涠西南凹陷碳酸盐岩潜山原油来源及成藏模式

中海石油(中国)有限公司湛江分公司南海西部石油研究院，广东 湛江 524057

涠西南凹陷是南海西部重要的产油区，经过40多年的勘探相继发现了多个大中型油田和一批含油气构造[1～3]。随着勘探程度逐步提高和国家对油气资源需求持续增长，构造油气藏等常规领域油气的勘探开发空间步步紧缩，后备储量和产量增长形势严峻，迫切需要拓展油气勘探新领域。潜山油气藏作为断陷盆地一种重要的油气藏类型，是今后油气勘探的重要方向[4～8]。涠西南凹陷前古近系碳酸盐岩潜山勘探程度低，但多口井在录井过程中见丰富油气显示，且测试获工业油流，目前已发现a、b、c、d等多个碳酸盐岩潜山油气田或含油气构造[9](见图1)，展示了该领域广阔的勘探前景。前人虽然对涠西南凹陷潜山做了一些研究，但主要集中在潜山构造演化、储层发育特征方面[10～15]，而针对潜山油藏原油地球化学特征及来源、成藏规律等研究较薄弱，缺乏对潜山油气成藏全面、系统的认识，从而制约了其勘探部署的工作进程。为此，笔者旨在通过应用地球化学分析、油源对比、盆地模拟等技术对涠西南凹陷已发现的碳酸盐岩潜山油藏进行深入剖析，明确潜山的油气成因类型与来源，揭示其油气生成、运移和聚集特征并总结可能的油气成藏模式，为指导该区下一步油气勘探提供重要依据。

1 区域地质背景

图1 涠西南凹陷及周缘构造区

图2 涠西南凹陷地层综合柱状图

北部湾盆地位于南海北部大陆架，是在前古近系基底之上发展起来的新生代箕状断陷湖盆。自北向南可划分为北部坳陷、企西隆起和南部坳陷3个一级构造单元，又可进一步细分为涠西南凹陷、海中凹陷、乌石凹陷、迈陈凹陷、雷东凹陷和涠西南低凸起、流沙凸起等20个次一级构造单元[16,17]。涠西南凹陷位于北部坳陷北部，其北以涠西南断裂为界，南邻企西隆起和涠西南低凸起，西与海中凹陷相连，东接企西隆起和乐民凹陷，面积约3800km2(见图1)。晚古生代以来凹陷经历了海西、印支-燕山等多期旋回构造运动，导致基底地层发生挤压褶皱-推覆成山，主要发育古生界志留系-泥盆系变质岩、石炭系碳酸盐岩、中生界花岗岩等，整体呈向斜式展布。其中，石炭系碳酸盐岩主要分布在一、二号断裂带之间，钻井揭示一号断裂带之上以石炭统黄龙组浅灰色灰岩、白云质灰岩、白云岩互层为主，泥质含量少，有利于后期溶蚀，发育裂缝-孔洞型储层；二号断裂带以下石炭统下部石磴子段、孟公拗段灰色、深灰色灰岩为主，相对较致密，方解石脉发育，发育裂缝型储层，为碳酸盐岩潜山油气藏提供了有利的储集空间。新生代构造演化主要经历了古近纪断陷、新近纪拗陷及末期第四纪局部扭压反转阶段[18]，沉积环境也完成了从河流-湖泊-开阔滨浅海的变迁，在纵向上形成“先陆后海”的沉积充填序列，自下而上依次为古近系长流组、流沙港组、涠洲组，新近系下洋组、角尾组、灯楼角组、望楼港组及第四系[19](见图2)。由于中始新世是湖盆发育的鼎盛时期，湖盆中心处于欠补偿环境，沉积了盆地最主要的烃源岩——厚层的湖相暗色泥岩及油页岩，为涠西南凹陷潜山及新生代油气田的形成奠定了物质基础。

2 样品与试验内容

笔者主要在涠西南一、二号断裂带等地采集了8个石炭系原油样品，委托中海石油(中国)有限公司湛江分公司实验中心分别进行原油族组分分离、原油饱和烃气相色谱、原油饱和烃色谱质谱、全油碳同位素分析。此外，还收集了前人的部分烃源岩样品分析资料。

3 原油成因类型及来源

3.1 族组成特征

族组成分析表明，涠西南凹陷一、二号断裂带碳酸盐岩潜山油藏所产原油族组成特征相似，总体具有“两高三低”的特征。即饱和烃的质量分数均较高，约占76%～89%(平均80.9%)；而芳烃质量分数较低，仅为7%～12%(平均10%)；饱和烃/芳烃质量分数比值较高，介于6.3～12.7；非烃质量分数基本小于10%，沥青质质量分数不超过5%(见表1)。

