陳 聰，龍祖烈，熊永強(qiáng)，朱俊章，翟普強(qiáng)，鄭仰帝

(1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054；2.中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518054；3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640)

白云凹陷位于珠江口盆地深水區(qū)地殼向海減薄的細(xì)頸化帶，為具有高熱流背景的新生代斷陷湖盆[1]。因位于伸展陸緣巖石圈強(qiáng)烈薄化帶上，白云凹陷成為大型寬深斷陷，湖盆面積達(dá)12 600 km2，斷陷期沉積的文昌組及恩平組最大厚度達(dá)6 000 m，且該烴源層系泥巖現(xiàn)今已達(dá)高-過成熟熱演化階段，為白云凹陷主力烴源巖[2-3]。另外，巖石圈薄化過程中，重力均衡作用使得陸緣地表沉陷于海平面之下，具備發(fā)育海相源巖的地質(zhì)條件[2]，意味著該區(qū)可能發(fā)育湖相、海陸過渡相及海相泥巖等多套烴源巖。然而，受制于該區(qū)高地溫工程作業(yè)的特殊性及洼陷內(nèi)勘探程度低的影響，目前僅在白云凹陷斜坡-隆起區(qū)鉆遇文昌組及恩平組泥巖，洼陷內(nèi)則基本未鉆遇文昌組及恩平組，所以無法準(zhǔn)確刻畫白云凹陷的烴源潛力、沉積相和烴源巖分布特征。不同學(xué)者對(duì)于該區(qū)文昌組及恩平組烴源巖的沉積相及其生烴潛力與成藏貢獻(xiàn)問題存在極大分歧：一部分學(xué)者認(rèn)為白云凹陷北部發(fā)育恩平組三角洲煤系烴源巖，南部及洼陷深部發(fā)育海相烴源巖，文昌組則整體發(fā)育濱、淺湖相烴源巖，天然氣為煤型氣，恩平組煤系及海相源巖為該區(qū)主力烴源巖，文昌組則為一套潛在的烴源巖[4]；另一部分學(xué)者則認(rèn)為白云凹陷文昌期為大型寬深斷陷湖盆，洼陷區(qū)發(fā)育大面積欠補(bǔ)償沉積的大型深湖或半深湖相烴源巖，北部緩坡帶發(fā)育大規(guī)模的河流-三角洲相源巖，恩平期則發(fā)育大型三角洲-淺湖相沉積源巖，文昌組偏腐泥型源巖為研究區(qū)主力氣源巖，恩平組淺湖相泥巖為主力油源巖[2,5]。整體而言，不同學(xué)者對(duì)于白云凹陷烴源巖類型、分布及主力油氣源巖認(rèn)識(shí)的差異主要受制于該區(qū)鉆遇古近系泥巖的探井少，而洼陷區(qū)缺乏烴源巖實(shí)鉆井資料，且研究區(qū)地處洋陸轉(zhuǎn)換帶，煤系、湖相及海相源巖類型多變，對(duì)不同相帶源巖分布規(guī)模及成烴潛力缺乏系統(tǒng)研究。針對(duì)上述問題，本研究通過控制優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的沉降速率分析，建立虛擬井，剖析白云凹陷文昌期不同構(gòu)造部位沉降速率，結(jié)合“十三五”期間白云凹陷已鉆遇古近系烴源巖的地球化學(xué)特征和原油、天然氣的成因研究，刻畫白云凹陷半深湖-淺湖-海相/海侵烴源巖的分布范圍及成藏貢獻(xiàn)。同時(shí)，通過文昌組—恩平組不同母質(zhì)類型泥巖干酪根樣品黃金管高溫高壓生氣模擬實(shí)驗(yàn)與熱史建立天然氣生成甲烷動(dòng)力學(xué)模型，厘定該區(qū)主力氣源巖及成藏動(dòng)態(tài)過程，并探討白云凹陷不同區(qū)帶油氣分布差異性主控因素。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

