尤 麗，權(quán)永彬，庹 雷，滕長宇，左高昆

［1. 中海石油（中國）有限公司 海南分公司，海南 ?？?570312；2. 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢 430074］

瓊東南盆地是中國南海北部重要的新生代沉積盆地，油氣資源潛力豐富［1］。目前已在盆地淺水區(qū)崖南凹陷發(fā)現(xiàn)Y13大型氣田［2］，在西區(qū)樂東-陵水凹陷深水區(qū)中央峽谷發(fā)現(xiàn)L17，L25 和L18 等大中型氣田［3］，而東區(qū)松南-寶島凹陷油氣勘探僅發(fā)現(xiàn)了一批小型氣藏［4］，且非烴氣含量較高［5］，一直未獲得規(guī)模性突破。近年來，通過對新采集三維地震資料和已鉆井資料的再分析，重新認(rèn)識了松南-寶島凹陷的結(jié)構(gòu)特征，在寶島凹陷北坡識別出系列轉(zhuǎn)換斷階帶，并在“轉(zhuǎn)換斷階控源、控儲、控聚”模式認(rèn)識的指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了中國首個深水、深層大氣田——寶島21-1 大氣田，實現(xiàn)了寶島凹陷30 年以來的最大突破［6-7］。研究表明，Y13 氣田天然氣來自崖城組海-陸過渡相烴源巖，具有圈閉形成早、儲層物性好和蓋層壓力高的有利成藏條件［2］；中央峽谷氣田天然氣來自崖城組淺海相烴源巖，具有深部超壓驅(qū)動、中部底辟輸導(dǎo)、淺部砂體匯聚的天然氣成藏模式［3］。本文通過與Y13 和中央峽谷L17，L25 等氣田對比，分析寶島21-1 氣田的油氣來源與充注期次，精細(xì)刻畫了匯聚脊與斷裂輸導(dǎo)體系幾何形態(tài)、活動性、活動強(qiáng)度特征，分析其對天然氣富集的貢獻(xiàn)，闡明油氣運聚規(guī)律及運移路徑，明確天然氣富集模式，對瓊東南盆地乃至南海北部及中南部天然氣勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瓊東南盆地是南海北部新生代盆地［1-8］，總體呈NE-SW 向展布，具有“東西分塊、南北分帶”的構(gòu)造格局（圖1a），自北向南依次分為北部坳陷、中部隆起、中央坳陷和南部隆起等一級構(gòu)造單元，以及崖南凹陷、樂東凹陷、陵水凹陷、松南凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷、松南低凸起和陵南低凸起等二級構(gòu)造單元［9］。盆地經(jīng)歷了斷陷、斷-拗、拗陷3期構(gòu)造演化，具有“下斷上坳”的雙層結(jié)構(gòu)［8］。斷陷期沉積了始新統(tǒng)嶺頭組、漸新統(tǒng)崖城組，始新統(tǒng)發(fā)育陸相湖盆充填的生油源巖，漸新統(tǒng)崖城組沉積時期，沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檎媳诤臣皽\海相，發(fā)育研究區(qū)的主力烴源巖；斷-拗轉(zhuǎn)換期沉積了陵水組，以濱、淺海相沉積為主，發(fā)育大型辮狀河三角洲或（扇）三角洲沉積；中新世以來，盆地進(jìn)入拗陷階段，主要表現(xiàn)為半深海-深海相沉積環(huán)境，沉積了中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組以及上新統(tǒng)鶯歌海組、第四系樂東組［10］（圖1b）。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造單元、主要氣田分布（a）與地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Distributions of tectonic units and major gas fields（a） in， and composite stratigraphic column （b） of， the Qiongdongnan Basin

