瓊東南盆地深水區烴源巖地球化學特征和生烴潛力評價

李金帥，李賢慶，王元，王剛，徐新德，劉海鈺

1.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083；2.中國礦業大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京 100083；3.中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057

隨著油氣勘探技術的進步和能源需求的增長，深水盆地已成為國內外近幾十年來勘探的重點區域[1-3]。瓊東南盆地深水區的勘探自2010年底在淺層首次鉆獲陵水22-1天然氣藏以來，已陸續在中央峽谷體系發現了陵水17-2、陵水25-1和陵水18-1等多個氣田，顯示該區域油氣勘探的巨大潛力[4-5]。烴源巖評價對深水盆地油氣勘探的戰略選區與目標決策至關重要。瓊東南盆地主力烴源巖為崖城組，是由一套海陸過渡相沉積的煤夾層、炭質泥巖和泥巖組成的烴源巖組合，厚482.6～910.0 m，已揭示的鉆井崖城組普遍含煤，但煤層單層厚度較小，累積厚度通常小于6 m，主要發育于盆地邊緣緩坡及盆地內部低凸起周緣地區[6-7]。有關瓊東南盆地其他層位烴源巖的研究已做過一些。劉傳聯[8]研究認為瓊東南盆地崖城組和陵水組有機質豐度較高，但是受到沉積環境控制，表現出較強的非均質性。王元等[9]分析認為瓊東南盆地中新統有機質豐度總體較低，梅山組TOC值在0.36%～2.97%之間，均值為0.76%，三亞組TOC值在0.53%～2.86%之間，均值為0.72%，大部分烴源巖按照有機質豐度評價標準為中等烴源巖?？傮w上看，對瓊東南盆地深水區中新統烴源巖的生烴潛力研究還比較有限。

中新統雖然有機質熱演化程度相對較低，但仍能生成生物氣和低成熟氣或部分成熟氣，為中新統構造圈閉和大量低位砂體圈閉提供油氣，并具有良好的資源潛力[10-11]。因此，在深入研究漸新統烴源巖的同時，對于中新統烴源巖的研究亦尤為重要。對瓊東南盆地深水區不同類型烴源巖對比研究也較少。

本文通過對瓊東南盆地深水區烴源巖地球化學特征的分析，對各個層位烴源巖生烴潛力進行了綜合評價，為瓊東南盆地深水區進一步油氣勘探提供了依據。

1 地質概況

瓊東南盆地是一個新生代大陸邊緣拉張盆地，經歷了裂陷和裂后兩大構造演化階段，具有明顯的“下斷上坳”的雙層構造格架[12-16]。盆地位于南海西北大陸邊緣上，是一個北東走向的伸展裂陷帶，具有“南北分帶、東西分塊”的構造特點。瓊東南盆地主要包括北部坳陷帶、中央坳陷帶和南部隆起3個一級構造單元[17-18]。深水區主要位于中央坳陷帶和南部隆起，水深300～3 000 m，自西向東主要由樂東凹陷、陵水凹陷、北礁凹陷、松南凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷和陵南低凸起、松南低凸起組成(圖1)。

盆地的層序序列由古近系到第四系，從下往上依次為始新統、漸新統的崖城組和陵水組、中新統的三亞組、梅山組、黃流組和上新統的鶯歌海組以及第四系[19]，主要發育2套烴源巖——漸新統裂陷晚期海陸過渡相烴源巖和中新統坳陷期海相烴源巖[20]。早漸新世時期海平面升高發生海侵作用，沉積充填了海陸過渡相及半封閉淺海相地層崖城組，為盆地的重要烴源巖層；晚漸新世至早中新世時期海侵擴大，高等植物輸入減少，沉積填充由崖城組海陸過渡相演化為陵水組海相-半深海相，為較好烴源巖層；中新世海相烴源巖層梅山組和三亞組，以半深海-深海相泥巖及砂巖為主(圖2)。