白云凹陷位于南海北部陸坡深水區(qū)，水深變化大，介于200～2 800 m之間，為珠江口盆地面積最大、埋藏最深的沉積凹陷，總體上呈NEE向展布，包括白云西洼、白云主洼、白云東洼3個(gè)次級(jí)洼陷(圖1)。白云凹陷經(jīng)歷了晚白堊世—早漸新世裂陷階段、晚漸新世—早中新世的裂后坳陷階段及中新世晚期至今的斷塊活動(dòng)階段[2]。自下而上充填了始新統(tǒng)文昌組河湖相沉積、始新統(tǒng)恩平組大型湖盆-三角洲平原-沼澤相沉積、漸新統(tǒng)珠海組三角洲-淺海陸架過渡相沉積、中新統(tǒng)珠江組—粵海組三角洲-陸棚-陸坡深水沉積、上新統(tǒng)—第四系黏土質(zhì)-粉砂質(zhì)沉積(圖1)[1]。此外，白云凹陷因受強(qiáng)烈的拆離作用，地殼急劇薄化，出現(xiàn)“熱盆”特征，實(shí)鉆井地溫梯度最高可達(dá)5.2 ℃/100 m，高熱流背景下該區(qū)烴源巖顯示出生烴早、成熟快、易于產(chǎn)生生烴超壓等特殊生烴條件和成烴演化過程[1-2]。目前在白云主洼北部-番禺低隆起及白云主洼東部發(fā)現(xiàn)諸如P30、W3及H29等多個(gè)大中型凝析氣田，并在白云東洼發(fā)現(xiàn)H16、H20等中型輕質(zhì)油田群，但已發(fā)現(xiàn)的油氣田主體均位于隆起區(qū)-斜坡區(qū)，洼陷內(nèi)僅鉆探ZW井，但該井受制于深水區(qū)高溫高壓作業(yè)難度大而未獲得有效產(chǎn)能[6]。此外，從烴源巖分布情況看，白云凹陷目前鉆遇文昌組及恩平組泥巖的探井較少，僅在白云主洼東部地區(qū)W4、W9、H36及W3-2、W3-4井鉆遇文昌組，且除地塹區(qū)W3-2井鉆遇文昌組近400 m厚層泥巖外，其余探井因處于斜坡-隆起區(qū)而呈富砂沉積特征，僅揭示薄層泥巖，泥巖累計(jì)厚度不足百米。鉆遇恩平組泥巖的探井相對(duì)較多，在白云西洼P33井、白云主洼東部H36、W3-2、W3-4井及白云東洼H27、H29井均有揭示，其中P33井累計(jì)鉆遇230 m泥巖，見22 m煤層，但煤?jiǎn)螌雍穸葍H1 m左右，為含煤/煤系地層，其余地區(qū)探井恩平組則均未見煤層分布；此外，已揭示恩平組除P33井以富砂沉積外(泥地比為0.26)，其余探井恩平組整體以富泥沉積為主，泥地比高達(dá)0.61～0.99，特別是H27井鉆遇恩平組泥巖達(dá)412 m，泥巖單層最大厚度達(dá)百米。按照古生物及單井沉積相解釋，W4、W9及W3-2井文昌組為半深湖相，H36及W3-4井文昌組為淺湖相；P33井恩平組為湖沼相含煤地層、H27井恩平組為淺湖相沉積，H29井恩平組為海相/湖相海侵沉積，W3-4及H36井恩平組處于化石稀少帶，沉積相帶未定。

圖1 白云凹陷油氣分布格局及地層格架Fig. 1 Petroleum distribution pattern and stratigraphic framework in Baiyun Sag

2 白云凹陷半深湖-淺湖-海相源巖發(fā)育及分布范圍探討

如前所述，白云凹陷古近系鉆遇恩平組探井分布范圍較廣，但沉積相帶變化差異較大。文昌組探井較少，且已揭示源巖均處于斜坡-隆起帶，洼陷內(nèi)則基本無探井揭示，不同學(xué)者對(duì)于該套源巖平面展布、沉積相及烴源潛力爭(zhēng)議極大。對(duì)此，本研究通過控制優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的沉降速率以及研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)原油中反映半深湖-深湖相成因的生物標(biāo)志物的指紋信息，探討該區(qū)半深湖相源巖的發(fā)育條件與分布范圍。

2.1 白云凹陷文昌期沉降速率分析

Katz[7]認(rèn)為快速、饑餓型沉降條件有利于形成深湖相環(huán)境，促使藻類等浮游生物發(fā)育及繁盛，同時(shí)浮游生物及陸源有機(jī)質(zhì)的快速堆積、分解耗氧作用導(dǎo)致沉積物表層為相對(duì)還原環(huán)境，形成一定程度的水體分層，利于有機(jī)質(zhì)的保存，從而形成具有高生烴潛力的傾油型烴源巖。姜雪等[8]研究了渤海灣、珠江口及瓊東南等盆地的富生烴凹陷，將沉降速率>200 m/Ma作為劃分優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的沉降條件，且在此類半深湖-深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖中見密集的藻類紋層，泥巖抽提烴中以富C304-甲基甾烷為特征[9]。本次研究選取白云凹陷14個(gè)不同構(gòu)造位置，建立虛擬井(圖1)，恢復(fù)虛擬井及近洼陷位置探井文昌期地層的沉降速率(圖2)，其中虛擬井A～E處于白云主洼的洼陷內(nèi)，此類虛擬井文昌組厚度均在4 000 m以上；斜坡區(qū)近洼陷位置已鉆遇的P35B、H26井及白云主洼南部Main-S虛擬井、白云主洼東部Main-E虛擬井文昌組厚度均在2 000 m左右。此外，建立了白云西洼及白云東洼洼陷中心虛擬井B2-M、H27-M及H28-M，其中B2-M井文昌組厚度約2 500 m，而白云東洼H27-M及H28-M井文昌組厚度均在1 500 m左右。

