摘 要：油氣勘探成果巳證實白云凹陷及其鄰區(qū)是富烴凹陷，但對于其生烴能力到底如何?是不是一個大型富生烴凹陷?尚有爭議。為此，基于油氣地質(zhì)理論研究進展，對該凹陷重新開展了地震解釋工作，再認識其深部結(jié)構(gòu)和沉積特征，以源熱共控論為指導分析烴源巖熱作用，評價其油氣資源勘探潛力。結(jié)果表明：該凹陷是南海北部大陸邊緣珠江口盆地深水區(qū)面積超過1×104km2、最大沉積地層厚度超過10000m、新生代地層發(fā)育最全的深大凹陷，經(jīng)歷了裂谷期、裂后坳陷期和新構(gòu)造期3期演化；該凹陷為疊合凹陷，始新世文昌組整體以濱、淺湖相沉積為主，局部發(fā)育中深湖相，早漸新世恩平組為海陸過渡相 局限海相沉積，晚漸新世為淺海相沉積，新近系 第四系為深海沉積；白云凹陷發(fā)育文昌組湖相、恩平組海陸過渡相和珠海組淺海相3套性質(zhì)不同的烴源巖，其中主力烴源巖恩平組主要由煤系地層和淺海相泥巖組成；地溫梯度高，熱流值高，屬于熱凹。結(jié)論認為：該凹陷屬于“源(烴源巖)足熱(熱流值)足”型凹陷，主凹槽以生氣為主，其他部位以生油為主，油氣資源量可觀勘探潛力巨大；該凹陷目前油氣資源探明程度低，剩余油氣勘探潛力大。
關(guān)鍵詞：珠江口盆地 白云凹陷 深水區(qū) 海陸過渡相 煤系烴源巖 熱盆 源熱共控論 油氣資源勘探潛力
The Baiyun Sag：A giant rich gas-generation sag in the deepwater area of the Pearl River Mouth Basin
Abstract：The previous exploration results have proved that the Baiyun Sag and its nearby areas are rich with hydrocarbon resources，but it is still controversial whether it is really a large-scale prolific sag with a great hydrocarbon-generation capacity．In view of this，based on the research advances in the present hydrocarbon geological theory，we re-conducted a seismic interpretation to have a better understanding of its deep structures and sedimentary features and evaluate its resource potential through an integrated analysis of thermal effects of source rocks guided by the theory of”co control of source and heat”．The following findings were obtained．(1)The Baiyun Sag，a deep and large sag in the deep water area of the Pearl River Mouth Basin．covers an area of over 10000km2 in the continental margin of the northern South China Sea，where the maximum thickness of the sedimentary strata is more than 10000m and the Cenozoic strata are found developed completely．(2)The Baiyun Sag experienced three phases of evolution including the rifting period，depression period and neo-tectonic period．(3)The Baiyun Sag is a superimposed sag，with the Eocene Wenchang Fm dominated by shore and shallow lake sediments，and medium deep lake facies developed locally．