0 前言
珠江口盆地总体呈现明显的“北油南气”的资源分布格局，目前尚处于早—中期的低勘探程度阶段，剩余油气资源勘探潜力巨大[1]。随着勘探程度的不断提高，中浅层珠江组、韩江组的规模构造圈闭勘探进入瓶颈期。近年来，随着勘探重点领域的转移，在惠州凹陷西南部、陆丰凹陷南部等富烃洼陷区深层古近系取得重大勘探突破[2-3]。其后，在地质认识创新与关键技术进步的推动下，接连在阳江凹陷、惠州凹陷HZ24洼等低勘探程度区取得了重要突破，证实了这些凹陷具有重大勘探潜力[4]。一系列富烃洼陷的勘探成果表明，亿吨级油田群的发现均与文昌组烃源岩具有密切关系，该套烃源岩品质好、成熟度高、厚度大，是珠江口盆地油气资源供给的重要物质基础与保障[1-2,5-6]。
近年来，围绕惠州凹陷HZ26洼古潜山成烃-成储-成藏主控因素与形成机制不清等问题，学者们加强烃源岩与成藏条件分析，提出“湖相优质烃源岩油气兼生、晚期高效生气、宽窗强供、复合封盖”的成藏模式，成功发现HZ26-6古潜山亿吨级油田群，证明了文昌组优质烃源岩的发育及其巨大生烃能力对亿吨级油田群形成的重要贡献[4,7-9]。针对惠州凹陷西南部（简称惠西南地区）文昌组烃源岩，前人从发育影响因素、生烃潜力等方面开展了不同程度的评价，认为文昌组烃源岩形成于半深湖—深湖相的缺氧还原环境，母质主要来源于湖内低等水生生物和菌藻类[2,4,10]；也有学者认为文昌组烃源岩中含有丰富碱性水条件下发育的蓝细菌[11]，并借助热模拟实验手段[12]丰富了文昌组沉积环境供烃判别方法，确定HZ26-6构造的深层天然气来源于藻类勃发背景下的文昌组浅湖—半深湖与半深湖—深湖相混合油型烃源岩。此外，姜雪等[13]认为构造活动是控制文昌组烃源岩发育的重要因素之一，发现近海淡水—微咸水条件下的富烃凹陷在断陷期沉降速率大于100 m/Ma、伸展率达到4%以上时，有利于发育优质烃源岩。
上述工作为惠西南地区文昌组优质烃源岩研究提供了重要支撑，但是关于文昌组烃源岩沉积期构造活动与沉积环境的演变如何影响烃源岩发育，文昌组烃源岩是否严格形成于传统优质烃源岩发育的缺氧还原环境等问题需要进一步明确。本文基于惠西南地区主要洼陷的烃源岩特征，重点解剖HZ26洼文昌组烃源岩的发育条件与控制因素，揭示文昌组优质烃源岩的发育机理，并探讨周缘洼陷烃源岩的发育潜力，以期为毗邻大型油田群或邻近潜在富烃洼陷的油气勘探提供依据和支撑。
1 地质概况
珠江口盆地位于南海北部大陆边缘，面积约为26.68×104 km2（图1a），处于太平洋板块、印度板块和欧亚板块相互作用的特殊构造位置，为典型被动大陆边缘型盆地[14]。盆地基底为古生代和中生代褶皱岩系，为中生代末期俯冲造山带的产物[15-16]。基底之上发育古近纪文昌期（裂陷Ⅰ幕）、恩平期陆相裂陷湖盆沉积（裂陷Ⅱ幕）（图1b），其中裂陷Ⅰ幕是新生代早期最重要、最强烈的裂陷时期。珠一坳陷具有“下断上坳”的典型二元结构和“先陆后海”的演化历史[17]。文昌组是主力烃源岩系，上段烃源岩分布面积较广，仅北部厚度较大，下段半深湖—深湖相烃源岩分布面积相对较小。惠州凹陷东西分别毗邻陆丰凹陷和西江凹陷（图1a），是已证实的最富烃凹陷之一。凹陷内古近系主要发育近北东—东和北西—西走向的两组断裂[4,18]，控制了洼陷结构和沉积充填特征。其中，凹陷边缘具有典型的转换断裂强烈活动特征，发育HZ27、HZ26、HZ25和XJ30等多个构造转换带，它们直接控制砂体沉积与分布。在烃源岩供烃充足的条件下，在凹陷边缘构造转换带或断裂陡坡带易形成近端堆积砂砾岩体与半深湖泥岩侧向对接的侧变式或“下生上储”式油气藏，这为惠州凹陷深层油气勘探奠定了坚实的地质基础。
