珠江口盆地文昌A凹陷烃源岩特征及热成熟演化史

王　柯，张　洋，黄胜兵，陈景阳中海油研究总院，北京100028



珠江口盆地文昌A凹陷烃源岩特征及热成熟演化史

王柯，张洋，黄胜兵，陈景阳
中海油研究总院，北京100028

在烃源岩分布特征及有机质丰度、类型和成熟度分析的基础上，运用含油气盆地数值模拟技术，定量恢复了烃源岩热成熟演化史.研究表明，文昌A凹陷各层系烃源岩分布广，厚度大，有机质丰度高；有机质类型文昌组偏II1型，恩平组偏III型，二者现今多处于高成熟—过成熟阶段.凹陷内烃源岩成熟时间早（文昌组约45.5 Ma），成熟度高，以干气生成为主；凹陷边缘烃源岩成熟时间较晚（文昌组约30.0 Ma），成熟度相对较低，以石油生成为主.凹陷内气藏及凹陷边缘油藏的分布格局受制于有机质类型差异和不同的热演化史.气藏的天然气来自文昌组石油裂解气以及恩平组自身生成的天然气，油藏的石油来自文昌组和恩平组，且油气勘探的方向：凹陷内以天然气为主，边缘以石油为主.

珠江口盆地；文昌A凹陷；烃源岩；热成熟演化史

0　前言

盆地或凹陷内烃源岩特征的研究是油气勘探的前提和基础，烃源岩热演化史的研究是表征其成烃有效性和产物性质的重要方法［1］.目前，烃源岩特征的研究包括有机质数量、类型和成熟度三个方面［2-4］，其热演化史研究则借助于盆地模拟软件［5-6］.在烃源岩特征厘定的基础上，恢复烃源岩的热演化史，进而明确盆地或凹陷的成烃物质基础及产物性质（油、气或油气并举），有助于指导盆地或凹陷的油气勘探.

已有勘探成果显示，文昌A凹陷为一富烃凹陷［7］，且凹陷内以天然气为主，凹陷边缘以石油为主，油气分布差异性显著.其中，凹陷内A、B和C构造为气藏，凹陷边缘D、E和F构造为油藏.前人仅对文昌A凹陷的生烃潜力、储盖层特征等做过较为详细的讨论［8-13］，但尚未阐明凹陷的成烃物质基础及产物性质，从而尚未明确油气差异分布的原因.因此，文昌A凹陷烃源岩特征及热成熟演化史的研究成为下一步油气勘探与地质研究亟待解决的重要问题之一，从而显得尤为重要.基于以上认识，笔者运用地质、地震、钻井和地球化学测试数据及美国PRA公司的Basin Mod 1D软件模块来分析文昌A凹陷有机质的丰度、类型及成熟度等烃源岩特征及其热成熟演化史，以期为研究区今后的油气勘探有所裨益，为增储上产提供服务.

1　文昌A凹陷地质特征

珠江口盆地呈NE向展布于南海北部大陆架和陆坡边缘，是以中新生代沉积为主的被动大陆边缘裂陷盆地，东西长约800 km，南北宽100～360 km，面积约17.5×104km2，新生代最大沉积厚度超过10 km，是我国近海重要的含油气盆地［14-33］.盆地可分为珠一、珠二、珠三拗陷和北部断阶带、神狐暗沙隆起、东沙隆起、南部隆起及番禺低隆起共8个二级构造单元.文昌A凹陷位于珠江口盆地西部珠三拗陷，总体呈NE走向，为南断北超的箕状断陷.凹陷面积3350 km2，现已钻井20余口，发现了6个油气田和5个含油气构造，为已证实的富烃凹陷（图1、2）.

图1　文昌A凹陷构造位置图Fig.1　Tectonic location of the Wenchang-A sag

文昌A凹陷发育于前新生界基底上，沉积岩厚近10000 m，其中古近系约6000 m，新近系约3500 m.新生代地层自下而上依次为古新统神狐组（E1s），始新统文昌组（E2w），渐新统恩平组（E3e）和珠海组（E3zh），中新统珠江组（N1zj）、韩江组（N1h）、粤海组（N1y），上新统万山组（N2w）及第四系（Q）.烃源岩主要为文昌组、恩平组暗色泥岩，储集层主要为珠海组、珠江组碎屑岩，盖层为韩江组泥岩及珠海组、珠江组砂岩上覆泥岩（图3）.

凹陷历经早期断陷和晚期拗陷两大阶段，具显著的下断上拗特征.地层经历了多期的埋藏-抬升-剥蚀，形成了多个区域不整合面.断裂十分发育，晚期近E-W向断层对压力释放及油气运移起重要作用.

2　烃源岩特征

2.1烃源岩分布特征

现有资料揭示，文昌A凹陷纵向上发育文昌组和恩平组2套烃源岩系.根据地震资料借助平均速度进行时深转化（图4）表明，文昌组与恩平组有多个沉降沉积中心，其中文昌组最大厚度3000余米，位于凹陷中南部；恩平组最大厚度2400余米，位于凹陷东南部.

