东海陆架盆地丽水西凹陷油气地球化学特征及其成因和来源

张迎朝，胡森清，刘金水，蒋一鸣，陈忠云，覃 军，刁 慧，王 超

(中海石油(中国) 有限公司上海分公司，上海 200335)

0 引 言

东海陆架盆地是中国近海面积最大的中新生代含油气盆地。位于东海陆架盆地东部的西湖凹陷，近十年来取得多个大中型油气勘探突破；而盆地西部的丽水凹陷，自20世纪80年代初开始油气勘探以来，共钻探了26口井，仅发现了L36一个气田和W13-1、N5-2等3个含气构造以及L36-2、W26-1 2个含油构造，除勘探程度低、石油地质认识程度低外，还存在对丽水凹陷油气成因和来源、油气成藏模式及勘探方向等认识不清的问题。丽水西凹陷L36气田天然气为湿气(干燥系数0.89)，重烃含量较高(>5%)，烃类气碳同位素明显偏轻(δ13C1为-46.30‰～-46.13‰，δ13C2为-29.55‰～-29.31‰，δ13C3为-27.07‰～-26.96‰)，具有油型气的特征，有别于以往报道的西湖凹陷的煤型气。众多学者对此争论较大，葛和平等认为丽水凹陷烃类气为油型气，来源于下古新统月桂峰组湖相烃源岩，系水生和陆生混合有机质生成的天然气[1]；黄志龙等认为丽水凹陷L36-1井天然气为油型气[2]；郭永华等认为L36气田的烃类气为油型气和煤型气混合气，来源于下古新统月桂峰组和上古新统明月峰组[3]；孙玉梅等认为丽水凹陷天然气为油型气和煤型气混合气，主要来源于下古新统月桂峰组和中古新统灵峰组[4]；苏奥等认为L36-1井、L36-2井的天然气为高含油型热解气和煤型气的混合气，同时还含有一定量的二氧化碳，其中油型热解气是始新世中晚期—渐新世早期充注、来源于下古新统月桂峰组、受“累积效应”影响的高成熟气，而煤型气是晚期充注、来源于上古新统明月峰组的低熟气，二氧化碳主要为无机幔源气[5]。另外对于L36构造凝析油来源的认识也存在分歧，侯读杰等认为L36-1井凝析油来自上古新统煤系地层[6]；郭永华等认为L36气田的凝析油来源于中古新统灵峰组[3]。以上各种观点间一直存在着较大的争议，因此丽水西凹陷L36气田油气成因及来源成为目前亟待解决的关键地质问题，针对这些问题的研究将有助于指导下一步东海陆架盆地丽水西洼、东洼及椒江凹陷的油气勘探实践，为中国东部断陷盆地烃源岩研究提供指导，进一步丰富陆相、海陆过渡相及海相生油理论。本文在前人研究工作基础上，利用L36气田的天然气组分、烷烃气碳同位素、凝析油轻烃组成等资料，通过天然气成因类型鉴别、油气来源分析，结合烃源岩埋藏及热演化分析，对丽水西凹陷烃源岩、油气成藏与勘探方向进行系统剖析，以期为该区下一步油气勘探方向提供决策依据。

