富烴凹陷形成的地質背景及實例分析

李 俊

(西北大學 地質學系，西安 710069)

目前在油氣勘探中，人們越來越注重對富烴凹陷的研究.筆者認為對富烴凹陷的研究既要著眼于富烴凹陷沉積、地球化學研究，又不能脫離其形成的構造條件，其有機融合，相互匹配，才能更好地論證富烴凹陷形成的充分必要條件，從而合理地判識富烴凹陷形成的主控因素，為預測潛在富烴凹陷提供依據，指導油氣勘探.基于以上思考，筆者在探討富烴凹陷形成條件或主控因素時，對凹陷形成的熱背景和其熱演化過程給以足夠的重視，從烴源巖形成的物質基礎、熱演化等方面展開討論.重點解剖南海珠江口盆地富烴凹陷中的惠州凹陷，進而討論源-熱特征對富烴凹陷形成的控制作用.

1 地質概況

珠江口盆地在地理位置上位于中國的南海北部地區，東部以臺灣為邊界，西部以海南為邊界，地處大陸架和陸坡邊緣，總面積達到17.5萬km2，該地區是中國沿海地帶最大的含油氣盆地.珠江口盆地位于華南大陸的南部邊緣，在圖上可以明顯的看到處于太平洋板塊、印度洋板塊以及歐亞板塊的交匯地帶，根據大陸動力學的相關背景，該地區在復雜的褶皺基底上構建出新生代的含油氣盆地.珠江口盆地在構造格局上具有東西分塊和南北分帶的特點，其中又劃分為“三隆夾兩坳”5個構造單元：北部隆起帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶、南部隆起帶(圖1).惠州凹陷是盆地內重要的富烴凹陷，其位于珠Ⅰ坳陷內，北靠北部斷階帶，南達中央隆起帶的東沙隆起，東西分別與惠陸低凸起和西江凹陷相臨，呈北東走向，面積約1×104km2，基底最大埋深近10 000 m.

圖1 珠江口盆地構造單元劃分圖

2 富烴凹陷烴源巖特征

2.1 烴源巖的發育特征及展布

珠江口盆地主要發育兩套烴源巖層，其一是始新統文昌組烴源巖，其二是古近系漸新統恩平組烴源巖.

文昌組烴源巖以泥巖、砂巖為主，沉積環境以還原性的中深湖相環境為主，有機質類型主要是Ⅰ-Ⅱ1型，部分為Ⅱ2型，成熟度演化階段為成熟-高成熟階段，以生油為主，是盆地內部主力烴源巖.

恩平組烴源巖巖性主要是深灰色泥巖、砂礫巖互層，并夾有部分煤層分布，沉積環境為弱氧化的湖沼-濱淺湖環境，干酪根類型以Ⅱ2-Ⅲ型為主，少量為Ⅱ1型，成熟度演化階段處于中等成熟-成熟演化階段，油氣兼生，是盆地內重要烴源巖層.

2.2 烴源巖地球化學特征

2.2.1 有機質豐度

北部灣盆地的潿西南凹陷是盆地的富烴凹陷，流沙港組二段是凹陷最為重要的烴源巖.相比較流一段和流三段，流二段的有機質豐度最高，具有較高的生烴潛力和有機碳含量.

珠江口盆地珠一坳陷、珠三坳陷是盆地內已證實的富生烴坳陷.目前已鉆遇的文昌組的烴源巖地區主要有惠州凹陷、西江凹陷、恩平凹陷、陸豐凹陷和文昌A、B、C凹陷等，根據已有的有機質豐度統計資料，文昌C凹陷烴源巖具有最高的有機碳含量生烴潛量，是較好的烴源巖.而惠州凹陷所顯示出的TOC含量及生烴潛量相對較低，屬于中等烴源巖.

已鉆遇的恩平組烴源巖地區主要包括惠州凹陷、西江凹陷、恩平凹陷、陸豐凹陷和文昌A、B凹陷.總體來說，恩平組烴源巖有機碳含量和生烴潛量等各項有機質豐度指標均偏低于文昌組烴源巖.這表明文昌組烴源巖的生烴能力強于恩平組烴源巖.恩平組的惠州富烴凹陷相對其他凹陷來講，具有較高的TOC和S1+S2，屬中等-好烴源巖.

