張迎朝，范彩偉，徐新德，袁 冰

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

南海瓊東南盆地東區(qū)天然氣成因類型與烴源探討

張迎朝，范彩偉，徐新德，袁 冰

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

根據(jù)鉆井測(cè)試、地震等資料，運(yùn)用天然氣地球化學(xué)、成藏綜合研究方法，分析了瓊東南盆地東部松東凹陷和寶島凹陷天然氣成因及來源。研究表明，研究區(qū)天然氣主要為油型氣，其中松東凹陷北坡的BF13和SF24區(qū)中新統(tǒng)天然氣為成熟的油型氣；寶島凹陷北緣二號(hào)斷裂帶BF19-2-3井區(qū)上漸新統(tǒng)陵水組天然氣為高成熟—過成熟油型氣，可能混入少量煤型氣。該認(rèn)識(shí)有別于以往鶯瓊盆地報(bào)道的典型煤型氣。已發(fā)現(xiàn)的油型氣主要來源于始新統(tǒng)湖相烴源巖，可能部分有崖城組煤系源巖的貢獻(xiàn)，推斷瓊東南盆地除崖城組煤系氣源巖之外存在另一套重要的氣源巖。松東凹陷和寶島凹陷下一步重點(diǎn)天然氣勘探方向?yàn)樗蓶|凹陷西北坡和寶島凹陷北緣二號(hào)斷裂帶。

天然氣成因；油型氣；烴源巖；始新統(tǒng)；松東凹陷；寶島凹陷；瓊東南盆地

自瓊東南盆地崖城13-1大氣田發(fā)現(xiàn)以來，許多學(xué)者利用天然氣組分、烷烴氣碳同位素組成及凝析油生物標(biāo)志化合物等資料，對(duì)天然氣及凝析油地球化學(xué)特征、烴源巖構(gòu)成以及成藏條件進(jìn)行了研究[1-10]，認(rèn)為崖城13-1氣田天然氣為煤型氣，下漸新統(tǒng)崖城組海陸過渡相含煤地層為其主力烴源巖。而盆地東區(qū)松東凹陷和寶島凹陷周緣天然氣除了部分與西區(qū)典型煤型氣類似外，大部分天然氣重?zé)N含量高(>8%)，烴類氣碳同位素明顯偏輕(δ13C1為-48.91‰～-35.98‰，δ13C2為-32.02‰～-29.9‰，δ13C3在-29.08‰～-28.13‰之間)，具有油型氣的特征，有別于以往鶯瓊盆地報(bào)道的典型煤型氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國陸地和近海大中型氣田的天然氣主要是煤型氣和油型裂解氣[3]。因此，松東凹陷和寶島凹陷周緣天然氣成因及來源成為亟待解決的關(guān)鍵地質(zhì)問題。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用天然氣組分、穩(wěn)定碳同位素和天然氣輕烴氣相色譜分析資料，對(duì)天然氣成因類型進(jìn)行了鑒別，結(jié)合天然氣成熟度、烴源巖埋藏及熱演化分析，對(duì)松東凹陷和寶島凹陷烴源巖、天然氣勘探方向進(jìn)行了系統(tǒng)剖析，以期為該區(qū)下步油氣勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瓊東南盆地是南海北部大陸架一個(gè)以新生代沉積為主的裂陷型含油氣盆地，西以①號(hào)斷裂與鶯歌海盆地為界，東與珠江口盆地隔神狐隆起相望；主要包括海南隆起、北部坳陷、中部隆起、中央坳陷和南部隆起5個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。松東凹陷位于北部坳陷東部，受控于⑥號(hào)大斷裂，為一“南斷北超”的箕狀斷陷，凹陷面積1 500 km2，古近系最大沉積厚度達(dá)3 600 m。寶島凹陷位于中央坳陷東部，②號(hào)大斷裂為凹陷北部邊界斷裂，水深190～1 500 m，凹陷面積達(dá)4 600 km2，古近系最大沉積厚度達(dá)4 000 m，是瓊東南盆地最大的生烴凹陷(圖1)。

