（地球化學專業(yè)論文）瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究.pdf

瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究 摘要：崖南凹陷是瓊東南盆地重要的油氣源區(qū)，但對該凹陷生烴與成藏機理仍有一 些關(guān)鍵性問題未完善解決。本研究應(yīng)用生烴動力學及碳同位素動力學方法 對崖南凹陷2 塊典型烴源巖生烴特征進行了深入的研究，獲取了其生烴動 力學參數(shù)。結(jié)合該區(qū)埋藏史與古地溫史，建立起了不同類型烴源巖在地質(zhì) 條件下的生氣模式與生油模式，及甲烷氣生成的碳同位素動力學模型。這 兩種逼近地下條件的生氣及其碳同位素動力學模型和與熱模擬實驗結(jié)果存 在較大差別，其更加適合于地質(zhì)條件。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合流體包裹體研究 成果，對崖1 3 1 氣田有效氣源區(qū)、氣藏充注時間、運聚效率等問題進行了 研究。結(jié)果表明：崖1 3 1 氣藏成藏時間較晚，天然氣主成藏期出現(xiàn)在2 m a 以后；有效氣源區(qū)是崖南凹陷斜坡帶崖城組含煤巖系，現(xiàn)埋深范圍4 0 0 0 5 5 0 0 m ；天然氣為累積聚集氣，天然氣最大成熟度r o = 1 2 2 2 o ，目前天然 氣仍在有效的充注階段；崖南凹陷油氣勘探應(yīng)注重斜坡帶氣源區(qū)生成的天 然氣及較早形成的圈閉構(gòu)造。本研究方法及建立起的成藏模式對于瓊東南 盆地天然氣勘探具有重要指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞：崖1 3 1 氣田，瓊東南盆地，有效氣源區(qū)，成藏運聚模式，生烴動力學 s t u d y o np e t r o l e u mg e n e r a t i o nk i n e t i c so f s o u r c er o c k sa n dg a s p o o lf o r m a t i o ni nt h ey a n a nd e p r e s s i o no ft h eq i n g d o n g n a nb a s i n a b s t r a c t ：t h ey a n a nd e p r e s s i o ni sa ni m p o r t a n tg a ss o u s ea r e ai nt h eq i n g d o n g n a n b a s i n m u c hw o r kh a sb e e nd o n er e c e n t l yo nt h ec o n d i t i o n so fp e t r o l e u mp o o l f o r m a t i o n h o w e v e r ，t h e r ea r es t i l ls o m ep r o b l e m so nt h eg a ss o u r c ea r e aa n d g a sp o o lf o r m a t i o ni nt h i sa r e a i nt h i sp a p e r ，m e t h a n eg e n e r a t i o nk i n e t i c sa n d c a r b o ni s o t o p i cf r a c t i o n a t i o nk i n e t i c sw e r ea p p l i e dt oi n v e s t i g a t es o m et y p i c a l s o u r c er o c k t h ek i n e t i c sp a r a m e t e r sf r o mt w os a m p l e sf r o mt h ey a c h e n g f o r m a t i o ni n c l u d i n gad a r km u d s t o n ea n dac o a lw e r eo b t a i n e d w i t h c o m b i n a t i o no ft h eb u r i a la n dp a l e o g e o t h e r m a lh i s t o r yo ft h ey a n a nd e p r e s s i o n ， t h eg e o l o g i c a lm o d e l so fb o t hg a sg e n e r a t i o na n dm e t h a n ei s o t o p i cf r a c t i o n a t i o n w e r ee s t a b l i s h e d t h e s em o d e l sa r eq u i t ed i f f e r e n tf r o mt h em o d e l sd i r e c t l y b a s e do nt h e r m a ls i m u l a t i o nt e s t o nt h eb a s i so ft h i s ，t h ek i n e t i c sm o d e l sw e r e c o m b i n e dw i t hf l u i di n c l u s i o nt oi n v e s t i g a t et h ee f f e c t i v es o u r c ea r e aa n dg a s m i g r a t i o na n da c c u m u l a t i o ne f f i c i e n c yo ft h ey a l 3 - 1g a sp 0 0 1 