The Early Oligocene Enping Fm was sea-land transition phase-limited Marine sediments；the Late Oligocene was shallow sea facies；and the Neogene Quaternary was deep sea deposits．(4)Three sets of hydrocarbon source rocks with different petrophysical properties were developed in the Baiyun Sag which included lacustrine facies of Wenchang Fm，sea and land transition phase of Enping Fm and neritic facies of Zhuhai Fm．Coal measures strata and neritic facies mudstone in the Enping Fm is the main hydrocarbon source rocks．(5)The Baiyun Sag is a hot concave which has high geothermal gradients and high heat flow values．Co-controlled by source and heat，the Baiyun Sag is considerably rich with hydrocarbon source rocks and high heat flow values．With the main groove given priority to gas source kitchen and other parts to oil source kitchen，the Baiyun Sag has a great exploration potential although in the present state of low-degree proved reserves．
Keywords：Pearl River Mouth Basin，deepwater area，Baiyun Sag，sea land transition phase，coal-measure source rock，heat basin,co-control of source and heat，resources potential
白云凹陷在區(qū)域構(gòu)造上位于南海北部大陸邊緣陸坡區(qū)珠江口盆地南部珠二坳陷內(nèi)，水深介于200～3000m(圖1)，北、南兩側(cè)分別是番禺低隆起和南部隆起帶，西側(cè)是云開低凸起，東側(cè)是東沙隆起。白云凹陷面積約1.206×104km2，最大沉積厚度達11000m，充填地層為新生界，除古新統(tǒng)神狐組未鉆遇外，其他地層均已被鉆井所證實。
對白云凹陷及其鄰區(qū)的油氣勘探工作迄今已經(jīng)歷了4個階段：第一階段，20世紀70年代末期至80年代初期，地球物理勘探與初評階段，該凹陷作為全盆地的一部分，在對珠江口盆地整體實施以地震勘探為主的勘查階段，地震測線覆蓋了白云凹陷及其鄰區(qū)，在隨后的資源評價過程中，也對該凹陷的地質(zhì)特征、油氣地質(zhì)條件、資源潛力等作出了首次評價，認為其油氣資源量約占整個珠江口盆地的一半，勘探潛力很大；第二階段，20世紀80年代中期至90年代初期，對白云凹陷及其周邊的一些大型構(gòu)造圈閉展開評價并實施了鉆探，但除了見到一些油氣顯示外，沒有獲得一個商業(yè)性發(fā)現(xiàn)，甚至連一個油氣層都沒有被發(fā)現(xiàn)[1-2]；第三階段，20世紀90年代中期至2003年，綜合評價和淺水區(qū)突破階段，重新評價認為白云凹陷屬于深大凹陷，烴源巖發(fā)育，油氣顯示活躍，地震剖面上斷層帶附近常常見到氣煙囪現(xiàn)象，在凹陷北坡的反向斷裂帶實施鉆探，發(fā)現(xiàn)了番禺30等一批大中型氣田；第四階段，2004年以后至今，淺水區(qū)的鉆探成功證實了該凹陷的生烴潛力，因而除了在淺水區(qū)持續(xù)勘探以外，還開始了新一輪的深水勘探，2006年在水深1481m處鉆探發(fā)現(xiàn)了荔灣3-1大氣田，迄今白云凹陷深水區(qū)已鉆探了一大批構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)多個油氣田[3-6]。白云凹陷及其鄰區(qū)的上述勘探成果，足以證實該凹陷是富烴凹陷，但與預期相比尚有很大差距。因此，該凹陷生烴能力到底如何、是不是一個大型富生烴凹陷?既存在爭議又備受關(guān)注。