瓊東南盆地具有“古近紀(jì)斷陷、新近紀(jì)拗陷”雙層結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷斷陷階段陸相盆地(古新世—始新世)、斷陷階段海相盆地(漸新世)、拗陷階段被動(dòng)大陸邊緣盆地(新近紀(jì)—第四紀(jì))3個(gè)成盆階段[11]。始新世裂陷期，瓊東南盆地受珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕控制，構(gòu)造應(yīng)力以北西—南東向伸展應(yīng)力為主，形成了NE-SW走向控盆、控凹斷裂體系，推斷發(fā)育了一套湖相生油巖。據(jù)油氣發(fā)現(xiàn)和鄰區(qū)鉆井資料，其生源母質(zhì)以富含低等水生生物標(biāo)志化合物C30-4-甲基甾烷為主要特征，陸源高等植物輸入少，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ-Ⅱ型。在漸新世，盆地仍處于斷陷演化階段，受海侵影響，自早漸新世已發(fā)展成為海相盆地，形成了與鄰區(qū)北部灣、珠江口盆地同期陸相斷陷沉積有較大差異的海相和海陸交互相沉積；下漸新統(tǒng)崖城組海陸交互相沉積為重要的氣源巖，含豐富的陸源高等植物——樹脂化合物(W、T雙杜松烷)和煤系標(biāo)志物奧利烷，不含C30-4-甲基甾烷，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2-Ⅲ型為主，具有陸生高等植物生源母質(zhì)特點(diǎn)。晚漸新世，以海相沉積充填為主，凹陷中央主要充填大套厚層淺海泥巖，大型骨架砂巖主要分布在物源供應(yīng)充沛的濱岸帶和深水區(qū)。進(jìn)入中新世，盆地構(gòu)造活動(dòng)減弱，發(fā)展為陸架濱海—淺海、陸坡半深海至盆底深海環(huán)境，發(fā)育了中新統(tǒng)海相儲(chǔ)蓋組合。上新世以來，大范圍海侵，發(fā)育了巨厚海相泥巖區(qū)域性蓋層。

2 天然氣地球化學(xué)特征與成因類型

根據(jù)天然氣組成和碳同位素組成特征等可以研究和判識(shí)天然氣的成因[12-22]。本文從天然氣組分、輕烴組成及碳同位素分布特征等方面闡述研究區(qū)天然氣地球化學(xué)特征、成因及來源。

2.1 天然氣組分特征

除②號(hào)斷裂帶個(gè)別氣藏天然氣高含二氧化碳外，松東凹陷和寶島凹陷周緣含氣構(gòu)造天然氣組分以烴類氣體為主(76.7%～96.4%)，其中甲烷含量為72.9%～86.1%，C2+重?zé)N含量較高，為8.1%～11.4%，干燥系數(shù)(C1/ΣC1+)0.82～0.95，為濕氣，除BF19-2含氣構(gòu)造外，主要為原油伴生氣；非烴氣體主要是氮?dú)夂投趸?，含量均較低，其中氮?dú)獾暮繛?.5%～8.9%，二氧化碳的含量為0.6%～18.7%(表1)。