2 优质烃源岩地球化学特征
选取惠州凹陷HZ26洼、XJ30洼、XJ23洼、XJ24洼文昌组104个烃源岩样品（6口井），珠海组、恩平组、文昌组86块砂岩样品和区内5个原油样品，针对文昌组烃源岩开展了总有机碳（TOC）、岩石热解、孢粉分析以及常量元素、微量元素分析，针对烃源岩、砂岩与原油样品进行索氏抽提、族组分分离与饱和烃气相色谱质谱分析。
一般把有机质丰度较高（TOC >2%）、类型较好（以Ⅰ型和Ⅱ1型为主）的暗色泥页岩称为优质烃源岩[20-21]。对于惠西南地区亿吨级油田群和大型油田，经油源对比认为文昌组泥岩是主要供烃源岩[2,10,12,22]。基于惠州凹陷HZ26洼、XJ30洼、XJ23洼、XJ24洼等4个洼陷文昌组烃源岩样品的有机质丰度、类型及成熟度等特征分析，不同洼陷、不同层段烃源岩的有机质丰度与类型差别较大。其中，HZ26洼文四段烃源岩TOC和生烃潜量整体较高，分别介于0.53%~8.14%（平均值为2.39%）和0.61~44.22 mg/g（平均值高达9.48 mg/g）（图2a），达到好—极好品质；有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，大部分处于成熟阶段（图2b）。纵向上，文五段、文三段烃源岩地球化学指标整体要差于文四段，其中文三段煤系烃源岩较多。平面上，由HZ26洼向南和西北方向烃源岩品质呈现明显降低趋势，如HZ25-5、XJ24-6、XJ24-3等构造带，TOC降低为0.24%~2.84%（平均值为1.59%），生烃潜量明显下降为0.30~8.12 mg/g（平均值为4.28 mg/g），有机质以Ⅱ2型为主。此外，在XJ23洼、XJ24洼与XJ30洼交界的古地貌高区见碳质泥岩和煤层发育，TOC介于5.83%~76.71%，生烃潜量为15.46~264.16 mg/g。
3 构造活动对烃源岩的控制
3.1 构造演化对烃源岩的控制
上述构造活动的迁移控制了惠西南地区文昌期烃源岩厚度的变化。文六期，研究区南部首先发生初始裂陷作用形成了半地堑，HZ26洼为沉降中心，烃源岩厚度较大；XJ24洼靠近HZ26洼部分发育文六段，烃源岩厚度较薄；XJ23洼仅在东次洼局限发育文六段，可能存在一定范围的烃源岩。文五期，裂陷作用向北拓展，形成南北双断复式地堑，HZ26洼仍为主要的沉降中心，形成了文五段高品质烃源岩（TOC介于0.77%~4.89%）；XJ24洼主控断层发育，开始接受广泛的文五段沉积，但烃源岩厚度较HZ26洼薄；XJ23洼东次洼继续沉积，形成次一级的沉降中心，烃源岩规模增大。文四期，裂陷作用进一步向西拓展，发育HZ26洼、XJ24洼双沉降中心，部分NW向断裂开始活化，靠近洼陷主控断层烃源岩厚度较大。文四段烃源岩主要分布于HZ26洼（TOC介于0.61%~8.14%）、XJ24洼（TOC介于0.75%~5.97%）、XJ23洼东次洼，XJ23洼西次洼少量分布（图4）。总体上，文五段、文四段烃源岩为主要优质烃源岩，烃源岩厚度较文六段明显增大，且呈现逐渐向北迁移的趋势。此外，实测结果显示湖盆边缘发育煤系烃源岩。
