萬延周，陳春峰，陳文俠，徐東浩，張伯成，歐 戈.

(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

近年來，東海盆地西湖凹陷在平湖組、花港組獲得巨大油氣成果，隨著勘探開發(fā)程度的加深，西湖凹陷始新統(tǒng)平湖組和寶石組的研究也日益深化。始新統(tǒng)的研究，特別是始新統(tǒng)烴源巖的研究，將對西湖凹陷的油氣勘探具有重要的現(xiàn)實意義。

前人通過對沉積、構(gòu)造以及油氣潛力等方面的研究[1～16]，取得不少關(guān)于始新統(tǒng)烴源巖的認識。在平湖組沉積環(huán)境研究方面，爭議不大，普遍認為系海陸過渡沉積環(huán)境，但由于研究方向和研究區(qū)域不同，沉積微相一直存在分歧[6～16]，存在主要發(fā)育河流相、辮狀河三角洲相、扇三角洲、潮坪相等不同看法。在寶石組沉積環(huán)境研究方面，存在半深水海灣沉積環(huán)境、近海湖泊沉積環(huán)境和陸相沉積環(huán)境以及局限淺海沉積環(huán)境等不同看法[1、6～9]。

由于研究區(qū)勘探程度較低，資料較少，僅有一口鉆井鉆遇始新統(tǒng)寶石組，因而,始新統(tǒng)烴源巖的研究受到一定的制約。本次通過對西湖凹陷南部始新統(tǒng)寶石組和平湖組烴源巖有機質(zhì)碳同位素組成特征進行分析，并結(jié)合相關(guān)資料[1～16]，對研究區(qū)始新統(tǒng)沉積環(huán)境和生源母質(zhì)進行探索。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東海盆地西湖凹陷位于東海陸架盆地的東北部，面積約5.2×104km2，總體呈北東向展布[1～16]。研究區(qū)位于東海盆地西湖凹陷南部，西、南、東分別與漁山東低隆起、釣北凹陷、釣魚島隆褶帶相鄰(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

研究區(qū)發(fā)育始新統(tǒng)(寶石組、平湖組)、上漸新統(tǒng)(花港組)、中新統(tǒng)(龍井組、玉泉組、柳浪組)、上新統(tǒng)(三潭組)及第四系東海群地層，經(jīng)歷了雁蕩運動、甌江運動、平湖運動、玉泉運動、花港運動、龍井運動等多期構(gòu)造運動。

研究區(qū)經(jīng)歷了海相地層—陸相地層—海相地層沉積的變遷[1～16]，形成了垂向上不同的巖性組合，其中，始新統(tǒng)發(fā)育寶石組和平湖組。寶石組頂部發(fā)育大套灰色泥巖，下部發(fā)育泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖，層厚度300～2000米。平湖組自上而下分為平湖組二段～五段，缺失平湖組一段。其中，平湖組五段灰—深灰色泥巖夾薄層細砂巖、粉砂巖，頂部常見高伽瑪泥巖。平湖組四段灰—深灰色泥巖夾薄層細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。平湖組三段灰質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖與灰質(zhì)粗砂巖，泥巖互層。平湖組二段灰—深灰色泥巖與粉砂巖，細砂巖不等厚互層，含灰質(zhì)。平湖組地層厚度600～5000米，橫向變化明顯。

2 碳同位素組成變化

烴源巖有機質(zhì)碳同位素組成主要繼承于生源母質(zhì)，受成巖作用影響較小。因此,有機質(zhì)碳同位素組成特征常被用來劃分烴源巖有機質(zhì)類型和對比油氣來源，還原古環(huán)境以及區(qū)分海相、陸相有機質(zhì)生源母質(zhì)[15～26]。前人已在烴源巖有機質(zhì)碳同位素組成的地球化學應(yīng)用方面進行不少探索工作。依據(jù)碳同位素組成來區(qū)分沉積環(huán)境和區(qū)分烴源巖有機質(zhì)生源母質(zhì)[17]；利用烴源巖有機質(zhì)碳同位素來判斷烴源巖的有機質(zhì)類型[19]；利用碳同位素分布特征來探索烴源巖與沉積環(huán)境關(guān)系[27]；利用同位素組成異常來分析烴源巖有機質(zhì)的物質(zhì)來源[28]；利用碳同位素值來劃分海相烴源巖的有機相[29]。本次研究在東海盆地西湖凹陷南部較為系統(tǒng)地采集了始新統(tǒng)烴源巖樣品，進行有機質(zhì)碳同位素組分分析，探索平湖組和寶石組烴源巖有機質(zhì)來源及沉積環(huán)境。

