珠江口盆地惠州凹陷惠東新區恩平組烴源巖生烴特征及成藏貢獻*

劉 培 彭光榮 熊萬林 楊興業 王宇辰高 翔 杜曉東 韓 博

(1. 中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054; 2. 中海石油深海開發有限公司 廣東深圳 518054)

珠一坳陷為珠江口盆地北部一負向構造單元,整體呈北東向展布,為一狹長不規則長塊,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,珠一坳陷內部構造單元可自西向東劃分為陽江凹陷、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個正向構造單元[1](圖1a)?；葜莅枷輰儆谥榻谂璧刂橐慧晗莸拇渭墭嬙靻卧?本次研究區惠東地區位于惠州凹陷東北部,發育洼陷包括惠州10洼、14洼、08洼、13洼和21洼(圖1b)。

圖1 珠江口盆地惠東新區構造位置(a、b)及地層分布特征(c)(據文獻[2]修改)

惠州凹陷是珠江口盆地油氣勘探的主戰場,但不同地區地質條件和勘探程度差異顯著?；菸鞯貐^為勘探成熟區,惠州凹陷已發現儲量98%集中在惠西地區,在生產油田均集中于惠西地區[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,以轉換帶軸向物源為主?；輺|地區為勘探新區,目前僅鉆探10口井,雖然有油氣儲量發現,但尚未取得商業突破,勘探及研究程度均較低。該地區除惠州10洼主要發育文昌組半深—深湖相烴源巖,其余洼陷主要發育恩平組三角洲—淺湖相烴源巖,以軸向物源為主。

惠州凹陷惠西地區以原油為主,僅在2020年發現了惠州26-6文昌組來源凝析氣藏;惠東地區已發現儲量呈現出油氣均勢的特征,氣為凝析氣藏,油為高氣油比的輕質油藏,天然氣在已有儲量發現中占比較高,新區將是天然氣勘探的重點區域。由于研究區缺乏針對恩平組烴源巖系統的研究,本次研究將從恩平組沉積時期構造、沉積響應特征入手,系統研究恩平組烴源巖生烴特征、成烴規模及成藏貢獻,以期為三角洲—淺湖相烴源巖體系的勘探提供參考依據。

1 實驗樣品與方法

1.1 實驗樣品

實驗樣品包括泥巖、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驗所采用的是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 實驗方法

泥巖巖屑樣品實驗前需要處理,處理過程包括挑選及碎樣,應用碳硫分析儀和熱解儀進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-質譜儀,使用色譜柱均為石英彈性毛細柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),升溫程序為柱始溫度50 ℃,升溫速率為4 ℃/min,柱終溫度為300 ℃,恒溫16 min,飽和烴色譜-質譜分析使用色譜柱為HP-5MS石英彈性毛細柱(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300 ℃時保持恒溫20 min。

本次烴源巖熱壓模擬實驗采用半開放-半封閉實驗方法,地質條件下烴源巖樣品上覆地層壓力和靜水壓力主要通過液壓支柱和高壓泵向反應釜腔體注水來實現,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,熱壓模擬實驗共設置8個溫度點,溫度點分別為250、300、350、375、400、450、500、550 ℃。實驗結果包括總油產率、殘留油產率、排出油產率、烴氣質量產率和總產烴率。

2 恩平組構造沉積特征

惠東地區自下而上依次發育前古近系,古近系始新統文昌組、恩平組、漸新統珠海組,新近系中新統珠江組、韓江組和粵海組,上新統萬山組及最上的第四系(圖1c)。以恩平組頂界面T70為界,惠東地區具有“下陸上?！薄跋聰嗌限帧钡碾p層沉積構造特征,T70之下為斷陷結構,屬陸相環境沉積體系,T70之上為拗陷結構,屬海相環境沉積體系[7-16]。同時受斷陷活動“南早北晚”差異演化特征控制,惠東地區形成區別于其他地區的厚恩平薄文昌的沉積特征,厚層恩平組內三角洲—淺湖相烴源巖成為區內主要供烴層系。

