第22卷第6期2010年12月
中国海上油气
CHINAOFFSHOREOILANDGAS
Vol.22No.6
Dec.2010
南海北部深水区油气生成特性研究
李友川张功成傅宁
(中海油研究总院)
*
摘要南海北部深水区沼泽相煤系烃源岩和海相烃源岩有机质主要来源于陆生高等植物,且含有较丰富的孢子体、角质体、树脂体、壳质体和无定形有机质等富氢组分;热模拟实验结果表明:这类富氢组分较丰富的煤系烃源岩和海相烃源岩属于油气兼生、以气为主的烃源岩,在生油窗内均具有较强的生油能力;热演化程度控制烃源岩的生烃产物特征。生烃史模拟结果表明:!琼东南盆地烃源岩热演化程度明显高于珠江口盆地相应层位烃源岩,以生成高∀过成熟的天然气为主;而珠江口盆地主要烃源岩的热演化程度主要处于成熟∀高成熟阶段,在生成天然气的同时,还生成较多的油。#烃源岩热演化程度控制油气分布,凹陷边缘烃源岩热演化程度明显低于凹陷中心,如白云凹陷中心主要烃源岩处于高成熟生气阶段,而凹陷边缘主要处于成熟生油阶段。白云凹陷钻探结果表明,凹陷中心已发现油气田和含油气构造中天然气的比例明显高于凹陷边缘。关键词南海北部深水区烃源岩生烃特性热演化油气分布关于南海北部深水区,本文是指南海北部现今水深大于500m的区域,可分为琼东南深水区和珠二深水区,琼东南深水区包括琼东南盆地的乐东凹陷、陵水凹陷和松南宝岛凹陷,珠二深水区是指珠江口盆地珠二坳陷的白云凹陷、荔湾凹陷和开平顺德凹陷。自2006年发现荔湾31气田以来,在珠二深水区白云凹陷又陆续发现了几个油气田和含油气构造,这些油气田大多以气为主,但也有少数以油为主。南海北部深水区烃源岩究竟是倾向于生气还是倾向于生油,在什么条件下生油、什么条件下生气,这些问题值得研究。笔者通过烃源岩地球化学特征和有机质组成分析,以及烃源岩生烃史模拟认为,南海北部深水区烃源岩属于油气兼生的烃源岩,其油气生成特性及油气的平面分布主要受控于烃源岩的热演化。
白云凹陷无论油气藏中原油的比例高还是低,其油气都主要来源于恩平组沼泽相烃源岩,少部分来源于珠海组海相烃源岩。琼东南盆地深水区目前
尚无钻井,但据盆地演化及沉积充填研究结果,深水区烃源岩类型与浅水区具有较好的相似性1),目前已发现的崖城131气田,以及其他气田和含气构造的油气主要来源于崖城组沼泽相烃源岩[4]2)。基于目前钻探及综合研究结果,珠江口盆地恩平组和琼东南盆地崖城组沼泽相烃源岩是南海北部深水区主要的气源岩和油源岩。
11深水区烃源岩含有较丰富的富氢显微组分111沼泽相煤系烃源岩有机质组成特征
珠江口盆地恩平组和琼东南盆地崖城组沼泽相煤系烃源岩是湖盆收缩期形成的一套由煤、碳质泥岩和暗色泥岩组成的有机质丰度较高的烃源岩,目前南海北部深水区已有近20口钻井,但仅有2口钻井揭示这套烃源岩(许多井仅钻至油气产层),但浅水区有较多钻井钻遇。南海北部深水区下渐新统(恩平组、崖城组)沉积环境与有机质来源
[13]
1有机质组成控制南海北部深水区
烃源岩的生烃特性
油气地球化学分析结果表明,南海北部深水区
*国家973南海深水盆地油气资源形成与分布基础性研究 项目(编号:2009CB219400)部分研究成果。
第一作者简介:李友川,男,高级工程师,1993年获中国地质大学(北京)硕士学位,现主要从事油气地球化学研究工作。地址:北京市东城区东直门外小街6号海油大厦(邮编:100027)。电话:01084525325。Email:liych@cnooc.com.cn。
1)张功成,何玉平.琼东南盆地海陆过渡相煤系烃源岩特征及深水富烃凹陷评价.2009.2)黄保家.南海西部深水区生烃潜力与有利运聚区带.2010.
