西湖凹陷南部始新统烃源岩有机质碳同位素组成特征

万延周，陈春峰，陈文侠，徐东浩，张伯成，欧 戈.

(中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200030)

近年来，东海盆地西湖凹陷在平湖组、花港组获得巨大油气成果，随着勘探开发程度的加深，西湖凹陷始新统平湖组和宝石组的研究也日益深化。始新统的研究，特别是始新统烃源岩的研究，将对西湖凹陷的油气勘探具有重要的现实意义。

前人通过对沉积、构造以及油气潜力等方面的研究[1～16]，取得不少关于始新统烃源岩的认识。在平湖组沉积环境研究方面，争议不大，普遍认为系海陆过渡沉积环境，但由于研究方向和研究区域不同，沉积微相一直存在分歧[6～16]，存在主要发育河流相、辫状河三角洲相、扇三角洲、潮坪相等不同看法。在宝石组沉积环境研究方面，存在半深水海湾沉积环境、近海湖泊沉积环境和陆相沉积环境以及局限浅海沉积环境等不同看法[1、6～9]。

由于研究区勘探程度较低，资料较少，仅有一口钻井钻遇始新统宝石组，因而,始新统烃源岩的研究受到一定的制约。本次通过对西湖凹陷南部始新统宝石组和平湖组烃源岩有机质碳同位素组成特征进行分析，并结合相关资料[1～16]，对研究区始新统沉积环境和生源母质进行探索。

1 区域地质背景

东海盆地西湖凹陷位于东海陆架盆地的东北部，面积约5.2×104km2，总体呈北东向展布[1～16]。研究区位于东海盆地西湖凹陷南部，西、南、东分别与渔山东低隆起、钓北凹陷、钓鱼岛隆褶带相邻(图1)。

图1 研究区位置示意图

研究区发育始新统(宝石组、平湖组)、上渐新统(花港组)、中新统(龙井组、玉泉组、柳浪组)、上新统(三潭组)及第四系东海群地层，经历了雁荡运动、瓯江运动、平湖运动、玉泉运动、花港运动、龙井运动等多期构造运动。

研究区经历了海相地层—陆相地层—海相地层沉积的变迁[1～16]，形成了垂向上不同的岩性组合，其中，始新统发育宝石组和平湖组。宝石组顶部发育大套灰色泥岩，下部发育泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩，层厚度300～2000米。平湖组自上而下分为平湖组二段～五段，缺失平湖组一段。其中，平湖组五段灰—深灰色泥岩夹薄层细砂岩、粉砂岩，顶部常见高伽玛泥岩。平湖组四段灰—深灰色泥岩夹薄层细砂岩、粉砂质泥岩。平湖组三段灰质粉砂岩，泥质粉砂岩与灰质粗砂岩，泥岩互层。平湖组二段灰—深灰色泥岩与粉砂岩，细砂岩不等厚互层，含灰质。平湖组地层厚度600～5000米，横向变化明显。

2 碳同位素组成变化

烃源岩有机质碳同位素组成主要继承于生源母质，受成岩作用影响较小。因此,有机质碳同位素组成特征常被用来划分烃源岩有机质类型和对比油气来源，还原古环境以及区分海相、陆相有机质生源母质[15～26]。前人已在烃源岩有机质碳同位素组成的地球化学应用方面进行不少探索工作。依据碳同位素组成来区分沉积环境和区分烃源岩有机质生源母质[17]；利用烃源岩有机质碳同位素来判断烃源岩的有机质类型[19]；利用碳同位素分布特征来探索烃源岩与沉积环境关系[27]；利用同位素组成异常来分析烃源岩有机质的物质来源[28]；利用碳同位素值来划分海相烃源岩的有机相[29]。本次研究在东海盆地西湖凹陷南部较为系统地采集了始新统烃源岩样品，进行有机质碳同位素组分分析，探索平湖组和宝石组烃源岩有机质来源及沉积环境。

