北部灣盆地潿西南凹陷東南斜坡原油成因類型及成藏特征

金秋月

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

0 引言

原油成因類型和成藏特征是含油氣盆地勘探中的重要研究內容。生物標志物為來自生物體的分子化石，烴源巖母體與生成原油在生物標志物上具有繼承性和相似性。受母體的沉積環境和烴源巖組成的影響，不同類型原油在生物標志物組合特征、碳同位素組成上均存在差異。原油的δ13C 繼承了生物母質的δ13C 值，一般來講，海相原油的δ13C小于-32‰ 或大于-24‰，陸相原油的δ13C 為-32‰～-24‰［1-5］。應用生物標志物譜圖、組合特征和碳同位素組成可進行原油成因類型分析和油源精細對比分析，從而進一步探討不同油氣藏類型的聚集特征和富集規律。

北部灣盆地潿西南凹陷是我國南海北部大陸架重要的富烴凹陷［1-3］，面積約為3 800 km2。經過30 多年的油氣勘探和研究，勘探家們相繼在潿西南凹陷中發現了一批含油構造和具有較高商業價值的油氣田，展現了良好的勘探潛力。近年來，潿西南凹陷東南斜坡的油氣勘探取得新進展，陸續發現了W12-A，W12-B 和W12-C 等油田，縱向上分布于古近系砂巖、新近系砂巖和石炭系碳酸鹽巖中，但其油源存在差異。因此，各油層中的原油成因類型及成藏特征方面的研究引起了學者們的關注，已取得較多具有影響力的研究成果，如包建平等［4，5］、潘賢莊［6］、Huang 等［7］在北部灣盆地進行了原油地球化學特征研究，這些研究主要集中在福山凹陷、邁陳凹陷、烏石凹陷及潿西南凹陷的低凸起和2 號斷裂帶附近的油田，而關于潿西南凹陷東南斜坡的原油特征與成因機理研究尚未見文獻報道。筆者從原油生物標志物和同位素組成特征著手，分析東南斜坡不同油田所產原油的地球化學特征，對比和鑒定原油的族群和源巖相，進而建立原油和源巖的親緣關系，以期為油田劃分含油氣系統、合理評價凹陷的資源潛力和有利勘探方向提供借鑒和指導作用。

1 研究區概況

潿西南凹陷是北部灣盆地北部坳陷中的次級構造單元（圖1），西臨萬山隆起，南接企西隆起，由3 條主要斷裂帶控制，為一箕狀斷陷［8］。潿西南凹陷的沉積地層以新生界為主，自下而上分別包括古近系長流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組和第四系地層，最大厚度約7 000 m。主力烴源巖層為流沙港組的大套半深湖—深湖亞相泥巖、頁巖及油頁巖。東南斜坡位于潿西南凹陷二號斷裂帶東側，緊鄰企西隆起，是油氣運移聚集的優勢場所，在角尾組、潿洲組、流一段、流二段和流三段地層中均發現油氣藏［9-10］。

圖1 北部灣盆地潿西南凹陷東南斜坡構造位置與主要油田分布Fig.1 Structural location and main oilfield distribution in southeast slope of Weixinan Depression，Beibuwan Basin

2 原油特征與分類

2.1 原油特征

北部灣盆地潿西南凹陷東南斜坡原油物理性質整體表現為“低蠟、高硫、低密度”的特征（圖2），大部分屬于輕質油，少部分屬于中質偏輕油，僅W12-C 構造原油密度較高，主要是由于降解作用造成。主力產油層分布在流二段、流三段、潿洲組和流一段，凸起構造上的角尾組和石炭系發育部分油層。原油族組分中飽和烴含量較高，非烴和瀝青質含量較低，其質量分數多小于20%。

圖2 潿西南凹陷東南斜坡原油含蠟量與密度相關關系Fig.2 Relationship between wax content and density of crude oil in southeast slope of Weixinan Depression

潿西南凹陷東南斜坡原油碳優勢指數（CPI）為1.07～1.09，全烴分析得出正構烷烴低碳數烷烴相對集中，表現出“前峰”特征。原油中“姥植比”平均值為2.3，為淡水—微咸水深湖亞相沉積。原油樣品中C29甾烷和C30-4-甲基甾烷含量高低不一，反映了陸源高等植物和低等水生生物對生烴的貢獻存在差異。采用東南斜坡7 個原油樣品的菲系列化合物參數推測其原油成熟度，利用甲基菲指數（MPI1）可計算出研究區的MPI1 為0.61～1.23，換算成原油成熟度RC為0.76～1.14（表1），因此，研究區原油為生油窗內正常成熟原油。其中，MPI1 的計算公式為

