中國近海海域烴源巖和油氣的分帶性＊

李友川 鄧運華 張功成

（中海油研究總院 ）

中國近海海域烴源巖和油氣的分帶性＊

李友川 鄧運華 張功成

（中海油研究總院 ）

中國近海海域烴源巖和油氣分布具有明顯的分帶性。烴源巖的分帶性表現為“內帶腐泥，外帶腐殖”：內帶主要為腐泥型的中—深湖相烴源巖，有機質主要來源于水生低等生物，陸生高等植物的貢獻很少；外帶烴源巖類型較復雜，有海陸過渡相煤系烴源巖、海相烴源巖和湖相烴源巖，以前二者為主，有機質主要來源于陸生高等植物，以腐殖型烴源巖為主。油氣的分帶性表現為“內油外氣”：腐泥型烴源巖具有傾油性，因而內帶以油為主，天然氣主要為油伴生氣；腐殖型烴源巖具有傾氣性，因而外帶以天然氣為主，天然氣主要為煤型氣和凝析油伴生氣，部分盆地或凹陷存在數量有限的原油。南海北部深水區處于外帶，是天然氣勘探的重要領域。

中國近海 烴源巖 油氣分布 分帶性 南海北部深水區

中國近海海域有10個盆地，截至2008年底，中國近海已累計發現石油地質儲量近55×108m3，天然氣地質儲量約1.4×1012m3，其中探明石油地質儲量30×108m3，探明天然氣地質儲量5600×108m3[1]。油主要集中在渤海灣盆地（海域部分）、珠江口盆地珠一和珠三坳陷及北部灣盆地；氣主要集中在東海盆地西湖凹陷、珠江口盆地白云凹陷、瓊東南盆地和鶯歌海盆地，油和氣在區域上的分布存在很明顯的不均一性。烴源巖分析表明，中國近海海域不同類型烴源巖的分布具有明顯的分帶性，而烴源巖的分帶性決定了中國近海海域油氣分布具有明顯的分帶性，因此在不同類型烴源巖發育的盆地或凹陷找油找氣應有所側重。

1 中國近海盆地類型的差異性

中國近海盆地處于中國大陸東緣和南緣，中—新生代期間處于濱太平洋構造域[2]，經歷了古近紀裂陷、早—中中新世熱沉降、晚中新世以來的新構造活動期三大階段。不同時期和同一時期不同區域的造盆作用有很大不同，從而形成了古近紀構造演化和沉積充填特征不同的兩類盆地，進而在中國近海形成了2個坳陷帶[3]（本文將這2個坳陷帶稱為內帶和外帶，內帶一般緊鄰陸地，而外帶一般離陸較遠）。

內帶從北到南包括渤海灣盆地（海域部分）、南黃海盆地、珠江口盆地珠一和珠三坳陷、北部灣盆地，它們屬于華北或華南大陸板塊內的陸內裂谷盆地，箕狀半地塹的湖相沉積為其基本沉積單元[3]。渤海灣盆地（海域部分）、珠江口盆地珠一和珠三坳陷、北部灣盆地主要裂陷期為始新世，分別沉積了沙河街組、文昌組和流沙港組湖相地層，但渤海灣盆地（海域部分）漸新世裂陷作用仍然強烈，漸新統東營組也發育湖相沉積。南黃海盆地從晚白堊紀開始裂陷，主要裂陷期為古新世，白堊系泰州組和古新統阜寧組以湖相沉積為特征。由此可見，中國近海內帶盆地古近系均為陸相斷陷沉積，主要烴源巖為湖相烴源巖（圖1）。

外帶主要包括東海盆地、珠江口盆地珠二坳陷、瓊東南盆地和鶯歌海盆地，這些盆地主要為疊合斷陷盆地（圖1），以坳陷型結構為主，古近系為陸相、海陸過渡相和海相沉積，而且主要地層是非陸相的，其中東海盆地和臺西盆地古新統以及南海北部大陸邊緣的珠二坳陷和瓊東南盆地始新統均存在裂陷作用，形成一系列湖泊群[4]，但湖相沉積規模減小（與中國近海內帶相比），其主要沉積單元是斷拗期規模巨大的海陸過渡相和海相沉積。東海盆地西湖凹陷始新統平湖組、珠二坳陷漸新統恩平組和瓊東南盆地漸新統崖城組均發育海陸過渡相煤系沉積，瓊東南盆地和鶯歌海盆地還發育厚度巨大的中新統海相沉積。由此可見，海陸過渡相煤系烴源巖和海相烴源巖是中國近海外帶盆地主要烴源巖。

