珠I坳陷优质烃源岩形成机理及其成藏贡献

发布时间：2020-07-15 17:08

【摘要】：珠Ⅰ坳陷是珠江口盆地的次一级构造单元,位于北部坳陷带的东部,呈NE-SW向展布,面积约4.2×104 km2。白垩纪晚期,珠Ⅰ坳陷构造背景由安第斯型大陆边缘转变为拉张离散的被动大陆边缘。新生代以来,珠Ⅰ坳陷经历了神狐运动、珠琼运动、南海运动、白云运动和东沙运动等构造运动,这些构造运动以珠海组沉积期为界划分为古近纪张裂阶段和新近纪裂后阶段。始新世-早渐新世,珠Ⅰ坳陷发育裂陷湖盆沉积,形成两套烃源岩层系,即始新统文昌组烃源岩和始新统-渐新统恩平组烃源岩。晚渐新世开始,珠Ⅰ坳陷接受裂后沉积,该期珠海组、珠江组地层砂泥互层,生、储、盖匹配良好。论文以研究区两套烃源岩和典型原油为研究对象,在详细对比、评价烃源岩地化特征和分布规律的基础上,研究了古气候条件、构造沉降和沉积速率、有机质来源和保存条件等烃源岩发育的控制因素,提出了两类优质烃源岩的形成模式；结合原油地化特征、油-油和油-源对比研究,厘清了研究区三类原油与两套烃源岩的亲缘关系；筛选了代表文昌组、恩平组烃源岩的端元油,利用端元油配比实验研究了单井油样中文昌组、恩平组烃源岩的相对贡献,并分析了原油差异挥发对计算结果的影响；最后讨论了单井油样与地质储量的关系,指出了两套烃源岩的相对贡献,并针对性地探讨了恩平凹陷中恩平组烃源岩的贡献。论文在烃源岩地化特征和分布规律等4个方面取得的主要成果和认识概括如下：1、文昌组、恩平组烃源岩地化特征与分布规律(1)有机质丰度不同,文昌组烃源岩的有机碳含量(TOC)、吸附烃和热解烃含量(S1+S2)和氯仿沥青“A”含量介于1.07-4.74%、1.18-21.42mg/g和0,32～0.67%之间,平均值为2.58%、12.76mg/g和0.55%；恩平组烃源岩中上述参数介于1.78～4.53%、3.92-10.32mg/g和0.26～0.40%之间,平均值为2.81%、6.45mg/g和0.30%。恩平组烃源岩的TOC高于文昌组,但是前者的S1+S2和氯仿沥青“A”低于后者。按照湖相烃源岩和煤系烃源岩评价标准,两类烃源岩均为“优质烃源岩”。有机质类型不同,文昌组烃源岩有机质类型为Ⅱ1～Ⅰ型,部分为Ⅱ 2型,沉积相为淡水中深湖相,有机相为“A”相,Ro介于1.3～1.8%之间,达到“高成熟”阶段；恩平组烃源岩有机质类型为Ⅱ 2-Ⅲ型,少部分为Ⅱ1型,沉积相为湖沼相,有机相为“C”相,Ro介于0.7-1.5%之间,达到“成熟”阶段。两类烃源岩的生标组成特征不同,文昌组烃源岩中Pr/Ph、C19～C22/C23～C26-三环萜烷、双杜松烷/C30-藿烷、联苯相对含量、氧芴/硫芴等参数介于0.91～5.48、0.64～1.91、0.01～0.99、0.60-2.51%和0.08～4.95之间,平均值为2.29、1.22、0.21、1.49%和0.54：恩平组烃源岩介于0.58～10.20、0.60～6.83、0.15～9.75、3.24～6.23%和1.24～15.23之间,平均值为4.99、2.55、0.99、4.73%和2.70。显然,恩平组烃源岩参数值均高于文昌组。但是,恩平组烃源岩中C30-4-甲基甾烷/C29-规则甾烷(0.08～0.21,平均值0.14)低于文昌组烃源岩(0.11～0.26,平均值为0.18)。生标组成及沉积相特征指示,文昌组烃源岩形成于还原性较好的中深湖相沉积环境,有机质来源以藻类和低等水生生物为主,兼有陆源高等植物的输入；恩平组烃源岩形成于弱氧化的湖沼相沉积环境,有机质来源中陆源高等植物占绝对优势。(2)文昌组、恩平组地层厚度的分布具有以下特征：第一,地层厚度受沉积洼陷的控制,文昌组地层在LF13N洼、HZ26洼、西江主洼和EP17洼等洼陷中的厚度较大;恩平组地层在HZ5洼、XJ24洼、HZ8洼、西江主洼和EP17洼中的厚度较大,且其侧向连续性好于文昌组。第二,由文昌期至恩平期,沉降、沉积中心发生迁移,文昌组地层的沉降、沉积中心位于坳陷西南部,恩平组沉积期则向坳陷东北部迁移至惠州凹陷,大部分文昌期洼陷在恩平期发育程度减弱。第三,恩平沉积期,坳陷西南部部分文昌期洼陷继承性发育,如EP17洼和西江主洼等。