式中：2-MP 為2-甲基菲含量，%；P為菲含量，%；1-MP為1-甲基菲含量，%；9-MP為9-甲基菲含量，%。

RC的計算公式為

2.2 原油成因類型

通過對潿西南凹陷東南斜坡原油的甾烷、藿烷、Ts/Tm（Ts 為18α（H）-C27三降藿烷，Tm 為17α（H）-C27三降藿烷）和全油進行分析，結合族組分同位素特征建立了原油類型劃分標準，以此將研究區的原油劃分為Ⅰ類和Ⅱ類共2 種成因類型。

表1 潿西南凹陷各組/段的甲基菲指數與原油成熟度Table 1 Methylphenanthrene index and crude oil maturity of each formation in Weixinan Depression

2.2.1 生物標志物特征

通過對東南斜坡2 類原油的生物標志物特征進行分析，其中選取了質荷比m/z=191 中陸源標志物C29新霍烷（C29Ts）和奧利烷、m/z=217 中代表低等水生生物藻類的C30-4-甲基甾烷和代表陸源高等植物ααα20 R C29甾烷進行分析，將四甲基甾烷指數（4-MSI）與代表陸源輸入的“（C29新藿烷+奧利烷）/C30藿烷”進行相關關系投點［圖3（a）］，將4-甲基甾烷指數（4-MSI）與代表成熟度的Ts/Tm 進行相關關系投點［圖3（b）］，其中4-MSI=∑C30-4-甲基甾烷/（ααα20 R C29+ααα20 S C29），可以得出研究區存在2 種類型的原油：第Ⅰ類原油中4-MSI 含量較低，反映了低含量的水生生物成因和高含量的陸源輸入，具有相對較低的成熟度；第Ⅱ類原油4-MSI含量較高，反映了高含量的水生生物成因和低含量的陸源輸入，多具有相對較高的成熟度。

2.2.2 族組分同位素特征

不同的沉積環境、生物種類、母質來源均對烴源巖生產出的原油的碳同位素組成具有直接影響［11-12］，黃保家等［2］認為潿西南凹陷東南斜坡的原油均來自淡水湖相烴源巖。通過對研究區不同層位全油的碳同位素組成進行分析［圖4（a）］可以發現，流一段全油碳同位素δ13C 為-29.1‰～-28.03‰，平均為-28.56‰；流二段全油碳同位素δ13C 為-27.68‰～-26.58‰，平均為-26.96‰；流三段全油碳同位素δ13C 為-27.8‰～-25.0‰，平均為-25.90‰；角尾組全油碳同位素δ13C 為-27.57‰～-27.04‰，平均為-27.31‰；潿洲組全油碳同位素δ13C 為-28.56‰～-25.9‰，平均為-27.42‰；石炭系（僅1 個樣品）全油碳同位素δ13C 為-25.91‰。上述數據顯示，流二段、流三段、角尾組和石炭系原油多屬于第Ⅱ類原油，全油碳同位素δ13C 相對接近且較重；流一段原油多屬于第Ⅰ類原油，全油碳同位素δ13C 較輕。潿洲組原油的碳同位素δ13C 多數與流二段相近，少量與流一段相近，主要受控于東南斜坡的油源斷裂較為發育，不同類型的原油通過斷裂系統由深部運移至淺層的潿洲組，形成了混源特征。

圖3 潿西南凹陷東南斜坡原油的生物標志物相關關系Fig.3 Biomarker correlation of crude oil in southeast slope of Weixinan Depression

圖4 潿西南凹陷東南斜坡碳同位素同位素組成特征Fig.4 Carbon isotope composition characteristics in southeast slope of Weixinan Depression

飽和烴和芳烴的碳同位素特征組成具有正相關關系［圖4（b）］，與全油的碳同位素組成類似，即流一段飽和烴碳同位素δ13C 為-29.4‰～-26.9‰，芳烴碳同位素δ13C 為-28.4‰～-26.4‰，相對較輕；流二段飽和烴碳同位素δ13C 為-28.4‰～-27.11‰，芳烴碳同位素δ13C 為-25.82‰～-25.09‰；流三段飽和烴碳同位素δ13C 為-27.3‰～-24.7‰，芳烴碳同位素δ13C 為-26.2‰～-23.6‰；潿洲組飽和烴碳同位素δ13C 為-27.6‰～-26.6‰，芳烴碳同位素δ13C 為-26.7‰～-25.4‰。流二段和流三段飽和烴和芳烴碳同位素相對較重，流一段飽和烴和芳烴碳同位素相對較輕，潿洲組的碳同位素組成介于流一段和流二段之間，Ⅰ類原油和Ⅱ類原油可以據此進行明顯的區分。