2.2 天然氣輕烴組成

輕烴是天然氣重要組成之一，C6、C7輕烴中正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和芳烴的相對(duì)組成可用于判識(shí)天然氣的生源構(gòu)成，進(jìn)而判識(shí)其成因和來源。一般說來，天然氣輕烴組分中正構(gòu)烷烴主要來源于生油為主的腐泥型母質(zhì)，支鏈烷烴(異構(gòu)烷烴)也與富氫組分有關(guān)，芳烴和環(huán)烷烴則主要源于生氣為主的腐殖型母質(zhì)[23-25]。研究區(qū)天然氣C6-C7輕烴總體以異構(gòu)烷烴(支鏈烷烴)為主，其次為環(huán)烷烴和正構(gòu)烷烴，顯示生烴母質(zhì)中高等植物與低等水生生物共存。芳烴含量除BF19-2-3井上漸新統(tǒng)陵水組Ⅰ氣組(3 911 m樣品)和Ⅱ氣組(3 934.5 m樣品)可能有腐殖型生烴母質(zhì)貢獻(xiàn)較高外，其他天然氣樣品芳烴含量普遍極低(表2)，反映二者在來源上存在一定差異。瓊東南盆地東部天然氣輕烴C6、C7構(gòu)成與北部灣盆地潿西南凹陷典型的油型氣構(gòu)成(表2中WZ1、WZ2、WZ3樣品)較為接近。

運(yùn)用C7輕烴系列可以較有效地進(jìn)一步鑒別天然氣成因類型，劃分油型氣和煤型氣。C7輕烴系列化合物包括正庚烷(nC7)、甲基環(huán)己烷(MCH)和各種結(jié)構(gòu)的二甲基環(huán)戊烷(ΣDMCC5)。甲基環(huán)己烷主要來自高等植物木質(zhì)素、纖維素等，其熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是反映陸源母質(zhì)類型的重要參數(shù)，其大量存在是煤型氣的特點(diǎn)；各種結(jié)構(gòu)的二甲基環(huán)戊烷主要來自水生生物的類脂化合物；正庚烷則主要來自藻類和細(xì)菌。可以用甲基環(huán)己烷指數(shù)來區(qū)分不同母質(zhì)生成的天然氣[23]，以50%±2%為界，小于50%±2%者為腐泥型母質(zhì)生成的油型氣。松東凹陷和寶島凹陷氣藏天然氣C7輕烴化合物中，甲基環(huán)己烷指數(shù)偏低，普遍小于50%(表3)，屬于油型氣，僅BF19-2陵水組天然氣甲基環(huán)己烷指數(shù)略高，可能是該油型氣中混入少量煤型氣的緣故，或者腐泥型源巖中含一定豐度的陸源輸入物。研究區(qū)天然氣輕烴甲基環(huán)己烷指數(shù)較北部灣盆地潿西南凹陷典型的油型氣甲基環(huán)己烷指數(shù)略高(表3中WZ1、WZ2、WZ3樣品)。

表1 瓊東南盆地松東凹陷和寶島凹陷含氣構(gòu)造天然氣組分與碳同位素特征

表2 瓊東南盆地和北部灣盆地天然氣輕烴氣相色譜C6和C7系列數(shù)據(jù)

1)地層模塊測(cè)試； 2)鉆桿測(cè)試；3)模塊地層動(dòng)態(tài)測(cè)試。

表3 瓊東南盆地和北部灣盆地主要?dú)獠靥烊粴釩7輕烴組成

注：甲基環(huán)己烷指數(shù)=MCH/(MCH+nC7+ΣDMCP)×100%。

2.3 天然氣同位素組成

依據(jù)甲烷碳同位素(δ13C1)劃分天然氣是有機(jī)還是無機(jī)成因，國內(nèi)外學(xué)者提出了3個(gè)界限值，分別為δ13C1大于-20‰[13，26-27]，大于-25‰[28]和大于-30‰[29-30]。本文采用δ13C1>-30‰作為有機(jī)和無機(jī)成因天然氣的界限。松東凹陷和寶島凹陷周緣天然氣甲烷碳同位素主要分布于-48.91‰～-35.17‰，為有機(jī)成因天然氣(表1)。深、淺部氣藏天然氣甲烷碳同位素有差異：新近系中新統(tǒng)三亞組和梅山組天然氣的甲烷碳同位素較輕，集中在-48.91‰～-45.53‰之間；古近系陵水組天然氣甲烷碳同位素偏重，為-35.98‰～-35.17‰，說明深部陵水組天然氣成熟度高于淺部三亞組和梅山組天然氣，當(dāng)然不排除淺層有生物氣混入的可能性。