376中国海上油气2010年
与浅水区具有较好的相似性[2],因此,结合浅水区烃源岩地球化学资料,可以基本了解深水区沼泽相煤系烃源岩的有机质组成特征。
从干酪根组分组成来看,南海北部沼泽相煤系烃源岩的有机质均以煤质、木质、壳质和孢质为主,无定形含量一般较低,主要为腐殖无定形体。煤质和木质总量一般为40%~60%,部分样品可高达80%;壳质、孢质和无定形总量一般为30%~40%,部分样品可达60%以上。煤质(为炭屑或氧化的木
性,矿物沥青基质中无定形有机质的数量和成熟度决定其荧光强度和荧光颜色,如HZ921井恩
平组烃源岩中的矿物沥青基质在蓝光激发下具有较强的褐黄色∀黄色荧光(图版∃%),说明具有较强的生烃能力。
112海相烃源岩有机质组成特征
珠江口盆地珠海组及琼东南盆地陵水组海相烃源岩有机质主要来源于陆生高等植物,有机质类型主要为&2∀∋型;孢粉相分析结果表明,海相烃源
质组织)和木质(为未降解的高等植物的导管组织和岩中普遍存在海相沟鞭藻化石,但含量一般较低。降解的大植物组织)源自陆地植物表1珠江口盆地恩平组烃源岩全岩有机显微组分组成群,煤质在形成过程中遭受过较强的氧化分解,属于贫氢的显微组分,生烃能力很弱;木质也相对贫氢,但富氢程度高于煤质,尤其是降解的木质曾经历过较强的细菌改造作用,氢的富集程度更高,具有较大的生气能力及一定的生成液态烃的能力。壳质和孢质是成分较稳定的非木质植屑,主要包括高等植物来源的角质、孢子、花粉和树脂等,也有水生植物体非木质部分形成的碎屑。腐殖无定形体是由高等植物有机质经微生物降解形成的无定形有机质。壳质、孢质和腐殖无定形体属于相对富氢的显微组分,具有较强的生成液态烃的能力。
珠江口盆地恩平组烃源岩全岩有机显微组分可分为惰性组、镜质组、壳质组、腐泥组和矿物沥青基质,其中沼泽相烃源岩壳质组组分较丰富,含量介于15%~25%之间(表1);壳质组组分中可见树脂体(图版∃!、#)、孢子体(图版∃()、角质体(图版∃(、)和∗),它们在蓝光激发下具有强的黄色荧光,显示出较强的生烃能力;此外,恩平组烃源岩中还可以见到较高含量的矿物沥青基质(表1)。矿物沥青基质是无形态有机质与无机矿物的混合基质,由于其有机质以无定形有机质为主,通常具有较强的倾油
图版∃
井号
井深(m)
岩性
4285泥岩4369~4372泥岩
HZ811
4408~4411碳质泥岩
4425碳质泥岩38425碳质泥岩4070碳质泥岩4280碳质泥岩
HZ13114425泥岩
44775碳质泥岩45325~45500泥岩47750~47775碳质泥岩429554~429558泥岩
PY3311
50908泥岩
惰性组镜质组壳质组腐泥组矿物沥青
(%)(%)(%)(%)基质(%)4243553252323
25273238414248274031382729
581216222025102371853
32687346543
63614635253020552756356262
第22卷第6期李友川等:南海北部深水区油气生成特性研究377
从孢粉组合来看,珠江口盆地恩平凹陷EP1731井珠海组蕨类孢子含量为14%~31%,木本花粉含量为55%~79%,浮游藻类含量低于7%;西江凹陷XJ3321井珠海组蕨类孢子含量为12%~24%,木本花粉含量为60%~78%,浮游藻类含量低于4%。