1 区域地质概况

丽水西凹陷位于东海陆架盆地西部(图1)，其西部以闽浙隆起带为界，东北部与椒江凹陷相接，东边以灵峰凸起为界，呈NE—SW走向，为一东断西超的断陷。丽水凹陷整体被灵峰凸起分成东、西2个凹陷，具有显著的“东西分带”构造格局[7]。区域地层划分和对比结果揭示，丽水西凹陷新生代地层由老至新可划分为上白垩统石门潭组；古近系古新统月桂峰组、灵峰组、明月峰组，始新统瓯江组、温州组，缺失渐新统；新近系中新统龙井组、玉泉组、柳浪组，上新统三潭组；第四系更新统东海群。丽水凹陷经历多期构造运动，主要有晚白垩世基隆运动、早古新世雁荡运动、晚古新世—早始新世瓯江运动、渐新世—早中新世玉泉运动、古近纪与新近纪之间的龙井运动以及新近纪与第四纪之间的冲绳海槽运动，构造演化历程复杂，整体被划分为古新世断陷、始新世—渐新世断-坳转换和新近纪区域沉降三个演化阶段[8-10]。早古新世断陷期，东海陆架盆地受雁荡运动控制，构造应力以北西—南东向伸展应力为主，形成了NE—SW走向控盆、控凹断裂体系。月桂峰组发育湖相沉积[11]，发育半深湖相优质烃源岩。在中古新世灵峰期，盆地处于强烈断陷演化阶段，受海侵影响形成了海相、海陆过渡相沉积[12]，为丽水西凹陷重要的气源岩。始新世时期，太平洋板块俯冲运动由北北西向转变为北西西向，开始了新的俯冲[13]，地幔上隆和裂陷盆地演化阶段结束，瓯江组、温州组和平湖组为断陷衰退、萎缩期沉积。中新世初期，丽水西凹陷发生区域性的隆升运动，遭受强烈剥蚀，缺失晚始新世—渐新世地层。上新世时期，菲律宾海板块向琉球岛弧俯冲，使丽水西凹陷再次抬升并遭受剥蚀，形成较明显的中新世与上新世之间的不整合面；上新世东海陆架盆地处于平稳补偿沉积状态，断裂活动不明显，伴有火山活动，仅有几次整体沉降；地层分布较均匀，由西向东逐渐变厚，为一套以滨海-海陆过渡相沉积为主的地层。

图1 东海陆架盆地西部丽水凹陷构造区划示意图 Fig.1 Structural division sketch map of Lishui sag in the western East China Sea Shelf Basin

2 样品选择与研究方法

为了研究和判识东海陆架盆地丽水西凹陷油气成因和来源，本文选取了L36-1井上古新统明月峰组2 250～2 283 m井段，根据DST1-S1.2和DST1-S1.3测试层号的天然气组分、干燥系数及碳同位素含量，以及DST1-S1.7和DST1-S1.8测试层号的天然气轻烃气相色谱C7系列数据和天然气C7轻烃组分，阐述L36气田油气地球化学特征。通过天然气甲烷碳同位素、重烃气同位素和二氧化碳碳同位素组成特征及L36-1井气-岩碳同位素值对比分析天然气成因；利用L36-1井凝析油、L35-7井灵峰组及W26-1井月桂峰组烃源岩生物标记物分析测试资料判识凝析油成因与来源。并通过分析丽水西凹陷L36-2井区埋藏史及热演化程度进一步佐证丽水西凹陷的油气成因和来源。

3 油气地球化学特征

3.1 天然气组分特征

L36-1井上古新统明月峰组2 250～2 283 m井段DST1-S1.2和DST1-S1.3层号分析测试结果(表1)显示，丽水西凹陷L36气田天然气以烃类气体为主，占62.06%～62.30%，其中甲烷含量为54.75%～55.45%；C2+含量较高，大于5%，为6.85%～6.96%；干燥系数(C1/ΣC1+C4)为0.887～0.890，天然气为湿气。丽水西凹陷L36气田天然气含较高二氧化碳，占34.15%～34.5%，二氧化碳碳同位素介于-5.03‰～-4.67‰之间；天然气甲烷碳同位素分布于-46.30‰～-46.13‰之间；乙烷碳同位素为-29.55‰～-29.31‰，小于-28.8‰；丙烷碳同位素为-27.07‰～-26.96‰，均小于-25.5‰。

表1 东海陆架盆地丽水西凹陷和琼东南盆地松东与宝岛凹陷天然气组分、干燥系数与碳同位素特征(琼东南盆地数据据文献[14])

3.2 凝析油轻烃组成

丽水西凹陷L36气田气油比为11 157～27 621 m3/m3，测试产出了无色烃类液体，为含凝析油的气藏，属于凝析气藏，是天然气藏中一个很重要的类型。由表2可知，丽水西凹陷L36气田凝析油C7轻烃呈现环烷烃优势，占比略高于60%；链烷烃近40%，其中异构烷烃近25%；相对贫芳香烃。