根据沉积相分布特征,文昌组中深湖相烃源岩主要分布于LF13N洼、HZ26洼、西江主洼和EP17洼等；恩平组湖沼相煤系烃源岩主要分布在HZ8S洼、XJ24洼和EP17洼等。2、文昌组、恩平组优质烃源岩的发育背景、控制因素和形成模式(1)文昌组中深湖相烃源岩文昌组沉积期对应珠Ⅰ坳陷湖盆裂陷的鼎盛期,NE～NEE和NWW向断裂发育,形成“半地堑”或“地堑”构造,负向构造单元内文昌组沉积发育,构造高部位不发育。泥岩孢粉组成指示,该期古气候为湿润、半湿润的亚热带-温带气候。构造沉降和沉积速率较大,主体介于100-150m/Ma和200-400m/Ma之间。较高的构造沉降速率提供了充足的可容纳空间,并为湖盆形成温度分层提供足够的水深条件。沉积速率与TOC的对比指示,大于200m/Ma的沉积速率有利于湖相优质烃源岩的形成。微体化石含量表明,文昌组烃源岩有机质来源以湖生低等藻类为主,含量约为30～50%,其中盘星藻和球藻等淡水藻类占绝大多数；规则甾烷中C27-规则甾烷约占25.22～-44.34%,C29-规则甾烷约占35.19～51.99%,C27～C29-ααα20R-规则甾烷呈“V”型分布。微体化石含量和规则甾烷组成指示,文昌组烃源岩有机质来源以藻类和低等水生生物为主,兼有陆源高等植物。Pr/Ph介于0.85～5.45之间,平均为2.29；芴、硫芴和氧芴相对含量为22.99%、49.92%和27.09%,硫芴为主要组成,芴含量略低于氧芴。姥植比和“三芴”组成指示文昌烃源岩形成于淡水中-深湖相偏还原的沉积环境,有机质保存条件较好。(2)恩平组湖沼相煤系烃源岩恩平组沉积期对应珠Ⅰ坳陷湖盆裂陷的衰退期,断裂活动减弱,沉积不再局限于断层下降盘,构造高部位也开始出现。泥岩孢粉组成指示,该期古气候为湿润、半湿润的热带-亚热带气候。构造沉降和沉积速率相对文昌期显著减小,主体介于50～100m/Ma和50～300m/Ma之间,不同凹陷差别增大。沉积速率与TOC的对比指示,100-300m/Ma的沉积速率有利于煤系烃源岩的形成。烃源岩微体化石含量中,木本花粉约占50～70%,蕨类植物约为30～40%,淡水藻类的贡献很少：规则甾烷中C27-规则甾烷约占12.03～35.26%,C29-规则甾烷约占46.23～79.52%,C27～C29-ααα20R-规则甾烷呈反“L”型分布；联苯系列占芳烃总量的4.73%,远高于文昌组的1.49%。微体化石、规则甾烷和联苯组成特征指示恩平组烃源岩有机质来源以陆源高等植物为主。Pr/Ph介于1.05～10.15之间,平均为4.99;芴、硫芴和氧芴相对含量为11.54%、23.89%和64.57%,氧芴占有绝对优势,芴最低,硫芴居中。这指示恩平期烃源岩形成于湖泊沼泽相的沉积环境,充足的有机质供给弥补了保存条件的不足。(3)根据构造背景、古气候条件、构造沉降和沉积速率、有机质来源和保存条件等,将文昌组、恩平组优质烃源岩的形成模式总结为“高沉降速率湿润气候中深湖相欠补偿模式”和“中等沉降速率湿润气候湖沼相平衡补偿模式”。3、原油地化特征、分类及其与烃源岩的亲缘关系(1)不同地区原油地化特征相似珠Ⅰ坳陷不同地区原油(惠州凹陷及南缘、番禺4洼、惠陆低凸起和恩平凹陷)的密度、粘度、全油碳同位素和族组成等具有相似特征,可作为一个整体研究。(2)三类地化特征差别明显的原油根据生标化合物组成特征,将珠Ⅰ坳陷原油分为三类,第一类原油分布在惠陆低凸起、番禺4洼和流花凸起,包括HZ33-1-1、LF13-1-1和PY10-2-1等油样：第二类原油分布在惠州凹陷中部,如HZ9-2-1油样；第三类原油分布在惠州凹陷及南缘和恩平凹陷,包括HZ26-1-1、XJ23-1-4和EP24-2-1等油样组成。第一类原油中C 19-C22/C23～C26-三环萜烷、C19/C23-三环萜烷、双杜松烷/C30-藿烷、三环萜烷/五环萜烷、三环萜烷/C30-藿烷和Pr/Ph值平均为0.54、0.39、0.14、0.17、0.45和2.12,低于第二类原油的10.79、21.76、0.71、0.30、1.18和4.83,但第二类原油中C30-4-甲基甾烷/C29-规则甾烷仅为0.08,远低于第一类的1.02。第三类原油各项参数介于前两类之间。