圖2 白云凹陷不同構(gòu)造位置文昌期沉降速率分布及對(duì)比Fig. 2 Distribution and comparison of settlement rate in Wenchang period at different tectonic position in Baiyun Sag

利用盆地模擬方法進(jìn)行虛擬井沉降速率計(jì)算，通過對(duì)現(xiàn)今地層厚度的壓實(shí)校正，消除孔隙度變化的影響，恢復(fù)不同虛擬井文昌組在各地史時(shí)期的厚度及原始沉積厚度，并通過對(duì)古深水及古海平面變化的校正來恢復(fù)沉積層的原始沉降量，進(jìn)而得出總沉降量-時(shí)間曲線，獲得不同虛擬井文昌期沉降速率[10-11]。此外，為充分認(rèn)識(shí)沉降速率對(duì)白云凹陷烴源巖發(fā)育條件的控制作用，對(duì)比相同盆地模擬軟件及方法恢復(fù)的中國近海渤海海域、北部灣盆地及珠江口盆地珠一坳陷富生烴凹陷的沉降速率[10]。如圖2所示，白云主洼的洼陷內(nèi)文昌組厚度>4 000 m的A～E虛擬井文昌組沉降速率為293～357 m/Ma，與渤海灣盆地黃河口、遼西凹陷及珠江口盆地(東部)珠一坳陷番禺4洼具有可比性；白云主洼北部洼陷-斜坡區(qū)過渡位置P35B、H26探井及白云主洼南部Main-S、白云主洼東部Main-E虛擬井文昌組沉降速率為205～275 m/Ma，此類區(qū)域文昌組厚度整體在2 000 m左右。此外，白云西洼洼陷中心的虛擬井B2M及斜坡區(qū)P33井文昌組沉降速率分別為296和209 m/Ma，均具備發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖的沉降條件，意味著在白云主洼及白云西洼的洼陷內(nèi)均可能發(fā)育半深湖-深湖相烴源巖，以沉降速率>200 m/Ma區(qū)域進(jìn)行界定，其面積近4 900 km2。反觀白云主洼東部斜坡區(qū)H36井、白云東洼H27與H28井以及次洼中心的虛擬井H27M和H28M，文昌組沉降速率僅為144～189 m/Ma，不滿足發(fā)育優(yōu)質(zhì)半深湖相源巖沉降條件，以淺湖-三角洲相烴源巖為主。

2.2 白云凹陷古近系烴源巖地球化學(xué)特征

2.2.1 文昌組

目前白云凹陷僅W4、W9、H36、W3-4及W3-2井鉆遇古近系文昌組，且均處于白云主洼東部地區(qū)。其中W3-2井位于洼陷內(nèi)地塹區(qū)，位于前述文昌組沉積速率>200 m/Ma區(qū)域；H36及W3-4井則位于隆起帶-斜坡過渡區(qū)，位于沉積速率<200 m/Ma區(qū)域；W4及W9井則處于隆起區(qū)發(fā)育的文昌期殘洼。此外，從沉積相解釋結(jié)果看，W4、W9及W3-2井文昌組均為半深湖相沉積，H36、W3-4井為淺湖相沉積。

根據(jù)已鉆遇文昌組泥巖抽提烴呈現(xiàn)出的生物標(biāo)志物及碳同位素組成特征看(圖3)，白云主洼高沉降速率區(qū)發(fā)育的W3-2井文昌組半深湖相泥巖及隆起帶殘洼區(qū)W4、W9井文昌組泥巖抽提烴均具有較低的姥植比，Pr/Ph為1.1～1.9，具有一定含量的陸源高等植物生源構(gòu)成的奧利烷(OL)及雙杜松烷(T)，C27～C28～C29規(guī)則甾烷基本呈“V”型或“L”型分布。值得注意的是，在W3-2源巖中見珠江口盆地文昌組半深湖相源巖特征生物標(biāo)志物C304-甲基甾烷[12]，且豐度較高，指示該類源巖沉積于弱氧化性水體環(huán)境。此外，該類源巖干酪根穩(wěn)定碳同位素值較輕，為-29.2‰～-28.5‰，反映了生源構(gòu)成以藻類等低等水生生物輸入為主。這與國內(nèi)學(xué)者研究認(rèn)為的半深湖相烴源巖有機(jī)質(zhì)生源以水生生物為主，碳同位素組成較輕，而濱淺湖相源巖因陸源輸入較多，碳同位素組成較重觀點(diǎn)一致[13]。另外，該類泥巖干酪根元素組成H/C為1.12～1.43，O/C為0.11～0.18，整體為偏腐泥型的Ⅱ1型生烴母質(zhì)類型，具有較好的生油潛力。