图2　文昌A凹陷主要钻井、局部构造分布图Fig.2　Structural map with main wells in the Wenchang-A sag

图3　文昌A凹陷地层柱状图Fig.3　Stratigraphic column of the Wenchang-A sag

2.2烃源岩有机地球化学特征

2.2.1有机质丰度

基于烃源岩实测数据统计分析及评价（表1、2），文昌A凹陷不同层位的烃源岩有机质丰度特征不同.

（1）有机碳含量：文昌组烃源岩有机碳含量介于0.50%～0.82%，均值为0.60%，属较差烃源岩级别；恩平组烃源岩有机碳含量平均值为1.12%，最高可达7.27%，属中等烃源岩级别.

（2）氯仿沥青“A”含量：文昌组烃源岩级别属中等，烃源岩样品氯仿沥青“A”平均值为0.13%；恩平组则属好的烃源岩，氯仿沥青“A”最大值为0.63%.

（3）生烃潜量：文昌组烃源岩级别属较差，生烃潜量（S1+S2）均值为1.11×10-3；恩平组生烃潜量（S1+S2）均值为2.61×10-3，属中等烃源岩级别.

以上分析可知，文昌组烃源岩属较差—中等烃源岩级别，恩平组属中等—好烃源岩级别.但要指出的是，现有文昌组烃源岩测试数据来自凹陷边缘高部位的a及e井中若干个别采样点（图2），具有很大的局限性.按沉积相特征分析，中深湖相文昌组烃源岩的有机质丰度应优于河沼-滨浅湖相恩平组烃源岩，即烃源岩级别文昌组应优于恩平组［34-35］.

2.2.2有机质类型

干酪根镜检分析表明（表3），文昌组和恩平组烃源岩有较好的有机质类型，以Ⅱ型为主，且Ⅱ1型干酪根占比例较大，但文昌组明显优于恩平组，恩平组次要类型为Ⅲ型.

图4　文昌A凹陷文昌组、恩平组烃源岩等厚图Fig.4　The isopach maps of source rocks in the Wenchang-A sag

表1　文昌A凹陷烃源岩有机质丰度评价表

表2　湖相泥质烃源岩有机质丰度评价标准表

表3　文昌A凹陷烃源岩干酪根镜检结果统计表

烃源岩热解分析表明（图5），文昌组和恩平组烃源岩有机质类型同样以Ⅱ型为主，且恩平组偏Ⅲ型.

干酪根类型决定有机质热演化产物的性质，文昌组烃源岩干酪根类型偏II1型，以石油生成为主；恩平组则偏III型，以天然气生成为主.

2.2.3有机质成熟度

基于259个钻井实测烃源岩镜质体反射率（Ro）资料，分单井和整个凹陷作出烃源岩镜质体反射率（Ro）与深度（H）关系图（图6）及文昌组、恩平组底部烃源岩成熟度平面图（图7），并统计回归出埋深与镜质体反射率的关系方程.

垂向上（图6），随着埋深的增大，镜质体反射率（Ro）逐渐加大，两者呈良好的线性-对数正相关关系，且凹陷烃源岩进入低成熟（Ro=0.5%）、成熟（Ro=0.7%）、大量生烃（Ro=1.0%）、高成熟（Ro=1.3%）及过成熟（Ro=2%）的门限深度分别为2250 m、3000 m、3800 m、4500 m和5400 m.

平面上（图7），文昌组与恩平组烃源岩成熟度表现为自凹陷中心向边缘呈环带状降低，但研究区文昌组和恩平组烃源岩都已进入生烃门限（Ro=0.5%），且凹陷内烃源岩已达到过成熟阶段（Ro=2%）.层位上，由于埋深与热演化时间的差异，烃源岩成熟度文昌组高于恩平组.

综上所述，文昌A凹陷恩平组烃源岩有机质丰度较高，为中等—好的烃源岩级别，且中深湖相文昌组烃源岩级别优于恩平组；干酪根类型以Ⅱ型为主，文昌组烃源岩干酪根偏腐泥型（II1），恩平组干酪根以腐殖型（III）为主；受埋深和热演化时间的影响，烃源岩成熟度文昌组高于恩平组，且凹陷内各烃源岩均已进入过成熟阶段.

图5　文昌A凹陷烃源岩最大热解峰温-氢指数（左）及氧指数-氢指数（右）有机质类型判别图Fig.5　Discriminant diagrams of Tmax-HI and OI-HI for the source rocks in the Wenchang-A sag

3　有机质热成熟演化史

3.1数学模型

成熟度是有机质在地质历史演化进程中对时、温增加的综合效应.目前常用于定量恢复成熟史的模型主要有TTI模型［36-37］和Easy%Ro模型［38］.本次研究选用简便实用的Easy%Ro模型，该模型适用于不同的受热条件，Ro变化范围广（0.3%～4.7%），且精度较高.

