中国近海海域烃源岩和油气的分带性＊

李友川 邓运华 张功成

（中海油研究总院 ）

中国近海海域烃源岩和油气的分带性＊

李友川 邓运华 张功成

（中海油研究总院 ）

中国近海海域烃源岩和油气分布具有明显的分带性。烃源岩的分带性表现为“内带腐泥，外带腐殖”：内带主要为腐泥型的中—深湖相烃源岩，有机质主要来源于水生低等生物，陆生高等植物的贡献很少；外带烃源岩类型较复杂，有海陆过渡相煤系烃源岩、海相烃源岩和湖相烃源岩，以前二者为主，有机质主要来源于陆生高等植物，以腐殖型烃源岩为主。油气的分带性表现为“内油外气”：腐泥型烃源岩具有倾油性，因而内带以油为主，天然气主要为油伴生气；腐殖型烃源岩具有倾气性，因而外带以天然气为主，天然气主要为煤型气和凝析油伴生气，部分盆地或凹陷存在数量有限的原油。南海北部深水区处于外带，是天然气勘探的重要领域。

中国近海 烃源岩 油气分布 分带性 南海北部深水区

中国近海海域有10个盆地，截至2008年底，中国近海已累计发现石油地质储量近55×108m3，天然气地质储量约1.4×1012m3，其中探明石油地质储量30×108m3，探明天然气地质储量5600×108m3[1]。油主要集中在渤海湾盆地（海域部分）、珠江口盆地珠一和珠三坳陷及北部湾盆地；气主要集中在东海盆地西湖凹陷、珠江口盆地白云凹陷、琼东南盆地和莺歌海盆地，油和气在区域上的分布存在很明显的不均一性。烃源岩分析表明，中国近海海域不同类型烃源岩的分布具有明显的分带性，而烃源岩的分带性决定了中国近海海域油气分布具有明显的分带性，因此在不同类型烃源岩发育的盆地或凹陷找油找气应有所侧重。

1 中国近海盆地类型的差异性

中国近海盆地处于中国大陆东缘和南缘，中—新生代期间处于滨太平洋构造域[2]，经历了古近纪裂陷、早—中中新世热沉降、晚中新世以来的新构造活动期三大阶段。不同时期和同一时期不同区域的造盆作用有很大不同，从而形成了古近纪构造演化和沉积充填特征不同的两类盆地，进而在中国近海形成了2个坳陷带[3]（本文将这2个坳陷带称为内带和外带，内带一般紧邻陆地，而外带一般离陆较远）。

内带从北到南包括渤海湾盆地（海域部分）、南黄海盆地、珠江口盆地珠一和珠三坳陷、北部湾盆地，它们属于华北或华南大陆板块内的陆内裂谷盆地，箕状半地堑的湖相沉积为其基本沉积单元[3]。渤海湾盆地（海域部分）、珠江口盆地珠一和珠三坳陷、北部湾盆地主要裂陷期为始新世，分别沉积了沙河街组、文昌组和流沙港组湖相地层，但渤海湾盆地（海域部分）渐新世裂陷作用仍然强烈，渐新统东营组也发育湖相沉积。南黄海盆地从晚白垩纪开始裂陷，主要裂陷期为古新世，白垩系泰州组和古新统阜宁组以湖相沉积为特征。由此可见，中国近海内带盆地古近系均为陆相断陷沉积，主要烃源岩为湖相烃源岩（图1）。

外带主要包括东海盆地、珠江口盆地珠二坳陷、琼东南盆地和莺歌海盆地，这些盆地主要为叠合断陷盆地（图1），以坳陷型结构为主，古近系为陆相、海陆过渡相和海相沉积，而且主要地层是非陆相的，其中东海盆地和台西盆地古新统以及南海北部大陆边缘的珠二坳陷和琼东南盆地始新统均存在裂陷作用，形成一系列湖泊群[4]，但湖相沉积规模减小（与中国近海内带相比），其主要沉积单元是断拗期规模巨大的海陆过渡相和海相沉积。东海盆地西湖凹陷始新统平湖组、珠二坳陷渐新统恩平组和琼东南盆地渐新统崖城组均发育海陆过渡相煤系沉积，琼东南盆地和莺歌海盆地还发育厚度巨大的中新统海相沉积。由此可见，海陆过渡相煤系烃源岩和海相烃源岩是中国近海外带盆地主要烃源岩。

