劉 培 彭光榮 熊萬(wàn)林 楊興業(yè) 王宇辰高 翔 杜曉東 韓 博

(1. 中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054; 2. 中海石油深海開(kāi)發(fā)有限公司 廣東深圳 518054)

珠一坳陷為珠江口盆地北部一負(fù)向構(gòu)造單元,整體呈北東向展布,為一狹長(zhǎng)不規(guī)則長(zhǎng)塊,東南部與東沙隆起毗鄰,西南部與番禺低隆起相鄰,西接珠三坳陷,北部緊鄰北部隆起帶。受北東向斷裂體系及北西向低凸起控制,珠一坳陷內(nèi)部構(gòu)造單元可自西向東劃分為陽(yáng)江凹陷、恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陸豐凹陷、韓江凹陷等6個(gè)凹陷,以及恩西低凸起、惠西低凸起、惠陸低凸起、海豐凸起4個(gè)正向構(gòu)造單元[1](圖1a)?；葜莅枷輰儆谥榻谂璧刂橐慧晗莸拇渭?jí)構(gòu)造單元,本次研究區(qū)惠東地區(qū)位于惠州凹陷東北部,發(fā)育洼陷包括惠州10洼、14洼、08洼、13洼和21洼(圖1b)。

圖1 珠江口盆地惠東新區(qū)構(gòu)造位置(a、b)及地層分布特征(c)(據(jù)文獻(xiàn)[2]修改)

惠州凹陷是珠江口盆地油氣勘探的主戰(zhàn)場(chǎng),但不同地區(qū)地質(zhì)條件和勘探程度差異顯著?；菸鞯貐^(qū)為勘探成熟區(qū),惠州凹陷已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量98%集中在惠西地區(qū),在生產(chǎn)油田均集中于惠西地區(qū)[3-6],其各洼陷主力烴源巖均為文昌組半深—深湖相沉積,多缺少明顯緩坡物源,以轉(zhuǎn)換帶軸向物源為主?；輺|地區(qū)為勘探新區(qū),目前僅鉆探10口井,雖然有油氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn),但尚未取得商業(yè)突破,勘探及研究程度均較低。該地區(qū)除惠州10洼主要發(fā)育文昌組半深—深湖相烴源巖,其余洼陷主要發(fā)育恩平組三角洲—淺湖相烴源巖,以軸向物源為主。

惠州凹陷惠西地區(qū)以原油為主,僅在2020年發(fā)現(xiàn)了惠州26-6文昌組來(lái)源凝析氣藏;惠東地區(qū)已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量呈現(xiàn)出油氣均勢(shì)的特征,氣為凝析氣藏,油為高氣油比的輕質(zhì)油藏,天然氣在已有儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)中占比較高,新區(qū)將是天然氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。由于研究區(qū)缺乏針對(duì)恩平組烴源巖系統(tǒng)的研究,本次研究將從恩平組沉積時(shí)期構(gòu)造、沉積響應(yīng)特征入手,系統(tǒng)研究恩平組烴源巖生烴特征、成烴規(guī)模及成藏貢獻(xiàn),以期為三角洲—淺湖相烴源巖體系的勘探提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)樣品與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品包括泥巖、砂巖及原油樣品3種類型。本文所涉及的烴源巖熱壓模擬實(shí)驗(yàn)所采用的是A9-1井恩平組湖相泥巖(TOC=1.63%,IH=279 mg/g,Ro=0.7%)。烴源巖分析樣品主要來(lái)源于A8-1、A9-1、A9-2、B13-1、B14-1、B20-1井恩平組泥巖,共采集50個(gè)巖屑樣品;原油樣品源自A9-1、B20-3、C21-1、C21-7、D22-1,共8件樣品;砂巖分析樣品源自A8-1、A14-1、D21-6井,共10件砂巖巖屑樣品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

