涠西南凹陷优质烃源岩发育控制因素研究

2022-09-22胡晨晖徐新德鲁海鸥

石油化工应用 2022年8期

胡晨晖，徐新德，鲁海鸥

（中海石油（中国）有限公司海南分公司，海南海口 570312）

北部湾盆地是南海北部典型的新生代裂陷盆地，发育多个凹陷，主要包括涠西南、乌石、海中等，特别是涠西南凹陷为已证实的富生烃凹陷，其原油探明地质储量占整个北部湾盆地已发现储量的三分之二以上，为南海西部油田增储上产、可持续发展奠定了必要的物质基础。

目前多位学者针对涠西南凹陷石油地质条件进行过专项深入研究[1-7]。分析认为涠西南凹陷主力烃源岩为欠补偿环境下发育的流沙港二段中-深湖相泥页岩及油页岩，为Ⅰ和Ⅱ型优质生油岩；叙述了各层段（扇）三角洲、浊积扇在洼陷中的分布规律；介绍了烃源岩异常超压驱动、断裂垂向及砂体侧向输导油气运移的模式，各内容研究比较透彻，但对优质烃源岩的分布特征及控制因素研究较少。

本文通过对涠西南凹陷流沙港组烃源岩的解剖，系统梳理了优质烃源岩地球化学特征与发育主控因素，为周边的潜在富生烃凹陷的勘探突破奠定了良好的理论和物质基础。

1 区域地质概况

北部湾盆地是在中生代区域隆起背景下发育起来的新生代断陷盆地，共经历了张裂、断陷和拗陷三个发育阶段，包括北部坳陷、南部坳陷、企西隆起3 个一级构造单元[8]。其中，涠西南凹陷位于北部坳陷北部，面积约3 800 km2，是该盆地勘探程度最高且成效最好的凹陷，已证实为富烃凹陷，依据构造演化和现今埋深特征，可细分为A 洼、B 洼、C 洼，其发育受1、2 号断层控制。

涠西南凹陷以新生代沉积为主，其基底为中、古生界碳酸盐岩和变质岩，沉积盖层由古近系、新近系及第四系组成（见表1），总厚度1 500～7 000 m，自下而上依次为古近系古新统长流组（E1c）、始新统流沙港组（E2l）、渐新统涠洲组（E3w），新近系中新统下洋组（N1x）、角尾组（N1j）、灯楼角组（N1d）、上新统望楼港组（N2w）和第四系（Q）。其中流沙港组是北部坳陷油气勘探的主要目的层。流沙港组以湖相、三角洲相沉积为主，岩性以深灰色、褐灰色泥岩、页岩为主，夹有灰白色砂岩、粉砂岩，具有粗-细-粗的旋回，自下而上可进一步分为流三段（E2l3）、流二段（E2l2）和流一段（E2l1），其中流二段是该区的主力烃源岩，具有有机质丰度高、类型好，沉积规模大，具有良好的生烃潜力[9-10]。

表1 涠西南凹陷构造与地层格架表Tab.1 Structural and stratigraphic framework of Weixinan sag

2 烃源岩的分布特征

流沙港组的烃源岩在岩性与有机质丰度上存在明显差异，由此造成了不同层段烃源岩的生烃潜力的差异。通过对现阶段已钻井样品的数据统计，流沙港组大部分样品TOC 大于1.0%，约36%的烃源岩TOC 超过2%，属于优质烃源岩，其中流二段优质烃源岩的样品最多。在生烃潜力方面，大于10 mg/g 的样品占比为35%，表明流沙港组烃源岩具有极高的生油潜力（见图1）。

图1 涠西南凹陷流沙港组烃源岩有机碳含量与生烃潜力分布直方图Fig.1 Histogram of total organic carbon and hydrocarbon generation potential of source rocks of Liushagang formation in Weixinan sag

有机质类型方面，普通泥岩表现为Ⅱ1-Ⅱ2型干酪根为主的特征，页岩则是以Ⅱ1型为主，油页岩类型最佳，明显以Ⅰ型干酪根主导（见图2）。

图2 涠西南凹陷流沙港组烃源岩有机质类型判别图Fig.2 Organic matter type map of Liushagang formation source rock in Weixinan sag