珠江口盆地珠海组从三角洲平原沉积到浅水三角洲前缘沉积,再到陆坡深水沉积,其有机质均以煤质、木质、壳质和孢质为主(图1),但不同相带沉积有机质组成存在一定差异,三角洲平原和三角洲前缘距物源区较近,泥岩中相对富含煤质和木质等贫氢的显微组分;而陆坡半深海距物源区较远,煤质含量明显降低,木质含量也有所降低,但相对耐水
解、抗氧化且富氢的孢质和壳质含量增加。说明由浅水沉积向深水沉积,海相烃源岩中富氢组分含量存在增加的趋势。113烃源岩生物标志化合物特征
从生物标志化合物特征来看,珠江口盆地和琼东南盆地沼泽相煤系烃源岩和海相烃源岩富含双杜松烷和奥利烷(图2)。双杜松烷是一类非常特征的高等植物树脂输入的标志化合物,奥利烷被认为是白垩纪或更年轻时代被子植物的标志化合物,并且高等植物显微组分(如镜质体和树脂体)的丰度与奥利烷指数之间存在着一种相互关系[5]。丰富的双杜松烷和奥利烷说明南海北部深水区烃源岩中富氢的树脂类化合物含量较为丰富。
图1珠江口盆地珠海组不同相带沉积有机质组成
12有机质组成决定南海北部深水区烃源岩油气兼生
目前在珠江口盆地发现了较多的恩平组沼泽相煤系烃源岩生成的原油,因此,腐泥型烃源岩生油而腐殖型烃源岩生气的看法并不完全正确。笔者认为,腐殖型烃源岩是生油还是生气,这与烃源岩的有机质显微组分组成有很大关系。
东海盆地西湖凹陷煤岩中单个有机显微组分的生烃模拟实验结果表明[7],孢子体生烃产物的总气油比为037,树脂体生烃产物的总气油比为029,孢子体和树脂体等富氢组分具有较强的生油能力,而镜质体和惰性体的生油能力明显低。因此,只要腐殖型烃源岩中含有较多的孢子体、树脂体和角质体等富氢显微组分,那么这类烃源岩除生成大量的
图2南海北部煤系烃源岩和海相烃源岩生物标志化合物特征
[6]
天然气之外,也具有较强的生油能力。
选择珠江口盆地HZ921井恩平组煤系泥岩
378中国海上油气2010年
和LW311井珠海组海相泥岩进行了封闭高压釜生烃动力学模拟实验,样品的基本地球化学特征见表2。HZ921井恩平组煤系泥岩生油高峰对应的Ro值为07%,生油高峰时的油产率(包括轻质油和重质油)和气产率分别为13687mg/g+TOC和1591mg/g+TOC,气油比为012,以生油为主,天然气的产率低。珠海组海相泥岩C14+烃类生成高峰对应的Ro值小于10%,C6~14烃类生成高峰对应的Ro值大约为15%,更高的热演化阶段则以天然气为主(图3)。由此可见,恩平组煤系烃源岩和珠海组海相泥岩虽然为腐殖型烃源岩,总体以生成天然气为主,但在生油窗内仍然以生油为主。究其原因,主要是恩平组煤系烃源岩和海相烃源岩中均含有较多的富氢组分,这些富氢组分与∃型和&1型有机质一样是倾向于生油的,其含量越高则生油潜力越大。南海北部深水区烃源岩有机质组成的这一特点,将影响到烃源岩的基本生烃特征。
表2珠江口盆地烃源岩热压实验样品基本地球化学特征
井号HZ921LW311
层位恩平组珠海组
岩性煤系泥岩海相泥岩
TOC
(%)223105
IH
(mg/g)254228
Tmax(,)437421
2烃源岩热演化程度控制南海北部
深水区油气分布
21琼东南深水区以气为主,珠二深水区油气共存据南海北部深水区8口探井资料,该区地温梯度值为294~522,/100m,平均为391−074,/100m;南海北部深水区现今大地热流值普遍大于80mW/m,具有高热流特征。根据地震剖面人工井和实际钻井资料,在利用构造热演化法模拟盆地热历史的基础上,采用EASY%Ro动力学模型研究了南海北部深水区下渐新统崖城组和恩平组及上渐新统陵水组和珠海组2套烃源岩的有机质成熟度史。由于对荔湾凹陷结构尚不清楚,本次模拟研究不包括荔湾凹陷(据地震资料,该凹陷规模较白云凹陷小得多)。211琼东南深水区崖城组烃源岩的热演化程度