表2 丽水西凹陷天然气轻烃气相色谱C7系列数据

丽水西凹陷L36气田凝析油C7轻烃化合物中，甲基环己烷含量较高，达到61.6%～63.5%(表3)，正庚烷含量为19.4%～25.9%，二甲基环戊烷含量为17.1%～17.2%。

4 油气成因与来源

4.1 天然气的成因来源

甲烷碳同位素可用于判别天然气是有机成因还是无机成因，国内外学者对此提出了三个界限值，分别为-20‰[15]、-25‰[16]和-30‰[17-18]的甲烷碳同位素值。本文采用甲烷碳同位素值大于-30‰作为无机成因天然气的界限。丽水西凹陷L36气田天然气甲烷碳同位素值分布于-46.30‰～-46.13‰(表1)，为有机成因天然气，与琼东南松东凹陷和宝岛凹陷周缘的有机成因天然气甲烷碳同位素值分布(-48.91‰～-35.17‰)对比结果如表1所示。L36气田天然气甲烷碳同位素偏轻，若是煤型气成因，则其天然气成熟度Ro较低；但据天然气干燥系数和天然气C2+含量较高特征判断天然气成熟度Ro不小于1.1%。根据前人煤型气和油型气鉴别研究成果[19-20]，当天然气成熟度Ro在 0.5%～2.5%时，甲烷碳同位素值分布于-43‰～-55‰的天然气为油型气，据此判定L36气田天然气为油型气。

表3 东海丽水西凹陷和南海北部天然气C7轻烃组分(南海北部数据据文献[14])

天然气中重烃气碳同位素组成主要受控于生气母质，国外学者采用乙烷碳同位素界定天然气成因[21]。国内学者根据对天然气中重烃碳同位素统计，将煤型气标准定为乙烷碳同位素值大于-28.1‰，丙烷碳同位素值大于-23.2‰；将油型气标准定为乙烷碳同位素值小于-28.8‰，丙烷碳同位素值小于-25.5‰[22-23]。丽水西凹陷L36气田天然气乙烷碳同位素值为-29.55‰～-29.31‰，小于-28.8‰；丙烷碳同位素值为-27.07‰～-26.96‰，小于-25.5‰(表1)。结合上述天然气中含有较多重烃气(重烃含量大于5%)的认识，判断丽水西凹陷L36气田天然气属于油型气。另外不同地区天然气的碳同位素分布对比分析表明(图2)，丽水西凹陷L36气田天然气与南海珠江口盆地西部W凹陷凝析气藏天然气、W13-1/2油田伴生气(典型油型气)的碳同位素分布接近，处于同一点群，也说明丽水西凹陷L36气田天然气为油型气。

图2 东海陆架盆地丽水西凹陷、莺—琼盆地及珠江口盆地天然气中δ13C2和δ13C3相互关系Fig.2 δ13C2 vs. δ13C3 plot of natural gas in Lishuixi sag in the East China Sea Shelf Basin, Ying-Qiong Basin, and Pearl River Estuary Basin

天然气中二氧化碳分为有机和无机成因两类。无机成因二氧化碳包括地壳中碳酸盐矿物经无机化学反应生成的二氧化碳和来源于地幔的二氧化碳，一般相对富集重碳同位素。依据戴金星等关于有机和无机成因二氧化碳碳同位素的划分标准[17-18]，判断L36气田天然气中二氧化碳为无机成因。

早古新世断陷期，东海陆架盆地受雁荡运动控制，构造应力以北西—南东向伸展应力为主，形成了NE—SW走向控盆、控凹断裂体系，控制发育了下古新统月桂峰组湖相泥岩、页岩。据油气发现和钻井资料，其生源母质Pr/Ph小于2，重排甾烷含量较低，甾烷C2720R/C2920R较高(0.7～1.2)，含少量C304-甲基甾烷，三环萜烷丰富，伽马蜡烷相对丰富，γ-蜡烷/C31藿烷值为0.5左右[4]，反映了湖相水生生物贡献为主的生源特征(图3)，有机质类型为Ⅱ型，由此判断L36气田产出天然气来源于下古新统月桂峰组湖相烃源岩。