t h er e s u l t s i n d i c a t et h a tt h eg a ss o u s eo ft h eg a sp o o l i sas e to fc o a lm e a s u r ei nt h e y a c h e n gf o r m a t i o nf r o mt h ey a n a nd e p r e s s i o na n d t h eg a sp o o lw a sf o r m e d a f t e r2m a ，a n dt h ee f f e c t i v eg a ss o u r c er o c ka r e ai sl o c a t e di nt h es l o p ea r e ao f t h ey a n a nd e p r e s s i o n ，w i t hap r e s e n tb u r i a ld e p t ho f4 0 0 0 - 5 5 0 0m o nt h i s b a s i s ，am o d e ls h o w i n gt h eg a sg e n e r a t i o n ，m i g r a t i o na n da c c u m u l a t i o nf o rt h e y al3 1g a sp o o li ss u g g e s t e d ，t h i sm o d e li n d i c a t e st h a tt h eg a sf r o mt h es l o p e a r e ai sm u c hi m p o r t a n tt op r e s e n tg a sp o o la n dt h a tt h ee a r l i e r - f o r m e dt r a p s t m c t u r e sw o u l db em o r es u i t a b l et og a sp o o lf o r m a t i o n i ti sb e l i e v e dt h a tt h e m e t h o d sa n dt h em o d e l sd e v e l o p e di nt h i ss t u d ya r ei m p o r t a n tg u i d e st of u r t h e r r e s e a r c ha n de x p l o r a t i o nf o rn a t u r a lg a s e si nt h eq i n g d o n g n a nb a s i n k e y w o r d s ：q i n g d o n g n a nb a s i n ，y a l 3 1g a sp o o l ，e f f e c t i v es o u r c ea r e a ，g a sg e n e r a t i o n k i n e t i c s i 概述 1 概述 1 1 研究背景 1 1 1 生烴動力學國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 含油氣盆地烴源巖油氣生成是一個非常復(fù)雜的地質(zhì)地球化學過程，涉及到地質(zhì) 過程與生烴母質(zhì)性質(zhì)兩個方面。為了研究與再現(xiàn)干酪根成烴作用，達到科學評價烴 源巖的目的，干酪根成烴作用的熱模擬實驗與動力學研究是非常有用的手段，國內(nèi) 外學者作了大量卓有成效的工作，較合理地解決了牛烴機理與評價等問題，為建立 起現(xiàn)代干酪根成油理論提供了非常有價值的信息。 干酪根生烴動力學研究是以熱解實驗、熱模擬牛烴實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。這項研究 工作始于二十世紀六十年代，早期的工作豐要參考了煤或油頁巖熱解動力學模型， 較有成效的工作實際上主要開展于二十世紀八十年代以后的近二十年內(nèi)。大量研究 及油氣勘探已經(jīng)證明，將干酪根生烴熱模擬實驗結(jié)果直接應(yīng)用于含油氣盆地烴源巖 評價存在很大風險，在實驗室短時間、高溫得到的干酪根成烴規(guī)律與地質(zhì)條件下干 酪根在低溫、極其緩慢條件下的生烴作用存在一些明顯的差別，熱模擬實驗結(jié)果在 一般情況下不能直接應(yīng)用于地質(zhì)條件下烴源巖評價與預(yù)測，這種差別主要體現(xiàn)在生 烴量、油氣比、產(chǎn)率組成及生油、生氣門限等方面。解決此問題的辦法是采用干酪 根生烴動力學參數(shù)外推地質(zhì)過程。近年來，生烴動力學的研究得到普遍重視，并廣 泛應(yīng)用于含油氣盆地烴源巖評價與勘探中。綜述國外文獻資料，近年來，生烴動力 學的研究主要有如下幾方面的發(fā)展： ( 1 ) 揭示出不同類型干酪根存在不同的動力學參數(shù)，遵循不同的動力學模式， 應(yīng)用生烴動力學方法預(yù)測的成烴模式與地質(zhì)條件下干酪根生烴規(guī)律有相當高的一致 性，生烴動力學方法是對傳統(tǒng)熱模擬實驗方法的根本性改進，充分顯示了其廣泛的 應(yīng)用價值； ( 2 ) 不同類型干酪根、甚至同種類型干酪根生烴動力學參數(shù)存在明顯差別，動 搖了以典型干酪根類型為基礎(chǔ)發(fā)展起來的傳統(tǒng)生烴模式，顯示出影響干酪根生烴作 瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究 用的因素是地質(zhì)與地球化學兩方面，在一個盆地所獲得的生烴動力學參數(shù)較難應(yīng)用 于其它盆地； ( 3 ) 為逼近地質(zhì)過程，干酪根生烴動力學方法得到了改進與完善。