高于珠二深水区恩平组烃源岩
琼东南盆地崖城组和珠江口盆地恩平组烃源岩为南海北部深水区主要烃源岩,其热演化程度和油气生成特征基本决定了南海北部深水区油和气的分布特征。烃源岩热演化史模拟结果表明,渐新世末(233Ma)琼东南深水区崖城组烃源岩底部在乐东凹陷、陵水凹陷和松南宝岛凹陷的中心部位已经开始生油(Ro>07%),局部进入生油高峰状态,Ro达到10%,其余地区尚未成熟(Ro<05%);而此时珠二深水区白云凹陷恩平组烃源岩底部仅仅在白云主凹的中心部位进入生油状态,Ro为05%,其余地区尚未成熟。
早中新世末(16Ma)琼东南深水区乐东凹陷、陵水凹陷和松南宝岛凹陷的中心部位崖城组烃源岩底部热演化程度很高,Ro可达到20%以上,凹陷边缘部位已经进入生油窗,Ro普遍大于07%;而此时珠二深水区白云凹陷恩平组烃源岩中心部位Ro仅为10%~13%,其他地区大部分仅进入成熟(Ro>05%)。
中中新世末(105Ma)琼东南深水区崖城组和珠二深水区恩平组底部烃源岩的热演化程度比16Ma时稍有增高,平面上分布特征与前期(16Ma)基本一致。160~105Ma之间,珠江口盆地和琼东南盆地处于热衰冷却阶段,地层温度和烃源岩热演化程度的升高完全取决于埋深增温作用,而此阶段2个盆地的
2
[8]
图3珠江口盆地煤系烃源岩和海相烃源岩热解烃类产率第22卷第6期李友川等:南海北部深水区油气生成特性研究379
沉降、沉积速率都不大,故烃源岩熟化速率较慢。现今时期,琼东南深水区大范围内崖城组烃源岩底部热演化程度已经很高,Ro大于40%;而珠二深水区仅白云凹陷中心部位恩平组底部烃源岩Ro为10%~16%,正处于生气高峰期,主凹最深处Ro达到2%以上,凹陷边缘部位Ro为05%~07%,仍然处于生油窗内,开平顺德凹陷恩平组烃源岩尚未成熟(图4)。
212琼东南深水区陵水组烃源岩的热演化程度
高于珠二深水区珠海组烃源岩
琼东南盆地陵水组和珠江口盆地珠海组海相烃源岩为南海北部深水区次要烃源岩。烃源岩热演化史模拟结果表明,渐新世末(233Ma)琼东南深水区陵水组和珠二深水区珠海组烃源岩底部尚未成熟;早中新世末(16Ma)琼东南深水区陵水凹陷和松南宝岛凹陷中心部位陵水组底部烃源岩热演化程度还较低,Ro一般为05%~07%,乐东凹陷中心部位陵水组底部Ro达到16%,进入生气高峰阶段,但此时珠二深水区白云凹陷珠海组烃源岩在凹陷中心开始生油,Ro为05%~07%,在白云主凹最深处极小范围内Ro可达到10%。
中中新世末(105Ma),陵水组和珠海组烃源岩底部的热演化程度比16Ma时稍有增高:琼东南深水区乐东凹陷、陵水凹陷和松南宝岛凹陷的主体部位陵水组烃源岩处于生气高峰,Ro为13%~16%,凹陷边缘部位则处于生油阶段,Ro为07%~13%;而珠二深水区珠海组烃源岩底部在白云凹陷大范围内开始进入生油阶段,Ro为05%~07%,白云凹陷主凹沉积中心达到生油高峰,Ro为13%,局部可达生气阶段。
现今时期,琼东南深水区乐东凹陷、陵水凹陷和松南宝岛凹陷大范围内陵水组底部烃源岩热演化程度已经较高,Ro大于20%,达到过成熟干气阶段,尤其是乐东凹陷大范围内陵水组底部Ro大于40%,已不再具备生烃潜力;而珠二深水区白云凹陷主体部位珠海组烃源岩底部Ro为10%~13%,正处于生油高峰,在凹陷边缘部位Ro为05%~07%,