近年來關(guān)于富生烴凹陷的研究取得了里程碑式的新進展。全球(包括我國)絕大多數(shù)油氣(常規(guī)與非常規(guī))主要形成于富生烴凹陷已是共識，找油氣必先找富生烴凹陷；找大油氣田群更是首先要找大型富生烴凹陷。“富烴凹陷滿凹含油論”[7]認為富烴凹陷具有找油氣無極限的特性。“油氣分布互補性理論”[8]認為，富烴凹陷資源量豐富，油氣分布具有優(yōu)勢性，總是富集分布在凹陷里或其周緣的特定部位；從縱向上看，不在淺層，就在深層或古潛山，反之亦然；在橫向上，不在深洼槽，就在緩坡區(qū)，反之亦然；在圈閉類型上，不在構(gòu)造圈閉里，就在巖性地層圈閉里，反之亦然；從運移距離上看，不屬于近源或源內(nèi)成藏，就肯定屬于中遠距離成藏。近來的勘探實踐還充分證明，富烴凹陷里油氣既分布在常規(guī)油氣藏里，也分布在非常規(guī)油氣藏里。“源熱共控論”[9-12]。認為，富生烴凹陷形成的有利條件是烴源巖和熱兩大要素的匹配與偶合，源熱共控油氣形成，潛在烴源巖是油氣形成的內(nèi)因，熱是油氣形成的外因，內(nèi)因和外因缺一不可，二者相互耦合作用控制了凹陷油氣的生成與否、生烴量規(guī)模大小、相態(tài)(石油或天然氣)類型與區(qū)域分布模式；潛在烴源巖控制因素包括烴源巖類型、豐度和規(guī)模；熱場類型分“熱”“溫”“冷”3類，熱演化有增溫型、減溫型和多幕型；對潛在的生烴凹陷來說，源熱之間存在“源足熱足”“源足熱欠”“源欠熱足”和“源欠熱欠”的組合關(guān)系；“源足熱足”型凹陷能形成生烴凹陷，含油氣凹陷都屬于這一類，其中包括富生烴凹陷；“源足熱欠”和“源欠熱足”型凹陷在源熱互補條件下也能形成生烴凹陷或富生烴凹陷；“源欠熱欠”型凹陷不能形成富烴凹陷。
截至2013年底，白云凹陷已由不同年度采集的三維地震資料全部覆蓋，地震資料品質(zhì)較以往有了很大提高，該凹陷及其周緣有3口井鉆遇始新統(tǒng)文昌組，8口井鉆遇始新統(tǒng)一漸新統(tǒng)恩平組，多口井鉆遇上漸新統(tǒng)珠海組。在此基礎上，筆者重新開展地震解釋工作，對凹陷深部結(jié)構(gòu)和沉積特征進行再認識，以“源熱共控論”為指導分析凹陷烴源巖熱作用，評價了該凹陷的油氣資源潛力。
1 白云凹陷結(jié)構(gòu)構(gòu)造
1．1 白云凹陷構(gòu)造演化
白云凹陷的前新生代基底是華南地塊南緣帶。前人對白云凹陷新生代構(gòu)造演化階段劃分有多種認識[13-19]。筆者從沉降機制和斷裂作用兩個方面，綜合考慮將其構(gòu)造演化分為3個階段，即古近紀裂陷期、早中中新世坳陷期和晚中新世以來的新構(gòu)造期(圖2)。
1．1．1古近紀裂陷期
古近紀白云凹陷所在區(qū)域的構(gòu)造環(huán)境發(fā)生過巨大的變化，從古新世始新世的古南海北部大陸邊緣北翼陸相裂谷，到漸新世古南海北部邊緣海灣的海陸過渡相裂谷，再到晚漸新世演變成新南海北部大陸邊緣的陸架裂谷[13-14]。在此3期裂陷過程中，“斷”與“陷”聯(lián)合持續(xù)發(fā)生作用，促使基底沉降，形成巨大的可容空間，導致了深大凹陷的形成，隨著裂陷作用的推進，“斷裂”作用減弱，坳陷作用加強(圖2)。
古新世始新世裂陷期，整個古南海北部大陸邊緣區(qū)發(fā)生伸展，在此區(qū)域背景下，白云凹陷雛形形成。凹陷邊界斷層活動速率及沉降速率較大，白云凹陷表現(xiàn)為南斷北超復式寬半地塹結(jié)構(gòu)，南部邊界斷層控制整個凹陷結(jié)構(gòu)，凹陷內(nèi)也有斷層活動性強形成規(guī)模較小的半地塹，斷裂對凹陷形成控制作用明顯(圖2)。
