富烃凹陷形成的地质背景及实例分析

2023-02-08李俊

西安文理学院学报（自然科学版） 2023年1期

李俊

(西北大学地质学系，西安 710069)

目前在油气勘探中，人们越来越注重对富烃凹陷的研究.笔者认为对富烃凹陷的研究既要着眼于富烃凹陷沉积、地球化学研究，又不能脱离其形成的构造条件，其有机融合，相互匹配，才能更好地论证富烃凹陷形成的充分必要条件，从而合理地判识富烃凹陷形成的主控因素，为预测潜在富烃凹陷提供依据，指导油气勘探.基于以上思考，笔者在探讨富烃凹陷形成条件或主控因素时，对凹陷形成的热背景和其热演化过程给以足够的重视，从烃源岩形成的物质基础、热演化等方面展开讨论.重点解剖南海珠江口盆地富烃凹陷中的惠州凹陷，进而讨论源-热特征对富烃凹陷形成的控制作用.

1 地质概况

珠江口盆地在地理位置上位于中国的南海北部地区，东部以台湾为边界，西部以海南为边界，地处大陆架和陆坡边缘，总面积达到17.5万km2，该地区是中国沿海地带最大的含油气盆地.珠江口盆地位于华南大陆的南部边缘，在图上可以明显的看到处于太平洋板块、印度洋板块以及欧亚板块的交汇地带，根据大陆动力学的相关背景，该地区在复杂的褶皱基底上构建出新生代的含油气盆地.珠江口盆地在构造格局上具有东西分块和南北分带的特点，其中又划分为“三隆夹两坳”5个构造单元：北部隆起带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带、南部隆起带(图1).惠州凹陷是盆地内重要的富烃凹陷，其位于珠Ⅰ坳陷内，北靠北部断阶带，南达中央隆起带的东沙隆起，东西分别与惠陆低凸起和西江凹陷相临，呈北东走向，面积约1×104km2，基底最大埋深近10 000 m.

图1 珠江口盆地构造单元划分图

2 富烃凹陷烃源岩特征

2.1 烃源岩的发育特征及展布

珠江口盆地主要发育两套烃源岩层，其一是始新统文昌组烃源岩，其二是古近系渐新统恩平组烃源岩.

文昌组烃源岩以泥岩、砂岩为主，沉积环境以还原性的中深湖相环境为主，有机质类型主要是Ⅰ-Ⅱ1型，部分为Ⅱ2型，成熟度演化阶段为成熟-高成熟阶段，以生油为主，是盆地内部主力烃源岩.

恩平组烃源岩岩性主要是深灰色泥岩、砂砾岩互层，并夹有部分煤层分布，沉积环境为弱氧化的湖沼-滨浅湖环境，干酪根类型以Ⅱ2-Ⅲ型为主，少量为Ⅱ1型，成熟度演化阶段处于中等成熟-成熟演化阶段，油气兼生，是盆地内重要烃源岩层.

2.2 烃源岩地球化学特征

2.2.1 有机质丰度

北部湾盆地的涠西南凹陷是盆地的富烃凹陷，流沙港组二段是凹陷最为重要的烃源岩.相比较流一段和流三段，流二段的有机质丰度最高，具有较高的生烃潜力和有机碳含量.

珠江口盆地珠一坳陷、珠三坳陷是盆地内已证实的富生烃坳陷.目前已钻遇的文昌组的烃源岩地区主要有惠州凹陷、西江凹陷、恩平凹陷、陆丰凹陷和文昌A、B、C凹陷等，根据已有的有机质丰度统计资料，文昌C凹陷烃源岩具有最高的有机碳含量生烃潜量，是较好的烃源岩.而惠州凹陷所显示出的TOC含量及生烃潜量相对较低，属于中等烃源岩.

