陽江凹陷恩平21洼不同沉積環境烴源巖發育特征及成藏貢獻

熊萬林，龍祖烈，朱俊章，楊興業，石 創，翟普強，杜曉東

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518054）

恩平21 洼位于珠江口盆地珠三坳陷北部陽江凹陷東部，是以古生界沉積巖和淺變質巖為基底發育的新生代含油氣小洼陷［1-2］。陽江凹陷油氣勘探工作始于1979 年，2011 年之前的多輪中外合作勘探，僅發現3 個含油氣構造，未獲得商業發現；2011年轉入自營勘探之后，結合前人的勘探成果以及新采集的三維地震資料，對該凹陷的基礎石油地質條件進行了重新評價。2018 年底鉆探位于恩平20 洼邊部的陽4 井，獲得工業油流，開啟了恩平20 洼油氣勘探的新篇章。至2019 年底，恩平20 洼周邊共獲得2 個中型商業油田和2 個潛在商業油田，實現了陽江凹陷勘探的整體突破［3-5］。然而，其后在緊鄰恩平20 洼的恩平21 洼開展的油氣勘探沒有達到預期效果，2020 年共鉆探9 口井，僅發現了5 個含油構造。

前人對陽江凹陷構造、沉積、烴源巖發育、油氣來源以及成藏模式的研究主要集中在恩平20洼，研究認為陽江凹陷發育優質的中深-深湖相烴源巖，油氣成藏具有“源-斷-圈”耦合近源成藏的特征［3-6］，對于商業發現較少的恩平21 洼，研究程度較低。為此，筆者在烴源巖無機元素分析與有機地球化學分析相結合的基礎上，研究了恩平21洼烴源巖的發育環境、生烴潛力及生物標志化合物特征，分析了已發現油氣的成因來源并統計評估了不同沉積環境烴源巖的成藏貢獻，為該洼陷后續的勘探部署風險評價以及珠江口盆地類似小洼陷的油氣勘探研究提供參考。

1 區域地質概況

陽江凹陷為珠江口盆地珠三坳陷北東端NE—SW 走向的長條狀二級構造單元，北部毗鄰陽春凸起、海南隆起，西南部以陽江低凸起與文昌A 洼分隔，東側為恩平凹陷，面積約為2 300 km2。按構造特征可劃分為“兩凹一凸起”3 個次級構造單元，自西向東依次為陽江西凹、陽江中低凸起、陽江東凹。其中，陽江東凹自西向東依次發育陽江24 洼、恩平19 洼、恩平20 洼及恩平21 洼4 個洼陷［3-6］（圖1），洼陷面積分別為337，88，74 及255 km2，單個洼陷規模較小。

圖1 陽江凹陷構造單元劃分Fig.1 Division of structural units in Yangjiang Sag

陽江凹陷與珠江口盆地東部其他凹陷具有相似的構造、沉積演化特征，表現為“下斷上拗”、“下陸上海”的雙層構造沉積特征［3-4，7］。其中下部斷陷結構包括始新統文昌組和恩平組，屬于陸相沉積體系，受湖盆控洼斷裂“東早西晚”演化特征所控制，文昌組僅在陽江東凹發育；上部拗陷結構包括漸新統珠海組，中新統珠江組、韓江組和粵海組，上新統萬山組和第四系，屬于海相沉積體系。文昌組是主要的烴源巖層系，自下而上發育文三段、文二段和文一段；韓江組和珠江組的三角洲砂巖儲集體是區域內主要的儲層段，珠江組和韓江組海相三角洲泥巖是主要的區域蓋層。

2 實驗器材與方法

2.1 實驗器材

實驗儀器包括德國飛馳公司生產的PULVERI?SETTE6 行星式球狀研磨儀，荷蘭帕納科公司生產的Axios MAX X 射線熒光光譜儀（偏差小于0.05%）和ELEMENT XR等離子體質譜儀（偏差小于0.1%），法國萬琪公司生產的ROCK-EVAL6巖石熱解儀，美國力可公司生產的CS230碳硫分析儀以及安捷倫公司生產的Agilent7890 A 氣相色譜儀、6890 N 和5973 C色譜-質譜儀。

實驗樣品包括泥巖、砂巖及原油樣品3種類型。由于研究區恩3 井和恩4 井分別鉆遇文昌組400 和200 m厚灰黑色泥巖，本次實驗采集20個巖屑樣品。原油樣品源自研究區恩4、陽6 和陽7 井，共5 件樣品。砂巖儲層井壁取心樣品來源于恩2、恩3 和恩5井，共采集20件樣品。

2.2 實驗方法

對泥巖巖屑樣品進行了室內挑樣及碎樣，其后采用X射線熒光光譜儀和等離子體質譜儀進行無機元素分析。采用熱解儀和碳硫分析儀進行烴源巖巖石熱解和碳硫分析；采用索氏抽提法獲取泥巖及砂巖儲層井壁取心樣品的氯仿瀝青“A”，采用柱色層法把氯仿瀝青“A”及原油樣品分離為飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質；飽和烴色譜分析使用色譜柱為HP-5石英彈性毛細柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），升溫步驟包括：柱始溫度為50 ℃，升溫速率為4 ℃/min，柱終溫度為300 ℃，恒溫16 min。飽和烴色譜-質譜分析使用色譜柱為HP-5MS 石英彈性毛細柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），升溫步驟包括：50 ℃恒溫2 min，從50 ℃至100 ℃的升溫速率為15 ℃/min，100 ℃至300 ℃的升溫速率為4 ℃/min，300 ℃恒溫20 min。巖石和原油樣品分析測試均在長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室完成。

