番禺4洼文昌组烃源岩生物标志化合物特征与油源判识*

张向涛 朱俊章 熊万林 秦成岗 杜家元 孔祥星 张林晔

（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司 广东深圳 518054； 2.北京中科联华石油科学研究院 北京 100089）

番禺4洼位于珠江口盆地西江凹陷南部，面积708 km2，基底最大埋深6 200 m，是一个典型的“小而肥”富生烃洼陷，具有“薄恩平、厚文昌”的烃源岩发育特征［1］，其中文昌组厚层湖相泥质烃源岩在地震剖面上表现为低频、连续、强反射特征［2］，共有4口井（PY1—PY4）钻遇，PY1井揭示文昌组烃源岩程度最好（图1a）。目前，番禺4洼在韩江组下段及珠江组获得了商业性油气发现，在珠海组、恩平组及文昌组仅获油气显示（图1b），因此，在以新近系自圈型构造为主要目标的勘探阶段，将文昌组视为一套相对均质的烃源岩来进行成烃与成藏分析，能够适应勘探生产部署的需要；而在以新近系断层相关圈闭及古近系圈闭为主要目标的勘探阶段，仅是在二级层序格架下研究和认识文昌组烃源岩，则难以满足勘探生产部署的要求，需要对油气运移成藏过程有更深入的了解，进一步明确成藏主控因素，建立科学的成藏模式，从而降低勘探风险。

图1 番禺4洼文昌组主力烃源岩分布与含油层段柱状图Fig.1 Distribution of main source rocks in Wenchang Formation and columnar section of oil layers in Panyu 4 sag

随着珠一坳陷勘探研究的不断深入，积累了较多的以岩屑样品为主体的地球化学分析测试资料，不同沉积环境文昌组烃源岩生物标志化合物的差异被揭示［3］，半深湖—深湖相及滨浅湖相文昌组烃源岩生成的原油也被识别和区分［4-6］，但受到钻井揭示程度的限制，这些原油及其烃源岩在时间和空间上的配置关系尚不清楚。本文是在三级层序格架下分析了番禺4洼文昌组烃源岩生物标志化合物纵向演化特征及影响因素，优选出地质意义清楚的生物标志化合物参数作为原油族群划分和油源对比的主要指标，厘清了该地区已发现原油的来源和分布规律，从而为深化认识油气运移成藏主控因素和预测有利勘探方向提供了地球化学方面的技术支持，也对珠江口盆地类似洼陷开展油源判识研究具有参考价值。

1 烃源岩发育特征

番禺4洼已实现三维地震测网全覆盖，层序地层格架及沉积体系研究相对较深入［7-9］，新生代沉积地层自下而上依次为文昌组、恩平组、珠海组、珠江组、韩江组、粤海组和万山组。始新世，番禺4洼经历了琼珠运动一幕、琼珠运动二幕及南海运动等构造运动，形成了3个区域性不整合面（二级层序界面），自下而上对应的地震反射界面依次为Tg、T80和T70，其中Tg、T80分别为文昌组的底、顶界面，T70为恩平组的顶界面。文昌组内部可识别出4个三级层序界面，对应T84、T83、T82、T81等4个主要地震反射界面，发育SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6等5个三级层序，自下而上分别对应文五段至文一段。

地震岩石物理分析以及文昌组地震相与沉积相对应关系分析表明，番禺4洼文昌组纵向上发育“弱反射—强反射—弱反射”的全旋回地震相模式，反映了早期冲积扇—扇三角洲—滨浅湖、中期半深湖—深湖、晚期三角洲—滨浅湖充填的沉积演化过程，在垂直构造走向的地震剖面上表现出典型的三分特征（图2）：断层陡坡带为杂乱、连续性差、能量强弱混杂，属于近岸水下扇、扇三角洲沉积；缓坡带为较连续、能量中等、频率较高，属于辫状河三角洲沉积；断陷中部为低频、连续、强反射，属于滨浅湖、半深湖—深湖相沉积。

图2 番禺4洼文昌组地震层序及地震相剖面图（剖面位置见图1）Fig.2 Seismic sequences and seismic facies of Wenchang Formation in Panyu 4 sag（see Fig.1 for location）