圖1 瓊東南盆地構造帶劃分及采樣點位置圖

2 樣品與實驗方法

研究樣品采自瓊東南盆地深水區不同構造單元的9口鉆井(圖1)，共計87個泥巖樣品，采樣層位為梅山組、三亞組、陵水組和崖城組。根據實驗需求，按照國標對所有樣品進行集中處理并進行相關實驗[21-23]。其中，總有機碳含量測試依據GB/T 19145—2003標準，檢測儀器為美國力克公司CS-230碳硫測定儀，測試條件為常溫常壓；熱解測試依據GB/T 18602—2012標準，檢測儀器為OGE-Ⅱ巖石熱解儀，測試條件為溫度20℃、濕度40%；鏡質體反射率的測定依據SY/T 5154—2012標準，使用儀器為DMLP MSP200鏡質體反射率測定儀，測試條件為溫度23℃、濕度50%；顯微組分采用LEICA DMRXP偏光顯微鏡、MPV-3型顯微鏡分光光度計，在全巖光片上運用反射光和熒光方式進行鑒定分析和特征觀察。

3 實驗結果與討論

3.1 有機質豐度

有機質豐度是指單位質量的烴源巖中有機質的百分含量，它是衡量和評價烴源巖生烴潛力的重要指標。最常用的有機質豐度指標以有機碳含量(TOC)和熱解生烴潛量(PG=S1+S2)為主[24-25]。

瓊東南盆地深水區中新統烴源巖樣品有機質豐度三亞組優于梅山組，漸新統烴源巖樣品有機質豐度崖城組優于陵水組(圖3)。梅山組烴源巖樣品TOC值分布在0.36%～1.94%之間，平均值為0.78%；三亞組烴源巖樣品TOC值分布在0.25%～1.84%之間，平均值為0.99%。梅山組和三亞組分別有45%和29%樣品TOC值在0.60%以下，有20%和50%樣品TOC值在1.0%以上。陵水組烴源巖樣品TOC值分布在0.30%～1.84%之間，平均值為0.91%，有41%樣品TOC值在0.60%以下，有41%樣品TOC值在1.0%以上；崖城組烴源巖樣品TOC值分布在0.25%～2.43%之間，平均值為1.37%，有10%樣品TOC值在0.60%以下，有71%樣品TOC值在1.0%以上。

瓊東南盆地烴源巖生烴潛量PG值均較低。其中，梅山組烴源巖樣品生烴潛量PG值分布在0.12～3.81 mg/g，平均值1.77 mg/g；三亞組烴源巖樣品生烴潛量PG值分布在0.1～5.8 mg/g，平均值2.19 mg/g；梅山組和三亞組分別有21%和31%樣品PG值在0.50 mg/g以下。陵水組烴源巖樣品PG值分布在0.03～4.05 mg/g，平均值1.33 mg/g，有58%的樣品PG值在0.50 mg/g以下；崖城組烴源巖樣品分布在2.46～8.76 mg/g，平均值5.24 mg/g。

選取典型井對各層位烴源巖進行有機質豐度研究。如圖4所示，梅山組、三亞組和陵水組烴源巖的有機質豐度相差不大，而崖城組明顯優于其他各組。單井分析與統計分析結果表明，瓊東南盆地深水區烴源巖崖城組有機質豐度最高，三亞組略優于陵水組，梅山組有機質豐度最低。

圖3 瓊東南盆地深水區烴源巖有機碳含量分布頻率圖

圖4 瓊東南盆地深水區L33-1井烴源巖地球化學數據剖面圖

3.2 有機質類型

有機質類型是烴源巖質量優劣的直接反映，不同類型的有機質具有不同的生烴潛力，且生成的烴類產物也不同。鄔立言等[26]在系統分析了大量烴源巖樣品熱解資料后，提出了利用降解率(D)、氫指數(IH)與最高熱解峰溫(Tmax)的關系圖來劃分烴源巖有機質類型的方法。

根據熱解降解率D與最高熱解峰溫Tmax關系，對瓊東南盆地深水區烴源巖有機質類型進行了判別。由圖5(a)可以看出，瓊東南盆地梅山組和三亞組烴源巖樣品Tmax主要集中于430 ℃～450 ℃之間，降解率D大多小于20%，有機質類型以 Ⅱ2型和Ⅲ型為主，個別樣品為Ⅱ1型；陵水組烴源巖Tmax主要集中于440 ℃～460 ℃之間，降解率D主要在10%以下，有機質類型以Ⅲ型和 Ⅱ2型有機質為主；崖城組烴源巖Tmax主要集中于440 ℃～470 ℃之間，降解率D處于20%以下，有機質類型以Ⅲ型和Ⅱ2型為主。