开始进入生油阶段,开平顺德凹陷珠海组烃源岩尚未成熟(图5)。
由模拟结果可见,相同地质时期琼东南深水区烃源岩的热演化程度明显高于珠二深水区白云凹陷。琼东南深水区主体部位崖城组烃源岩现今已大范围达到过成熟阶段,陵水组烃源岩现今也大范围达到高∀过成熟阶段;而珠二深水区白云凹陷中心部位恩平组烃源岩现今Ro为10%~16%,正处于生气高峰期,仅主凹深处Ro达到20%以上,珠海组烃源岩则主要处于生油阶段。根据模拟结果,琼东南深水区以天然气为主,并且主要为高成熟∀过成熟天然气;而珠江口盆地白云凹陷则是油气共存,天然气以成熟∀高成熟气为主,
380中国海上油气2010年
并且有较多的轻质油与其伴生。
22凹陷带中心以气为主,凹陷周缘油气兼有
琼东南盆地的乐东凹陷、陵水凹陷和松南宝岛凹陷之间以低凸起相隔,凹陷之间的分隔性不太强1),各凹陷内烃源岩的热演化程度具有较强的相似性,因此从热演化的角度可将它们作为一个统一的凹陷带看待。
分析认为,由于烃源岩的热演化程度在南海北部深水区凹陷(带)中心和凹陷(带)边缘存在明显差异,因此凹陷(带)中心和凹陷(带)边缘生烃产物明显不同(图6)。
琼东南深水区乐东凹陷、陵水凹陷和松南宝岛各凹陷中心部位崖城组中部烃源岩在28Ma开始生油,23Ma开始生气,16Ma时Ro达到25%,生烃过程趋于终止,现今Ro达到40%以上,已无生气能力;而琼东南深水区凹陷带边缘部位崖城组中部烃源岩现今还处于生气阶段,局部区域还处于生
油窗内。琼东南深水区凹陷带中心陵水组中部烃源岩在23Ma开始生油,105Ma开始生气,5Ma时
Ro达到25%,生烃过程近于结束;而琼东南深水区凹陷带边缘陵水组中心烃源岩自16Ma以来一直处于生油阶段(图6)。据此,琼东南深水区凹陷带中心主要为天然气,仅在凹陷带边缘的有限区域油气兼有。
珠二深水区白云凹陷中心部位恩平组中部烃源层在25Ma开始生油,22Ma开始生气,现今仍处于高成熟生气阶段;而白云凹陷边缘部位恩平组中部烃源岩自20Ma以来一直处于生油阶段,现今仍处于生油窗。珠海组烃源岩的热演化程度更低,在白云凹陷中心和边缘部位均处于生油窗内,只是凹陷中心的热演化程度高于凹陷周缘(图6)。由此可见,珠江口盆地白云凹陷恩平组烃源岩在凹陷中心处于高成熟生气阶段,生成的天然气以湿气为主,而凹陷周缘则是油气兼生。
图6珠江口盆地和琼东南盆地深水区凹陷(凹陷带)不同部位油气生成史图
从油气勘探结果来看,白云凹陷由凹陷中心向凹陷周缘,不同油气田和含油气构造的气油比存在明显的差异,近凹陷中心的荔湾31气田的气油比在6000m3/m3以上,距凹陷中心稍远的流花342和流花291含油构造的气油比分别为4162m3/m3和2172m3/m3,而位于凹陷边缘凸起区的流花162含油构造则主要为原油,天然气的含量较低。据钻探结果及生烃史模拟结果,南海北部深水区烃源岩热演化程度控制油和气的平面分布,凹陷
中心部位烃源岩的热演化程度高,油气藏中天然气含量更高,油的含量相对较低;而凹陷边缘部位烃源岩的热演化程度低,油气藏中油的含量更高。
3结论与认识
(1)南海北部深水区主要烃源岩虽然以陆生高等植物有机质为主,有机质类型主要为&2∀∋型,但烃源岩中含有较丰富的树脂体、角质体、孢子体和无定形体等富氢的有机显微组分。热压模拟试验结
1)张功成,何敏,李列,等.南海北部陆坡深水海域油气资源战略调查及评价.2007.