前人研究发现[17～38]，烃源岩有机质在地质演化史中，受热力作用和沉积作用以及生物作用的共同影响，碳同位素可能发生一定的分馏作用。一般来说，随着烃源岩有机质中饱和烃、芳烃和非烃以及沥青质组分极性的改变，碳同位素δ13C值也存在一定的改变，大多呈δ13C饱和烃<δ13C芳烃<δ13C非烃<δ13C沥青质的特征。前人[31～34]分析认为，不同类型的生物具有不同的化学组成，其碳同位素组成也存在差异。若生源母质为混源，常常会造成烃源岩有机质δ13C值增大，使得其极性较小的组分具有相对较重的碳同位素组成。一般来说等低生物生源母质的有机质中δ13C平均值低于高等植物生源母质。当烃源岩中有陆源高等植物的生源母质输入，有机质的碳同位素组分出现逆转现象,且一般以芳烃组分的碳同位素组分逆转为主。

2.1 平湖组碳同位素特征

研究区平湖组烃源岩δ13C饱和烃值的分布范围为-29.58‰～-28.66‰(表1)，平均为-29.16‰；δ13C芳烃值的分布范围为-28.17‰～-26.32‰，平均为-27.02‰；δ13C非烃值的分布范围为-28.18‰～-26.34‰，平均为-27.27‰；δ13C沥青质值的分布范围为-27.75‰～-26.05‰，平均为-26.70‰(图2)。研究区平湖组烃源岩有机质的碳同位素组成显示，其整体呈δ13C饱和烃<δ13C非烃<δ13C芳烃<δ13C沥青质的分布特征，且碳同位素值偏重，整体大于-28‰。其中，饱和烃碳同位素值较低，其他组分碳同位素值整体较高，反映出高等植物对研究区平湖组有机质贡献较大。通过研究区烃源岩有机质碳同位素组分分析，部分样品呈δ13C饱和烃<δ13C非烃<δ13C芳烃<δ13C沥青质和δ13C饱和烃<δ13C非烃<δ13C沥青质<δ13C芳烃以及δ13C饱和烃<δ13C芳烃<δ13C沥青质<δ13C非烃特征，不符合一般分布规律，出现“逆转”现象。借鉴前人研究[17～38]，研究区平湖组烃源岩有机质的碳同位素逆转与沉积环境及有机质来源有关，整体继承了生源母质碳同位素的组成特征，反映了其有机质生源母质的沉积环境。

表1 西湖凹陷南部始新统烃源岩有机质碳同位素值统计表

图2 西湖凹陷南部平湖组烃源岩有机质碳同位素特征

2.2 宝石组碳同位素特征

研究区宝石组烃源岩δ13C饱和烃值的分布范围为-30.87‰～-28.5‰(表1)，平均为-29.16‰； δ13C芳烃值的分布范围为-28.88‰～-26.05‰，平均为-27.7‰；δ13C非烃值的分布范围为-28.53‰～-26.7‰，平均为-27.58‰；δ13C沥青质值的分布范围为-28.08‰～-26.38‰，平均为-27.01‰(图3)。从碳同位素组成特征来看，研究区宝石组烃源岩有机质的碳同位素组成整体呈δ13C饱和烃<δ13C芳烃<δ13C非烃<δ13C沥青质的分布特征。除了饱和烃碳同位素值较低外，其他组分碳同位素值整体较高，反映出研究区宝石组也存在以高等植物为生源母质的现象。同平湖组相似，宝石组部分样品也呈δ13C饱和烃<δ13C非烃<δ13C沥青质<δ13C芳烃和δ13C饱和烃<δ13C非烃<δ13C芳烃<δ13C沥青质特征，碳同位素组分也出现“逆转”现象，也不符合一般规律。通过碳同位素组成特征分析，认为西湖凹陷宝石组烃源岩有机质可能来自陆相生源母质和海相生源母质。

图3 西湖凹陷南部宝石组烃源岩有机质碳同位素特征

3 烃源岩有机质来源及沉积环境分析

前人根据渐新世前后海、陆相烃源岩有机质碳同位素的特征[17，22～23]，研究认为：渐新世之前，陆相烃源岩有机质碳同位素组成比同层海相烃源岩有机质同位素组成重；渐新世之后，海相烃源岩有机质同位素组成比同层陆相烃源岩有机质碳同位素组成重。

