王　柯，張　洋，黃勝兵，陳景陽(yáng)中海油研究總院，北京100028

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珠江口盆地文昌A凹陷烴源巖特征及熱成熟演化史

王柯，張洋，黃勝兵，陳景陽(yáng)
中海油研究總院，北京100028

在烴源巖分布特征及有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用含油氣盆地?cái)?shù)值模擬技術(shù)，定量恢復(fù)了烴源巖熱成熟演化史.研究表明，文昌A凹陷各層系烴源巖分布廣，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高；有機(jī)質(zhì)類型文昌組偏I(xiàn)I1型，恩平組偏I(xiàn)II型，二者現(xiàn)今多處于高成熟—過(guò)成熟階段.凹陷內(nèi)烴源巖成熟時(shí)間早（文昌組約45.5 Ma），成熟度高，以干氣生成為主；凹陷邊緣烴源巖成熟時(shí)間較晚（文昌組約30.0 Ma），成熟度相對(duì)較低，以石油生成為主.凹陷內(nèi)氣藏及凹陷邊緣油藏的分布格局受制于有機(jī)質(zhì)類型差異和不同的熱演化史.氣藏的天然氣來(lái)自文昌組石油裂解氣以及恩平組自身生成的天然氣，油藏的石油來(lái)自文昌組和恩平組，且油氣勘探的方向：凹陷內(nèi)以天然氣為主，邊緣以石油為主.

珠江口盆地；文昌A凹陷；烴源巖；熱成熟演化史

0　前言

盆地或凹陷內(nèi)烴源巖特征的研究是油氣勘探的前提和基礎(chǔ)，烴源巖熱演化史的研究是表征其成烴有效性和產(chǎn)物性質(zhì)的重要方法［1］.目前，烴源巖特征的研究包括有機(jī)質(zhì)數(shù)量、類型和成熟度三個(gè)方面［2-4］，其熱演化史研究則借助于盆地模擬軟件［5-6］.在烴源巖特征厘定的基礎(chǔ)上，恢復(fù)烴源巖的熱演化史，進(jìn)而明確盆地或凹陷的成烴物質(zhì)基礎(chǔ)及產(chǎn)物性質(zhì)（油、氣或油氣并舉），有助于指導(dǎo)盆地或凹陷的油氣勘探.

已有勘探成果顯示，文昌A凹陷為一富烴凹陷［7］，且凹陷內(nèi)以天然氣為主，凹陷邊緣以石油為主，油氣分布差異性顯著.其中，凹陷內(nèi)A、B和C構(gòu)造為氣藏，凹陷邊緣D、E和F構(gòu)造為油藏.前人僅對(duì)文昌A凹陷的生烴潛力、儲(chǔ)蓋層特征等做過(guò)較為詳細(xì)的討論［8-13］，但尚未闡明凹陷的成烴物質(zhì)基礎(chǔ)及產(chǎn)物性質(zhì)，從而尚未明確油氣差異分布的原因.因此，文昌A凹陷烴源巖特征及熱成熟演化史的研究成為下一步油氣勘探與地質(zhì)研究亟待解決的重要問(wèn)題之一，從而顯得尤為重要.基于以上認(rèn)識(shí)，筆者運(yùn)用地質(zhì)、地震、鉆井和地球化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)及美國(guó)PRA公司的Basin Mod 1D軟件模塊來(lái)分析文昌A凹陷有機(jī)質(zhì)的豐度、類型及成熟度等烴源巖特征及其熱成熟演化史，以期為研究區(qū)今后的油氣勘探有所裨益，為增儲(chǔ)上產(chǎn)提供服務(wù).

1　文昌A凹陷地質(zhì)特征

珠江口盆地呈NE向展布于南海北部大陸架和陸坡邊緣，是以中新生代沉積為主的被動(dòng)大陸邊緣裂陷盆地，東西長(zhǎng)約800 km，南北寬100～360 km，面積約17.5×104km2，新生代最大沉積厚度超過(guò)10 km，是我國(guó)近海重要的含油氣盆地［14-33］.盆地可分為珠一、珠二、珠三拗陷和北部斷階帶、神狐暗沙隆起、東沙隆起、南部隆起及番禺低隆起共8個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元.文昌A凹陷位于珠江口盆地西部珠三拗陷，總體呈NE走向，為南斷北超的箕狀斷陷.凹陷面積3350 km2，現(xiàn)已鉆井20余口，發(fā)現(xiàn)了6個(gè)油氣田和5個(gè)含油氣構(gòu)造，為已證實(shí)的富烴凹陷（圖1、2）.

