甘 軍 胡晨暉 李旭紅 金秋月

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057）

烏石凹陷原油成因類型及差異分布特征*

甘 軍 胡晨暉 李旭紅 金秋月

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057）

南海北部灣盆地烏石凹陷原油成因類型及分布特征復(fù)雜，綜合應(yīng)用有機(jī)巖石學(xué)、地球化學(xué)及成藏綜合分析等方法，將該區(qū)原油分為3類：Ⅰ類原油為烏石17-X構(gòu)造流三段原油，全油和飽和烴碳同位素較重，C304-甲基甾烷含量中等—高；Ⅱ類原油為烏石17-X、16-X構(gòu)造流二段、流一段原油，碳同位素較輕，C304-甲基甾烷含量中等—低；Ⅲ類原油為烏石22-X構(gòu)造流一段原油，C304-甲基甾烷含量最低。綜合分析表明，烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶Ⅰ、Ⅱ類原油主要是流二段中下部源巖的貢獻(xiàn)，具備“油氣沿流二段和流三段三角洲砂體長距離運(yùn)移、鼻狀構(gòu)造大規(guī)模聚集”的特征；而烏石凹陷中區(qū)持續(xù)沉降帶Ⅲ類原油主要來自流二段上部源巖，表現(xiàn)為“油氣沿?cái)鄬佑邢蕹渥ⅰ⑼砥诔刹亍钡奶卣?。烏石凹陷東區(qū)、中區(qū)不同的構(gòu)造演化特征是造成原油差異分布的主控因素。

烏石凹陷；原油；成因類型；差異分布；烴源巖；構(gòu)造演化

烏石凹陷是南海北部海域北部灣盆地的一個(gè)富生烴凹陷，多年勘探證實(shí)該凹陷是一個(gè)發(fā)育流沙港組—潿洲組多套成藏組合的油氣聚集區(qū)，目前發(fā)現(xiàn)的原油儲(chǔ)量主要分布在烏石東區(qū)烏石16-X、17-X構(gòu)造流二段、流三段，烏石中區(qū)也發(fā)現(xiàn)了多個(gè)小規(guī)模的流一段和潿洲組油藏。由于流沙港組儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、斷裂發(fā)育，低孔滲的儲(chǔ)量占比大且分布比較分散，成為制約商業(yè)開發(fā)的瓶頸問題。前人對烏石凹陷構(gòu)造演化、沉積地層及成藏特征做了大量研究［1-4］，但在原油分類、差異分布及大規(guī)模成藏主控因素等方面的研究少有涉及。本次研究在精細(xì)分析烏石凹陷原油成因類型、烴源巖分層供烴及構(gòu)造演化特征的基礎(chǔ)上，總結(jié)了不同地區(qū)、不同成藏組合原油差異分布的主控因素，以期為提高類似凹陷的勘探開發(fā)成效提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

北部灣盆地位于南海北部灣海域西區(qū)，是中、新生代發(fā)育起來的斷陷盆地，經(jīng)歷了古近紀(jì)裂陷和新近紀(jì)裂后沉降兩大構(gòu)造演化階段，剖面上形成了下斷上坳的“雙層結(jié)構(gòu)”［5］，平面上表現(xiàn)為多凸多凹、隆凹相間的格局。烏石凹陷位于南部坳陷中部（圖1），由東、西兩個(gè)次凹組成，其中東洼受7號(hào)斷層控制，形成南斷北超的半地塹。該凹陷裂陷期可進(jìn)一步劃分為古新世初始斷陷階段、始新世強(qiáng)烈斷陷階段和漸新世晚期斷陷階段，分別對應(yīng)第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期裂陷幕。其中，始新世第Ⅱ裂陷幕第二期張裂活動(dòng)發(fā)生時(shí)，7號(hào)斷層繼承活動(dòng)且活動(dòng)速率加快，此時(shí)烏石凹陷沉降中心仍然受7號(hào)斷層控制，東洼流沙港組沉積比西洼更厚，分布更廣，而且由于7號(hào)斷層下降盤處于欠補(bǔ)償環(huán)境，沉積了厚層的流二段（T83—T86）半深湖相泥頁巖，成為烏石凹陷的主力烴源巖；另外，早始新世凹陷東北部三角洲發(fā)育，形成了流三段大型儲(chǔ)集體。新近紀(jì)以來，烏石凹陷進(jìn)入構(gòu)造活動(dòng)的相對靜止期，主干斷裂基本不再活動(dòng)，整個(gè)凹陷進(jìn)入裂后熱沉降階段，整體下沉接受新近系和第四系海相沉積（圖2）。