分析认为，文五段沉积时期，番禺4洼的沉积中心位于东北次洼，由于湖盆发育初期陆源碎屑沉积物输入影响明显，近岸水下扇沉积体系占比较大，而半深湖—深湖相带较狭窄，有利烃源岩以扇端亚相暗色泥岩为主；文四段沉积时期，该洼陷湖盆扩张，水体急剧加深，有利烃源岩以半深湖相—深湖相灰褐色泥岩为主；文三段沉积时期，该洼陷湖盆继续扩张至最大范围，沉积中心迁移到西南次洼，有利烃源岩以半深湖相—深湖相灰黑色泥质岩为主；文二段、文一段沉积时期，该洼陷控盆断层活动强度减弱，湖盆收缩变浅，有利烃源岩发育区相对较小，主要分布在西南次洼。根据估算分析，该洼陷文四段及文三段烃源岩累计厚度分布在30～330 m之间，厚度中心位于洼陷中段（图1）。

番禺4洼文昌组烃源岩样品地球化学特征统计表明，文五段烃源岩有机碳含量（TOC）值为2.18%～4.84%（平均3.52%），热解生烃潜力（S1+S2）值为5.31～16.67 mg／g（平均10.67 mg／g），氢指数（IH）值为196.8～342.9 mg／g（平均257.8 mg／g）；文四段烃源岩TOC值为0.76%～11.43%（平均5.14%），S1+S2值为0.09～87.35 mg／g（平均25.7 mg／g），IH值为156.5～745.8 mg／g（平均422.1 mg／g）；文三段烃源岩TOC值为0.5%～10.54%（平均3.46%），S1+S2值为1.13～76.08 mg／g（平均20.58 mg／g），IH值为136.3～711.6 mg／g（平均510.7 mg／g）；文二段烃源岩TOC值为2.79%，S1+S2值为9.73 mg／g，IH值为341.9 mg／g（表1）。

如图3所示，番禺4洼文昌组烃源岩自下而上成烃物质基础的变化与盆地的沉积演化特征相一致，快速湖侵期沉积的文四段及最大湖泛期沉积的文三段有机质丰度高、类型好。该洼陷文一段发育较为局限，尚未有钻井揭示。

表1 番禺4洼文昌组烃源岩样品地球化学特征统计Table 1 Geochemical characteristics of source rock samples from Wenchang Formation in Panyu 4 sag

图3 番禺4洼PY1井文昌组地球化学剖面Fig.3 Geochemical profiles of Wenchang Formation of Well PY1 in Panyu 4 sag

2 烃源岩生物标志化合物特征

2.1 链烷烃系列

番禺4洼文昌组烃源岩氯仿沥青“A”的饱和烃色谱峰型均为单峰型，碳数范围一般在C12—C37之间，其中文三段及文二段岩心样品的饱和烃色谱主峰碳数为C17或C21、C23（图4a、b），文五段及文四段岩屑样品的饱和烃色谱主峰碳数为C27或C25（图4c、d）。分析认为，烃源岩饱和烃色谱峰型主要与有机质的母质来源及成熟度有关，但样品的类型、保存条件及饱和烃分离流程也可能对其峰型产生影响。该洼陷文三段及文二段岩心样品的饱和烃色谱峰型均为前峰型，指示母质来源以藻类及水生生物为主，这与样品的沉积地质背景相一致；而文五段及文四段岩屑样品的饱和烃色谱峰型表现为后峰型，通常认为是陆源有机质的贡献，这显然与样品的沉积地质背景相矛盾。

分析认为，由于文五段及文四段样品为岩屑样，其饱和烃色谱峰型可能受到低碳数正构烷烃损失的影响，并不能真实反映有机质的母质来源特征，而类异戊二烯烷烃较正构烷烃更耐降解，因此烃源岩饱和烃色谱的Pr／Ph值受到样品类型、保存条件及分离流程的影响相对较小。该洼陷文五段样品的Pr／Ph值为1.99～2.31，文四段样品的Pr／Ph值为1.5～3.0，文三段样品的Pr／Ph值为1.6～3.8，文二段样品的Pr／Ph值为2.3，均指示文昌组沉积时期洼陷水体主要为弱氧化环境（表2）。

图4 番禺4洼文昌组不同烃源岩层段生物标志化合物谱图Fig.4 Chromatography-mass spectrometry of biomarkers of different source rocks in Wenchang Formation in Panyu 4 sag