早期主要采 用r o c k - e v a l 方法研究總包干酪根生烴動力學參數(shù)，在二十世紀九十年代發(fā)展起來 開放體系多冷阱熱解氣相色譜儀及有壓力條件下封閉體系金管一高壓釜熱模擬體 系，可獲得總包干酪根牛烴動力學參數(shù)及不同烴類組成生烴動力學參數(shù)，使得對干 酪根成烴作用的認識大大深化了一步； ( 4 ) 拓寬了干酪根生烴動力學研究的應(yīng)用范圍。目前，生烴動力學參數(shù)不僅應(yīng) 用于牛烴規(guī)律預(yù)測，還應(yīng)用于盆地模擬、油氣藏成因，尤其是近年來在此基礎(chǔ)上發(fā) 展起來的碳同位素動力學方法，可應(yīng)用于油氣形成過程、運移與聚集、油氣資源量 預(yù)鋇l j ( t a n g ，e ta i ，2 0 0 0 ) 。 國內(nèi)干酪根生烴熱模擬實驗及生烴動力學實驗主要開展于二十世紀八十年代， 在這一時期，較有代表性的工作有：黃第藩等( 1 9 8 4 ) 、王會祥等( 1 9 8 6 ) 、楊國 華等( 1 9 9 0 ) 、張大江等( 1 9 8 3 ) 、程克明等( 1 9 9 1 ) 、楊天宇等( 1 9 8 7 ) 、丁福 臣等( 1 9 9 1 ) 、盧雙舫( 1 9 9 6 ) ，主要研究的是不同類型干酪根產(chǎn)烴率及總包動力 學參數(shù)，而很少將動力學參數(shù)應(yīng)用于地質(zhì)條件下的油氣評價。在九五攻關(guān)期間，加 強了國際合作，引進了較先進的動力學軟件與實驗技術(shù)，開展了主要組分動力學參 數(shù)研究。在十五攻關(guān)期間，生烴動力學與碳同位素在我國得到了進一步應(yīng)用，國家 設(shè)立了科技專項，開展了塔里木盆地生烴動力學研究。由于受實驗條件及動力學軟 件的限制，這方面工作并未普遍開展，目前在許多含油氣盆地仍是空白。 另一方面，由于天然氣的化學組成較為簡單，主要由甲烷、少量重烴( c 2 + ) 和 非烴( c 0 2 、n 2 等) 構(gòu)成，并且所能應(yīng)用的地球化學資料比較有限，主要依靠其組 分組成和c l c 4 碳同位素數(shù)據(jù)來研究。但是這些指標受母質(zhì)特征及地質(zhì)條件等多方 面影響，因此天然氣的成因比原油更難確定。在一般情況下，根據(jù)天然氣的組分、 碳同位素資料及氣源巖資料，判別天然氣的母質(zhì)類型、成熟度，研究不同類型源巖 或干酪根的生氣規(guī)律，進行氣氣、氣巖對比等方法確定天然氣的來源和成因，對于 氣源條件簡單，地質(zhì)構(gòu)造不復(fù)雜的含油氣盆地而言，其應(yīng)用效果比較好，然而對于 地質(zhì)條件復(fù)雜的疊合型盆地，其應(yīng)用效果并不理想，常出現(xiàn)一些明顯的問題。一組 2 1 概述 同位素數(shù)據(jù)應(yīng)用于地質(zhì)條件，有時出現(xiàn)多解性，尤其是在天然氣后期生成階段，存 在有明顯運移分餾效應(yīng)和擴散分餾作用的情況下，根據(jù)不同學者建立的天然氣組分 61 3 c r o 相關(guān)模式，有時甚至出現(xiàn)矛盾的結(jié)論。理論與實踐均說明影響天然氣組分 碳同位素組成的因素較多，它不僅取決于原始母質(zhì)的碳同位素繼承效應(yīng)和有機質(zhì)熱 演化過程的碳同位素分餾，而且它還與沉積構(gòu)造史、盆地增溫速率和天然氣聚集歷 史有關(guān)。 在這種背景下，國外地球化學家開始研究天然氣牛成動力學與碳同位素數(shù)值模 擬，并注重綜合分析與評價天然氣的成因( a 1 1 r e d ，1 9 6 6 ；g a v e a u 等，1 9 8 7 ； g a l i m o v 等，1 9 8 8 ；c l a y t o n 等，1 9 9 1 ；b e r n e r 等，1 9 9 2 ，1 9 9 5 ；r o o n e y 等， 1 9 9 5 ) 。這些研究成果為碳同位素動力學模擬研究打下了基礎(chǔ)。碳同位素動力學模 擬研究已成為國際油氣地球化學界的前緣性研究方向。它將天然氣成份、碳同位 素、形成溫度( 或成熟度) 及烴源巖( 或干酪根) 類型三者緊密結(jié)合，把天然氣生 成、運移和聚集與盆地的古埋藏史、古熱史有效地結(jié)合起來，動態(tài)地模擬與再現(xiàn)天 然氣的成藏過程。 由此可見，干酪根生烴動力學和碳同位素動力學研究為天然氣成因評價和預(yù)測 研究提供了新的途徑，已發(fā)展成為油氣地球化學領(lǐng)域最有發(fā)展前景的技術(shù)方法。這 些研究已在東南亞、加拿大、美國、澳大利亞和中國等盆地的天然氣評價與勘探中 取得了良好的效果( t a n g 等，1 9 9 5 ，1 9 9 6 ，2 0 0 0 ；劉金鐘、唐永春，1 9 9 8 ；c r a m e r 等，1 9 9 8 ，2 0 0 1 ，肖賢明等，2 0 0 3 ) 。 1 1 2 瓊東南盆地研究背景 南海北部瓊東南盆地是一個新生代沉積盆地，巨厚的第三系沉積和豐富天然氣 資源吸引了中外勘探家的極大興趣。崖南凹陷是瓊東南盆地最富油氣資源與勘探程 度較高的凹陷。自1 9 8 3 年至今，相繼在該盆地崖南凹陷周圍發(fā)現(xiàn)了2 個氣田( 崖1 3 1 、崖1 3 4 ) 和3 個含氣構(gòu)造( 崖1 3 - 6 、崖1 9 1 、崖2 1 1 ) ，使瓊東南盆地成為目前我 國南方最大的天然氣區(qū)。在“七五 、“八五 、“九五期間瓊東南盆地天然氣 攻關(guān)研究中，中國海洋石油南海西部研究院以及國內(nèi)不同研究機構(gòu)對該區(qū)進行了比 較系統(tǒng)的研究，這些工作主要是側(cè)重于天然氣成因來源及可能烴源巖的地球化學特 瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究 征研究( 林壬子等，1 9 8 3 ：張泉興，1 9 8 9 ：陳偉煌，1 9 8 9 ；張泉興、黃保家，1 9 9 1 ； 胡忠良等，1 9 9 5 ；張國華、黃保家、潘賢莊，1 9 9 8 ；黃保家1 9 9 9 ) ，取得了一些重 要的成果。