珠江口盆地西部文昌B凹陷文昌組優(yōu)質(zhì)烴源巖再評價*

周 剛 張迎朝 陸 江 李 輝 胡高偉 陳亞兵

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

文昌B凹陷是珠江口盆地西部最富油的凹陷，自20世紀(jì)80年代以來相繼發(fā)現(xiàn)了X19-1、X19-1N、X19-6及X19-1S等油田或含油構(gòu)造，其主力生油層系為始新統(tǒng)文昌組二段(簡稱文二段)中深湖相泥頁巖。長期以來，研究認為該套優(yōu)質(zhì)烴源巖分布范圍較小，主要集中在凹陷中心部位[1]，而在凹陷東北緣不發(fā)育[2]。2016年在文昌B凹陷東北緣珠三南斷裂上升盤鉆探X4井，在2 336～2 354 m井段文二段中發(fā)現(xiàn)了11.8 m厚的灰褐色頁巖，具有質(zhì)純、性硬、較脆、頁理面光滑細膩的特征，初步判斷與珠三南斷裂下降盤凹陷中心部位X1、X2井鉆遇的文二段中深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖特征相似。這一發(fā)現(xiàn)引起了勘探家的極大關(guān)注，但其地球化學(xué)特征如何，生烴潛力怎樣，是否屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖，這些問題均急需回答。本文通過Rock-Eval巖石評價、分子地球化學(xué)分析、地震與測井解釋及盆地模擬等技術(shù)，深入剖析X4井鉆遇的文二段灰褐色頁巖特征，旨在摸清文昌B凹陷文昌組中深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖的展布范圍，評價其生烴潛力，為下一步勘探目標(biāo)優(yōu)選提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

珠江口盆地是南海北部大陸架和陸坡上發(fā)育的新生界為主的大型沉積盆地，沉積巖厚度超過10 000 m，面積約26×104km2[3-6]。文昌B凹陷位于盆地西部的珠三坳陷，其北西以瓊海凸起為界，南東與文昌C 凹陷相鄰(圖1)。文昌B凹陷自新生代以來主要經(jīng)歷了斷陷(湖相)-斷拗轉(zhuǎn)換(半封閉濱海潮坪)-拗陷(開闊的淺海)的構(gòu)造-沉積演化過程，具有典型的“下斷上坳”的半地塹結(jié)構(gòu)[7-10]。其中，始新世裂陷期珠江口盆地西部構(gòu)造應(yīng)力以NW—SE向拉張伸展為主，形成了NE—SW向控凹的珠三南斷裂，該斷裂強烈的裂陷作用使湖盆水體范圍擴大，水體急劇加深，發(fā)育了文昌組河流、三角洲、濱淺湖—中深湖相沉積；特別是文二段沉積時期沉降幅度大，沉降速率達250 m/Ma，形成欠補償沉積，發(fā)育中深湖相泥頁巖，這是盆地內(nèi)最主要的烴源巖，為珠江口盆地西部新生界油氣田的形成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 珠江口盆地西部文昌B凹陷及周緣構(gòu)造區(qū)劃Fig.1 Tectonic units division in Wenchang B sag and its peripheral,western Pearl River Mouth basin