綜上所述，潿西南凹陷東南斜坡的原油可劃分為2 種成因類型。第Ⅰ類原油主要來源于相對含量較高的陸源高等植物和相對含量較低的水生生物，具有相對較低的成熟度，全油碳同位素組成、飽和烴和芳烴碳同位素組成均偏輕，該類原油主要產自于東南斜坡流一段，潿洲組油層也有少量產出。第Ⅱ類原油主要來源于相對含量較高的水生生物和相對含量較低的陸源高等植物，多具有相對較高的成熟度，全油碳同位素組成、飽和烴和芳烴碳同位素組成相對偏重，該類原油主要產自于東南斜坡流二段、流三段、角尾組和石炭系，潿洲組多數油層也產出該類原油。

3 烴源巖特征和油源對比

3.1 烴源巖特征

古近系流沙港組烴源巖為北部灣盆地潿西南凹陷東南斜坡的主力烴源巖。流沙港組烴源巖的地球化學分析和區域沉積相研究結果顯示，其存在上、下2 個供烴組合：上部供烴組合為淺湖—半深湖亞相沉積的流一段-流二段中部的泥巖；下部供烴組合為半深湖—深湖亞相沉積的流二段底部油頁巖-流三段上部泥巖。

上部供烴組合中烴源巖TOC 質量分數為0.577%～5.460%，平均為1.76%；S1+S2為1.07～42.17 mg/g，平均為7.23 mg/g；氫指數為127.96～513.49，平均為286.40；氯仿瀝青“A”為0.042 9%～0.916 6%，平均為0.254 8%；全烴為325.28～5 994.56 μg/g，平均為1 708.03 μg/g，有機質類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主。綜合評價得出，上部供烴組合以中—好烴源巖為主，部分為優質烴源巖（圖5）。沉積環境以淺湖—半深湖亞相為主，代表低等水生生物的ααα20 R C27規則甾烷含量較高（圖6），代表水生藻類的C30-4-甲基甾烷含量較低，代表陸源輸入物ααα20 R C29規則甾烷含量較高，重排甾、萜烷含量較低，且成熟度相對較低。

圖5 潿西南凹陷東南斜坡流沙港組烴源巖生烴潛力與總有機碳含量相關關系Fig.5 Relationship between hydrocarbon generation potential and total organic carbon content of source rocks of Liushagang Formation in southeast slope of Weixinan Depression

圖6 潿西南凹陷東南斜坡烴源巖及原油質量色譜圖Fig.6 Mass chromatograph of source rocks and crude oil in the southeast slope of Weixinan Depression

下部供烴組合的TOC 質量分數為1.22%～10.34%，平均為4.28%；S1+S2為2.66～75.66 mg/g，平均為22.08 mg/g；氫指數為151.61～893.72，平均為514.85；氯仿瀝青“A”為0.917 9%～1.703 4%，平均為1.325 2%；全烴為6 736.47～13 553.95 μg/g，平均為9 185.75 μg/g，有機質類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主。綜合評價得出，下部供烴組合以優質烴源巖為主，沉積環境以半深湖—深湖亞相為主，代表水生藻類的C30-4-甲基甾烷含量高（圖6），陸源輸入物ααα20 R C29規則甾烷豐度較低，重排甾烷的含量較高，成熟度較高。

3.2 油源對比

通過對潿西南凹陷東南斜坡原油成因類型的劃分和烴源巖供烴組合的分類，可見不同類型的原油與供烴組合之間存在親緣關系。對原油和烴源巖的質量色譜圖中m/z=191和m/z=217 進行對比分析可以得出：產自W12-B-8 井的流一段原油屬于第I 類原油，與上部供烴組合具有相近的色譜指紋特征，均具有低—中等豐度C30-4-甲基甾烷；產自W12-B-9 井的流二段原油屬于第Ⅱ類原油，與下部供烴組合具有相近的色譜指紋特征，均表現為高豐度C30-4-甲基甾烷，顯示出較好的親緣關系。