但由于地質(zhì)條件及天然氣的成因復(fù)雜，天然氣勘探中的一些關(guān)鍵性問題 尚未完全解決，如： ( 1 ) 崖南凹陷烴源巖牛烴史，主要生氣期與圈閉形成的時空配置關(guān)系； ( 2 ) 崖1 3 1 天然氣的來源，氣源區(qū)位置，是斜坡帶還是盆地中部，氣藏充注時 間，氣藏運聚模式是累積氣還是階段聚氣； ( 3 ) 崖南凹陷勘探前景與下一步勘探方向。 這些問題既是理論問題，又是生產(chǎn)實際問題，在理論上涉及到高溫高壓氣藏成 藏運聚動力學問題，在勘探實踐上有助于更好地確定勘探靶區(qū)、降低勘探風險，從 而指導(dǎo)大中型氣田勘探。 1 2 研究內(nèi)容 本研究主要研究區(qū)域是崖南凹陷及其北部的崖城【- i i 起油氣聚集區(qū)。針對上述問 題，本研究所展如下幾方面研究： ( 1 ) 典型烴源巖生烴動力學研究：擬選取瓊東南盆地崖城組泥巖和煤樣各一 塊，進行時一溫雙控高溫高壓熱模擬實驗，研究這些樣品天然氣生成過程中所有相關(guān) 反應(yīng)的動力學參數(shù)； ( 2 ) 根據(jù)實驗獲得的天然氣生成動力學參數(shù)，結(jié)合研究區(qū)特定的地質(zhì)條件模 擬，建立典型烴源巖在地質(zhì)條件下的牛烴圖版： ( 3 ) 根據(jù)天然氣碳同位素模擬結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)條件，建立地質(zhì)條件下的碳同位 素動力學模型，確定已發(fā)現(xiàn)天然氣藏的氣源； ( 4 ) 典型氣藏成藏時間研究：對儲層流體包裹體進行研究，結(jié)合根據(jù)計算所建 立起的天然氣碳同位素與天然氣充注歷史的關(guān)系，確定崖1 3 - 1 氣田主成藏期，進一 步探討該氣田天然氣成藏方式； ( 5 ) 對崖1 3 1 氣藏構(gòu)造油氣運聚成藏模式進行研究與探討。 1 3 技術(shù)路線 本研究采取的技術(shù)路線見圖1 3 1 。其關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備包括： 4 l 概述 ( 1 ) 金管一高壓釜生烴動力學裝置：中國科學院廣州地球化學研究所有機地球 化學國家重點實驗室專有技術(shù)； ( 2 ) 干酪根牛烴k i n e t i c s 動力學軟件：美國l a w r e n c el i v e r m o r e 國家實驗窒開 發(fā)的專用軟件； ( 3 ) 天然氣碳同位素動力學模擬軟件c a r b o ni s o t o p i ck i n e t i c s 。美國加州理工學 院能源與環(huán)境研究中心開發(fā)的專用軟件。 具體研究思路和豐要技術(shù)手段說明如下： ( 1 ) 流體包裹體研究 研究區(qū)地質(zhì)地球化學資料調(diào)研 樣品的采集，對研究區(qū)典型探井儲層進行系統(tǒng)采樣： 包裹體片制備，采用立體熒光顯微鏡對樣品進行初步觀察； 用l e i c am zf l u i 立體熒光顯微鏡和d m r x ph c 高級研究顯微鏡進行精 細的儲層包裹體觀測和微量儲層瀝青觀察分析。研究內(nèi)容包括：豐度、 類型、大小、產(chǎn)狀： 用l i n k a mt h m s g 6 0 0l n p 精細測定流體包裹體的t h ( 均一溫度) 、 t m ( 始熔溫度) ；用c l s m 共聚焦激光顯微鏡系統(tǒng)及d c 3 5 0 f 及 q w i ns t a n d a r d 精確測量石油包裹體與鹽水包裹體的氣液體積； 根據(jù)包裹體資料，劃分油氣充注期次；進而結(jié)合儲層埋藏史及古地溫 史，限定油氣藏充注時間。 ( 3 ) 烴源巖生烴動力學與碳同位素動力學研究 研究區(qū)鉆獲油氣的特征分析、分析可能的烴源巖； 采集未成熟或低成熟的烴源巖樣品，要求樣品在類型、分布、生烴性能 等方面具有代表性，分離干酪根； 對干酪根樣品進行牛烴動力學熱模擬實驗及相應(yīng)的分析，測定烴源巖各 項熱解產(chǎn)物及碳同位素，應(yīng)用k i n e t i c s 專用軟件模擬計算牛烴動力學參 數(shù)： 瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究 應(yīng)用干酪根生烴動力學參數(shù)，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)地球化學背景，利用 k i n e t i c s 軟件對崖南凹陷進行逼近地下條件的生烴模擬，建立生烴模 式； 應(yīng)用g o r i s o t o p e 同位素動力學模擬軟件模擬計算碳同位素動力學參 數(shù)，結(jié)合地質(zhì)參數(shù)模擬計算地質(zhì)條件下碳同位素分餾模型，建立起天然 氣的61 3 c l 一61 3 c 2 、r 曠61 3 c l 等相關(guān)圖版：根據(jù)天然氣碳同位素實測 資料，確定主要氣田天然氣的氣源巖，探討其聚集成藏模式和成藏時 間。 圖1 3 1 本研究技術(shù)路線圖 6 1 概述 1 4 完成的工作量 本研究工作重點有二個方面，一是生烴動力學研究，二是地質(zhì)模型建立。生烴 動力學研究在中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室完成， 地質(zhì)模型的建立主要采用了南海西部石油公司研究院的資料。動力學地質(zhì)模型的建 立采用了美國加州理工學院能源與環(huán)境研究中心專用軟件g o r i s o t o p e 。 