2 天然氣地球化學(xué)特征與來源

2.1 天然氣組分

天然氣由烴類氣和非烴氣體組成，其組分特征是母質(zhì)來源和熱演化階段的宏觀反映。L17 氣田天然氣以烴類氣為主（含量93.7 %～99.1 %），非烴氣氮氣含量0.3 %～6.0 %、CO2含量0.1 %～0.9 %；Y13 氣田天然氣中非烴氣氮氣含量0.1 %～4.7 %、CO2含量0.2 %～11.5 %，烴類氣含量88.1 %～95.2 %；寶島21-1 氣田非烴氣CO2含量7.1 %～52.1 %、氮氣含量0.2 %～0.9 %，烴類氣含量47.5 %～92.0 %。此外，Y13 氣田和L17 氣田烴類氣以甲烷為主，含量分別為83.4 %～90.2 %和85.1 %～93.1 %，重?zé)N含量分別為1.0 %～8.4 %和5.7 %～8.8 %，干燥系數(shù)普遍高于0.90，平均值分別為0.95和0.93。寶島21-1氣田烴類氣中重?zé)N含量相對較高，介于2.6 %～19.8 %，干燥系數(shù)0.83～0.95，平均值僅為0.89，為典型的凝析氣，指示天然氣具有不同的成因類型和母質(zhì)來源。

2.2 天然氣碳同位素

正常熱成因天然氣中烴類氣的碳同位素隨碳數(shù)的增加而變重［11］。不符合上述規(guī)律的天然氣則存在同位素倒轉(zhuǎn)，可能為不同成因類型、不同成熟度天然氣混合或天然氣次生改造作用等的結(jié)果［12］。Y13氣田絕大部分樣品碳同位素值符合δ13C1＜ δ13C2＜ δ13C3，僅1 個樣品乙烷和丙烷之間存在同位素值倒轉(zhuǎn)（圖2a），這可能是因為混合了部分來自鶯歌海盆地的天然氣所致［13］；L17 氣田不存在同位素值倒轉(zhuǎn)，但部分樣品甲烷碳同位素值顯著負(fù)漂，乙烷碳同位素值沒有異常（圖2b），指示可能有少量生物氣的貢獻(xiàn)；寶島21-1 氣田天然氣不存在同位素值倒轉(zhuǎn)，烴類氣為熱成因氣，天然氣混合作用或次生改造作用不明顯（圖2c；表1）。

表1 瓊東南盆地寶島21-1氣田古近系陵水組三段天然氣組分和碳同位素數(shù)據(jù)Table 1 Composition and carbon isotopes of natural gas in the Baodao 21-1 gas field， Qiongdongnan Basin

圖2 瓊東南盆地已發(fā)現(xiàn)氣田甲烷、乙烷和丙烷碳同位素Fig.2 Variations in carbon isotopes of methane， ethane， and propane across discovered gas fields in the Qiongdongnan Basin

乙烷和丙烷碳同位素在熱演化過程中相對穩(wěn)定，受次生影響較小，常作為天然氣成因類型的重要指標(biāo)。腐殖型有機(jī)質(zhì)生成的天然氣，乙烷碳同位素值通常大于-28 ‰、丙烷碳同位素值大于-26 ‰，而腐泥型有機(jī)質(zhì)生成的天然氣則與之相反。據(jù)統(tǒng)計，Y13 氣田和L17 氣田天然氣碳同位素較重，乙烷碳同位素值分別介于-26.80 ‰ ～-24.40 ‰ 和-26.20 ‰ ～-23.50 ‰，丙烷碳同位素值分別介于-27.71 ‰～-22.90 ‰和-24.10 ‰～-21.60 ‰，具有典型煤型氣特征；寶島21-1 氣田碳同位素明顯較輕，乙烷碳同位素值介于-31.00 ‰～-28.40 ‰，丙烷碳同位素值介于-28.60 ‰～-25.40 ‰，與Y13 氣田和L17 氣田存在差異（圖2），指示其具有腐泥型有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。

