潿西南凹陷優質烴源巖發育控制因素研究

胡晨暉，徐新德，魯海鷗

（中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南?？?570312）

北部灣盆地是南海北部典型的新生代裂陷盆地，發育多個凹陷，主要包括潿西南、烏石、海中等，特別是潿西南凹陷為已證實的富生烴凹陷，其原油探明地質儲量占整個北部灣盆地已發現儲量的三分之二以上，為南海西部油田增儲上產、可持續發展奠定了必要的物質基礎。

目前多位學者針對潿西南凹陷石油地質條件進行過專項深入研究[1-7]。分析認為潿西南凹陷主力烴源巖為欠補償環境下發育的流沙港二段中-深湖相泥頁巖及油頁巖，為Ⅰ和Ⅱ型優質生油巖；敘述了各層段（扇）三角洲、濁積扇在洼陷中的分布規律；介紹了烴源巖異常超壓驅動、斷裂垂向及砂體側向輸導油氣運移的模式，各內容研究比較透徹，但對優質烴源巖的分布特征及控制因素研究較少。

本文通過對潿西南凹陷流沙港組烴源巖的解剖，系統梳理了優質烴源巖地球化學特征與發育主控因素，為周邊的潛在富生烴凹陷的勘探突破奠定了良好的理論和物質基礎。

1 區域地質概況

北部灣盆地是在中生代區域隆起背景下發育起來的新生代斷陷盆地，共經歷了張裂、斷陷和拗陷三個發育階段，包括北部坳陷、南部坳陷、企西隆起3 個一級構造單元[8]。其中，潿西南凹陷位于北部坳陷北部，面積約3 800 km2，是該盆地勘探程度最高且成效最好的凹陷，已證實為富烴凹陷，依據構造演化和現今埋深特征，可細分為A 洼、B 洼、C 洼，其發育受1、2 號斷層控制。

潿西南凹陷以新生代沉積為主，其基底為中、古生界碳酸鹽巖和變質巖，沉積蓋層由古近系、新近系及第四系組成（見表1），總厚度1 500～7 000 m，自下而上依次為古近系古新統長流組（E1c）、始新統流沙港組（E2l）、漸新統潿洲組（E3w），新近系中新統下洋組（N1x）、角尾組（N1j）、燈樓角組（N1d）、上新統望樓港組（N2w）和第四系（Q）。其中流沙港組是北部坳陷油氣勘探的主要目的層。流沙港組以湖相、三角洲相沉積為主，巖性以深灰色、褐灰色泥巖、頁巖為主，夾有灰白色砂巖、粉砂巖，具有粗-細-粗的旋回，自下而上可進一步分為流三段（E2l3）、流二段（E2l2）和流一段（E2l1），其中流二段是該區的主力烴源巖，具有有機質豐度高、類型好，沉積規模大，具有良好的生烴潛力[9-10]。

表1 潿西南凹陷構造與地層格架表Tab.1 Structural and stratigraphic framework of Weixinan sag

2 烴源巖的分布特征

流沙港組的烴源巖在巖性與有機質豐度上存在明顯差異，由此造成了不同層段烴源巖的生烴潛力的差異。通過對現階段已鉆井樣品的數據統計，流沙港組大部分樣品TOC 大于1.0%，約36%的烴源巖TOC 超過2%，屬于優質烴源巖，其中流二段優質烴源巖的樣品最多。在生烴潛力方面，大于10 mg/g 的樣品占比為35%，表明流沙港組烴源巖具有極高的生油潛力（見圖1）。

圖1 潿西南凹陷流沙港組烴源巖有機碳含量與生烴潛力分布直方圖Fig.1 Histogram of total organic carbon and hydrocarbon generation potential of source rocks of Liushagang formation in Weixinan sag

有機質類型方面，普通泥巖表現為Ⅱ1-Ⅱ2型干酪根為主的特征，頁巖則是以Ⅱ1型為主，油頁巖類型最佳，明顯以Ⅰ型干酪根主導（見圖2）。

圖2 潿西南凹陷流沙港組烴源巖有機質類型判別圖Fig.2 Organic matter type map of Liushagang formation source rock in Weixinan sag

3 烴源巖發育的控制因素

3.1 構造活動

潿西南凹陷A、B、C 洼在不同控洼斷層活動速率影響下，其基底沉降幅度與湖盆的面積均有較大差異。潿西南A 洼受控于1 號斷裂，而潿西南B 洼與潿西南C 洼受控于2 號斷裂，在流三段和流二段地層沉積時期，1 號斷裂的中段及2 號斷裂的西段和東段活動速率大，導致基底快速沉降，水體逐漸加深，烴源巖的沉積范圍逐漸增大，在流二段的沉積末期，凹陷的可容空間達到最大，沉積了厚層的烴源巖，流一段沉積時期，控洼斷層活動強度逐漸減弱，湖盆面積逐漸萎縮，水體變淺，凹陷的可容空間進一步減小。因此斷裂活動對烴源巖的發育具有重要的控制作用，斷層活動強度控制了凹陷基底的沉降和水體深度，斷層的活動強度越大，越有利于厚層烴源巖的沉積。