图1 中国近海新生代沉积盆地断陷类型与油气田分布示意图（据中国近海构造区划图修改）

因此，中国近海盆地结构存在明显的差异性，这种差异性决定了中国近海盆地烃源岩的差异性和分带性。

2 中国近海烃源岩的分带性

中国近海内带盆地或凹陷以湖相烃源岩为主，有机质主要来源于水生低等生物，有机质类型主要为Ⅱ1型，以生油为主；外带盆地或凹陷以海陆过渡相煤系烃源岩和海相烃源岩为主，有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型，以生气为主。不同类型烃源岩在区域上的分布表现出明显的分带性。

2.1 内带湖相烃源岩地球化学特征

2.1.1 有机质丰度高

渤海湾盆地（海域部分）发育沙河街组和东营组2套湖相烃源岩，沙河街组以沙三段烃源岩最为发育，东营组以东三段烃源岩最为发育。渤海海域沙三段烃源岩有机质丰度高（表1），有机碳（TOC）平均含量达到2.65%，热解生烃潜量（S1＋S2）平均含量达到17.91 mg/g，为渤海海域主要烃源岩。珠一和珠三坳陷文昌组及北部湾盆地流沙港组烃源岩TOC平均含量均大于2%，S1＋S2平均含量一般大于10 mg/g（表1），也具有很大的生烃潜力。南黄海盆地泰州组湖相泥岩有机质丰度较高，TOC平均含量达到1.06%，S1＋S2平均含量为4.39 mg/g；阜宁组四段烃源岩TOC平均含量达到1.83%，S1＋S2平均达到4.32 mg/g（表1）。总体而言，中国近海内带盆地湖相烃源岩主要属于很好烃源岩，但南黄海盆地烃源岩相对差一些，属于中等—好烃源岩。

表1 中国近海内带主要盆地或坳陷湖相烃源岩有机质丰度统计表

2.1.2 有机质主要来源于水生藻类

从古生物分析结果来看，渤海湾盆地（海域部分）沙河街组、珠江口盆地珠一和珠三坳陷文昌组及北部湾盆地流沙港组烃源岩均含有丰富的藻类以及藻类腐泥化形成的腐泥无定形体。渤海湾盆地为多旋回沉积盆地，从始新统沙河街组至渐新统东营组地层中藻类均很发育，沙河街组烃源岩富含多种陆相沟鞭藻（如渤海藻和副渤海藻），东营组烃源岩中主要富含绿藻；珠一和珠三坳陷文昌组烃源岩主要富含属于绿藻类的葡萄球藻，藻类在文昌组二、三段烃源岩中尤为发育；北部湾盆地流沙港组烃源岩主要富含百色藻，在流二段烃源岩中最为发育，流一段烃源岩中也较为发育（图2）。

浮游藻类化石数量在孢藻中的比例是反映古湖泊生物生产力的重要标志[5]。从中国近海内带盆地烃源岩有机质组成来看，各盆地湖相烃源岩中藻类含量丰富，藻类占孢藻总量的平均值介于38%～56%之间（表2），说明中国近海内带始新世湖泊具有很高的生物生产力。另外，沉积物中碎屑有机质在某种程度上也能反映生物生产力，尤其是腐泥无定形有机质，因为它们主要来源于水生藻类，其含量往往与浮游植物发育和缺氧的底部水体有关，特别是与具有高生产力区域的底部水体有关。中国近海内带盆地湖相烃源岩中无定形有机质含量高，一般大于65%（表2），并且主要为腐泥无定形体，同样说明中国近海内带始新世湖泊具有高的生物生产力，水生藻类是有机质的主要来源。干酪根镜检结果表明，中国近海内带盆地湖相烃源岩中来源于陆生高等植物的镜质组和惰性组含量一般小于19.5%（表2），高等植物来源的有机质较少。从烃源岩热解分析结果来看，中国近海内带盆地湖相烃源岩有机质类型主要为Ⅱ1型，也有部分Ⅰ型和Ⅱ2型（图3），是以生油为主的烃源岩。因此，烃源岩的有机质类型决定了中国近海内带盆地以油为主、天然气为辅的油气分布特征。