泥巖巖屑樣品實(shí)驗(yàn)前需要處理,處理過(guò)程包括挑選及碎樣,應(yīng)用碳硫分析儀和熱解儀進(jìn)行烴源巖碳硫和巖石熱解分析,分析儀器為CS 230碳硫分析儀;采用索氏抽提法,并用氯仿作為溶劑獲取泥巖及砂巖樣品中的氯仿瀝青“A”,萃取的巖石氯仿瀝青“A”及原油樣品族組分分離采用柱色層法;飽和烴色譜分析采用儀器為安捷倫公司Agilent 7890 A氣相色譜儀、6890 N和5973 C色譜-質(zhì)譜儀,使用色譜柱均為石英彈性毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),升溫程序?yàn)橹紲囟?0 ℃,升溫速率為4 ℃/min,柱終溫度為300 ℃,恒溫16 min,飽和烴色譜-質(zhì)譜分析使用色譜柱為HP-5MS石英彈性毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),升溫步驟包括50 ℃恒定2 min,以15 ℃/min的速度升溫至100 ℃,100 ℃至300 ℃的升溫速率為4 ℃/min,溫度到達(dá)300 ℃時(shí)保持恒溫20 min。

本次烴源巖熱壓模擬實(shí)驗(yàn)采用半開(kāi)放-半封閉實(shí)驗(yàn)方法,地質(zhì)條件下烴源巖樣品上覆地層壓力和靜水壓力主要通過(guò)液壓支柱和高壓泵向反應(yīng)釜腔體注水來(lái)實(shí)現(xiàn),為了研究恩平組腐泥-腐植型烴源巖不同熱演化階段干酪根生排烴模式,熱壓模擬實(shí)驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)溫度點(diǎn),溫度點(diǎn)分別為250、300、350、375、400、450、500、550 ℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果包括總油產(chǎn)率、殘留油產(chǎn)率、排出油產(chǎn)率、烴氣質(zhì)量產(chǎn)率和總產(chǎn)烴率。

2 恩平組構(gòu)造沉積特征

惠東地區(qū)自下而上依次發(fā)育前古近系,古近系始新統(tǒng)文昌組、恩平組、漸新統(tǒng)珠海組,新近系中新統(tǒng)珠江組、韓江組和粵海組,上新統(tǒng)萬(wàn)山組及最上的第四系(圖1c)。以恩平組頂界面T70為界,惠東地區(qū)具有“下陸上?！薄跋聰嗌限帧钡碾p層沉積構(gòu)造特征,T70之下為斷陷結(jié)構(gòu),屬陸相環(huán)境沉積體系,T70之上為拗陷結(jié)構(gòu),屬海相環(huán)境沉積體系[7-16]。同時(shí)受斷陷活動(dòng)“南早北晚”差異演化特征控制,惠東地區(qū)形成區(qū)別于其他地區(qū)的厚恩平薄文昌的沉積特征,厚層恩平組內(nèi)三角洲—淺湖相烴源巖成為區(qū)內(nèi)主要供烴層系。

2.1 構(gòu)造沉積背景

珠一坳陷各裂陷幕洼陷結(jié)構(gòu)特征均受控于基底先存北東、北西向斷裂新生代差異活化。文昌期,在北西-南東向伸展應(yīng)力背景下,北東向斷裂強(qiáng)烈活化,北西向斷裂局部活化并限定沉積中心的發(fā)育,形成文昌期洼陷裂陷軸主體呈現(xiàn)北東向展布(圖2a)。恩平期,伴隨應(yīng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn),北西向斷裂活化增強(qiáng),與北東向斷裂綜合作用,左旋拉分成盆。受珠瓊一幕文昌期形成的裂陷軸控制,珠一坳陷恩平期斷陷作用自西向東、由南向北逐漸增強(qiáng)(圖2b),形成惠東地區(qū)恩平期裂陷作用最強(qiáng)的盆地格局(圖2c),恩平組最大沉積厚度可達(dá)3 000 m,且早恩平期相比晚恩平期裂陷作用更強(qiáng)[17-18]。

