珠江口盆地東部油氣聚集系數求取

朱俊章，朱明，石創，黃玉平，楊嬌，魏啟任

中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518054

油氣資源是戰略性能源資源，直接關系國計民生、社會穩定和國家安全[1，2]。中國近海海域是我國重要的能源基地和未來油氣儲量和產量主要增長區[3，4]。系統開展中國近海資源動態評價，加深對不同地質、地理條件下油氣成藏及資源分布規律的認識，擴寬評價領域，摸清總體資源潛力，對油氣勘探規劃制定和勘探部署決策都有著非常重要的現實意義。

油氣運聚系數是盆地模擬成因法計算油氣資源量的一個關鍵參數，直接影響資源量計算結果。油氣地質資源量的計算和評價包括生油氣量、排油氣量、排油氣系數、油氣聚集系數和油氣運聚系數的求取[5]。排油氣系數為排油氣量與生油氣量之比，油氣聚集系數為油氣聚集量與排油氣量之比，油氣運聚系數為排油氣系數與油氣聚集系數之積。油氣運聚系數可以通過統計分析確定，也可以通過刻度區解剖，建立油氣運聚系數與其他地質要素的擬合方程確定。我國近年來完成的油氣資源評價也普遍采用了油氣運聚系數法求取地質資源量。

全國新一輪資源評價中，柳廣第等[6]統計了松遼、渤海灣、鄂爾多斯、塔里木、準噶爾、吐哈等盆地中勘探程度高、地質認識程度高、資源探明程度高的運聚單元的油氣運聚系數，其中新生代油氣聚集系數主體為9%～11%，不同地區、不同演化程度有所差異，最小值也大于5%。油氣聚集系數主要考慮烴源灶發育類型、時代、構造發育特征、規模、所處位置、輸導體類型特征、保存條件等進行選取。根據不同地區、不同盆地的具體情況，油氣聚集系數分為四類，一類運聚區、二類運聚區、三類運聚區、四類運聚區的油氣聚集系數分別為小于等于15%大于10%、小于等于10%大于8%、小于等于8%大于5%、小于等于5%[6]。

油氣聚集系數的確定方法有2種，一種是刻度區解剖法，即通過刻度區解剖確定影響油氣聚集系數的主要地質要素及其與油氣聚集系數的相關關系。研究表明，烴源巖的年齡、成熟度、上覆地層區域不整合的個數和運聚單元的圈閉面積系數等地質因素與油氣聚集系數間存在相關關系。依此可以建立主要地質因素與油氣聚集系數之間的統計模型，獲取評價區油氣聚集系數的取值標準與應用條件。另一種方法是成藏分析法，即依據刻度區提供的大量油氣聚集系數、盆地類型和影響油氣聚集系數的主要地質因素，分類建立油氣聚集系數取值標準與應用條件。

由于含油氣盆地中烴源巖排油氣量與排油氣系數難于計算，傳統資源評價采用刻度區解剖法、成藏分析法等來求取油氣運聚系數，以代替排油氣系數和油氣聚集系數的計算，取得了較好的油氣資源評價效果。由于在盆地的形成、沉積、沉降和演化過程中，烴源巖生成的石油一部分經過初次運移排出烴源巖，但仍有一定量石油吸附在烴源巖中，隨著埋深、地溫和成熟度增加，吸附在烴源巖中的石油有一部分裂解成天然氣。因此，用生油量和油氣聚集系數求取石油地質資源量在算法上存在一定問題，不能指導大型油型盆地深層天然氣資源的不斷發現，如渤海灣和珠江口油型盆地富油區深層大、中型凝析油氣田，因此該評價方法有待進一步完善。

隨著烴源巖排烴模擬試驗和排烴地質研究的不斷深入，以及盆地模擬和資源評價軟件、方法和技術的不斷進步，烴源巖排油氣模型和計算方法日益完善和可靠，需采用油氣聚集系數方法來開展油氣資源評價，重構含油氣盆地烴源巖生烴和排烴史，使評價結果能更客觀、更有效地指導油氣勘探規劃和部署。

目前，珠江口盆地油氣勘探程度差異大，有成熟區、低成熟區和未勘探區。其中，成熟油區油田或油藏發現數量比較多，且可以用統計法進行石油地質資源量預測，能夠比較清楚地反映烴源巖的生排油歷史，油源比較清楚；低成熟油區油田或油藏發現數量少，不能用統計法進行石油地質資源量預測。