2.3 油氣源分析

2.3.1 烴源巖特征

瓊東南盆地發(fā)育始新統(tǒng)嶺頭組湖相烴源巖與漸新統(tǒng)崖城組海-陸過渡相、陸源海相烴源巖［4］。始新統(tǒng)嶺頭組湖相烴源巖以豐富的4-甲基C30甾烷為主要特征，早期由Y9 井原油及B15 井砂巖抽提物間接揭示［14］，松西凹陷S32-6井鉆遇始新統(tǒng)嶺頭組黑色泥巖70 m，總有機(jī)碳含量（TOC）為1.3 %～7.5 %、氫指數(shù)（HI）高達(dá)600 mg/g，證實了湖相烴源巖的存在。崖城組海陸過渡相烴源巖以豐富的雙杜松烷和奧利烷為主要特征，指示大量陸源高等植物的貢獻(xiàn)，主要發(fā)育在大型煤系三角洲［15-16］，該套烴源巖發(fā)育（炭質(zhì)）泥巖和煤，TOC為0.4 %～98.5 %，HI小于300 mg/g ，Y13 氣田主要來自該套烴源巖［13］。崖城組陸源海相烴源巖沉積在海侵環(huán)境，雙杜松烷和奧利烷的含量相比于海陸過渡相烴源巖降低，C27規(guī)則甾烷等藻類來源生物標(biāo)志化合物增加，表明陸源高等植物和水生藻類均有貢獻(xiàn)［17］，該類烴源巖TOC普遍小于2.0 %、HI小于300 mg/g，中央峽谷L17氣田被證實主要來自該套烴源巖［18］。

寶島21-1 氣田B21-1a 井揭示崖城組烴源巖TOC介于0.32 %～1.16 %，生烴潛量（S1+S2）在1.16～4.46 mg/g ，具有中等-好烴源巖特征（圖3a），HI普遍大于200 mg/g，平均值為324 mg/g ，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅲ型（圖3b）。干酪根碳同位素在熱演化過程中較為穩(wěn)定，是區(qū)分有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型的有效指標(biāo)，Ⅰ型干酪根的母質(zhì)類型以腐泥型為主，干酪根碳同位素值一般小于-28 ‰；Ⅲ型干酪根的母質(zhì)以纖維素和木質(zhì)素為主，碳同位素值一般高于-25 ‰；Ⅱ型干酪根碳同位素值介于Ⅰ型和Ⅲ型干酪根之間［17］。B21-1a井崖城組烴源巖干酪根碳同位素值介于-28.00 ‰～-25.00 ‰，且崖城組一段（崖一段）干酪根碳同位素相對偏重，其值介于-26.53 ‰～-25.54 ‰，崖城組二段（崖二段）和崖城組三段（崖三段）干酪根碳同位素值逐漸減?。▓D3c），指示其具有更多腐泥型有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。

圖3 瓊東南盆地B21-1a井崖城組烴源巖總有機(jī)碳含量與生烴潛量（a）、最高熱解峰溫與氫指數(shù)（b）及干酪根碳同位素值與深度（c）關(guān)系Fig.3 Relationships between TOC content and hydrocarbon-generating potential （a）， between peak pyrolysis temperature and hydrogen index （b）， and between kerogen carbon isotopes and depth （c） for source rocks in the Yacheng Formation at well B21-1a， Qiongdongnan Basin

2.3.2 氣-源對比

氣-源對比分析表明，寶島21-1 氣田相比于來自崖城組海-陸過渡相烴源巖的Y13 氣田和來自崖城組陸源海相烴源巖的L17氣田，干燥系數(shù)更低，乙烷和丙烷碳同位素值更低，指示該地區(qū)崖城組烴源巖可能具有更多腐泥型有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)，這與崖二段和崖三段烴源巖具有較高的氫指數(shù)（圖3b）和干酪根碳同位素值負(fù)漂（圖3c）所揭示的地質(zhì)意義相吻合。

