恩平凹陷北部隆起構造帶油氣成因來源及成藏過程研究*

熊萬林 朱俊章 楊興業 龍祖烈 翟普強 鄭仰帝 秦成崗

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054）

恩平凹陷是珠江口盆地重要的油氣富集區，總地質資源量8.43×108m3油當量，勘探潛力巨大。恩平凹陷北部隆起構造帶共鉆探井12口，自1992年N2含油氣構造發現后，近20年勘探進入低潮階段，直至2016年南部N6中型油田的發現才成為勘探熱點區塊，近3年來已發現2個中型油田和1個小型油田。雖然前人針對恩平凹陷烴源巖、儲集層、蓋層及圈閉等油氣成藏靜態地質要素做過大量研究工作[1-10]，但對油氣運聚和成藏過程等動態要素的研究則相對較少。由于該區所發現的油氣類型眾多，分布特征差異較大，油氣動態成藏過程有待研究，因此筆者通過對已發現油氣成因來源和油氣充注特征的詳細研究總結出北部隆起構造帶油氣成藏模式，對該區下一步勘探具有一定的指導意義。

1 區域地質概況

圖1 恩平凹陷北部隆起構造帶油田群分布示意圖Fig.1 Distribution of oilfield groups in the northern uplift structural belt of Enping sag

恩平凹陷是古近紀開始發育的斷陷—拗陷盆地（圖1），經歷了斷陷、拗陷和活化3個構造演化階段，即晚白堊世至早漸新世的斷陷階段、晚漸新世至中中新世的拗陷階段及晚中新世至今的新構造運動，形成了下斷上坳雙層結構和先陸相后海相2種沉積體系；恩平凹陷由恩平17、恩平18和恩平12共3個次洼組成，均為北斷南超的箕狀凹陷，凹陷北部為控制斷陷的邊界斷層，向南為緩坡帶，緩坡帶末端受一組NE向斷層切割形成南部凹槽，可以劃分為南部翹傾斷裂背斜構造帶、中央隆起斷裂構造帶、北部隆起構造帶3個構造帶[1-4]。鉆井揭示恩平凹陷新生代地層自下而上包括始新統文昌組（E2wc）、下漸新統恩平組（E3ep）、上漸新統珠海組（E3zh）、下中新統珠江組（N1zj）、中中新統韓江組（N1hj）、上中新統粵海組（N1yh）、上新統萬山組（N2ws）及第四系（Q）。

2 生儲蓋層及油氣藏特征

文昌組半深—深湖相烴源巖是珠一坳陷主力優質烴源巖[5-10]，恩平凹陷同樣如此，恩平17洼作為恩平凹陷最大的富生烴洼陷，文昌組最大厚度超過3 000 m，文昌組厚度大于1 000 m的分布面積為416 km2，其半深—深湖相烴源巖分布面積為295 km2。盡管該區未鉆遇文昌組半深—深湖相烴源巖，但洼陷周邊所發現油田的原油大部分呈現出“高C30-4甲基甾烷、低雙杜松烷（T）”的生物標志化合物組合特征。而該特征與番禺4洼已證實的文昌組半深—深湖相優質烴源巖的生物標志化合物組合特征相似，因此，這也間接證實了恩平凹陷文昌組半深—深湖相優質烴源巖的存在。

同時，近年整個珠一坳陷鉆探結果顯示，鄰近洼陷區通常存在一類同時富含C30-4甲基甾烷和雙杜松烷的原油，而該類原油與惠州凹陷惠州26洼鉆井揭示的文昌組下段淺湖—半深湖相烴源巖具有較好的一致性。惠州26洼鉆井揭示文昌組下段地層厚度約為300 m，單層泥巖厚度可達60 m，巖石熱解數據分析結果顯示，該泥巖總有機碳含量平均值為2.04%，熱解產烴潛量平均值為5.6 mg烴／g巖石，氫指數平均值為207 mg／g，有機質類型為II型，屬于好烴源巖范疇。而恩平凹陷隆起帶上珠海組—恩平組部分油藏中該類型原油的發現，也從側面證實了恩平凹陷文昌組下段淺湖—半深湖相烴源巖具有較好的生烴潛力。

