張功成 苗順德 陳瑩 趙志剛 李友川 張厚和 楊海長 楊樹春
中海油研究總院
中國近海指渤海、黃海、東海和南海北部,分布著渤海盆地(屬渤海灣盆地之海上部分)、北黃海盆地、南黃海盆地、東海盆地、臺西盆地、臺西南盆地、珠江口盆地、瓊東南盆地、北部灣盆地和鶯歌海盆地等10個新生代沉積盆地(部分盆地下伏中生界、古生界殘余盆地)(圖1)。
圖1 中國近海及鄰區(qū)新生代沉積盆地斷陷類型與油氣田分布示意圖
上述盆地中的大多數(shù)都經(jīng)歷了古近紀裂陷、早—中中新世熱沉降、晚中新世以來的新構造活動期3大階段,受構造沉積環(huán)境雙重制約,近海形成了古近紀以陸相斷陷為主的內(nèi)帶和以海陸過渡相為主的外帶[1]。中國近海盆地天然氣勘探從1957年在海南島西南鶯歌海盆地調(diào)查油氣苗開始至今,已經(jīng)有半個多世紀的發(fā)展歷程,其間可以分成兩大階段:20世紀50年代到70年代末為自營的早期勘探時期,僅在鶯歌海盆地發(fā)現(xiàn)含氣構造,沒有商業(yè)性氣田發(fā)現(xiàn);20世紀70年代末至今為大規(guī)??碧介_發(fā)時期。第二階段主要包括:20世紀80年代在瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)崖城13-1氣田、東海發(fā)現(xiàn)平湖油氣田、渤海發(fā)現(xiàn)錦州20-2氣田等;20世紀90年代在鶯歌海盆地發(fā)現(xiàn)東方1-1、樂東20-1、樂東15-1氣田,在東海發(fā)現(xiàn)春曉氣田等;21世紀頭10年發(fā)現(xiàn)了珠江口盆地番禺30-1、荔灣3-1氣田,瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)陵水22-1和鶯歌海盆地東方13-2等一大批氣田[2-8]。上述氣田主要分布在近海外帶[1,9-13](圖 1)。從資源發(fā)現(xiàn)程度而言,中國近海天然氣尚有巨大的勘探潛力。筆者試圖從源熱共控理論的角度[14],通過對已證實富氣凹陷的剖析,進一步探討中國近海外帶天然氣的富集條件,進而預測天然氣富集區(qū)的分布規(guī)律。
中國近海外帶諸凹陷主力烴源巖發(fā)育時代從古新世到上新世,如東海臺北坳陷主要為古新世、西湖凹陷為始新世,臺西南盆地、珠江口盆地珠二坳陷和瓊東南盆地為漸新世早期,鶯歌海盆地鶯中凹陷為中新世,臺西盆地主要為上新世,均形成于海陸過渡環(huán)境,烴源巖具有二元模式,分別是煤系三角洲和淺海(或潟湖)相泥巖。目前已經(jīng)被勘探證實為富生氣凹陷的有:西湖凹陷、白云凹陷、崖南凹陷和鶯中凹陷,其發(fā)現(xiàn)天然氣儲量多超過1 000×108m3,以下分述之。
西湖凹陷位于東海盆地浙東坳陷中段,面積約5.9×104km2,呈北北東向展布,沉積了自始新統(tǒng)八角亭組至第四系東海群的一套巨厚地層,最大厚度達15 km[15]。西湖凹陷油氣勘探始于20世紀70年代,1983年發(fā)現(xiàn)迄今為止仍然為該區(qū)最大的平湖油氣田。西湖凹陷是東海盆地勘探程度最高,天然氣最富集、發(fā)現(xiàn)油氣田及含油氣構造最多的凹陷,全盆地除麗水36-1氣田位于麗水凹陷外,其他的均位于西湖凹陷,主要分布在西部斜坡中段和中央背斜帶南段(圖2、3)。西湖凹陷主力烴源巖為始新世平湖組。
2.1.1 平湖組沉積期西湖凹陷結構
西湖凹陷經(jīng)歷了斷坳期(沉積了始新世寶石組和平湖組)、坳陷期(沉積了漸新世花港組—柳浪組)和整體熱沉降期(上新世—第四紀三潭組、東海群)3個構造演化階段,凹陷演化過程中發(fā)生了5幕規(guī)模較大的正反轉。在沉陷和正反轉疊加作用下,西湖凹陷基本結構呈東西分帶的特征,從西向東可劃分為西部的斜坡帶或斜坡斷階帶、中部的洼陷—反轉構造帶和東部邊緣斷裂帶(圖2、3)。在平湖組沉積期,凹陷結構呈東斷西超的寬緩半地塹結構,花港組沉積后至上新世,凹陷中部多期反轉,形成了現(xiàn)今的結構。
圖2 西湖凹陷結構與氣田分布圖
圖3 西湖凹陷區(qū)域地質(zhì)剖面圖
2.1.2 平湖組沉積特征
西湖凹陷平湖組主要為海陸過渡沉積環(huán)境。平湖組沉積的早、中期,東部的釣魚島隆褶帶是一個水下高地(圖2),西湖凹陷是半局限的淺海沉積環(huán)境,凹陷整體西北高、東南低,主要物源來自西側,在西斜坡沉積三角洲體系,東部深洼槽主要為潟湖相;晚期釣魚島隆起出露海面,向西湖凹陷提供物源,使西湖凹陷平湖組從沉積早期不封閉、半封閉演變到封閉環(huán)境,呈現(xiàn)“下海上陸”的海退過程(圖4)。平湖組沉積環(huán)境的演變在微體古生物、微量元素地球化學、沉積結構等方面都有所表現(xiàn)。平湖組中下部海相溝鞭藻較發(fā)育,同時見少量鈣質(zhì)超微化石,盤星藻在平湖組上部相對更發(fā)育;微量元素硼含量在平湖組平均為72mg/L,Sr/Ba值平均為0.23,都介于正常海相沉積物和陸相沉積物之間。平湖組潮汐層理發(fā)育,顯示不是湖相沉積環(huán)境。
圖4 西湖凹陷平湖組沉積相圖(據(jù)沈玉林,2012)