然而，低沉降速率區(qū)發(fā)育的H36及W3-4文昌組淺湖相泥巖的抽提烴則具有較高的姥植比，Pr/Ph為2.3～2.9，并具有高含量的陸源高等植物生源構(gòu)成的雙杜松烷T及奧利烷(OL)，C27～C28～C29規(guī)則甾烷基本呈“V”型分布，且不含C304-甲基甾烷，干酪根碳同位素值為-27.3‰～-27.0‰，指示該類源巖沉積于氧化性水體環(huán)境，生源構(gòu)成以陸源高等植物貢獻(xiàn)為主，藻類等水生生物貢獻(xiàn)相對(duì)較低。從源巖母質(zhì)類型看，此類淺湖相泥巖干酪根元素組成H/C為0.75～0.96，O/C為0.11～0.26，為偏腐殖型的Ⅱ2～Ⅲ型生烴母質(zhì)類型。整體而言，白云主洼已揭示源巖生源及沉積環(huán)境等特征與該處文昌組沉降速率具有明顯的一致性。隆起帶-過渡帶低沉降速率區(qū)文昌組發(fā)育淺湖相源巖，而近洼陷位置文昌組高沉降速率區(qū)則發(fā)育優(yōu)質(zhì)半深湖相源巖，且具有較好的生油能力。

2.2.2 恩平組

就恩平組泥巖而言，目前在白云凹陷不同次洼均有揭示，但不同區(qū)帶沉積相變化較大。如在白云凹陷西部的白云西洼P33井恩平組為含煤地層，但煤層分布規(guī)模較小。白云主洼東部及白云東洼恩平組則未見煤層，發(fā)育淺湖-三角洲相源巖，部分區(qū)帶如白云東洼H29井則為海相/海侵泥巖。首先，從P33井恩平組煤系泥巖地球化學(xué)特征看(圖3)，其氯仿瀝青“A”抽提物呈極高的姥植比，Pr/Ph為3.2～4.8，并具有高含量的陸源高等植物生源構(gòu)成的雙杜松烷T，且T/C30藿烷(m/z412)高達(dá)5.3～5.9，C27～C28～C29規(guī)則甾烷基本呈“V”型，且不含C304-甲基甾烷，干酪根碳同位素值為-27.3‰～-27.0‰，指示該類源巖沉積于氧化性水體環(huán)境，生源構(gòu)成以陸源高等植物貢獻(xiàn)為主，藻類等水生生物貢獻(xiàn)相對(duì)較低；該類煤系泥巖干酪根元素組成H/C為0.86～0.88，O/C為0.02～0.07，整體為Ⅱ2～Ⅲ型母質(zhì)類型，為偏腐殖型源巖。此外，位于白云凹陷東北部的H27井恩平組雖未見煤層分布，但已揭示的淺湖相泥巖整體特征與前述P33井煤系泥巖特征具有相似性，亦具有極高的姥植比，Pr/Ph為3.2～5.3，陸源高等植物生源構(gòu)成的雙杜松烷T含量極高，T/C30藿烷(m/z412)為3.1～5.9，并具有較高含量奧利烷，C27～C28～C29規(guī)則甾烷基本呈“V”型，不含C304-甲基甾烷及三芳甲藻甾烷，干酪根碳同位素值為-27.5‰～-27.0‰，干酪根元素組成H/C為0.57～0.64，O/C為0.10～0.11，為Ⅱ2～Ⅲ型母質(zhì)類型，整體地球化學(xué)特征及母質(zhì)類型均與P33恩平組煤系泥巖及白云主洼斜坡-隆起帶低沉降速率區(qū)發(fā)育的H36及W3-4井淺湖相泥巖具有相似性。這也意味著在白云凹陷文昌組低沉降速率區(qū)發(fā)育的淺湖相源巖整體沉積環(huán)境、生源構(gòu)成及有機(jī)質(zhì)類型與恩平組淺湖相或煤系泥巖具有趨同性。

(a)W3-2井4 704～4 719 m，文昌組，泥巖巖屑，δ13C干酪根=-27.4‰，半深湖相；(b)W4井3 195～3 235 m，文昌組，泥巖巖屑，δ13C干酪根=-29.2‰，半深湖相；(c)H36井3 853.5m，文昌組，泥巖井壁心，δ13C干酪根=-27.4‰，淺湖相；(d)W3-4井4 325～4 370 m，文昌組，泥巖巖屑，δ13C干酪根=-27.6‰，淺湖相；(e)P33井4 295 m，恩平組，泥巖巖心，δ13C干酪根=-27.3‰，湖沼相(含煤地層)；(f)H27井4 608.66 m，恩平組，泥巖井壁心，δ13C干酪根=-27.5‰，淺湖相；(g)H29井3 041～3 227 m，恩平組，泥巖巖屑，δ13C干酪根=-24.9‰，海相/海侵；(h)H36井3 800 m，恩平組，泥巖井壁心，δ13C干酪根=-25.5‰，海相/海侵。圖3 白云凹陷文昌組及恩平組不同相帶烴源巖生物標(biāo)志物指紋信息Fig. 3 Biomarker fingerprints of source rocks in different facies zones of Wenchang and Enping Formations in Baiyun Sag