天然氣中重?zé)N氣碳同位素組成主要受控于生氣母質(zhì)，國外學(xué)者采用乙烷碳同位素(δ13C2)界定天然氣成因[31]。國內(nèi)學(xué)者根據(jù)對(duì)天然氣中重?zé)N碳同位素統(tǒng)計(jì)，將煤型氣標(biāo)準(zhǔn)定為δ13C2>-28.1‰、δ13C3>-23.2‰；將油型氣標(biāo)準(zhǔn)定為δ13C2<-28.8‰、δ13C3<-25.5‰[32-33]。松東凹陷和寶島凹陷周緣天然氣乙烷碳同位素為-30.92‰～-27.45‰，僅1個(gè)樣品(δ13C2為-27.45‰)大于-28.8‰，其余均小于-28.8‰；丙烷碳同位素為-31.35‰～-27.62‰，均小于-25.5‰(表1)。結(jié)合天然氣中含有大量重?zé)N氣(重?zé)N含量大于8%)的事實(shí)，判斷松東凹陷和寶島凹陷北緣天然氣屬于油型氣。事實(shí)上，松東凹陷和寶島凹陷周緣天然氣與珠江口盆地西部文昌A凹陷凝析氣藏天然氣、文昌13-1/2油田典型油型氣的碳同位素分布特征接近，處于同一點(diǎn)群，也表明松東凹陷和寶島凹陷周緣天然氣為油型氣(圖2)?？梢钥闯?，根據(jù)碳同位素判斷BF19-2陵水組II氣組天然氣成因與根據(jù)C7輕烴資料判斷的結(jié)果略有出入，分析應(yīng)該是油型氣中混入少量煤型氣的緣故，或者與天然氣的烴源巖中含較高陸源輸入物有關(guān)。

天然氣中二氧化碳分為有機(jī)和無機(jī)成因兩類。無機(jī)成因二氧化碳一般相對(duì)富集重碳同位素。松東凹陷和寶島凹陷周緣天然氣中二氧化碳含量0.61%～18.72%，二氧化碳碳同位素介于-29.33‰～-4.26‰之間(表1)，依據(jù)戴金星等關(guān)于有機(jī)和無機(jī)成因二氧化碳碳同位素的劃分標(biāo)準(zhǔn)[29-30]，既有有機(jī)成因，也有無機(jī)成因。

2.4 油氣來源與天然氣勘探方向

對(duì)于瓊東南盆地天然氣來源，目前普遍認(rèn)為來自下漸新統(tǒng)崖城組的海陸過渡相、淺海相烴源巖[34-36]，而始新統(tǒng)湖相烴源巖的生氣貢獻(xiàn)鮮有報(bào)道。根據(jù)研究區(qū)構(gòu)造、沉積地質(zhì)背景和石油地質(zhì)條件及勘探成果，結(jié)合前述天然氣主要為油型氣的地質(zhì)實(shí)際，推斷瓊東南東部松東、寶島地區(qū)天然氣主要來自始新統(tǒng)湖相烴源巖，可能有部分崖城組煤系地層生氣的貢獻(xiàn)。

圖2 松東凹陷、寶島凹陷周緣和文昌凹陷 天然氣中δ13C2-δ13C3關(guān)系

雖然目前在松東凹陷和寶島凹陷鉆井尚未揭露始新統(tǒng)烴源巖，但在SF24-1-1井下中新統(tǒng)三亞組產(chǎn)出的凝析油、BF15-3-1井上漸新統(tǒng)陵水組(2 269.5 m)油砂抽提物中，均檢測(cè)出較為豐富的C30-4-甲基甾烷(圖3)[37]，反映其烴源巖中含有低等水生生物來源的生油母質(zhì)。SF24-1-1井凝析油輕烴中以鏈烷烴為主，芳烴含量很低，有別于盆地西區(qū)崖城13-1氣田以陸源高等植物輸入為主的芳烴型凝析油，推斷松東凹陷和寶島凹陷發(fā)育良好的始新統(tǒng)湖相烴源巖。綜上所述，始新統(tǒng)湖相烴源巖是松東凹陷和寶島凹陷重要的烴源巖構(gòu)成之一。

