩平组内三角洲—浅湖相烃源岩成为区内主要供烃层系。

2.1 构造沉积背景

珠一坳陷各裂陷幕洼陷结构特征均受控于基底先存北东、北西向断裂新生代差异活化。文昌期,在北西-南东向伸展应力背景下,北东向断裂强烈活化,北西向断裂局部活化并限定沉积中心的发育,形成文昌期洼陷裂陷轴主体呈现北东向展布(图2a)。恩平期,伴随应力场旋转,北西向断裂活化增强,与北东向断裂综合作用,左旋拉分成盆。受珠琼一幕文昌期形成的裂陷轴控制,珠一坳陷恩平期断陷作用自西向东、由南向北逐渐增强(图2b),形成惠东地区恩平期裂陷作用最强的盆地格局(图2c),恩平组最大沉积厚度可达3 000 m,且早恩平期相比晚恩平期裂陷作用更强[17-18]。

图2 珠江口盆地惠州凹陷构造迁移及地层发育特征

恩平组下段沉积时期(图3a),洼陷断裂活动性较强,断陷作用为主,水深盆窄。湖盆接受隆起区和洼陷中局部隆起供源,形成的三角洲规模相对较小,湖相沉积规模较大。恩平组上段沉积时期(图3b),洼陷断裂活动性减弱,拗陷作用为主,浅水广盆。湖盆主要接受北部隆起区供源,洼中局部隆起没入水下,该时期受物源输入以及湖盆地形控制,三角洲推进距离远、规模大,浅湖相沉积范围显著减小。

图3 珠江口盆地惠东新区恩平组沉积相模式

2.2 恩平组烃源岩发育模式

恩平组构造演化及沉积充填特征表明,恩平组沉积早期断陷作用较强,该时期的烃源岩类型以湖相泥岩为主,三角洲相的平原和前缘沼泽相发育相对较为局限。恩平组沉积晚期断陷作用弱,该时期的烃源岩类型以三角洲平原和前缘沼泽为主,湖相泥岩为辅。研究区已钻井所揭示的恩平组受辫状河三角洲物源体系影响明显,岩性组合上表现为砂泥互层(图4、5)。钻井揭示的恩平组烃源岩具有典型煤系烃源岩组合特征,包括煤、碳质泥岩和暗色泥岩。煤主要分布在恩平组上段,单层厚度为1～2 m,累计厚度3.6～50.0 m,湖相泥岩在恩平组上段和下段均有分布,单层厚度最大约18 m。

注:B14-1井、A8-1井、A9-2井皆未钻穿恩平组。

图5 珠江口盆地惠东新区不同相带烃源岩发育模式

3 恩平组烃源岩生烃特征及规模

3.1 烃源岩生物标志化合物特征

惠东地区钻井揭示的恩平组泥岩抽提物依据其生物标志化合物组合特征可划分为2种类型[19-25]：第1类为浅湖相泥岩(图6),该类泥岩惠东地区钻井揭示较少,该烃源岩生标特征为“一中五低”,中等姥植比,Pr/Ph=5.7,低C304-甲基甾烷、C19三环萜烷、Ts、奥利烷和T化合物,有机质来源中藻类和高等植物贡献均衡,沉积环境偏氧化,代表水体较浅的浅湖相沉积。

图6 珠江口盆地惠东新区恩平组泥岩生物标志化合物特征

第2类为三角洲相泥岩,该类泥岩惠东地区钻井揭示较多,该烃源岩生标特征为“两高四低”,高姥植比,Pr/Ph为7.48～8.33,高C19三环萜烷,长侧链三环萜烷系列以C19为主峰呈阶梯状分布,低C304-甲基甾烷、Ts、奥利烷和T化合物,有机质来源以高等植物为主,沉积环境偏氧化,代表水体较浅的三角洲-沼泽相沉积(图6)。