该模型以热模拟实验为基础，将镜质体的成熟反应分为4个主要的平行化学反应，即脱H2O、CO2、CH4及高碳数烃，数学表达式为：

Ro=exp（-1.6+3.7Fj）（j=1，2，3···，直到现在）式中，Fj为某一地层底界的第j个埋藏点的化学动力学反应程度，其取值范围为0～0.85.

3.2热成熟演化史分析

基于上述原理和数学模型，利用美国PRA公司的Basin Mod软件，选取文昌A凹陷具代表性的b、d、g井，对文昌组、恩平组烃源岩的成熟史进行了动态模拟恢复.

模拟结果揭示（表4、图8），凹陷不同构造位置的单井成熟度演化史不尽相同.其中，凹陷中部（图8g井）文昌组进入生烃门限较早（约45.5 Ma），且于31.5 Ma开始大量生烃，现今处于过成熟阶段，以干气生成为主；恩平组成熟时间相对较晚（约31.1 Ma），且现今以轻质油和湿气生成为主.西北部（图8b井）恩平组成熟度相对较低，现今仍处于成熟阶段，以石油生成为主.西南部（图8d井）文昌组于17.0 Ma开始大量生烃，现今处于轻质油和湿气生成阶段.恩平组现今则以石油大量生成为主.

表4　文昌A凹陷代表性单井成熟度演化时间统计表

综上所述，文昌A凹陷受烃源岩有机质类型及成熟度制约，文昌组处于凝析油和湿气窗，恩平组以石油生成为主.勘探成效及前人研究已证实［39-40］，凹陷内气藏的天然气主要来自恩平组烃源岩，其次为文昌组烃源岩，为高成熟—过成熟阶段生成的凝析气和早期裂解气，如A、B凝析气藏；凹陷边缘油气藏的原油既有文昌组来源，也有恩平组贡献，而天然气主要来源于文昌组烃源岩的裂解气，如D油藏.

图6　文昌A凹陷烃源岩Ro与深度关系图Fig.6　Diagram of Ro vs.depth of source rocks in the Wenchang-A sag

图7　文昌A凹陷文昌组、恩平组烃源岩成熟度平面图Fig.7　Maturity distribution of source rocks in the Wenchang-A sag

图8　文昌A凹陷有机质热成熟演化史（左）及模拟值与实测值拟合图（右）Fig.8　The maturity evolution of the organic matter（L）and the contrast of observed temperature and simulated temperature（R）in the Wenchang-A sag

因此，文昌A凹陷受烃源岩有机质类型差异以及热演化史不同的制约.油气勘探的方向：凹陷内以天然气为主，边缘以石油为主.

4　结论

（1）文昌A凹陷发育文昌组与恩平组2套烃源岩系，其分布广，厚度大，有机质丰度高；有机质类型文昌组偏II1型，恩平组偏III型，二者现今多处于高成熟—过成熟阶段.

（2）文昌A凹陷不同构造位置的单井成熟度演化史不尽相同，其中凹陷内烃源岩成熟时间早（文昌组约45.5 Ma），现今成熟度高，以干气生成为主；凹陷边缘烃源岩成熟时间较晚（文昌组约30.0 Ma），今成熟度相对较低，以石油生成为主.

（3）文昌A凹陷油气勘探方向：在凹陷内以天然气为主，凹陷边缘以石油为主.

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Characteristics and thermal evolution histry of source rocks in the Wenchang-A sag, Pearl River mouth basin

WANG Ke,ZHANG Yang,HUANG Sheng-bing,CHEN Jing-yang
CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China

In order to better understand the process and mechanism of hydrocarbon accumulation and identify the source rock potentialof Wenchang-A sag in Pearl River mouth basin,this study uses the technique ofbasin modeling to reconstruct the thermal evolution history in the study area based on the analysis of source rock distribution,organic matter abundance, types and maturation.The result shows that each layer of source rock of the Wenchang-A sag is widespread,with a high organic matter abundance and a large thickness.The organic matter of Wenchang Formation is of type II1;while that of Enping Formation,type III.The source rocks are in the stages of middle maturity and over maturity.Inside the Wenchang-A sag,the sourcerocksreached oil threshold in earlier time with a high maturity.However,on the edge ofthe sag,they reached oilthreshold later,and is stillin low maturation stage.The distribution of oil and gas in the sagis constrained by the different organic matter types and maturities.The pools of oil and gas come from Wenchang and Enping formations.The inside of the sag is a priorityofgas searching,and the edge ofthe sagis favorablefor petroleum.

Pearl River mouth basin;Wenchang-A sag;source rock;maturity

1671-1947（2016）02-0196-08

P618.130.2

A

2016-01-05；

2016-03-15.编辑：张哲.

国家科技重大专项“近海富烃凹陷资源潜力再评价和新区、新领域勘探方向”（项目编号2011ZX05023-001）.

王柯（1987—），男，硕士，工程师，主要从事盆地模拟、成油体系与成藏动力学研究，通信地址北京市朝阳区太阳宫南街6号海油大厦A1009，E-mail//wangke6@cnooc.com.cn