呂 曄，徐思煌

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

珠江口盆地是南海北部大陸邊緣東段加里東-海西-燕山期褶皺基底上的中、新生代伸展盆地，白云凹陷屬于珠江口盆地南部坳陷帶的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，整體展布成NEE向，是南海北部最具代表性的新生代深水陸坡沉積區(qū)[1]?？煞譃榘自浦魍?、白云東洼和白云南洼(圖1[2])，其中白云主洼和白云東洼都已獲得商業(yè)性油氣藏，被證實(shí)為生烴洼陷。白云凹陷目前已發(fā)現(xiàn)的天然氣主要為干酪根裂解氣，少量為原油裂解氣，主要以混合氣和油型氣為主，天然氣母質(zhì)類型主要為腐殖-腐泥混合型(Ⅱ型)[3-4]；烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)表明，文昌組的湖相烴源巖以生油為主，高成熟階段生成的天然氣主要為原油裂解氣(約80%)；恩平組的淺湖相和沼澤相烴源巖油氣兼生，相對(duì)以生氣為主，主要為干酪根裂解氣(約80%)。白云凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣主要來自淺湖相-沼澤相烴源巖，天然氣以烴源巖干酪根裂解氣為主，以原油裂解氣為輔[5-6]。

圖1 珠江口盆地白云凹陷區(qū)域位置及構(gòu)造分區(qū)圖(資料來源：文獻(xiàn)[2]，有修改)

1 烴源巖地球化學(xué)特征

1.1 烴源巖

據(jù)鄰近淺水區(qū)鉆探結(jié)果和地震相對(duì)比解釋認(rèn)為，白云凹陷中存在三套烴源巖，分布在四個(gè)層位：①始新統(tǒng)中深湖相烴源巖，主要為文昌組的中深湖相砂泥巖；②已經(jīng)為大量淺水區(qū)鉆井所揭示的漸新統(tǒng)煤系及湖相泥巖烴源巖，主要為下漸新統(tǒng)恩平組的河湖相含煤層系，以及上漸新統(tǒng)珠海組的濱淺海相砂泥巖，分布面積廣，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度中等，Ⅱ2型干酪根為主；③下中新統(tǒng)海相烴源巖，主要為珠江組的濱淺相砂泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度中-低、類型較好、部分成熟[7]。

1.2 烴源巖評(píng)價(jià)

本文分別采用海相泥巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和陸相泥盆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從有機(jī)質(zhì)的類型，有機(jī)質(zhì)的成熟度和有機(jī)質(zhì)的豐度三個(gè)方面對(duì)珠江組、珠海組和恩平組、文昌組的烴源巖進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。本文不再對(duì)有機(jī)質(zhì)類型和成熟度過多闡述，僅提供統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果以便與有機(jī)質(zhì)豐度相結(jié)合進(jìn)行分析，分析重點(diǎn)在于有機(jī)質(zhì)豐度。

有機(jī)質(zhì)的豐度評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)為有機(jī)碳含量(TOC)、生烴潛力(S1+S2)和自設(shè)參數(shù)Z值；有機(jī)質(zhì)的類型，本文主要采用巖石熱解分析法來區(qū)分干酪根類型來確定有機(jī)質(zhì)的類型，即利用收集的烴源巖樣本的氫指數(shù)IH(mg/g)與其最大熱解溫度Tmax(℃)的關(guān)系來確定；有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)的參數(shù)和方法有很多種，本文只引用鏡質(zhì)體反射率(R0，%)法和巖石熱解峰溫(Tmax，℃)法?？梢愿鶕?jù)R0的值劃分干酪根演化階段，巖石熱解峰溫是烴源巖熱解S2峰的最大生烴強(qiáng)度處所對(duì)應(yīng)的溫度，可反映有機(jī)質(zhì)的演化程度。

1.2.1 烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

珠江組烴源巖有機(jī)質(zhì)的類型以混合型(Ⅱ1和Ⅱ2型)為主，符合其陸坡深水沉積環(huán)境；珠海組和恩平組烴源巖有機(jī)質(zhì)的類型以混合型(Ⅱ2型)，即腐泥腐殖型為主，分別符合其淺海陸架和陸相河流沉積環(huán)境；文昌組烴源巖有機(jī)質(zhì)的類型以混合型(Ⅱ1型)，即腐殖腐泥型為主，符合其陸相湖泊沉積環(huán)境。

1.2.2 烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度

根據(jù)白云凹陷地區(qū)主要烴源巖，即珠江組、珠海組、恩平組和文昌組部分井鏡質(zhì)體反射率RO數(shù)據(jù)及烴源巖巖石熱解最高峰溫(Tmax)，基于埋深情況及其中深湖相沉積推測及分析得：文昌組烴源巖處于高—過成熟階段；恩平組烴源巖的有機(jī)質(zhì)以中等—高成熟階段為主；珠海組和珠江組烴源巖的有機(jī)質(zhì)均主要以低成熟階段為主。

1.2.3 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)