已钻遇的恩平组烃源岩地区主要包括惠州凹陷、西江凹陷、恩平凹陷、陆丰凹陷和文昌A、B凹陷.总体来说，恩平组烃源岩有机碳含量和生烃潜量等各项有机质丰度指标均偏低于文昌组烃源岩.这表明文昌组烃源岩的生烃能力强于恩平组烃源岩.恩平组的惠州富烃凹陷相对其他凹陷来讲，具有较高的TOC和S1+S2，属中等-好烃源岩.

综合以上分析，文昌组和恩平组的两个富烃凹陷：惠州凹陷和文昌凹陷，其烃源岩的总有机碳含量(TOC)和生烃潜量(S1+S2)有机质丰度指标都不高，甚至没有达到优质烃源岩的下限，但所在地区却极其富烃(图2).结果表明，目前的富烃凹陷并非所有条件都最优，控制凹陷富烃的因素可能还有其他.

图2 珠江口盆地文昌恩平组各凹陷有机质丰度

2.2.2 有机质成熟度和类型

烃源岩有机质类型控制了其生烃潜力的大小和有机质热演化产物类型.珠江口盆地文昌组烃源岩有机质类型主要为I-II1型，部分为II2型，以生成石油为主；恩平组烃源岩有机质类型则主要是II2-Ⅲ型，油气兼生.其中惠州凹陷与文昌B凹陷文昌组主要为I-II1型有机质，为优质烃源岩；恩平凹陷和文昌A凹陷主要为II2-Ⅲ型有机质，为中等烃源岩.

镜质体反射率Ro和Tmax都能反映烃源岩的演化程度，且随着深度的增加而增大.Ro数据表明：文昌组4个样品处于低成熟阶段;恩平组26个样品处于中成熟阶段；最高热解峰温(Tmax)反映的烃源岩演化程度与镜质体反射率(Ro)基本一致，文昌组处于低成熟阶段，恩平组大部分处于中成熟阶段，部分处于低成熟阶段.由Ro数据可知，珠一坳陷古近系烃源岩埋深达到3 200 m左右，Ro进入生烃门限值0.5%;而Tmax数据显示，埋深在3 000 m左右烃源岩成熟，二者相差不大.

2.3 沉降速率和断层活动速率对烃源岩发育的影响

前人研究表明富烃凹陷在形成时期具有较高的沉降速率，基底埋深较大，裂陷期的沉积充填一般可达3～8 km左右，能够很好的保证烃源岩形成深凹陷和半深湖的沉积环境[1].而较大的断层活动速率有利于快速埋藏有机质，从而形成还原沉积环境，对有机质的保存有利.

根据现有的贫富烃凹陷特征资料，分析比较了珠江口盆地几个富烃凹陷以及对比了几个贫富烃凹陷的沉降速率和最大断层活动速率.我们发现珠江口盆地惠州、番禺、文昌A凹陷和恩平凹陷，以及北部湾盆地涠西南几个富生烃凹陷的沉降速率均大于250 m/Ma.相比之下，阳江、阳春、辽东同南阳几个贫烃凹陷的沉降速率相对较小.

珠江口盆地和北部湾盆地几个富烃凹陷的断层活动速率基本上都在200 m/Ma以上，这其中以珠江口盆地的惠州凹陷以及北部湾盆地的涠西南的断层活动速率最大，均在250 m/Ma以上.特别对珠一坳陷来说，已证实的相关分析表明[2]，当断层活动速率大于100 m/Ma时，洼陷能够形成文昌组深湖沉积，有机质保存条好.

由此可见，对于较高的断层活动速率来讲，有利于创造深湖沉积环境从而形成有机质保存的还原条件，而这些又有利于形成湖相优质烃源岩；断层及其组合对盆地内可容空间起着重要的作用：沉降中心的形成和优质烃源岩的分布受断层活动制约.富烃凹陷主要烃源岩层属于欠补偿的沉积环境.因此，高沉降速率的欠补偿条件才更有利于形成深湖相沉积，从而为湖相优质烃源岩的发育创造条件.

3 主要烃源岩发育时期的热背景

珠江口盆地的形成伴随着频繁的岩浆活动，笔者将通过对研究区火成岩分布特征、火山活动期次和热背景两方面来详细阐述.