此外，值得注意的是，在白云東洼H29井揭示的恩平組泥巖，其有機(jī)相中海相溝鞭藻占比高達(dá)46.9%～53.1%，由高等植物與海相藻類混合生源構(gòu)成，為陸源海相泥巖。該類源巖生標(biāo)特征雖與前述淺湖-三角洲相和煤系泥巖生標(biāo)特征相似，均具有高豐度的雙杜松烷T及奧利烷(OL)，呈強(qiáng)陸源輸入特征，但在此類源巖芳烴中檢測(cè)到海相三芳甲藻甾烷[14]，且Pr/Ph較低，僅為1.3～1.7，證實(shí)了海相環(huán)境的存在；同時(shí)泥巖干酪根碳同位素較重，為-24.9‰，這與Peters等[15]認(rèn)為中、新生代海相地層浮游植物存在鈣質(zhì)、硅質(zhì)的介質(zhì)保護(hù)，使得碳水化合物不易被降解，而導(dǎo)致干酪根中相對(duì)富13C，與重的碳同位素特征的觀點(diǎn)一致?；谠撜J(rèn)識(shí)，對(duì)白云主洼東部H36、W3-2及W3-4井恩平組泥巖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)恩平組泥巖的地球化學(xué)特征與H29井恩平組陸源海相泥巖的特征具有極好的可比性，Pr/Ph為1.3～3.2，均表現(xiàn)出強(qiáng)陸源輸入特征，且檢測(cè)到海相三芳甲藻甾烷，并具有重的干酪根碳同位素組成(-25.5‰～-24.8‰)，干酪根H/C比為0.62～1.11，O/C比為0.15～0.33，整體為Ⅱ2型生烴母質(zhì)類型。這意味著在白云主洼東部及白云東洼南部區(qū)帶恩平組發(fā)育海相/海侵沉積的陸源海相泥巖，且此類源巖雖揭示于斜坡或隆起區(qū)位置，泥巖厚度僅200 m左右，但以厚層泥巖為主，實(shí)鉆井揭示此類源巖沉積地層泥地比高達(dá)0.61～0.99。但從分布規(guī)模上看，已揭示恩平組海相泥巖均處于白云主洼東部，且厚度較薄，均為恩平組晚期沉積；北部P33及H27井揭示的恩平組近千米地層均未見海相/海侵源巖分布，在恩平組晚期仍為陸湖相沉積，說明恩平組海相/海侵源巖分布規(guī)模較為局限，供烴能力有限。

3 白云凹陷油氣源對(duì)比及主力烴源巖判識(shí)

3.1 白云凹陷油源對(duì)比及主力油源巖判識(shí)

白云凹陷目前已發(fā)現(xiàn)油氣藏均分布于斜坡-隆起區(qū)，僅ZW井氣藏發(fā)現(xiàn)于白云主洼洼陷內(nèi)。油藏主體分布于白云東洼北部，氣藏則分布于白云主洼北部的番禺低隆起及白云主洼東部W3-H29鼻狀構(gòu)造帶，且均為凝析油氣藏。此外，從原油物性上看，研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的原油及凝析油密度為0.76 ～0.80 g/cm3，含蠟量為1.1%～6.2%，為典型的輕質(zhì)油。

從已發(fā)現(xiàn)的原油及凝析油地球化學(xué)特征看(圖4)，研究區(qū)原油及凝析油姥植比普遍較高(Pr/Ph為3.2～7.8)，且番禺低隆起凝析油Pr/Ph(5.2～7.8)整體高于白云東洼原油及白云主洼東區(qū)凝析油(3.2～5.8)，指示該區(qū)原油及凝析油母源巖均沉積于偏氧化性沉積水體，但番禺低隆起凝析油母源巖沉積水體氧化性相對(duì)更強(qiáng)。此外，從甾萜類化合物及全油穩(wěn)定碳同位素組成特征看(圖4、圖5)，番禺低隆起凝析油與白云東洼原油及白云主洼東凝析油的全油碳同位素組成具有一致性，介于-27.7‰～-27.1‰；規(guī)則甾烷C27～C28～C29系列整體呈“V”字或反“L”型，且不含C304-甲基甾烷和海相三芳甲藻甾烷，雙杜松烷T化合物含量均較豐富，且在白云北坡-番禺低隆起區(qū)凝析油中T化合物尤為富集，表現(xiàn)出極高的陸源有機(jī)質(zhì)輸入特征，指示原油生源構(gòu)成以陸生高等植物為主，為淡水淺湖相成因。且此類油生物標(biāo)志物指紋信息及碳同位素組成特征不同于已揭示的恩平組海相/海侵泥巖及文昌組半深湖相泥巖，而與揭示的恩平組及低沉降速率區(qū)文昌組淺湖相泥巖具有較好的可比性(圖5)，因此，在白云凹陷文昌組低沉降速率區(qū)發(fā)育的淺湖相源巖在沉積環(huán)境、生源構(gòu)成及有機(jī)質(zhì)類型等特征與恩平組淺湖相或煤系泥巖呈趨同性，這也意味著研究區(qū)斜坡-隆起區(qū)位置已發(fā)現(xiàn)原油及凝析油母源巖可能為恩平組或文昌組低沉降速率區(qū)發(fā)育的淺湖相源巖。