图2 中国近海内带主要盆地始新统湖相烃源岩藻类组成与分布

表2 中国近海内带主要盆地或坳陷烃源岩有机质组成特征

图3 中国近海内带主要盆地湖相烃源岩IH与Tmax关系图

2.2 外带海陆过渡相和海相烃源岩地球化学特征

2.2.1 有机质丰度较高

中国近海外带盆地主要烃源岩为海陆过渡相和海相烃源岩。海陆过渡相烃源岩为海侵或海退期形成的一套由煤、碳质泥岩和泥岩组成的煤系烃源岩，其发育主要与三角洲平原沼泽、河湖沼泽和海岸平原沼泽相关。钻井揭示，东海盆地西湖凹陷平湖组、珠江口盆地恩平组和琼东南盆地崖城组均有海陆过渡相煤系烃源岩发育。西湖凹陷西部斜坡单井揭示的平湖组煤层累计厚度最大可达75.8 m，很多钻井揭示平湖组煤层累计厚度均在30 m以上。煤系烃源岩中的煤和碳质泥岩普遍具有较高的有机质丰度，各盆地或凹陷煤TOC平均含量大于50%，S1＋S2平均含量一般在100 mg/g以上；碳质泥岩TOC平均含量介于17%～20%之间，S1＋S2平均含量介于44～56 mg/g之间（表3），具有很强的生烃能力。同时，煤系烃源岩中广泛发育的煤系泥岩也具有较高的有机质丰度（表3）。因此，海陆过渡相煤系烃源岩是中国近海外带盆地的主要烃源岩类型。此外，中国近海外带各盆地还广泛发育第三系海相沉积，丽水凹陷灵峰组、珠二坳陷珠海组及莺歌海盆地梅山组海相泥岩均具有较高的有机质丰度（表3），它们是这些盆地或凹陷的主要烃源岩或重要烃源岩。

表3 中国近海外带主要盆地或坳（凹）陷烃源岩有机质丰度统计表

2.2.2 有机质主要来源于陆生高等植物

孢粉分析表明，中国近海外带盆地海陆过渡相和海相烃源岩中藻类占孢藻的比例很低，一般低于5%（表4），反映古水体生物生产力较低。从干酪根镜检结果来看，除珠二坳陷恩平组泥岩中无定形体平均含量接近30%以外，中国近海外带其它盆地或坳陷海陆过渡相和海相烃源岩中无定形体的含量普遍低于10%，主要有机显微组分为镜质组和惰性组，如西湖凹陷平湖组和琼东南盆地崖城组泥岩中镜质组和惰性组的含量大于80%。莺歌海盆地海相泥岩中镜质组和惰性组含量稍低，但壳质组含量很高（表4）。因此，中国近海外带盆地海陆过渡相和海相烃源岩有机质主要来源于陆生高等植物，水生藻类的贡献很少，有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型。