圖1 烏石凹陷構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 Tectonic division map of Wushi sag

圖2 烏石凹陷新生界地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic timetable of Cenozoic in Wushi sag

2 烴源巖地球化學(xué)特征及沉積環(huán)境

2.1 地球化學(xué)特征

勘探實(shí)踐證實(shí)，烏石凹陷流二段發(fā)育泥巖和油頁巖2種烴源巖，有機(jī)質(zhì)豐度較高，類型較好，特別是油頁巖生烴品質(zhì)更好［6］。該凹陷流二段烴源巖按層位又可分為頂部油頁巖、底部油頁巖和中部泥頁巖。本次研究的樣品取自烏石17-X、16-X和22-X等3個(gè)構(gòu)造，共涉及8口井150個(gè)巖屑樣品（表1）。

分析表明，烏石凹陷流二段底部油頁巖主要分布在烏石凹陷東區(qū)，TOC平均值達(dá)到5.84%，S1+S2平均值達(dá)到31.85 mg/g（表2），干酪根類型為Ⅰ—Ⅱ1型；鏡煤反射率Ro平均值為0.61%，這與烏石17-X構(gòu)造流沙港組埋深較淺有關(guān)（＜2 400 m）。沉積相分析認(rèn)為，這套流二段底部油頁巖在烏石17-X構(gòu)造西南部的主洼也存在，由于埋深大、熱演化程度高，現(xiàn)今已達(dá)到高熟—過熟階段。盆地模擬結(jié)果表明，烏石凹陷流二段底部油頁巖及中部泥頁巖生烴量占總生烴量的63%，綜合評價(jià)流二段底部油頁巖及中部泥頁巖為本區(qū)主力烴源巖（表3）。

烏石凹陷中區(qū)多口鉆井揭示流二段頂部發(fā)育較厚層的油頁巖和泥頁巖，現(xiàn)今埋深普遍＞3 500 m，處于熱催化生油階段，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ1型，TOC平均值達(dá)到2.86%，S1+S2平均值達(dá)到13.25 mg/g，屬于好烴源巖（表2）。盆地模擬結(jié)果表明，流二段頂部油頁巖和泥頁巖的生烴量占總生烴量的37%（表3）。

表1 烏石凹陷流二段烴源巖地球化學(xué)特征分析各井樣品數(shù)分布Table 1 Sample distribution in geochemical analysis of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

表2 烏石凹陷流二段烴源巖地球化學(xué)參數(shù)Table 2 Geochemical parameters of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

表3 烏石凹陷流二段烴源巖盆地模擬參數(shù)Table 3 Basin modeling parameters of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

2.2 沉積環(huán)境

烏石凹陷流二段有機(jī)巖石學(xué)及生物標(biāo)志化合物特征分析表明，不同類型源巖的沉積環(huán)境也不同［7-9］。流二段底部油頁巖的C304-甲基甾烷含量為中等—高，奧利烷和C30重排藿烷含量低，Pr/Ph＜2.5，代表陸源輸入較少、藻類繁盛的半深—深湖還原環(huán)境［10］，烴源巖有機(jī)顯微組分中以無定形生油母質(zhì)占絕對優(yōu)勢；而流二段頂部油頁巖及中部泥頁巖的C304-甲基甾烷含量為中等，奧利烷和C30重排藿烷含量高，代表陸源有機(jī)質(zhì)輸入較多的淺湖環(huán)境（圖3）。