西湖凹陷平湖組沉積時期氣候濕熱,植物繁盛。早期屬于較潮濕的亞熱帶氣候,孢粉組合中被子植物占優(yōu)勢,優(yōu)勢種群是楊梅科,廣泛分布著常綠闊葉林,林下生長著以水龍骨科為主的蕨類植物;晚期變化為濕熱氣候,表現(xiàn)為蕨類植物比早期繁盛,金沙科蕨類大量發(fā)育,以產(chǎn)三溝花粉、三孔溝花粉為代表的熱帶、亞熱帶植物頻繁出現(xiàn),植物組合復雜。
2.1.3 平湖組烴源巖二元分布模式
西湖凹陷平湖組是主力烴源巖系,烴源巖包括煤層、碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖,形成環(huán)境主要分為兩大類,即三角洲和潟湖相泥巖。前者主要發(fā)育煤層、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖,后者以發(fā)育泥巖為主。
西湖凹陷西斜坡區(qū)平湖組三角洲沉積區(qū)煤層、碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖發(fā)育,西斜坡有16口井鉆遇平湖組,平均每口井煤層累計厚度為16.9m,單層厚度多介于0.3~1.2m,最大累計厚度為50.6m;煤層加碳質(zhì)泥巖最大累計厚度達75.8m(圖5)。凹陷中部的反轉構造帶主要發(fā)育暗色泥巖。
圖5 西湖凹陷平湖組煤層+碳質(zhì)泥巖累計厚度分布圖
平湖組煤層有機質(zhì)類型為偏腐泥混合型,碳質(zhì)泥巖有機質(zhì)類型為偏腐殖混合型,暗色泥巖為偏腐殖混合型—腐殖型。西湖凹陷平湖組煤的有機碳含量平均為55.3%;熱解生烴潛量最高為215.75mg/g,平均為193.3mg/g;氯仿瀝青“A”含量最高為10.1%,平均為5.6%;總烴含量平均為29 342mg/g,按照煤巖烴源巖評價標準,平湖組煤巖主要屬于好烴源巖,少數(shù)屬于中等烴源巖。平湖組碳質(zhì)泥巖有機碳含量平均為17.5%;熱解生烴潛量最高為119.26mg/g,平均為51.4mg/g;氯仿瀝青“A”含量最大值為3.271 7%,平均為1.1%;總烴含量最高為9 038mg/g,平均為3 570mg/g,平湖組碳質(zhì)泥巖主要屬于好烴源巖,少數(shù)屬于中等烴源巖。平湖組泥巖有機碳含量平均為1.37%;熱解生烴潛量平均為2.67mg/g;氯仿瀝青“A”含量平均為0.089%,泥巖的有機質(zhì)豐度明顯較低,大部分屬于中等—差的烴源巖,部分屬于好—很好的烴源巖。從泥巖有機質(zhì)豐度看,西湖凹陷平湖組三角洲平原相、海岸平原相和湖沼相煤系地層中的煤系暗色泥巖有機質(zhì)豐度較高,生烴潛力較大,熱解生烴潛量的平均值大于6mg/g,而非煤系泥巖的有機質(zhì)豐度較低,生烴潛力較小,熱解生烴潛量的平均值一般小于2mg/g。因此,煤系泥巖的生烴潛力明顯大于非煤系泥巖(圖6)。
圖6 西湖凹陷不同沉積環(huán)境煤系泥巖和非煤系泥巖有機質(zhì)豐度比較圖
白云凹陷位于珠江口盆地珠二坳陷東北部(圖1),凹陷面積超過2×104km2,是珠二坳陷中面積最大的凹陷,水深介于200~2 000m。白云凹陷是珠江口盆地天然氣勘探程度最高、天然氣最富集、發(fā)現(xiàn)氣田及含氣構造最多的凹陷,全盆地除珠一、珠三幾個小氣田外,其他的均位于白云凹陷,主要位于北部斜坡中段和凹陷東南段(圖7)。該凹陷油氣勘探始于20世紀70年代末期,2002年在北部番禺大型鼻狀構造背景上發(fā)現(xiàn)了番禺30-1大氣田群,至今總天然氣儲量已超過1 000×108m3;2006年在凹陷東南低凸起帶上發(fā)現(xiàn)了深水區(qū)迄今最大的荔灣3-1大氣田,至今已發(fā)現(xiàn)多個氣田;此外,在該凹陷東北洼還發(fā)現(xiàn)了一個中型油田,在凹陷西南云開凸起上鉆探見天然氣顯示。
圖7 白云凹陷構造單元圖
2.2.1 恩平組沉積期白云凹陷結構
白云凹陷經(jīng)歷了裂谷期、熱沉降期和新構造期3個構造階段[16-20]。裂谷作用具有幕式活動特征,裂谷早期形成的地層為神狐組,僅在局部分布,充填一套粗碎屑沉積;文昌組斷裂作用強,是湖泊發(fā)育的主要時期;晚裂谷期恩平組,斷裂活動減弱,熱沉降作用逐漸加強,凹陷表現(xiàn)出斷坳特征。由于裂谷作用處于大陸坡區(qū),巖石圈熱流值高,塑性強,地殼發(fā)生韌性伸展,凹陷結構呈寬緩的斷陷特征。熱沉降期始于珠海組,該期斷裂活動微弱,白云凹陷及其鄰區(qū)統(tǒng)一沉降。白云凹陷中心部位沉積沉降速率大,地層厚度由凹陷中部向邊緣減薄。中新世以來,構造沉降加速,物源供給減少,呈現(xiàn)欠補償沉積環(huán)境,水體進一步加深,形成深水陸坡環(huán)境(圖8)。
圖8 白云凹陷—荔灣凹陷區(qū)域地質(zhì)剖面圖
白云凹陷恩平組沉積期處于裂谷期晚期,屬于斷坳期,在拉張斷坳和深部熱衰減共同作用下,凹陷整體沉降,使得凹陷的范圍大大擴展,基本上結束了文昌組沉積時“洼陷分隔”的現(xiàn)象,成為統(tǒng)一的大斷坳,整體呈南陡北緩的寬“半地塹”特征(圖8)。北部的緩坡地形為大型三角洲形成提供了背景條件。