天然氣成熟度是指生氣母質(zhì)的熱演化程度，天然氣中甲烷、乙烷和丙烷等碳同位素與其密切相關(guān)。Stahl建立了甲烷碳同位素與天然氣母質(zhì)成熟度的關(guān)系式：δ13C1=AlgRo-B，其中A、B為常數(shù)[38]。根據(jù)上式，不同的學(xué)者根據(jù)不同研究區(qū)，提出了不同成因類型天然氣的A、B常數(shù)[39]。寶島凹陷北緣②號(hào)斷裂帶BF19-2上漸新統(tǒng)陵水組天然氣，其碳同位素呈現(xiàn)出油型氣特征。根據(jù)趙文智等的腐泥型油型氣公式[40]，計(jì)算得到的天然氣成熟度Rc范圍為1.94%～2.74%。按生氣高峰期在5.5 Ma，此時(shí)寶島凹陷始新統(tǒng)埋深6 000～7 500 m(圖4)[41]，其Ro在2.00%以上，處于高成熟—過成熟階段；崖城組埋深更淺，根據(jù)始新統(tǒng)、崖城組在5.5 Ma時(shí)的熱演化程度與天然氣成熟度的匹配，分析BF19-2上漸新統(tǒng)陵水組天然氣主要來自高—過成熟階段的始新統(tǒng)湖相烴源巖，崖城組煤系地層有一定貢獻(xiàn)。這與以往瓊東南盆地天然氣成因與氣源認(rèn)識(shí)不同[36]。

圖3 瓊東南盆地松東凹陷 SF24-1-1井凝析油萜烷和甾烷特征 據(jù)黃保家等[37]修改。

在凹陷按照趙文智等提出的腐泥型油型氣公式[40]，用甲烷碳同位素計(jì)算出的天然氣成熟度Rc為0.87%～1.15%，屬于腐泥型干酪根在正常成熟階段形成的天然氣，與松東凹陷北坡始新統(tǒng)烴源巖埋藏?zé)嵫莼肺呛?，相?yīng)于3 Ma時(shí)[36]，始新統(tǒng)烴源巖埋深3 600～5 400 m時(shí)生成輕質(zhì)油或凝析油、油型熱解氣，這與油氣成藏條件分析認(rèn)識(shí)一致。SF24-1-1、BF13-1-1等鉆井揭示的中新統(tǒng)氣藏，系晚中新世斷裂溝通了松東凹陷北坡始新統(tǒng)湖相烴源巖灶，此時(shí)北坡的始新統(tǒng)湖相烴源巖處于油窗階段，生成的油氣沿晚中新世NWW走向斷裂垂向運(yùn)移，在淺部中新統(tǒng)三亞組、梅山組斷鼻圈閉中聚集成藏。松東凹陷始新統(tǒng)沉積受NE-SW走向、NW傾向的⑥號(hào)斷裂控制，凹陷中心位于SF24-1氣藏的西南部，并且向凹陷中心方向始新統(tǒng)烴源巖沉積厚度變大，埋藏變深，生烴母質(zhì)還原環(huán)境及保存條件更有利于生成過成熟的油型裂解氣。因此，自松東凹陷北部SF27和SF28區(qū)發(fā)育的上漸新統(tǒng)陵水組構(gòu)造脊，向南延伸，是重要的天然氣運(yùn)聚方向，是下步尋找油型裂解氣的重點(diǎn)勘探方向之一。

