涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩生烃潜力评价

2018-10-15刘海钰姜应德胡晨晖

西安石油大学学报（自然科学版） 2018年5期

庹雷，刘海钰，张毅，姜应德，胡晨晖

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司南海西部石油研究院，广东湛江 524057)

涠西南凹陷包括A、B、C三个主要次洼，目前已发现的油气大多都来源于A、B两个洼陷，仅涠西南低凸起西侧发现的少量油气来自于C洼。涠西南凹陷A洼、B洼的勘探程度相对较高，主力烃源岩流沙港组的生烃潜力已经得到了证实。相对于A洼和B洼，C洼的勘探程度稍低，是涠西南凹陷下一步勘探的重要领域。前人已在涠西南凹陷的沉积层序、烃源岩发育机理、油气来源以及成藏条件等方面作了大量的研究[1-14]，并取得了一定成果，但总体上着眼上于整个凹陷，偏重于油气发现较多的A洼、B洼，对C洼的研究较为缺乏，不能满足现今勘探的需求。本文综合运用最新的地质、地球物理资料，通过地球化学分析方法及盆地模拟技术，系统地对涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩生烃潜力进行了评价。

1 区域地质背景

涠西南凹陷位于北部湾盆地的北部，为一“北断南超”的箕状断陷，呈北东东向展布，其北部边界为涠西南大断裂，南部边界为企西隆起及涠西南低凸起(图1)。凹陷主要经历了古近纪的断陷阶段和新近纪的坳陷阶段，自下而上发育古近系的长流组、流沙港组、涠洲组，新近系的下洋组、角尾组、灯楼角组、望楼港组以及第四系的斜阳组(图2)。其中流沙港组为断陷阶段沉积的厚层湖相泥页岩，为区域的烃源岩层，是本次研究的主要目的层[15-18]。根据凹陷构造演化研究，流沙港组二段沉积时期，C洼与A、B洼为同一个洼陷，在涠洲组沉积时期，二号断层剧烈活动，凹陷才被分割成3个次一级生烃洼陷[2]。因此，早期C洼应该与A、B洼具有类似的烃源岩发育背景，后期由于构造演化及埋藏史的差异才导致了成烃演化的东西分异，从构造背景来看，C洼具有发育优质烃源岩的地质条件。

图1 涠西南凹陷生烃次洼分布Fig.1 Location of hydrocarbon kitchens in Weixinan depression

图2 涠西南凹陷综合地质柱状图Fig.2 Generalized geological section of Weixinan depression

2 地质及地化特征

目前，涠西南凹陷C洼周缘已有8口井钻遇流沙港组地层(井点位置见图1)，流沙港组三段主要为滨浅湖沉积，岩性以浅灰色细砂岩、含砾细砂岩夹灰色、杂色泥岩为主，顶部见黑褐色油页岩；流沙港组二段沉积了厚层的中深湖相褐灰、暗黑色泥页岩、油页岩；流沙港组一段以滨浅湖的砂泥不等厚互层沉积为主。整个流沙港组沉积时期是涠西南凹陷湖盆发育的鼎盛时期，沉降速率大，整体处于欠补偿环境，有利于有机质的沉积和保存[1-2]。值得注意的是C洼周缘部分井在流二段和流三段钻遇了较厚的油页岩，其中WX-9井录井岩性显示流一段油页岩56 m，流二段油页岩31.5 m，流三段油页岩9 m，WX-8井在流二段钻遇油页岩19.5 m，C洼东南角的4口井(W-1、W-2、W-3、W-6)也有钻遇。前人研究已经证实油页岩为A洼、B洼的重要烃源岩之一[13-14]，因此，有理由相信这些油页岩将会是C洼生烃潜力的重要补充。不仅在钻井上揭示了油页岩，在地震剖面上同样可以识别出C洼连续展布的油页岩，其在地震剖面上的特征同A洼、B洼一样，显示为低频率、高连续、强振幅的地球物理特征(图3)。从C洼流沙港组厚度图来看，C洼中心最厚可达1 500 m，边缘也有将近500 m的沉积(图4)。因此，C洼烃源岩规模不容小觑。

2.1 有机质丰度与类型

图3 过C洼近南北向地震剖面Fig.3 Near north-south seismic profile across Cs ubsag

图4 涠西南凹陷C洼流沙港组地层厚度Fig.4 Stratigraphic thickness chart of Liushagang Formation in C subsag of Weixinan depression