一般认为[31～38]，沉积岩中有机质碳同位素组成主要受控于其生源母质。海洋低等生物形成的有机质碳同位素组成较轻，一般小于-28‰，而陆源高等植物的有机质碳同位素组成较重。

Sofer和朱扬明根据大量实验数据[17，23]，利用饱和烃和芳烃组分的碳同位素归纳出经验公式δ13C芳烃=1.14δ13C饱和烃+5.46 来作为海、陆相生源母质界限。同时定义烃源岩有机质碳CV值(CV=-2.53δ13C饱和烃+2.22δ13C芳烃%-11.65)，并认为CV值小于0.47表征海相烃源岩有机质，CV值大于0.47表征陆相烃源岩有机质。在实际应用中，使用烃源岩机质碳CV值来识别海、陆相烃源岩中有机质，对识别样品的沉积环境有一定参考意义[17，22-23]。

图4 西湖凹陷南部始新统烃源岩饱和烃和芳烃组成分布图

长期以来,西湖凹陷平湖组系海陆过渡的沉积环境争议不大。但由于研究的侧重点不同，平湖组的沉积微相存在一定的分歧[6～16]。有专家认为平湖一段到四段为半封闭—封闭的海湾环境，河流—海相三角洲沉积体系以及海湾沉积体系占主体；平湖组五段为被动大陆边缘的开放海环境，发育河流—海相三角洲沉积体系、海洋沉积体系[10]。有专家认为发育受潮汐作用影响的三角洲相、潮坪相及局限浅海相等沉积相[11]。有专家认为主要为海湾沉积环境，沉积相类型主要为扇三角洲、辫状三角洲相、三角洲相、潮坪相、浅海相沉积[12]。有专家认为平湖组下段为海湾浅水一滨岸一滨岸冲积平原相沉积，平湖组中段为潮坪一三角洲相沉积，平湖组上段为三角洲相沉积[13]。有专家认为主要发育海陆过渡相沉积[14～15]。有专家认为发育海湾、半封闭海湾澙湖、潮坪沼泽及三角洲沉积体系[16]。研究区始新统平湖组的有机质碳CV值变化在-0.84～3.48之间，平均值达2.16，普遍高于0.47，整体较高，表明研究区始新统平湖组样品有机质既有陆相有机质特征，也有海相有机质特征，并以陆相有机质来源为主，体现了研究区始新统平湖组海陆过渡的沉积环境，并以陆相沉积为主的特征。

目前，研究区宝石组的沉积环境尚存争议[6～9]，有专家认为主要发育近海湖泊相[7]，也有专家认为主要发育陆相沉积[8]，还有专家认为发育浅海沉积[9]，研究区始新统宝石组样品的有机质碳CV值变化在-2.09～3.81之间，平均值达0.62，接近界限值0.47，表明研究区始新统宝石组样品既有陆相有机质特征，也有海相有机质特征，海相、陆相有机质皆发育，佐证了始新统宝石既有海相沉积环境特征又存在陆相沉积环境特征。

研究区始新统宝石组到平湖组的有机质碳CV值存在增大的趋势，样品生源母质既有海相有机质特征，又有陆相有机质特征，但陆相有机质的比重逐渐增大。推测研究区始新统整体的沉积环境是由海陆相沉积向陆相沉积过度。

4 结论

(1)研究区始新世统宝石组、平湖组烃源岩有机质组成中，除饱和烃碳同位素均值相近外，芳烃、非烃、沥青质碳同位素值皆增长3‰以上，整体皆呈明显变大趋势，其生源母质主要受海陆相沉积向以陆相沉积为主的演化过程影响。

(2)研究区始新统平湖组和宝石组烃源岩有机质碳同位素组分出现δ13C饱和烃<δ13C非烃<δ13C沥青质<δ13C芳烃和δ13C饱和烃<δ13C非烃<δ13C芳烃<δ13C沥青质的“逆转”现象，烃源岩有机质碳CV值变化在-2.09～3.81之间,皆有陆相、海相有机质特征，其生源母质存在海相陆相混源的特点。