瓊東南盆地深水區寶島21-1氣田天然氣來源及輸導體系

尤 麗，權永彬，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 海口 570312；2. 中國地質大學（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崖南凹陷發現Y13大型氣田［2］，在西區樂東-陵水凹陷深水區中央峽谷發現L17，L25 和L18 等大中型氣田［3］，而東區松南-寶島凹陷油氣勘探僅發現了一批小型氣藏［4］，且非烴氣含量較高［5］，一直未獲得規模性突破。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，重新認識了松南-寶島凹陷的結構特征，在寶島凹陷北坡識別出系列轉換斷階帶，并在“轉換斷階控源、控儲、控聚”模式認識的指導下，發現了中國首個深水、深層大氣田——寶島21-1 大氣田，實現了寶島凹陷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，具有深部超壓驅動、中部底辟輸導、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，精細刻畫了匯聚脊與斷裂輸導體系幾何形態、活動性、活動強度特征，分析其對天然氣富集的貢獻，闡明油氣運聚規律及運移路徑，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 區域地質概況

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造單元［9］。盆地經歷了斷陷、斷-拗、拗陷3期構造演化，具有“下斷上坳”的雙層結構［8］。斷陷期沉積了始新統嶺頭組、漸新統崖城組，始新統發育陸相湖盆充填的生油源巖，漸新統崖城組沉積時期，沉積環境轉變為障壁海灣及淺海相，發育研究區的主力烴源巖；斷-拗轉換期沉積了陵水組，以濱、淺海相沉積為主，發育大型辮狀河三角洲或（扇）三角洲沉積；中新世以來，盆地進入拗陷階段，主要表現為半深海-深海相沉積環境，沉積了中新統三亞組、梅山組和黃流組以及上新統鶯歌海組、第四系樂東組［10］（圖1b）。

圖1 瓊東南盆地構造單元、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 %，重烴含量分別為1.0 %～8.4 %和5.7 %～8.8 %，干燥系數普遍高于0.90，平均值分別為0.95和0.93。寶島21-1氣田烴類氣中重烴含量相對較高，介于2.6 %～19.8 %，干燥系數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的增加而變重［11］。不符合上述規律的天然氣則存在同位素倒轉，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（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，但部分樣品甲烷碳同位素值顯著負漂，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；寶島21-1 氣田天然氣不存在同位素值倒轉，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據Table 1 Composition and carbon isotopes of natural gas in the Baodao 21-1 gas field， Qiongdongnan Basin

圖2 瓊東南盆地已發現氣田甲烷、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定，受次生影響較小，常作為天然氣成因類型的重要指標。腐殖型有機質生成的天然氣，乙烷碳同位素值通常大于-28 ‰、丙烷碳同位素值大于-26 ‰，而腐泥型有機質生成的天然氣則與之相反。據統計，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質的貢獻。

2.3 油氣源分析

2.3.1 烴源巖特征

瓊東南盆地發育始新統嶺頭組湖相烴源巖與漸新統崖城組海-陸過渡相、陸源海相烴源巖［4］。始新統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井鉆遇始新統嶺頭組黑色泥巖70 m，總有機碳含量（TOC）為1.3 %～7.5 %、氫指數（HI）高達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，主要發育在大型煤系三角洲［15-16］，該套烴源巖發育（炭質）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規則甾烷等藻類來源生物標志化合物增加，表明陸源高等植物和水生藻類均有貢獻［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 ，有機質類型為Ⅱ2-Ⅲ型（圖3b）。干酪根碳同位素在熱演化過程中較為穩定，是區分有機質母質類型的有效指標，Ⅰ型干酪根的母質類型以腐泥型為主，干酪根碳同位素值一般小于-28 ‰；Ⅲ型干酪根的母質以纖維素和木質素為主，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小（圖3c），指示其具有更多腐泥型有機質的貢獻。

圖3 瓊東南盆地B21-1a井崖城組烴源巖總有機碳含量與生烴潛量（a）、最高熱解峰溫與氫指數（b）及干酪根碳同位素值與深度（c）關系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，干燥系數更低，乙烷和丙烷碳同位素值更低，指示該地區崖城組烴源巖可能具有更多腐泥型有機質的貢獻，這與崖二段和崖三段烴源巖具有較高的氫指數（圖3b）和干酪根碳同位素值負漂（圖3c）所揭示的地質意義相吻合。