北部隆起構造帶新近系地層自下而上珠江組—韓江組為海平面上升的海侵過程，地層含砂率逐漸降低。韓江組和珠江組是主要的油氣儲集層，為古珠江三角洲前緣相帶，該相帶發育的砂巖體分布穩定、物性好。韓江組油氣層粒度較細，為粉砂巖—細砂巖，并且以巖屑石英砂巖為主，屬于高孔、中高滲儲層。珠江組油氣層粒度較粗，為細—中砂巖，以長石石英砂巖為主，屬于中—高孔、中—高滲儲層。同時，研究區在珠江組和韓江組時期存在區域上穩定分布的多期海泛，每一期海泛都對應一套區域上較為連續的海泛泥巖，泥巖厚度為25～250 m，形成了多套良好的儲蓋組合。

北部隆起構造帶鉆探多口探井，除N6-3和N6-4井外，其他鉆井均有油氣顯示，顯示層位縱向跨度大，從深層恩平組到淺層韓江組均有發現，但主要集中在珠江組—韓江組。鉆井揭示的油氣類型眾多，包括油層、帶CO2氣頂油層、烴類氣層和CO2氣層，油層主要分布于各構造韓江—珠江組儲層，由于研究區油層埋深較淺，原油普遍遭受不同程度的次生改造，其中N6油田珠江組原油密度為0.84 g／cm3，剩下各油田原油樣品密度為0.90～0.94 g／cm3。CO2氣層僅在N6構造N6-1井和N6-2井珠江組儲層揭示，烴類氣層僅在N6-1井珠江組儲層中揭示。研究區所發現的油藏多為低幅、薄層變水油藏和塊狀底水油藏。

3 油氣成因來源

3.1 原油成因來源

前人研究認為，C30-4甲基甾烷主要來源于溝鞭藻生物體或定鞭金藻微藻中的4α-甲基甾醇，常見于湖相烴源巖中，代表水生藻類生物貢獻，雙杜松烷是一類特征非常明顯的高等植物樹脂輸入的標志化合物，在東南亞原油和沉積物中廣泛存在，是被子植物的達瑪樹脂經過生物聚合形成，代表陸源高等植物貢獻[5，10-16]。北部隆起構造帶原油的生物標志化合物特征分析結果表明，雙杜松烷含量是劃分區分本區原油類型最有效的地球化學指標。在生標以及原油單體烴碳同位素特征的基礎上，可將北部隆起構造帶原油劃分為4種類型（圖2、3）。

圖2 恩平凹陷北部隆起構造帶不同類型原油生物標志化合物特征Fig.2 Biomarker characteristics of different types of crude oil in the northern uplift structural belt of Enping sag

圖3 恩平凹陷北部隆起構造帶不同類型原油正構烷烴單體烴碳同位素特征Fig.3 Carbon isotope characteristics of individual n-alkane of different types of crude oil in the northern uplift structural belt of Enping sag

第I類原油含有較高的C30-4甲基甾烷，C30-4MSt／C29St為0.54～1.28，而雙杜松烷含量普遍低，T／C30H為0.07～0.25，指示該類原油主要來源于低等水生生物的貢獻，陸源高等植物貢獻較弱。這類原油主要分布于N2、N3井油層中，其生物標志化合物特征與鄰近番禺4洼揭示的典型文昌組下段半深—深湖烴源巖相似，推測其來源于恩平17洼北部的文昌組下段半深—深湖相烴源巖。

第II類原油含有豐富的C30-4甲基甾烷，C30-4MSt／C29St為1.32～1.77，而雙杜松烷含量較低，T／C30H為0.40～0.53，指示該類原油主要來源于低等水生生物的貢獻，但陸源高等植物貢獻明顯。該類原油主要分布于N6-1、N7-4、N5-2井珠江組—韓江組油層中，其生物標志化合物特征與鄰近番禺4洼揭示的典型文昌組半深—深湖烴源巖相似，但陸源高等植物貢獻略高，推測其來源于恩平17洼南部的文昌組上段段半深—深湖相烴源巖。

第III類原油同時含有豐富的C30-4甲基甾烷和雙杜松烷，C30-4MSt／C29St為1.50～1.92，T／C30H為1.35～1.46，指示該類原油同時具有較高的低等水生生物和陸源高等植物的雙重貢獻，該類原油主要分布于N4-1井油層中。該類原油生物標志化合物特征不同于鄰近凹陷所揭示的典型半深—深湖相和淺湖—半深湖相烴源巖，結合前人研究[15-16]，推測該類原油來源于恩平17洼南部文昌組下段半深—深湖相和淺湖—半深湖相烴源巖的混源。

第IV類原油為第2類和第3類原油的混源油，其同樣含有較高豐度的C30-4甲基甾烷，雙杜松烷含量中等，C30-4MSt／C29St為1.40～1.87，T／C30H為0.62～1.15。同時，該類原油與第II類原油在nC20—nC30正構烷烴單體碳同位素分布特征上存在顯著差異。