圖2 珠江口盆地惠州凹陷構(gòu)造遷移及地層發(fā)育特征

恩平組下段沉積時(shí)期(圖3a),洼陷斷裂活動(dòng)性較強(qiáng),斷陷作用為主,水深盆窄。湖盆接受隆起區(qū)和洼陷中局部隆起供源,形成的三角洲規(guī)模相對(duì)較小,湖相沉積規(guī)模較大。恩平組上段沉積時(shí)期(圖3b),洼陷斷裂活動(dòng)性減弱,拗陷作用為主,淺水廣盆。湖盆主要接受北部隆起區(qū)供源,洼中局部隆起沒(méi)入水下,該時(shí)期受物源輸入以及湖盆地形控制,三角洲推進(jìn)距離遠(yuǎn)、規(guī)模大,淺湖相沉積范圍顯著減小。

圖3 珠江口盆地惠東新區(qū)恩平組沉積相模式

2.2 恩平組烴源巖發(fā)育模式

恩平組構(gòu)造演化及沉積充填特征表明,恩平組沉積早期斷陷作用較強(qiáng),該時(shí)期的烴源巖類型以湖相泥巖為主,三角洲相的平原和前緣沼澤相發(fā)育相對(duì)較為局限。恩平組沉積晚期斷陷作用弱,該時(shí)期的烴源巖類型以三角洲平原和前緣沼澤為主,湖相泥巖為輔。研究區(qū)已鉆井所揭示的恩平組受辮狀河三角洲物源體系影響明顯,巖性組合上表現(xiàn)為砂泥互層(圖4、5)。鉆井揭示的恩平組烴源巖具有典型煤系烴源巖組合特征,包括煤、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖。煤主要分布在恩平組上段,單層厚度為1～2 m,累計(jì)厚度3.6～50.0 m,湖相泥巖在恩平組上段和下段均有分布,單層厚度最大約18 m。

注:B14-1井、A8-1井、A9-2井皆未鉆穿恩平組。

圖5 珠江口盆地惠東新區(qū)不同相帶烴源巖發(fā)育模式

3 恩平組烴源巖生烴特征及規(guī)模

3.1 烴源巖生物標(biāo)志化合物特征

惠東地區(qū)鉆井揭示的恩平組泥巖抽提物依據(jù)其生物標(biāo)志化合物組合特征可劃分為2種類型[19-25]：第1類為淺湖相泥巖(圖6),該類泥巖惠東地區(qū)鉆井揭示較少,該烴源巖生標(biāo)特征為“一中五低”,中等姥植比,Pr/Ph=5.7,低C304-甲基甾烷、C19三環(huán)萜烷、Ts、奧利烷和T化合物,有機(jī)質(zhì)來(lái)源中藻類和高等植物貢獻(xiàn)均衡,沉積環(huán)境偏氧化,代表水體較淺的淺湖相沉積。

圖6 珠江口盆地惠東新區(qū)恩平組泥巖生物標(biāo)志化合物特征

第2類為三角洲相泥巖,該類泥巖惠東地區(qū)鉆井揭示較多,該烴源巖生標(biāo)特征為“兩高四低”,高姥植比,Pr/Ph為7.48～8.33,高C19三環(huán)萜烷,長(zhǎng)側(cè)鏈三環(huán)萜烷系列以C19為主峰呈階梯狀分布,低C304-甲基甾烷、Ts、奧利烷和T化合物,有機(jī)質(zhì)來(lái)源以高等植物為主,沉積環(huán)境偏氧化,代表水體較淺的三角洲-沼澤相沉積(圖6)。