表2 番禺4洼文昌组烃源岩生物标志化合物参数统计Table 2 Statistics of biomarker parameters of source rock samples from Wenchang Formation in Panyu 4 sag

2.2 甾烷系列

从图4可以看出，番禺4洼文昌组各层段烃源岩样品的氯仿抽提物甾烷类生物标志化合物特征差异不明显，C27、C28、C29规则甾烷基本呈“V”字形分布。除了文五段的C304-甲基甾烷较C29规则甾烷的相对含量为中等以外，其他层段烃源岩的C304-甲基甾烷较C29规则甾烷的相对含量优势较明显（表2）。研究表明，C304-甲基甾烷一般来源于沟鞭藻生物体中的4α-甲基甾醇［10］，在渤海湾盆地沙三段烃源岩中广泛发育；渤中凹陷沙三段烃源岩中C304-甲基甾烷的丰度可以分为高、中、低等3类，与烃源岩中沟鞭藻类有机质占总有机质的比例不同有关［11］。基于北部湾盆地勘探实践，高丰度的C304-甲基甾烷基本与富藻层、高无定形有机质层和优质烃源岩有明显的正相关性，充分证明C304-甲基甾烷丰度与烃源岩质量有密切关系，即高丰度的C304-甲基甾烷预示着高生产力的优质烃源岩［12］。因此，结合番禺4洼文昌组沉积演化特征来看，淡水沟鞭藻类是该洼陷文昌组沉积有机质的重要来源，烃源岩质量自文五段向上变好，以文四段及文三段为最好，这与烃源岩有机质丰度及类型指标所判识的结果相一致（表1）。

2.3 萜烷系列

番禺4洼文昌组不同层段烃源岩样品的三环萜烷系列分布模式基本相似，C19—C26三环萜烷系列主要表现为以C23为主峰的正态分布特征，其中文五段及文二段三环萜烷相对含量较高，∑三环萜烷／C30Hop值分别为1.1和2.07；文四段及文三段三环萜烷相对含量较低，∑三环萜烷／C30Hop值一般小于0.5。分析认为，三环萜烷分布模式及相对含量通常与母源及有机质成熟度有关，番禺4洼文昌组烃源岩C19—C26三环萜烷的正态分布模式与其湖相沉积背景相一致，而文二段样品埋深较文三段更浅（图4），文二段样品∑三环萜烷／C30Hop值相对更高，表明文二段样品的母质来源受陆源影响更大。

番禺4洼文昌组不同层段烃源岩样品的藿烷系列分布以较高的新藿烷（Ts）含量为特征，Ts／Tm值在0.3以上（表2），绝大多数大于1.0（图5）。研究表明，烃源岩样品的Ts／Tm值受多种因素影响，通常随着成熟度增加而增加［13］，也受岩性、成岩条件的影响［14-15］。沼泽环境下酸性水介质会抑制C27三降藿烷（Tm）向C27三降新藿烷（Ts）的转化，因此煤岩中Ts／Tm值呈现异常低。例如，准格尔盆地东部地区中下侏罗统煤岩Ts／Tm值小于0.1［16］；珠江口盆地惠州9-2油田轻质原油（Pr／Ph值为7.37）源自陆源高等植物输入为主的沼泽相煤系烃源岩（恩平组）［17］，其Ts／Tm值为0.27，明显低于文昌组湖相烃源岩的Ts／Tm值，分析认为烃源岩的性质及沉积-成岩条件可能是主要影响因素［18］。番禺4洼文昌组各层段烃源岩有机质性质相似，但样品埋深与Ts／Tm值之间没有明显的相关性，表明有机质成熟度可能不是主要影响因素。另外，准噶尔盆地二叠系平地泉组湖相烃源岩的Ts／Tm值与镜质体反射率Ro之间具有良好的正相关关系，烃源岩Ts／Tm值被用于判识严重生物降解原油成熟度［19］，这可能与该盆地二叠纪湖盆规模大、烃源岩的非均质性相对较弱有关；而我国东部新生代陆相断陷盆地湖盆规模较小，构造活动对烃源岩沉积的影响强烈，烃源岩的非均质性较强，使得成熟度对烃源岩Ts／Tm值的影响难以得到体现。