3.2 天然氣成因來源

北部隆起構造帶N6-1和N6-2兩口井共發現15層天然氣藏，其中1層為烴類氣藏，14層為CO2氣藏。對其中7個層位天然氣樣品化驗分析結果顯示，5個天然氣藏中CO2含量較高，摩爾含量為75.1%～96.8%，CO2同位素δ13C為-3.0‰～-8.7‰，稀有氣體同位素3He／4He值為5.75～8.16（R／Ra），綜合考慮天然氣中CO2組分含量、CO2同位素特征以及稀有氣體同位素組成特征[18-22]，認為N6油田所揭示的CO2氣體主要是火山幔源型無機成因氣（圖4），依據二元復合模式[19]計算天然氣樣品中幔源所占份額為73%～97%。2個天然氣以烴類氣體為主，約占64.1%，以甲烷為主，甲烷含量為58.0%～58.5%，其次為乙烷，重烴含量較少；非烴氣體以N2和CO2為主，CO2含量為7.79%～8.18%。烴類氣體干燥系數約為70%，甲烷碳同位素δ13C為-43.46‰～-39.93‰，乙烷碳同位素δ13C為-29.2‰～-27.8‰，丙烷碳同位素δ13C為-28.6‰～-26.8‰，依據烴類氣體組分及碳同位素標準圖版[17-18，23]投點可知，該烴類氣為混合有機質所生成的原油伴生氣（圖5）。

圖4 N6油田CO2成因判識（底圖據文獻[19，22]）Fig.4 Identification of CO2 genesis in N6 oilfield（base map from references[19，22]）

圖5 N6油田烴類氣體成因判識（底圖據文獻[17，19]）Fig.5 Identification of hydrocarbon gases in N6 oilfield（base map from references[17，19]）

4 油氣成藏過程

4.1 油氣充注特征

4.1.1 天然氣對油藏的次生改造作用

N6-1和N6-2井14個CO2氣層中有9層在錄井資料觀察中可見豐富的原油熒光顯示（圖6），CO2氣層巖石樣品流體包裹體系統分析結果顯示，粒間孔隙中檢測到大量發藍綠色熒光油浸染，同時石英顆粒裂紋中可見大量發黃綠色和藍綠色熒光油包裹體。CO2稀有氣體同位素以及天然氣組分和同位素分析結果顯示，該油田所發現的CO2氣體主要是無機幔源型的無機成因氣，該類型CO2主要通過基底深大斷裂疏導輸送上來，而進入早期已形成的油藏圈閉中，在浮力的作用下，低密度CO2對早期油藏圈閉中的高密度原油具有巨大的充注驅替作用，將原來油藏中的大量原油驅替出圈閉，最終占據整個油藏圈閉的空間，形成現今底部含少量原油的CO2氣藏或純CO2氣藏（CO2充注驅油徹底干凈時），從而形成現今CO2氣藏原油顯示較豐富的特征。

N6-1井原油樣品全油色譜特征顯示，該油田淺層韓江組原油遭受了一定程度天然氣氣侵改造作用，輕組含量明顯增加（圖7），而珠江組原油則遭受了一定程度天然氣氣洗改造，輕組分含量降低（圖7），輕組分損失量約3.8%～14.0%。表明現今油藏形成之后發生過一期天然氣充注，但受珠江組和韓江組儲蓋組合差異特征控制，形成現今上部和下部油藏遭受次生改造結果差異的特征。

圖6 N6-1井CO2氣層分布特征Fig.6 Distribution characteristics of CO2 gas reservoir in Well N6-1

4.1.2 流體包裹體特征

現今油氣藏的分布及地化特征可以輔助判斷油氣充注之間的序次關系，但無法確定油氣充注具體年齡。為解決油氣充注時間及期次問題，本研究共采集樣品27塊進行系統流體包裹體分析，樣品全部來自N6-1和N6-2井。本次試驗所采用的熒光顯微鏡為Nikon 80I雙通道熒光顯微鏡，紫外激發光為多色激發，激發波長為330～380 nm；顯微熒光光譜儀為Maya 2000Pro光譜儀，適合檢測直徑≥2μm的油包裹體。