从过HZ26洼、XJ24洼的NW向地震地质解释剖面（图5）看：早文昌期（文六段—文四段沉积期），文六段仅在HZ26洼和HZ19洼发育，层序由东南向西北迁移，导致文昌组下段东南厚西北薄，沉积中心由东向西迁移；晚文昌期（文三段—文一段沉积期），沉积中心迁移至XJ24洼，其文昌组上段明显厚于HZ26洼。以始新世惠州运动为转折，惠州凹陷裂陷期具有“跷跷板”的特点，从下段到上段沉积层序由东南向西北迁移。在HZ26洼一带文昌组下段发育较厚的烃源岩，文昌组上段地层厚度薄，基本不发育烃源岩，而XJ24洼一带则相反，文昌组下段烃源岩较薄，文昌组上段发育相对较厚的烃源岩。
3.2 断层活动强度对烃源岩的控制
文五期，HZ26洼裂陷作用向东北方向迁移，洼陷进一步向北扩展，断层活动最强处位于F1、F2交界部位，断层落差达500 ms（图7a），烃源岩在此集中发育。该时期F1古落差最大部位迁移至断层东段，活动强度较文六期减弱，断层落差为300 ms左右，烃源岩厚度与品质由东向西降低。F2此时比较活跃，西段略强于东段，平均断层落差为300 ms左右。F1东段与F2古落差较大，表明构造活动由F1东段迁移至F2西段，沉降沉积中心北移，烃源岩发育区主要由F2控制。同时，F3、F4断层开始活动，但断层活动较弱，断层落差小于150 ms，烃源岩可能不发育。该时期XJ23东次洼的f2断层和XJ24洼南侧的f5断层活动增强（图7b），XJ23西次洼的f1断层、XJ24洼的f3、f4断层开始有较弱的活动。
晚文昌期，HZ26洼抬升遭受剥蚀，而北部XJ23西次洼的f1、f2断层持续较强活动，XJ24洼的f3、f4和f5断层活动继续减弱（图7b）。
4 沉积充填对烃源岩的控制
惠州凹陷古近纪文昌期处于陆缘裂陷湖盆环境，主要发育湖泊、扇三角洲、辫状河三角洲沉积体系。物源体系分析表明，惠西南地区文昌组沉积时期主要物源来自惠西低凸起和北部隆起带，HZ21洼、HZ13洼东北侧的古低凸起也有部分物源供应。具体来看，惠西南地区周缘发育5个物源体系，XJ23洼北部主要有C、D两个物源区，HZ13洼北部有A、B两个物源区，XJ30洼、HZ26洼南部为E物源区（图8）。统计各洼陷文昌组下段的源汇比（表1）可知：XJ23洼东次洼、XJ24洼、XJ30洼及HZ26洼的源汇比低，反映出这些区域文昌组沉积早期相对可容空间大，处于欠补偿环境，有利于半深湖相烃源岩发育。总体上，低源汇比有利于烃源岩发育，但源汇比与烃源岩品质并非线性关系，还会受到其他地质因素的影响。
图8 珠江口盆地惠州凹陷西南部文昌组古地貌及主要源汇体系Fig. 8 Paleogeomorphology and main source-to-sink system of Wenchang Formation in the southwestern Huizhou Sag, Pearl River Mouth Basin |
表1 珠江口盆地惠州凹陷西南部各洼陷文昌组下段源汇比统计Table 1 Statistics of source/sink ratio of Wenchang Formation in the southwestern Huizhou Sag, Pearl River Mouth Basin |
| 洼陷 | 物源编号 | 物源区面积/km2 | 洼陷面积/km2 | 源汇比 |
|---|---|---|---|---|