2.1 構造沉積背景

珠一坳陷各裂陷幕洼陷結構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-南東向伸展應力背景下,北東向斷裂強烈活化,北西向斷裂局部活化并限定沉積中心的發育,形成文昌期洼陷裂陷軸主體呈現北東向展布(圖2a)。恩平期,伴隨應力場旋轉,北西向斷裂活化增強,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(圖2b),形成惠東地區恩平期裂陷作用最強的盆地格局(圖2c),恩平組最大沉積厚度可達3 000 m,且早恩平期相比晚恩平期裂陷作用更強[17-18]。

圖2 珠江口盆地惠州凹陷構造遷移及地層發育特征

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

圖3 珠江口盆地惠東新區恩平組沉積相模式

2.2 恩平組烴源巖發育模式

恩平組構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,該時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育相對較為局限。恩平組沉積晚期斷陷作用弱,該時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不同相帶烴源巖發育模式

3 恩平組烴源巖生烴特征及規模

3.1 烴源巖生物標志化合物特征

惠東地區鉆井揭示的恩平組泥巖抽提物依據其生物標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),該類泥巖惠東地區鉆井揭示較少,該烴源巖生標特征為“一中五低”,中等姥植比,Pr/Ph=5.7,低C304-甲基甾烷、C19三環萜烷、Ts、奧利烷和T化合物,有機質來源中藻類和高等植物貢獻均衡,沉積環境偏氧化,代表水體較淺的淺湖相沉積。

圖6 珠江口盆地惠東新區恩平組泥巖生物標志化合物特征

第2類為三角洲相泥巖,該類泥巖惠東地區鉆井揭示較多,該烴源巖生標特征為“兩高四低”,高姥植比,Pr/Ph為7.48～8.33,高C19三環萜烷,長側鏈三環萜烷系列以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,有機質來源以高等植物為主,沉積環境偏氧化,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體、孢子體、角質體、樹脂體、木栓質體、樹皮體、瀝青質體和瀝青滲出體等[26-31]?；輺|地區沉積有機顯微組分中,泥巖殼質組含量5%～20%,熒光無定形有機質含量15%～30%,傾氣組分中鏡質組含量10%～25%;煤的傾油顯微組分中殼質組含量10%～25%,熒光無定形20%～30%,傾氣組分中鏡質組含量15%～30%,相比湖相泥巖,惠東地區煤殼質組及熒光無定形含量相對更高,干酪根熒光照片中亦可見豐富的鏡質體及樹脂體(圖7),具有相對更好的生烴能力。

圖7 珠江口盆地惠東新區恩平組有機屑組分特征

3.3 烴源巖生烴潛力及規模

如前文所述,惠東地區揭示的恩平組烴源巖組合特征與國內其他典型煤系盆地相似,主要包括泥巖、碳質泥巖和煤,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價采用前人在本地區大量研究工作基礎之上建立的圖版[2,7,10,26],三類烴源巖巖石熱解分析數據結果顯示:暗色泥巖TOC均值為2.19%,氫指數平均值為185 mg/g,有機質類型為Ⅱ2型;碳質泥巖TOC均值為18.14%,氫指數平均值為296 mg/g,有機質類型為Ⅱ型;煤TOC均值為54.48%,氫指數平均值為281 mg/g,有機質類型為Ⅱ型(圖8)。相比暗色泥巖,碳質泥巖和煤不僅具有相對更高的有機質豐度,而且氫指數更高、類型更好,轉化率更優。

注:S1為游離烴;S2為熱解烴。

由于惠東新區屬于勘探新區,烴源巖的潛力評價至關重要。因此,本文選取典型泥巖樣品進行半開放-半封閉體系熱壓模擬實驗,8個溫度點所測得的相關參數見表1。實驗分析結果表明:①Ro值在0.9%～1.3%時,總油產率急劇增加,并在Ro為1.3%時達到頂峰,總油產率可達291.97 kg/t。原油產率降低發生在Ro為1.3%～2.5%時,并且在1.3%～2.0%時降幅最大,這種現象主要與高溫階段滯留油開始大量裂解有關,從而導致原油產率在1.3%～2.0%時迅速下降。②Ro為0.9%～2.5%時,總氣產率表現為總體增加,其中在0.9%～1.5%時產率緩慢增加且平穩,在1.5%～2.5%時產率增加較大,進入主要產氣階段,Ro>2.5%時增長幅度極為有限,并在Ro為4.25%左右時,產氣率最高達到156.97 kg/t。由于半封閉體系難以避免地存在原油裂解現象,因此本次研究獲得的天然氣產率在高溫階段,尤其是Ro值1.3%～2.0%區間內一定程度上會受到中等—過成熟階段滯留油的裂解影響。