Prinzhofer等研究表明[24-26]，具有气源关系的气源岩干酪根碳同位素比天然气丁烷同位素重1‰左右。从气-岩碳同位素对比来看，L36-1井天然气丁烷同位素向月桂峰组烃源岩趋近(图4)，进一步判断L36气田天然气来源于月桂峰组烃源岩。

图3 丽水凹陷凝析油、烃源岩生物标志物特征Fig.3 Biomarker characteristics of condensate oil and source rocks in the Lishui sag

4.2 凝析油的成因来源

在烃源岩深成热演化阶段，凝析油C4-C7轻烃既可溶解在原油中以油相运移，也能溶于天然气中以气相运移，因此可利用凝析油C4-C7轻烃特征研究油气运移和油-岩对比[27-29]。

轻烃是凝析油的重要组成之一，C6、C7轻烃中正构烷烃、异构烷烃和环烷烃的相对组成可用于判识凝析油的成因和来源。源于腐泥型母质的凝析油轻烃组分中富含正构烷烃；源于腐殖型母质的天然气轻烃组分中富含异构烷烃和芳烃；源于陆源母质的凝析油轻烃组分中则富含环烷烃[30-32]。L36-1井凝析油C7轻烃呈现环烷烃优势，相对贫芳香烃，表明生烃母质中陆源母质、高等植物输入较高，可与气田深部中古新统灵峰组陆源海相烃源岩进行对比。

图4 L36-1井天然气与烃源岩碳同位素值对比图Fig.4 Natural gas and source rock carbon isotope comparison of L36-1 well

C7轻烃系列化合物包括正庚烷(nC7)、甲基环己烷(MCH)和各种结构的二甲基环戊烷(ΣDMCC5)，其中正庚烷主要来自藻类和细菌；甲基环己烷主要来自高等植物木质素、纤维素，反映陆源母质类型，其大量存在是煤型气C7轻烃系列化合物的主要特点；各种结构的二甲基环戊烷主要来自水生生物的类脂化合物。通常可以用甲基环己烷指数来区分不同母质形成的油气[20]，以50%±2%为界，小于50%±2%者为腐泥型母质生成的油型气，大于50%±2%者为腐殖质生烃母质贡献。L36-1井凝析油C7轻烃化合物中，甲基环己烷含量高达到61.6%～63.5%(表3)，表明其为陆源母质成因，研究区天然气轻烃甲基环己烷指数较北部湾盆地涠西南凹陷及琼东南松东凹陷、宝岛凹陷典型的腐泥型母质油型气甲基环己烷指数高(表3)，进一步印证了凝析油来自深部中古新统灵峰组浅海相烃源岩。

在中古新世灵峰期，盆地处于强烈断陷演化阶段，受海侵影响形成了浅海相、海陆过渡相沉积[13]，为丽水西凹陷重要的气源岩，其烃源岩中重排甾烷含量高，部分样品重排甾烷丰度大于胆甾烷，甾烷C2720R/C2920R小于1，不含C304-甲基甾烷，伽马蜡烷含量低。L36-1井凝析油重排甾烷丰富，C27重排甾烷与规则甾烷接近，Tm/Ts为0.86(图3)，与中古新统灵峰组烃源岩相似[4]，由此判断L36气田产出凝析油由深部上古新统灵峰组陆源海相烃源岩生成，沿NWW走向沟源断裂向上运移至上始新统明月峰组砂岩储层中聚集成藏。

4.3 烃源岩埋藏史与油气成因

天然气的成熟度是指生气母质的热演化程度，其与天然气中甲烷、乙烷和丙烷等碳同位素密切相关。Stahl建立了甲烷碳同位素与天然气母质成熟度的关系式：δ13C1=AlgRo-B，其中A、B为常数[33]。根据上式，不同的学者在不同研究区，提出了不同成因类型天然气的A、B常数。按照Faber等提出的油型气公式[34]，用乙烷碳同位素计算出丽水西凹陷L36气田天然气成熟度Ro介于1.12%～1.14%之间，与根据天然气干燥系数、天然气C2+含量较高判断的天然气成熟度Ro(不小于1.1%)相近。