| XJ23 西洼 | N12—N14，S9—S11，W1—W7 | 268.14 | 114.74 | 2.34 |
| XJ23 东洼 | N11，S8 | 102.74 | 195.15 | 0.53 |
| XJ24洼 | N10 | 112.94 | 332.16 | 0.34 |
| XJ30洼 | S6—S8 | 89.81 | 159.21 | 0.56 |
| HZ26洼 | S1—S5 | 438.08 | 539.05 | 0.81 |
| HZ13洼 | N3—N9 | 409.89 | 325.38 | 1.26 |
文六段沉积时期，HZ26洼初具规模，XJ24东洼局限发育，两洼均为“南断北超”，XJ30洼呈西部南北双断、东部南断北超的格局。在陡断一侧发育扇三角洲，在超覆一侧发育辫状河三角洲，整体上裂陷中心位于凹陷南部，半深湖相主要分布于HZ26洼（图9a）。
文五段沉积时期，裂陷逐渐拓展，XJ23洼西次洼局限发育，呈北断南超特征，XJ23洼西次洼与XJ24洼逐渐相连，XJ30洼与HZ26洼南部主控断层继承性发育，XJ24洼及HZ21洼北部主控断层活动。洼陷周边陡断带发育扇三角洲，超覆带及转换带发育辫状河三角洲，半深湖相范围较广，主要发育于HZ26洼—HZ21洼，XJ24洼仅发育局限半深湖（图9b）。
文四段沉积时期，裂陷达到高峰，形成广盆深水的沉积格局。HZ26洼、HZ21洼、HZ13洼、XJ24洼及XJ23洼湖水连片，湖盆边缘多为断控特征，发育扇三角洲；在XJ30洼、HZ26洼西侧、HZ13洼西侧转换带发育辫状河三角洲；半深湖相范围达到最大（图9c）。
文昌组上段沉积时期，裂陷中心向北部迁移，物源供应较充足，XJ23洼南部的辫状河三角洲发育规模较大；浅湖相范围大，局部的半深湖相主要分布于XJ23洼、XJ24洼（图9d）。
基于惠西南不同层段的烃源岩厚度预测和不同洼陷烃源岩TOC实测结果综合分析，优质烃源岩主要发育于半深湖相，残余TOC局部可达8%以上，浅湖相发育部分优质烃源岩。其中，文四段优质烃源岩厚度大、品质好，分布范围广（图4）;文五段优质烃源岩厚度较大、品质较好，主要在HZ26洼中东部发育。
5 优质烃源岩发育机理
对于同一盆地不同洼陷优质烃源岩的发育，可以借助较成熟探区的烃源岩发育主控因素，结合构造-沉积过程变迁进行预测。
5.1 烃源岩发育条件
5.1.1 有机质来源
惠西南地区存在显著的陆源高等植物与湖泊内源水生生物的混源输入特征，较高的高等植物含量是珠江口盆地烃源岩的重要特色之一，并且这两类有机质均可为生烃作出重要贡献。平面上，由HZ26洼向XJ24洼、XJ30洼、XJ23洼方向，陆源有机质输入比例明显增加。
5.1.2 有机质保存条件
有机质与沉积物共同沉降到湖底时，古水体的盐度和氧化还原程度对有机质的保存具有重要意义。通常，较高的古水体盐度和强缺氧还原环境有利于有机质沉积与保存而形成优质烃源岩[21]。主量元素、微量元素的含量能够反映古水体的盐度与还原程度[29-31]。例如，淡水、半咸水、咸水的Sr/Ba值分别为<0.2、0.2~0.8和>0.8，相应的Ca/Mg值依次增大[32]；古还原水体的Th/U值<2、V/(V+Ni)值>0.6[33]。基于惠西南地区文昌组样品的地球化学指标分析（图11）可知，不同洼陷、不同层段的数据分布范围较宽，反映出古水体盐度、氧化还原程度存在一定的时空变化。这种分异是烃源岩品质呈现多样性变化（图2）的主要原因。
