南黄海盆地南五凹陷中-新生界油气资源潜力及勘探方向

2024-01-04牛华伟戚家振杨鹏程黄苏卫黄家琳吴凯伦

海洋石油 2023年4期

牛华伟，戚家振，杨鹏程，韩序，黄苏卫，黄家琳，吴凯伦

（1.中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司，上海 200120；2.中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司石油工程技术研究院，上海 200120）

南黄海盆地是一个典型的叠合盆地，经历了加里东期、印支-燕山期、喜山期等多期次构造运动。主要勘探地层包括中-古生界海相地层和中-新生界陆相地层。该盆地油气勘探工作从1961 年开始至今，尚未取得油气商业发现。截至2022 年底，南黄海盆地南部坳陷已钻井12 口，以中-新生界为主要目的层的井共10 口，其中南五凹陷已钻井4 口。从井的油气显示情况来看，南四凹陷A 井为南部坳陷唯一低产油流井，南五凹陷F 井、G 井见油气显示（图1）。但由于该地区勘探程度低，仅F 井基本钻全了阜宁组和泰州组地层，对于南五凹陷中新生界古新统阜宁组和中生界上白垩统泰州组烃源岩品质及资源潜力还存在认识不足、有利区带和勘探方向不清的问题。2023 年在南五凹陷北部斜坡带新部署了J 井，该井是斜坡区首口钻井，钻全了新生界地层，本文利用该井取得的钻井资料重点评价南五凹陷古新统阜宁组烃源岩资源潜力，并分析上白垩统泰州组烃源品质，为下一步该地区勘探部署提供支撑。

图1 南部坳陷中-新生界南五凹陷区域位置示意及综合柱状图Fig.1 The regional location and the comprehensive histogram of the Mesozoic and Cenozoic in Nanwu Sag in the Southern Depression

1 地质概况

南五凹陷位于南黄海盆地南部坳陷南端，是一个典型的南断北超的箕状断陷，凹陷面积约1 800 km2，自下而上沉积地层包括中生界白垩系、新生界古近系、新近系及第四系地层。凹陷中心中-新生界地层沉积近7 000 m（图1）[1-2]。南黄海盆地阜宁组阜四段和阜二段为广湖式沉积，同陆域苏北盆地地质条件相似，为主力烃源层系。阜一段和阜三段时期为水退期，沉积环境主要为滨浅湖-半深湖和辫状河三角洲沉积体系，为主要的目的储层。而泰州组沉积期是初始断陷期，分布范围局限。沉积环境主要是滨浅湖-半深湖相，凸起区提供砂质物源，辫状河三角洲发育。其中泰上段泥质烃源岩发育，是南五凹陷次要烃源层系。南五凹陷依据构造特征可进一步分为3 个三级区带：南部陡坡带、中部洼槽带和北部斜坡带（图2）。

图2 南部坳陷南五凹陷构造区划及钻井位置Fig.2 Structural zoning and drilling location of Nanwu Sag in the Southern Depression

2 烃源岩评价

2.1 沉积环境

中-新生界烃源岩主要发育层段为泰州组和阜宁组，沉积环境为湖相沉积，发育泥质烃源岩。本文基于南五凹陷部分钻井实验室测试的微量元素数据分析发现：阜宁组地层受海侵影响，发育半咸水沉积环境的湖相烃源岩。从南五凹陷F 井、G 井实验室测试的微量元素数据（Sr/Ba（锶钡比）样品数24；B/Ga（硼镓比）样品数19）（图3）可知，阜宁组泥岩Sr/Ba 比值大于1 的样品数有6 个，比值处于0.5～1的样品数有9 个，小于0.5 的样品数为9 个。而B/Ga 比值大于4.2 的样品数为4 个，B/Ga 比值处于3.3～4.2 的样品数为5 个，比值小于3.3 的样品数为10 个。通过以上Sr/Ba 和B/Ga 比值实验数据，可以初步判断阜宁组烃源岩发育于偏咸水沉积环境。

图3 南五凹陷阜宁组Sr/Ba、B/Ga 比值直方图Fig.3 Sr/Ba, B/Ga ratio histogram of Funing Formation in Nanwu Sag