一般認為，輕烴中甲基環己烷主要來自高等植物、木質素等腐殖型母質，二甲基環戊烷主要來自水生生物，而正庚烷可能來自細菌和藻類，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，雙杜松烷的前體的達瑪樹脂，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，甲基環己烷含量在45 %～65 %，二甲基環戊烷介于15 %～40 %，正庚烷含量僅為10 %～25 %，指示其主要來自腐殖型有機質，腐泥型有機質亦有一定貢獻。結合凝析油生物標志化合物參數對比（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，是崖城組海-陸過渡相烴源巖的產物；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相對減小，具有更多海相藻類的貢獻，推測可能是松南-寶島凹陷海侵時間較早，導致具有更多海相藻類的貢獻。

圖4 瓊東南盆地寶島21-1氣田與已發現氣田凝析油生物標志物特征對比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體系配置

寶島凹陷北部自西向東發育系列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，發育源內大型構造-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體系，烴源-運聚條件優越［5-6］。

3.1 寶島21構造具有三洼供烴、多期充注特點

寶島21-1 構造緊鄰寶島27、寶島25 和寶島21 洼生烴洼陷，3 個洼陷現今處于成熟-高成熟階段，其中寶島27 洼成熟度最高，現今成熟度（鏡質體反射率Ro）在1.2 %～3.6 %，寶島21 洼成熟度相對較低，現今成熟度在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 氣田儲層發育有黃色、藍綠色和藍白色包裹體，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，發育3 期油氣充注［5］，證實了研究區多洼供烴、構造脊+斷裂+砂體有效匯聚-輸導體系，同時也顯示中-晚期斷裂活動性及活動強度具有關鍵作用。

圖5 瓊東南盆地寶島21-1構造古近系崖城組頂面現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 構造發育構造-斷面脊匯聚與多組溝源斷裂組合輸導

寶島21-1 構造發育主控F12斷裂和F12-1斷裂夾持形成的大型構造脊，向西傾沒于寶島25 洼，南側面向寶島27 洼，北側為寶島21 洼，主控F12斷裂和F12-1斷裂中部發育斷面脊特征，源內成熟的天然氣可通過大型構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斷裂與凹陷內部密集的張性斷裂等多組溝源斷裂運移，F12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，中段表現為凸面，東西兩側為凹面，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，向上整體終止于界面（梅山組頂面）附近；凹陷內部相對較為密集的張性斷層，多數與F12/F12-1斷裂傾向相同，向下終止于沉積蓋層內部，向上整體終止于界面以下（圖6b）。

圖6 瓊東南盆地寶島21-1構造關鍵生排烴時刻古近系崖城組頂面構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構造主控斷裂活動性及活動強度對天然氣富集的貢獻

斷裂活動性分析表明，F12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，向兩側逐漸減小，最低處為0 m（圖7a），在面最西端出現小高峰，峰值接近120 m，在面東、西兩側各出現一個小高峰，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、兩側低的特點，中部最高處接近70 m，向兩側逐漸減小，最低處約為0 m，在界面基本為0 m（圖7b）。綜上分析，F12斷裂在黃流組和鶯歌海組沉積期至今中段活動最強、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度呈中段最強、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斷裂輸導上來的天然氣一部分向寶島21 構造西塊北側運移，另一部分向東北側凸起區運移，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，其影響區域CO2含量總體較高，在凸起區的B15 井揭示CO2含量高達97.0 %，寶島21 構造西塊北側的B21-1c 井揭示CO2含量50.5 %；沿F12-1斷裂輸導上來的天然氣一部分向寶島21 西塊主體構造運移，另一部分向寶島21 構造東部運移，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更多，導致寶島21-1 氣田天然氣碳同位素偏輕、干燥系數偏低。寶島21-1 構造發育大型構造脊+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成高效輸導體系；上覆新近系和第四系海相泥巖厚度大、分布穩定，是良好的區域蓋層。寶島21-1 構造具有“緊鄰生烴主洼，大型構造脊+斷面脊匯聚，大型溝源斷裂長期活動+三角洲砂巖配置輸導”的天然氣富集模式，為有利匯聚區，寶島21-1大型氣田的發現，證實了匯聚條件（圖8）。向東的寶島構造具有緊鄰寶島生烴洼陷，發育溝源斷裂與砂體配置高效輸導體系，具有相似天然氣成藏富集模式，也是天然氣有利聚集區域，是下步天然氣勘探重點領域。

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 結論

1） 寶島21-1 氣田重烴含量高，干燥系數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質的雙源貢獻，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。

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

3） 寶島21-1 構造具有“緊鄰生烴主洼，大型構造脊+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”天然氣富集模式，是有利匯聚區，寶島21-1 深水深層大型氣田的發現，證實了烴源-運聚條件，東向的寶島構造也是有利聚集區，是下步天然氣勘探的重點領域。