3.2 烴源巖有機(jī)顯微組分

烴源巖成氣、成油的控制因素主要取決于顯微組分,尤其是陸源高等植物貢獻(xiàn)明顯的恩平組烴源巖。富氫組分高,則生烴總量高、生油性能好。富氫顯微組分主要包括藻質(zhì)體、孢子體、角質(zhì)體、樹(shù)脂體、木栓質(zhì)體、樹(shù)皮體、瀝青質(zhì)體和瀝青滲出體等[26-31]。惠東地區(qū)沉積有機(jī)顯微組分中,泥巖殼質(zhì)組含量5%～20%,熒光無(wú)定形有機(jī)質(zhì)含量15%～30%,傾氣組分中鏡質(zhì)組含量10%～25%;煤的傾油顯微組分中殼質(zhì)組含量10%～25%,熒光無(wú)定形20%～30%,傾氣組分中鏡質(zhì)組含量15%～30%,相比湖相泥巖,惠東地區(qū)煤殼質(zhì)組及熒光無(wú)定形含量相對(duì)更高,干酪根熒光照片中亦可見(jiàn)豐富的鏡質(zhì)體及樹(shù)脂體(圖7),具有相對(duì)更好的生烴能力。

圖7 珠江口盆地惠東新區(qū)恩平組有機(jī)屑組分特征

3.3 烴源巖生烴潛力及規(guī)模

如前文所述,惠東地區(qū)揭示的恩平組烴源巖組合特征與國(guó)內(nèi)其他典型煤系盆地相似,主要包括泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤,恩平組烴源巖富氫組分含量較高,為腐泥-腐殖型。因此,本次恩平組烴源巖評(píng)價(jià)采用前人在本地區(qū)大量研究工作基礎(chǔ)之上建立的圖版[2,7,10,26],三類烴源巖巖石熱解分析數(shù)據(jù)結(jié)果顯示:暗色泥巖TOC均值為2.19%,氫指數(shù)平均值為185 mg/g,有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2型;碳質(zhì)泥巖TOC均值為18.14%,氫指數(shù)平均值為296 mg/g,有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型;煤TOC均值為54.48%,氫指數(shù)平均值為281 mg/g,有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型(圖8)。相比暗色泥巖,碳質(zhì)泥巖和煤不僅具有相對(duì)更高的有機(jī)質(zhì)豐度,而且氫指數(shù)更高、類型更好,轉(zhuǎn)化率更優(yōu)。

注:S1為游離烴;S2為熱解烴。

由于惠東新區(qū)屬于勘探新區(qū),烴源巖的潛力評(píng)價(jià)至關(guān)重要。因此,本文選取典型泥巖樣品進(jìn)行半開(kāi)放-半封閉體系熱壓模擬實(shí)驗(yàn),8個(gè)溫度點(diǎn)所測(cè)得的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明:①Ro值在0.9%～1.3%時(shí),總油產(chǎn)率急劇增加,并在Ro為1.3%時(shí)達(dá)到頂峰,總油產(chǎn)率可達(dá)291.97 kg/t。原油產(chǎn)率降低發(fā)生在Ro為1.3%～2.5%時(shí),并且在1.3%～2.0%時(shí)降幅最大,這種現(xiàn)象主要與高溫階段滯留油開(kāi)始大量裂解有關(guān),從而導(dǎo)致原油產(chǎn)率在1.3%～2.0%時(shí)迅速下降。②Ro為0.9%～2.5%時(shí),總氣產(chǎn)率表現(xiàn)為總體增加,其中在0.9%～1.5%時(shí)產(chǎn)率緩慢增加且平穩(wěn),在1.5%～2.5%時(shí)產(chǎn)率增加較大,進(jìn)入主要產(chǎn)氣階段,Ro>2.5%時(shí)增長(zhǎng)幅度極為有限,并在Ro為4.25%左右時(shí),產(chǎn)氣率最高達(dá)到156.97 kg/t。由于半封閉體系難以避免地存在原油裂解現(xiàn)象,因此本次研究獲得的天然氣產(chǎn)率在高溫階段,尤其是Ro值1.3%～2.0%區(qū)間內(nèi)一定程度上會(huì)受到中等—過(guò)成熟階段滯留油的裂解影響。