(a)H16井2 177 m，珠江組，Pr/Ph=4.7，δ13C全油=-27.4‰；(b)W3-1井3 070 m，珠江組，Pr/Ph=4.5，δ13C全油=-27.7‰；(c)H28井3 070 m，珠江組，Pr/Ph=4.8，δ13C全油=-27.5‰；(d)P30井2 711～271 2 m，珠江組，Pr/Ph=4.4，δ13C全油=-27.5‰；(e)B2-1井3 228.03 m，珠江組，氣藏凝析油，Pr/Ph=5.4，δ13C全油=-28.8‰；(f)H26井3 233 m，珠江組，氣藏凝析油，Pr/Ph=6.2，δ13C全油=-28.7‰；(g)W2井3 990.5 m，珠江組，儲(chǔ)層烴，Pr/Ph=3.2，δ13C氯仿“A”=-28.2‰；(h)P15井2 140 m，珠江組，砂巖儲(chǔ)層烴，Pr/Ph=6.3，δ13C全油=-28.4‰。圖4 白云凹陷不同區(qū)帶原油及儲(chǔ)層烴生物標(biāo)志物指紋信息Fig. 4 Biomarker fingerprint information of crude oil and reservoir hydrocarbon in different zones of Baiyun Sag

圖5 白云凹陷原油及凝析油母源對(duì)比分析Fig. 5 Comparative analysis of crude oil and condensate mother oil sources in Baiyun Sag

此外，在文昌期高沉降速率區(qū)發(fā)育的白云主洼及白云西洼洼陷區(qū)鉆遇的P35B、H26、B21等探井的凝析油及P15、W2井的儲(chǔ)層烴中均見到極為豐富的文昌組半深湖相源巖特征生物標(biāo)志物C304-甲基甾烷，全油或儲(chǔ)層烴氯仿瀝青“A”碳同位素值介于-29‰～-28‰，指示存在半深湖相源巖所生原油。然而，此類原油或儲(chǔ)層烴姥植比普遍偏高，Pr/Ph為3.2～6.9，并含一定量陸源高等植物來源的雙杜松烷(T)及奧利烷(OL)，表現(xiàn)出淺湖相的成因來源，故推斷上述原油或儲(chǔ)層烴主體為淺湖相源巖供烴，但存在洼陷區(qū)半深湖相源巖所生原油的混入，即為混源形式。這也間接證實(shí)了前述白云主洼及白云西洼洼陷區(qū)文昌組存在半深湖相源巖。

綜合白云凹陷各區(qū)原油及凝析油地球化學(xué)特征分析可知，白云凹陷低沉降速率區(qū)文昌組及恩平組淺湖相源巖為已發(fā)現(xiàn)原油的主力油源巖，海相/海侵泥巖無成藏貢獻(xiàn)，文昌組半深湖相源巖所生原油僅在近洼陷位置凝析油中以混源形式出現(xiàn)。

3.2 白云凹陷天然氣成因及氣源巖分析

白云凹陷天然氣地球化學(xué)特征在區(qū)域上呈一定差異性，且可劃分為兩個(gè)含氣系統(tǒng)，其中：

含氣系統(tǒng)①為斜坡帶白云主洼北部及白云主洼東部氣藏天然氣，烴氣主體為濕氣，干燥系數(shù)為0.88～0.92，乙烷碳同位素介于-29‰～-28‰。根據(jù)天然氣成因判識(shí)圖認(rèn)為該類天然氣為介于油型氣與煤型氣之間的混合成因氣(圖6)，且為干酪根裂解氣(圖7)，這也意味著白云凹陷天然氣可能為混合母質(zhì)類型源巖(Ⅱ型)所生天然氣。而根據(jù)選取的文昌組—恩平組不同母質(zhì)類型泥巖干酪根樣品黃金管高溫高壓生氣模擬實(shí)驗(yàn)與熱史建立的天然氣生成甲烷動(dòng)力學(xué)模型, 結(jié)合該斜坡帶位置氣藏天然氣甲烷碳同位素特征，認(rèn)為此類天然氣與文昌組具有陸源輸入特征的Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根(δ13C=-27.8‰)在1.4%Ro～1.6%Ro(2.0%EasyRo～2.5%EasyRo)階段所生天然氣具有較好可比性，且為斜坡帶位置文昌組源巖16.5～7 Ma所生。