表1 涠西南凹陷碳酸盐岩潜山原油族组成特征表

3.2 饱和烃气相色谱特征

3.3 甾烷、萜烷特征

从甾烷、萜烷分布特征来看，研究区碳酸盐岩潜山原油C304-甲基甾烷普遍含量丰富，显著高于C29规则甾烷(见图3)，反映成烃有机质以低等水生生物为主。甾烷异构化参数αααC2920S/(20S+20R)为0.35～0.68， C2920Rββ/(αα+ββ)为0.38～0.52，指示其具有较高的成熟度。萜烷系列中不同构造带潜山原油存在一定差异，具体表现为一号断裂带a、b、c潜山油藏原油萜烷中Ts与Tm质量分数接近，Ts/Tm介于1.17～2.4；而二号断裂带d潜山油藏原油萜烷中Ts质量分数明显高于Tm，Ts/Tm高达4.3(Ts/Tm也是最常用的成熟度指标之一，其随成熟度的增加而逐渐增大，且一直持续到较高成熟阶段[20])，说明d潜山油藏原油成熟度相对较高，已达到成熟-高成熟演化阶段。此外，d潜山油藏原油还检测出一定量的奥利烷(OL)(见图3)，OL/C30H为0.34；奥利烷被公认为与陆地高等植物有关[21]，表明其成烃有机质混有一定量的高等植物的贡献。

图3 涠西南凹陷碳酸盐岩潜山原油和烃源岩饱和烃甾烷、萜烷分布特征

3.4 油源探讨

大量勘探研究证实，始新统流沙港组二段中深湖相暗色泥岩及油页岩是涠西南凹陷主要烃源岩层[22，23]。暗色泥岩厚度较大，最厚约400m；油页岩相对较薄，主要分布在流沙港组二段顶、底部；其中顶部油页岩厚度为7～25m，底部油页岩厚度为15～98m，大部分在40m以上[24～26]。有机地球化学分析结果显示，流沙港组二段暗色泥岩有机质丰度较高，总有机碳质量分数(w(TOC))主要分布在1%～4%(平均2.12%)； 生烃潜量(w(S1+S2))平均为9.23mg/g； 氢指数(IH)平均为347.82mg/g，属中等～好烃源岩。与暗色泥岩相比，油页岩生烃品质更好，w(TOC)可达3.07%～19.06%(平均6.03%)；w(S1+S2)平均为25.7mg/g；IH多数在300～600mg/g，最高达688mg/g，综合评价为优质烃源岩。镜检结果表明，流沙港组二段暗色泥岩和油页岩干酪根显微组分中壳质组、惰质组极少，腐泥组含量丰富，最高可达96%；可见光面球藻、粒面球藻、沟鞭藻及绿藻等藻类[25]；暗色泥岩干酪根δ13C偏轻，多数介于-26‰～-28‰；而油页岩干酪根δ13C偏重，多数介于-22‰～-26‰。根据岩石热解最大峰温(tmax)与IH可将有机质类型划分为Ⅰ-Ⅱ1型，显示良好的生油能力。另外，流沙港组二段暗色泥岩和油页岩饱和烃中均含高丰度的C304-甲基甾烷，指示生烃母质主要来自低等水生生物；与油页岩生物标志化合物特征不同的是，流沙港组二段底部暗色泥岩还检测到一定量的OL，且Ts质量分数明显高于Tm。由于多数钻遇烃源岩的探井位于凹陷边缘，实测镜质体反射率(Ro)偏低，主要分布在0.24%～0.89%(平均0.55%)，处于低熟-成熟演化阶段，推测凹陷中心深部流沙港组二段烃源岩成熟度更高。单点埋藏史-生烃史模拟初步确定其生烃门限在2400m左右(见图4)。

图4 涠西南凹陷m-1井埋藏史～生烃史图

热演化史模拟显示流沙港组二段烃源岩均已大面积成熟，现今仍处于生油窗范围内(见图5)。油源对比显示，已发现的一号断裂带a、b、c等碳酸盐岩潜山油藏原油饱和烃中甾、萜烷指纹特征与流沙港组二段底部油页岩基本一致(见图3),且其原油与油页岩干酪根中δ13C均偏重，主要分布在-22‰～-26‰，表明两者具有亲缘关系。而二号断裂带d碳酸盐岩潜山油藏原油饱和烃中甾、萜烷指纹特征与流沙港组二段下部暗色泥岩相似(见图3),且其原油与油页岩干酪根中δ13C均偏轻，主要分布在-26‰～-28‰,表明其主要为流沙港组二段下部暗色泥岩所生成的产物。