表4 中国近海外带主要盆地或坳（凹）陷烃源岩有机质组成特征

中国近海外带盆地或坳（凹）陷主要烃源岩氢指数普遍偏低。西湖凹陷平湖组煤的氢指数高于碳质泥岩和泥岩，一般介于200～400 mg/g，有机质类型主要为Ⅱ2型；碳质泥岩氢指数介于200～300 mg/g，有机质类型主要为Ⅱ2型；泥岩氢指数小于200 mg/g，有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型。珠二坳陷恩平组海陆过渡相烃源岩样品点非常分散，但绝大多数样品的氢指数小于200 mg/g，少数样品的氢指数介于200～400 mg/g之间，有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型；珠二坳陷珠海组海相烃源岩样品点比较集中，氢指数主要集中于200～300 mg/g，有机质类型主要属于Ⅱ2型。琼东南盆地崖城组煤系中的煤和碳质泥岩氢指数一般介于150～300 mg/g，有机质类型主要为Ⅱ2型，而泥岩氢指数普遍低于200 mg/g，有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型；莺歌海盆地梅山组海相烃源岩氢指数普遍小于150 mg/g，有机质类型主要为Ⅲ型，少数为Ⅱ2型（图4）。由此可见，中国近海外带盆地或坳（凹）陷海陆过渡相和海相烃源岩的有机质类型主要为Ⅱ2和Ⅲ型，是以生气为主的烃源岩。但是，中国近海外带盆地或坳（凹）陷海陆过渡相煤系烃源岩中含有比较丰富的壳质组，如树脂体、孢子体和角质体等富氢显微组分[6－7]，这些富氢壳质组分在烃源岩成熟的早期阶段具有生成液态烃的能力[6]，可能存在一定数量的轻质油。

图4 中国近海外带主要盆地烃源岩IH与Tmax关系图

3 中国近海油气分布的分带性

油气勘探成果表明，中国近海主要富油气盆地探明的石油地质储量与天然气地质储量之比存在显著差异（表5），说明中国近海油和气的分布极不均一。中国近海内带的渤海湾盆地（海域部分）、珠江口盆地珠一、珠三坳陷和北部湾盆地以油为主，而外带的东海盆地、珠江口盆地珠二坳陷、琼东南盆地和莺歌海盆地则以气为主（图1）。油源研究表明，中国近海油气分布的分带性明显受控于烃源岩的分带性。

表5 中国近海主要富油气盆地已发现的石油与天然气的比例关系

3.1 内带油源分析

渤海海域发育沙四段、沙三段、沙一段和东下段等4套湖相烃源岩，前人对各套烃源岩的生物标志化合物特征做了比较全面的研究，认为东下段烃源岩三芳甾烷/三芳甲藻甾烷值普遍较高，沙一段烃源岩伽马蜡烷含量总体较高，而沙三段烃源岩则以C304－甲基甾烷含量普遍较高为特征[8－9]。同样，珠江口盆地珠一和珠三坳陷文昌组烃源岩含有丰富的C304－甲基甾烷[10－11]；北部湾盆地流沙港组烃源岩也含有丰富的C304－甲基甾烷[12]。由此可见，C304－甲基甾烷在中国近海内带盆地始新统湖相烃源岩中含量丰富，是重要的油源对比指标。

对原油的地球化学研究表明，渤海海域原油具有多种来源，既有沙一段烃源岩生成的原油，也有东下段烃源岩生成的原油，但以沙三段烃源岩生成的原油为主[12]，原油中普遍含有较为丰富的C304－甲基甾烷（图5）。同样，珠江口盆地珠一坳陷和北部湾盆地原油中也普遍含有丰富的C304－甲基甾烷，油源分别以文昌组湖相烃源岩和流沙港组湖相烃源岩为主（图5）。由此可见，中国近海内带盆地原油主要来源于藻类含量丰富的始新统湖相烃源岩。

图5 中国近海内带主要盆地始新统湖相烃源岩生成的原油的生物标志化合物特征

3.2 外带油气源分析

东海盆地西湖凹陷主要烃源岩为平湖组海陆过渡相煤系烃源岩，有机质主要来源于陆生高等植物，煤系烃源岩中含有丰富的四环二萜类化合物，包括海松烷、扁枝烷、贝壳杉烷等（图6）；西湖凹陷原油和凝析油中同样含有丰富的四环二萜类化合物，与平湖组海陆过渡相煤系烃源岩具有很好的对比性，说明西湖凹陷原油和凝析油主要来源于富含陆生高等植物有机质的平湖组烃源岩。