許多學(xué)者對優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)制進(jìn)行了廣泛研究［11-17］。一般認(rèn)為，陸相盆地沉積中優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成必須具備的基本條件是：①長期欠補(bǔ)償?shù)暮闯练e條件；②輸入沉積物中的有機(jī)質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量；③沉積物中有機(jī)質(zhì)的保存條件。筆者研究認(rèn)為，烏石凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的控制因素有2個(gè)方面：一是控制有機(jī)質(zhì)生成的因素，如沉積相及古氣候等；二是控制有機(jī)質(zhì)保存的因素，如古湖泊發(fā)育規(guī)模、水體分層等。烏石凹陷流二段中下部油頁巖及泥頁巖在沉積中心及斜坡區(qū)廣泛分布，說明當(dāng)時(shí)本區(qū)湖泊規(guī)模大、水體深，為優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成及保存提供了良好條件。

圖3 烏石凹陷流二段烴源巖飽和烴甾萜、烷特征圖Fig.3 Characteristic of steranes and terpenes in saturated hydrocarbon of the second member of Liushagang Formation source rock in Wushi sag

3 原油地球化學(xué)特征及油源對比

3.1 原油地球化學(xué)特征

烏石凹陷所發(fā)現(xiàn)的原油主要分布在東區(qū)烏石17-X、16-X構(gòu)造和中區(qū)烏石22-X構(gòu)造，其中東區(qū)主要集中在流二段和流三段，中區(qū)主要分布在流一段和潿二段。通過不同構(gòu)造原油地球化學(xué)特征的分析，可將該區(qū)原油劃分為三大類（表4）。

Ⅰ類原油為烏石凹陷東區(qū)烏石17-X構(gòu)造流三段原油，具有較低的原油密度，高飽和烴含量；Pr/Ph值為2.15～2.32，全油碳同位素δ13C值為-23.02‰～-22.66‰，指示其生源母質(zhì)的沉積環(huán)境為弱氧化—還原環(huán)境。原油甾烷化合物以中—高C304-甲基甾烷含量為標(biāo)志，顯示湖相低等水生生物的貢獻(xiàn)大［18］；原油萜烷化合物以低伽馬蠟烷含量、較高三環(huán)萜烷含量為特征，反映該類原油成熟度高［19-20］。

表4 烏石凹陷不同類型原油物性和地球化學(xué)特征參數(shù)Table 4 Physical properties and geochemical parameters of different types of oils in Wushi sag

Ⅱ類原油主要為烏石凹陷東區(qū)烏石17-X、16-X構(gòu)造流二段、流一段及烏石中區(qū)潿二段原油，密度比Ⅰ類原油高，飽和烴含量比Ⅰ類原油低，全油碳同位素δ13C值為-26.64‰～-25.74‰。原油甾烷化合物表現(xiàn)為中等C304-甲基甾烷含量的特征。原油Ts/Tm值反映東區(qū)流二段原油成熟度較高，但低于流三段原油。由于該區(qū)Ⅱ類原油的成熟度較高、母質(zhì)類型較好，認(rèn)為其生源母質(zhì)的沉積環(huán)境也為弱氧化—還原環(huán)境。

Ⅲ類原油為烏石凹陷中區(qū)流一段原油，飽和烴甾、萜烷特征顯示其具有低C304-甲基甾烷含量、高奧利烷的特征，表明其母質(zhì)來源中陸源有機(jī)質(zhì)的含量較前兩類原油高，沉積環(huán)境為弱還原—弱氧化。此類原油與Ⅰ類、Ⅱ類原油不同的是，萜烷中C29新藿烷和C30重排藿烷含量高，甚至高過C29降藿烷。綜合分析認(rèn)為，該區(qū)Ⅲ類原油的生源構(gòu)成與Ⅰ類、Ⅱ類原油差別較大。

3.2 油源對比

圖4 烏石凹陷原油-烴源巖飽和烴甾、萜烷特征圖Fig.4 Steranes and terpenes characteristic of saturated hydrocarbon from oil-source rock in Wushi sag