以往珠江口盆地油氣資源評價主要采用油氣運聚系數法，取得了良好的效果。根據其他盆地運聚單元類型、烴源巖類型、關鍵時刻、烴源巖成熟度、圈閉發育程度、保存條件等石油地質條件進行類比，確定珠江口盆地不同地區油氣運聚系數，其中油氣聚集系數主體為8%～10%。下面，筆者采用了一種新的方法求取珠江口盆地東部油氣聚集系數，開展石油資源評價：首先，開展成熟油區優選；其次，在成熟油區采用盆地模擬成因法計算烴源巖排油量及其概率分布，采用油田規模序列法計算石油地質資源量及其概率分布，采用Oracle抽樣模擬風險分析軟件求取成熟油區不同概率分布下的油氣聚集系數；最后，借用鄰區地質條件相似的成熟油區的油氣聚集系數作為低成熟油區和未勘探區油氣聚集系數。該評價方法和結果也適用于運聚單元類型為古近紀和新近紀斷陷緩坡構造型、烴源巖類型為新生代、關鍵時刻為古近紀和新近紀、烴源巖成熟度為成熟-高成熟、圈閉發育程度較高、保存條件較好的其他盆地。

1 區域地質背景

珠江口盆地位于中國南海北部，東部和西部分別以臺灣、海南兩島為邊界，面積約為 26.7×104km2，東部海域面積約22.5×104km2，是中國近海最大的含油氣盆地之一[7]。珠江口盆地以NE向斷裂體系為主控，與 NWW向斷裂共同控制了盆地的隆凹格局，具有南北分帶、東西分塊的構造格局，主要劃分為“三隆夾兩坳”5個構造單元：北部隆起帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶(見圖1)。

圖1 珠江口盆地構造單元劃分圖Fig.1 Division of tectonic units of Pearl River Mouth Basin

珠江口盆地受到印度板塊、歐亞板塊的擠壓碰撞，以及太平洋板塊的俯沖擠壓，具有獨特的構造應力環境和復雜的構造演化歷史。在不同地質時期，盆地處于不同的大陸邊緣。珠江口盆地是新生代被動大陸邊緣裂谷盆地，與中國近海其他的裂谷盆地發育相似，具有下斷上坳的雙層結構。盆地主要發育在中生代褶皺基底之上，從古近紀始新統到第四紀期間，地層發育完全。珠江口盆地發育中生界與新生界地層，目前主要的勘探目的層系和油氣田產層都是新生代大陸邊緣型盆地充填序列[8]。由于盆地在形成過程中經歷了多期區域構造運動，形成了盆地下斷上坳、下陸上海等特征，因此將盆地分為上下2個構造層，即古近系和新近系。盆地自下而上依次為古新統神狐組，始新統文昌組和恩平組，漸新統珠海組，中新統珠江組、韓江組、粵海組，上新統的萬山組和第四系。

受南海構造變遷、氣候、物源供給、古地理和海平面變化等多種因素的控制，珠江口盆地新生代以來經歷了裂谷斷陷、斷坳、熱沉降凹陷、斷塊升降等4個構造演化階段(見圖2)，相應的發育了文昌組-恩平組的陸相湖泊-河流沉積，以及珠海組-珠江組-韓江組等海相碎屑巖以及碳酸鹽巖沉積組合；沉積環境也自老到新發育陸相斷陷沉積-陸相斷坳沉積-海陸過渡-淺海陸架+深水陸坡，形成由粗到細的沉積層序組合[9,10]。

圖2 珠江口盆地構造運動事件圖Fig.2 Tectonic events in Pearl River Mouth Basin

文昌組沉積時期，沉積明顯受到斷裂作用的控制，珠江口盆地被多組正向和反向斷裂分割成多個半地塹，從而形成若干洼陷，珠一坳陷主要為北東東走向斷裂控制的一系列半地塹，南斷北超現象明顯。根據已有鉆井認識，珠一坳陷在此時期主要為分隔、獨立的小半地塹組成的湖泊，由于發育湖盆拉張期最深的中-深湖相，因而形成了盆地內最好的烴源巖[11,12]。

2 成熟油區選擇與成熟油區石油地質資源量求取

選取珠江口盆地東部A、B、C、D、E等5個成熟油區(見圖3)。這5個成熟油區中三維地震覆蓋程度較高，60%～100%；二維地震較密，測線間距為1km×0.5km、1km×1km、1km×2km、3km×4km等；預探井和評價井密度較大，0.4～1.28口/100km2；油氣田和含油構造個數較多，11～47個；原油探明+控制儲量較多，(1～7)×108m3。

圖3 珠江口盆地東部成熟油區分布圖Fig.3 Distribution map of mature oil areas in eastern Pearl River Mouth Basin