表1 惠東新區恩平組泥巖半開放-半封閉體系熱壓模擬實驗產烴率數據

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,生油為主,生氣為輔;Ro值位于1.3%～1.5%時,總油產率迅速下降,總氣產率變化較小;在Ro大于1.5%時,總油產率持續以較大幅度下降,產油量減少,此時產氣率迅速增加,進入主要產氣階段。

圖9 珠江口盆地惠東新區恩平組泥巖產烴率

基于前文熱壓模擬實驗,構建適合研究區的生烴動力模型后,對惠東新區恩平組資源潛力進行重新評估。熱成熟度分析結果表明,恩平組烴源巖現今整體處于高成熟階段,以生氣為主,生油為輔。評估結果顯示惠東新區恩平組原油地質資源量近3×108t,天然氣資源量近500×108m3。

4 恩平組烴源巖成藏貢獻

4.1 油氣來源分析

惠東地區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(數據來源于A9含油構造);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(數據來源于C21油田)。兩類原油生物標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”的生標組合特征(圖10)。C21-1井和B20-3井樣品天然氣組分分析結果顯示(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)含量占絕對優勢,天然氣重烴(C2+)含量在20%左右,天然氣干燥系數為70%～80%。凝析油的輕烴特征結果顯示,其烴源巖芳香族含量較高,認為該原油為以陸源有機質為主的烴源巖在成熟—高熟階段所生成產物。結合前文地質認識、凝析油氣地球化學分析結果,可以判斷該類型凝析油氣主要來源于恩平組烴源巖貢獻(圖11)。

表2 珠江口盆地惠東新區天然氣及凝析氣組分特征

圖10 珠江口盆地惠東新區原油和砂巖抽提烴生物標志化合物特征

圖11 珠江口盆地惠東新區凝析油成因判別

4.2 恩平組烴源巖成藏貢獻

本研究所涉及到的混原油比例計算模型來源于前人進行的混原油配比實驗[33],為討論研究區不同構造的恩平組原油貢獻比例,本次研究采用C304-甲基甾烷/C29規則甾烷×3絕對濃度比值。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的油氣藏僅在惠東地區有所發現,輕質油藏在平面上不同構造、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含油氣構造和C21油氣田。不同含油氣構造原油、砂巖抽提烴生物標志化合物混源比例計算結果表明:B20含油氣構造凝析油恩平組源巖貢獻占比約90%,C21油田高含凝析油氣藏中恩平組貢獻約95%,A9、B14、D22、D21含油構造所發現油藏主要來源于恩平組源巖貢獻。

5 勘探啟示及有利區帶

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,實鉆結果表明,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造中,源控特征明顯?；輺|研究區發育有惠州08、惠州27大型轉換帶,可形成大規模的辮狀河三角洲沉積體系,易發育規模富集的甜點儲層?；葜?1洼成熟度最高,現今主體處于高熟—過熟階段,以找凝析氣為主,惠州14洼現今處于高熟階段,可尋找輕質油藏和凝析氣藏;惠州08洼成熟度較低,現今處于低熟—成熟階段,以尋找輕質油藏為主。綜合以上分析:惠東地區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,屬于源內成藏,旁生側儲,如惠州08-14洼間隆構造帶以及惠州21洼東南側的鼻狀隆起帶;第2類為源-斷-脊-圈匹配關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度疊合圖

6 結論

1) 惠東地區除恩平組沉積早期裂陷階段發育半深—深湖相沉積外,主體發育三角洲—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,生油為主,生氣為輔;在Ro大于1.5%時,進入主要產氣階段。資源量計算結果表明,惠東地區恩平組資源潛力較大,原油地質資源量近3×108t,天然氣資源量近500×108m3。

3) 受構造沉積背景及烴源巖演化程度控制,恩平組源巖體系貢獻的油氣藏僅在惠東地區有所發現。地化、地質綜合分析結果表明,惠東新區最有利的勘探方向為鄰近烴源巖的深層恩平組圈閉和“源-斷-脊-圈”匹配關系較好的淺層珠江、珠海組圈閉。