图5 番禺4洼文昌组不同沉积相带烃源岩T／C30 Hop与C30 4-甲基甾烷、Ts／Tm关系图Fig.5 Crossplots of T／C30 Hop-C30 4-methyl sterane and T／C30 Hop-Ts／Tm of source rocks of different sedimentary faces in Wenchang Formation in Panyu 4 sag

另外，研究表明鄂尔多斯盆地延长组浅湖—半深湖相偏氧化环境烃源岩较深湖相缺氧环境烃源岩具有高—异常高Ts／Tm值［20］，据此推测番禺4洼文昌组烃源岩的Ts／Tm值也可能与沉积环境有关。若不考虑文三段三角洲相及滨浅湖相泥岩样品的Ts／Tm值，总体上文四段烃源岩的Ts／Tm值较文五段、文三段及文二段烃源岩的Ts／Tm值偏低（图5），文二段及文五段的异常高Ts相对含量可能主要反映了相对偏氧化的沉积环境。结合文三段三角洲相及滨浅湖相泥岩样品较高的Pr／Ph值来看，其相对偏低的Ts／Tm值可能与煤系泥岩Ts／Tm值的主要影响因素相似。

然而，番禺4洼文昌组烃源岩指示陆源有机质输入的奥利烷相对含量变化规律较明显，文五段及文四段烃源岩抽提物的奥利烷相对丰度较低，文三段及文二段奥利烷相对较发育，尤其是文二段烃源岩样品的奥利烷相对丰度最高，OL／C30Hop值约为0.66，表明晚文昌期陆源有机质输入的影响较早文昌期要大。另外，双杜松烷是一种非常特殊的高等植物树脂输入标志，番禺4洼文昌组烃源岩中主要检出T构型双杜松烷（以下简称T化合物），其相对含量变化特征与奥利烷基本类似，文五段及文四段烃源岩抽提物的T化合物相对丰度较低，尤其是文四段烃源岩抽提物中几乎未检出T化合物，而文三段及文二段烃源岩抽提物的T化合物相对丰度较高，指示了晚文昌期陆源有机质输入的影响较早文昌期要大。

2.4 不同层段烃源岩生物标志化合物特征差异

番禺4洼文三段底界面对应T83地震反射界面，既是上下文昌组的分界面，也是文昌期重大的构造-沉积转换面，因此先按照上、下文昌组来总结生物标志化合物特征并找出有效的判识标志，再确定上、下文昌组内部各烃源岩段之间判识标志，不仅有利于结合盆地构造及沉积演化成果来分析预测生物标志化合物的纵向演化特征，也有助于建立原油族群与特定烃源岩体在空间上的对应关系。番禺4洼文昌组不同层段、不同沉积环境烃源岩的生物标志化合物对比统计表明，T化合物丰度受沉积环境及沉积时期双重影响的特征较明显（图4、表2），无论是文四段还是文三段，来自水下扇沉积体系的烃源岩因受陆源有机质输入影响较大，其T化合物相对含量均比同层段半深湖—深湖相烃源岩更高，而文三段滨浅湖相泥岩T化合物相对含量较半深湖—深湖相泥岩偏低，主要由于水动力条件较强而不利于有机质的沉积保存，体现了沉积相带对T化合物丰度的重要影响。除了来自文五段水下扇沉积体系的两个烃源岩样品外，上文昌组的文三段、文二段烃源岩T化合物相对含量较下文昌组的文四段烃源岩更高，且文二段烃源岩样品具有更高的T化合物相对含量，这意味着上、下文昌组沉积期T化合物母源输入可能有显著增加。对于同属于上文昌组的文三段与文二段，文二段烃源岩样品的T化合物和Ts相对含量更高（图4、5）；对于同属于下文昌组的文五段与文四段，文五段烃源岩样品的T化合物和Ts相对含量更高，C304-甲基甾烷相对含量偏低，表明文五段烃源岩的发育环境没有文四段好，主要与水下扇沉积体系受陆源有机质输入的影响较大有关。