圖1 中國近海新生代沉積盆地斷陷類型與油氣田分布示意圖（據中國近海構造區劃圖修改）

因此，中國近海盆地結構存在明顯的差異性，這種差異性決定了中國近海盆地烴源巖的差異性和分帶性。

2 中國近海烴源巖的分帶性

中國近海內帶盆地或凹陷以湖相烴源巖為主，有機質主要來源于水生低等生物，有機質類型主要為Ⅱ1型，以生油為主；外帶盆地或凹陷以海陸過渡相煤系烴源巖和海相烴源巖為主，有機質類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型，以生氣為主。不同類型烴源巖在區域上的分布表現出明顯的分帶性。

2.1 內帶湖相烴源巖地球化學特征

2.1.1 有機質豐度高

渤海灣盆地（海域部分）發育沙河街組和東營組2套湖相烴源巖，沙河街組以沙三段烴源巖最為發育，東營組以東三段烴源巖最為發育。渤海海域沙三段烴源巖有機質豐度高（表1），有機碳（TOC）平均含量達到2.65%，熱解生烴潛量（S1＋S2）平均含量達到17.91 mg/g，為渤海海域主要烴源巖。珠一和珠三坳陷文昌組及北部灣盆地流沙港組烴源巖TOC平均含量均大于2%，S1＋S2平均含量一般大于10 mg/g（表1），也具有很大的生烴潛力。南黃海盆地泰州組湖相泥巖有機質豐度較高，TOC平均含量達到1.06%，S1＋S2平均含量為4.39 mg/g；阜寧組四段烴源巖TOC平均含量達到1.83%，S1＋S2平均達到4.32 mg/g（表1）。總體而言，中國近海內帶盆地湖相烴源巖主要屬于很好烴源巖，但南黃海盆地烴源巖相對差一些，屬于中等—好烴源巖。

表1 中國近海內帶主要盆地或坳陷湖相烴源巖有機質豐度統計表

2.1.2 有機質主要來源于水生藻類

從古生物分析結果來看，渤海灣盆地（海域部分）沙河街組、珠江口盆地珠一和珠三坳陷文昌組及北部灣盆地流沙港組烴源巖均含有豐富的藻類以及藻類腐泥化形成的腐泥無定形體。渤海灣盆地為多旋回沉積盆地，從始新統沙河街組至漸新統東營組地層中藻類均很發育，沙河街組烴源巖富含多種陸相溝鞭藻（如渤海藻和副渤海藻），東營組烴源巖中主要富含綠藻；珠一和珠三坳陷文昌組烴源巖主要富含屬于綠藻類的葡萄球藻，藻類在文昌組二、三段烴源巖中尤為發育；北部灣盆地流沙港組烴源巖主要富含百色藻，在流二段烴源巖中最為發育，流一段烴源巖中也較為發育（圖2）。

浮游藻類化石數量在孢藻中的比例是反映古湖泊生物生產力的重要標志[5]。從中國近海內帶盆地烴源巖有機質組成來看，各盆地湖相烴源巖中藻類含量豐富，藻類占孢藻總量的平均值介于38%～56%之間（表2），說明中國近海內帶始新世湖泊具有很高的生物生產力。另外，沉積物中碎屑有機質在某種程度上也能反映生物生產力，尤其是腐泥無定形有機質，因為它們主要來源于水生藻類，其含量往往與浮游植物發育和缺氧的底部水體有關，特別是與具有高生產力區域的底部水體有關。中國近海內帶盆地湖相烴源巖中無定形有機質含量高，一般大于65%（表2），并且主要為腐泥無定形體，同樣說明中國近海內帶始新世湖泊具有高的生物生產力，水生藻類是有機質的主要來源。干酪根鏡檢結果表明，中國近海內帶盆地湖相烴源巖中來源于陸生高等植物的鏡質組和惰性組含量一般小于19.5%（表2），高等植物來源的有機質較少。從烴源巖熱解分析結果來看，中國近海內帶盆地湖相烴源巖有機質類型主要為Ⅱ1型，也有部分Ⅰ型和Ⅱ2型（圖3），是以生油為主的烴源巖。因此，烴源巖的有機質類型決定了中國近海內帶盆地以油為主、天然氣為輔的油氣分布特征。