圖6 根據(jù)甲烷-乙烷-丙烷碳同位素組成判識(shí)天然氣成因Fig. 6 Identification of natural gas genesis based on carbon isotope composition of methane-ethane-propane

圖7 根據(jù)干燥系數(shù)與甲烷碳同位素組成判識(shí)天然氣成因Fig. 7 Identification of natural gas genesis based on drying coefficient and carbon isotope composition of methane

含氣系統(tǒng)②為洼陷內(nèi)的ZW等井珠海組—恩平組氣層天然氣屬于獨(dú)立的油裂解氣含氣系統(tǒng)，天然氣組分偏干，干燥系數(shù)達(dá)0.95～0.99，且甲烷及乙烷碳同位素偏重，δ13C1為-33‰～-30‰，δ13C2為-23‰～-19‰，未檢測(cè)到丙烷等高碳數(shù)重?zé)N，為過成熟階段的油裂解氣(圖7)，與文昌組Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根模擬實(shí)驗(yàn)1.5%Ro～1.9%Ro(2.5%EasyRo～4.0%EasyRo)階段天然氣產(chǎn)物甲烷及乙烷碳同位素特征匹配，推測(cè)可能為洼陷內(nèi)文昌組源巖所生原油裂解所生天然氣(圖8)。

圖8 不同類型源巖所生天然氣碳同位素演化特征Fig. 8 Carbon isotope evolution characteristics of natural gas from different source rocks

通過前述油氣源分析，可知白云凹陷呈 “二源供烴”格局，文昌組具陸源輸入特征的半深湖相源巖為該區(qū)主力氣源巖，而斜坡位置中-低沉降速率區(qū)文昌組及恩平組淺湖相源巖為隆起區(qū)已發(fā)現(xiàn)原油及凝析油的主力油源巖，海相/海侵源巖未見成藏貢獻(xiàn)。

4 白云凹陷洼陷內(nèi)及深部層系成藏潛力

白云凹陷已發(fā)現(xiàn)油氣主體分布于洼陷斜坡及隆起區(qū)位置，原油集中分布于白云東洼斜坡帶，三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量規(guī)模近8 000萬m3；而白云主洼北部及東部則以凝析氣藏為主，天然氣儲(chǔ)量近3 000億m3[6]。其中白云主洼北部成藏帶的隆起區(qū)與洼陷區(qū)發(fā)現(xiàn)的油氣在分布層系、成因類型、運(yùn)移動(dòng)力及成藏機(jī)理上差異極大。白云主洼北部隆起區(qū)P35、P34、P30及H19等氣藏如前所述，基本為近源位置文昌組淺湖相源巖所生干酪根裂解氣，分布于淺層的珠江組—韓江組，均為常壓浮力成藏；然而作為第一口洼陷區(qū)中深層勘探探索的ZW井則以油裂解氣成藏為主，該井在珠海組(ZH)—恩平組(EP)鉆遇近千米砂巖均含氣，井底地溫近200 ℃，且從珠海組開始地層普遍出現(xiàn)超壓，恩平組壓力系數(shù)高達(dá)1.5，砂巖儲(chǔ)層在超壓頂界面位置開始出現(xiàn)致密化特征，對(duì)該井深層油裂解氣具有明顯的封蓋作用[6]。對(duì)于斜坡區(qū)干酪根裂解氣成藏系統(tǒng)及洼陷區(qū)深層ZW井油裂解氣成藏系統(tǒng)的剖析則直接關(guān)系到白云深水區(qū)深層油氣勘探方向，因此下面從研究區(qū)烴源巖、超壓分布及斷裂體系等方面進(jìn)行探討。

通過前述烴源巖分布及油氣源分析可知，白云主洼斜坡區(qū)文昌組以淺湖相烴源巖為主，而洼陷區(qū)文昌組發(fā)育的半深湖-深湖相源巖的中-高沉降速率區(qū)面積高達(dá)4 900 km2，規(guī)模巨大。從生排烴特征看，白云主洼文昌組生油高峰為33～23 Ma，而生氣高峰為23～16 Ma，對(duì)應(yīng)于白云運(yùn)動(dòng)期，即白云凹陷快速熱沉降期[1]，排油期與凹陷熱沉降期相迭置。一方面洼陷內(nèi)沉積充填的巨厚珠江組可能會(huì)抑制已生成原油的排出，同時(shí)該區(qū)洼陷內(nèi)缺乏油源斷裂[1,6]，導(dǎo)致文昌組所生巨量油氣缺乏合適的疏導(dǎo)層和路徑排出。另一方面，在白云凹陷高地溫背景下，隨著埋深增加，中深層砂巖孔隙度和滲透率均明顯降低，洼陷區(qū)珠海組—恩平組砂巖在烴類充注前普遍成巖致密化，致使油氣向外排出不暢[2,6]，從而使得未有效排出的原油在高熱背景下發(fā)生裂解而形成諸如ZW井深部層系(珠海組—恩平組)油裂解氣藏，且呈非干層即氣層的成藏特征。