前人研究發(fā)現(xiàn)[17～38]，烴源巖有機質(zhì)在地質(zhì)演化史中，受熱力作用和沉積作用以及生物作用的共同影響，碳同位素可能發(fā)生一定的分餾作用。一般來說，隨著烴源巖有機質(zhì)中飽和烴、芳烴和非烴以及瀝青質(zhì)組分極性的改變，碳同位素δ13C值也存在一定的改變，大多呈δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質(zhì)的特征。前人[31～34]分析認為，不同類型的生物具有不同的化學組成，其碳同位素組成也存在差異。若生源母質(zhì)為混源，常常會造成烴源巖有機質(zhì)δ13C值增大，使得其極性較小的組分具有相對較重的碳同位素組成。一般來說等低生物生源母質(zhì)的有機質(zhì)中δ13C平均值低于高等植物生源母質(zhì)。當烴源巖中有陸源高等植物的生源母質(zhì)輸入，有機質(zhì)的碳同位素組分出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象,且一般以芳烴組分的碳同位素組分逆轉(zhuǎn)為主。

2.1 平湖組碳同位素特征

研究區(qū)平湖組烴源巖δ13C飽和烴值的分布范圍為-29.58‰～-28.66‰(表1)，平均為-29.16‰；δ13C芳烴值的分布范圍為-28.17‰～-26.32‰，平均為-27.02‰；δ13C非烴值的分布范圍為-28.18‰～-26.34‰，平均為-27.27‰；δ13C瀝青質(zhì)值的分布范圍為-27.75‰～-26.05‰，平均為-26.70‰(圖2)。研究區(qū)平湖組烴源巖有機質(zhì)的碳同位素組成顯示，其整體呈δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質(zhì)的分布特征，且碳同位素值偏重，整體大于-28‰。其中，飽和烴碳同位素值較低，其他組分碳同位素值整體較高，反映出高等植物對研究區(qū)平湖組有機質(zhì)貢獻較大。通過研究區(qū)烴源巖有機質(zhì)碳同位素組分分析，部分樣品呈δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質(zhì)和δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質(zhì)<δ13C芳烴以及δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質(zhì)<δ13C非烴特征，不符合一般分布規(guī)律，出現(xiàn)“逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。借鑒前人研究[17～38]，研究區(qū)平湖組烴源巖有機質(zhì)的碳同位素逆轉(zhuǎn)與沉積環(huán)境及有機質(zhì)來源有關(guān)，整體繼承了生源母質(zhì)碳同位素的組成特征，反映了其有機質(zhì)生源母質(zhì)的沉積環(huán)境。

表1 西湖凹陷南部始新統(tǒng)烴源巖有機質(zhì)碳同位素值統(tǒng)計表

圖2 西湖凹陷南部平湖組烴源巖有機質(zhì)碳同位素特征

2.2 寶石組碳同位素特征

研究區(qū)寶石組烴源巖δ13C飽和烴值的分布范圍為-30.87‰～-28.5‰(表1)，平均為-29.16‰； δ13C芳烴值的分布范圍為-28.88‰～-26.05‰，平均為-27.7‰；δ13C非烴值的分布范圍為-28.53‰～-26.7‰，平均為-27.58‰；δ13C瀝青質(zhì)值的分布范圍為-28.08‰～-26.38‰，平均為-27.01‰(圖3)。從碳同位素組成特征來看，研究區(qū)寶石組烴源巖有機質(zhì)的碳同位素組成整體呈δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質(zhì)的分布特征。除了飽和烴碳同位素值較低外，其他組分碳同位素值整體較高，反映出研究區(qū)寶石組也存在以高等植物為生源母質(zhì)的現(xiàn)象。同平湖組相似，寶石組部分樣品也呈δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質(zhì)<δ13C芳烴和δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質(zhì)特征，碳同位素組分也出現(xiàn)“逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，也不符合一般規(guī)律。通過碳同位素組成特征分析，認為西湖凹陷寶石組烴源巖有機質(zhì)可能來自陸相生源母質(zhì)和海相生源母質(zhì)。

圖3 西湖凹陷南部寶石組烴源巖有機質(zhì)碳同位素特征

3 烴源巖有機質(zhì)來源及沉積環(huán)境分析

前人根據(jù)漸新世前后海、陸相烴源巖有機質(zhì)碳同位素的特征[17，22～23]，研究認為：漸新世之前，陸相烴源巖有機質(zhì)碳同位素組成比同層海相烴源巖有機質(zhì)同位素組成重；漸新世之后，海相烴源巖有機質(zhì)同位素組成比同層陸相烴源巖有機質(zhì)碳同位素組成重。

一般認為[31～38]，沉積巖中有機質(zhì)碳同位素組成主要受控于其生源母質(zhì)。海洋低等生物形成的有機質(zhì)碳同位素組成較輕，一般小于-28‰，而陸源高等植物的有機質(zhì)碳同位素組成較重。