圖1　文昌A凹陷構(gòu)造位置圖Fig.1　Tectonic location of the Wenchang-A sag

文昌A凹陷發(fā)育于前新生界基底上，沉積巖厚近10000 m，其中古近系約6000 m，新近系約3500 m.新生代地層自下而上依次為古新統(tǒng)神狐組（E1s），始新統(tǒng)文昌組（E2w），漸新統(tǒng)恩平組（E3e）和珠海組（E3zh），中新統(tǒng)珠江組（N1zj）、韓江組（N1h）、粵海組（N1y），上新統(tǒng)萬(wàn)山組（N2w）及第四系（Q）.烴源巖主要為文昌組、恩平組暗色泥巖，儲(chǔ)集層主要為珠海組、珠江組碎屑巖，蓋層為韓江組泥巖及珠海組、珠江組砂巖上覆泥巖（圖3）.

凹陷歷經(jīng)早期斷陷和晚期拗陷兩大階段，具顯著的下斷上拗特征.地層經(jīng)歷了多期的埋藏-抬升-剝蝕，形成了多個(gè)區(qū)域不整合面.斷裂十分發(fā)育，晚期近E-W向斷層對(duì)壓力釋放及油氣運(yùn)移起重要作用.

2　烴源巖特征

2.1烴源巖分布特征

現(xiàn)有資料揭示，文昌A凹陷縱向上發(fā)育文昌組和恩平組2套烴源巖系.根據(jù)地震資料借助平均速度進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)化（圖4）表明，文昌組與恩平組有多個(gè)沉降沉積中心，其中文昌組最大厚度3000余米，位于凹陷中南部；恩平組最大厚度2400余米，位于凹陷東南部.

圖2　文昌A凹陷主要鉆井、局部構(gòu)造分布圖Fig.2　Structural map with main wells in the Wenchang-A sag

圖3　文昌A凹陷地層柱狀圖Fig.3　Stratigraphic column of the Wenchang-A sag

2.2烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

2.2.1有機(jī)質(zhì)豐度

基于烴源巖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及評(píng)價(jià)（表1、2），文昌A凹陷不同層位的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度特征不同.

（1）有機(jī)碳含量：文昌組烴源巖有機(jī)碳含量介于0.50%～0.82%，均值為0.60%，屬較差烴源巖級(jí)別；恩平組烴源巖有機(jī)碳含量平均值為1.12%，最高可達(dá)7.27%，屬中等烴源巖級(jí)別.

（2）氯仿瀝青“A”含量：文昌組烴源巖級(jí)別屬中等，烴源巖樣品氯仿瀝青“A”平均值為0.13%；恩平組則屬好的烴源巖，氯仿瀝青“A”最大值為0.63%.

（3）生烴潛量：文昌組烴源巖級(jí)別屬較差，生烴潛量（S1+S2）均值為1.11×10-3；恩平組生烴潛量（S1+S2）均值為2.61×10-3，屬中等烴源巖級(jí)別.

以上分析可知，文昌組烴源巖屬較差—中等烴源巖級(jí)別，恩平組屬中等—好烴源巖級(jí)別.但要指出的是，現(xiàn)有文昌組烴源巖測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)自凹陷邊緣高部位的a及e井中若干個(gè)別采樣點(diǎn)（圖2），具有很大的局限性.按沉積相特征分析，中深湖相文昌組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度應(yīng)優(yōu)于河沼-濱淺湖相恩平組烴源巖，即烴源巖級(jí)別文昌組應(yīng)優(yōu)于恩平組［34-35］.

2.2.2有機(jī)質(zhì)類型

干酪根鏡檢分析表明（表3），文昌組和恩平組烴源巖有較好的有機(jī)質(zhì)類型，以Ⅱ型為主，且Ⅱ1型干酪根占比例較大，但文昌組明顯優(yōu)于恩平組，恩平組次要類型為Ⅲ型.

圖4　文昌A凹陷文昌組、恩平組烴源巖等厚圖Fig.4　The isopach maps of source rocks in the Wenchang-A sag

表1　文昌A凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)表

表2　湖相泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

表3　文昌A凹陷烴源巖干酪根鏡檢結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

烴源巖熱解分析表明（圖5），文昌組和恩平組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型同樣以Ⅱ型為主，且恩平組偏Ⅲ型.