圖2 中國近海內帶主要盆地始新統湖相烴源巖藻類組成與分布

表2 中國近海內帶主要盆地或坳陷烴源巖有機質組成特征

圖3 中國近海內帶主要盆地湖相烴源巖IH與Tmax關系圖

2.2 外帶海陸過渡相和海相烴源巖地球化學特征

2.2.1 有機質豐度較高

中國近海外帶盆地主要烴源巖為海陸過渡相和海相烴源巖。海陸過渡相烴源巖為海侵或海退期形成的一套由煤、碳質泥巖和泥巖組成的煤系烴源巖，其發育主要與三角洲平原沼澤、河湖沼澤和海岸平原沼澤相關。鉆井揭示，東海盆地西湖凹陷平湖組、珠江口盆地恩平組和瓊東南盆地崖城組均有海陸過渡相煤系烴源巖發育。西湖凹陷西部斜坡單井揭示的平湖組煤層累計厚度最大可達75.8 m，很多鉆井揭示平湖組煤層累計厚度均在30 m以上。煤系烴源巖中的煤和碳質泥巖普遍具有較高的有機質豐度，各盆地或凹陷煤TOC平均含量大于50%，S1＋S2平均含量一般在100 mg/g以上；碳質泥巖TOC平均含量介于17%～20%之間，S1＋S2平均含量介于44～56 mg/g之間（表3），具有很強的生烴能力。同時，煤系烴源巖中廣泛發育的煤系泥巖也具有較高的有機質豐度（表3）。因此，海陸過渡相煤系烴源巖是中國近海外帶盆地的主要烴源巖類型。此外，中國近海外帶各盆地還廣泛發育第三系海相沉積，麗水凹陷靈峰組、珠二坳陷珠海組及鶯歌海盆地梅山組海相泥巖均具有較高的有機質豐度（表3），它們是這些盆地或凹陷的主要烴源巖或重要烴源巖。

表3 中國近海外帶主要盆地或坳（凹）陷烴源巖有機質豐度統計表

2.2.2 有機質主要來源于陸生高等植物

孢粉分析表明，中國近海外帶盆地海陸過渡相和海相烴源巖中藻類占孢藻的比例很低，一般低于5%（表4），反映古水體生物生產力較低。從干酪根鏡檢結果來看，除珠二坳陷恩平組泥巖中無定形體平均含量接近30%以外，中國近海外帶其它盆地或坳陷海陸過渡相和海相烴源巖中無定形體的含量普遍低于10%，主要有機顯微組分為鏡質組和惰性組，如西湖凹陷平湖組和瓊東南盆地崖城組泥巖中鏡質組和惰性組的含量大于80%。鶯歌海盆地海相泥巖中鏡質組和惰性組含量稍低，但殼質組含量很高（表4）。因此，中國近海外帶盆地海陸過渡相和海相烴源巖有機質主要來源于陸生高等植物，水生藻類的貢獻很少，有機質類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型。