透射光和熒光薄片顯微觀察顯示成巖階段所捕獲的油氣和鹽水包裹體主要分布在石英顆粒內裂紋、穿石英顆粒裂紋中、石英顆粒次生加大邊及方解石膠結物中（圖8）。包裹體熒光顯微觀察表明砂巖儲層捕獲發黃綠色和藍綠色2種不同熒光顏色油包裹體。結合成巖序次結果來看，研究區至少發生過兩期成熟油氣充注，早期油包裹體主要發育在石英顆粒內裂紋以及早期方解石膠結物中中，晚期油包裹體主要發育在石英顆粒次生加大邊及穿石英顆粒裂紋中，檢測到的油包裹體以發藍綠色和黃綠色熒光為主（圖8、9）。

圖7 N6-1井原油全油色譜特征Fig.7 Chromatographic characteristics of crude oil in Well N6-1

圖8 恩平凹陷北部隆起構造帶油氣包裹體特征Fig.8 Characteristics of oil and gas inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

圖9 恩平凹陷北部隆起構造帶油包裹體成巖序次關系示意圖Fig.9 Diagenetic sequence diagram of oil inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

研究區由于受幔源CO2熱流體穿層流動形成了擾動性溫度場，因此，需要對擾動性溫度場進行校正[24]。結合油包裹體成巖序次關系和顯微測溫數據分析（表1），可以求取各期次油、氣包裹體充注時間（圖10）。綜合考慮油藏次生改造作用和流體包裹體系統分析結論，認為北部隆起構造帶油氣充注表現為“兩期油、兩期CO2、一期烴類氣”充注特征。第1期原油充注時間為13.8～7.7 Ma，第2期原油充注時間為4.9～0 Ma，CO2氣體充注同樣呈現兩期充注特征，第1期充注時間為11.6～6.1 Ma，第2期充注時間為0.3～0 Ma，烴類氣體充注時間為4.9～0 Ma。

表1 恩平凹陷北部隆起構造帶油、氣包裹體均一溫度及成藏時間數據Table1 Homogenization temperature and charging time of oil and gas inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

圖10 恩平凹陷北部隆起構造帶油氣包裹體充注期次及時間Fig.10 Filling period and time of oil and gas inclusions in the northern uplift structural belt of Enping sag

4.1.3 兩期原油充注特征

恩平北帶原油存在密度差異較大的3類原油，第1類原油為輕質原油，平均密度為0.84 g／cm3，其生標特征表現為前文第II類特征，為第2期充注端原油；第2類原油為重質油，平均密度為0.94 g／cm3，其生標特征表現為前文第III類特征，為第1期充注端原油；第3類原油為中質油，平均密度為0.92 g／cm3，其生標特征表現為前文第IV類特征，存在兩期充注。

前人研究結果顯示[25]，在僅存在早期充注的重質原油氣相色譜圖上，可分辨組分較少，色譜基線UCM峰明顯。在僅存在后期充注的輕質原油氣相色譜圖上，可檢出大量可分辨組分，色譜基線平直，極少含UCM。在混合原油的色譜圖上，既有相當數量可分辨的色譜峰，又有明顯的UCM“鼓包”隆起，兩者峰面積的大小取決于前、后兩期充注原油的數量比率（圖11）。因此，在配比混合實驗的基礎上，通過計算色譜峰和鼓包面積比值，便可獲得油氣充注比例與峰面積比值之間的關系。計算結果表明，恩平北帶第1期充注量占比約為38.4%，第2期充注量約為61.6%，并且從N6-1井至N4-1井，第1期油充注比例逐漸增加為7%→49%→83%。

4.2 油氣成藏模式

在上述油氣地化特征分析基礎之上，結合本地區油氣成藏靜態要素特征，總結出北帶油氣成藏模式：

圖11 恩平凹陷北部隆起構造帶不同期次充注原油全油色譜特征Fig.11 Oil Chromatographic characteristics of oil at different stages in the northern uplift structural belt of Enping sag

第1期油充注（13.8～7.7 Ma）時，南北兩條油源斷裂F3、F8活動較強，恩平17洼南部文昌組下段半深—深湖相和淺湖—半深湖相烴源巖生成的混源油順著F3斷面向淺層調節，沿著南部構造脊至N6、N5、N4油田韓江—珠江組儲層中成藏，恩平17洼北部文昌組下段半深—深湖相烴源巖生成的原油順F8斷裂向淺層調節，沿著北部構造脊向N2、N3井儲層中運移成藏（圖12）。受斷裂活動強度、切穿烴源巖部位及圈閉與斷裂配置關系控制，南北構造帶成藏規模差異明顯。

第1期CO2充注（11.6～6.1 Ma）時，油源斷裂F3活動較強，大量幔源無機CO2順著溝源斷裂調節至淺層，沿著南部構造脊向N6油田充注，并驅替N6-1和N6-2井第1期形成的珠江組油藏，驅替的混源油穿過N6-1和N6-2井控圈斷裂沿著構造脊向N5和N4油田聚集成藏（圖13）。