2.2.2 恩平組沉積特征
白云凹陷恩平組沉積環(huán)境處于三角洲—半封閉海灣環(huán)境,正北側是番禺低隆起;東北和東部是東沙隆起;西南是云開低隆起;南部是一統(tǒng)暗沙隆起,其間以低鞍部與南部荔灣凹陷相連(圖9)。
圖9 珠江口盆地白云凹陷恩平組沉積期古地形圖
白云凹陷恩平組沉積期呈三角洲—海灣相,北坡三角洲最大面積超過5 000km2(圖10)。東南部通過荔灣凹陷與洋盆相通,是局限海。白云凹陷恩平組主要的沉積相類型包括三角洲相,扇三角洲相,濱、淺海相和河流相,以三角洲相和淺海相為主。恩平組有4個主要的物源方向,分別位于北部緩坡帶(圖11)、西南斷裂帶、南部隆起東段的緩坡、南部隆起東段的陡坡;恩平組時期,北部緩坡帶和南部隆起東段緩坡下有大型三角洲發(fā)育,西南斷裂帶控制了3組三角洲的分布,南部隆起東段的陡坡下有扇三角洲發(fā)育,在凹陷內(nèi)的地震剖面上識別出大規(guī)模的斜交前積結構或“S”型前積反射,從白云凹陷西北斜坡不斷向凹陷方向推進。
圖10 白云—荔灣凹陷恩平組三角洲分布圖
圖11 白云凹陷恩平組地震前積反射結構圖
2.2.3 恩平組烴源巖特征
白云凹陷發(fā)育始新統(tǒng)文昌組湖相、恩平組海陸過渡相和上漸新統(tǒng)珠海組海相烴源巖。主要烴源巖為恩平組[21-22]。孢粉分析資料顯示,恩平組時期處于濕潤的南亞熱帶常綠落葉闊葉林區(qū),植物繁茂,有利于煤炭的形成。恩平組烴源巖分為煤系三角洲和淺海相泥巖,前者主要分布于凹陷邊緣,特別是北部,后者分布于凹陷洼槽部位。如白云凹陷北坡的鉆井在恩平組中揭露了薄煤層20層,累計厚度為23m,還有碳質(zhì)泥巖。煤層發(fā)育的沉積環(huán)境主要為三角洲相。三角洲規(guī)模達5 000 km2,各期疊置,覆蓋了白云凹陷的大部分區(qū)域。恩平組煤系三角洲烴源巖有機質(zhì)均來源于陸生高等植物,有機質(zhì)類型主要為偏腐殖混合型—偏腐泥混合型,含有豐富的富氫顯微組分,具有較高的有機質(zhì)豐度。白云凹陷恩平組TOC平均含量為2.19%(圖12),有機質(zhì)類型為混合型—腐殖型,泥巖生物標志物以富含豐富的陸源樹脂(W、T)化合物、極少含C304-甲基甾烷為主要特征。凹陷內(nèi)部有機質(zhì)豐度偏低,TOC為1.0%~1.5%,海相泥巖發(fā)育,水生藻類和陸生高等植物有機質(zhì)混源(圖13)。
圖12 PY33-1-1井烴源巖地球化學剖面圖
圖13 白云凹陷深水區(qū)LH29-2-1井有機屑組分及有機碳含量圖
崖南凹陷位于瓊東南盆地中央坳陷西北部,是目前瓊東南盆地天然氣勘探程度最高、天然氣最富集、發(fā)現(xiàn)氣田及含氣構造最多的凹陷,全盆地除陵水凹陷、松東凹陷的氣田外,其他的均位于崖南凹陷周邊,主要位于西部斜坡中段。該凹陷油氣勘探始于20世紀70年代末期,至今已在凹陷西部崖13-1低凸起上發(fā)現(xiàn)崖13-1大氣田[23],儲量近1 000×108m3;在凹陷北部崖城凸起發(fā)現(xiàn)崖城13-4氣田和崖城13-6氣田,在凹陷南部崖城21低凸起上發(fā)現(xiàn)崖21-1含氣構造(圖14)。
圖14 崖南凹陷構造單元圖
2.3.1 崖城組沉積期凹陷結構
崖南凹陷在平面上呈長軸近東西向延伸的紡錘形,西寬東窄,其西側以斜坡超覆在崖城13-1低凸起帶上,北部以③號斷裂與崖城凸起相依,南側超覆在崖城21低凸起上,呈現(xiàn)三凸環(huán)一凹的構造格局(圖14)。在南北方向上,崖南凹陷古近紀呈北斷南超的半地塹結構(圖15)。北部的③號斷裂走向呈東西,傾向向南,它主要活動于漸新世,個別部位到中新世晚期還有活動,是邊斷裂邊沉積的同沉積斷層,屬同生斷層性質(zhì)。在凹陷中沉積了很厚的漸新統(tǒng),最大厚度在3 500m左右,靠近大斷層一側沉積最厚。在東西方向上,凹陷中間發(fā)育一個低突起,把凹陷分隔成東、西兩個洼陷。新近系南厚北薄,呈南傾單斜,最大厚度達到3 300m。
2.3.2 崖城組沉積特征
崖南凹陷崖城組沉積期為海陸過渡以海為主的環(huán)境。崖城組的古生物化石主要有孢粉、有孔蟲、鈣質(zhì)超微和溝鞭藻等,對應的有孔蟲化石帶自下而上為P18、P19、P20和P21下部,對應的鈣質(zhì)超微化石帶自下而上為NP21、NP22和NP23。對崖城組11個煤樣進行分析,煤巖的全硫含量在1.07%~6.39%之間,平均全硫含量為4.17%,大多數(shù)煤為高硫煤(全硫含量大于3%),少數(shù)為中硫煤(全硫含量大于1%),煤中的高硫分在一定程度上反映崖城組沉積早期崖南凹陷就受到了海侵的影響。
崖南凹陷西北斜坡鉆遇崖城組煤系三角洲。YC19-1-1井位于崖南凹陷西斜坡,鉆遇了崖城組3個段。通過對單井沉積相的分析發(fā)現(xiàn),早期崖三段廣泛發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲;隨著海水的繼續(xù)入侵,沉積范圍繼續(xù)擴大,崖一段和崖二段以潮坪、潟湖和淺海相為主。深凹陷部位為淺海沉積(圖16)。
圖15 崖南凹陷半地塹結構剖面圖