3 烃源岩发育的控制因素

3.1 构造活动

涠西南凹陷A、B、C 洼在不同控洼断层活动速率影响下，其基底沉降幅度与湖盆的面积均有较大差异。涠西南A 洼受控于1 号断裂，而涠西南B 洼与涠西南C 洼受控于2 号断裂，在流三段和流二段地层沉积时期，1 号断裂的中段及2 号断裂的西段和东段活动速率大，导致基底快速沉降，水体逐渐加深，烃源岩的沉积范围逐渐增大，在流二段的沉积末期，凹陷的可容空间达到最大，沉积了厚层的烃源岩，流一段沉积时期，控洼断层活动强度逐渐减弱，湖盆面积逐渐萎缩，水体变浅，凹陷的可容空间进一步减小。因此断裂活动对烃源岩的发育具有重要的控制作用，断层活动强度控制了凹陷基底的沉降和水体深度，断层的活动强度越大，越有利于厚层烃源岩的沉积。

3.2 沉积充填

受陆源有机质输入的影响，优质烃源岩的发育受控于沉积砂体的展布。在三角洲相与滩坝砂体的发育区，优质烃源岩基本不发育，此时陆源碎屑被搬运入湖，沉积区的水体发生动荡，生物繁盛且不利于有机质的保存；在滨浅湖相的发育区，一般烃源岩普遍发育，优质烃源岩零星发育，此时生物的活动逐渐减弱，相对静水的环境有利于一般烃源岩的发育；在半深湖及深湖的发育区，由于水体的加深，沉积环境变为还原环境，有利于厚层泥页岩的沉积，优质烃源岩普遍发育。

3.3 有机质供给

湖泊内源有机质主要包括层状藻和结构藻，层状藻主要来源于浮游生物和底栖生物，结构藻则可能源自所有孤立藻等[11-12]。涠西南凹陷优质烃源岩中层状藻含量最高，以丝带状、棉絮状分布于基质中，没有明显的内部结构（见图3）。结构藻含量少于层状藻，具有个体大、内部结构明显等显著特征，常孤立分散于层状藻与基质中。表明涠西南凹陷优质烃源岩以湖泊内源有机质供给为主。孢子体在优质烃源岩中整体含量较少，于荧光下完整的孢子体具有孢腔结构并呈长椭圆状，大部分孢子体由于结构保留不完整，呈弯曲圆弧状分散分布于层状藻和基质中，具中等荧光。镜质体和惰质体一般为植物的根茎叶经历还原或氧化作用保存下来的显微组分。在油页岩中的镜质体与惰质体通常没有结构保留，为碎屑状。

图3 不同品质烃源岩有机质母质组成分析Fig.3 Composition analysis of organic matter parent material of different quality source rocks

3.4 有机质保存

缺氧还原环境已被广泛认为是有机质保存的最有利条件[13-14]，前人研究表明，古水体盐度对有机质的富集具有重要作用，水体盐度越高越易形成水体分层，导致有机质丰度相应增加[15-16]。

利用Sr/Ba 与相当硼含量进行判别古水体性质发现，流沙港组烃源岩整体沉积于淡水-半咸水环境（见图4a）。将不同品质烃源岩的咸水藻含量与Sr 含量对比可知，优质烃源岩含有大量咸水藻，表明优质烃源岩沉积时的古水体盐度高于一般烃源岩（见图4b）。烃源岩中V/Cr 与δU 散点图显示，油页岩和优质烃源岩以贫氧环境为主，一般烃源岩则以弱氧化环境为主（见图4c）。在沉积环境方面，流沙港组油页岩和优质烃源岩具有较低的Pr/Ph 和较高的Ga/C30-Hop 比值，表明其沉积于贫氧还原环境；一般烃源岩具有较高的Pr/Ph比值和较低的Ga/C30-Hop 比值，沉积环境较优质烃源岩富氧，为弱氧化弱还原环境（见图4d）。