圖4 過松東凹陷東部和寶島凹陷典型剖面5.5 Ma以來構(gòu)造發(fā)育史 據(jù)黃保家等[41]修改；剖面位置見圖1。

綜上所述，盆地東區(qū)，無論北部坳陷的松東凹陷還是中央坳陷的寶島凹陷，目前發(fā)現(xiàn)的天然氣均為始新統(tǒng)湖相烴源巖在不同成熟階段生成的油型氣(部分混有崖城組煤型氣)，豐富了天然氣成因類型，進(jìn)一步佐證了瓊東南盆地除崖城組煤系氣源巖之外的另一套重要的氣源巖，拓寬了瓊東南盆地天然氣的來源和勘探領(lǐng)域，不僅北部淺水區(qū)寶島凹陷、松東凹陷是下步尋找油型氣的重要勘探方向，而且對(duì)南部深水區(qū)中央坳陷天然氣勘探也有重要指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

(1)天然氣組分、天然氣輕烴及烷烴氣碳同位素組成特征表明，瓊東南盆地東部松東凹陷和寶島凹陷已發(fā)現(xiàn)的天然氣為油型氣，BF19-2陵水組天然氣可能有少量煤型氣的混入，不排除有部分崖城組海陸過渡相、淺海相烴源巖生氣的貢獻(xiàn)。推斷松東凹陷和寶島凹陷發(fā)育良好的始新統(tǒng)湖相烴源巖，其為松東凹陷和寶島凹陷重要的烴源巖構(gòu)成之一。

(2)除了下漸新統(tǒng)崖城組海陸過渡相煤系地層和淺海相烴源巖生成的煤型氣外，始新統(tǒng)湖相腐泥型烴源巖生成的油型氣也是瓊東南盆地新的天然氣成因類型之一，不僅對(duì)松東凹陷和寶島凹陷，而且對(duì)瓊東南盆地淺水區(qū)、深水區(qū)天然氣勘探也具有重要指導(dǎo)意義。

(3)松東凹陷西北坡SF27和SF28區(qū)、寶島凹陷北緣②號(hào)斷裂帶是下步重要的天然氣勘探方向。

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(編輯 徐文明)

Genesis and sources of natural gas in eastern Qiongdongnan Basin, South China Sea

Zhang Yingzhao, Fan Caiwei, Xu Xinde, Yuan Bing

(CNOOCZhanjiangBranchCompany,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

The genesis and sources of natural gas in the Songdong and Baodao sags in the eastern Qiongdongnan Basin were analyzed through gas geochemistry and pool-forming research methods based on sample tests and seismic data. The natural gas in the study area is mainly the oil type. In the BF13 and SF24 regions on the northern slope of the Songdong Sag, mature natural gas of the oil type was found in the Miocene. In the BF19-2-3 region in the fault belt no.2 in the northern Baodao Sag, high-maturity and over-mature natural gas of the oil type (sometimes mixed with coal gas) was found in the Upper Oligocene Lingshui Formation. The findings differed from former reports about the coal-type gas in the Yinggehai and Qiongdongnan basins. The discovered oil type natural gas mainly was sourced from lacustrine deposits in the Eocene, and partially from the coal formations in the Yacheng Formation. It was deduced that there was another set of important gas source rocks besides the coal formations in the Yacheng Formation. The northwestern slope of the Songdong Sag and the fault belt no. 2 in the northern Baodao Sag are important exploration targets for natural gas.

genesis of natural gas; oil-type gas; source rock; Eocene; Songdong Sag; Baodao Sag; Qiongdongnan Basin

1001-6112(2015)04-0466-07

10.11781/sysydz201504466

2014-07-13；修改日期：2015-06-012。

張迎朝(1971—)，男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事南海油氣勘探、科研工作。E-mail：zhangyingzh@cnooc.com.cn。

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-001-007)和中海石油(中國)有限公司重大科技攻關(guān)項(xiàng)目(CNOOC-KJ125ZDXM07LTD02-ZJ)資助。

TE122.2

A