油氣的δ13C 值與原始母質息息相關，可作為油源判別的直接指標，δ13C 值存在干酪根＞瀝青質＞非烴＞芳香烴＞原油＞飽和烴的規律［11-15］。研究區第Ⅰ類原油的全油碳同位素δ13C 為-29.10‰～-28.03‰，平均為-28.56‰，上部供烴組合烴源巖中干酪根碳同位素δ13C 為-28.84‰～-26.40‰，平均為-27.62‰，較為相近。研究區第Ⅱ類原油的全油碳同位素δ13C 為-27.800‰～-24.997‰，平均為-26.34‰，下部供烴組合烴源巖中干酪根碳同位素δ13C 為-27.16‰～-21.00‰，平均為-24.67‰，較為相近（圖7）。因為原油中δ13C 值對其生烴母質中有機質的δ13C 值有繼承性的特點［13-24］，所以可以推斷第Ⅰ類原油和上部供烴組合具有親緣關系，第Ⅱ類原油與下部供烴組具有親緣關系。

圖7 潿西南凹陷東南斜坡的原油與烴源巖中干酪根的碳同位素對比Fig.7 Carbon isotope comparison of kerogen in crude oil and source rocks in southeast slope of Weixinan Depression

通過對潿西南凹陷東南斜坡原油類型、烴源巖特征和油源精細對比分析，結合2 類原油的產出層位可以可以刻畫出其油氣成藏模式（圖8）。第Ⅰ類原油主要產自于流一段和靠近上部烴源組合的潿洲組油藏，主要分布于洼陷中央及附近，如W12-D等巖性和斷塊油氣藏；第Ⅱ類原油主要產自于流二段、流三段、角尾組和未與上部烴源巖組合連通的潿洲組油藏，如W12-B 和W12-C 等斷塊和構造油氣藏。油氣藏的分布特征及成藏模式表明，斷裂、砂體儲集空間、層間縫和不整合面是研究區油氣運移的主要通道，2 套烴源組合生成油氣后通過運移通道進行垂向和側向運移，并在有利儲集體中聚集成藏，其中斷裂的發育程度、儲集體與烴源巖的匹配關系均對2 類原油的分布具有一定的控制作用。因此，東南斜坡的流二段、流三段和凸起上的角尾組、下洋組及基底風化殼均是尋找第Ⅱ類原油的有利勘探區，東南斜坡的流一段巖性圈閉是尋找第Ⅰ類原油的有利勘探區。

圖8 潿西南凹陷東南斜坡油氣成藏模式（AA′剖面）Fig.8 Hydrocarbon accumulation model in southeast slope of Weixinan Depression

4 結論

（1）北部灣盆地潿西南凹陷東南斜坡產出的原油存在2 種成因類型：第Ⅰ類原油具有較低的C30-4-甲基甾烷豐度和偏輕的全油碳同位素，其飽和烴和芳烴碳同位素也相對較輕，主要分布在流一段和潿洲組的少量小層中；第Ⅱ類原油具有較高的C30-4-甲基甾烷豐度和偏重的全油碳同位素，其飽和烴和芳烴碳同位素也相對較重，廣泛分布于流二段、流三段、角尾組及潿洲組的大部分小層中。

（2）北部灣盆地潿西南凹陷東南斜坡烴源巖可劃分為2 套供烴組合：上部供烴組合包括流一段泥巖-流二段中部泥巖，生烴潛力綜合評價結果顯示其為差—好烴源巖，為淺湖—半深湖亞相沉積；下部供烴組合主要包括流二段底部油頁巖-流三段上部泥頁巖，為優質烴源巖，為半深湖—深湖亞相沉積。第Ⅰ類原油和上部供烴組合均具有低—中等豐度的C30-4-甲基甾烷，全油和干酪根碳同位素較輕；第Ⅱ類原油和下部供烴組合均具有高豐度的C30-4-甲基甾烷，全油和干酪根碳同位素較重。因此，可以推斷第Ⅰ類原油主要來源于上部供烴組合，第Ⅱ類原油主要來源于下部供烴組合。

（3）北部灣盆地潿西南凹陷東南斜坡烴源巖巖相控制了原油性質，斷裂的發育程度、儲集體自身的儲集空間、層間縫和不整合面均是研究區油氣運移的主要通道，源儲配置決定了不同成因類型原油在縱向上的展布。東南斜坡的流二段、流三段和凸起上的角尾組、下洋組及基底風化殼均是第Ⅱ類原油的有利勘探區，流一段巖性圈閉是第Ⅰ類原油的有利勘探區。