綜合以上分析，文昌組和恩平組的兩個富烴凹陷：惠州凹陷和文昌凹陷，其烴源巖的總有機碳含量(TOC)和生烴潛量(S1+S2)有機質豐度指標都不高，甚至沒有達到優質烴源巖的下限，但所在地區卻極其富烴(圖2).結果表明，目前的富烴凹陷并非所有條件都最優，控制凹陷富烴的因素可能還有其他.

圖2 珠江口盆地文昌恩平組各凹陷有機質豐度

2.2.2 有機質成熟度和類型

烴源巖有機質類型控制了其生烴潛力的大小和有機質熱演化產物類型.珠江口盆地文昌組烴源巖有機質類型主要為I-II1型，部分為II2型，以生成石油為主；恩平組烴源巖有機質類型則主要是II2-Ⅲ型，油氣兼生.其中惠州凹陷與文昌B凹陷文昌組主要為I-II1型有機質，為優質烴源巖；恩平凹陷和文昌A凹陷主要為II2-Ⅲ型有機質，為中等烴源巖.

鏡質體反射率Ro和Tmax都能反映烴源巖的演化程度，且隨著深度的增加而增大.Ro數據表明：文昌組4個樣品處于低成熟階段;恩平組26個樣品處于中成熟階段；最高熱解峰溫(Tmax)反映的烴源巖演化程度與鏡質體反射率(Ro)基本一致，文昌組處于低成熟階段，恩平組大部分處于中成熟階段，部分處于低成熟階段.由Ro數據可知，珠一坳陷古近系烴源巖埋深達到3 200 m左右，Ro進入生烴門限值0.5%;而Tmax數據顯示，埋深在3 000 m左右烴源巖成熟，二者相差不大.

2.3 沉降速率和斷層活動速率對烴源巖發育的影響

前人研究表明富烴凹陷在形成時期具有較高的沉降速率，基底埋深較大，裂陷期的沉積充填一般可達3～8 km左右，能夠很好的保證烴源巖形成深凹陷和半深湖的沉積環境[1].而較大的斷層活動速率有利于快速埋藏有機質，從而形成還原沉積環境，對有機質的保存有利.

根據現有的貧富烴凹陷特征資料，分析比較了珠江口盆地幾個富烴凹陷以及對比了幾個貧富烴凹陷的沉降速率和最大斷層活動速率.我們發現珠江口盆地惠州、番禺、文昌A凹陷和恩平凹陷，以及北部灣盆地潿西南幾個富生烴凹陷的沉降速率均大于250 m/Ma.相比之下，陽江、陽春、遼東同南陽幾個貧烴凹陷的沉降速率相對較小.

珠江口盆地和北部灣盆地幾個富烴凹陷的斷層活動速率基本上都在200 m/Ma以上，這其中以珠江口盆地的惠州凹陷以及北部灣盆地的潿西南的斷層活動速率最大，均在250 m/Ma以上.特別對珠一坳陷來說，已證實的相關分析表明[2]，當斷層活動速率大于100 m/Ma時，洼陷能夠形成文昌組深湖沉積，有機質保存條好.

由此可見，對于較高的斷層活動速率來講，有利于創造深湖沉積環境從而形成有機質保存的還原條件，而這些又有利于形成湖相優質烴源巖；斷層及其組合對盆地內可容空間起著重要的作用：沉降中心的形成和優質烴源巖的分布受斷層活動制約.富烴凹陷主要烴源巖層屬于欠補償的沉積環境.因此，高沉降速率的欠補償條件才更有利于形成深湖相沉積，從而為湖相優質烴源巖的發育創造條件.

3 主要烴源巖發育時期的熱背景

珠江口盆地的形成伴隨著頻繁的巖漿活動，筆者將通過對研究區火成巖分布特征、火山活動期次和熱背景兩方面來詳細闡述.

3.1 研究區火成巖分布特征

通過對珠江口盆地已鉆遇的 26口井火成巖的巖性和年齡數據分析，酸性、中性、基性火山巖在鉆井中均有揭示，整體以基性玄武巖為主，其次為凝灰巖，其他巖石類型較少.