通过斜坡区J 井饱和烃色谱Pr/C17-Ph/C18 交汇图（图4）可知，阜四段和阜二段处于较强还原环境，其中阜四段处于强还原环境，Pr/Ph 值处于0.145～0.992，均值为0.30，表明受到明显的海侵影响，环境为咸水深湖相。阜二段Pr/Ph 值处于0.337～1.436，均值为0.823，相对于阜四段水体变浅，较强还原环境，为微咸水湖相。阜三段从Pr/C17-Ph/C18 交汇图可知，陆源物质供给，水体偏浅，属于混合型，Pr/Ph值处于0.52～1.82，均值为1.286。通过以上指标可知，阜四段和阜二段为水进期，偏咸水还原沉积环境。阜三段为水退期，偏混合型沉积环境，该井也从侧面验证了阜宁组烃源岩沉积环境为偏咸水沉积环境。该环境有利于有机质的保存及延长生排烃时间[3-5]。

图4 南五凹陷J 井阜宁组Pr/C17-Ph/C18 交汇图Fig.4 Pr/C17-Ph/C18 intersection of Funing Formation in Well J of Nanwu Sag

2.2 有机质丰度

利用南部坳陷钻遇阜宁组烃源岩5 口钻井岩石热解实验室数据建立TOC 与深度关系，从而在纵向上厘定阜宁组泥质烃源岩有机质丰度变化情况。根据几口井TOC 数据可以发现，阜宁组泥质烃源岩有机质丰度高，TOC 值基本在0.47%～3.43%。在纵向上，阜四段和阜二段为阜宁组烃源岩主要生烃层段（图5）。

图5 南部坳陷南五凹陷及周边凹陷钻井有机质丰度连井对比图Fig.5 Comparison diagram of organic matter abundance in drilling wells of Nanwu Sag and surrounding sags in the Southern Depression

其中阜四段岩石热解S1+S2各口井均值主要分布0.82～4.24 mg/g，TOC 均值主要分布0.7%～4.5%。阜二段各口井岩石热解S1+S2均值主要分布1.23～3.33 mg/g，TOC 均值主要分布0.96%～1.54%。根据南部坳陷各口井生烃潜力和有机碳丰度散点图也可表明阜宁组为中等-好程度烃源岩。陆域高邮凹陷阜四段热解S1+S2为3.77 mg/g，平均有机碳为1.19%。高邮凹陷阜二段热解S1+S2为5.84 mg/g，平均有机碳为1.48%。通过海陆域烃源岩指标对比分析认为，海陆域阜宁组沉积环境相似，烃源指标基本相当。

而实测J 井泰上段泥岩样品（3 个）烃源岩S1+S2均值为1 mg/g，最大值为1.22 mg/g。TOC 均值为1%，最大值为1.5%，氯仿沥青“A”均值为0.067 7%，最大值为0.094 7%。评价为差-中等烃源岩。

2.3 有机质类型

根据5 口井实验室数据进行绘制范氏图（图6），从图中可知，南部坳陷阜宁组泥质烃源岩有机质类型以II2型为主，偏腐泥型。

图6 南五凹陷阜四段氢指数（HI）与最高热解峰温（Tmax）关系图Fig.6 Relationship between hydrogen index (HI) and maximum pyrolysis peak temperature (Tmax) in the 4th member of Funing Formation in Nanwu Sag

2.4 有机质成熟度

通过统计已钻井(S1+S2)/TOC 随深度变化关系（图7）发现，在2 500 m 左右开始出现第一个拐点，此时生烃潜力猛增，即开始大量生烃。而曲线在2 900 m 左右时((S1+S2)/TOC)又开始明显减小，表明烃源岩开始大量排烃，因此探区烃源岩的排烃门限深度为2 900 m 左右。

图7 南部坳陷泥质烃源岩热演化特征Fig.7 Thermal evolution characteristics of shale source rocks in the Southern Depression

图8 南五凹陷阜三段底界面现今地貌图Fig.8 Current landform map of the bottom of the 3rd member of Funing Formation in Nanwu Sag