針對烏石凹陷不同類型的原油，參考潿西南凹陷原油成因類型［21］，開展生物標(biāo)志化合物甾、萜烷特征及碳同位素油-巖對比（圖4）認(rèn)為，Ⅰ類原油主要來自主洼流二段底部油頁巖，二者的碳同位素組成、姥/植比指標(biāo)比較接近；Ⅱ類原油主要來自主洼流二段中部泥頁巖和底部油頁巖；Ⅲ類原油來自主洼流二段上部油頁巖。烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)帶發(fā)現(xiàn)的烏石17-X、16-X等油田主要為Ⅰ類、Ⅱ類原油，分別主要分布在流三段、流二段成藏組合中，這兩類原油儲(chǔ)量占烏石凹陷目前發(fā)現(xiàn)總儲(chǔ)量的73%。而烏石凹陷中區(qū)烏石22-X等油藏發(fā)現(xiàn)的Ⅲ類原油分布僅局限在流一段，儲(chǔ)量占比僅27%。烏石凹陷Ⅰ類、Ⅱ類原油儲(chǔ)量占比大與流二段中下部源巖品質(zhì)好、生油量大相匹配，反映了主力烴源巖對成烴成藏的主要貢獻(xiàn)。

4 油氣差異分布特征

烏石凹陷東洼整體呈現(xiàn)南斷北超的半地塹，由于流沙港組整體向北抬升且發(fā)育多套儲(chǔ)蓋組合，因此北斜坡是油氣運(yùn)移的有利方向［22-23］。但由于烏石凹陷東區(qū)、中區(qū)構(gòu)造演化特征的不同，導(dǎo)致這2個(gè)地區(qū)的烴源條件、油氣運(yùn)移方式及聚集規(guī)模存在明顯差異。

4.1 東區(qū)構(gòu)造反轉(zhuǎn)帶

在烏石凹陷東區(qū)烏石17-X構(gòu)造區(qū)，流三段、流二段地層厚度較大且分布較穩(wěn)定，說明當(dāng)時(shí)7號(hào)斷裂下降盤—北斜坡中深湖相分布范圍較大；到了流一段—潿洲組沉積期，烏石17-X構(gòu)造區(qū)開始擠壓反轉(zhuǎn)并持續(xù)抬升、剝蝕，造成流一段—潿洲組厚度急遽減薄或尖滅，斜坡開始形成。由于該區(qū)后期反轉(zhuǎn)隆升形成了北東方向的流沙港組大型鼻狀構(gòu)造，該鼻狀構(gòu)造向西南延伸到主洼中，是油氣運(yùn)移的有利指向［24］。沉積相分析表明，東區(qū)流三段、流二段沉積時(shí)期分別發(fā)育東北部、北部物源的大型三角洲或扇三角洲儲(chǔ)層，埋藏淺，物性較好，主洼流二段中下部烴源巖生成的Ⅰ類、Ⅱ類原油可通過三角洲、扇三角洲儲(chǔ)層以及不整合面與順坡斷裂向北運(yùn)移，匯聚到流沙港組大型鼻狀構(gòu)造。WS 17-X-2井流三段包裹體均一溫度主峰值為105～110℃，對應(yīng)的儲(chǔ)層埋深為1 850 m，油氣充注時(shí)間主要為17 Ma以來。因此，東區(qū)反轉(zhuǎn)帶總體表現(xiàn)為“早期側(cè)向長距離運(yùn)移、鼻狀構(gòu)造大規(guī)模聚集”的成藏特征（圖5）。

圖5 烏石凹陷中區(qū)—東區(qū)流沙港組成藏模式（剖面位置見圖1）Fig.5 Oil accumulation mode of Liushagang Formation in the middle&east area，Wushi sag（see Fig.1 for location）

