西湖凹陷南部始新統烴源巖有機質碳同位素組成特征

萬延周，陳春峰，陳文俠，徐東浩，張伯成，歐 戈.

(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

近年來，東海盆地西湖凹陷在平湖組、花港組獲得巨大油氣成果，隨著勘探開發程度的加深，西湖凹陷始新統平湖組和寶石組的研究也日益深化。始新統的研究，特別是始新統烴源巖的研究，將對西湖凹陷的油氣勘探具有重要的現實意義。

前人通過對沉積、構造以及油氣潛力等方面的研究[1～16]，取得不少關于始新統烴源巖的認識。在平湖組沉積環境研究方面，爭議不大，普遍認為系海陸過渡沉積環境，但由于研究方向和研究區域不同，沉積微相一直存在分歧[6～16]，存在主要發育河流相、辮狀河三角洲相、扇三角洲、潮坪相等不同看法。在寶石組沉積環境研究方面，存在半深水海灣沉積環境、近海湖泊沉積環境和陸相沉積環境以及局限淺海沉積環境等不同看法[1、6～9]。

由于研究區勘探程度較低，資料較少，僅有一口鉆井鉆遇始新統寶石組，因而,始新統烴源巖的研究受到一定的制約。本次通過對西湖凹陷南部始新統寶石組和平湖組烴源巖有機質碳同位素組成特征進行分析，并結合相關資料[1～16]，對研究區始新統沉積環境和生源母質進行探索。

1 區域地質背景

東海盆地西湖凹陷位于東海陸架盆地的東北部，面積約5.2×104km2，總體呈北東向展布[1～16]。研究區位于東海盆地西湖凹陷南部，西、南、東分別與漁山東低隆起、釣北凹陷、釣魚島隆褶帶相鄰(圖1)。

圖1 研究區位置示意圖

研究區發育始新統(寶石組、平湖組)、上漸新統(花港組)、中新統(龍井組、玉泉組、柳浪組)、上新統(三潭組)及第四系東海群地層，經歷了雁蕩運動、甌江運動、平湖運動、玉泉運動、花港運動、龍井運動等多期構造運動。

研究區經歷了海相地層—陸相地層—海相地層沉積的變遷[1～16]，形成了垂向上不同的巖性組合，其中，始新統發育寶石組和平湖組。寶石組頂部發育大套灰色泥巖，下部發育泥巖、泥質粉砂巖、細砂巖，層厚度300～2000米。平湖組自上而下分為平湖組二段～五段，缺失平湖組一段。其中，平湖組五段灰—深灰色泥巖夾薄層細砂巖、粉砂巖，頂部常見高伽瑪泥巖。平湖組四段灰—深灰色泥巖夾薄層細砂巖、粉砂質泥巖。平湖組三段灰質粉砂巖，泥質粉砂巖與灰質粗砂巖，泥巖互層。平湖組二段灰—深灰色泥巖與粉砂巖，細砂巖不等厚互層，含灰質。平湖組地層厚度600～5000米，橫向變化明顯。

2 碳同位素組成變化

烴源巖有機質碳同位素組成主要繼承于生源母質，受成巖作用影響較小。因此,有機質碳同位素組成特征常被用來劃分烴源巖有機質類型和對比油氣來源，還原古環境以及區分海相、陸相有機質生源母質[15～26]。前人已在烴源巖有機質碳同位素組成的地球化學應用方面進行不少探索工作。依據碳同位素組成來區分沉積環境和區分烴源巖有機質生源母質[17]；利用烴源巖有機質碳同位素來判斷烴源巖的有機質類型[19]；利用碳同位素分布特征來探索烴源巖與沉積環境關系[27]；利用同位素組成異常來分析烴源巖有機質的物質來源[28]；利用碳同位素值來劃分海相烴源巖的有機相[29]。本次研究在東海盆地西湖凹陷南部較為系統地采集了始新統烴源巖樣品，進行有機質碳同位素組分分析，探索平湖組和寶石組烴源巖有機質來源及沉積環境。