2 已證實的文二段優(yōu)質(zhì)烴源巖特征

所謂“優(yōu)質(zhì)烴源巖”是指有機質(zhì)豐度高、類型好、對油氣藏有較大貢獻的烴源巖[11-12]，通常將有機碳含量(TOC)等于2.0%作為其下限標(biāo)準(zhǔn)[13-16]。目前文昌B凹陷及周緣鉆遇文昌組的探井及評價井共6口，其中位于主凹中心的X1井最具代表性，該井在3 223.7～3 403.0 m井段文二段鉆遇179.3 m厚的優(yōu)質(zhì)烴源巖，巖性以大套深灰色、灰褐色泥巖、頁巖為主，質(zhì)純、性硬、層理較發(fā)育。分析表明，X1井文二段烴源巖有機質(zhì)豐度高，TOC為1.75%～4.02%，平均值為2.98%；生烴潛量(S1+S2)為7.18～25.63 mg/g，平均值為16.07 mg/g；氫指數(shù)(IH)為332.34～682.58 mg/g，平均值為470.45 mg/g，達優(yōu)質(zhì)烴源巖級別。干酪根碳同位素偏重，δ13C值為-22.13‰～-25.82‰；顯微鏡下可見大量的藻類體與無定形體，干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型為主[17-18]。鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.63%～0.68%，平均值為0.65%，處于成熟演化階段。埋藏史-熱史模擬研究表明，該套烴源巖在埋深2 800 m左右開始進入生油門限，在珠江組二段沉積末期達到生油高峰，現(xiàn)今仍處于生油窗范圍[2,19]。生物標(biāo)志化合物中可檢測到豐富的C30-4甲基甾烷(C30-4M /∑C29值為0.65～1.41，平均值為0.82)，基本不含“W、T”等樹脂化合物[17-18]，指示生烴母質(zhì)主要來自低等水生生物。該套優(yōu)質(zhì)烴源巖電測曲線與上、下巖層不同，呈現(xiàn)“三高”的特征，即高自然伽馬、高電阻率和高聲波時差；地震剖面上具有低頻、連續(xù)、強反射的特征。通過地震相類比識別追蹤，初步圈定該套優(yōu)質(zhì)烴源巖的面積為60 km2，主體厚度為250～800 m[20]。

3 新鉆遇的文二段烴源巖特征

3.1 有機地球化學(xué)特征

3.1.1有機質(zhì)豐度

有機質(zhì)豐度是評價烴源巖優(yōu)劣的重要依據(jù)，常用的有機質(zhì)豐度評價指標(biāo)包括TOC、S1+S2、氯仿瀝青“A”和總烴含量(HC)等[21]。X4井在2 344～2 348 m井段文二段鉆遇的灰褐色頁巖有機質(zhì)豐度高，TOC為9.32%～9.44%，平均值為9.38%；S1+S2為59.72～60.18 mg/g，平均值為59.95 mg/g；IH為617.80～620.28 mg/g，平均值為619.04 mg/g?？傮w來看，該井鉆遇的文二段烴源巖各項有機質(zhì)豐度指標(biāo)均明顯優(yōu)于其他井揭示的文二段中深湖相泥頁巖，綜合評價為優(yōu)質(zhì)烴源巖(圖2)。

圖2 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖TOC和 S1+S2關(guān)系圖版Fig.2 Cossplot of TOC and S1+S2 of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

3.1.2有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型也是評價烴源巖質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一[22]，目前常用的有機質(zhì)類型劃分方法有干酪根鏡鑒法、干酪根穩(wěn)定碳同位素分析法、元素分析法及紅外光譜分析、巖石熱解色譜分析等[23-25]。

干酪根鏡鑒發(fā)現(xiàn)， X4井文二段灰褐色頁巖薄片在反射光下可見大量棉絮狀、云霧狀或團粒狀無定形體，呈褐色—深褐色，半透明—透明狀。經(jīng)統(tǒng)計，X4井干酪根顯微組分中腐泥質(zhì)含量高達93%，而陸源高等植物碎屑成分含量極少(圖3a—c)，與X1、X3等井證實的文二段優(yōu)質(zhì)烴源巖干酪根結(jié)構(gòu)組分特征極為相似(圖3d—i)，表明其母質(zhì)來源主要為低等水生生物，生油潛力大。

巖石熱解分析得出的IH、氧指數(shù)(IO)和有機質(zhì)最高熱解峰溫(Tmax)等參數(shù)可以快速有效地判定有機質(zhì)類型。從烴源巖IH-Tmax關(guān)系圖版(圖4)可以看出，文昌B凹陷文一段烴源巖干酪根類型較差，主要為Ⅱ2—Ⅲ型；文二段烴源巖干酪根類型較好，為Ⅰ—Ⅱ1型。相比較而言，X4井新鉆遇的文二段烴源巖干酪根類型更佳，為Ⅰ型，這與干酪根鏡鑒結(jié)果一致，表明其生烴母質(zhì)為低等水生生物，以生油為主。