4.2 中區(qū)持續(xù)沉降帶

在烏石凹陷中區(qū)烏石22-X構(gòu)造區(qū)，由于始新世—漸新世以來持續(xù)沉降，沉積了巨厚的流一段、潿洲組，沉積中心流一段—潿洲組厚度超過2 500 m，現(xiàn)今流二段頂部烴源巖埋深超過3 600 m，達(dá)到成熟—高熟，處于生油窗階段；流二段中下部源巖達(dá)到過熟，以生凝析氣為主。而且持續(xù)深埋造成現(xiàn)今流一段下部儲(chǔ)層埋深超過3 500 m，孔隙度僅10%～13%，滲透率小于10 mD，整體表現(xiàn)為低孔低滲特征。從源-儲(chǔ)時(shí)空配置關(guān)系分析，該區(qū)流二段頂部源巖現(xiàn)今仍處于生油高峰，在異常高壓作用下，源巖排出的Ⅲ類原油主要通過斷裂運(yùn)移到流一段下部圈閉。WS 22-X-1井流一段包裹體均一溫度主峰值高達(dá)130～140℃，對應(yīng)的儲(chǔ)層埋深為3 000 m，油氣充注時(shí)間為10 Ma以來。因此，烏石凹陷中區(qū)流一段成藏組合主要表現(xiàn)為“油氣沿?cái)鄬佑邢蕹渥?、晚期成藏”的低孔滲油藏特征（圖5）。

由此可見，烏石凹陷存在東區(qū)、中區(qū)兩大成藏區(qū)帶，最有利的油氣聚集區(qū)是凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)帶，近期的勘探實(shí)踐證實(shí)，該區(qū)的流二段、流三段發(fā)育三角洲分流河道中—高滲儲(chǔ)層，只要圈閉有效，就能形成富集高產(chǎn)的油藏。綜合分析認(rèn)為，流二段源-儲(chǔ)-蓋層的分布樣式是烏石凹陷東區(qū)油氣富集的關(guān)鍵因素：流二段在斜坡帶穩(wěn)定分布且縱向上均保持為泥-砂-泥的結(jié)構(gòu)，層序中發(fā)育的大型三角洲分流河道砂與近洼斜坡的中深湖成熟烴源灶直接接觸，形成了源-儲(chǔ)-蓋一體的高效運(yùn)聚體系（圖6a）；另外，斜坡區(qū)在晚始新世抬升剝蝕，形成典型的構(gòu)造型凹陷斜坡和構(gòu)造不整合，有利于油氣大規(guī)模運(yùn)聚［25-27］。而烏石凹陷中區(qū)則表現(xiàn)為另外一種地層分布模式（圖6b）：流二段烴源巖主要分布在靠近控凹斷裂一側(cè)，斜坡區(qū)無后期構(gòu)造抬升或反轉(zhuǎn)，屬于持續(xù)沉降型凹陷斜坡。顯然，樣式Ⅰ更有利于斜坡帶油氣長距離側(cè)向運(yùn)移而形成大規(guī)模油藏，位于烏石17-X構(gòu)造區(qū)北部的烏石16-Y流二段鼻狀構(gòu)造成藏條件與烏石17-X構(gòu)造區(qū)類似，是下步拓展勘探的有利目標(biāo)。

圖6 烏石凹陷東區(qū)、中區(qū)始新統(tǒng)地層分布樣式Fig.6 Distribution mode of the Eocene in middle&east area，Wushi sag

5 結(jié)論

1）根據(jù)烴源巖地化特征，將烏石凹陷流二段烴源巖分為底部油頁巖、中部泥頁巖及頂部油頁巖等3種類型，其中流二段底部厚層油頁巖及中部泥頁巖在凹陷沉積中心及斜坡區(qū)廣泛分布，說明當(dāng)時(shí)本區(qū)半深湖—深湖湖盆規(guī)模大、水體深，屬于弱氧化—還原環(huán)境的欠補(bǔ)償沉積，為高生產(chǎn)力烴源巖的形成提供了良好條件。