圖16 崖南凹陷及其鄰區(qū)崖城組三段高位體系域沉積相圖(據(jù)王華、陸永潮、楊士恭等,2000)
2.3.3 崖城組烴源巖特征
2.3.3.1 崖城組煤系三角洲烴源巖
崖城組發(fā)育三角洲煤系和淺海相泥巖烴源巖,前者分布于凹陷西北部,后者分布于凹陷東南部。崖南凹陷西北部崖13-1低凸起區(qū)周邊有多口探井鉆遇崖城組,但普遍巖心較短,在個別開發(fā)井中崖城組巖心較長,發(fā)現(xiàn)多個煤層。巖心觀察發(fā)現(xiàn)崖城組煤系地層厚度較薄、層數(shù)較多。如崖城13-1大氣田某開發(fā)井巖心中見9個煤層(圖17)。各自具有如下特征:
圖17 崖南凹陷YC13-1-a1煤層縱向分布圖
1煤層厚6cm,頂?shù)装寰鶠閴K狀泥巖,與煤層過渡接觸,富含植物碎屑,底板處發(fā)育薄層碳質(zhì)泥巖。2煤層厚10cm,頂?shù)装寰鶠閴K狀泥巖,與煤層過渡接觸,富含植物碎屑。3煤層厚4cm,頂?shù)装寰鶠閴K狀泥巖,與煤層過渡接觸,貧植物碎屑,底板發(fā)育薄層碳質(zhì)泥巖。4煤層厚6cm,頂板為塊狀泥質(zhì)粉—細砂巖,底板為細砂巖與煤層明顯接觸。5煤層厚5cm,頂板為泥質(zhì)粉砂巖明顯接觸,底板為薄層碳質(zhì)泥巖,與煤層過渡接觸,之下為塊狀泥巖。6煤層厚3cm,頂板為塊狀泥巖,富含植物碎屑,與煤層過渡接觸,該煤層有薄層泥質(zhì)粉砂巖夾矸,煤層底板與中粗砂巖明顯接觸。7煤層厚9cm,頂?shù)装寰鶠槟鄮r,富含植物碎屑,與煤層過渡接觸。8煤層厚15cm,頂板為粉砂巖,與煤層明顯接觸,底板為泥巖,與煤層過渡接觸。9煤層厚5cm,頂板為泥質(zhì)中—粗砂巖明顯接觸,底板為泥質(zhì)粉砂巖,塊狀層理,富含植物碎屑,與煤層明顯接觸。
2.3.3.2 崖城組海相泥巖烴源巖
崖南凹陷崖城組海相泥巖生物標志化合物的分布與煤系烴源巖成為明顯的相反對照。甾萜生物標志化合物的分布具有海相烴源巖的特征;αααR甾烷C27、C28和C29的分布呈“V”字形,含有少量C304-甲基甾烷;萜烷中三環(huán)萜含量較高,含有γ-蠟烷。孢粉型中浮游藻類占27.3%,被子植物花粉僅占5.8%;含1%(孢粉型中)海相溝藻—富刺藻。
海相沉積的烴源巖有機質(zhì)豐度普遍較低(圖18),其TOC平均為0.55%,S1+S2平均為0.44mg/g,與煤系三角洲暗色泥巖烴源巖(TOC平均為0.84%,S1+S2平均為12.66mg/g)相比相差甚遠。
圖18 Ya13-1-2井與Ya21-1-4井TOC對比圖
近三角洲區(qū)有機質(zhì)豐度高,遠離三角洲有機質(zhì)豐度顯著下降。如YCH 26-1-1井所揭示的古近系海相烴源巖有機質(zhì)豐度明顯好于其他各井所鉆遇的淺海相泥巖,其崖城組海相泥巖TOC從0.5%~1.2%、S1+S2最高達4mg/g、HI最高達到250mg/g。
鶯歌海盆地平面形態(tài)呈長軸北西—南東走向的紡錘形,面積約9.87×104km2。鶯中凹陷位于鶯歌海盆地中央坳陷東南部,是目前鶯歌海盆地天然氣勘探程度最高、天然氣最富集、發(fā)現(xiàn)氣田及含氣構造最多的凹陷。鶯中凹陷油氣地質(zhì)調(diào)查始于20世紀50年代末期,1993年發(fā)現(xiàn)東方1-1大氣田,儲量規(guī)模為近1 000×108m3;1997年發(fā)現(xiàn)樂東氣區(qū),2011年在凹陷北部又有重大新發(fā)現(xiàn)(圖19)。
圖19 鶯歌海盆地構造格架圖
2.4.1 梅山組沉積期凹陷結構
鶯歌海盆地經(jīng)過拉分—裂陷期、裂后沉降期和裂后快速沉降期。以盆地東、西兩翼的1號基底大斷裂和西南的黑水河基底大斷裂為邊界,將盆地劃分為鶯西斜坡區(qū)、中央坳陷區(qū)和鶯東斜坡區(qū),其中中央坳陷區(qū)由東南部的鶯歌海凹陷和西北部的河內(nèi)凹陷及分隔這2個凹陷的臨高凸起組成(圖19)。盆地沉積蓋層具有雙層結構,下部呈斷坳,上部為坳陷。新生界最大沉積厚度達17 000m,其中新近系厚度介于8 000~10 000m[24]。
鶯中凹陷梅山組沉積期處于熱沉降階段,盆地原型結構為東陡西緩的不對稱寬凹陷,沉積地層最大厚度可達3 000m(圖20)。
圖20 鶯歌海盆地層序地層格架剖面圖
2.4.2 梅山組沉積特征
梅山組沉積期盆地與周邊降升運動劇烈,盆地西部鶯西斜坡區(qū)形成來自昆嵩隆起的大型三角洲,地勢起伏大,物源區(qū)抬升,使得向盆地注入的粗碎屑和有機質(zhì)增多。梅山組沉積早期,北部來自紅河的遠源三角洲大范圍前積推進,堆積了大套細砂巖沉積;在鶯東斜坡帶上部廣泛發(fā)育近源三角洲,并在三角洲前端發(fā)育沿岸砂壩。梅山組沉積中后期,鶯西斜坡區(qū)三角洲退縮且砂質(zhì)供應量減少,盆地中東部都有大面積濱淺海相環(huán)境發(fā)育(圖21)。
圖21 鶯歌海盆地梅山組早期沉積相圖(據(jù)裴健翔,2012)
2.4.3 梅山組烴源巖特征
鶯中凹陷梅山組烴源巖形成于兩種環(huán)境,凹陷西北部為煤系三角洲(圖21),中部(東方區(qū))為過渡區(qū),東南部(樂東區(qū))為半深海相泥巖。三角洲主體位于越南,來自昆嵩隆起的大型河流在緩坡背景下形成煤系三角洲,向東延伸入鶯中凹陷西北部,發(fā)育碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖和煤層烴源巖。