3 烴源巖發育特征

3.1 沉積環境

巖石中的元素在巖石風化、搬運和沉積過程中受外部環境的影響，會發生規律性的分散和富集，使得元素的含量或不同元素間的比值出現規律性變化。利用沉積巖中元素含量或比值來表征古沉積環境變化，恢復古水深、古氧相、古氣候、古鹽度等環境指標已在油氣勘探領域廣泛應用［8-9］。

根據20 個泥巖樣品的常量和微量元素測試化驗結果，分析恩平21洼文昌組古氣候、古水深、古鹽度和古氧相等環境指標的結果（表1）表明，文昌組沉積時期恩平21 洼氣候濕熱，湖盆水體較深、鹽度較低，為整體處于亞還原環境的淡水湖盆。這樣的古氣候及湖盆的水體條件有利于優質烴源巖的發育［10-13］。

表1 恩平21洼文昌組古環境指標分析結果Table1 Analysis of paleoenvironmental indices of Wenchang Formation in Enping 21 Subsag

3.2 生烴潛力

巖石熱解參數被廣泛用于烴源巖生烴潛力評價，文昌組烴源巖樣品的熱解分析表明，恩4井烴源巖現今的有機碳含量及熱解生烴潛量均高于恩3井（圖2a）。恩3 井烴源巖有機碳含量為1.85%～3.66%，平均值為2.50%，恩4 井烴源巖有機碳含量為2.17%～6.00%，平均值為3.09%。盡管2口井文昌組烴源巖有機質的氫指數（HI）差異明顯，恩4 井平均值為543 mg/g，恩3 井平均值為224.5 mg/g，但兩者的有機質類型基本一致，均為Ⅱ1和Ⅰ型（圖2b）。處于緩坡帶的恩4 井樣品深度為2 870～3 180 m，對應的鏡質組反射率（Ro）為0.62%～0.71%，剛進入成熟生烴期。處于陡坡帶的恩3 井樣品深度為3 275～3 900 m，對應的Ro值為0.73%～1.15%，正處于生烴高峰期。2 口井鉆遇文昌組烴源巖的有機質成熟度差異明顯，除初始有機質豐度有差異外，成熟度差異也是導致兩者現今有機質豐度差異的重要原因。分析認為，恩平21洼文昌組烴源巖具有較好的生烴潛力，有機質豐度為好-優質烴源巖［14-15］。

圖2 恩平21洼文昌組泥巖生烴潛力評價Fig.2 Evaluation of hydrocarbon generation potential for mudstone of Wenchang Formation in Enping 21 Subsag

3.3 生物標志化合物特征

烴源巖生物標志化合物的分布與組成特征是研究其有機質類型、演化并進行油源關系研究的重要參數，不同沉積環境、不同母質類型烴源巖的生物標志化合物特征往往差異明顯。

位于陡坡帶的恩3井文昌組烴源巖生物標志化合物組合具有“五高”特征（圖3a，圖3b）：高C304-甲基甾烷、高Ts、高奧利烷、高重排藿烷及高樹脂化合物T，Ts/Tm 值為1.82～2.87，T/藿烷值為2.14～4.83。位于緩坡帶的恩4井文昌組烴源巖生物標志化合物組合具有“一高四低”特征（圖3c，圖3d）：高C304-甲基甾烷、低Ts、低奧利烷、低重排藿烷及低樹脂化合物T，Ts/Tm 值為0.57～1.23，T/藿烷值為0.09～0.16，與恩3井鉆遇烴源巖差異明顯。

分析認為，恩3 井鉆遇烴源巖沉積于亞還原環境，有機質來源具有較高的水生藻類和陸源高等植物的雙重貢獻，為淺湖-半深湖相烴源巖。恩4井鉆遇烴源巖也沉積于亞還原環境，但有機質貢獻以水生藻類為主，為半深湖-深湖相烴源巖。