2）根據(jù)原油物性、地化特征，將烏石凹陷原油分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3類。Ⅰ類原油主要來自東洼流二段底部油頁巖，Ⅱ類原油主要來自東洼流二段中部泥頁巖，Ⅲ類原油來自東洼流二段頂部油頁巖。目前烏石凹陷發(fā)現(xiàn)的烏石17-X、16-X等大中型油田原油均屬于Ⅰ類、Ⅱ類原油，縱向上主要分布在流三段、流二段，平面上主要分布在烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)帶及北斜坡；而Ⅲ類原油僅局限分布在烏石凹陷中區(qū)的流一段。

3）由于烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)帶、中區(qū)持續(xù)沉降帶的構(gòu)造演化特征及始新統(tǒng)分布樣式的不同，造成二者的烴源條件及油氣運(yùn)移方式存在明顯差異。東區(qū)反轉(zhuǎn)帶烏石17-X、16-X鼻狀構(gòu)造區(qū)由于晚始新世—漸新世的抬升、剝蝕，成為流二段下部源巖生成油氣的優(yōu)勢運(yùn)移指向，流二段、流三段成藏組合表現(xiàn)為“三角洲砂巖側(cè)向長距離輸導(dǎo)、鼻狀構(gòu)造大規(guī)模聚集”的特征。中區(qū)持續(xù)沉降帶由于持續(xù)沉降，晚期流二段上部源巖生成的油氣只能沿?cái)嗔堰\(yùn)移至流一段圈閉中形成小規(guī)模的低孔滲油藏。

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Genetic types and differential distribution characteristics of crude oil in Wushi sag

GAN Jun HU Chenhui LI Xuhong JIN Qiuyue
（Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Zhanjiang，Guangdong524057，China）

The genetic types and distribution characteristics of crude oil in Wushi sag of Beibuwan basin are complex.Integrated application of organic petrology，geochemistry and synthetic hydrocarbon accumulation analysis，the crude oil can be classified as three types：typeⅠcrude oil is from the third member of Liushagang Formation of Wushi 17-X structure，with heavy carbon isotope and medium to high content of C304-methyl sterane；typeⅡcrude oil is from the first and second members of Liushagang Formation of Wushi 17-X＆16-X structures，with light carbon isotope and low to medium content of C304-methyl sterane；typeⅢcrude oil is from the first member of Liushagang Formation of Wushi 22-X structure，with light carbon isotope and the lowest content of C304-methyl sterane.Integrated analysis shows that typeⅠandⅡcrude oil in eastern inversion structural belt of Wushi sag is mainly contributed by the source rocks in the middle to lower part of the second member of Liushagang Formation，with the characteristics of long distance migration and large scale accumulation through delta sands of the second and third members of Liushagang Formation；typeⅢcrude oil of central continuous subsidence belt in Wushi sag is mainly from the upper source rock of the second member of Liushagang Formation，with the characteristics of finite oil charge through faults lately.The different structural evolution characteristics of eastern and middle areas in Wushi sag are the main controlling factors of oil differential distribution.

Wushi sag；crude oil；genetic type；differential distribution；source rock；structural evolution

甘軍，胡晨暉，李旭紅，等.烏石凹陷原油成因類型及差異分布特征［J］.中國海上油氣，2017，29（6）：23-31.

GAN Jun，HU Chenhui，LI Xuhong，et al.Genetic types and differential distribution characteristics of crude oil in Wushi sag［J］.China Offshore Oil and Gas，2017，29（6）：23-31.

TE122.1

A

1673-1506（2017）06-0023-09

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.06.003

*“十三五”國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”子課題“南海西部海域低滲油藏勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)（編號(hào)：2016ZX05024-006）”部分研究成果。

甘軍，男，高級工程師，1996年畢業(yè)于石油大學(xué)（北京），獲碩士學(xué)位，主要從事油氣勘探綜合地質(zhì)研究工作。地址：廣東省湛江市坡頭區(qū)中海石油（中國）有限公司湛江分公司研究院（郵編：524057）。E-mail：ganj＠cnooc.com.cn。

2017-05-04改回日期：2017-08-15

（編輯：馮 娜）