鶯西三角洲來源于西部越南昆嵩隆起區(qū),三角洲根部在越南境內(nèi),中部和端部在我國境內(nèi)。鶯中凹陷主體處于淺海及半深海沉積區(qū),有機質(zhì)類型以腐殖型干酪根為主,豐度不高,TOC為0.42%~1.24%[25]。
在中部(東方區(qū))和東南部(樂東區(qū)),烴源巖質(zhì)量呈漸變特征,根據(jù)距離鶯西三角洲距離不同,東方1-1氣田天然氣母源比樂東區(qū)天然氣更富含陸源有機質(zhì)。東方1-1氣田天然氣和凝析油源巖中陸源有機質(zhì)較豐富,樂東區(qū)(LD15-1、LD22-1、LD20-1等)天然氣和凝析油源巖中水生藻類貢獻較大。樂東區(qū)凝析油碳同位素值普遍比東方1-1凝析油重,氫同位素值則比東方1-1氣田凝析油輕,凝析油中六環(huán)和五環(huán)烷烴的相對豐度存在差別,東方1-1氣田六員環(huán)和五員環(huán)烷烴的比值高于樂東區(qū),反映自東方1-1區(qū)到樂東區(qū),凝析油母質(zhì)中陸源輸入物減少,水生菌藻類增多。
東方1-1氣田天然氣的乙烷和丙烷碳同位素較輕。一般認為天然氣乙烷的碳同位素值主要反映烴源巖的特征,海相有機質(zhì)碳同位素值一般偏重,陸源有機質(zhì)碳同位素值相對較重,反映東方區(qū)更靠近煤系三角洲(圖22)。
圖22 鶯歌海盆地天然氣丙烷與乙烷碳同位素特征對比圖
3.1.1 西湖凹陷現(xiàn)今熱狀態(tài)
西湖凹陷既有溫度又有鏡煤反射率測量數(shù)據(jù)的鉆井僅10口且分布很不均勻,多位于凹陷的邊部。其中7口井的溫度數(shù)據(jù)為鉆桿測試DST測溫資料,這類數(shù)據(jù)能比較準確地反映地層真實溫度,3口井的數(shù)據(jù)是測井過程中記錄的井底溫度,需要校正后才能使用。
單純從鉆井測試的溫度數(shù)據(jù)擬合來看,西湖凹陷現(xiàn)今地溫梯度總體較高,介于36~40℃/km,平均為35℃/km(曹冰,2010)。但由于大地熱流和巖石熱導率不同,不能簡單地用幾個測量點的溫度數(shù)據(jù)擬合直線求取斜率來對比凹陷不同位置或不同地區(qū)的地溫變化。
從鉆井地溫梯度的聯(lián)井剖面圖上可以看到,每口井的地溫梯度隨深度變化很大,靠近海底的部位,地溫梯度較大,最高超過5.5℃/100m。隨著深度的增加,地溫梯度逐漸減小,最低可到2℃/100m[26]。因此,選用同一深度的地溫梯度或盆地縱向上的平均地溫梯度更能反映區(qū)域的地溫場分布特征。
為得到同一深度的地溫梯度或盆地縱向上的平均地溫梯度,需以鉆井實測地溫數(shù)據(jù)作為約束條件,基于巖石圈熱傳導模型,利用盆地模擬軟件,采用地殼厚度分布模型,模擬計算出各鉆井所在位置從海底到盆地基底的地溫變化曲線,進而得到鉆井地溫梯度與盆地基底的關系。
利用上述方法,把鉆井的地溫梯度外推到無井區(qū)域,繪制出西湖凹陷的平均地溫梯度分布圖。從西湖凹陷平均地溫梯度的平面分布來看,現(xiàn)今凹陷邊緣地溫梯度較低,凹陷中部的地溫梯度較高。其中,凹陷北部和南部地溫梯度相對較高,北部最高超過了3.7℃/100m,南部超過了3.6℃/100m。高地溫梯度對這兩個地區(qū)烴源巖較早地進入生油氣窗具有重要作用。凹陷中部地溫梯度較低,DQ1井的地溫梯度還不到3.0℃/100m。
3.1.2 西湖凹陷熱歷史
根據(jù)地震、重磁等資料,并假定初始巖石圈厚度為125km。通過對凹陷基底沉降史和巖石圈減薄過程的模擬可知:西湖凹陷的平均地溫梯度從平湖組沉積期到現(xiàn)今逐漸降低,其總體上可以劃分為3個階段,平湖組—玉泉組下段沉積期處于地溫梯度快速下降階段,玉泉組上段—柳浪組沉積期處于緩慢上升階段,之后一直到現(xiàn)今,處于緩慢下降階段。同時,采用古地溫梯度法進行的熱史恢復結果表明,西湖凹陷內(nèi)目前所能恢復的最高古熱流出現(xiàn)在漸新世末(68.3~98.6 mW/m2,平均為83.4mW/m2),自漸新世末以來所經(jīng)歷的是一個持續(xù)的冷卻過程。
3.1.3 西湖凹陷烴源巖熱演化
在此熱體制影響下,平湖組烴源巖總體上成熟度較高,大部分烴源巖已處于過成熟狀態(tài)。現(xiàn)今平湖組底部大部分烴源巖的鏡煤反射率Ro已大于2%,進入了干氣窗,其中成熟度超過3%的面積約占一半,油窗和濕氣窗的范圍很小。而平湖組頂部烴源巖大部分處于油窗內(nèi),凹陷中北部烴源巖處于濕氣窗,其中北部的部分烴源巖進入了干氣窗,Ro最大可達3.4%(圖23)。
圖23 西湖凹陷現(xiàn)今平湖組底界有機質(zhì)成熟度分布圖(據(jù)仝志剛等,2009)
3.2.1 白云凹陷現(xiàn)今熱狀態(tài)
