丁 亮 郭 剛 郝建榮 王升蘭 朱文奇 廖宗寶

(中海油研究總院 北京 100028)

丁亮，郭剛，郝建榮，等.珠一坳陷西江主洼古近系文昌組烴源巖特征及生烴潛力［J］.中國(guó)海上油氣，2015，27(5)：21-26.

勘探實(shí)踐表明，珠江口盆地珠一坳陷已發(fā)現(xiàn)的油氣田主要圍繞富生烴凹(洼)陷分布，儲(chǔ)量與產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)也往往得益于新富生烴凹(洼)陷的發(fā)現(xiàn)［1-4］。隨著珠一坳陷已證實(shí)富生烴凹(洼)陷勘探程度的逐漸提高，油氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量的增長(zhǎng)難度不斷增大，急需尋找到新的潛在富生烴凹(洼)陷作為油氣接替區(qū)。珠一坳陷西江主洼已證實(shí)具備生油能力［5］，但長(zhǎng)期以來該區(qū)僅有二維地震測(cè)線覆蓋，由于該洼緊鄰古珠江口，洼陷中淺層砂巖含量超過60%，地震波能量被強(qiáng)烈吸收，因而難以獲取中深層有效地震反射信息［6］；此外，洼陷深層反射界面傾角變化大、斷裂發(fā)育的特點(diǎn)也導(dǎo)致了地質(zhì)條件的復(fù)雜化，使得中深層地震成像質(zhì)量較差，嚴(yán)重制約了洼陷的烴源巖評(píng)價(jià)。隨著西江主洼新三維地震資料的覆蓋，洼陷中深層地震資料的信噪比和分辨率得到了顯著提高，具備了開展洼陷烴源巖深入研究的資料條件。

本文圍繞西江主洼烴源巖這一核心問題，利用新采集的三維地震資料，從古近系文昌組烴源巖沉積相研究入手，類比鄰區(qū)已證實(shí)的富生烴凹陷，通過對(duì)斷裂活動(dòng)速率、沉降速率、地球化學(xué)特征以及沉積相-地震相特征等方面的綜合分析，借助盆地模擬技術(shù)預(yù)測(cè)了西江主洼的生烴潛力和勘探前景。

1 地質(zhì)背景

西江主洼位于香港以南約200 km的珠一坳陷西江凹陷內(nèi)，水深60～100 m，鄰區(qū)已證實(shí)的富生烴凹(洼)陷有惠州凹陷、番禺4洼和恩平凹陷等，與番禺4洼、西江36洼共同組成西江凹陷(圖1)。西江主洼面積約1 090 km2，最大埋深7 600 m，是珠一坳陷古近系最大的單一半地塹洼陷。受NE向邊界斷層控制，西江主洼整體表現(xiàn)為“北斷南超，下斷上坳”的箕狀結(jié)構(gòu)(圖2)。

依據(jù)洼陷構(gòu)造特征、沉降特征以及地層厚度變化等，結(jié)合珠一坳陷的構(gòu)造演化背景，西江主洼構(gòu)造演化階段可劃分為始新世—早漸新世的伸展裂陷階段、晚漸新世—中中新世的沉降拗陷階段和晚中新世—第四紀(jì)的斷塊升降階段，沉積地層自下而上分別為文昌組、恩平組、珠海組、珠江組、韓江組、粵海組至第四系。地震剖面上，T80界面位于鉆井標(biāo)定的T70界面(珠海組底面或恩平組頂面)與T100界面(基底)之間，表現(xiàn)為一個(gè)角度不整合界面，具有明顯的“上超/下削”不整合接觸關(guān)系。此外，T80界面上、下波組特征差異較大，呈現(xiàn)顯著的兩期裂陷特征，對(duì)應(yīng)于洼陷伸展裂陷階段珠瓊運(yùn)動(dòng)形成的裂陷Ⅰ、Ⅱ期，沉積了文昌組、恩平組地層(圖2)。

圖1 西江主洼區(qū)域位置Fig.1 Location of Xijiang sag

圖2 西江主洼地層分布Fig.2 Stratigraphic distribution of Xijiang sag

依據(jù)垂向疊置關(guān)系，西江主洼屬于“厚文昌、薄恩平”型洼陷，文昌組殘留地層厚度最大為2 400 m，恩平組殘留地層厚度最大為1 400 m(圖3)。文昌組沉積時(shí)期，西江主洼是一個(gè)相對(duì)孤立的湖盆，只在東北部與西江23洼局部相連。恩平組沉積時(shí)期，湖盆面積顯著擴(kuò)大，該洼陷沉積中心向西有所遷移。

圖3 西江主洼文昌組(a)、恩平組(b)殘留地層等厚圖Fig.3 Residual isopach map of W enchang(a)and Enping(b)Formation in Xijiang sag