綜合統(tǒng)計(jì)烴源巖熱解參數(shù)TOC、S1+S2并結(jié)合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，分析得出(表2)，珠江組烴源巖主要屬于好的烴源巖，珠海組烴源巖主要屬于較好的—好的烴源巖，恩平組主要屬于較好—差的烴源巖，文昌組樣品雖少，但基于其廣泛發(fā)育的中深湖相沉積與烴源巖樣品實(shí)測值可以大膽推測其屬于好的～很好的烴源巖。

設(shè)定有機(jī)質(zhì)豐度指數(shù)“Z”，來綜合表征有機(jī)質(zhì)豐度，將其公式定義為式(1)。

Z=TOC×(S1+S2)×100

(1)

式中，Z值綜合了有機(jī)碳含量與生烴潛力兩項(xiàng)表征有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo)，反映烴源巖的品質(zhì)。

綜合統(tǒng)計(jì)各層位各構(gòu)造單元的有機(jī)質(zhì)豐度指數(shù)Z(表3)，普遍存在的規(guī)律是：珠江組和珠海組的Z值由北西向向南東向增大；恩平組和文昌組的洼陷地區(qū)Z值較凸起地區(qū)更高；白云主洼的Z值大于白云東北洼，白云東北洼又大于白云東洼。

表1 陸相湖盆烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

資料來源：文獻(xiàn)[8]～[10]。

表2 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度總計(jì)表

表3 各層位各地區(qū)Z值總計(jì)表

2 烴源巖古氧相

古氧相是指地層(或沉積物)沉積形成時(shí)的氧化還原性條件。本文主要是利用自然伽馬能譜將微量元素釷(Th)、鈾(U)分開測得其含量并求得其比值，來分析古氧相[11]。

鈾的天然礦物中僅有4+和6+化合物。在氧化條件下，鈾容易氧化為易溶的6+U，其通常以鈾酰離子(UO22+)形式存在，從而造成鈾的遷移和再分配。而在還原條件下，則形成4+U的不可溶化合物，從而使鈾不斷聚集。所以巖石中的鈾含量可以反映沉積環(huán)境的氧化-還原條件。232 Th是釷的主要同位素，其豐度幾乎等于100%。釷的化合價(jià)以4+為主，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不受氧化-還原條件的影響。并且，Th4+與U4+關(guān)系密切，其硅酸鹽和氧化物構(gòu)造類型相同，常呈類質(zhì)同象置換[12-14]。正是由于Th4+與U4+這種密切的伴生關(guān)系以及U隨氧化-還原條件所表現(xiàn)出的化學(xué)穩(wěn)定性差異，筆者才可以利用巖石中Th/U比值來反映沉積水體的氧化-還原條件。

本文根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)中的放射性元素Th元素、U元素，統(tǒng)計(jì)其各深度的含量，計(jì)算Th/U的值，并按照其值的大小進(jìn)行分類(Th/U的值<4為強(qiáng)還原性，4～10為還原性，10～30為弱還原性-弱氧化性，>30為氧化性)，分析時(shí)為了方便統(tǒng)計(jì)歸類，將弱還原性-若氧化性環(huán)境與氧化性環(huán)境統(tǒng)一歸為氧化性環(huán)境。需要說明的是：此古氧相分類標(biāo)準(zhǔn)突出的是還原性的沉積特點(diǎn)，其還原性環(huán)境是絕對(duì)的，而氧化性的沉積特點(diǎn)是相對(duì)的說法。

2.1 典型井古氧相分析

以東洼的L1井為例，其電測解釋圖見圖2。由圖2可以看出，L1井的Th/U曲線在4～10之間波動(dòng)，即大部分深度段統(tǒng)計(jì)的Th/U值大于4小于10，表明其古氧相主要為還原性環(huán)境；在珠江組的下段和珠海組的上段，Th/U曲線波動(dòng)較大，值較低，分析可能是砂巖層造成的；同理在恩平組下段的砂巖層段也出現(xiàn)類似情況，U、Th以及Th/U值明顯降低；在恩平組末段的砂巖層段，U值的突然增大，導(dǎo)致Th/U值很低，表現(xiàn)為強(qiáng)還原的古氧相環(huán)境。

圖2 L1井古氧相分析圖

2.2 各層位烴源巖古氧相

2.2.1 珠江組烴源巖古氧相

根據(jù)對(duì)珠江組地層共16口井的數(shù)據(jù)分析：云開低凸起，番禺低隆起，東北洼雖還原性地層所占比重最大，但較其他地區(qū)來說，Th/U值大于30的地層比重明顯較高，即氧化性較突出；云東低凸起、東洼和主洼的Th/U值介于4～10之間的地層比重較大，即還原性突出；云荔低隆起的Th/U值小于4的地層比重較大，即強(qiáng)還原性最為突出。因此，珠江組古氧相的還原性由北西向向南東向遞增。