目前,圍繞白云凹陷已經(jīng)鉆探少量鉆井,從所鉆井測量地溫數(shù)據(jù)來看,地溫梯度平均值為39.1±7.4℃/km,分布范圍介于29.4~52.2℃/km,較淺水區(qū)地溫梯度高[27]。為綜合考慮沉積層對地溫梯度的影響,采用0~5 000m深度的巖性數(shù)據(jù)對該區(qū)地溫梯度進行了“歸一化”處理,處理結果說明:白云凹陷“歸一化”地溫梯度最大值為50.2℃/km,最小值為22.8℃/km,平均值為35.5±6.4℃/km。從“歸一化”地溫梯度分布來看,白云凹陷地溫梯度較高,高于40℃/km,在南海北部屬于較高梯度分布區(qū)。
3.2.2 白云凹陷熱歷史
根據(jù)南海北部陸緣盆地演化多期拉張的特征以及拉張期次、拉張模式、拉張橫向不均勻性、巖石圈底界等因素對模擬結果的影響,采用“多期有限拉張模型應變速率法”來恢復白云凹陷的熱流史。
從恢復的熱流結果來看:白云凹陷在時間上存在兩期熱流升高的加熱過程,第一期加熱過程由拉張裂陷作用開始(距今56.5Ma)至始新世末(距今32 Ma),這一加熱過程在盆地斷陷區(qū)表現(xiàn)為熱流緩慢升高,白云凹陷由50mW/m2升高到56mW/m2。第二期加熱過程由始新世末(距今32Ma)至漸新世末(距今23.3Ma)。這一加熱過程表現(xiàn)為盆地基底熱流快速升高特征,白云凹陷深斷陷區(qū),基地古熱流由始新世末的56mW/m2升高到漸新世末的70mW/m2,距今23.3Ma以來基底熱流一直緩慢降低。
利用南海北部鄰近白云凹陷的鉆井磷灰石(U—Th)/He、鏡質(zhì)體反射率(Ro)數(shù)據(jù)對白云凹陷熱歷史進行了約束,結果揭示:白云凹陷目前所能恢復的最高古地溫梯度出現(xiàn)在古近紀末,2口鉆井當時古地溫梯度 分 別 是:39.4℃/km (PY33-1-1)、35.8℃/km(PY28-2-1),與現(xiàn)今地溫梯度(35.6℃/km、33.0℃/km)相比表現(xiàn)為一個下降過程,表明自漸新世末(距今23.3Ma)以來所經(jīng)歷的是一個持續(xù)的冷卻過程,反演熱史反映南海北部在漸新世及以前經(jīng)歷拉張過程,其后經(jīng)歷熱沉降的構造演化特征。
3.2.3 白云凹陷烴源巖熱演化
根據(jù)已獲得的盆地熱流史資料,結合地層埋藏史研究成果,即可得到不同層位的地溫史(即地層埋藏過程中的T—t路徑或軌跡)。根據(jù)地層的熱史路徑和Ro動力學模型,可計算白云凹陷恩平組有機質(zhì)成熟度狀態(tài)的Ro值隨時間的演化情況,即地層中有機質(zhì)的成熟度史。
在白云凹陷熱體制影響下,距今23.3Ma時(漸新世末),白云凹陷恩平組烴源巖僅僅在主凹的中心部位剛剛進入生油狀態(tài)(Ro為0.5%),其余地區(qū)尚未成熟;距今16Ma時(早中新世末),恩平組烴源巖已經(jīng)大范圍內(nèi)成熟(Ro>0.5%),在凹陷的中心部位Ro為1.0%~1.3%,處于生油高峰期,主凹最深處Ro達到2.0%;現(xiàn)今時期,恩平組底部烴源巖成熟度在凹陷中心部位為1.0%~1.6%,正處于生烴高峰期,主凹最深處Ro達到2.0%,在凹陷邊緣部位Ro為0.5%~0.7%(圖24)。
3.3.1 崖南凹陷現(xiàn)今熱狀態(tài)
從南海北部0~5 000m深度“歸一化”地溫梯度平面展布來看:崖南凹陷現(xiàn)今地溫梯度介于30~40℃/km,且凹陷西部地溫梯度高于東部,大地熱流介于70~80mW/m2(胡圣標等,2010);無論是地溫梯度還是大地熱流,較之白云凹陷等高熱區(qū)域,崖南凹陷在南海北部屬于溫度相對偏低區(qū)域。
圖24 白云凹陷恩平組底部現(xiàn)今成熟度狀態(tài)分布圖
3.3.2 崖南凹陷熱歷史
崖南凹陷存在3期快速沉降,3期快速沉降分別為始新世、漸新世和上新世以來,且凹陷接近西部紅河斷裂帶,崖南凹陷經(jīng)歷了與白云凹陷明顯不同的熱流歷史。正演的熱史結果揭示:時間上存在3期熱流升高的加熱過程:始新世時期盆地斷陷區(qū)熱流緩慢升高;漸新世時期,即崖城組和陵水組沉積階段,熱流快速升高,古基底熱流平均值由始新世末的60mW/m2升高到漸新世末的71mW/m2;中新世為熱流逐漸降低的冷卻過程,上新世期間熱流又一次急劇升高,上新世末盆地基底熱流平均值達73mW/m2。
3.3.3 崖南凹陷烴源巖熱演化
作為主要烴源巖的崖城組,在崖南凹陷的重要區(qū)域蓋層(梅山組)形成時,埋深較淺,僅在2 000~4 800 m,其后,凹陷快速堆積了厚度超過3 000m的鶯黃組及第四系地層。在這種埋藏歷史條件下,結合凹陷的熱演化過程,崖城組烴源巖演化表現(xiàn)為:距今23.3Ma時(漸新世末),崖南凹陷崖城組底部烴源巖在凹陷的西部熱演化程度很低,尚未成熟(Ro<0.5%),在凹陷的東部,烴源巖處于成熟早期(0.5<Ro<1.0%);距今16Ma時(早中新世末),凹陷西部崖城組底部烴源巖熱演化程度進入低成熟—成熟早期階段,而凹陷東部成熟度進入很高階段,Ro>2.0%;現(xiàn)今時期,因為上覆地層的快速堆積,崖城組烴源巖快速增熟,凹陷西邊進入成熟晚期,而凹陷西邊進入過成熟階段,Ro>2.0%(圖24)。
3.4.1 鶯歌海盆地現(xiàn)今熱狀態(tài)