前人研究發現[17～38]，烴源巖有機質在地質演化史中，受熱力作用和沉積作用以及生物作用的共同影響，碳同位素可能發生一定的分餾作用。一般來說，隨著烴源巖有機質中飽和烴、芳烴和非烴以及瀝青質組分極性的改變，碳同位素δ13C值也存在一定的改變，大多呈δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質的特征。前人[31～34]分析認為，不同類型的生物具有不同的化學組成，其碳同位素組成也存在差異。若生源母質為混源，常常會造成烴源巖有機質δ13C值增大，使得其極性較小的組分具有相對較重的碳同位素組成。一般來說等低生物生源母質的有機質中δ13C平均值低于高等植物生源母質。當烴源巖中有陸源高等植物的生源母質輸入，有機質的碳同位素組分出現逆轉現象,且一般以芳烴組分的碳同位素組分逆轉為主。

2.1 平湖組碳同位素特征

研究區平湖組烴源巖δ13C飽和烴值的分布范圍為-29.58‰～-28.66‰(表1)，平均為-29.16‰；δ13C芳烴值的分布范圍為-28.17‰～-26.32‰，平均為-27.02‰；δ13C非烴值的分布范圍為-28.18‰～-26.34‰，平均為-27.27‰；δ13C瀝青質值的分布范圍為-27.75‰～-26.05‰，平均為-26.70‰(圖2)。研究區平湖組烴源巖有機質的碳同位素組成顯示，其整體呈δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質的分布特征，且碳同位素值偏重，整體大于-28‰。其中，飽和烴碳同位素值較低，其他組分碳同位素值整體較高，反映出高等植物對研究區平湖組有機質貢獻較大。通過研究區烴源巖有機質碳同位素組分分析，部分樣品呈δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質和δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質<δ13C芳烴以及δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質<δ13C非烴特征，不符合一般分布規律，出現“逆轉”現象。借鑒前人研究[17～38]，研究區平湖組烴源巖有機質的碳同位素逆轉與沉積環境及有機質來源有關，整體繼承了生源母質碳同位素的組成特征，反映了其有機質生源母質的沉積環境。

表1 西湖凹陷南部始新統烴源巖有機質碳同位素值統計表

圖2 西湖凹陷南部平湖組烴源巖有機質碳同位素特征

2.2 寶石組碳同位素特征

研究區寶石組烴源巖δ13C飽和烴值的分布范圍為-30.87‰～-28.5‰(表1)，平均為-29.16‰； δ13C芳烴值的分布范圍為-28.88‰～-26.05‰，平均為-27.7‰；δ13C非烴值的分布范圍為-28.53‰～-26.7‰，平均為-27.58‰；δ13C瀝青質值的分布范圍為-28.08‰～-26.38‰，平均為-27.01‰(圖3)。從碳同位素組成特征來看，研究區寶石組烴源巖有機質的碳同位素組成整體呈δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質的分布特征。除了飽和烴碳同位素值較低外，其他組分碳同位素值整體較高，反映出研究區寶石組也存在以高等植物為生源母質的現象。同平湖組相似，寶石組部分樣品也呈δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質<δ13C芳烴和δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質特征，碳同位素組分也出現“逆轉”現象，也不符合一般規律。通過碳同位素組成特征分析，認為西湖凹陷寶石組烴源巖有機質可能來自陸相生源母質和海相生源母質。

圖3 西湖凹陷南部寶石組烴源巖有機質碳同位素特征

3 烴源巖有機質來源及沉積環境分析

前人根據漸新世前后海、陸相烴源巖有機質碳同位素的特征[17，22～23]，研究認為：漸新世之前，陸相烴源巖有機質碳同位素組成比同層海相烴源巖有機質同位素組成重；漸新世之后，海相烴源巖有機質同位素組成比同層陸相烴源巖有機質碳同位素組成重。