表4 中國近海外帶主要盆地或坳（凹）陷烴源巖有機質組成特征

中國近海外帶盆地或坳（凹）陷主要烴源巖氫指數普遍偏低。西湖凹陷平湖組煤的氫指數高于碳質泥巖和泥巖，一般介于200～400 mg/g，有機質類型主要為Ⅱ2型；碳質泥巖氫指數介于200～300 mg/g，有機質類型主要為Ⅱ2型；泥巖氫指數小于200 mg/g，有機質類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型。珠二坳陷恩平組海陸過渡相烴源巖樣品點非常分散，但絕大多數樣品的氫指數小于200 mg/g，少數樣品的氫指數介于200～400 mg/g之間，有機質類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型；珠二坳陷珠海組海相烴源巖樣品點比較集中，氫指數主要集中于200～300 mg/g，有機質類型主要屬于Ⅱ2型。瓊東南盆地崖城組煤系中的煤和碳質泥巖氫指數一般介于150～300 mg/g，有機質類型主要為Ⅱ2型，而泥巖氫指數普遍低于200 mg/g，有機質類型為Ⅱ2—Ⅲ型；鶯歌海盆地梅山組海相烴源巖氫指數普遍小于150 mg/g，有機質類型主要為Ⅲ型，少數為Ⅱ2型（圖4）。由此可見，中國近海外帶盆地或坳（凹）陷海陸過渡相和海相烴源巖的有機質類型主要為Ⅱ2和Ⅲ型，是以生氣為主的烴源巖。但是，中國近海外帶盆地或坳（凹）陷海陸過渡相煤系烴源巖中含有比較豐富的殼質組，如樹脂體、孢子體和角質體等富氫顯微組分[6－7]，這些富氫殼質組分在烴源巖成熟的早期階段具有生成液態烴的能力[6]，可能存在一定數量的輕質油。

圖4 中國近海外帶主要盆地烴源巖IH與Tmax關系圖

3 中國近海油氣分布的分帶性

油氣勘探成果表明，中國近海主要富油氣盆地探明的石油地質儲量與天然氣地質儲量之比存在顯著差異（表5），說明中國近海油和氣的分布極不均一。中國近海內帶的渤海灣盆地（海域部分）、珠江口盆地珠一、珠三坳陷和北部灣盆地以油為主，而外帶的東海盆地、珠江口盆地珠二坳陷、瓊東南盆地和鶯歌海盆地則以氣為主（圖1）。油源研究表明，中國近海油氣分布的分帶性明顯受控于烴源巖的分帶性。

表5 中國近海主要富油氣盆地已發現的石油與天然氣的比例關系

3.1 內帶油源分析

渤海海域發育沙四段、沙三段、沙一段和東下段等4套湖相烴源巖，前人對各套烴源巖的生物標志化合物特征做了比較全面的研究，認為東下段烴源巖三芳甾烷/三芳甲藻甾烷值普遍較高，沙一段烴源巖伽馬蠟烷含量總體較高，而沙三段烴源巖則以C304－甲基甾烷含量普遍較高為特征[8－9]。同樣，珠江口盆地珠一和珠三坳陷文昌組烴源巖含有豐富的C304－甲基甾烷[10－11]；北部灣盆地流沙港組烴源巖也含有豐富的C304－甲基甾烷[12]。由此可見，C304－甲基甾烷在中國近海內帶盆地始新統湖相烴源巖中含量豐富，是重要的油源對比指標。

對原油的地球化學研究表明，渤海海域原油具有多種來源，既有沙一段烴源巖生成的原油，也有東下段烴源巖生成的原油，但以沙三段烴源巖生成的原油為主[12]，原油中普遍含有較為豐富的C304－甲基甾烷（圖5）。同樣，珠江口盆地珠一坳陷和北部灣盆地原油中也普遍含有豐富的C304－甲基甾烷，油源分別以文昌組湖相烴源巖和流沙港組湖相烴源巖為主（圖5）。由此可見，中國近海內帶盆地原油主要來源于藻類含量豐富的始新統湖相烴源巖。

圖5 中國近海內帶主要盆地始新統湖相烴源巖生成的原油的生物標志化合物特征

3.2 外帶油氣源分析

東海盆地西湖凹陷主要烴源巖為平湖組海陸過渡相煤系烴源巖，有機質主要來源于陸生高等植物，煤系烴源巖中含有豐富的四環二萜類化合物，包括海松烷、扁枝烷、貝殼杉烷等（圖6）；西湖凹陷原油和凝析油中同樣含有豐富的四環二萜類化合物，與平湖組海陸過渡相煤系烴源巖具有很好的對比性，說明西湖凹陷原油和凝析油主要來源于富含陸生高等植物有機質的平湖組烴源巖。