珠江口盆地珠二坳陷和琼东南盆地的油源已有较多研究，珠二坳陷原油和凝析油主要来源于恩平组烃源岩[13]，也有珠海组海相烃源岩的重要贡献[14]；琼东南盆地凝析油主要来源于崖城组烃源岩[15]。珠二坳陷恩平组及琼东南盆地崖城组海陆过渡相烃源岩的最典型生物标志化合物特征是含有丰富的来源于陆生高等植物的双杜松烷或奥利烷等（图7），珠二坳陷原油、凝析油及琼东南盆地凝析油生物标志化合物特征与它们具有很好的相似性，因此，该区原油和凝析油主要来源于以陆生高等植物有机质为主的海陆过渡相烃源岩和海相烃源岩。

东海盆地西湖凹陷、珠江口盆地白云凹陷、琼东南盆地和莺歌海盆地天然气主要为煤成气和凝析油伴生气（图8）。叶军等[16]对西湖凹陷天然气地球化学特征的研究表明，西湖凹陷天然气主要来源于平湖组烃源岩。珠江口盆地珠二坳陷、琼东南盆地和莺歌海盆地的气源研究表明，珠二坳陷天然气主要来源于恩平组烃源岩[13]；琼东南盆地崖城13－1气田天然气主要来源于崖城组烃源岩[15]；莺歌海盆地天然气主要来源于梅山组烃源岩[17]。西湖凹陷平湖组、珠二坳陷恩平组和琼东南盆地崖城组的烃源岩主要为海陆过渡相烃源岩，其有机质主要来源于陆生高等植物；即使莺歌海盆地梅山组海相烃源岩，其有机质也主要来源于陆生高等植物。这就不难理解为什么外带天然气主要为凝析油伴生气和煤成气了。

值得关注的是，南海北部深水区虽然属于中国近海外带，但与其它外带盆地相比较，具有2个明显的特征：一是烃源岩层系多，分布广；二是大地热流值高，具有高地温场特征。

南海北部深水区盆地为非典型被动大陆边缘盆地，经历了裂陷早期湖相沉积、裂陷晚期海陆过渡相沉积和拗陷期海相沉积，分别形成了裂陷早期湖相烃源岩、裂陷晚期海陆过渡相烃源岩和拗陷期海相烃源岩，其中主要烃源岩为海陆过渡相烃源岩。南海北部海陆过渡相烃源岩主要指珠二坳陷恩平组烃源岩和琼东南盆地崖城组烃源岩，恩平组和崖城组孢粉组合以松粉－榆粉组合和泪杉粉－双沟粉组合为特征，反映气候较热且湿润。在恩平组和崖城组沉积时期，山区发育以泪杉为主的热带、亚热带山地雨林和山地针叶林，低地和低山有较大范围的热带雨林[18]，为沼泽相煤系烃源岩的发育奠定了很好的物质基础；湖泊沼泽、海岸平原沼泽、三角洲平原沼泽、河流平原沼泽和扇三角洲沼泽分布较为广泛。白云西洼PY33－1－1井钻井揭示滨岸沼泽和河流沼泽相沉积中均有煤层发育[18]；琼东南盆地钻井揭示的崖城组煤层累计厚度可达16.84 m，煤系地层中的煤、碳质泥岩和暗色泥岩是重要的气源岩。白云凹陷恩平组除发育沼泽相煤系烃源岩外，暗色泥岩也很发育。恩平组沉积时期，白云凹陷为珠二坳陷的汇水中心，发育较深的湖相沉积，恩平组泥岩不仅有机质丰度较高（表3），而且有机质组成中含有较高的腐殖无定形体，其含量明显高于外带其它盆地或凹陷（表4），其原因在于白云凹陷不仅有机质来源丰富（仍以陆生高等植物为主），而且水体较深的湖相沉积环境具有较强的还原性，有利于高等植物有机质的腐殖化和有机质的保存，为烃源岩形成创造了有利条件。恩平组湖相泥岩大多以Ⅱ2型有机质为主，不仅有很强的生气能力，而且有较强的生油能力。除煤系烃源岩，珠二坳陷珠海组还发育有机质丰度较高、分布范围很广的海相烃源岩，珠海组海相泥岩TOC平均含量达1.16%，有机质类型主要为Ⅱ2型，同样具有较大的生烃潜力[6]。