一般認(rèn)為，輕烴中甲基環(huán)己烷主要來自高等植物、木質(zhì)素等腐殖型母質(zhì)，二甲基環(huán)戊烷主要來自水生生物，而正庚烷可能來自細(xì)菌和藻類，也可能來自陸源高等植物鏈狀類脂體，是富氫腐泥型母質(zhì)的主要組成［19］；較高的奧利烷通常指示豐富的被子植物貢獻(xiàn)，雙杜松烷的前體的達(dá)瑪樹脂，主要來自被子植物樹脂。寶島21-1 氣田陵水組三段（陵三段）凝析油輕烴分析，甲基環(huán)己烷含量在45 %～65 %，二甲基環(huán)戊烷介于15 %～40 %，正庚烷含量僅為10 %～25 %，指示其主要來自腐殖型有機(jī)質(zhì)，腐泥型有機(jī)質(zhì)亦有一定貢獻(xiàn)。結(jié)合凝析油生物標(biāo)志化合物參數(shù)對比（圖4），Y13 氣田具有高奧利烷/藿烷比值（Ol/C30H）、高姥鮫烷/植烷比值（Pr/Ph）和高雙杜松烷（T）含量［T/（T+C30H）］，指示具有豐富的被子植物和樹脂類的貢獻(xiàn)，是崖城組海-陸過渡相烴源巖的產(chǎn)物；樂東-陵水凹陷中央峽谷L25氣田和寶島凹陷北部斷階帶寶島21-1氣田具有高Ol/C30H 比值、中等雙杜松烷（T）含量和低Pr/Ph比值特征，表明主要來自崖城組陸源海相烴源巖，相比寶島21-1氣田具有更低的Ol/C30H和Pr/Ph比值及雙杜松烷（T）含量，表明陸源高等植物貢獻(xiàn)相對減小，具有更多海相藻類的貢獻(xiàn)，推測可能是松南-寶島凹陷海侵時間較早，導(dǎo)致具有更多海相藻類的貢獻(xiàn)。

圖4 瓊東南盆地寶島21-1氣田與已發(fā)現(xiàn)氣田凝析油生物標(biāo)志物特征對比Fig.4 Comparison of the biomarkers of condensates between the Baodao 21-1 gas field and other gas fields discovered in the Qiongdongnan Basin

3 天然氣充注期次與輸導(dǎo)體系配置

寶島凹陷北部自西向東發(fā)育系列NE 向斷裂組合［20］，分別控制形成寶島19、寶島21 和寶島29 轉(zhuǎn)換斷階帶［6-7］。寶島21-1 氣田位于F12斷裂和F12-1斷裂夾持形成的寶島21 斷階帶，緊鄰寶島凹陷生烴洼陷，具有寶島27、寶島25 和寶島21 三洼供烴、多期充注特點，發(fā)育源內(nèi)大型構(gòu)造-斷面脊匯聚，及主控F12斷裂、F12-1斷裂與陵三段大型三角洲砂巖形成的高效輸導(dǎo)體系，烴源-運聚條件優(yōu)越［5-6］。

3.1 寶島21構(gòu)造具有三洼供烴、多期充注特點

寶島21-1 構(gòu)造緊鄰寶島27、寶島25 和寶島21 洼生烴洼陷，3 個洼陷現(xiàn)今處于成熟-高成熟階段，其中寶島27 洼成熟度最高，現(xiàn)今成熟度（鏡質(zhì)體反射率Ro）在1.2 %～3.6 %，寶島21 洼成熟度相對較低，現(xiàn)今成熟度在1.2 %～1.6 %，寶島25 洼居中（圖5a）。儲層包裹體觀察顯示，寶島21-1 氣田儲層發(fā)育有黃色、藍(lán)綠色和藍(lán)白色包裹體，記錄了多期油氣充注的特點。其中，陵三段儲層包裹體均一溫度分布于60～110，120～150（主峰）和150～170 ℃（圖5b），崖城組儲層包裹體均一溫度分布于80～90 ℃和140～170 ℃（主峰）（圖5c），分別記錄了早期低成熟烴類充注，充注時間在22.0～7.8 Ma；中期成熟烴類充注，充注時間在11.0 Ma 至今，為研究區(qū)主成藏期；晚期高成熟烴類含CO2的充注，充注時間約5.0 Ma 至今，發(fā)育3 期油氣充注［5］，證實了研究區(qū)多洼供烴、構(gòu)造脊+斷裂+砂體有效匯聚-輸導(dǎo)體系，同時也顯示中-晚期斷裂活動性及活動強(qiáng)度具有關(guān)鍵作用。