干酪根類型決定有機(jī)質(zhì)熱演化產(chǎn)物的性質(zhì)，文昌組烴源巖干酪根類型偏I(xiàn)I1型，以石油生成為主；恩平組則偏I(xiàn)II型，以天然氣生成為主.

2.2.3有機(jī)質(zhì)成熟度

基于259個(gè)鉆井實(shí)測(cè)烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）資料，分單井和整個(gè)凹陷作出烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）與深度（H）關(guān)系圖（圖6）及文昌組、恩平組底部烴源巖成熟度平面圖（圖7），并統(tǒng)計(jì)回歸出埋深與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系方程.

垂向上（圖6），隨著埋深的增大，鏡質(zhì)體反射率（Ro）逐漸加大，兩者呈良好的線性-對(duì)數(shù)正相關(guān)關(guān)系，且凹陷烴源巖進(jìn)入低成熟（Ro=0.5%）、成熟（Ro=0.7%）、大量生烴（Ro=1.0%）、高成熟（Ro=1.3%）及過(guò)成熟（Ro=2%）的門限深度分別為2250 m、3000 m、3800 m、4500 m和5400 m.

平面上（圖7），文昌組與恩平組烴源巖成熟度表現(xiàn)為自凹陷中心向邊緣呈環(huán)帶狀降低，但研究區(qū)文昌組和恩平組烴源巖都已進(jìn)入生烴門限（Ro=0.5%），且凹陷內(nèi)烴源巖已達(dá)到過(guò)成熟階段（Ro=2%）.層位上，由于埋深與熱演化時(shí)間的差異，烴源巖成熟度文昌組高于恩平組.

綜上所述，文昌A凹陷恩平組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，為中等—好的烴源巖級(jí)別，且中深湖相文昌組烴源巖級(jí)別優(yōu)于恩平組；干酪根類型以Ⅱ型為主，文昌組烴源巖干酪根偏腐泥型（II1），恩平組干酪根以腐殖型（III）為主；受埋深和熱演化時(shí)間的影響，烴源巖成熟度文昌組高于恩平組，且凹陷內(nèi)各烴源巖均已進(jìn)入過(guò)成熟階段.

圖5　文昌A凹陷烴源巖最大熱解峰溫-氫指數(shù)（左）及氧指數(shù)-氫指數(shù)（右）有機(jī)質(zhì)類型判別圖Fig.5　Discriminant diagrams of Tmax-HI and OI-HI for the source rocks in the Wenchang-A sag

3　有機(jī)質(zhì)熱成熟演化史

3.1數(shù)學(xué)模型

成熟度是有機(jī)質(zhì)在地質(zhì)歷史演化進(jìn)程中對(duì)時(shí)、溫增加的綜合效應(yīng).目前常用于定量恢復(fù)成熟史的模型主要有TTI模型［36-37］和Easy%Ro模型［38］.本次研究選用簡(jiǎn)便實(shí)用的Easy%Ro模型，該模型適用于不同的受熱條件，Ro變化范圍廣（0.3%～4.7%），且精度較高.

該模型以熱模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將鏡質(zhì)體的成熟反應(yīng)分為4個(gè)主要的平行化學(xué)反應(yīng)，即脫H2O、CO2、CH4及高碳數(shù)烴，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

Ro=exp（-1.6+3.7Fj）（j=1，2，3···，直到現(xiàn)在）式中，F(xiàn)j為某一地層底界的第j個(gè)埋藏點(diǎn)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)程度，其取值范圍為0～0.85.

3.2熱成熟演化史分析

基于上述原理和數(shù)學(xué)模型，利用美國(guó)PRA公司的Basin Mod軟件，選取文昌A凹陷具代表性的b、d、g井，對(duì)文昌組、恩平組烴源巖的成熟史進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬恢復(fù).

模擬結(jié)果揭示（表4、圖8），凹陷不同構(gòu)造位置的單井成熟度演化史不盡相同.其中，凹陷中部（圖8g井）文昌組進(jìn)入生烴門限較早（約45.5 Ma），且于31.5 Ma開始大量生烴，現(xiàn)今處于過(guò)成熟階段，以干氣生成為主；恩平組成熟時(shí)間相對(duì)較晚（約31.1 Ma），且現(xiàn)今以輕質(zhì)油和濕氣生成為主.西北部（圖8b井）恩平組成熟度相對(duì)較低，現(xiàn)今仍處于成熟階段，以石油生成為主.西南部（圖8d井）文昌組于17.0 Ma開始大量生烴，現(xiàn)今處于輕質(zhì)油和濕氣生成階段.恩平組現(xiàn)今則以石油大量生成為主.