古水体的氧化还原程度呈现出一定差异状态。主体处于贫氧还原环境，呈现出高V/(V+Ni)值（>0.64）、低Th/U值（3~6）（图11b）以及较低的Pr/Ph值（图11c，<2.8），且文四段V/(V+Ni)值较文三段更高，反映还原性略好于后者。至于X21井文四段V/(V+Ni)值相对较低，可能与较浅沉积部位受到碎屑输入的一定影响有关。此外，HZ19洼北、XJ23洼南样品的Pr/Ph值呈现出由高到低的宽分布特征（图11c），这显示了从浅水区到深水区的还原性变化。整体上惠西南地区文昌组沉积时期半深湖—深湖区发育以强缺氧还原到贫氧还原为主的古水体，主要分布在HZ26洼、XJ24洼、XJ30洼东缘，而XJ23洼东南缘、XJ30洼北部的古地貌高部位为贫氧弱还原环境。
综合分析惠西南地区文昌组沉积体系（图9）与地球化学特征可知，文四段的保存条件好于文三段，HZ26洼、XJ24洼深水区较周缘的XJ23洼等部位具有更高的古水体盐度和缺氧还原环境，有利于优质烃源岩的发育。
5.2 优质烃源岩发育机理
大量勘探成果证实，文昌组烃源岩是HZ26-6古潜山亿吨级油田群的主力烃源岩。文昌组烃源岩的发育受构造活动、砂体发育、有机质来源与古水体保存条件的综合控制。HZ26洼文昌组沉积时期，特别是文四段、文三段沉积时期，控洼断层活动强（活动速率达352 m/Ma），湖泊面积扩大113 km2，可容空间增大，大量陆源黏土矿物和陆源有机质随河流搬运进湖盆，砂体退积远离湖中心，暗色泥页岩沉积范围向岸推进扩大。河流入湖携带了大量浮游生物所需的营养元素，湖内浅水层浮游藻、盘星藻、球藻勃发（图11d，HZ19洼北、XJ23洼南、XJ30洼北具有高4-甲基甾烷/C29甾烷值，介于0.11~1.16），同时有大量草本、木本植物碎屑和孢子、花粉与红树林来源的树脂化合物与矿物碎屑一起卸载沉积，并在悬浮作用下向湖盆中心区运载，与浮游藻类一起向底部的微咸水、缺氧还原水体（图11c，具有高Ga/C31-22R藿烷值，介于0.42~1.62，低Pr/Ph值，介于0.18~0.82）中沉积，获得有效保存形成优质烃源岩。概括来讲，高的断层活动性、局限的沉积砂体展布、倾油水生-陆生有机质输入、微咸水与强缺氧环境是HZ26洼优质烃源岩发育的重要控制因素。
5.3 潜在富烃洼陷预测
根据前述惠西南地区文昌期构造活动与沉积作用的综合分析可知，自XJ24洼到XJ30洼再到XJ23洼，构造活动由强到弱，随着距离物源区变近，沉积砂体分布范围增加，相应地古水体呈现出微咸水—淡水、缺氧还原环境—贫氧弱还原环境的转变，总体上有利于优质烃源岩发育的条件逐渐变差。据此推测，XJ24洼是重要的富烃凹陷，目前已有勘探成果证实，向XJ30洼、XJ23洼优质烃源岩发育潜力依次下降。
6 结论
（1）惠州凹陷西南部文昌组沉积期构造活动控制了沉降中心、沉积中心由南向北发生迁移，早期以HZ26洼为中心区域，晚期以XJ24洼为中心区域。
（2）断层活动强度、物源供应与源汇比影响着沉积相、烃源岩的展布。优质烃源岩主要发育于半深湖相。文昌组优质烃源岩中有机质以水生藻类为主，陆生被子植物来源的壳质组为辅，沉积于微咸水—淡水、缺氧还原等底水环境。文四段优质烃源岩厚度大、分布范围广，具有更高的水生有机质组成。
（3）较强的断层活动性、局限的沉积砂体展布、倾油水生-陆生有机质输入、微咸水和强缺氧环境是HZ26洼优质烃源岩发育的重要控制因素。