3 原油生物标志化合物特征与族群划分

如图6所示，番禺4洼原油及油气显示样品的生物标志化合物特征较为相近，遭受生物降解及保存条件相对较差的原油的饱和烃或全油色谱峰型主要为后峰型（见PY8、PY9井样品），未受降解油层及保存条件较好的储层原油的全油色谱峰型主要为前峰优势的双峰型（见PY7、PY6井样品），指示了水生浮游生物及陆源有机质的双重贡献；多数样品的Pr／Ph值为0.5～2.5，极少数样品的Pr／Ph值在3.0左右；甾烷类生物标志化合物以丰富的C304-甲基甾烷相对含量为典型特征；藿烷类生物标志化合物的三环萜烷丰度总体较低，Ts与Tm含量呈相对均势或Ts相对优势，奥利烷丰度总体较低，双杜松烷T化合物相对含量变化较大。本次研究中，根据T／C30藿烷、Ts／Tm及C304-甲基甾烷／C29甾烷等3个参数，将番禺4洼原油或油气显示划分为3个族群（图6、表3）：第1类原油以高C304-甲基甾烷相对含量、极低T化合物含量、Ts与Tm相对含量基本相当为主要特征，该类单一来源原油主要见于PY7井；第2类原油特征为C304-甲基甾烷相对含量丰富，略低于第1类原油，T化合物检出明显，Ts／Tm值总体上高于第1类原油，该类单一来源原油主要见于PY2井、PY9井等；第3类原油以较高T化合物丰度及Ts较Tm的明显优势为特征，三环萜烷相对含量也较高，该类单一来源原油见于PY6井。而PY8、PY4井等原油的T／C30藿烷、C304-甲基甾烷／C29甾烷及Ts／Tm值介于第1类和第2类原油之间，生物标志化合物组合的过渡特征明显。

图6 番禺4洼不同类型原油生物标志化合物谱图Fig.6 Chromatography-mass spectrometry of biomarkers of different types of crude oil from Panyu 4 sag

表3 番禺4洼油层段生物标志化合物参数统计Table 3 Parameter statistics of reservoir biomarkers of Panyu 4 sag

4 油源判识与讨论

番禺4洼的第1类、第2类原油来自文昌组深湖相烃源岩，这一观点长期以来已得到广泛认可；而第3类原油的双杜松烷T化合物含量较高，与第1类和第2类原油间差异明显。早期研究认为，原油中较高丰度T化合物的存在与恩平组烃源岩的贡献有关［21］，但番禺4洼恩平组残留地层较薄且以砂岩为主，烃源岩不发育，因此在地质上可以排除恩平组烃源岩的贡献，加之文昌组烃源岩中也已检出一定量T化合物，说明第3类原油来自文昌组烃源岩。

双杜松烷是由龙脑香科被子植物的达玛树脂经过生物聚合形成的，是一种指示高等植物树脂输入的标志物［22］。树脂是陆源有机质的富氢组分，具有较强的生油能力，即使沉积有机质中陆源有机质总体占比较少，也可能因树脂类有机质的输入而使得生成的原油中检测到较高丰度的双杜松烷。番禺4洼第3类原油中较高丰度T化合物与高丰度C304-甲基甾烷的共存，反映了在以低等水生生物来源有机质为主的宏观背景下具有一定丰度陆源树脂类有机质的输入。

珠一坳陷文昌期湖盆分隔性较强，多属封闭、半封闭自成体系的湖盆，沉积有机质的类型明显受环带状的沉积相带控制，湖盆边缘沉积有机质中陆源有机质所占比重较大。番禺4洼文三段烃源岩样品的T化合物丰度变化受沉积相带的影响较明显，三角洲及水下扇沉积体系样品的T化合物相对含量较滨浅湖相或深湖相泥岩样品更高（图7），这显然与陆源有机质输入相对稳定条件下有机质在湖盆内部不同沉积相带间的再分配沉积有关。值得注意的是，文三段半深湖—深湖相样品的T化合物丰度明显高于文四段半深湖—深湖相样品，文四段半深湖—深湖相样品中几乎未检出T化合物，虽然文四段到文三段沉积时期该洼陷沉积和沉降中心向西南方向迁移，但湖盆范围变化不大，因此有机质的沉积作用不是导致两者之间T化合物丰度差异的主要原因。