圖5 瓊東南盆地寶島21-1構(gòu)造古近系崖城組頂面現(xiàn)今成熟度與包裹體均一溫度分布Fig.5 Present-day maturity on the top surface of the Yacheng Formation and the frequency distribution of inclusion homogenization temperatures in the Baodao 21-1 structure， Qiongdongnan Basin

3.2 寶島21 構(gòu)造發(fā)育構(gòu)造-斷面脊匯聚與多組溝源斷裂組合輸導(dǎo)

寶島21-1 構(gòu)造發(fā)育主控F12斷裂和F12-1斷裂夾持形成的大型構(gòu)造脊，向西傾沒于寶島25 洼，南側(cè)面向?qū)殟u27 洼，北側(cè)為寶島21 洼，主控F12斷裂和F12-1斷裂中部發(fā)育斷面脊特征，源內(nèi)成熟的天然氣可通過大型構(gòu)造脊和斷面脊高效匯聚（圖6a），后沿溝源斷裂運移聚集。具有主控F12斷裂和F12-1斷裂與凹陷內(nèi)部密集的張性斷裂等多組溝源斷裂運移，F(xiàn)12斷裂和F12-1斷裂為主運移斷裂（圖6b）。F12斷裂傾向呈SSE 或S 向，中段表現(xiàn)為凸面，東西兩側(cè)為凹面，剖面上呈鏟式特征，向下深切至基底，延伸于莫霍面附近，向上終止于界面（陵水組頂面）以上沉積層，局部向上延伸較淺；F12-1斷裂與F12斷裂近平行分布，傾向為SSE 或S，中段整體為凸面，兩側(cè)整體為凹面，剖面上呈鏟式，向下深切至基底并逐漸向F12斷層接近，離莫霍面較遠(yuǎn)，向上整體終止于界面（梅山組頂面）附近；凹陷內(nèi)部相對較為密集的張性斷層，多數(shù)與F12/F12-1斷裂傾向相同，向下終止于沉積蓋層內(nèi)部，向上整體終止于界面以下（圖6b）。

圖6 瓊東南盆地寶島21-1構(gòu)造關(guān)鍵生排烴時刻古近系崖城組頂面構(gòu)造與典型地震剖面圖Fig.6 Structural map of the top surface of the Yacheng Formation during hydrocarbon generation and expulsion and a typical seismic profile showing the Baodao 21-1 structure， Qiongdongnan Basin

3.3 寶島21-1構(gòu)造主控斷裂活動性及活動強(qiáng)度對天然氣富集的貢獻(xiàn)

斷裂活動性分析表明，F(xiàn)12斷裂在黃流組底界面和鶯歌海組底界面斷層落差呈中部高、兩端低的特點，中部最高處分別接近140 m 和超過180 m，向兩側(cè)逐漸減小，最低處為0 m（圖7a），在面最西端出現(xiàn)小高峰，峰值接近120 m，在面東、西兩側(cè)各出現(xiàn)一個小高峰，峰值分別約為105 m 和25 m；F12-1斷裂在界面斷層落差也呈中部高、兩側(cè)低的特點，中部最高處接近70 m，向兩側(cè)逐漸減小，最低處約為0 m，在界面基本為0 m（圖7b）。綜上分析，F(xiàn)12斷裂在黃流組和鶯歌海組沉積期至今中段活動最強(qiáng)、向兩端減弱；F12-1斷裂活動整體弱于F12斷裂，黃流組沉積期活動強(qiáng)度呈中段最強(qiáng)、兩端減弱的特點，在鶯歌海組沉積期至今基本停止活動。

圖7 瓊東南盆地寶島21構(gòu)造主控斷裂在和界面斷層落差Fig.7 Throws of dominant faults at boundaries and of the Baodao 21 structure， Qiongdongnan Basin