鶯歌海盆地是南海北部大陸架西區(qū)邊緣盆地中典型的高地溫及高大地熱流值的高熱盆地(王振鋒,2004)。區(qū)域上高熱流區(qū)集中于泥—流體底辟構造帶,其中部的大地熱流峰值超過90mW/m2。時間上盆地基底最大熱流形成于上新世后。正是因為晚期快速升溫,導致烴源巖生排烴強度比較高,形成一系列受底辟分布控制的氣藏。因此,鶯歌海盆地屬于烴源巖條件較差而熱作用較強的類型。
鶯歌海盆地鶯中凹陷巖石圈的厚度為55~60km,莫霍面埋深為20~24km,等深線均呈NW向展布,比盆地周邊都薄,反映該盆地經(jīng)歷過強烈的拉張。現(xiàn)今殘余莫霍面的深度為22km,去掉17km的古近系—新近系充填,原地殼厚度僅余5km。這造成了盆地高熱流值。鶯歌海盆地平均地溫梯度為35~42.5℃/km,底辟區(qū)平均地溫梯度為41.2℃/km,井孔測溫最高達62.5℃/km,平均熱流值為84.1mW/m2[28]。
3.4.2 鶯歌海盆地熱歷史
高熱流是拉張的繼承性和疊加的結果,盆地經(jīng)歷3次拉張演化,盆地基底熱流由第l期的63mW/m2至第2期的65mW/m2,第3期上升至68mW/m2左右。這說明盆地每拉張一次,就更熱一次,整體處于逐步升溫狀態(tài),距今5.2Ma以來是盆地古地溫最高時期,約在距今1.9Ma達到峰值。
3.4.3 鶯歌海盆地烴源巖熱演化
在此高溫地溫場作用下,鶯歌海盆地烴源巖主要生氣,在距今1.9Ma時期,盆地大部分區(qū)域烴源巖已經(jīng)進入過成熟階段,Ro>3%(圖25)。鶯歌海盆地烴類以成熟—高成熟煤型氣為主,主要來自中深層3 500 m以深的梅山組等海相烴源巖。鶯中凹陷西側靠近來自昆嵩隆起的煤系三角洲區(qū),烴源巖豐富,成熟度高,大規(guī)模生氣,氣藏規(guī)模大,充滿度高;凹陷東南樂東區(qū)烴源巖以復合性泥巖為主。
圖25 鶯歌海盆地鶯中凹陷梅山組底部現(xiàn)今成熟度狀態(tài)分布圖
上述富氣凹陷天然氣分布具有二元分區(qū)性,煤系三角洲區(qū)天然氣藏多、規(guī)模大、充滿度高;深凹槽區(qū)氣藏偏少、規(guī)模偏小、充滿度偏低。
西湖凹陷至今共發(fā)現(xiàn)9個油氣田和6個含油氣構造(圖2)。西斜坡發(fā)現(xiàn)油氣田8個(平湖、春曉、天外天、武云亭、寶云亭、斷橋、殘雪、八角亭);發(fā)現(xiàn)含油氣構造9個[黃巖1-1、黃巖7-1N、寧波14-1(孔雀亭)、寧波27-1(玉泉)、寧波31-1(秋月)、寧波6-1(龍二)、嘉興25-2(龍一)、嘉興31-1、天臺12-1(孤山)]。中央洼陷反轉帶發(fā)現(xiàn)少。西斜坡區(qū)平湖組三角洲沉積區(qū)已鉆構造獲氣成功率高、天然氣充滿度高,如平湖油氣田平湖組油氣充滿度較高,均在50%左右,基本不見底水。
中部的洼陷區(qū)天然氣充滿度偏低或僅見氣層顯示,如龍井構造油氣顯示豐富,嘉興25-1(龍一)構造的JDZ-Ⅶ-1井,未獲商業(yè)烴類;嘉興25-2(龍二)構造的龍井1井,2265.5m始見熒光顯示,在花港組見槽面氣泡、油斑砂巖和高壓氣層,井深3 268~4 22m見1層氣層和3個含氣層;嘉興31-1(龍三)構造鉆探東海1井,完鉆井深4 200.00m(E3h),花港組測試獲天然氣3.9×104m3/d;寧波6-1(龍四)構造鉆探龍井2井,完鉆井深4 227.26m(E3h),花港組(不充分)測試獲天然氣1.4×104m3/d。寧波構造帶上的 NB27-1構造面積大、幅度高,玉泉1井經(jīng)測試在花港組產(chǎn)氣6.26×104m3/d、油8m3/d;玉泉2井完鉆井深3 802 m,亦見油氣顯示;玉泉1井龍井組鉆桿測試:在50m3水中共撈取2.7L草綠色原油,MFE取樣器中取得原油340mL、天然氣2 685mL、水1 930mL,測試解釋結果為含氣水層。春曉構造帶油氣主要分布于花港組上段和下段,以凝析氣層為主,天外天氣田在龍井組下段見氣測異常和含氣水層;天外天—春曉氣田平湖組見含氣層或致密差氣層。
白云凹陷已發(fā)現(xiàn)多個氣田,主要分布于凹陷北部的珠江三角洲區(qū)和東南的荔灣區(qū)(圖1),前者天然氣田自南而北有番禺35-2、番禺30-1、流花29-2等,氣田分布在同一構造脊上,氣藏充滿度高,如番禺35-2幾乎是全充滿。凹陷東南氣田主要有荔灣3-1、流花34-2、流花29-1、流花29-2等,氣田呈北東向分布,充滿度偏低,如荔灣3-1氣田砂層2、砂層3充滿度都小于50%(圖26),由于該氣藏蓋層厚度超過1 200m且蓋層完整性好,圈閉充滿度低主要與生氣能力有關。
圖26 白云凹陷天然氣充滿度圖
崖南凹陷天然氣田主要分布在西北部崖城組煤系三角洲及其鄰區(qū),如崖城13-1、崖城13-4、崖城13-6等,氣源對比它們都來自崖城組煤系。在凹陷深凹槽區(qū)海相泥發(fā)育,發(fā)現(xiàn)崖城21-1含氣構造。崖城13-1氣田充滿度高,而且復式成藏,崖城21-1構造僅見差氣層。1983年鉆YC13-1-1井,在陵水組三段發(fā)現(xiàn)氣層;1984—1989年評價氣田,鉆 YC13-1-2、3、4、6井,其中,4井在三亞組頂部和陵二段發(fā)現(xiàn)新氣層;1996年至今開發(fā)氣田,其間YC13-1A8井發(fā)現(xiàn)三亞組A砂體氣層。