珠江口盆地珠二坳陷和瓊東南盆地的油源已有較多研究，珠二坳陷原油和凝析油主要來源于恩平組烴源巖[13]，也有珠海組海相烴源巖的重要貢獻[14]；瓊東南盆地凝析油主要來源于崖城組烴源巖[15]。珠二坳陷恩平組及瓊東南盆地崖城組海陸過渡相烴源巖的最典型生物標志化合物特征是含有豐富的來源于陸生高等植物的雙杜松烷或奧利烷等（圖7），珠二坳陷原油、凝析油及瓊東南盆地凝析油生物標志化合物特征與它們具有很好的相似性，因此，該區原油和凝析油主要來源于以陸生高等植物有機質為主的海陸過渡相烴源巖和海相烴源巖。

東海盆地西湖凹陷、珠江口盆地白云凹陷、瓊東南盆地和鶯歌海盆地天然氣主要為煤成氣和凝析油伴生氣（圖8）。葉軍等[16]對西湖凹陷天然氣地球化學特征的研究表明，西湖凹陷天然氣主要來源于平湖組烴源巖。珠江口盆地珠二坳陷、瓊東南盆地和鶯歌海盆地的氣源研究表明，珠二坳陷天然氣主要來源于恩平組烴源巖[13]；瓊東南盆地崖城13－1氣田天然氣主要來源于崖城組烴源巖[15]；鶯歌海盆地天然氣主要來源于梅山組烴源巖[17]。西湖凹陷平湖組、珠二坳陷恩平組和瓊東南盆地崖城組的烴源巖主要為海陸過渡相烴源巖，其有機質主要來源于陸生高等植物；即使鶯歌海盆地梅山組海相烴源巖，其有機質也主要來源于陸生高等植物。這就不難理解為什么外帶天然氣主要為凝析油伴生氣和煤成氣了。

值得關注的是，南海北部深水區雖然屬于中國近海外帶，但與其它外帶盆地相比較，具有2個明顯的特征：一是烴源巖層系多，分布廣；二是大地熱流值高，具有高地溫場特征。

南海北部深水區盆地為非典型被動大陸邊緣盆地，經歷了裂陷早期湖相沉積、裂陷晚期海陸過渡相沉積和拗陷期海相沉積，分別形成了裂陷早期湖相烴源巖、裂陷晚期海陸過渡相烴源巖和拗陷期海相烴源巖，其中主要烴源巖為海陸過渡相烴源巖。南海北部海陸過渡相烴源巖主要指珠二坳陷恩平組烴源巖和瓊東南盆地崖城組烴源巖，恩平組和崖城組孢粉組合以松粉－榆粉組合和淚杉粉－雙溝粉組合為特征，反映氣候較熱且濕潤。在恩平組和崖城組沉積時期，山區發育以淚杉為主的熱帶、亞熱帶山地雨林和山地針葉林，低地和低山有較大范圍的熱帶雨林[18]，為沼澤相煤系烴源巖的發育奠定了很好的物質基礎；湖泊沼澤、海岸平原沼澤、三角洲平原沼澤、河流平原沼澤和扇三角洲沼澤分布較為廣泛。白云西洼PY33－1－1井鉆井揭示濱岸沼澤和河流沼澤相沉積中均有煤層發育[18]；瓊東南盆地鉆井揭示的崖城組煤層累計厚度可達16.84 m，煤系地層中的煤、碳質泥巖和暗色泥巖是重要的氣源巖。白云凹陷恩平組除發育沼澤相煤系烴源巖外，暗色泥巖也很發育。恩平組沉積時期，白云凹陷為珠二坳陷的匯水中心，發育較深的湖相沉積，恩平組泥巖不僅有機質豐度較高（表3），而且有機質組成中含有較高的腐殖無定形體，其含量明顯高于外帶其它盆地或凹陷（表4），其原因在于白云凹陷不僅有機質來源豐富（仍以陸生高等植物為主），而且水體較深的湖相沉積環境具有較強的還原性，有利于高等植物有機質的腐殖化和有機質的保存，為烴源巖形成創造了有利條件。恩平組湖相泥巖大多以Ⅱ2型有機質為主，不僅有很強的生氣能力，而且有較強的生油能力。除煤系烴源巖，珠二坳陷珠海組還發育有機質豐度較高、分布范圍很廣的海相烴源巖，珠海組海相泥巖TOC平均含量達1.16%，有機質類型主要為Ⅱ2型，同樣具有較大的生烴潛力[6]。