沿F12斷裂輸導(dǎo)上來的天然氣一部分向?qū)殟u21 構(gòu)造西塊北側(cè)運移，另一部分向東北側(cè)凸起區(qū)運移，由于該斷裂在鶯歌海組沉積期還有活動，與晚期CO2充注時間相當(dāng)，其影響區(qū)域CO2含量總體較高，在凸起區(qū)的B15 井揭示CO2含量高達(dá)97.0 %，寶島21 構(gòu)造西塊北側(cè)的B21-1c 井揭示CO2含量50.5 %；沿F12-1斷裂輸導(dǎo)上來的天然氣一部分向?qū)殟u21 西塊主體構(gòu)造運移，另一部分向?qū)殟u21 構(gòu)造東部運移，由于該斷裂在鶯歌海組沉積期基本不活動，受其影響的區(qū)域總體CO2含量相對較低，B21-1a 井和B21-1e 井揭示天然氣中CO2含量小于30.0 %。

4 寶島21-1 氣田天然氣富集模式及勘探啟示

寶島21-1 構(gòu)造緊鄰寶島凹陷生烴主洼，具有寶島27 洼、寶島25 洼和寶島21 洼三洼供烴，烴源巖成熟度高、生氣強(qiáng)度大。由于寶島凹陷海侵時間早于樂東-陵水凹陷，崖城組烴源巖海相藻類貢獻(xiàn)更多，導(dǎo)致寶島21-1 氣田天然氣碳同位素偏輕、干燥系數(shù)偏低。寶島21-1 構(gòu)造發(fā)育大型構(gòu)造脊+斷面脊匯聚，主控F12斷裂和F12-1斷裂晚期差異活動，與陵三段三角洲砂巖構(gòu)成高效輸導(dǎo)體系；上覆新近系和第四系海相泥巖厚度大、分布穩(wěn)定，是良好的區(qū)域蓋層。寶島21-1 構(gòu)造具有“緊鄰生烴主洼，大型構(gòu)造脊+斷面脊匯聚，大型溝源斷裂長期活動+三角洲砂巖配置輸導(dǎo)”的天然氣富集模式，為有利匯聚區(qū)，寶島21-1大型氣田的發(fā)現(xiàn)，證實了匯聚條件（圖8）。向東的寶島構(gòu)造具有緊鄰寶島生烴洼陷，發(fā)育溝源斷裂與砂體配置高效輸導(dǎo)體系，具有相似天然氣成藏富集模式，也是天然氣有利聚集區(qū)域，是下步天然氣勘探重點領(lǐng)域。

圖8 瓊東南盆地寶島凹陷北部斷階帶天然氣富集成藏模式（剖面位置見圖1a）Fig.8 Natural gas enrichment mode diagram in the fault terrace zone of the northern Baodao Sag， Qiongdongnan Basin

5 結(jié)論

1） 寶島21-1 氣田重?zé)N含量高，干燥系數(shù)0.83～0.95，具有凝析氣的特點。乙烷碳同位素值小于-28 ‰、丙烷碳同位素值基本小于-26 ‰，指示了崖城組陸源高等植物和腐泥型有機(jī)質(zhì)的雙源貢獻(xiàn)，且相對于Y13 氣田與中央峽谷氣田，具有更多海相藻類的貢獻(xiàn)。

2） 寶島21-1 構(gòu)造具有緊鄰生烴主洼、多期油氣充注特點，發(fā)育斷裂-砂體配置輸導(dǎo)，主控F12斷裂和F12-1斷裂為近平行鏟式特征，呈中間凸、兩側(cè)凹特點，F(xiàn)12斷裂晚期持續(xù)活動，F(xiàn)12-1斷裂早期活動、晚期停止，對油氣具有良好的匯聚-輸導(dǎo)作用，也是其以烴類氣為主、CO2含量總體低于北側(cè)凸起區(qū)的重要原因。

3） 寶島21-1 構(gòu)造具有“緊鄰生烴主洼，大型構(gòu)造脊+斷面脊匯聚，大型溝源斷裂長期活動+三角洲砂巖配置的高效輸導(dǎo)”天然氣富集模式，是有利匯聚區(qū)，寶島21-1 深水深層大型氣田的發(fā)現(xiàn)，證實了烴源-運聚條件，東向的寶島構(gòu)造也是有利聚集區(qū)，是下步天然氣勘探的重點領(lǐng)域。