表4　文昌A凹陷代表性單井成熟度演化時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

綜上所述，文昌A凹陷受烴源巖有機(jī)質(zhì)類型及成熟度制約，文昌組處于凝析油和濕氣窗，恩平組以石油生成為主.勘探成效及前人研究已證實(shí)［39-40］，凹陷內(nèi)氣藏的天然氣主要來(lái)自恩平組烴源巖，其次為文昌組烴源巖，為高成熟—過(guò)成熟階段生成的凝析氣和早期裂解氣，如A、B凝析氣藏；凹陷邊緣油氣藏的原油既有文昌組來(lái)源，也有恩平組貢獻(xiàn)，而天然氣主要來(lái)源于文昌組烴源巖的裂解氣，如D油藏.

圖6　文昌A凹陷烴源巖Ro與深度關(guān)系圖Fig.6　Diagram of Ro vs.depth of source rocks in the Wenchang-A sag

圖7　文昌A凹陷文昌組、恩平組烴源巖成熟度平面圖Fig.7　Maturity distribution of source rocks in the Wenchang-A sag

圖8　文昌A凹陷有機(jī)質(zhì)熱成熟演化史（左）及模擬值與實(shí)測(cè)值擬合圖（右）Fig.8　The maturity evolution of the organic matter（L）and the contrast of observed temperature and simulated temperature（R）in the Wenchang-A sag

因此，文昌A凹陷受烴源巖有機(jī)質(zhì)類型差異以及熱演化史不同的制約.油氣勘探的方向：凹陷內(nèi)以天然氣為主，邊緣以石油為主.

4　結(jié)論

（1）文昌A凹陷發(fā)育文昌組與恩平組2套烴源巖系，其分布廣，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高；有機(jī)質(zhì)類型文昌組偏I(xiàn)I1型，恩平組偏I(xiàn)II型，二者現(xiàn)今多處于高成熟—過(guò)成熟階段.

（2）文昌A凹陷不同構(gòu)造位置的單井成熟度演化史不盡相同，其中凹陷內(nèi)烴源巖成熟時(shí)間早（文昌組約45.5 Ma），現(xiàn)今成熟度高，以干氣生成為主；凹陷邊緣烴源巖成熟時(shí)間較晚（文昌組約30.0 Ma），今成熟度相對(duì)較低，以石油生成為主.

（3）文昌A凹陷油氣勘探方向：在凹陷內(nèi)以天然氣為主，凹陷邊緣以石油為主.

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Characteristics and thermal evolution histry of source rocks in the Wenchang-A sag, Pearl River mouth basin

WANG Ke,ZHANG Yang,HUANG Sheng-bing,CHEN Jing-yang
CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China

In order to better understand the process and mechanism of hydrocarbon accumulation and identify the source rock potentialof Wenchang-A sag in Pearl River mouth basin,this study uses the technique ofbasin modeling to reconstruct the thermal evolution history in the study area based on the analysis of source rock distribution,organic matter abundance, types and maturation.The result shows that each layer of source rock of the Wenchang-A sag is widespread,with a high organic matter abundance and a large thickness.The organic matter of Wenchang Formation is of type II1;while that of Enping Formation,type III.The source rocks are in the stages of middle maturity and over maturity.Inside the Wenchang-A sag,the sourcerocksreached oil threshold in earlier time with a high maturity.However,on the edge ofthe sag,they reached oilthreshold later,and is stillin low maturation stage.The distribution of oil and gas in the sagis constrained by the different organic matter types and maturities.The pools of oil and gas come from Wenchang and Enping formations.The inside of the sag is a priorityofgas searching,and the edge ofthe sagis favorablefor petroleum.

Pearl River mouth basin;Wenchang-A sag;source rock;maturity

1671-1947（2016）02-0196-08

P618.130.2

A

2016-01-05；

2016-03-15.編輯：張哲.

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“近海富烴凹陷資源潛力再評(píng)價(jià)和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向”（項(xiàng)目編號(hào)2011ZX05023-001）.

王柯（1987—），男，碩士，工程師，主要從事盆地模擬、成油體系與成藏動(dòng)力學(xué)研究，通信地址北京市朝陽(yáng)區(qū)太陽(yáng)宮南街6號(hào)海油大廈A1009，E-mail//wangke6@cnooc.com.cn