圖3 文昌B凹陷及周緣文二段烴源巖干酪根鏡下顯微組分特征Fig.3 Microscopic characteristics of kerogen of E2w2 source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

圖4 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖有機質(zhì)類型判別圖版Fig.4 Identification charts of organic matter types of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

3.1.3有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度是表征有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的熱演化程度,目前常用的有機質(zhì)成熟度指標(biāo)包括：①光學(xué)指標(biāo)，包括Ro、瀝青反射率(Rb)、孢粉顏色、熱變指數(shù)(TAI)、牙形石色變指數(shù)(CAI)和生物碎屑反射率；②化學(xué)指標(biāo)，包括Tmax、甲基菲指數(shù)(MPI)、H/C原子比值、碳同位素指標(biāo)和生物標(biāo)志化合物指標(biāo)；③譜學(xué)指標(biāo)，包括干酪根的自由基濃度、干酪根芳核平均結(jié)構(gòu)尺寸和有機碳激光拉曼光譜[26-28]。其中，Ro被認為是研究有機質(zhì)熱演化程度的最佳參數(shù)之一,根據(jù)Ro值可將有機質(zhì)熱演化劃分為4個階段：Ro小于0.5%，為未成熟階段；Ro介于0.5%～1.3%，為成熟階段；Ro介于1.3%～2.0%，為高成熟階段；Ro大于2.0%為過成熟階段[29]。

對X4井2 344.6～2 347.1 m井段文二段灰褐色頁巖壁心樣品分離出的干酪根進行鏡質(zhì)體反射率測定，結(jié)果顯示其Ro值較小，僅為0.48%～0.53%，平均值為0.51%；巖石熱解最高峰溫偏低，Tmax值為432～438 ℃，平均值為435 ℃。另外，孢粉色變指數(shù)分析結(jié)果顯示其孢粉顏色主要呈黃—深黃色，TAI值為2.5。綜合判斷該井鉆遇的文二段烴源巖處于未熟—低熟演化階段，較已證實的文二段優(yōu)質(zhì)烴源巖熱演化程度低，這可能與烴源巖埋藏較淺有關(guān)。

3.2 生物標(biāo)志化合物特征

3.2.1飽和烴氣相色譜特征

X4井2 344～2 348 m井段文二段灰褐色頁巖全烴氣相色譜碳數(shù)主要為nC13～nC35，以高碳數(shù)為主，主峰碳為nC27，∑C21-/∑C21+為0.51；碳優(yōu)勢指數(shù)(CPI)為1.26，奇碳數(shù)優(yōu)勢明顯，為未熟—低成熟烴源巖特征。譜圖形態(tài)總體上與X3井文二段烴源巖相似，呈不對稱雙峰型分布，而與X1井文一、二段烴源巖單峰型特征不同(圖5)；可能與其埋藏淺、成熟度較低有關(guān)。

圖5 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖飽和烴氣相色譜特征Fig.5 Characteristics of full hydrocarbon gas chromatographic of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

另外，X4井鉆遇的文二段烴源巖姥植比(Pr/Ph)較高，為3.11，反映這些有機質(zhì)在沉積之前或沉積期間遭受一定程度的氧化作用[30]。

3.2.2甾、萜烷分布特征

從甾、萜烷分布特征來看，X4井文二段烴源巖與鄰區(qū)X1、X3井文二段中深湖相泥巖、頁巖相似，均表現(xiàn)為C30-4甲基甾烷含量豐富，基本不含指示陸源高等植物來源的奧利烷、樹脂化合物T,這與X1井文一段淺湖相泥巖高含量樹脂化合物T、含少量C30-4甲基甾烷的特征差別較大(圖6)。通常認為高豐度的C30-4甲基甾烷是該地區(qū)文昌組中深湖相烴源巖的典型特征化合物[31]，表明該套烴源巖生烴母質(zhì)中有大量的低等水生生物輸入。