結合區域勘探現狀，采用油藏規模序列法來計算成熟油區石油地質資源量，采用正態分布算法求取概率分布。

2.1 油藏規模序列法原理

油藏規模序列法是根據油藏序號同油藏規模之間的關系來計算石油地質資源量及其分布的一種統計學方法[13]。眾多國內外研究實例表明，當一個含油單元發現了一系列油藏后，以油藏規模為縱坐標，以油藏規模序號為橫坐標，在雙對數坐標紙上作圖，可以得到一條直線，即油藏規模序列服從Patero定律[14,15]。根據這一規律，可以在探區早期或中期勘探階段，由已發現油藏的儲量預測尚未發現的油藏資源量及石油地質資源量。

將一組離散型隨機變量由大到小進行排列后，如果滿足式(1):

(1)

則稱這組離散型隨機變量服從Patero定律。式中：qm為序號為m的隨機變量；qn為序號為n的隨機變量；k為實數；m,n∈Z+，且n≠m。

將式(1)兩邊取對數，變形得到：

(2)

Pareto定律適用于一個完整、獨立的石油體系，該體系內的石油生成、運移、聚集以及以后演化都是在體系內進行的，與外界沒有聯系；且評價單元中至少已有3個以上被發現的油田(藏)。對于勘探程度較高的地區而言，一般假定，評價區最大油田(藏)(或前幾個最大油田(藏))已經發現，則式(1)可表述為：

(3)

式中：Qmax為評價區最大油田(藏)儲量；Qj為序列j的隨機變量的數值，表示第j個油田(藏)的儲量。式(2)即為油田(藏)規模序列遞推公式。

由該式遞推出的儲量累加可得區域石油地質資源量Q：

(4)

式中：p為最小油田(藏)規模序列號。

2.2 評價參數選取

2.2.1k值確定

根據已經發現的油田儲量序列推算出油田規模序列的k值，分別采用迭代法和擬合法求取。

1)迭代法：對已知樣本按照規模大小進行排序(升序)，給定k值范圍取kmin=35°(角度)，kmax=65°，按照公式：k=k+step，其中，step=1°，進行迭代求值。

2)擬合法：對于勘探程相對較高的地區而言，一般假定，評價區最大油田(或前幾個最大油田)已經發現。第1,2,3,…,分別對應于油田儲量由大到小的排列，根據前幾個序號油田的儲量求出評價區油田規模序列的k值和規模序列。

2.2.2 最小經濟油藏規模確定

最小經濟油藏規模是油藏規模序列法預測中的重要參數之一，受開發設施、地質油藏條件、儲量豐度等多種因素的影響[16]。一般根據區域實際，給出經驗值。結合成熟區商業性油田的開發動用狀況確定最小經濟油藏規模，成熟油區A、B、C、D、E分別選取30×104、20×104、20×104、20×104、30×104t作為該區最小經濟油藏規模，具體闡述如下：

成熟油區A為開發較晚的區塊，該區域部分油田開發井已實施完畢，目前正處于開發調整階段，已開發油藏規模多數在30×104t以上；剩余部分新發現的油田正在實施建設階段。綜合考慮選取30×104t作為該區最小經濟油藏規模。

成熟油區C是南海東部開發較早的區塊，該區域各油田均已經歷較長時間的開發，井網較為完善，已開發油藏中20×104t以下的油藏占比較小。該區新發現、未開發的油藏數量少。因此，選取20×104t作為該區最小經濟油藏規模。

成熟油區B和成熟油區D投入開發較早，整體油藏條件及開發狀況與成熟油區C有一定相似性，選取與成熟油區C相同的最小經濟油藏規模20×104t。

成熟油區E為開發最晚的區域，以輕質油田發現為主，也有個別小型凝析氣田發現，已發現11個油田及含油構造，選取最小經濟油藏規模30×104t。

2.3 評價結果

采用油藏規模序列法計算成熟油區石油地質資源量，采用正態分布算法求取概率分布，評價結果見表1。表1中，P5、P50、P95等是指的計算結果的概率分布，分別對應概率為5%、50%、95%時的計算結果，數字越大計算結果準確性越高，Pmean是指概率均值，對應計算概率均值下的結果。下同。