物性和碳同位素组成上,第一类原油的密度和粘度平均为0.86g/cm3和18.85mPa·s,高于第二类原油的0.77g/cm3和2.17mPa·s；全油碳同位素组成中,除惠陆低凸起原油偏轻1‰外,第一类原油介于-26.6～-25.5‰之间,平均为-26.03‰,重于第二类原油的-28.4‰,第三类原油居于前两类之间(-28.4‰～-25.0‰,平均为-26.49‰)。正构烷烃组成上,第一类原油以“双峰型”为主,前锋碳为C15和C17,后峰碳为C27；第二类原油为“前峰型”,主峰碳为C14;第三类原油为“弱双峰型”,三类原油轻重正构烷烃组成差别明显。第一类原油中∑nC21/∑nC22+和(nC21+nC22)/(nC28+nC29)平均为0.94和0.98,远低于第二类原油的2.35和1.64,第三类原油平均为1.56和1.39,介于前两类原油之间。生标绝对含量同样存在较大差别,第一类原油中甾萜类、倍半萜烷、三环萜烷和C30-4-甲基甾烷平均为10.25、2.85、0.69和0.29mg/g,高于第二类原油的1.08、1.62、0.18和0.003mg/g,第二类原油中双杜松烷含量为0.013mg/g,第一类原油为0.031mg/g。第三类原油的生标绝对含量介于前两类原油之间,上述5类生标分别为2.98、2.68、0.29、0.14和0.054mg/g。芳烃及“三芴”组成具有以下特征：第一类原油中菲系列和屈系列约占芳烃总量的29.35%和9.44%,明显高于第二类原油的15.54%和1.32%；第一类原油的萘系列、联苯系列和“三芴”平均为30.53%、0.90%和0.93%,低于第二类原油的66.79%、4.73%和2.09%。第三类原油中萘、菲、联苯、“三芴”和屈系列的相对含量平均为44.47%、27.77%、3.18%、1.52%、6.03%和0.21%,全部介于第一、二类原油之间。(3)三类原油与两类烃源岩的亲缘关系利用C19～C22/C23～C26-三环萜烷等7个指标组成的多参数柱状图、(C19-三环萜烷+C20-三环萜烷+C24-四环萜烷)/C26-三环萜烷与补身烷系列/M/Z：123等二维交汇图、C27-C29-规则甾烷三角图、Pr/Ph、Pr/C17和Ph/C18三角图、芴、硫芴和氧芴三角图、萘、菲和联苯三角图等对比珠Ⅰ坳陷三类原油和两套烃源岩的亲缘关系,结果指示第一类原油产自文昌组中深湖相烃源岩,第二类原油产自恩平组湖沼相煤系烃源岩,第三类原油既有文昌组的贡献,又有恩平组的贡献,为混源油。4、文昌组、恩平组烃源岩对油气成藏的相对贡献(1)珠Ⅰ坳陷油气主成藏期为10.5Ma至今,具有地质年代新、成藏时间短的特征,文昌组、恩平组烃源岩的主排烃期相同,研究区混源油为不同烃源岩相同排烃期生成的混源油。物性、生标组成特征、生标绝对含量和典型油藏形成过程分析表明,HZ33-1-1(1990-2025m,珠江组)和HZ9-2-1(DST3)两个油样可以作为文昌组中深湖相烃源岩和恩平组湖沼相煤系烃源岩生成的端元油。(2)基于端元油配比实验,利用甾萜类绝对含量、C30-4-甲基甾烷绝对含量、补身烷绝对含量、补身烷/五甲基十氢化萘、氧芴/硫芴、C30-4-甲基甾烷/C29-规则甾烷和nC21-/nC22+等7个参数绘制混源比例图版,这些参数可以有效地指示原油中两类烃源岩的相对贡献。使用生标绝对含量参数计算混源比例时,需对混源图版进行校正以消除原油“差异挥发”带来的影响。差异挥发为20%时,恩平组烃源岩的贡献会被高估5%。根据校正后图版的计算结果,研究区绝大部分单井油样中只有文昌组烃源岩的贡献,如惠陆低凸起、番禺4洼和流花凸起等地区的原油样品,仅惠州凹陷南部和恩平凹陷的部分油样中存在恩平组的贡献。惠州凹陷南部油样中,文昌组烃源岩的贡献约为31～67%,恩平组的贡献约为33～69%恩平凹陷油样中,文昌组烃源岩的贡献约为57-80%,恩平组贡献约为20～43%。(3)两类烃源岩对单井油样和地质储量的相对贡献是不同的,因为不同构造带储量相差悬殊。LH11生物礁滩构造带等5个构造带的储量约占珠Ⅰ坳陷总储量的90%。根据不同二级构造带中文昌组、恩平组烃源岩的相对贡献,珠Ⅰ坳陷中文昌组中深湖相烃源岩对地质储量的贡献约为86%,具有绝对优势；恩平组湖沼相煤系烃源岩的贡献约为14%,居次要地位。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13

【引证文献】