氫指數IH與最高熱解峰溫Tmax的關系如圖3(b)所示，瓊東南盆地各層位烴源巖的氫指數IH相對較低，大部分集中在300 mg/g以下，有機質類型主要為Ⅲ型和Ⅱ2型。

圖5 瓊東南盆地深水區烴源巖D、Tmax及IH關系

根據全巖中各種顯微組分的相對百分含量，也可判別烴源巖有機質類型[27-28]。當腐泥組中不包含礦物瀝青基質時，以腐泥組、鏡質組+惰性組和殼質組為三個端元，繪制瓊東南盆地深水區烴源巖顯微組分組成三角圖(圖6)。不難看出，各層位烴源巖顯微組分組成總體相似，集中偏向分布于“鏡質組+惰性組”端元，反映出其有機質類型以腐殖型(Ⅲ型)為主，少量混合型(Ⅱ型)。

圖6 瓊東南盆地深水區烴源巖顯微組分組成三角圖

3.3 有機質成熟度

有機質成熟作用是烴源巖生烴演化的前提，烴類生成是有機質成熟作用的產物。鏡質組反射率Ro是迄今國際公認的、唯一可對比的有機質熱演化指標，也是人們最為關注的有機質成熟度指標。從瓊東南盆地深水區烴源巖鏡質組反射率Ro分布頻率圖(圖7)來看，梅山組烴源巖樣品Ro值分布在0.46%～0.86%之間，均值為0.61%，82%樣品Ro值在0.50%以上；三亞組烴源巖樣品Ro值分布在0.46%～0.91%之間，均值為0.63%，90%樣品Ro值在0.50%以上；陵水組烴源巖樣品Ro值分布在0.56%～0.97%之間，均值為0.74%，53%樣品Ro值在0.70%以上；崖城組烴源巖樣品Ro值分布在0.67%～1.22%之間，均值為0.87%，有87%樣品Ro值在0.70%以上。

瓊東南盆地深水區凹陷中心鉆井很少，應用盆地模擬方法對盆地進行了熱演化研究[29-30]，認為凹陷中心主要烴源巖成熟度處于高-過成熟階段，凹陷中心烴源巖成熟度要高于凹陷邊緣。

圖7 瓊東南盆地深水區烴源巖鏡質組反射率Ro分布頻率

由瓊東南盆地深水區烴源巖鏡質組反射率Ro隨深度變化圖(圖8)可以明顯看出，瓊東南盆地深水區烴源巖有機質成熟度處于未成熟—高成熟階段(Ro為0.46%～1.22%)；烴源巖成熟度隨埋藏深度增大依次增加。除梅山組外，不同層位埋深相同的，成熟度便相同或者相近。

圖8 瓊東南盆地深水區烴源巖鏡質組反射率Ro隨深度變化

4 不同層位烴源巖生烴潛力評價及對比

4.1 生烴潛力評價

有機質豐度是評價烴源巖生烴能力的重要參數之一?？傆袡C碳含量(TOC)和熱解生烴潛量(PG)是評價烴源巖有機質豐度的主要指標。采用黃保家等[31]提出的烴源巖有機質豐度分級評價標準，對瓊東南盆地深水區烴源巖有機質豐度進行評價(圖9)。結果表明，各層位烴源巖等級有所差異，其中崖城組最好，陵水組和三亞組次之，梅山組較差，陵水組和三亞組烴源巖等級跨度大，表現較強非均質性。梅山組主要為中等烴源巖，有85%的樣品落在中等烴源巖的范圍內，其次為非—差烴源巖；三亞組主要為中等—好烴源巖，中等烴源巖占61%，好烴源巖占23%，個別樣品落于非—差烴源巖范圍內；陵水組主要為中等烴源巖，中等烴源巖占58%，差烴源巖占25%，個別樣品落于非烴源巖和好烴源巖范圍內；崖城組主要為中等—好烴源巖，中等烴源巖和好烴源巖各占50%。