2 烴源巖特征

珠一坳陷多年的勘探實(shí)踐表明，始新統(tǒng)半深湖—深湖相文昌組是本區(qū)最重要的優(yōu)質(zhì)烴源巖［7］。目前珠一坳陷已發(fā)現(xiàn)的油氣田多分布于發(fā)育文昌組烴源巖的洼陷周緣，且烴源巖規(guī)模越大，周緣油氣的發(fā)現(xiàn)也越豐富。因此，對(duì)西江主洼生烴潛力的研究，確認(rèn)文昌組是否發(fā)育半深湖—深湖相沉積至關(guān)重要。

2.1 斷裂活動(dòng)速率及沉降速率特征

始新世—早漸新世伸展裂陷階段的斷裂活動(dòng)對(duì)珠一坳陷古近系烴源巖的形成與分布起到了重要的控制作用，較高的斷裂活動(dòng)速率和沉降速率有利于深湖盆形成。在物源供給不充分時(shí)易形成欠補(bǔ)償沉積環(huán)境，有利于半深湖—深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育。

珠一坳陷已證實(shí)富生烴洼陷的控洼斷裂活動(dòng)速率分析表明，當(dāng)活動(dòng)速率大于100 m/Ma時(shí)，洼陷能夠沉積文昌組半深湖—深湖相［8］。此外，前人對(duì)中國(guó)近海及東部陸上富生烴凹陷主力烴源巖形成期沉降速率的分析發(fā)現(xiàn)，其沉降速率均高于200 m/Ma［9］。

西江主洼控洼斷裂的活動(dòng)性具有中間強(qiáng)、兩端弱的特點(diǎn)，斷裂主體活動(dòng)速率大于100 m/Ma，洼陷沉積中心的斷裂活動(dòng)速率超過200 m/Ma，向洼陷兩端逐漸減弱至100 m/Ma以下(圖4)。盆地模擬結(jié)果顯示，文昌組沉積時(shí)期西江主洼主體沉降速率大于200 m/Ma，洼陷沉積中心沉降速率超過300 m/Ma(圖5)。由此可見，西江主洼具有較高的斷裂活動(dòng)速率和沉降速率，在文昌組沉積時(shí)期具備形成深湖盆的前提條件，而該時(shí)期洼陷又以局部物源為主，因而非常有利于形成半深湖—深湖相細(xì)粒沉積。

圖4 西江主洼控洼斷裂活動(dòng)速率Fig.4 Fault activity rate of sag-controlled fault in Xijiang sag

圖5 西江主洼文昌組沉降速率Fig.5 Sedimentation rate of W enchang Formation in Xijiang sag

2.2 地球化學(xué)特征

生物標(biāo)志化合物分析結(jié)果表明，珠一坳陷文昌組半深湖—深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖以富含C304-甲基甾烷為主要特征，有機(jī)質(zhì)主要來源于水生低等生物，高等植物輸入標(biāo)志不明顯［10-11］。因此，原油中的C304-甲基甾烷與文昌組半深湖—深湖相烴源巖有著成因聯(lián)系，這就為原油地球化學(xué)分析追蹤烴源巖提供了線索。

位于西江主洼南部凸起的XJS3井與鄰近的番禺4洼之間存在多個(gè)構(gòu)造鞍部阻隔油氣運(yùn)移，且番禺4洼具有顯著的“近源環(huán)洼”成藏以及油氣聚集層位隨洼陷距離增大而變淺的特點(diǎn)，而XJS3井所揭示的油層主要位于中深層珠海組，因此可以認(rèn)為該井所揭示的原油來自北部的西江主洼。該井DST測(cè)試油樣的油氣地球化學(xué)指標(biāo)分析可見較高含量的C304-甲基甾烷，表明原油主要源于文昌組半深湖—深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖。此外，該洼陷中心的XJM1井巖樣分析也可見一定含量的C304-甲基甾烷(圖6)。由此可見，西江主洼原油和巖樣中C304-甲基甾烷的發(fā)現(xiàn)表明該洼陷文昌組發(fā)育一定規(guī)模的半深湖—深湖相沉積，并且已大量生烴，所生成的油氣可運(yùn)移到洼陷緩坡并形成聚集。

圖6 西江主洼XJS3井、XJM 1井生物標(biāo)志化合物特征Fig.6 Biomarker characteristics of W ell XJS3 and W ell XJM 1 in Xijiang sag

2.3 地震相-沉積相特征

由于同一盆地相鄰或相近的凹(洼)陷在沉積環(huán)境上有一定的相似性，相同的地震相很可能代表了相似的沉積地層。因此，在地球化學(xué)研究確定烴源巖存在的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)地震特征識(shí)別出優(yōu)質(zhì)烴源巖地震相特征，進(jìn)而綜合分析解釋轉(zhuǎn)化為沉積相，從而對(duì)烴源巖的分布和發(fā)育規(guī)模進(jìn)行研究［4，12］。