此外，國內(nèi)外學(xué)者[16-17]研究認(rèn)為，油裂解生氣產(chǎn)生的異常壓力有利于油氣的運(yùn)移和聚集。部分學(xué)者通過開展模擬實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，1%體積的原油在埋深達(dá)3 600 m的封閉體系中由天然氣裂解所形成的壓力即可造成超過靜巖壓力梯度的超壓[17]，該超壓所能波及到的層面稱之為“包絡(luò)面”或超壓頂界面，認(rèn)為包絡(luò)面內(nèi)為超壓驅(qū)動(dòng)形成的致密型油氣藏，包絡(luò)面外泄壓層中為浮力運(yùn)移形成的常規(guī)油氣藏(圖9)[18]。對(duì)于ZW井而言，超壓頂界面與珠海組致密儲(chǔ)層的深度具有良好的一致性，致密儲(chǔ)層之上為常壓區(qū)，意味著在該區(qū)超壓包絡(luò)面直接受控于儲(chǔ)層致密化的位置[6]。然而，因白云凹陷勘探程度相對(duì)較低，洼陷區(qū)深層探井少，僅通過ZW井難以對(duì)包絡(luò)面進(jìn)行有效控制，推測(cè)可能為珠海組，在該包絡(luò)面以下油裂解氣可能存在超壓驅(qū)動(dòng)和連片成藏的勘探潛力。

圖9 白云主洼北部生烴超壓驅(qū)動(dòng)下油氣成藏模式[18]Fig. 9 Hydrocarbon accumulation model driven by hydrocarbon generation overpressure[18]

白云主洼北部隆起區(qū)P35、P34、P30及H19等氣藏均為干酪根裂解氣聚集，氣源灶為近源斜坡區(qū)位置文昌組淺湖相。相對(duì)于洼陷區(qū)半深湖相源巖，該類源巖分布規(guī)模相對(duì)有限，且生烴期相對(duì)滯后，但在斜坡-隆起區(qū)位置晚期活動(dòng)斷層(中新世末粵海組沉積期以來)極為發(fā)育，沿此類斷裂上升盤出現(xiàn)大量反向屋脊?fàn)顢鄩K控制的半背斜[1]。晚期活動(dòng)斷裂可有效疏導(dǎo)此類淺湖相成因的干酪根裂解氣；同時(shí)，珠江組下段巨厚的海相泥巖形成有效斷層側(cè)向封堵，為油氣成藏提供良好的有效儲(chǔ)集空間。

因此，從兩個(gè)含油氣系統(tǒng)儲(chǔ)量規(guī)模及成藏機(jī)制看，受制于目前低勘探程度，白云凹陷發(fā)現(xiàn)油氣基本為近源晚期充注、常壓浮力運(yùn)移疏導(dǎo)、淺層成藏的干酪根裂解氣成藏系統(tǒng)；然而，從白云凹陷優(yōu)質(zhì)半深湖相烴源巖規(guī)模及勘探潛力看，油裂解生氣增壓、超壓驅(qū)動(dòng)、致密性儲(chǔ)層阻隔的中深層油裂解氣成藏系統(tǒng)潛力巨大。

5 結(jié)論

1) 通過對(duì)白云凹陷不同構(gòu)造位置文昌組—恩平期沉降速率及已發(fā)現(xiàn)原油及儲(chǔ)層烴的地球化學(xué)特征分析認(rèn)為，白云凹陷文昌組中-高沉降速率區(qū)(>200 m/Ma)發(fā)育規(guī)模性半深湖-深湖相烴源巖，斜坡-隆起區(qū)低沉降速率區(qū)(<200 m/Ma)文昌組及恩平組發(fā)育淺湖相源巖；白云主洼東部恩平組晚期發(fā)育海相/海侵泥巖。

2) 通過油氣源對(duì)比及不同類型烴源巖黃金管高溫高壓天然氣生成動(dòng)力學(xué)建模研究，認(rèn)為白云凹陷存在“二源供烴”格局，文昌組以陸源輸入特征的半深湖相源巖為該區(qū)主力氣源巖，而斜坡帶中-低沉降速率區(qū)文昌組及恩平組淺湖相源巖為主力油源巖，海相/海侵源巖未見成藏貢獻(xiàn)。

3) 綜合研究區(qū)文昌組源巖生排烴期、構(gòu)造活動(dòng)及已發(fā)現(xiàn)天然氣成因研究結(jié)果，認(rèn)為白云主洼洼陷內(nèi)文昌組烴源巖排油期與白云凹陷快速沉降期相迭置，且缺乏油源斷裂溝通，半深湖相成因原油發(fā)生裂解，并在深部層系聚集規(guī)模性油裂解氣，具有一定勘探前景。