另外，南海北部陸坡深水區現今地溫場具有“熱盆”特征，表現為大地熱流高、地溫梯度高。南海北部淺水區大地熱流值平均為66±9.8 m W/m2，深水區大地熱流值平均為77.5±14.8 m W/m2，最大熱流值達121 m W/m2。鉆井揭示，地溫梯度在淺水區為3.66±0.6℃/100 m，在深水區為3.91±0.74℃/100 m。高熱流和高地溫特征不僅加速了該區烴源巖的生烴作用，而且使多套烴源巖以生氣為主，但珠江口盆地珠二坳陷與瓊東南盆地的生烴特征存在差異[6]。高地溫除了促進烴源巖的生烴作用外，同時能夠加速烴源巖中殘留烴的裂解，使烴源巖中富氫有機質最大限度地裂解生成天然氣，提高了烴源巖的生烴效率和生烴能力，對南海北部深水區天然氣的生成具有重要意義。南海北部深水區的白云凹陷目前探明＋控制天然氣地質儲量超過1000×108m3，石油約3000×104m3，瓊東南盆地深水區天然氣勘探已獲得重大突破，展示了良好的油氣勘探前景。

4 結論

（1）中國近海海域可分為鄰近陸地的內帶和遠離陸地的外帶，內帶和外帶烴源巖存在顯著差異，內帶以中—深湖相烴源巖為主，有機質主要來源于水生低等生物，有機質類型主要為Ⅱ1型，主要生油；外帶以海陸過渡相煤系烴源巖和海相烴源巖為主，有機質主要來源于陸生高等植物，有機質類型主要為Ⅱ2型和Ⅲ型，主要生氣。

（2）受烴源巖分帶性的控制，中國近海油和氣的分布具有很強的分帶性，內帶以油為主，而外帶以氣為主。

（3）中國近海內帶的渤海灣盆地（海域部分）、珠一和珠三坳陷及北部灣盆地是中國近海重要的石油產區，而中國近海外帶的東海盆地、珠二坳陷、瓊東南盆地和鶯歌海盆地，尤其是南海北部深水區是天然氣勘探的重要領域。

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Zoned distribution of source rocks and hydrocarbon offshore China

Li Youchuan Deng Yunhua Zhang Gongcheng
（CNOOC Research Institute，Beijing，100027）

There are clear zonations in distribution of source rocks and hydrocarbon offshore China.For the source rocks，this zonation is characterized by inner sapropel and outer humics.The inner zone is predominated by the sapropel type of source rocks deposited in middle－deep lakes，with its organic matter mainly from aquatic organisms and rarely from terrestrial higher plants.The outer zone contains several types of source rocks，such as transitional facies of coal measures，marine facies and lacustrine facies，but the first two types comprise most of the source rocks and their organic matter is mainly humic type from terrestrial higher plants.The zonation in hydrocarbon distribution is characterized by“inner oil and outer gas”，because the sapropel type of source rocks is oil－prone in the inner zone，and the humic type of source rocks is gas－prone in the outer zone.The gas accumulations are predominated by coal－related gas and associated gas with condensate，and limited oil may exist in some basins and depressions.As a part of the outer zone，the deep－water region in the northern South China Sea is an important area for gas exploration.

Offshore China；source rock；hydrocarbon distribution；zonation；the deep－water region in the northern South China Sea

＊國家重點基礎研究發展規劃項目（973）“南海深水盆地油氣資源形成與分布基礎性研究”（2009CB219400）部分研究成果。

李友川，男，高級工程師，1993年獲中國地質大學（北京）碩士學位，現從事油氣地球化學研究工作。地址：北京市東城區東直門外小街6號（郵編：100027）。電話：010－84525325。E－mail：liych＠cnooc.com.cn。

2011－08－15改回日期：2011－09－27

（編輯：周雯雯）