图5 丽水西凹陷L36-2井区埋藏史Fig.5 Burial history of Lishuixi sag across L36-2 well

图6 丽水凹陷区成藏模式(剖面位置见图1)Fig.6 Accumulation model in the Lishui sag (the section position shown in Fig.1)

丽水西凹陷L36-2井区埋藏史表明(图5)，瓯江组沉积期末(相对于43 Ma)，下古新统月桂峰组湖相烃源岩埋深为3 150～3 650 m，处于生成湿气的演化阶段，进一步佐证L36气田天然气来源于下古新统月桂峰组湖相烃源岩。同样，由丽水西凹陷L36-2井区埋藏史可知，丽水凹陷下古新统灵峰组埋深为2 300～3 150 m，Ro介于0.5%～0.8%之间，处于原油成熟阶段，说明丽水西凹陷除发育下古新统月桂峰组湖相烃源岩之外，还发育中古新统灵峰组陆源海相烃源岩。

5 丽水西凹陷油气勘探方向

瓯江组沉积期末，下古新统月桂峰组湖相烃源岩处于生成湿气的演化阶段。与此同时，因控凹大断裂的伸展-走滑构造变形作用，L36区发生挤压，形成了L36断背斜构造，因此生成的湿气沿切入烃源岩的NWW走向断裂垂向运移，在瓯江组区域盖层之下的上古新统明月峰组砂岩储层、断背斜中聚集成藏(图6)。从“源控论”分析，丽水西凹陷下古新统月桂峰组沉积受NNE—SSW走向、NWW倾向控凹大断裂活动控制，断陷深陷区有利于湖相烃源岩的发育和腐泥型干酪根的保存，其中湖相烃源岩的条件最为优越。在圈闭类型上，除了L36气田断背斜构造外，受控于丽水西凹陷西部物源的明月峰期重力流沉积，在L36气田断背斜翼部还发育构造背景上的岩性圈闭和凹中断鼻圈闭及其构造背景上的岩性圈闭，如L36气田北侧的L30-5、南侧的L36-3及L36-6等一系列有利勘探目标。这些凹中隆区且具有断裂切入下古新统月桂峰组湖相烃源岩的勘探领域是下一步重要的油气勘探方向。此外，在丽水西凹陷北部，凹中发育了二级构造带——仙桥断裂带，其上升盘古近系及潜山层系处于丽水西凹陷油气运移指向，也是大中型油气田勘探主要方向(图6)。

6 结 论

(1)天然气组分、烷烃气碳同位素组成及油-岩对比分析表明，东海陆架盆地丽水西凹陷L36气田天然气为油型气，来源于丽水西凹陷下古新统月桂峰组湖相烃源岩；L36气田产出凝析油C7轻烃具有甲基环己烷含量占优特征，中古新统灵峰组浅海相烃源岩具有甾烷C2720R/C2920R小于1、不含C304-甲基甾烷、伽马蜡烷含量低的特征，判断凝析油来源于下古新统灵峰组浅海相烃源岩，证实了丽水西凹陷除发育下古新统月桂峰组湖相烃源岩外，还发育有中古新统灵峰组浅海相烃源岩，拓宽了东海陆架盆地油气来源和勘探空间。

(2)L36气田天然气干燥系数为0.887～0.890，且天然气C2+含量大于5%，可判断L36气田天然气成熟度Ro不小于1.1%；根据油型气乙烷碳同位素与天然气成熟度关系，计算L36气田天然气成熟度Ro为1.12%～1.14%，与丽水西凹陷在始新世瓯江期末(约43 Ma)下古新统月桂峰组湖相烃源岩埋藏、热演化程度相当，证实了月桂峰组烃源岩供源的可能性。

(3)断裂切入下古新统月桂峰组湖相烃源岩的凹中断背斜构造背景上的岩性圈闭、凹中断鼻及其构造背景上的岩性圈闭和仙桥构造带是下一步重要的油气勘探方向。