圖9 瓊東南盆地深水區烴源巖有機質豐度評價

有機質類型是評價烴源巖質量的主要指標，類型的差異會影響烴源巖有機質的生烴潛力和烴類產物的差別。通過熱解降解率D與最高熱解峰溫Tmax、氫指數IH與最高熱解峰溫Tmax關系圖(圖5)以及顯微組分組成特征(圖6)分析，瓊東南盆地深水區烴源巖有機質類型大體一致?？傮w上，梅山組和三亞組烴源巖均以Ⅱ2型和Ⅲ型為主，陵水組和崖城組烴源巖則以Ⅲ型為主、部分Ⅱ2型，烴源巖以產氣為主。

從有機質到油氣需要經過一系列的變化，這種變化過程主要受控于有機質的熱演化程度。通過對鏡質組反射率Ro的測定分析，瓊東南盆地深水區烴源巖成熟度以崖城組最高(Ro均值達0.87%)，陵水組烴源巖次之(Ro均值達0.74%)，崖城組、陵水組主要處于成熟階段，部分低成熟；梅山組(Ro均值達0.61%)和三亞組(Ro均值達0.63%)烴源巖成熟度較低，主要處于低成熟階段，部分未成熟。

4.2 生烴潛力對比

根據烴源巖有機碳測定、熱解參數及有機巖石學特征，從烴源巖有機質豐度、類型、成熟度出發結合烴源巖厚度，分別對瓊東南盆地深水區不同層位烴源巖進行生烴潛力綜合評價(表1、圖10)。

梅山組有機質豐度在各個層系中最低，有機質類型以 Ⅱ2型和Ⅲ型為主，有機質成熟度主要處于低成熟—成熟階段，生烴潛力一般。烴源巖等級主要為中等—差烴源巖(85%)，少量好烴源巖(15%)。

三亞組有機質豐度相對較高，有機質類型以Ⅱ2型和Ⅲ型為主，有機質成熟度主要處于低成熟-成熟階段，具較好的生烴潛力。烴源巖等級主要為中等—好烴源巖(82%)，少量差烴源巖(18%)。

表1 瓊東南盆地深水區不同層位烴源巖生烴潛力綜合評價

陵水組有機質豐度一般，有機質類型Ⅲ型為主，部分Ⅱ2型，有機質成熟度處于低成熟—成熟階段，具一定的生烴潛力。烴源巖等級主要為中等—差烴源巖(80%)，部分好烴源巖(20%)。

崖城組有機質豐度較高，有機質類型Ⅲ型為主，部分Ⅱ2型，有機質成熟度主要處于成熟—高成熟階段，生烴潛力最好。烴源巖等級主要為好烴源巖(67%)，部分中等烴源巖(33%)。

深水區生烴潛力最強烴源巖與淺水區相同，依然為崖城組烴源巖。淺水區有機碳TOC含量梅山組與三亞組烴源巖分別為0.52%和0.57%，陵水組和崖城組分別為0.71%和0.94%，各層位烴源巖有機碳TOC含量較深水區小0.2%以上，深水區表現出更強的生烴潛力。另外，成熟度差異明顯，淺水區生氣閾值(Ro=1.3%)為4 300～4 800 m；深水區生烴閾值淺很多，生氣閾值為3 000～3 500 m?？傮w上，瓊東南盆地深水區展現出更大的油氣勘探潛力。

5 結 論

(1) 瓊東南盆地深水區烴源巖有機質豐度以崖城組最高，三亞組優于陵水組，梅山組最低；有機質成熟度中新統主要處于低成熟階段，部分未成熟，漸新統主要處于成熟階段；有機質類型中新統以Ⅱ2型和Ⅲ型為主，漸新統以Ⅲ型為主，部分Ⅱ2型。

(2) 綜合評價表明，瓊東南盆地深水區烴源巖生烴潛力以崖城組最好，為中等—好烴源巖；陵水組和三亞組次之，為中等烴源巖，生烴潛力相對較好；梅山組為中等—差烴源巖，生烴潛力最差。