將火成巖的年齡和巖性投射在珠江口盆地各個位置上(圖3)，我們發現：前第三紀，珠江口盆地東部主要為花崗巖基底，西部主要為變質巖基底，花崗巖等其他火成巖基本不發育.由此可見，南海北部陸緣東部巖漿侵入作用、火山作用活動強烈，而西部基底則表現得相對穩定，以古老的變質基底為主.根據探井巖樣的巖石性質、年齡等特征的分析，燕山期巖漿侵入時期，研究區基底巖漿巖侵入時期位于燕山期三、四、五期.65～32 Ma，珠江口盆地火山巖主要分布在惠州凹陷、陸豐凹陷、東沙隆起及低凸起上，成分復雜，規模較大.32 Ma以來，珠江口盆地火成巖零星分布于陸豐凹陷、西江凹陷、東沙隆起上，成分相對單一，規模較小.

圖3 珠江盆地火成巖分布圖

3.2 火山活動期次

盆地新生代火山活動頻繁，存在多期噴發多期旋回特征，呈現酸性-中性-基性的變化，其中年齡在32～56.5 Ma之間的火山活動最頻繁，而該時期與盆地優質烴源巖發育時期(37.2～55.8 Ma)對應.烴源巖形成期的火山作用對優質烴源巖的形成有重要影響，火山活動所攜帶的營養物質對文昌組沉積時期湖泊中浮游藻類的發育和優質烴源巖的形成有重要影響[3].研究表明，始新統文昌組沉積時期，火山巖在珠一坳陷陸豐、惠州凹陷、東沙隆起、番禺低隆起均有分布，鉆井揭示的火山巖厚度在幾米至200 m，酸性、中性、基性火山巖均有發育[4]，這對文昌組湖相烴源巖的發育非常有益.

古近紀漸新世文昌組時期是火山活動由頻繁復雜到單一的一個轉折期，在此之前的中生代中晚期到古近紀早期(神狐組、文昌組)，火山噴發規模大、樣式多，以酸性、中性、基性巖(或它們的混合)為主；之后的古近紀早期(文昌組)火山巖類型最為豐富，火山活動也最為頻繁，這與烴源巖發育時期正好吻合.新近紀及以后，火山噴發以單一的基性巖漿噴發為主.

3.3 熱背景對富烴凹陷的影響

富烴凹陷除了具有優質的烴源巖，同時熱背景也是影響富烴凹陷另一控制因素.通過對珠江口盆地和北部灣盆地部分凹陷的地溫梯度和熱流值的對比研究，發現兩個盆地的地溫梯度值均在(除陸豐凹陷外)3℃/100 m以上(圖4)，熱流值都在50 mW/m2之上(圖5).其中珠江口盆地的陽江凹陷異常高的熱流值高達207.63 mW/m2，這是由于珠三坳陷北邊斷裂活動帶強烈的水熱或其他熱液作用,造成淺部地表大地熱流值異常高[5].

圖4 珠江口盆地和北部灣盆地地溫梯度對比圖

圖5 珠江口盆地和北部灣盆地熱流值對比圖

珠江口盆地地溫梯度呈現由北部向南部逐漸升高的趨勢，與其他盆地相比，珠江口盆地有著相對較高的地溫梯度和熱流值.研究表明[6]，地殼減薄和頻繁的巖漿活動是造成熱流值高的主要原因，因而火山巖分布集中的地區也是熱流值分布較高的地區.較高的地溫梯度和熱流值一方面可能指示這巖漿活動的出現，而巖漿活動會促進藻類的勃發和提供豐富的生物生長需要的Mg、Fe等元素，為烴源巖提供了豐富的有機質來源和生產力；另一方面會促進有機質的演化改變烴源巖生烴門限使其更早進入生烴階段.

4 結論

(1)珠江口盆地主要發育兩套烴源巖層，其一是始新統文昌組烴源巖，其二是古近系漸新統恩平組烴源巖.文昌組烴源巖的生烴能力強于恩平組烴源巖.

(2)始新世珠瓊運動二幕對富烴凹陷具有重要的控制作用.富烴凹陷在形成時期具有較高的沉降速率(>250 m/Ma)和斷層活動速率(>200 m/Ma)，控制著盆地優質烴源巖的分布和發育.

(3)火山活動頻繁發生的形成時期正好是優質烴源巖發育時期，對烴源巖發育提供了物質基礎.此外，較高的熱流值和地溫梯度熱不僅促進了藻類的勃發，為古生產力提供了物質基礎，而且促進了有機質的轉化.