Sofer和朱揚明根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)[17，23]，利用飽和烴和芳烴組分的碳同位素歸納出經(jīng)驗公式δ13C芳烴=1.14δ13C飽和烴+5.46 來作為海、陸相生源母質(zhì)界限。同時定義烴源巖有機質(zhì)碳CV值(CV=-2.53δ13C飽和烴+2.22δ13C芳烴%-11.65)，并認為CV值小于0.47表征海相烴源巖有機質(zhì)，CV值大于0.47表征陸相烴源巖有機質(zhì)。在實際應(yīng)用中，使用烴源巖機質(zhì)碳CV值來識別海、陸相烴源巖中有機質(zhì)，對識別樣品的沉積環(huán)境有一定參考意義[17，22-23]。

圖4 西湖凹陷南部始新統(tǒng)烴源巖飽和烴和芳烴組成分布圖

長期以來,西湖凹陷平湖組系海陸過渡的沉積環(huán)境爭議不大。但由于研究的側(cè)重點不同，平湖組的沉積微相存在一定的分歧[6～16]。有專家認為平湖一段到四段為半封閉—封閉的海灣環(huán)境，河流—海相三角洲沉積體系以及海灣沉積體系占主體；平湖組五段為被動大陸邊緣的開放海環(huán)境，發(fā)育河流—海相三角洲沉積體系、海洋沉積體系[10]。有專家認為發(fā)育受潮汐作用影響的三角洲相、潮坪相及局限淺海相等沉積相[11]。有專家認為主要為海灣沉積環(huán)境，沉積相類型主要為扇三角洲、辮狀三角洲相、三角洲相、潮坪相、淺海相沉積[12]。有專家認為平湖組下段為海灣淺水一濱岸一濱岸沖積平原相沉積，平湖組中段為潮坪一三角洲相沉積，平湖組上段為三角洲相沉積[13]。有專家認為主要發(fā)育海陸過渡相沉積[14～15]。有專家認為發(fā)育海灣、半封閉海灣澙湖、潮坪沼澤及三角洲沉積體系[16]。研究區(qū)始新統(tǒng)平湖組的有機質(zhì)碳CV值變化在-0.84～3.48之間，平均值達2.16，普遍高于0.47，整體較高，表明研究區(qū)始新統(tǒng)平湖組樣品有機質(zhì)既有陸相有機質(zhì)特征，也有海相有機質(zhì)特征，并以陸相有機質(zhì)來源為主，體現(xiàn)了研究區(qū)始新統(tǒng)平湖組海陸過渡的沉積環(huán)境，并以陸相沉積為主的特征。

目前，研究區(qū)寶石組的沉積環(huán)境尚存爭議[6～9]，有專家認為主要發(fā)育近海湖泊相[7]，也有專家認為主要發(fā)育陸相沉積[8]，還有專家認為發(fā)育淺海沉積[9]，研究區(qū)始新統(tǒng)寶石組樣品的有機質(zhì)碳CV值變化在-2.09～3.81之間，平均值達0.62，接近界限值0.47，表明研究區(qū)始新統(tǒng)寶石組樣品既有陸相有機質(zhì)特征，也有海相有機質(zhì)特征，海相、陸相有機質(zhì)皆發(fā)育，佐證了始新統(tǒng)寶石既有海相沉積環(huán)境特征又存在陸相沉積環(huán)境特征。

研究區(qū)始新統(tǒng)寶石組到平湖組的有機質(zhì)碳CV值存在增大的趨勢，樣品生源母質(zhì)既有海相有機質(zhì)特征，又有陸相有機質(zhì)特征，但陸相有機質(zhì)的比重逐漸增大。推測研究區(qū)始新統(tǒng)整體的沉積環(huán)境是由海陸相沉積向陸相沉積過度。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)始新世統(tǒng)寶石組、平湖組烴源巖有機質(zhì)組成中，除飽和烴碳同位素均值相近外，芳烴、非烴、瀝青質(zhì)碳同位素值皆增長3‰以上，整體皆呈明顯變大趨勢，其生源母質(zhì)主要受海陸相沉積向以陸相沉積為主的演化過程影響。

(2)研究區(qū)始新統(tǒng)平湖組和寶石組烴源巖有機質(zhì)碳同位素組分出現(xiàn)δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質(zhì)<δ13C芳烴和δ13C飽和烴<δ13C非烴<δ13C芳烴<δ13C瀝青質(zhì)的“逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，烴源巖有機質(zhì)碳CV值變化在-2.09～3.81之間,皆有陸相、海相有機質(zhì)特征，其生源母質(zhì)存在海相陸相混源的特點。