早漸新世古南海北部大陸邊緣地形被剝蝕夷平，基底沉降作用加劇，斷層作用依然強烈，兩種作用疊加，形成面積更大、深度更大的凹陷，基底凹陷作用超過了斷裂作用，凹陷內(nèi)部沉降沉積速率及其幅度均很大，南部邊緣雖受斷層控制，但對凹陷形態(tài)已不起明顯的控制作用，北部、東部、西部范圍擴大至隆起之上，凹陷表現(xiàn)出斷坳形態(tài)(圖2)。
晚漸新世古南海北部大陸邊緣已被裂解，新南海洋殼形成，白云凹陷處于新南海北部邊緣陸架區(qū)，凹陷斷層活動進一步減弱，沉降沉積幅度減弱，凹陷主體處于淺海環(huán)境。
1．1．2早—中中新世電梯式快速沉降期
早—中新世珠江組沉積初期，白云凹陷基底發(fā)生了“電梯式”快速沉降，構(gòu)造環(huán)境從前期的陸架一下子變?yōu)殛懫?，從陸架上的斷凹變成陸坡上的凹陷，幾乎未見斷層活動。凹陷以番禺低隆起為坡折，南部表現(xiàn)為整體、垂向、快速、大幅度沉降特征，凹陷主體從陸架區(qū)沉入陸坡區(qū)。下中新統(tǒng)珠江組在凹陷中央厚度大，向四周厚度變薄。由于沉積處于欠補償狀態(tài)，因而形成了深水沉積(圖2)。
1．1．3晚中新世 第四紀新構(gòu)造期斷裂活動顯著
本階段基底沉降對凹陷形成持續(xù)起決定作用，白云凹陷沉降作用進一步增強。地層向南傾斜，表現(xiàn)為南部沉降在增強，陸坡凹陷進一步發(fā)展，在大陸坡處沉積地層明顯增厚，凹陷表現(xiàn)為向南部減薄的“鯉魚型”形態(tài)。
在粵海組沉積期，包括白云凹陷及北部番禺低隆起在內(nèi)的南海北部受到臺灣一菲律賓島弧帶仰沖擠壓，新構(gòu)造活動強烈，北西向斷裂作用成簇發(fā)育，部分斷層向下切割至基底。本期斷裂作用主要表現(xiàn)為改造作用，對凹陷的沉降 沉積速率和幅度幾乎都沒有影響。
從白云凹陷的整體構(gòu)造演化過程可以看出，凹陷的形成作用發(fā)生了突變。斷坳期凹陷處于陸架區(qū)，凹陷以斷層作用為主，疊加韌性伸展，表現(xiàn)為大型寬凹陷特征。之后，珠江組沉積時期及其以后，深部過程起控制作用，凹陷基底強烈沉降，凹陷處于陸坡區(qū)，導致新近系和第四系巨厚地層沉積處于陸坡深水區(qū)。
1．2 白云凹陷結(jié)構(gòu)特征
白云凹陷是繼承性深大凹陷，主要以古近系分布格局，劃分為白云主洼、白云西洼、白云東洼，其中白云東洼又可劃分為2個次級洼陷，從左至右稱為1次洼和2次洼。本次研究認為白云凹陷南部發(fā)育斷階帶，地震剖面顯示白云凹陷與南部隆起以斷階帶相連(圖2)。斷裂帶以南屬于南部隆起區(qū)。
白云主洼文昌組呈寬半地塹結(jié)構(gòu)。該主洼恩平組沉積時期整體呈寬斷坳結(jié)構(gòu)，南部邊界斷裂不完全控制沉積中心，沉降中心位于凹陷中央，沉積地層表現(xiàn)為中間厚兩翼薄的鍋底形(圖2)；珠海組沉積期，斷裂活動明顯減弱，熱沉降加強，該時期整體表現(xiàn)為坳斷特征；中新統(tǒng)第四系具陸坡凹陷特征。主洼內(nèi)以古近系充填為主，最厚達8300m；古近系中以恩平組厚度為最大，可達4480m，文昌組最厚約2400m，珠海組最厚約2250m。
白云西洼在始新世沉積期是由兩條斷裂控制的半地塹，主控斷裂一側(cè)呈箕狀，到始新世晚期，斷裂活動減弱，對沉積控制作用不明顯。洼陷內(nèi)古近系最厚達2600m，古近系中以文昌組為主，最厚達1200m。
白云東洼可劃分為兩個次級洼陷，東1次洼和東2次洼。東l次洼呈北斷南超半地塹結(jié)構(gòu)，受控于邊界大斷層，沉降中心位于控洼斷層根部，洼陷內(nèi)古近系最厚達4000m，占近系中以恩平組為主，最厚達1800m。東2次洼被晚期斷裂所切割，同時受兩側(cè)隆起影響向南延伸，洼陷內(nèi)古近系最厚達2400m，古近系中以文昌組為主，最厚達1000m。
2 白云凹陷烴源巖
白云凹陷烴源巖主要為古近系，占近系凹陷屬于典型的疊合凹陷，古新世始新世為陸相沉積，早漸新世為海陸過渡相沉積，晚漸新世為海相沉積，由此相應地形成了3套烴源巖。
2．1 文昌組湖相烴源巖