张金泉等［23］对龙脑香科植物的地理分布研究认为，龙脑香科植物古新世开始出现，从始新世到中新世多数类群已出现，中新世末广泛分布于古热带地区。珠江口盆地处于龙脑香科植物从非洲向东，经斯里兰卡、印度、缅甸、印度支那和泰国达马来半岛至加里曼丹岛的散布途径上。龙脑香科植物化石出现的地质时代及散布途径表明，处于南海北部的珠江口盆地古近系烃源岩及原油中T化合物的出现有其必然性，龙脑香科植物从古新世末开始出现，到始新世末全面繁盛，可能是文三段烃源岩较文四段烃源岩中T化合物丰度高的主要原因；而文五段两个样品T化合物相对含量偏高，主要是文五段沉积时期湖盆较小，受陆源有机质输入影响较大所致。文三段与文四段之间的T83界面是珠一坳陷文昌期重大的构造-沉积转换面，界面上下地震相特征差异明显，这表明上、下文昌组沉积时期湖盆发育的古地理背景可能发生了变化，导致上文昌组陆源有机质中树脂类有机组分的丰度可能较高。

因此，番禺4洼文昌组烃源岩T化合物相对含量很可能受沉积时代和沉积环境的双重控制，龙脑香科植物的传播途径及繁盛时代是首要的控制因素，上文昌组烃源岩T化合物丰度相对较高，上、下文昌组烃源岩T化合物丰度变化可用于更精细的油源分析。因此，该洼陷第1类原油中T化合物难于检测，主要来自文四段半深湖—深湖相烃源岩；第2类原油中明显检测出T化合物，来自文三段半深湖—深湖相烃源岩；第3类原油显示较高的T化合物丰度，Ts较Tm显著优势，结合烃源岩沉积环境的演化规律，推测该类原油来自文二段烃源岩（图7）。

图7 番禺4洼原油与烃源岩生标参数对比图Fig.7 Biomarker compound correlation between source rocks and crude oil samples from Panyu 4 Sag

番禺4洼新近系油气成藏与富集主要受晚期断裂体系的控制［24-25］。从不同类型原油样品所在构造位置及与油源断裂体系的匹配特征来看，来自文三段的第2类原油分布与晚期断裂体系密切相关，并且在烃源岩正上方的新近系圈闭中形成油藏；来自文四段的第1类原油以及文三段与文四段的混源油主要分布于控洼断裂或洼陷边缘断裂带，其中来自文四段的第1类原油主要见于控洼断裂以外的隆起区（如PY7油藏）；来自文二段的第3类油气显示分布主要与洼陷带断裂有关，见于文二段烃源岩正上方的新近系储层中。上述3类原油的分布特征反映了番禺4洼油气成藏背景整体以纵向运移为主，文四段烃源岩生成的油气因文三段烃源岩的封盖而经历了先在源内侧向运移，再沿洼陷边缘断裂垂向运移的过程；而文三段、文二段烃源岩生成的油气可通过晚期断裂体系直接向上运移（图8）。

5 结论

1）湖盆的发育演化过程及有机质来源决定了番禺4洼文昌组烃源岩成烃物质基础及生物标志化合物的纵向演化规律，湖盆扩张期沉积的文三段及文四段是该洼陷的优质烃源岩层段，Pr／Ph、Ts／Tm以及T化合物、C304-甲基甾烷相对含量等生物标志化合物组合也指示了该优质烃源岩层段发育较好的沉积环境和有机质类型。

2）番禺4洼文昌组烃源岩的T化合物相对含量很可能受沉积时代和沉积环境的双重控制，文四段、文三段及文二段烃源岩中T化合物相对含量明显增加可能与陆源区龙脑香科植物的逐步繁盛有关，上、下文昌组烃源岩中T化合物丰度变化可用于更精细的油源分析。

3）番禺4洼文昌组烃源岩中较高丰度T化合物与高丰度C304-甲基甾烷的共存，反映了在以低等水生生物来源有机质为主的宏观背景下具有一定丰度陆源树脂类有机质的输入。

4）根据T／C30藿烷、Ts／Tm及C304-甲基甾烷／C29甾烷等参数，将番禺4洼原油或油气显示划分为3个族群，即第1类原油来自文四段半深湖—深湖相烃源岩，第2类原油来自文三段半深湖—深湖相烃源岩，第3类原油来自沉积环境相对偏氧化的文二段烃源岩。