表1 惠東新區(qū)恩平組泥巖半開(kāi)放-半封閉體系熱壓模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)烴率數(shù)據(jù)

綜上所述恩平組湖相泥巖具有“油氣兼生、早油晚氣”的特征(圖9),在Ro值在0.9%～1.3%時(shí),生油為主,生氣為輔;Ro值位于1.3%～1.5%時(shí),總油產(chǎn)率迅速下降,總氣產(chǎn)率變化較小;在Ro大于1.5%時(shí),總油產(chǎn)率持續(xù)以較大幅度下降,產(chǎn)油量減少,此時(shí)產(chǎn)氣率迅速增加,進(jìn)入主要產(chǎn)氣階段。

圖9 珠江口盆地惠東新區(qū)恩平組泥巖產(chǎn)烴率

基于前文熱壓模擬實(shí)驗(yàn),構(gòu)建適合研究區(qū)的生烴動(dòng)力模型后,對(duì)惠東新區(qū)恩平組資源潛力進(jìn)行重新評(píng)估。熱成熟度分析結(jié)果表明,恩平組烴源巖現(xiàn)今整體處于高成熟階段,以生氣為主,生油為輔。評(píng)估結(jié)果顯示惠東新區(qū)恩平組原油地質(zhì)資源量近3×108t,天然氣資源量近500×108m3。

4 恩平組烴源巖成藏貢獻(xiàn)

4.1 油氣來(lái)源分析

惠東地區(qū)目前鉆井揭示的流體類型主要有2種,一類為高氣油比輕質(zhì)油藏,該類型原油密度為0.83 g/cm3,原油成熟度約為0.8%,氣油比為120～230 m3/m3(數(shù)據(jù)來(lái)源于A9含油構(gòu)造);另一類為凝析氣藏,反凝析出的凝析油密度為0.78 g/cm3,成熟度約為1.2%,氣油比為2107～2845 m3/m3,氣藏凝析油含量247～324 g/m3,屬中高含凝析油氣藏(數(shù)據(jù)來(lái)源于C21油田)。兩類原油生物標(biāo)志化合物特征與鉆井揭示的恩平組三角洲—沼澤相烴源巖特征相似,具有“兩高四低”的生標(biāo)組合特征(圖10)。C21-1井和B20-3井樣品天然氣組分分析結(jié)果顯示(表2):天然氣組分中烴類氣占比高,含量大于95%烴類氣中甲烷(CH4)含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),天然氣重?zé)N(C2+)含量在20%左右,天然氣干燥系數(shù)為70%～80%。凝析油的輕烴特征結(jié)果顯示,其烴源巖芳香族含量較高,認(rèn)為該原油為以陸源有機(jī)質(zhì)為主的烴源巖在成熟—高熟階段所生成產(chǎn)物。結(jié)合前文地質(zhì)認(rèn)識(shí)、凝析油氣地球化學(xué)分析結(jié)果,可以判斷該類型凝析油氣主要來(lái)源于恩平組烴源巖貢獻(xiàn)(圖11)。

表2 珠江口盆地惠東新區(qū)天然氣及凝析氣組分特征

圖10 珠江口盆地惠東新區(qū)原油和砂巖抽提烴生物標(biāo)志化合物特征

圖11 珠江口盆地惠東新區(qū)凝析油成因判別

4.2 恩平組烴源巖成藏貢獻(xiàn)