4 原油類型劃分及成藏貢獻分析

4.1 原油類型劃分及油源分析

前人針對珠一坳陷原油成因來源做過大量的工作［16-19］，認為樹脂化合物是一類特征非常明顯的高等植物樹脂輸入的標志化合物，代表陸源高等植物貢獻［20-21］，Ts/Tm 參數對黏土催化劑反應很靈敏，該參數受烴源巖沉積環境影響較為明顯。恩平21洼原油及烴源巖的生物標志化合物特征對比分析結果表明，樹脂化合物T 含量以及Ts/Tm 的相對含量是研究區油-源對比有效的地球化學指標，依據這2 個參數，將恩平21 洼原油劃分為2 種類型（圖4）。第1 類原油密度為0.80 g/cm3（以陽6 井和陽7井為代表），生物標志化合物組合具有“五高”特征（圖3e，圖4）：高C304-甲基甾烷、高Ts、高奧利烷、高重排藿烷及高樹脂化合物T，Ts/Tm 值為1.85～3.27，T/藿烷值為2.71～7.26，與恩3井揭示的文昌組淺湖-半深湖相烴源巖生物標志化合物組合特征一致，據此判斷該類原油來源于恩平21洼文昌組淺湖-半深湖相烴源巖。第2 類原油密度為0.87 g/cm3（以恩4井為代表），生物標志化合物組合具有“一高四低”特征（圖3f，圖4）：高C304-甲基甾烷、低Ts、低奧利烷、低重排藿烷及低樹脂化合物T，Ts/Tm 值為0.59～1.38，T/藿烷值為0.08～1.05，與恩4 井揭示的文昌組半深湖-深湖相烴源巖生物標志化合物組合特征一致，據此判斷該類原油來源于恩平21洼文昌組半深湖-深湖相烴源巖。

圖3 恩平21洼典型烴源巖及原油生物標志化合物特征Fig.3 Typical biomarker characteristics of crude oil and source rock in Enping 21 Subsag

圖4 恩平21洼典型原油及烴源巖生物標志化合物參數特征Fig.4 Typical biomarker parameters of crude oil and source rock in Enping 21 Subsag

4.2 不同類型原油分布特征

不同沉積期發育的烴源巖隨著盆地構造演化不斷遷移，并在沉積深埋過程中持續生烴，因不同烴源巖段在生烴期的油氣運移成藏條件存在差異，使得所生成油氣有序賦存在盆地的不同構造部位，不同來源油氣的空間分布特征是油氣宏觀運移成藏條件的綜合響應結果。

恩平21 洼不同類型的原油分布受各次級洼陷烴源巖發育特征控制作用明顯。中-東次洼南部陡坡帶珠江組儲層中的原油主要來自于半深湖-深湖相烴源巖，恩平組-文昌組儲層中原油主要來源于淺湖-半深湖相烴源巖；緩坡帶的油藏無論是淺層珠江組還是深層文昌組均主要來源于淺湖-半深湖相烴源巖。西次洼洼陷中心的陽7和邊緣緩坡帶陽6 兩個油田不論是淺層的珠江組還是深層的恩平組均主要來源于淺湖-半深湖相烴源巖。

洼陷周邊油藏原油分布特征表明，恩平21洼的西次洼主體發育淺湖-半深湖相烴源巖，而中-東次洼靠近陡坡帶一側發育半深湖-深湖相和淺湖-半深湖相2類烴源巖，靠近緩坡帶一側發育半深湖-深湖相烴源巖。

4.3 不同類型原油成藏貢獻分析

恩平21洼已發現油藏原油多以單一來源為主，對各油層不同來源原油儲量的統計表明，半深湖-深湖相來源原油的貢獻比例為15%，淺湖-半深湖相原油貢獻比例為85%。在已獲得商業發現的恩平20 洼，原油類型與恩平21 洼類似，其中淺湖-半深湖相來源原油占已發現儲量的30%。

文昌組半深湖-深湖相優質烴源巖的成藏貢獻得到了廣泛認可，而對于淺湖-半深湖相烴源巖的成藏貢獻并未得到重視，這制約了低勘探程度淺-小洼陷的勘探進程。恩平21 洼鉆井揭示的烴源巖特征以及周邊油藏儲量來源構成表明，淺湖-半深湖相烴源巖同樣具有較強的供烴能力。在珠江口盆地“下斷上拗、先陸后海”構造沉積演化背景下，對上部的海相儲層，油氣充注需要有效的油源斷裂溝通油源，對近源的陸相儲層，油氣充注需要有利的儲集條件，因此制約商業性發現的關鍵因素在于通源斷裂的發育程度以及深部儲層的物性特征，發育淺湖-半深湖相烴源巖的淺-小洼陷，也具有較好的油氣資源潛力。

5 結論

文昌組沉積時期恩平21 洼為亞還原環境的淡水湖盆，湖水水體較深，氣候濕熱，為盆內優質烴源巖發育提供了必要的物質基礎和良好的保存條件，鉆井所揭示的半深湖-深湖相和淺湖-半深湖相2種不同沉積環境的烴源巖，均具有較好的生烴潛力。文昌組淺湖-半深湖相烴源巖及其所生成原油的生物標志化合物具有高C304-甲基甾烷、高Ts、高奧利烷、高重排藿烷及高樹脂化合物T的組合特征，半深湖-深湖相烴源巖則具有高C304-甲基甾烷、低Ts、低奧利烷、低重排藿烷及低樹脂化合物T的組合特征。恩平21洼周邊所發現的石油地質儲量中，源于半深湖-深湖相烴源巖的占比為15%，源于淺湖-半深湖相烴源巖的占比為85%，淺湖-半深湖相烴源巖同樣具有較強的供烴能力，充注條件有利的情況下，發育淺湖-半深湖相烴源巖的淺-小洼陷，也具有較好的油氣資源潛力。