圖12 恩平凹陷北部隆起構造帶第1期原油成藏模式（剖面位置見圖1）Fig.12 Oil accumulation model of the first stage in the northern uplift structural belt of Enping sag（see Fig.1 for location）

圖13 恩平凹陷北部隆起構造帶第1期CO2成藏模式（剖面位置見圖1）Fig.13 CO2 accumulation model of the first stage in the northern uplift structural belt of Enping sag（see Fig.1 for location）

第2期油充注（4.9～0 Ma）時，南北兩條油源斷裂F3、F8持續活動，恩平17洼南部文昌組上段半深—深湖相烴源巖生成的原油順著F3斷面向淺層調節，沿著南部構造脊至各油田韓江—珠江組儲層中成藏，并與早期形成的部分油藏發生混合，形成混源油，第2期原油充注儲量占比為61.6%，并且沿著油氣運移方向逐漸降低（圖14）。

第2期油充注之后，N6油田形成的油藏遭受一期天然氣改造，受韓江組和珠江組儲蓋差異影響，韓江組油藏遭受氣侵作用明顯，珠江組油藏遭受氣洗作用明顯。

圖14 恩平凹陷北部隆起構造帶第2期原油成藏模式（剖面位置見圖1）Fig.14 Oil accumulation model of the second stage in the northern uplift structural belt of Enping sag（see Fig.1 for location）

5 油氣勘探潛力

恩平凹陷北部隆起構造帶緊鄰富生烴洼陷恩平17洼，斷裂活動期次與油氣成藏期匹配關系較好。油氣成藏模式表現為“南北洼雙源供烴、斷脊聯控、兩期油充注、CO2驅替、烴類氣改造”的特征。由于北部隆起帶整體含砂率較高，現所發現各個油層的最大烴柱高度都小于30 m，平均烴柱高度都小于15 m，證明大量的油氣因為斷層的側向封堵性不好泄漏到斷層的下降盤繼續向北部往更高部位運移成藏。因此，對于北帶而言，斷裂封堵效果對圈閉能否富集成藏起主要控制作用。

研究區廣泛分布的CO2為火山幔源型無機成因氣，主要靠晚期的張性斷裂輸送上來。CO2運移嚴重受限于距離，因此，易于在靠近斷裂的有利圈閉中富集，從而將已聚集的原油驅替出去，調整至附近具備良好圈閉聚集條件處形成油藏。正是因為CO2氣體的改造作用，致使研究區臨近生烴洼陷圈閉以第2期油氣充注為主，而遠距離圈閉以第1期油氣充注為主。

因此，對于恩平凹陷北部隆起構造而言，圈閉有效性程度較高時，遠離生烴洼陷區油氣勘探需重點考慮第1期油氣成藏關鍵時期，圈閉在古構造圖上是否處于油氣運移的優勢路徑之上。臨近生烴洼陷區需重點考慮構造的含氣性，若含氣性較高，說明圈閉原油、天然氣運移較活躍，油氣富集成藏概率較大。

6 結論

1）油藏原油同位素及生物標志化合物特征分析表明，恩平凹陷北部隆起構造帶存在四類原油：第I類原油主要來源于恩平17洼北部的文昌組半深—深湖相烴源巖；第II類原油主要來源于恩平17洼南部的文昌組上段半深—深湖相烴源巖；第III類原油來源于恩平17洼南部文昌組下段半深—深湖相和淺湖—半深湖相烴源巖的混源；第IV類原油為第II類和第III類原油的混源。N6油田所揭示的CO2氣體主要是火山幔源型無機成因氣，其中幔源所占份額為73%～97%。烴類氣體為混合有機質所生成的原油伴生氣。

2）恩平凹陷北部隆起構造帶油氣充注表現為“兩期油、兩期CO2、一期烴類氣”充注特征，原油充注時間分別為13.8～7.7 Ma和4.9～0 Ma，其中第1期充注量占比約為38.4%，第2期充注量約為61.6%。CO2氣體充注時間分別為11.6～6.1 Ma和0.3～0 Ma，CO2以早期充注為主，并對早期油藏驅替作用明顯，烴類氣體充注時間為4.9～0 Ma，并對晚期油藏進行次生改造作用。

3）研究區油氣成藏過程表現為“南北洼雙源供烴、兩期油充注、斷脊聯控、CO2驅替、烴類氣改造油藏”的特征。