本研究所涉及到的混原油比例計(jì)算模型來(lái)源于前人進(jìn)行的混原油配比實(shí)驗(yàn)[33],為討論研究區(qū)不同構(gòu)造的恩平組原油貢獻(xiàn)比例,本次研究采用C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷×3絕對(duì)濃度比值。受恩平組沉積厚度及埋藏深度所控制,恩平組源巖體系貢獻(xiàn)的油氣藏僅在惠東地區(qū)有所發(fā)現(xiàn),輕質(zhì)油藏在平面上不同構(gòu)造、縱向上不同層系均有分布,凝析氣藏主要分布在鄰近恩平組生烴中心的B20含油氣構(gòu)造和C21油氣田。不同含油氣構(gòu)造原油、砂巖抽提烴生物標(biāo)志化合物混源比例計(jì)算結(jié)果表明:B20含油氣構(gòu)造凝析油恩平組源巖貢獻(xiàn)占比約90%,C21油田高含凝析油氣藏中恩平組貢獻(xiàn)約95%,A9、B14、D22、D21含油構(gòu)造所發(fā)現(xiàn)油藏主要來(lái)源于恩平組源巖貢獻(xiàn)。

5 勘探啟示及有利區(qū)帶

恩平組兩類流體的分布特征表明,該類型源巖體系油、氣生成量主要取決于恩平組烴源巖厚度及成熟度,實(shí)鉆結(jié)果表明,恩平組烴源巖主體存在兩期排烴,成熟油窗階段以生成輕質(zhì)原油為主,濕氣階段以生成凝析油藏為主。并且油氣藏主體分布在臨近油源斷裂的構(gòu)造中,源控特征明顯?；輺|研究區(qū)發(fā)育有惠州08、惠州27大型轉(zhuǎn)換帶,可形成大規(guī)模的辮狀河三角洲沉積體系,易發(fā)育規(guī)模富集的甜點(diǎn)儲(chǔ)層。惠州21洼成熟度最高,現(xiàn)今主體處于高熟—過(guò)熟階段,以找凝析氣為主,惠州14洼現(xiàn)今處于高熟階段,可尋找輕質(zhì)油藏和凝析氣藏;惠州08洼成熟度較低,現(xiàn)今處于低熟—成熟階段,以尋找輕質(zhì)油藏為主。綜合以上分析:惠東地區(qū)最有利油氣勘探方向有2類:第1類為鄰近烴源巖的深層恩平組圈閉,屬于源內(nèi)成藏,旁生側(cè)儲(chǔ),如惠州08-14洼間隆構(gòu)造帶以及惠州21洼東南側(cè)的鼻狀隆起帶;第2類為源-斷-脊-圈匹配關(guān)系較好的中淺層珠江、珠海組圈閉,屬于源外成藏,如惠州09鼻狀斷階帶(圖12)。

圖12 惠州凹陷基底及恩平組排烴強(qiáng)度疊合圖

6 結(jié)論

1) 惠東地區(qū)除恩平組沉積早期裂陷階段發(fā)育半深—深湖相沉積外,主體發(fā)育三角洲—淺湖相沉積。三角洲相烴源巖具有典型煤系烴源巖組合特征,包括煤、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖,湖相烴源巖以暗色泥巖為主。

2) 恩平組烴源巖豐度中等—好,類型為Ⅱ型,具有“油氣兼生、早油晚氣”的特征,在Ro值在0.9%～1.3%時(shí),生油為主,生氣為輔;在Ro大于1.5%時(shí),進(jìn)入主要產(chǎn)氣階段。資源量計(jì)算結(jié)果表明,惠東地區(qū)恩平組資源潛力較大,原油地質(zhì)資源量近3×108t,天然氣資源量近500×108m3。

3) 受構(gòu)造沉積背景及烴源巖演化程度控制,恩平組源巖體系貢獻(xiàn)的油氣藏僅在惠東地區(qū)有所發(fā)現(xiàn)。地化、地質(zhì)綜合分析結(jié)果表明,惠東新區(qū)最有利的勘探方向?yàn)猷徑鼰N源巖的深層恩平組圈閉和“源-斷-脊-圈”匹配關(guān)系較好的淺層珠江、珠海組圈閉。