為了進一步認清X4井文二段烴源巖和其他井鉆遇烴源巖之間的親緣關(guān)系，選擇了5個反映母源輸入的參數(shù)進行對比，即ααα(20R)C27/C29甾烷、ααα(20R)C28/C29甾烷、∑C30-4甲基甾烷/ααα(20R)C29甾烷、OL/C30藿烷、T/C30藿烷。對比結(jié)果顯示，X4井文二段烴源巖與X1、X3井文二段中深湖相泥(頁)巖甾、萜烷指紋特征極其相似，而與X1井文一段淺湖相烴源巖差異明顯(圖7)，表明X4井文二段烴源巖與已證實的文二段中深湖相烴源巖具有親緣關(guān)系。

圖6 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖飽和烴質(zhì)量色譜特征Fig.6 Mass chromatograms of saturated hydrocarbon of source rocks of E2w in Wenchang B sag and its peripheral

圖7 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖抽提物甾、萜烷指紋對比Fig.7 Correlations of steranes and terpanes in extracts of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

另外，X4井文二段烴源巖Ts/Tm值僅為0.67，表明其成熟度較低；且升藿烷C3122S/(C3122S+22R)值為0.54，為低熟烴源巖特征，該參數(shù)被認為一般在進入生油門限時達到平衡值(0.57～0.62)[32]。甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC2920S/(20S+20R)和 C2920Rββ/(αα+ββ)都是常用的成熟度判別指標(biāo)，一般認為進入生油門限時(Ro約為0.60%)參數(shù)值約為0.25，至生油高峰時(Ro約為0.80%)達到平衡值，其中前者為0.52～0.55，后者約為0.70[33]。X4井文二段烴源巖αααC2920S/(20S+20R)值為0.30，C2920Rββ/(αα+ββ)值為0.34，表明有機質(zhì)成熟度較低。

3.3 地震及測井響應(yīng)特征

由于X4井揭露的文二段位于珠三南斷裂上升盤，且埋藏淺、厚度較薄(遠小于該區(qū)最新三維地震資料的分辨率(約26～30 m)，這可能與早漸新世裂陷期構(gòu)造運動使其遭受抬升剝蝕有關(guān))，導(dǎo)致文二段烴源巖地震相特征與上、下層段差別不明顯，與鄰區(qū)其他井鉆遇的文二段烴源巖地震相特征無法進行橫向?qū)Ρ取５珡倪^井地震剖面來看，緊臨其下降盤的文二段烴源巖層段發(fā)育，其地球物理響應(yīng)與文昌B凹陷中心已證實的文二段優(yōu)質(zhì)烴源巖一致，均具有低頻、連續(xù)、強反射的特點，為平行—亞平行反射結(jié)構(gòu)，與上、下巖層顯著不同，這反映了低能靜水還原環(huán)境下富含有機質(zhì)的泥巖類沉積。其中，平行—亞平行反射結(jié)構(gòu)主要為深水環(huán)境中以水平沉積為主的湖相地層反射特征；反射密集段內(nèi)無不整合，表明湖相地層連續(xù)沉積，且持續(xù)沉降，無沉降間斷或構(gòu)造運動[34]。

X4井揭露的文二段頁巖層自然伽馬、電阻率等測井值高于上、下巖層，測井曲線呈箱狀，與文昌B凹陷中心已證實的文二段優(yōu)質(zhì)烴源巖相似(圖8)。分析認為，這種測井響應(yīng)特征與富有機質(zhì)頁巖中含有大量的鈾和導(dǎo)電性較差的干酪根及部分生成的烴類有關(guān)。

另外，X4井揭露的文二段頁巖層在地震速度譜上發(fā)生“階梯狀倒轉(zhuǎn)”，速度值明顯小于上、下巖層，與文昌B凹陷中心已證實的文二段優(yōu)質(zhì)烴源巖極其相似。深湖相泥巖往往存在欠壓實帶，通常具有相對較高的孔隙度和較低的密度及地震傳播速度，所以在疊加速度譜上有一個速度基本保持不變的等速臺階，并且臺階兩端的速度比臺階平均速度要高[35]。