表1 珠江口盆地東部5個成熟油區石油地質資源量預測結果

3 成熟油區烴源巖排油量求取

采用盆地模擬成因法計算烴源巖排烴量，而烴源巖厚度、有機質豐度、有機質類型、成熟度和生烴動力學模型等是成因法計算生、排烴量的重要參數[17]。

3.1 烴源巖有機質豐度

烴源巖有機質豐度是衡量源巖優劣的直接標志，烴源巖有機質豐度與沉積環境、母源輸入及生源構成密切相關[18,19]，有機碳含量(TOC，%)是有機質豐度的主要指標。珠江口盆地珠一坳陷含油氣系統為南海東部油田主力原油生產區，發育文昌組及恩平組烴源巖，其中，文昌組中深湖亞相烴源巖為優質烴源巖(TOC>2%)，有機質豐度和生烴潛力(S1+S2)為好-很好，濱淺湖亞相烴源巖為中等；恩平組淺湖-三角洲相烴源巖為油氣兼生型烴源巖，有機質豐度和生烴潛力主要為差-中等，部分達到好(見圖4)。總體而言，珠一坳陷鉆遇的文昌組烴源巖質量文四段最優，文三段和文五段次之，文一段、文二段和文六段相對較差。

圖4 珠一坳陷文昌組和恩平組烴源巖有機質豐度和生烴潛力分布圖Fig.4 Distribution of organic matter abundance and hydrocarbon generation potential of source rocks in Wenchang and Enping Formations of Zhu ⅠDepression

3.2 烴源巖有機質類型

烴源巖有機質類型是衡量有機質生烴演化屬性的重要指標，不同類型烴源巖的生油氣能力、產烴類型、生烴過程等存在較大差別[18，19]。IH-Tmax分類法表明珠一坳陷文昌組中深湖相傾油型優質烴源巖以Ⅰ-Ⅱ1型為主(見圖5)；中深湖相烴源巖中生物標志物分析結果顯示富含來源于藻類的C304-甲基甾烷系列；孢粉中富含浮游藻類和無定形有機質，指示該套烴源巖以水生生物貢獻為主。恩平組淺湖-三角洲相油氣兼生型烴源巖以Ⅱ2型為主，烴源巖生物標志物分析結果顯示高含量的樹脂化合物(T、W)、高Pr/Ph(姥植比)、貧C304-甲基甾烷的特征；孢粉組合以松粉-榆粉組合和淚杉粉-雙溝粉組合為特征，指示該套烴源巖以陸源高等植物貢獻為主(見圖5)。圖5中，IH為氫指數，mg/g；Tmax為最大熱解峰溫，℃。

圖5 珠一坳陷文昌組和恩平組烴源巖有機質類型劃分圖Fig.5 Classification of organic matter types of source rocks in Wenchang and Enping Formations of Zhu Ⅰ depression

3.3 烴源巖熱演化史

地溫場對烴源巖的熱演化和生烴演化有直接的控制作用，地溫場與巖石圈的拉張減薄作用有關，在南海北部，巖石圈的拉張減薄產生的熱異常導致珠江口盆地南部基底熱流值高于北部[20]。

研究區實測烴源巖鏡質體反射率Ro數據與埋深的關系統計結果顯示，受控于珠江口盆地變地溫場的影響，不同凹陷烴源巖的生油門限和成熟階段的深度具有較大的波動范圍。珠一坳陷以西江凹陷北部地溫梯度最低(2.62℃/100m)，生油門限埋深在3000m左右，達到成熟門限的埋深在4100m左右，埋深在5700m左右烴源巖熱演化進入高成熟階段；陸豐凹陷、惠州凹陷地溫梯度中等，生油門限埋深在2500m左右，達到成熟門限的埋深在3500m左右，埋深在5200m左右烴源巖熱演化進入高成熟階段；西江凹陷南部和恩平凹陷地溫梯度相對較高，生烴門限相對較淺，生油門限埋深在2300m左右，達到成熟門限的埋深在3000m左右，埋深在4700m左右烴源巖熱演化進入高成熟階段。

成熟油區A、C、E文昌組烴源巖成熟度較高，達到成熟-高成熟階段，洼陷中心局部達到過成熟階段；成熟油區B、D文昌組烴源巖整體處于成熟-高成熟階段。研究區恩平組烴源巖成熟度分布趨勢與文昌組相同，整體處于成熟演化階段。

3.4 烴源巖生烴動力學參數求取

目前生烴模擬方法主要分為開放體系與封閉體系兩大類。開放體系是指烴源巖在生油過程中邊生邊排出的過程，生成的油氣會由于烴源巖的內部增壓而排到儲層中；而封閉體系是指烴源巖在生油過程中生成的油氣并沒有排出，依然存在于體系內。一般認為烴源巖生排烴過程是半開放半封閉的。該試驗通過半封閉半開放體系對烴源巖的生排烴過程進行模擬，模擬試驗直接對烴源巖全巖樣品施壓，盡可能模擬真實的地下地質條件，通過對溫度、壓力、水介質等條件的控制，模擬烴源巖中有機質在地層孔隙介質、流體、溫壓耦合條件下的生烴、排烴過程。