綜合考慮有機(jī)相、測(cè)井相以及地震相的特征，珠一坳陷已鉆井證實(shí)的富烴洼陷文昌組具有2種地震相特征，即“弱(反射)—強(qiáng)(反射)—弱(反射)”的三段式特征和“強(qiáng)(反射)—弱(反射)”的兩段式特征，分別對(duì)應(yīng)于2種沉積相模式［13-14］。其中，前者以番禺4洼為代表，文昌組沉積早期以沖積扇—扇三角洲—濱淺湖相沉積為主，中期以半深湖—深湖相沉積為主，晚期則主要發(fā)育三角洲—濱淺湖，為“全旋回”相模式；后者以陸豐13N洼為代表，文昌組沉積早期以沖積扇—扇三角洲—濱淺湖相沉積為主，而后水體迅速加深，內(nèi)部發(fā)育半深湖—深湖相沉積，為“半旋回”相模式。在這2種模式中，文昌組半深湖—深湖相沉積對(duì)應(yīng)的地震相均表現(xiàn)為低頻率、連續(xù)、強(qiáng)振幅平行席狀地震反射特征。

通過類比分析，西江主洼文昌組呈現(xiàn)出典型的第2種地震相-沉積相模式，具有兩分結(jié)構(gòu)，地震相呈現(xiàn)出“強(qiáng)(反射)—弱(反射)”的兩段式，并且在文昌組上段可見與番禺4洼等洼陷半深湖—深湖相沉積相同的低頻率、連續(xù)、強(qiáng)振幅平行席狀地震反射特征。具體到地震剖面上，西江主洼北部陡坡帶發(fā)育具有中高頻率、差連續(xù)、弱振幅雜亂楔形地震反射特征的扇三角洲沉積，文昌組下段發(fā)育具有中頻率、中差連續(xù)、中弱振幅地震反射特征的濱淺湖相沉積，文昌組上段則發(fā)育具有低頻率、連續(xù)、中強(qiáng)振幅平行席狀地震反射特征的半深湖—深湖相沉積(圖7)。

圖7 西江主洼文昌組地震相-沉積相特征Fig.7 Seism ic-sedimentary facies characteristics of Wenchang Form ation in Xijiang sag

3 烴源巖生烴潛力

通過斷裂活動(dòng)速率、沉降速率、地球化學(xué)特征、地震相-沉積相特征等方面的綜合分析，認(rèn)為西江主洼古近紀(jì)沉積了文昌組這套重要的烴源巖，發(fā)育一定規(guī)模的半深湖—深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖，面積可達(dá)168 km2(圖8)。

圖8 西江主洼文昌組沉積相圖Fig.8 Sedimentary facies of Wenchang Formation in Xijiang sag

盡管西江主洼古今地溫梯度(＜3℃/100 m)均比周邊洼陷或凹陷低(平均為 3.37℃/100 m)［15］，但西江主洼基底埋深較大(達(dá)到約7 600 m)，文昌組整體埋深較鄰近的番禺4洼深1 400 m，已達(dá)到生烴門限(成熟度Ro=0.7%)對(duì)應(yīng)的4 100 m埋深要求。盆地模擬結(jié)果顯示，西江主洼文昌組烴源巖目前均處于成熟—高成熟狀態(tài)(圖9)。

參考區(qū)域文昌組半深湖—深湖相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，即有機(jī)碳(TOC)含量為1.24% ～11.43%(中值為3.69%)、熱解生烴潛量(S1+S2)為2.01～87.35 mg/g(中值為18.13 mg/g)、氯仿瀝青“A”為0.0582% ～0.336 9%(中值為0.256 9%)，有機(jī)質(zhì)類型總體為Ⅰ—Ⅱ1型，假定西江主洼文昌組TOC平均值為2.94%，S1+S2平均值為14.4 mg/g，氯仿瀝青“A”平均值為0.225%，氫指數(shù)平均值為483.4 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型，預(yù)測(cè)該洼陷生烴量約為60.9億m3。這表明，西江主洼具有較好的生烴潛力，是一個(gè)潛在的富生烴洼陷。

圖9 西江主洼文昌組烴源巖成熟度平面分布圖Fig.9 Source rocksmaturity of W enchang Formation in Xijiang sag

4 結(jié)論

1)斷裂活動(dòng)速率、沉降速率、地球化學(xué)特征、沉積相-地震相特征等多方面的綜合分析結(jié)果顯示，西江主洼文昌組發(fā)育大規(guī)模半深湖—深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖。

2)盆地模擬結(jié)果顯示，西江主洼文昌組處于成熟—高成熟階段，生烴量較大，是潛在的富生烴洼陷。

3)建議在西江主洼進(jìn)一步開展油氣運(yùn)聚特征研究，明確油氣聚集的有利區(qū)帶和層位。

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