圖8 文昌B凹陷X4井有機地球化學(xué)綜合剖面Fig.8 Organic geochemical profile of Well X4 in Wenchang B sag

4 優(yōu)質(zhì)烴源巖展布范圍及生烴潛力的再評價

在總結(jié)已證實優(yōu)質(zhì)烴源巖典型特征的基礎(chǔ)上，采用基于地震-沉積-測井-地化等資料聯(lián)合反演的方法，對文昌B凹陷文二段中深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖進行了識別追蹤。首先，根據(jù)構(gòu)造-沉積演化控制烴源巖發(fā)育的關(guān)系，確定優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育在珠三南斷裂下降盤文二段，其沉積環(huán)境為中深湖相；其次，通過對該區(qū)中深層低信噪比區(qū)地震資料進行重處理，資料品質(zhì)、地層成像得到明顯改善，根據(jù)本區(qū)已揭示優(yōu)質(zhì)烴源巖地震識別特征，對比追蹤本區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖橫向展布范圍；第三，利用已知優(yōu)質(zhì)烴源巖與上、下巖層的巖電特征差異，快速識別未知優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度；第四，根據(jù)有機相與優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的關(guān)系，剔除優(yōu)質(zhì)烴源巖里的砂巖夾層及有機質(zhì)豐度低(TOC<2.0%)、未熟(Ro<0.6%)的非優(yōu)質(zhì)烴源巖，從而進一步圈定有效優(yōu)質(zhì)烴源巖的范圍及厚度。結(jié)果顯示，文昌B凹陷文二段優(yōu)質(zhì)烴源巖的展布范圍向東北方向擴展延伸，分布面積達105 km2，比前人預(yù)測的范圍擴大了45 km2，整體沿著珠三南斷裂呈長條狀分布(圖9)；仍以主凹中心區(qū)最厚，預(yù)測最大厚度可達800 m。通過應(yīng)用Trinity盆地模擬軟件，選取X4井文昌組頁巖最新巖石熱解數(shù)據(jù)、干酪根鏡鑒結(jié)果及參考研究區(qū)實鉆文昌組中深湖相泥頁巖厚度作為有效烴源巖厚度值等設(shè)置烴源巖參數(shù)條件，對文昌B凹陷東北緣新落實的文昌組優(yōu)質(zhì)烴源巖進行生烴動力學(xué)模擬，結(jié)果顯示該部分新增的烴源巖以生油為主，生油量比前人預(yù)測結(jié)果增加了約40%，從而大大提升了整個文昌B凹陷及周緣的勘探潛力。

圖9 文昌B凹陷及周緣文昌組二段中深湖相烴源巖等厚圖Fig.9 Isopach map of deep lacustrine source rocks of E2w2 in Wenchang B sag and its peripheral

5 結(jié)論

1) X4井在文昌B凹陷東北緣首次鉆遇11.8 m厚的文二段灰褐色頁巖，其有機質(zhì)豐度高，有機碳含量大于9.0%，達優(yōu)質(zhì)烴源巖級別；有機質(zhì)類型好，為Ⅰ型干酪根，以生油為主；飽和烴中富含C30-4甲基甾烷，基本不含樹脂化合物“W、T”；具有低頻、連續(xù)、強反射的地震響應(yīng)及高伽馬、高電阻率和高聲波時差的測井特征，總體上與文昌B凹陷中心部位已證實的文昌組中深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖典型特征一致，表明文昌B凹陷東北緣也發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，改變了以往優(yōu)質(zhì)烴源巖分布較局限的認識。

2) 與前人預(yù)測結(jié)果相比較，重新落實后的文昌B凹陷文昌組優(yōu)質(zhì)烴源巖分布面積擴大了約75%，生油量增加了約40%，大大提升了整個文昌B凹陷及周緣的勘探潛力，拓寬了勘探領(lǐng)域，對整個珠江口盆地西部油氣勘探具有重要意義。

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