本研究樣品實驗分析完成情況見表1 4 1 。 表1 - 4 1 樣品實驗分析與研究工作情況表 序號 具體分析項目已完成樣品數(shù) 1 干酪根分離與提純2 件 2 光片( 全巖、干酪根、模擬殘渣樣) 制備1 0 件 3干酪根組分鏡鑒2 件 4 r o 測定( 包括原樣、干酪根樣、模擬殘淹樣) 6 0 件 5 全巖有機組分定雖2 件 6有機元素c 、h 、o 、n 測定2 件 7黃金管封閉體系熱模擬實驗2 件 8 氣體真空收集j 轉(zhuǎn)移 6 0 件 9 氣體產(chǎn)率定量6 0 件 1 0 氣體成份分析6 0 件 1 1 氣體單體碳同位素測定6 0 個溫度點 1 2 生烴動力學模擬實驗 2 件 1 3 有機碳測定5 2 件 1 4 r o c k e v a l 熱解5 2 件 1 5 生烴動力學參數(shù)計算2 個樣 1 6 碳同位素動力學參數(shù)計算2 個樣 1 7包裹體分析 1 5 個 1 8動力學模擬4 個剖面1 2 個模擬點 7 瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究 1 5 創(chuàng)新與特色 本研究不僅引進新的理論、新方法，開拓新的思路，而且對瓊東南盆地天然氣 評價與勘探中的一些關(guān)鍵性問題進行了綜合性研究，具有一定特色。具體表現(xiàn)在如 下兩個方面： ( 1 ) 采用了一系列先進技術(shù)手段與方法，如：干酪根生烴動力學的研究( 生烴 動力學裝置與模擬軟件技術(shù)) ： 天然氣甲烷生成碳同位素動力學的研究( 碳同位素動力學模擬軟件技 術(shù)) ； 熱模擬實驗產(chǎn)物的高真空轉(zhuǎn)移與分離、定量分析及高精度g c i r m s 測 定； 有關(guān)動力學參數(shù)應(yīng)用于烴源巖生氣過程及天然氣成因評價的理論與方 法。 這三個方面在國內(nèi)所見報道不多，與國外研究同步。 ( 2 ) 提出與應(yīng)用了一些先進的研究思路： 油氣地質(zhì)背景與油氣地球化學研究相結(jié)合。在烴源巖地質(zhì)模型建立方 面，采用了地質(zhì)埋藏史，古地溫史等地質(zhì)參數(shù)，在油氣成藏方面，生烴 動力學研究成果結(jié)合了圈閉形成、構(gòu)造演化、蓋層與儲層、油氣運移通 道等地質(zhì)背景，使得建立起的牛烴模型與碳同位素動力學模型更加吻合 地質(zhì)實際情況。 儲層流體包裹體與生烴動力學研究成果相結(jié)合應(yīng)用于油氣成藏期次與時 間及運聚模式的研究。 這種綜合性的研究在國內(nèi)尚無報道，成為本研究的一個明顯特色。 天然氣生成的地質(zhì)背景 2 1 區(qū)域地質(zhì)概況 瓊東南盆地位于海南島與西沙群島之間海域，即東經(jīng)1 0 8 。5 0 一l ll 。5 07， 北緯1 6 。5 0 1 9 。0 0 ，海域面積約6 3 萬平方公里。海水由西北向東南變深， 2 然氣嘏地質(zhì)背景 陸架區(qū)水深變化較小，9 0 - - 2 0 0 m ，陸坡往海槽( 西沙北海槽) 水體急劇加深，從 2 0 0 m 迅速加深至2 0 0 0 m 左右。它西面以l 號斷裂為界，與鶯歌海盆地分開，北面以 5 號斷裂為界，與海南隆起區(qū)分開，東南以l l 號斷裂為界，與明沙一中沙隆起區(qū)分 開，東北以1 2 號斷裂為界，與珠江口盆地的珠_ 二坳陷分開( 圖2 1 1 ) ，盆地總面 積約30 7 萬平方公里。 圖2 1 1 瓊東南甕地構(gòu)造綱要圖 依據(jù)下第= 系的分布，凡具有相對獨立的沉降中心而f 第二系沉積又相對較 全、厚度較人的區(qū)域，劃歸為凹陷，下第三系沉積較薄或局部缺失崖城組的區(qū)域， 劃歸凸起或斜坡。這樣，瓊東南盆地內(nèi)部共劃分了松東凹陷、松西凹陷、崖北凹 陷、崖南凹陷、陵水凹陷、寶島凹陷、北礁凹陷等七個亞一級負向構(gòu)造單元和松東 斜坡、松濤i n j 起、崖城i ”i 起、陵西斜坡、南部 起等五個亞一級正向構(gòu)造單元( 圖 瓊東南盆地崖南口陷口巖k 動 學自油氣成藏w r 2 - l - 1 ) 。由于南部( 原葉1 央坳陷帶) 基底埋藏太深，地震測剛過稀其構(gòu)造耐貌目 前尚難搞清，故暫時束劃分一級構(gòu)造單元。 22 盆地構(gòu)造演化特征 根據(jù)盆地演化發(fā)育史( 圖2 - 2 - 1 ) ，可將盆地分為早期裂陷和晚期裂后坳陷的兩大 演化階段。 刪r 嗨世 鑫 暑 22 1 早期裂陷期 圈2 - 2 一l 過崖甫崖北凹陷構(gòu)造剖面 早期裂隙期叉可分為二個時期： ( 1 ) 裂陷初始階段始于始新世，基底地層在拙張作用下開始張裂。該時期盆地 的分割性根強，形成多個小隆和小凹盆地整體連通性差。沉積物以湖相為豐，但 t 要分布于盆地東部凹陷盆地西部的崖南凹陷和崖北凹陷西側(cè)缺少始新世沉積， 由于多凹多隆格局的存在，使得多物源特征十分突出。 ( 2 ) 裂陷巾期始于漸新世早期，即崖城期。此時，凹陷的分割性仍非常明顯， 但i i l l 起范圍有所縮小?？傮wl ，沉積環(huán)境有多水系、多隆、多凹的特點。早期沉積 物表現(xiàn)為非海相( 含海陸過渡相) 沉積，晚期則變?yōu)楹Ｏ喑练e為豐。 2 天然氣生成的地質(zhì)背景 ( 3 ) 裂陷第三階段始于漸新世晚期，結(jié)束于中新世早期，即主要發(fā)育于陵水 期。該時期整個盆地處于海相沉積之下，快速沉降是本階段的重要特征之一，早期 生長斷層十分發(fā)育，北部坳陷帶、崖南、松東、松南等凹陷表觀尤為突出。生長斷 層下降盤常見近源扇三角洲沉積，至晚期斷層活動強度逐漸減弱。另外，陵水中晚 期，中央坳陷( 崖城一松濤i n j 起南部) 中心出現(xiàn)局部熱沉降，即出現(xiàn)了晚第三紀坳陷的 雛形，如松南、陵水凹陷等。 