3.2 烃源岩有机显微组分

烃源岩成气、成油的控制因素主要取决于显微组分,尤其是陆源高等植物贡献明显的恩平组烃源岩。富氢组分高,则生烃总量高、生油性能好。富氢显微组分主要包括藻质体、孢子体、角质体、树脂体、木栓质体、树皮体、沥青质体和沥青渗出体等[26-31]。惠东地区沉积有机显微组分中,泥岩壳质组含量5%～20%,荧光无定形有机质含量15%～30%,倾气组分中镜质组含量10%～25%;煤的倾油显微组分中壳质组含量10%～25%,荧光无定形20%～30%,倾气组分中镜质组含量15%～30%,相比湖相泥岩,惠东地区煤壳质组及荧光无定形含量相对更高,干酪根荧光照片中亦可见丰富的镜质体及树脂体(图7),具有相对更好的生烃能力。

图7 珠江口盆地惠东新区恩平组有机屑组分特征

3.3 烃源岩生烃潜力及规模

如前文所述,惠东地区揭示的恩平组烃源岩组合特征与国内其他典型煤系盆地相似,主要包括泥岩、碳质泥岩和煤,恩平组烃源岩富氢组分含量较高,为腐泥-腐殖型。因此,本次恩平组烃源岩评价采用前人在本地区大量研究工作基础之上建立的图版[2,7,10,26],三类烃源岩岩石热解分析数据结果显示:暗色泥岩TOC均值为2.19%,氢指数平均值为185 mg/g,有机质类型为Ⅱ2型;碳质泥岩TOC均值为18.14%,氢指数平均值为296 mg/g,有机质类型为Ⅱ型;煤TOC均值为54.48%,氢指数平均值为281 mg/g,有机质类型为Ⅱ型(图8)。相比暗色泥岩,碳质泥岩和煤不仅具有相对更高的有机质丰度,而且氢指数更高、类型更好,转化率更优。

注:S1为游离烃;S2为热解烃。

由于惠东新区属于勘探新区,烃源岩的潜力评价至关重要。因此,本文选取典型泥岩样品进行半开放-半封闭体系热压模拟实验,8个温度点所测得的相关参数见表1。实验分析结果表明:①Ro值在0.9%～1.3%时,总油产率急剧增加,并在Ro为1.3%时达到顶峰,总油产率可达291.97 kg/t。原油产率降低发生在Ro为1.3%～2.5%时,并且在1.3%～2.0%时降幅最大,这种现象主要与高温阶段滞留油开始大量裂解有关,从而导致原油产率在1.3%～2.0%时迅速下降。②Ro为0.9%～2.5%时,总气产率表现为总体增加,其中在0.9%～1.5%时产率缓慢增加且平稳,在1.5%～2.5%时产率增加较大,进入主要产气阶段,Ro>2.5%时增长幅度极为有限,并在Ro为4.25%左右时,产气率最高达到156.97 kg/t。由于半封闭体系难以避免地存在原油裂解现象,因此本次研究获得的天然气产率在高温阶段,尤其是Ro值1.3%～2.0%区间内一定程度上会受到中等—过成熟阶段滞留油的裂解影响。

表1 惠东新区恩平组泥岩半开放-半封闭体系热压模拟实验产烃率数据

综上所述恩平组湖相泥岩具有“油气兼生、早油晚气”的特征(图9),在Ro值在0.9%～1.3%时,生油为主,生气为辅;Ro值位于1.3%～1.5%时,总油产率迅速下降,总气产率变化较小;在Ro大于1.5%时,总油产率持续以较大幅度下降,产油量减少,此时产气率迅速增加,进入主要产气阶段。

图9 珠江口盆地惠东新区恩平组泥岩产烃率

基于前文热压模拟实验,构建适合研究区的生烃动力模型后,对惠东新区恩平组资源潜力进行重新评估。热成熟度分析结果表明,恩平组烃源岩现今整体处于高成熟阶段,以生气为主,生油为辅。评估结果显示惠东新区恩平组原油地质资源量近3×108t,天然气资源量近500×108m3。