一般認為[31～38]，沉積巖中有機質碳同位素組成主要受控于其生源母質。海洋低等生物形成的有機質碳同位素組成較輕，一般小于-28‰，而陸源高等植物的有機質碳同位素組成較重。

Sofer和朱揚明根據大量實驗數據[17，23]，利用飽和烴和芳烴組分的碳同位素歸納出經驗公式δ13C芳烴=1.14δ13C飽和烴+5.46 來作為海、陸相生源母質界限。同時定義烴源巖有機質碳CV值(CV=-2.53δ13C飽和烴+2.22δ13C芳烴%-11.65)，并認為CV值小于0.47表征海相烴源巖有機質，CV值大于0.47表征陸相烴源巖有機質。在實際應用中，使用烴源巖機質碳CV值來識別海、陸相烴源巖中有機質，對識別樣品的沉積環境有一定參考意義[17，22-23]。

圖4 西湖凹陷南部始新統烴源巖飽和烴和芳烴組成分布圖

長期以來,西湖凹陷平湖組系海陸過渡的沉積環境爭議不大。但由于研究的側重點不同，平湖組的沉積微相存在一定的分歧[6～16]。有專家認為平湖一段到四段為半封閉—封閉的海灣環境，河流—海相三角洲沉積體系以及海灣沉積體系占主體；平湖組五段為被動大陸邊緣的開放海環境，發育河流—海相三角洲沉積體系、海洋沉積體系[10]。有專家認為發育受潮汐作用影響的三角洲相、潮坪相及局限淺海相等沉積相[11]。有專家認為主要為海灣沉積環境，沉積相類型主要為扇三角洲、辮狀三角洲相、三角洲相、潮坪相、淺海相沉積[12]。有專家認為平湖組下段為海灣淺水一濱岸一濱岸沖積平原相沉積，平湖組中段為潮坪一三角洲相沉積，平湖組上段為三角洲相沉積[13]。有專家認為主要發育海陸過渡相沉積[14～15]。有專家認為發育海灣、半封閉海灣澙湖、潮坪沼澤及三角洲沉積體系[16]。研究區始新統平湖組的有機質碳CV值變化在-0.84～3.48之間，平均值達2.16，普遍高于0.47，整體較高，表明研究區始新統平湖組樣品有機質既有陸相有機質特征，也有海相有機質特征，并以陸相有機質來源為主，體現了研究區始新統平湖組海陸過渡的沉積環境，并以陸相沉積為主的特征。

目前，研究區寶石組的沉積環境尚存爭議[6～9]，有專家認為主要發育近海湖泊相[7]，也有專家認為主要發育陸相沉積[8]，還有專家認為發育淺海沉積[9]，研究區始新統寶石組樣品的有機質碳CV值變化在-2.09～3.81之間，平均值達0.62，接近界限值0.47，表明研究區始新統寶石組樣品既有陸相有機質特征，也有海相有機質特征，海相、陸相有機質皆發育，佐證了始新統寶石既有海相沉積環境特征又存在陸相沉積環境特征。

研究區始新統寶石組到平湖組的有機質碳CV值存在增大的趨勢，樣品生源母質既有海相有機質特征，又有陸相有機質特征，但陸相有機質的比重逐漸增大。推測研究區始新統整體的沉積環境是由海陸相沉積向陸相沉積過度。

4 結論

(1)研究區始新世統寶石組、平湖組烴源巖有機質組成中，除飽和烴碳同位素均值相近外，芳烴、非烴、瀝青質碳同位素值皆增長3‰以上，整體皆呈明顯變大趨勢，其生源母質主要受海陸相沉積向以陸相沉積為主的演化過程影響。

(2)研究區始新統平湖組和寶石組烴源巖有機質碳同位素組分出現δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質<δ13C芳烴和δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質的“逆轉”現象，烴源巖有機質碳CV值變化在-2.09～3.81之間,皆有陸相、海相有機質特征，其生源母質存在海相陸相混源的特點。