2 2 2 晚期坳陷期 晚期坳陷期可進一步分為二個時期： ( 1 ) 坳陷早期開始于早中新世中晚期，結(jié)束于中中新世末。在此之前，盆地曾 發(fā)生一次大規(guī)模的抬升，隆起部位受到強烈剝蝕，盆內(nèi)其它地區(qū)也受到不同程度剝 蝕作用的影響，形成了一個重要的界面- - t 6 0 破裂不整合。之后，盆地發(fā)生了整體下 沉。生長斷層具有東強西弱的活動特點，盆地西部基本上停止了活動，盆地東部的 松濤f 幾l 起東傾末端及2 號斷裂帶一直持續(xù)到中中新世末。物源明顯變?yōu)閱蜗?，以?南島物源供給為主。盆地的南緣遠離物源區(qū)，處于饑餓沉積狀態(tài)，而北緣則在坳陷 作用下，出現(xiàn)陸架、陸坡的雛形。 ( 2 ) 坳陷晚期開始于晚中新世，持續(xù)至第四紀，沉積地層為黃流組、鶯歌海組 和第四系。在此期間，盆地以坳陷作用為主，構(gòu)造作用極弱，盆地的結(jié)構(gòu)變?yōu)楸粍?大陸邊緣型，出現(xiàn)了明顯的陸架坡折形態(tài)。此間，沉積物供應(yīng)速度高，故高頻層序 發(fā)育。 綜上所述，瓊東南盆地是隨著板塊活動，在南海盆地拉張的同時發(fā)生張裂，盆地 經(jīng)歷了裂陷和坳陷兩個發(fā)育階段，盆地范圍也由小到大，擴展至今天的面貌。 2 3 盆地地層及沉積特征 2 3 1 地層及其分布特征 瓊東南盆地的基底由前第三系的火成巖、變質(zhì)巖及沉積巖組成。盆地的充填序 列則主要由第三系和第四系地層組成，從下往上依次為始新統(tǒng)，漸新世的崖城組和 瓊末南g 地崖南口陷女巖烴自女 目氣成藏研究 陵水組三、二段，中新i 址的段水組一段、二啞組、梅山組和黃流組，t 新世的鶯歌 海組以及第四系地層( 圖2 - 3 1 ) 。f 面對盆地的地層單元特征作一簡述。 廈m站岸巖性 鋤儲 i 0 秘始潮巖 卅t 代 罪mf m l削面 】層肝墻土饔分 。j 布舶 筑h ! 支 t蔭 新歌 曲 l i f l 流 n 1 新 _ 霄 取 內(nèi) * 梅 _ 盆 景 n n 警 地“ 陵 南 f 新 水b 2 l 乏 瓊 爾 訛 新 南 締 崖 髓 最 址 地 b i _ 鷙 散 海 婧 薹 _ ( 新 料 河第- 最麟 圍2 3 1 瓊東南盆地地層柱狀綜舍圖 ( 1 ) 前第三系 前第二系巖性辛要為火成巖、變質(zhì)巖及沉積巖，包括花崗巖、混合巖、角巖 凝灰?guī)r、集塊巖，安山玢巖、英安流紋巖、白云巖等。 ( 2 ) 下第三系 下第1 系豐要包括始新統(tǒng)、崖城組利陵水組地層。 始新統(tǒng) 2 天然氣生成的地質(zhì)背景 屬于非海相沉積，為斷陷早期的產(chǎn)物。盆地受早期斷裂格架控制，地層呈多凹 多i n l 的特點，凹與凸之間相互獨立，具有多物源的特征，隆起區(qū)物源均四處擴散。 此時沉積面積較小，沉積中心多，巖性與巖相變化大，發(fā)育了多個斷陷湖盆，每個 湖盆中心有中一深湖相沉積，濱淺湖相在其外圍呈環(huán)帶狀展布( 呂明等，2 0 0 0 ) ，沉積 的最大厚度可達2 0 0 0 米。該套地層在北部灣盆地的鉆井則顯示，其頂、底部有白色 砂巖、砂礫巖，其大部分為深灰色、褐灰色等泥巖?？傮w上為河流一湖泊一扇三角 洲沉積體系的產(chǎn)物。 崖城組 崖城組可三分，屬于斷陷晚期的沉積，在該沉積的早期仍有海陸過渡環(huán)境的存 在，中、晚期已完全變?yōu)楹Ｏ喹h(huán)境，為濱淺海相沉積。崖三段底部為棕紅色砂礫巖 夾深灰色薄層泥巖；中上部為灰白色砂巖與深灰色泥巖的不等厚互層，且夾煤層和 煤線。崖二段則以深灰色厚層泥巖為主，下部夾灰白色薄層砂巖。崖一段為灰白色 砂巖、深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾煤層和炭質(zhì)泥巖。崖城組地層在盆地西部的最大厚 度可達2 5 0 0 米，且呈北厚南薄的格架樣式。根據(jù)呂明等( 2 0 0 0 ) 所作的沉積相和沉 積體系的研究，本時期仍具有多水系、多r | 。i 起、多凹陷的特點，隆凹格局仍較明 顯，沉積體系豐富，多物源現(xiàn)象仍然存在，物質(zhì)從隆起區(qū)多方擴散。本組為碎屑濱 岸( 含沼澤) 沉積體系的產(chǎn)物，是盆地重要的烴源巖層段。 陵水組 陵水組亦可三分。與崖城組類似，地層仍呈北厚南薄之勢，屬于斷陷晚期的產(chǎn) 物。陵三段主要由灰白淺灰色礫巖、砂巖組成，夾深灰色泥巖，局部見生物灰?guī)r， 是盆地的重要產(chǎn)氣層；陵二段則以灰一深灰色泥巖為主，夾淺色薄層砂巖；而陵一 段為淺灰色砂礫、中粗砂巖與灰一深灰色泥巖呈不等厚互層狀產(chǎn)出( 其頂部的不整 合面特征明顯) 。該組下部為海陸過渡相沉積，中上部以海相沉積為主( 局部出現(xiàn) 了半深海相) 。因此，該組以濱岸碎屑沉積體系和半封閉淺海沉積體系為主體，是 主要的儲集層。 ( 3 ) 上第三系 上第三系主要包括三亞組、梅山組、黃流組和鶯歌海組地層。 三亞組 瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究 三亞組是斷坳或坳陷早期( 盆地裂后充填初期) 的產(chǎn)物，屬于上構(gòu)造層最底部的沉 積，上、下二分，其底界為t 6 0 界面。下部以灰一深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖與灰白色 砂巖、砂礫巖互層沉積組成，頂部為塊狀泥巖。上部沉積物進一步變細，顏色變 深。該組是淺海一深海沉積體系的產(chǎn)物( 早期發(fā)育有濱岸碎屑沉積體系) 。物源具 有海相單方向的特征，多凸、多凹的古地理背景已經(jīng)消失，但是陸架坡折不甚明 顯，盆地性質(zhì)可能與末端陡傾的緩坡類似，該期物源方向主要為北西向。三亞組一 段物源方向明顯變?yōu)楸蔽?，水體較三亞組早期深，深海、半深海面積擴大，其余特 征與三亞組二段相似。 