4 恩平组烃源岩成藏贡献

4.1 油气来源分析

惠东地区目前钻井揭示的流体类型主要有2种,一类为高气油比轻质油藏,该类型原油密度为0.83 g/cm3,原油成熟度约为0.8%,气油比为120～230 m3/m3(数据来源于A9含油构造);另一类为凝析气藏,反凝析出的凝析油密度为0.78 g/cm3,成熟度约为1.2%,气油比为2107～2845 m3/m3,气藏凝析油含量247～324 g/m3,属中高含凝析油气藏(数据来源于C21油田)。两类原油生物标志化合物特征与钻井揭示的恩平组三角洲—沼泽相烃源岩特征相似,具有“两高四低”的生标组合特征(图10)。C21-1井和B20-3井样品天然气组分分析结果显示(表2):天然气组分中烃类气占比高,含量大于95%烃类气中甲烷(CH4)含量占绝对优势,天然气重烃(C2+)含量在20%左右,天然气干燥系数为70%～80%。凝析油的轻烃特征结果显示,其烃源岩芳香族含量较高,认为该原油为以陆源有机质为主的烃源岩在成熟—高熟阶段所生成产物。结合前文地质认识、凝析油气地球化学分析结果,可以判断该类型凝析油气主要来源于恩平组烃源岩贡献(图11)。

表2 珠江口盆地惠东新区天然气及凝析气组分特征

图10 珠江口盆地惠东新区原油和砂岩抽提烃生物标志化合物特征

图11 珠江口盆地惠东新区凝析油成因判别

4.2 恩平组烃源岩成藏贡献

本研究所涉及到的混原油比例计算模型来源于前人进行的混原油配比实验[33],为讨论研究区不同构造的恩平组原油贡献比例,本次研究采用C304-甲基甾烷/C29规则甾烷×3绝对浓度比值。受恩平组沉积厚度及埋藏深度所控制,恩平组源岩体系贡献的油气藏仅在惠东地区有所发现,轻质油藏在平面上不同构造、纵向上不同层系均有分布,凝析气藏主要分布在邻近恩平组生烃中心的B20含油气构造和C21油气田。不同含油气构造原油、砂岩抽提烃生物标志化合物混源比例计算结果表明:B20含油气构造凝析油恩平组源岩贡献占比约90%,C21油田高含凝析油气藏中恩平组贡献约95%,A9、B14、D22、D21含油构造所发现油藏主要来源于恩平组源岩贡献。

5 勘探启示及有利区带

恩平组两类流体的分布特征表明,该类型源岩体系油、气生成量主要取决于恩平组烃源岩厚度及成熟度,实钻结果表明,恩平组烃源岩主体存在两期排烃,成熟油窗阶段以生成轻质原油为主,湿气阶段以生成凝析油藏为主。并且油气藏主体分布在临近油源断裂的构造中,源控特征明显。惠东研究区发育有惠州08、惠州27大型转换带,可形成大规模的辫状河三角洲沉积体系,易发育规模富集的甜点储层。惠州21洼成熟度最高,现今主体处于高熟—过熟阶段,以找凝析气为主,惠州14洼现今处于高熟阶段,可寻找轻质油藏和凝析气藏;惠州08洼成熟度较低,现今处于低熟—成熟阶段,以寻找轻质油藏为主。综合以上分析:惠东地区最有利油气勘探方向有2类:第1类为邻近烃源岩的深层恩平组圈闭,属于源内成藏,旁生侧储,如惠州08-14洼间隆构造带以及惠州21洼东南侧的鼻状隆起带;第2类为源-断-脊-圈匹配关系较好的中浅层珠江、珠海组圈闭,属于源外成藏,如惠州09鼻状断阶带(图12)。

图12 惠州凹陷基底及恩平组排烃强度叠合图

6 结论

1) 惠东地区除恩平组沉积早期裂陷阶段发育半深—深湖相沉积外,主体发育三角洲—浅湖相沉积。三角洲相烃源岩具有典型煤系烃源岩组合特征,包括煤、碳质泥岩和暗色泥岩,湖相烃源岩以暗色泥岩为主。

2) 恩平组烃源岩丰度中等—好,类型为Ⅱ型,具有“油气兼生、早油晚气”的特征,在Ro值在0.9%～1.3%时,生油为主,生气为辅;在Ro大于1.5%时,进入主要产气阶段。资源量计算结果表明,惠东地区恩平组资源潜力较大,原油地质资源量近3×108t,天然气资源量近500×108m3。

3) 受构造沉积背景及烃源岩演化程度控制,恩平组源岩体系贡献的油气藏仅在惠东地区有所发现。地化、地质综合分析结果表明,惠东新区最有利的勘探方向为邻近烃源岩的深层恩平组圈闭和“源-断-脊-圈”匹配关系较好的浅层珠江、珠海组圈闭。