2.2.2 珠海組烴源巖古氧相

根據(jù)對(duì)珠海組地層共14口井的數(shù)據(jù)分析：與珠江組相同的是，云開低凸起和番禺低隆起的Th/U值大于10的地層比重較高，即氧化性突出；東洼、東北低凸起和主洼依然還原性突出；主洼、云荔低隆起和東北洼的Th/U值依舊很小，即突出強(qiáng)還原性的古氧相。所不同的是，某X1井在珠江組層段的強(qiáng)還原性突出，珠海組層段氧化性明顯；東洼的某X2井由珠江組層段到珠海組層段的Th/U值增大，由還原性突出增強(qiáng)到強(qiáng)還原性明顯。

總體上看，珠海組古氧相的還原性由北西向向南東向遞增，且其古氧相的還原環(huán)境比珠江組的強(qiáng)。

2.2.3 恩平組烴源巖古氧相

根據(jù)對(duì)恩平組地層共4口井的數(shù)據(jù)分析，云開低凸起的氧化性較明顯；東洼還是以還原性-強(qiáng)還原性為主，體現(xiàn)其還原性-強(qiáng)還原性的地層厚度所占總地層的比例高達(dá)99.83%，與珠海組地層情況相同；云荔低隆起其強(qiáng)還原性明顯。

2.2.4 文昌組烴源巖古氧相

文昌組地層只有白云東洼的某X3井有Th、U值數(shù)據(jù)，其Th/U值較小，主要表現(xiàn)為強(qiáng)還原性其代表的白云東洼地區(qū)較恩平組來說還原性增強(qiáng)?？傮w來說，恩平組與文昌組洼陷地區(qū)的還原性較凸起地區(qū)更高(云荔低凸起除外)，從文昌組到恩平組烴源巖古氧相的還原性是增強(qiáng)的。

2.3 古氧相對(duì)烴源巖品質(zhì)的影響

總體來看，根據(jù)上述各構(gòu)造單元的古氧相統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，珠江組與珠海組古氧相的還原性由北西向向南東向遞增；恩平組與文昌組洼陷地區(qū)的還原性較凸起地區(qū)更高(云荔低凸起除外)，從文昌組到恩平組烴源巖古氧相的還原性是增強(qiáng)的。結(jié)合第三章中不同構(gòu)造單元烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的評(píng)價(jià)結(jié)果，珠江組與珠海組北西向有機(jī)質(zhì)豐度較南東向低，即南東向地區(qū)的烴源巖優(yōu)于北西向地區(qū)；恩平組與文昌組洼陷地區(qū)有機(jī)質(zhì)豐度較凸起地區(qū)高，即洼陷地區(qū)烴源巖更優(yōu)(云荔低凸起地區(qū)除外)。

綜上所述，古氧相的還原性環(huán)境有利于烴源巖的發(fā)育,具體表現(xiàn)為古氧相的還原性越強(qiáng)，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度越高，即烴源巖的品質(zhì)越高。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

1) 自下而上來看，烴源巖樣品實(shí)測值顯示，文昌組烴源巖屬于好-很好的烴源巖；恩平組與珠海組烴源巖屬于較好-好的烴源巖；珠江組烴源巖屬于好的烴源巖。

2) 本文提出的有機(jī)質(zhì)豐度綜合指數(shù)Z的變化規(guī)律：珠江組和珠海組的Z值由北西向向南東向增大，恩平組和文昌組的洼陷地區(qū)Z值較凸起地區(qū)更高，反映南東向及洼陷地區(qū)的烴源巖較好；白云主洼的Z值大于白云東北洼、再大于白云東洼，反映白云主洼的烴源巖優(yōu)于白云東北洼，白云東北洼的烴源巖又優(yōu)于白云東洼。

3) 自下而上來看，文昌組與恩平組洼陷地區(qū)的還原性較凸起地區(qū)更高(云荔低凸起除外)，從文昌組到恩平組烴源巖古氧相的還原性是增強(qiáng)的，珠海組與珠江組古氧相的還原性由北西向向南東向遞增，珠海組烴源巖古氧相的還原性較珠江組更強(qiáng)；從平面的構(gòu)造單元上來看，云開低凸起和番禺低隆起地區(qū)的烴源巖古氧相具有氧化性沉積特點(diǎn)；白云東洼、白云主洼和云東低凸起地區(qū)的烴源巖古氧相具有明顯的還原性沉積特點(diǎn)。

4) 烴源巖古氧相對(duì)其品質(zhì)的影響：烴源巖還原性的古氧相有利于烴源巖發(fā)育，即其沉積期古氧相還原性越強(qiáng)，烴源巖的品質(zhì)越高。

3.2 討論

本文提出的有機(jī)質(zhì)豐度綜合指數(shù)Z的大小可以總體地反映出烴源巖品質(zhì)的高低及其古氧相的氧化還原性。但在對(duì)比不同巖性與沉積相環(huán)境的烴源巖時(shí)，需在Z值基礎(chǔ)上增加適當(dāng)比例系數(shù)后，再進(jìn)行比較。

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