综合以上特征我们确定南五凹陷埋深＜2 500 m，RO＜0.5%，处于未熟阶段；深度2 500～2 900 m，0.5%≤RO≤0.6%，处于低熟阶段；深度＞2 900 m，RO＞0.6%，处于成熟阶段，油气大量生成并排烃，此时产物主要为成熟油。一般来说，RO达到0.7%时，才进入成熟阶段，开始大量排烃。而南五凹陷在深度达到2 900 m，RO为0.6%时便进入排烃门限开始大量排烃，该原因也是受阜宁组地层沉积时期遭受海侵影响，发育半咸水沉积环境的湖相烃源岩，生排烃时刻早。南黄海盆地南部坳陷南四凹陷仅有的一口油流井A 井在阜宁组原油的成熟度RO便处于0.53%～0.65%。南黄海盆地和苏北盆地同处于下扬子板块断陷盆地，具有相似的原型盆地演化过程及地质条件，其中苏北盆地高邮凹陷、洪泽凹陷、金湖凹陷阜宁组泥质烃源岩也有相似特征。截至2012 年，高邮凹陷阜四段油气1.1×108m3（油当量），0.6×108m3成熟度介于0.5%～0.7%；金湖凹陷阜宁组RO=0.65%开始大量排油；洪泽凹陷阜宁组RO=0.53%开始大量排油[6-9]。

3 资源潜力分析

3.1 有效厚度

阜宁组暗色泥岩主要发育层段为阜四段和阜二段。其中阜四段在高部位遭受不同程度剥蚀，目前残留阜四段暗色泥岩厚度在87～455 m，且质纯，泥地比最高78%～100%；阜二段残留暗色泥岩厚度23～411 m，暗色泥岩百分比高达77%～91%。阜三段残留暗色泥岩厚度29.5～246 m，暗色泥岩百分比处于40.97%～76.16%。多口井钻揭阜一段，受沉积环境影响，泥岩偏氧化色，暗色泥岩厚度相对深洼区较薄，暗色泥岩厚度11～142 m，暗色泥岩百分比在2.56%～53.54%。

平面上，南五凹陷阜四段暗色泥岩集中分布在南五凹陷中部洼槽带，最厚可达800 m 以上。中部洼槽带阜四段暗色泥岩厚度基本在400～800 m，南部断阶带和北部斜坡带厚度相对较薄，厚度基本小于400 m。阜二段是水进期，广湖式沉积，分布范围广，局部凸起区后期遭受抬升剥蚀外，全区分布。深洼区域厚度最厚可达500 m 以上，凹陷中心暗色泥岩厚度在400～550 m，斜坡区及凸起区暗色泥岩厚度分布比较稳定，主要在200～250 m。

表1 南黄海盆地南部坳陷阜宁组暗色泥岩厚度统计Table 1 Statistics of dark mudstone thickness in Funing Formation in the Southern Depression of South Yellow Sea Basin

3.2 运聚系数及资源量

本次盆地模拟利用盆地运聚单元概念，根据流体势进行资源分配。其中资源量计算是由盆地模拟计算出排烃量之后乘以聚集系数得到，聚集系数主要参考“十三五”资评成果东部陆相断陷盆地聚集系数评价参数，计算新生界烃源岩聚集系数为15%～20%。利用TSM 盆地模拟计算南五凹陷中-新生界总资源量2.26×108t，资源丰度12×104t/km2。其中阜四段资源量3 760×104t，阜三段资源量3 338×104t，阜二段资源量8 008×104t，泰州组资源量7 513×104t，阜宁组占比约67%，泰州组占比约33%。

4 有利勘探方向

研究区主要处于南五凹陷北部斜坡构造带，北部斜坡构造带根据构造、沉积特征结合流体势又进一步分为斜坡内带、斜坡中带和斜坡外带。利用TSM 盆地模拟法对各个区带资源量进行计算，其中斜坡外带区带资源规模为2 724.7×104t，斜坡中带区带资源规模为1 848.7×104t，斜坡内带区带资源规模为3 862.3×104t。

南五凹陷北部斜坡内带紧靠南五凹陷生烃中心，距离生烃中心4～8 km。本地烃源已进入成熟门限，油气供给充足。斜坡内带中-新生界烃源岩生烃强度(400～1 200)× 104t/km2。而斜坡中外带距离主洼生烃中心较远，距离在8～20 km，本地烃源不成熟，主要依靠凹陷中心油气侧向运移。根据各个成藏区带资源规模及输导条件，综合优选南五凹陷北部斜坡内带为最有利勘探区带。