鶯歌海凹陷在煤系三角洲區(qū)和深凹槽海相泥巖區(qū)都有氣田發(fā)現(xiàn)(圖1)。處在凹陷西斜坡區(qū)及鄰區(qū)已發(fā)現(xiàn)東方13-1、東方13-2、東方1-1等3個大氣田,氣田規(guī)模大、充滿度高。在凹陷中東部發(fā)現(xiàn)樂東22-1、樂東15-1等中小型氣田,規(guī)模偏小、充滿度偏低。
中國近海天然氣主要形成于近海外帶,在外帶的分布受源熱共控。外帶中多數(shù)凹陷屬于熱凹—超熱凹,烴源巖埋藏深、處于成熟—過成熟狀態(tài),凹陷斜坡區(qū)的煤系三角洲是主要生烴灶,凹陷的深凹槽是次要的生烴灶(表1)。
表1 中國近海新生代盆地天然氣勘探潛力表
5.1.1 斜坡上的生烴灶
成熟區(qū)向來是天然氣勘探開發(fā)業(yè)務持續(xù)發(fā)現(xiàn)的重要領域??碧皆缙谡业降耐禽^易發(fā)現(xiàn)的,隨著認識和技術手段的進步,儲量都會有新的增長。從上述中國近海已證實富生氣凹陷天然氣富集特征看,源熱共控了天然氣的富集與否。煤系三角洲和高熱流控制了天然氣主要富集區(qū);海相泥巖與高熱流控制了天然氣次要富集區(qū)。西湖凹陷西斜坡區(qū)、白云凹陷北部斜坡區(qū)、崖南凹陷西北斜坡區(qū)和鶯中凹陷西北區(qū)是煤系三角洲和高熱流控制了天然氣主要富集區(qū),近海發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)天然氣田均位于這類領域。這類領域勘探階段主要處于構造圈閉勘探的晚期,復合圈閉、隱蔽圈閉、古潛山圈閉勘探的早期,從油氣分布的互補性原理分析,大構造沒有了,找中小型構造;中小型構造沒有了,找復合圈閉;復合圈閉沒有了,找地層巖性圈閉;沉積地層中圈閉沒有了,找基底中的圈閉,剩余資源潛力依然很大,是增加天然氣儲量的最現(xiàn)實領域。
5.1.2 深凹槽中的生烴灶
海相泥巖分布的深洼槽區(qū),熱流值高,烴源巖均已成熟,生氣強度不及煤系三角洲,但烴源巖體積大,也有相當?shù)目碧綕摿?,此類地區(qū)如鶯歌海盆地鶯中凹陷深洼槽區(qū),已發(fā)現(xiàn)了樂東22-1、樂東15-1等氣田,在白云凹陷的深洼槽發(fā)現(xiàn)了荔灣3-1、流花34-2、29-1/2等氣田。
根據(jù)上述海陸過渡相烴源巖二元性及其與熱的耦合作用,可以進一步預測近海上述成熟區(qū)以外區(qū)域的天然氣勘探潛力。
5.2.1 斜坡上的生烴灶
荔灣凹陷主要烴源巖為漸新統(tǒng)恩平組荔灣煤系三角洲(圖10);預測煤系三角洲烴源巖豐富,發(fā)育煤層、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖,有機質(zhì)主要來源于陸生高等植物,有機質(zhì)類型主要為偏腐殖混合型—偏腐泥混合型。盡管凹陷熱流背景值高,但煤系三角洲埋藏偏淺,在較低熱演化階段具有生成原油的能力,烴源巖油氣兼生。
瓊東南盆地松東凹陷北坡的萬泉河煤系三角洲預測也有足夠的生氣潛力。
東海盆地麗水凹陷西斜坡區(qū)古新世煤系三角洲發(fā)育,凹陷大部分區(qū)域為35℃/km以上的高地溫梯度區(qū),熱流值介于59.5~81.3mW/m2,平均為70.4 mW/m2;麗水凹陷經(jīng)歷最高古熱流出現(xiàn)在古新世(67~92mW/m2),平均為81mW/m2,自距今203Ma到距今54Ma是一個熱流增大的過程,自古新世末到漸新世則是一個降低的過程。在此熱體制影響下,麗水凹陷月桂峰組底界烴源巖大部分均已成熟,Ro>0.7%,進入生油窗,次凹大部分烴源巖已進入濕氣窗,Ro>1.3%,深部部分烴源巖已進入干氣窗,Ro>2.0%。西斜坡區(qū)屬于源足熱足型區(qū)域,資源潛力較大。
5.2.2 深凹槽中的生烴灶
鶯歌海盆地樂東區(qū)處于半封閉環(huán)境,海相泥巖在熱—高溫條件下,總體以生成凝析油和天然氣為主。
瓊東南盆地樂東—陵水凹陷處于半封閉環(huán)境,主體以海相泥巖為主,新生代存在距今56.5~32Ma、距今32~16Ma和距今5.3Ma以來3期加熱事件,基底熱流始新世末為56~62mW/m2;早中新世末上升到60~64mW/m2;上新世末在深斷陷區(qū)最高達75 mW/m2,熱演化程度高,體積大,有一定的資源潛力。
1)西湖凹陷中央海相泥巖在熱—高溫條件下,總體以生成凝析油和天然氣為主。
2)荔灣凹陷南部海相泥巖在熱—高溫條件下,總體以生成凝析油和天然氣為主。
3)麗水凹陷深洼槽海相泥巖區(qū)屬于源欠熱足型生烴灶,勘探潛力較大。
4)瓊東南盆地崖北凹陷和北礁凹陷烴源巖埋藏淺,可能油氣兼生。
總之,中國近海外帶的東海盆地、南海北部大陸邊緣外帶處在活動大陸邊緣或被動大陸邊緣外帶,熱流值都比較高,屬于熱盆和超熱盆,關鍵在于海陸過渡相烴源巖、海相烴源巖發(fā)育質(zhì)量與規(guī)模,煤系三角洲發(fā)育程度決定著主要生氣潛力,海相泥巖控制著較主要的勘探領域。在部分凹陷,因烴源巖埋藏淺,也能生成石油。
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