图5 涠西南凹陷流沙港组二段烃源岩中间面现今成熟度

4 油气成藏模式

潜山油气藏作为一种特殊的“新生古储”基岩油气藏，其形成具有一定的独特性，是各成藏地质要素相互匹配、综合作用的结果。在综合分析油气生成、运移聚集、油源对比、潜山位置与烃源岩接触关系、供烃方式等基础上，可将涠西南凹陷碳酸盐岩潜山油气藏成藏模式归纳为凸起区“间接接触单向供烃”和凹中隆“直接接触多向供烃”2种基本类型。

4.1 凸起区“间接接触单向供烃”成藏模式

由于该类潜山圈闭发育在凹陷边缘，未与有效烃源岩直接接触，成熟烃源岩生成的油气往往经过断层、骨架砂体以及不整合面等组成的复合输导体系进行长距离二次运移，才能进入凹陷边缘的碳酸盐岩潜山圈闭中聚集成藏，具有油气运移距离远、单源单向间接供烃的特点。碳酸盐岩潜山圈闭距离生烃洼陷越近，油气充满度越高。如b碳酸盐岩潜山油藏，其位于涠西南一号断裂带上升盘，紧邻A洼，可接受A洼生成的油气；且一号断裂从古新世初期至中新世早期继承性发育，历经多期强烈活动，具有良好的开启性，向下一般切入流沙港组湖相烃源岩，向上断至不整合面附近地层，油气先沿着沟源断层垂向运移，再经骨架砂体以及不整合面等侧向运移至灰岩潜山储层中成藏(见图6)。该类潜山圈闭能否成藏以及成藏规模大小主要受控于输导条件及生烃强度。

4.2 凹中隆“直接接触多向供烃”成藏模式

涠西南凹陷经历了多期次强烈的构造、断裂活动，形成大型潜山油气藏独特的“凹中隆”构造格局，潜山储集体周围往往被多个生烃洼陷包围呈“围裙状”分布，两侧通过断面与烃源岩对接，上部被烃源岩与源下红层所覆盖，成藏条件优越。该潜山一般埋深较大，但与烃源岩直接接触，使得油气经初次运移即可在古潜山圈闭中聚集。与边缘凸起区潜山相比，具有油源供给充足、油气运移距离近、优先充注及灌满程度高的优势。如d碳酸盐岩潜山油藏，其位于涠西南凹陷二号断裂带中部，被涠西南A洼、B洼等成熟烃源岩所包围，烃源供给充足；且烃源岩层段由于欠压实普遍存在异常超压，碳酸盐岩潜山圈闭处于异常超压释放区，烃源岩生成的油气在异常压力作用下从高势区向低势区经过二号断裂带的断面直接运移进入碳酸盐岩潜山储集体中聚集成藏(见图6)。该类潜山圈闭能否成藏以及成藏规模大小主要取决于优质储层的发育程度。

图6 涠西南凹陷碳酸盐岩潜山成藏模式示意图

5 结论

1)涠西南凹陷碳酸盐岩潜山勘探前景广阔，已在一、二号断裂带发现多个油气田或含油气构造。分析表明，原油族组成中饱和烃质量分数均较高，约占76%～89%；而芳烃质量分数较低，仅为7%～12%；饱和烃/芳烃质量分数比值介于6.3～12.7；非烃质量分数基本小于10%，沥青质质量分数不超过5%。饱和烃正构烷烃系列分布较完整，以低碳数为主，呈“单峰态前峰型”或宽缓的“双峰型”分布。甾、萜烷系列中，除d碳酸盐岩潜山油藏原油Ts质量分数明显高于Tm、含有一定量的奥利烷外，其余原油Ts与Tm质量分数均接近，且C304-甲基甾烷普遍质量分数丰富，反映成烃有机质以低等水生生物为主、成熟度较高。

2)油源对比表明，一号断裂带潜山原油主要来自流沙港组二段底部的油页岩，而二号断裂带潜山原油与流沙港组二段下部的暗色泥岩具有良好亲缘关系。

3)综合油气生成、运移、潜山位置与烃源岩接触关系、供烃方式等特征，可将研究区划分出凸起区、凹中隆2个碳酸盐岩潜山有利运聚单元，并相应总结出凸起区“间接接触单向供烃”和凹中隆“直接接触多向供烃”2种成藏模式。