优选上述8口井(井点位置见图1)的岩心、岩屑样品共246个，进行有机地球化学分析，分析结果显示：涠西南凹陷C洼流沙港组泥岩、油页岩整体有机质丰度高、类型好，为优质烃源岩。从有机碳的含量来看，流二段、流三段油页岩最高，分布范围窄，TOC质量分数平均值分别高达7.24%和6.16%，根据陆相烃源岩评价标准[15]，均为优质烃源岩。流二段泥岩和流三段泥岩有机碳含量较高，流二段泥岩TOC质量分数分布于1.34%～8.55%，均值为2.69%，流三段泥岩TOC质量分数分布范围略大，介于0.30%～7.14%，均值可达2.20%，同为优质烃源岩。相比之下，流一段泥岩有机碳含量略低，TOC质量分数为0.23%～5.07%，均值1.76%，达到了好烃源岩级别。岩石热解生烃潜量(S1+S2)同样显示流二段、流三段油页岩高，平均值分别高达38.90 mg/g和27.60 mg/g，达到优质烃源岩标准，流二段泥岩平均9.93 mg/g，流三段泥岩平均为9.34 mg/g，流一段泥岩平均为6.71 mg/g，达到好的烃源岩标准。可溶有机质氯仿沥青“A”和总烃含量以油页岩占绝对优势，流二段泥岩其次，流三段、流一段泥岩略差(表1、图5)。

图5 涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩有机碳与生烃潜力交汇图Fig.5 Intersection diagram of organic carbon and hydrocarbon potential of Liushagang Formation in the C sag of Weixinan depression

表1 涠西南凹陷C洼烃源岩有机质丰度Tab.1 Statistics of organic matter abundance of hydrocarbon source rocks in C subsag of Weixinan depression

在镜下观察发现，涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩绝大多数样品含有多种藻类化石(包括非海相沟鞭藻、绿藻和各类球藻等)及无定形腐泥，另外,镜下还可看到一些棱角分明、边界清楚的纤维体及壳质体，反映这种湖相烃源岩物质来源的非单一性。古近纪北部湾盆地处于热带-亚热带较为湿润的气候条件下，这类古湖的陆源输入是十分活跃的。陆源输入不仅为沉积区水体提供大量的陆源物质，同时也带来较多的营养物质，从而提升湖水的营养水平，促使湖内生物繁盛，造成沉积有机质多物源、多类型、高丰度。从干酪根显微组分以及岩石热解分析数据来看，涠西南凹陷C洼流沙港组泥岩、油页岩干酪根类型主要为Ⅱ1—Ⅱ2型，由于沉积环境不同，不同层段的干酪根类型又略有差别。流一段泥岩有机质显微组分以腐泥组为主，含量平均为57.3%，变化范围较大，介于14%～89%，有机质类型主要为Ⅱ2型；流二段泥岩和油页岩有机质类型较一致，其干酪根显微组分以腐泥组占绝对优势，含量介于35.8%～96%，平均76%，氢指数(IH)同样较高，含介于300～600 mg/g，划分为Ⅱ1型；流三段泥岩和油页岩干酪根显微组分显示有机质类型为Ⅱ1—Ⅱ2型，以Ⅱ2型为主，岩石热解数据显示Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ型均有分布，以Ⅱ1型为主(图6)。从有机质类型来看，涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩以生油为主，其中流二段最优，流三段、流一段次之。

图6 涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩干酪根类型划分Fig.6 Kerogen types of source rocks of Liushagang Formationin C subsag of Weixinan depression

2.2 有机质成熟度

根据涠西南凹陷C洼周缘8口钻井的镜质体反射率数据统计结果可知，C洼在埋深2 350 m左右进入生烃门限(图7)，现今流二段、流三段烃源岩大多已经成熟，流一段烃源岩大多处于未熟阶段。C洼门限深度明显比前人确定的整个涠西南凹陷门限深度2 450 m浅，门限深度变浅扩大了成熟烃源岩的范围，对生烃潜力的评价具有重要意义[16-18]。根据现今整个凹陷地温梯度分布图来看，C洼也具有与A洼、B洼明显不同的地温梯度。C洼中心地温梯度高达4.2 ℃/100 m，明显高于A、B洼的3.6 ℃/100 m(图8)。C洼的这种高地热背景有利于烃源岩的热演化，促进源岩成熟生烃。

图7 C洼烃源岩Ro与深度变化的关系Fig.7 Relationship between Ro of source rocks and depth in C subsag

图8 涠西南凹陷现今地温梯度分布Fig.8 Current geothermal gradient distribution of Weixinan depression

2.3 生物标记化合物特征

烃源岩中的生物标志化合物具有一定的稳定性，基本保存了原始生物生化组成的碳骨架，可以较好地反映母质输入以及古环境等特征，是有机质来源、沉积环境和成熟度的有效指标[19]。由于涠西南凹陷C洼流一段、流二段、流三段沉积环境的差别，3个烃源岩层段的生物标记化合物特征不尽相同。

涠西南凹陷C洼流一段泥岩正构烷烃呈双峰后峰型分布，说明其生源构成中陆源植物碎屑贡献较大，奇碳优势明显，反映其成熟度较低，Pr/Ph值介于1.21～2.36，平均2.58，表明局部有较强的氧化环境；流二段泥页岩正构烷烃为典型的前峰型，说明其生源构成以浮游生物为主，Pr/Ph平均值为1.02，为弱还原-弱氧化沉积环境；流三段泥岩正构烷烃呈后峰型分布，说明其生源构成与流一段类似，具有较多的陆源碎屑植物的贡献，Pr/Ph值介于0.78～2.15，平均1.42，反映母源形成于弱氧化环境(图9、表2)。