3.1 研究区火成岩分布特征

通过对珠江口盆地已钻遇的 26口井火成岩的岩性和年龄数据分析，酸性、中性、基性火山岩在钻井中均有揭示，整体以基性玄武岩为主，其次为凝灰岩，其他岩石类型较少.

将火成岩的年龄和岩性投射在珠江口盆地各个位置上(图3)，我们发现：前第三纪，珠江口盆地东部主要为花岗岩基底，西部主要为变质岩基底，花岗岩等其他火成岩基本不发育.由此可见，南海北部陆缘东部岩浆侵入作用、火山作用活动强烈，而西部基底则表现得相对稳定，以古老的变质基底为主.根据探井岩样的岩石性质、年龄等特征的分析，燕山期岩浆侵入时期，研究区基底岩浆岩侵入时期位于燕山期三、四、五期.65～32 Ma，珠江口盆地火山岩主要分布在惠州凹陷、陆丰凹陷、东沙隆起及低凸起上，成分复杂，规模较大.32 Ma以来，珠江口盆地火成岩零星分布于陆丰凹陷、西江凹陷、东沙隆起上，成分相对单一，规模较小.

图3 珠江盆地火成岩分布图

3.2 火山活动期次

盆地新生代火山活动频繁，存在多期喷发多期旋回特征，呈现酸性-中性-基性的变化，其中年龄在32～56.5 Ma之间的火山活动最频繁，而该时期与盆地优质烃源岩发育时期(37.2～55.8 Ma)对应.烃源岩形成期的火山作用对优质烃源岩的形成有重要影响，火山活动所携带的营养物质对文昌组沉积时期湖泊中浮游藻类的发育和优质烃源岩的形成有重要影响[3].研究表明，始新统文昌组沉积时期，火山岩在珠一坳陷陆丰、惠州凹陷、东沙隆起、番禺低隆起均有分布，钻井揭示的火山岩厚度在几米至200 m，酸性、中性、基性火山岩均有发育[4]，这对文昌组湖相烃源岩的发育非常有益.

古近纪渐新世文昌组时期是火山活动由频繁复杂到单一的一个转折期，在此之前的中生代中晚期到古近纪早期(神狐组、文昌组)，火山喷发规模大、样式多，以酸性、中性、基性岩(或它们的混合)为主；之后的古近纪早期(文昌组)火山岩类型最为丰富，火山活动也最为频繁，这与烃源岩发育时期正好吻合.新近纪及以后，火山喷发以单一的基性岩浆喷发为主.

3.3 热背景对富烃凹陷的影响

富烃凹陷除了具有优质的烃源岩，同时热背景也是影响富烃凹陷另一控制因素.通过对珠江口盆地和北部湾盆地部分凹陷的地温梯度和热流值的对比研究，发现两个盆地的地温梯度值均在(除陆丰凹陷外)3℃/100 m以上(图4)，热流值都在50 mW/m2之上(图5).其中珠江口盆地的阳江凹陷异常高的热流值高达207.63 mW/m2，这是由于珠三坳陷北边断裂活动带强烈的水热或其他热液作用,造成浅部地表大地热流值异常高[5].

图4 珠江口盆地和北部湾盆地地温梯度对比图

图5 珠江口盆地和北部湾盆地热流值对比图

珠江口盆地地温梯度呈现由北部向南部逐渐升高的趋势，与其他盆地相比，珠江口盆地有着相对较高的地温梯度和热流值.研究表明[6]，地壳减薄和频繁的岩浆活动是造成热流值高的主要原因，因而火山岩分布集中的地区也是热流值分布较高的地区.较高的地温梯度和热流值一方面可能指示这岩浆活动的出现，而岩浆活动会促进藻类的勃发和提供丰富的生物生长需要的Mg、Fe等元素，为烃源岩提供了丰富的有机质来源和生产力；另一方面会促进有机质的演化改变烃源岩生烃门限使其更早进入生烃阶段.