文昌組中深湖亞相烴源巖是研究區主力烴源巖，據有限空間溫壓雙控半封閉半開放體系烴源巖生排烴物理模擬試驗產烴率圖版(見圖6)，Ro=0.7%～1.2%是該套烴源巖主要生油期，Ro>1.2%～2.2%是該套烴源巖主要生氣期。利用這些熱壓模擬試驗參數和生烴動力學模擬軟件建立了文昌組和恩平組中深湖亞相烴源巖和淺湖-三角洲相烴源巖半封閉半開放條件下生油生氣的化學動力學模型，用于計算烴源巖生、排烴量。

圖6 半封閉半開放體系文昌組中深湖亞相烴源巖生排烴物理模擬試驗Fig.6 Physical simulation experiment on hydrocarbon generation and expulsion of medium-deep lacustrine source rocks in Wenchang Formation of semi-closed and semi-open system

3.5 評價結果

通過地質統計和沉積相分析，雕刻研究區文昌組、恩平組不同類型烴源的厚度、有機質豐度、有機質類型，采取三角概率分布模型；根據實際鉆井泥巖樣品S1/有機碳(S1為吸附烴)與深度地質剖面統計(S1為吸附烴，mg(油)/g(巖石))，取不同類型泥巖樣品S1/有機碳最大值作為該類烴源巖的吸附系數，中深湖相烴源巖吸附系數取100mg(油)/g(有機碳)，三角洲-濱淺湖相烴源巖吸附系數取50mg(油)/g(有機碳)；通過對珠江口盆地構造熱演化研究及基于巖石圈底界固定溫度模型的熱史模型求取研究區各個凹陷烴源巖的熱演化史。在研究區實測Ro和溫度數據約束下，采用Easy-Ro動力學模型和不同類型烴源巖生烴動力學方程(活化能頻率分布)，利用Trinity盆地模擬軟件模擬計算各評價單元排油量及其概率分布。成熟油區烴源巖排油量計算結果見表2。

表2 珠江口盆地東部5個成熟油區烴源巖排油量計算結果

4 成熟油區油氣聚集系數求取

油氣聚集系數是油氣資源評價中最為關鍵的一個參數,科學地求取油氣聚集系數，可以使油氣資源評價結果更加客觀[21]。通過對前人研究成果進行調研，綜合認為，在油氣成藏體系成熟區，應用油藏規模序列法和盆地模擬成因法求取成熟區的定量油氣聚集系數，可以減少資源量計算過程中的人為因素，使油氣資源評價的結果更加客觀，貼近實際地質情況。

該研究綜合選取成熟油區A、B、C、D、E作為石油成藏體系的成熟油區，采用油藏規模序列法和盆地模擬成因法綜合求取各成熟油區的油氣聚集系數，其概率分布均值Pmean的油氣聚集系數介于8.36%～11.59%之間(見表3)。綜合考慮油氣成藏的地質條件，可將成熟油區的油氣聚集系數應用于鄰區低成熟油區或未勘探區。

表3 成熟油區油氣聚集系數取值表

探明率是指一個獨立的成藏體系中已探明儲量與地質資源量的比值。采用聚集系數法所計算的5個成熟油區的石油資源量、石油探明率與目前該區勘探開發實踐相符合，均為特富-富生油評價單元，目前處于勘探階段的中期，還有一定規模石油資源待探明，有效地指導了研究區油氣勘探規劃與部署。

5 結論

1)應用油藏規模序列法和盆地模擬成因法綜合求取成熟區的定量油氣聚集系數，可以減少資源量計算過程中的人為因素，使油氣資源評價的結果更加客觀，貼近實際地質情況。

2)珠江口盆地東部不同地區地質認識和勘探開發程度差異大，共有A、B、C、D、E 等5個成熟油區。這5個成熟油區中三維地震覆蓋程度較高，二維地震較密，預探井和評價井密度較大，油氣田和含油構造個數較多，石油探明+控制儲量較多。

3)采用油藏規模序列法計算5個成熟油區的石油地質資源量及其概率分布，采用盆地模擬成因法計算5個成熟油區烴源巖的排油量及其概率分布，采用Oracle抽樣模擬風險分析軟件計算5個成熟油區不同概率分布下的油氣聚集系數。

4)A、B、C、D、E等5個成熟油區的油氣聚集系數分別為10.50%、8.68%、10.00%、8.36%、11.59%。綜合考慮石油成藏的地質條件，可將成熟油區的油氣聚集系數應用于鄰區低成熟油區或未勘探區。