3.2 沉積充填

受陸源有機質輸入的影響，優質烴源巖的發育受控于沉積砂體的展布。在三角洲相與灘壩砂體的發育區，優質烴源巖基本不發育，此時陸源碎屑被搬運入湖，沉積區的水體發生動蕩，生物繁盛且不利于有機質的保存；在濱淺湖相的發育區，一般烴源巖普遍發育，優質烴源巖零星發育，此時生物的活動逐漸減弱，相對靜水的環境有利于一般烴源巖的發育；在半深湖及深湖的發育區，由于水體的加深，沉積環境變為還原環境，有利于厚層泥頁巖的沉積，優質烴源巖普遍發育。

3.3 有機質供給

湖泊內源有機質主要包括層狀藻和結構藻，層狀藻主要來源于浮游生物和底棲生物，結構藻則可能源自所有孤立藻等[11-12]。潿西南凹陷優質烴源巖中層狀藻含量最高，以絲帶狀、棉絮狀分布于基質中，沒有明顯的內部結構（見圖3）。結構藻含量少于層狀藻，具有個體大、內部結構明顯等顯著特征，常孤立分散于層狀藻與基質中。表明潿西南凹陷優質烴源巖以湖泊內源有機質供給為主。孢子體在優質烴源巖中整體含量較少，于熒光下完整的孢子體具有孢腔結構并呈長橢圓狀，大部分孢子體由于結構保留不完整，呈彎曲圓弧狀分散分布于層狀藻和基質中，具中等熒光。鏡質體和惰質體一般為植物的根莖葉經歷還原或氧化作用保存下來的顯微組分。在油頁巖中的鏡質體與惰質體通常沒有結構保留，為碎屑狀。

圖3 不同品質烴源巖有機質母質組成分析Fig.3 Composition analysis of organic matter parent material of different quality source rocks

3.4 有機質保存

缺氧還原環境已被廣泛認為是有機質保存的最有利條件[13-14]，前人研究表明，古水體鹽度對有機質的富集具有重要作用，水體鹽度越高越易形成水體分層，導致有機質豐度相應增加[15-16]。

利用Sr/Ba 與相當硼含量進行判別古水體性質發現，流沙港組烴源巖整體沉積于淡水-半咸水環境（見圖4a）。將不同品質烴源巖的咸水藻含量與Sr 含量對比可知，優質烴源巖含有大量咸水藻，表明優質烴源巖沉積時的古水體鹽度高于一般烴源巖（見圖4b）。烴源巖中V/Cr 與δU 散點圖顯示，油頁巖和優質烴源巖以貧氧環境為主，一般烴源巖則以弱氧化環境為主（見圖4c）。在沉積環境方面，流沙港組油頁巖和優質烴源巖具有較低的Pr/Ph 和較高的Ga/C30-Hop 比值，表明其沉積于貧氧還原環境；一般烴源巖具有較高的Pr/Ph比值和較低的Ga/C30-Hop 比值，沉積環境較優質烴源巖富氧，為弱氧化弱還原環境（見圖4d）。

圖4 流沙港組烴源巖沉積環境判識圖版Fig.4 Sedimentary environment identification map of Liushagang formation source rock

綜上可知，流沙港組不同品質烴源巖沉積時古水體性質差異明顯，整體而言烴源巖形成于淡水-微咸水條件下的貧氧還原-弱氧化環境。其中，油頁巖沉積于微咸水及貧氧還原環境，優質烴源巖是淡水-微咸水及貧氧還原環境的產物，一般烴源巖則發育在淡水及弱氧化水體中。

4 優質烴源巖沉積發育模式

在溫暖潮濕古氣候條件下，斷裂活動通過影響洼陷的規模和古水深實現對優質烴源巖的厚度控制作用，沉積充填則通過砂體的展布，決定了優質烴源巖的分布范圍和品質；水生有機質供給為主、微咸水及貧氧還原環境是決定油頁巖和優質烴源巖沉積的重要控制因素。

5 結論

（1）一般烴源巖具有差到中等的生烴潛力，優質烴源巖顯示為中等到好的高生烴潛力，油頁巖則具有極好的生烴優勢。

（2）構造活動、沉積充填、有機質供給與有機質保存是影響烴源巖發育的控制因素。油頁巖主要在微咸水貧氧還原環境中沉積，集中分布于斷裂活動強、扇體不發育及水生有機質供給充足的地區。優質烴源巖主要在淡水-微咸水弱氧化弱還原環境中沉積，集中分布于斷裂活動較強、扇體發育較少及混源有機質供給的地區。