图9 涠西南凹陷C洼流沙港组不同层段烃源岩抽提物饱和烃气相色谱Fig.9 Saturated hydrocarbon gas chromatography of saturated hydrocarbon extract of different layers of Liushagang Formation source rocks in C subsag of Weixinan depression

层位Pr/PhC27αααR/C29αααRC29αααS/(R+S)C29ββ/(αα+ββ)奥利烷指数4-MSI流一段1.21～2.362.58(9)0.38～0.690.55(9)0.13～0.370.24(9)0.21～0.350.28(9)0.01～0.050.04(9)0.23～0.890.56(9)流二段0.57～2.041.02(16) 0.83～1.33 1.03(16)0.36～0.470.43(16)0.41～0.480.44(16)0.02～0.130.05(16)0.98～2.892.43(16)流三段0.78～2.151.42(8)0.68～0.89 0.76(8)0.41～0.530.48(8)0.42～0.490.47(8)0.19～0.370.29(8)1.01～1.431.21(8)

3个烃源岩层段的甾烷系列化合物组成差别比较明显，流一段泥岩规则甾烷C27、C28、C29呈反“L”型分布，C27αααR/C29αααR值平均0.55，进一步说明生源中陆源碎屑的贡献较大，甾烷类成熟度参数C29αααS/(R+S)和C29ββ/(αα+ββ)平均值分别为0.24和0.28，均表现出低成熟特征(图10、表2)。流二段泥页岩和流三段泥岩规则甾烷C27、C28、C29呈不对称“V”型分布，流二段页岩C27αααR/C29αααR值平均1.03，表明流二段沉积时期水生生物来源较多，流三段泥岩C27αααR/C29αααR值平均为0.76，与正构烷烃后峰型分布较为吻合，进一步说明流三段沉积时期既有水生生物的贡献又有高等植物的贡献，以后者为主的特征。甾烷类成熟度参数流二段泥页岩、流三段泥岩C29αααS/(R+S)和C29ββ/(αα+ββ)平均值均大于0.4，表现出成熟烃源岩的特征。C30-4-甲基甾烷在流沙港组地层中较为常见，可能主要来源于湖盆中的甲藻。流二段泥页岩中C30-4-甲基甾烷指数最高，平均2.43，其次为流三段泥岩，平均1.21，流一段泥岩最低，平均0.56(图10、表2)。这主要与当时的湖盆演化有关，流二段沉积时期为湖盆发育的鼎盛时期，水体较深，水体下部形成的缺氧环境适宜大量藻类有机质堆积和保存。

烃源岩的生物标记化合物特征也解释了流二段烃源岩质量好于流一段、流三段的原因主要是由于流二段沉积时期，湖盆水体环境有利于大量水生生物的生长和保存，造就了丰度高、类型好的流二段优质烃源岩。

图10 涠西南凹陷C洼流沙港组不同层段烃源岩抽提物饱和烃m/z191、m/z217质量色谱Fig.10 m/z191 and m/z217 mass chromatograms of saturated hydrocarbon extract of different layers of Liushagang Formation source rocks in C subsag of Weixinan depression

3 生烃潜力综合评价

利用盆地模拟技术对涠西南凹陷C洼烃源岩热演化、生排烃史及生烃潜力进行了综合评价。盆地模拟过程主要包括三维数据体的建立、数据体的网格化以及地质与地球化学参数的设置。三维数据体的建立主要参考了涠西南凹陷C洼最新的地震资料解释成果，搭建了完整的区域层序地层格架，在此基础上进行网格化。地质与地球化学参数的设置主要包括模拟条件(古热流、古水深、古地表温度)的赋值和相属性(地层岩性、总有机碳、氢指数)赋值两部分。区域热史的设置参考了前人的研究成果[20]并结合C洼高地温梯度特征进行适当调整，在模拟过程中利用镜质体反射率和实测地温数据进行校正，以保证模拟结果合理可靠。参考区域沉积相资料对古水深赋值[21]，根据研究区所在的纬度由模拟软件自动给古地表温度赋值。地层岩性的设置主要依据钻井综合录井资料，通过单井砂岩、粉砂岩、泥岩进行岩性统计，由软件的岩性混合器模块生成混合岩性，然后结合沉积相进行赋值。烃源岩相关的地球化学参数参考上述实验统计结果设置。

盆地模拟结果显示，涠西南凹陷C洼流三段烃源岩自流一段沉积末期洼陷主体开始进入成熟阶段(Ro>0.6%)，现今洼陷中心进入高成熟阶段(Ro>1.3%)，Ro最大可达1.8%，洼陷周缘均已成熟；C洼流二段烃源岩自涠洲组沉积末期洼陷主体开始进入成熟阶段(Ro>0.6%)，现今洼陷整体进入成熟阶段，中心位置Ro最大可达1.2%(图11)；C洼流一段烃源岩现今刚进入成熟阶段，演化程度较低，生烃量少，本次不予考虑。整体来看，C洼流二段、流三段烃源岩均已成熟，具有较大生烃潜力。