另外，南海北部陆坡深水区现今地温场具有“热盆”特征，表现为大地热流高、地温梯度高。南海北部浅水区大地热流值平均为66±9.8 m W/m2，深水区大地热流值平均为77.5±14.8 m W/m2，最大热流值达121 m W/m2。钻井揭示，地温梯度在浅水区为3.66±0.6℃/100 m，在深水区为3.91±0.74℃/100 m。高热流和高地温特征不仅加速了该区烃源岩的生烃作用，而且使多套烃源岩以生气为主，但珠江口盆地珠二坳陷与琼东南盆地的生烃特征存在差异[6]。高地温除了促进烃源岩的生烃作用外，同时能够加速烃源岩中残留烃的裂解，使烃源岩中富氢有机质最大限度地裂解生成天然气，提高了烃源岩的生烃效率和生烃能力，对南海北部深水区天然气的生成具有重要意义。南海北部深水区的白云凹陷目前探明＋控制天然气地质储量超过1000×108m3，石油约3000×104m3，琼东南盆地深水区天然气勘探已获得重大突破，展示了良好的油气勘探前景。

4 结论

（1）中国近海海域可分为邻近陆地的内带和远离陆地的外带，内带和外带烃源岩存在显著差异，内带以中—深湖相烃源岩为主，有机质主要来源于水生低等生物，有机质类型主要为Ⅱ1型，主要生油；外带以海陆过渡相煤系烃源岩和海相烃源岩为主，有机质主要来源于陆生高等植物，有机质类型主要为Ⅱ2型和Ⅲ型，主要生气。

（2）受烃源岩分带性的控制，中国近海油和气的分布具有很强的分带性，内带以油为主，而外带以气为主。

（3）中国近海内带的渤海湾盆地（海域部分）、珠一和珠三坳陷及北部湾盆地是中国近海重要的石油产区，而中国近海外带的东海盆地、珠二坳陷、琼东南盆地和莺歌海盆地，尤其是南海北部深水区是天然气勘探的重要领域。

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Zoned distribution of source rocks and hydrocarbon offshore China

Li Youchuan Deng Yunhua Zhang Gongcheng
（CNOOC Research Institute，Beijing，100027）

There are clear zonations in distribution of source rocks and hydrocarbon offshore China.For the source rocks，this zonation is characterized by inner sapropel and outer humics.The inner zone is predominated by the sapropel type of source rocks deposited in middle－deep lakes，with its organic matter mainly from aquatic organisms and rarely from terrestrial higher plants.The outer zone contains several types of source rocks，such as transitional facies of coal measures，marine facies and lacustrine facies，but the first two types comprise most of the source rocks and their organic matter is mainly humic type from terrestrial higher plants.The zonation in hydrocarbon distribution is characterized by“inner oil and outer gas”，because the sapropel type of source rocks is oil－prone in the inner zone，and the humic type of source rocks is gas－prone in the outer zone.The gas accumulations are predominated by coal－related gas and associated gas with condensate，and limited oil may exist in some basins and depressions.As a part of the outer zone，the deep－water region in the northern South China Sea is an important area for gas exploration.

Offshore China；source rock；hydrocarbon distribution；zonation；the deep－water region in the northern South China Sea

＊国家重点基础研究发展规划项目（973）“南海深水盆地油气资源形成与分布基础性研究”（2009CB219400）部分研究成果。

李友川，男，高级工程师，1993年获中国地质大学（北京）硕士学位，现从事油气地球化学研究工作。地址：北京市东城区东直门外小街6号（邮编：100027）。电话：010－84525325。E－mail：liych＠cnooc.com.cn。

2011－08－15改回日期：2011－09－27

（编辑：周雯雯）