梅山組 梅山組上下二分，其底界為t 5 0 ，頂界為t 4 0 。梅二段為褐色、灰白色砂巖、鈣 質(zhì)砂巖及鈣質(zhì)、白堊質(zhì)砂巖與灰?guī)r及深灰泥巖不等厚互層狀產(chǎn)出，梅一段為淺灰色 泥巖，夾薄層粉砂巖、細砂巖?？傮w上為淺海一半深海沉積體系( 其中以深水沉積為 主) 。該時期物源方向明顯變?yōu)楸币槐睎|向，同時在盆地中部偏出現(xiàn)了橫貫全區(qū)的海 底峽谷( 林暢松等，2 0 0 1 ) 。 黃流組 黃流組上下二分，底界為t 4 0 ，項界為t 3 0 ，為坳陷階段的產(chǎn)物。崖北凹陷缺失 黃流組，崖南凹陷鉆厚0 - 6 4 4 米。黃二段主要為淺灰色、灰白色細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖 夾薄層灰色、深灰色泥巖；黃一段主要為淺灰色、灰色砂質(zhì)灰?guī)r、灰黃色牛物灰?guī)r 與灰色、深灰色泥巖、淺灰色粉、細砂巖不等厚互層。主要為濱一淺海沉積體系的 沉積物。黃流組沉積期真正屬于被動大陸邊緣盆地環(huán)境，陸架坡折容易識別，高頻 層序非常發(fā)育。在盆地中部偏南橫貫全區(qū)的海底峽谷依然存在，且在南西方向向廣 海伸展。 鶯歌海組 鶯歌海組則由大套淺灰色、深灰色厚層塊狀泥巖組成，夾薄層淺灰色粉砂巖、 泥質(zhì)砂巖，中部夾厚層塊狀細砂巖組成。整體上該組以淺海一半深海沉積體系為 主，物源主要為北西向，橫貫全區(qū)的海底峽谷漸趨擴大，在南西方向分叉成兩條路 徑伸入廣海，高頻層序樣式非常典型，其重要特征是前積楔一斜坡扇非常發(fā)育。 ( 4 ) 第四系 1 4 2 天然氣生成的地質(zhì)背景 第四系地層主要由淺灰色、綠灰色粘土巖為主，夾薄層粉砂、細砂，富含牛物 碎屑未成巖。 2 4 烴源巖特征 2 4 1 始新統(tǒng)烴源巖 如前所述，瓊東南盆地始新世為封閉的湖盆沉積，有利于有機質(zhì)的保存，分布 局限，僅視為良好潛在烴源巖。但在崖南凹陷缺失。 2 4 2 崖城組烴源巖 總體為半封閉濱淺海( 局部可能為淺一半深海) 相沉積，厚度大、分布廣，特別是 崖城組，泥巖發(fā)育，局部尚發(fā)育較多薄煤層，有機質(zhì)豐度較高。在大部分地區(qū)均已 進入成熟( 相當部分已進入高熟一過熟) 階段，以生氣為主，且在崖南凹陷已找到以煤 型氣為主的崖1 3 1 氣田。因此，總體看，崖城組是本區(qū)的豐力烴源巖。 目前，瓊東南盆地鉆井揭露的漸新統(tǒng)地層厚度4 8 4 - - 一1 7 2 6 m ，其中，崖城組最厚 可達4 8 2 6 9 1 0 m ，以崖二段和陵二段泥巖發(fā)育，已鉆井揭示的崖城組普遍含煤，但 煤層單層厚度較薄，累積厚度通常小于6 m ，且以亮煤型為主。崖1 3 1 2 井崖城組含 煤較多，計2 7 層總厚1 7 5 m ，占組厚7 5 8 。地化分析表明，崖城組泥巖有機碳豐 度為0 4 1 1 9 6 ，接近一般好烴源巖指標。值得注意的是，煤及碳質(zhì)泥巖有機碳 含量高達8 5 5 - - - 6 5 9 ，s l + s 2 為1 4 3 1 4 2 8 m g g ，具有很好的生氣潛力( 圖2 - 4 - 1 ) 。 干酪根顯微組成分析結(jié)果表明，崖城組泥巖以鏡質(zhì)組和惰性組為主，占4 0 - - 一 8 0 ，無定形體為1 0 - - 一3 0 ( 董偉良，黃保家，2 0 0 1 ；h u a n ge ta l ，2 0 0 3 ) ，有機質(zhì) 類型為1 1 2 一i i i ( 圖2 - 4 2 ) 。干酪根的碳同位素值為- - 2 7 3 一2 7 1 4 ，表明在崖城 組烴源巖的成烴母質(zhì)中有大量陸牛植物輸入( h u a n ge ta l ，2 0 0 3 ) 。崖城組煤以鏡質(zhì) 組與惰性組為主，含量達9 0 9 5 ，殼質(zhì)組少，一般不到1 0 ，為典型的i i i 型干酪 根。 # 袁南t 崖南口陷b 巖* 動 學油氣m 藏女 243 睦水組烴源巖 崖南凹陷陵水耋 l 地層發(fā)育，最大厚度超過3 0 0 0 m 。這套地層中發(fā)育有少量暗色泥 巖。根據(jù)黃保家等( 1 9 9 4 ) 的研究，該組烴源巖t o c 為07 3 ，母質(zhì)類型為i 卜i i i 型。f 于分布局限，這套地層為次牛烴源巖。 泥巖；碳質(zhì)泥囂i 煤 | r t r r 十 0o o1 0 0 圖2 _ 4 一】瓊東南盆地漸新統(tǒng)( s l + s 2 ) 與t o c 關(guān)系( 據(jù)h u a a g 2 0 0 3 ) + ：麓 t ! 篡 l ； + + 韶z + - “ 七2 叫0n 100 0 # 2 圖2 _ 4 2 瓊東南盆地烴源巖干酪根冗索分類圖 25 溫壓場特征 25 1 地溫場平面特征 瓊東南盆地現(xiàn)地層溫度隨埋深增加l 時卅高，譬。穩(wěn)定的直線帶狀對應(yīng)關(guān)系( 倒2 5 1 ) 。全區(qū)的地溫梯度l ：要集中在3545 c l o o m ，f 均地溫梯度為39 + c l o o m 明艟低于鶯歌海盆地，鶯歌海盆地甲均地 溫梯度為42 5 c i o o m ( 汪集呦、歲曉容 等，】9 9 6 ) 。 從璩東南盆地地溫梯度等值線分布圈 ( 圖2 - 5 - 2 ) 上可以看出：盆地的地溫梯 度等值線分布較均勻，集中于37 44 1 0 0 m 之間，但靠近l 號斷裂帶的西部地 溫梯度較高，東部地溫梯度較低昂大值 在崖1 3 1 氣田附近，梯度值達4 4 l o o m ，這豐要是來源于鶯歌海盆地的熱 流體活動的影響結(jié)果( 張角明，胡忠良， 深 度 9 9 2 ) 。 