第22卷第6期李友川等:南海北部深水区油气生成特性研究381
果表明,这些富氢的显微组分在生油窗内具有较强的生油能力,在高∀过成熟阶段则生成大量天然气。
(2)相同地质时代的烃源岩,琼东南深水区烃源岩的热演化程度高于珠二深水区,琼东南深水区烃源岩主要处于高∀过成熟阶段,以生成天然气为主;而珠二深水区烃源岩主要处于成熟∀高成熟阶段,虽然以生成天然气为主,但也有较多的轻质油。
(3)南海北部深水区凹陷(凹陷带)中心部位烃源岩的热演化程度明显高于凹陷(凹陷带)边缘,凹陷中心部位烃源岩热演化程度高,以天然气为主;而凹陷边缘烃源岩热演化程度偏低,油气藏中油的含量更高。
参
考
文
献
Abstract:Inthedeepwaterregion,thenorthernSouthChinaSea,organicmattersincoalmeasuresourcerocksofswampfaciesandmarinesourcerocksaremainlyderivedfromterrestrialhigherplants,andarerelativelyabundantinhydrogenrichmaceralssuchassporinite,cutinite,resinite,exiniteandamorphouscomponents.Theresultsofthermalsimulationhaveshowedthatthesesourcerockswithhydrogenrichorganicmatterscangeneratebothoilandgas,withgasgenerationpredominated,butwillgeneratemuchoiliftheyareinoilwindow.Therefore,theircharacteristicsofhydrocarbongenerationarecontrolledbytheirthermalmaturities.Themodellingeffortsofhydrocarbongenerationhistoryhaveindicatedthat:(1)thesesourcerocksaresignificantlymorethermallymatureinQiongdongnanbasinthaninPearlRiverMouthbasin,withtheirhydrocarbongenerationintheformerpredominatedbyhightoovermaturegas,andbothgasandmuchoilgeneratedinthelatterunderamaturetohighmaturestage.(2)Hydrocarbondistributionisalsocontrolledbythermalmaturitiesofthesesourcerocks,withagasgenerationperiodoccurringinthecentralsags,suchasBaiyun,wherethematurityismuchhigherthaninthemarginnalsags,andwithamatureperiodofoilgenerationoccurringinthemarginnalsags.Accordingtothedrillingresults,thefieldsandhydrocarbonbearingstructuresdiscoveredinthecentralBaiyunsagaremuchhigheringasoilratiothanthosediscoveredinthemarginalBaiyunsag.
Keywords:thenorthernSouthChinaSea;deepwaterregion;sourcerock;hydrocarbongenerationcharacteristics;thermalevolution;distribution
hydrocarbon
[1]朱俊章,施和生,何敏,等,珠江口盆地白云凹陷深水区LW3
11井天然气地球化学特征及成因探讨[J].天然气地球科学,2008,19(2):229233.
[2]傅宁,邓运华,李友川.南海北部叠合断陷盆地海陆过渡相烃源
岩特征及成藏贡献∀以珠二坳陷白云凹陷为例[J].石油学报,2010,31(4):568574.
[3]朱俊章,施和生,庞雄,等.珠江口盆地番禺低隆起凝析油地球
化学特征及油源分析[J].中国海上油气,2006,18(2):103106.
[4]潘贤庄,张国华,黄义文,等.崖131气田天然气的混源特征
[J].中国海上油气(地质),2001,15(2):99104.
[5]EKWEOZORCM,TELNAESN.Oleananeparameter:verifi
cationbyquantitativestudyofthebiomarkeroccurrenceoftheNigerdelta[J].OrganicGeochemistry,1990,16(13):401413.
[6]李友川,陶维祥,孙玉梅,等.珠江口盆地惠州凹陷及其邻区原
油分类和分布特征[J].石油学报,2009,30(6):830834.[7]姜亮.东海陆架盆地第三系煤系烃源岩油气生成与聚集[M].
北京:石油工业出版社,2002.
[8]米立军,袁玉松,张功成,等.南海北部深水区地热特征及其成
因[J].石油学报,2009,30(1):2732.收稿日期:20100902改回日期:20101009
(编辑:周雯雯)
Astudyonhydrocarbongenerationcharacteristicsinthedeepwaterregion,thenorthernSouthChinaSeaLiYouchuanZhangGongchengFuNing
(CNOOCResearchInstitute,Beijing,100027)
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容
Copyright © 2019- huatuo9.cn 版权所有 赣ICP备2023008801号-1
违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com
本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务