圈2 - 5 i 瓊東南盆地地層溫度一深度戈系翻 瓊末南鹽崖南口陷烴薄巖烴動 學# 油氣成藏* 究 圖2 - 5 2 瓊東南盆地地溫梯度等值線圖( 據(jù)張肩明，1 9 9 1 ) 252 壓力場特征 瓊東南盆地超壓現(xiàn)象也很普遍，從壓力深度交匯圖( 圖2 5 3 ) 上可咀看出， 黃流組以上地層豐要為正常壓力系統(tǒng)，底界深度在3 0 0 0 m 左右，從黃流組開始普遍 發(fā)育地層異常高壓( 楊計海等，1 9 9 8 ：楊計海，胡忠良2 0 0 0 ) 。 從t 6 0 面深度等值線圖的形態(tài)看( 圖2 5 _ 4 ) ，近似于一個中央凹、南面和北面 往上翹的鞍形，全區(qū)沒有明顯的古構(gòu)造脊，油氣運移沒有明顯的優(yōu)勢方向，而是呈 向南和向北就近運移的態(tài)勢。北面壓力等值線密集帶( 壓力釋放帶) 是凹陷深部油 氣就近運移的主方向( 圖2 - 5 5 ) ，從壓力剖面圖上也可容易看出，壓力向北面上傾 方向的壓力釋放帶是油氣運移的手方向。所以崖城i ! l l 起和松濤凸起帶仍是目前勘探 的主方向。 2 * # 氣成白臼質(zhì)背精 度 地層壓力( m p a ) 圖2 - 5 - 3 瓊東南盆地地層壓力( 壓力系數(shù)) 一深度關(guān)系圖 圈2 5 _ 4 瓊東南盆地t 6 0 面深度等值線圖 瓊末南2 m 崖南口陷烴囂巖k 自 學自油氣成藏研究 圖2 - 5 5 瓊東南盆地t 6 2 面壓力等值線圖 用全頻帶的層速度資料的計算結(jié)果能更全面的反映地下壓力分布，在連井壓力 剖面上( 圖2 - 5 6 ) ，可以清楚看到三亞組( t 5 0 - t 6 0 ) 、陵水組三段( t 6 2 川o ) 是 壓力釋放帶。 1 e i * ：= ：j = 蓁 分 渺 崧，監(jiān)，趨兒 蘭氘 i ：址 ，m 二生二，一 瓣 ip 墊；瞎：= 2 = m _ 靛u 【i 逍 川 圖2 s _ 6 瓊東南盆地七e 1 井連井壓力對比圖 3 烴源巖生烴動力學研究 瓊東南盆地上述溫壓場特征不僅影響到烴源巖生烴史( h i l le ta l ，1 9 9 4 ；c a r 1 9 9 1 ，1 9 9 9 ) ，而且在對油氣運聚有重要影響( 楊計海，陳紅漢1 9 9 8 ；p r i n c ea n d w e n g e r ，1 9 9 2 ；胡忠良，2 0 0 0 ；楊計海，胡忠良，2 0 0 0 ) 。本研究在后面章節(jié)將對這一 問題進行詳細討論。 3 烴源巖生烴動力學研究 3 1 模擬實驗樣品 根據(jù)瓊東南盆地油氣地質(zhì)背境與大量地化分析資料，崖南凹陷豐要烴源巖層位 是崖城組，主要有二類烴源巖：煤及暗色泥巖。本研究2 個樣品分別取自y a 8 2 1 井 崖城組泥巖( y c ) 與三亞組煤( s y ) ，均為巖芯樣品。研究樣品干酪根顯微組分特 征是初步評價其傾油氣性和牛烴能力的重要參數(shù)( 肖賢明，1 9 9 2 ) 。分析結(jié)果表明，泥 巖樣品與煤牛烴母質(zhì)相似，泥巖干酪根以鏡質(zhì)組、腐殖無定形體為主，含有少量殼 質(zhì)組與惰性組；煤樣以鏡質(zhì)組為主，含有大量惰性組及少量殼質(zhì)組，母質(zhì)類型分別 為1 1 2 型與i i i 型。樣品成熟度較低，r o 在0 4 0 6 0 之間。由此可見，這兩個烴源巖 樣品具有較好的代表性。樣品地質(zhì)地球化學特征見表3 1 1 ，表3 1 2 。 表3 1 1 熱模擬樣品地化分析結(jié)果 深度 巖性全巖r o c k - e v a l 分析結(jié)果干酪根分析 樣號層位 干酪根 ( m )t o cs l + s 2 h ，ct o cv r o ( ) s l ( r a g g )( m g g )( ) ( ) y a 8 2 2 2 8 0 2 3 5 0s y 煤或碳 4 7 8 41 6 26 3 5 21 3 2 8o 9 04 80 4 0 1 ( 2 ) 質(zhì)泥巖 y a 8 - 2 - 3 3 7 2 3y c 粉砂質(zhì) 0 8 3o 0 71 2 31 4 8 21 1 24 9o 6 0 l ( 1 )泥巖心 表3 1 2 熱模擬樣品有機巖石學分析結(jié)果 顯微組分( ) 樣號孔號類型 鏡質(zhì)組殼質(zhì)組惰性組藻類組 a o r * y a 8 - 2 l ( 煤) y a 8 2 - l 7 462 000i y a 8 2 1 ( 干 y a 8 2 1 3 8 1 21 0o 5 0 ( 趴2 酪根) d ：菌解尤定形體d ；h ：腐殖尤定形體。 2 1 瓊東南盆地崖南凹陷烴源巖生烴動力學和油氣成藏研究 3 。2 實驗裝置 目前，生烴動力學方法實驗裝置有兩種：開放體系與封閉體系。開放體系實驗 裝置以m c t p g c 儀器為代表，模擬地質(zhì)條件下邊生邊排的地質(zhì)過程，主要適應(yīng)于 成熟度不高無二次裂解的情況( t a n g 等，1 9 9 4 ，1 9 9 5 ) 。封閉體系有多種裝置可應(yīng) 用于生烴動力學研究，它模擬的地質(zhì)情況是有二次裂解、尤其是高成熟度天然氣的 研究。黃金管高壓釜熱模擬裝置是目前封閉體系較好的實驗裝置。也為本研究所采 用，本研究作重點介紹。 中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室通過與美國加州 理工學院能源與環(huán)境研究中心的合作，改進了原有的生烴熱模擬實驗裝置，設(shè)計安 裝了一套高溫高壓的黃金管一高壓釜封閉熱模擬體系下牛烴動力學研究的實驗設(shè) 備。該設(shè)備吸收美國c h e v r o n 石油公司與法國石油學院( i f p ) 兩家之所長，性能達 到國際先進水平。與此同時，還完善了微量氣體的高真空采集和g c i r m s 在線分析 系統(tǒng)。這為本研究獲取高質(zhì)量的實驗數(shù)據(jù)提供了可靠的保障。 與傳統(tǒng)實驗裝置相比，該實驗裝置具備如下優(yōu)點： 該實驗裝置可