對于文昌組是否存在以及文昌組發(fā)育規(guī)模前人持有不同的認識[15-19]。筆者根據(jù)最新鉆井資料，區(qū)域構(gòu)造、地震地層學研究成果確定了文昌組的空間展布，文昌組發(fā)育多個沉積中心(圖3)，分別位于白云主洼的幾個深洼槽中。文昌組沉積期構(gòu)造相對活躍，控洼邊界斷層強烈活動，在西洼控洼斷層根部以及白云主洼發(fā)育多個沉積中心，水體相對較深，發(fā)育深湖相；這些沉積中心又控制了3個湖區(qū)的發(fā)育，以淺湖亞相為主要沉積相類型；凹陷北坡、南部邊界斷層、東南緣及凹內(nèi)隆起處扇三角洲連片發(fā)育，單個扇三角洲規(guī)模較?。灰园自瓢枷輺|南緣物源最為發(fā)育．地震剖面上表現(xiàn)為典型的同張裂期沉積特征；西南部控洼斷層物源并不強烈，只在斷層轉(zhuǎn)換帶處有小規(guī)模物源注入；該時期凹陷內(nèi)水體相對較淺，全凹陷以濱湖亞相最為發(fā)育，各個湖泊之間相對孤立。
白云凹陷深水區(qū)僅有1口井鉆遇文昌組地層，資料較少，但也揭示了較好的生烴潛力，有機碳含量介于1.00％～2.50％，生烴潛力為8.18～13.64mg／g，氫指數(shù)較高(446～566mg／g)，Pr／Ph為1.4～1.7。白云凹陷文昌組不是一個單一的半地塹，而是在統(tǒng)一的半地塹里，發(fā)育了多個深洼槽，在邊界斷層的控制下，發(fā)育中深湖相地層。這些才是主要的烴源巖發(fā)育區(qū)域。
2．2 恩平組海陸過渡相烴源巖
白云凹陷有多口井鉆遇恩平組，LH29井恩平組見到了較豐富的海相溝鞭藻，且此時浮游有孔蟲占較高比例，說明恩平組時期為淺海相沉積。
恩平組下段地層南部與荔灣凹陷相通，北至番禺低隆起南坡，西至云開低凸起，東部地層不發(fā)育。沉積中心和沉降中心均位于白云主洼中部(圖4)。
從沉積相圖上可以看出(圖4)，該時期物源主要來自北部緩坡帶，西南斷階帶的作用較小。白云凹陷北緣及云開低凸起的陡坡帶發(fā)育小型扇三角洲；主洼凹槽部位發(fā)育淺海相泥巖，厚度最大達1700m。
恩平組中段地層的發(fā)育范圍明顯大于下段：北部與番禺低隆起連通，西部通過云開低凸起上KP6井與開平凹陷連通，東部受東沙隆起帶控制，地層尖滅于LH29井附近，南部通過半封閉海灣與荔灣凹陷連通。沉積中心和沉降中心均位于白云主洼中部(圖5)。
該時期共有3個主要方向的物源供給(圖5)，分別是北部緩坡帶、西南斷階帶和南部隆起帶。白云凹陷北部番禺低隆起帶、西南部云開低凸起帶上發(fā)育河流相；西南陡坡帶發(fā)育小型扇三角洲；北部斜坡帶、西南斷階帶緩坡帶以及南部半封閉海灣附近發(fā)育煤系三角洲，其中北部斜坡帶煤系三角洲規(guī)模較大，可推進至主洼中心部位；主洼凹槽部位及南洼半封閉海灣內(nèi)發(fā)育淺海相泥巖，厚度最大達1300m。
恩平組上段地層已覆蓋整個白云凹陷(圖6)：北部在PY27井以北區(qū)域與番禺低隆起連通，西部與開平凹陷及順德凹陷廣泛連通，東部地層已覆蓋至南部隆起帶之上，南部除了通過半封閉海灣與荔灣凹陷連通外，地層已覆蓋至云開低凸起以南地區(qū)。沉積中心和沉降中心一致，均位于白云主洼中部。
從沉積相圖上可以看出，該時期物源主要來自兩個方向，北部緩坡帶和西南斷階帶。白云凹陷北部番禺低隆起帶、西南部云開低凸起以及南部隆起帶上發(fā)育河流相；西南陡坡帶發(fā)育小型扇三角洲；北部斜坡帶及西南斷階帶河流相前方發(fā)育三角洲煤系，其中北部斜坡帶三角洲煤系規(guī)模較大，地震剖面上可以看到明顯的S型前積反射特征，可推進至南洼半封閉海灣附近；南洼中部及東洼半封閉海灣內(nèi)發(fā)育淺海相泥巖，厚度最大達1700m。
恩平組烴源巖在白云凹陷全區(qū)分布廣泛，既有泥巖也有碳質(zhì)泥巖和煤。孢粉分析資料顯示，恩平組沉積時期白云凹陷屬熱帶亞熱帶氣候環(huán)境，炎熱潮濕有利于高等植物和藻類的繁盛，水量充沛，沉積環(huán)境為弱氧化一弱還原環(huán)境，白云凹陷北坡大型進積三角洲帶來大量的高等植物和藻類，同時也發(fā)育多層薄煤層，如在番禺33井恩平組累計鉆遇23m厚的煤層，有機質(zhì)含量高，使得三角洲平原發(fā)育好烴源巖，與三角洲相鄰的淺海相地層發(fā)育中等—好烴源巖[20]。恩平組泥巖的TOC主要介于0.34％～7.41％，均值為1.89％，熱解S1+S2含量主要介于0.3～19.08mg／g，均值約為2.53mg／g，屬于較好好烴源巖。恩平組烴源巖有機質(zhì)類型為偏腐殖型，屬于高等植物和藻類混合來源，于酪根類型以偏腐殖混合型為主，其次是腐殖型[21]。
白云凹陷恩平組烴源巖生物標志物主要為W．T和奧利烷等陸源高等植物。
2．3 珠海組海相烴源巖
珠海組基本繼承了恩平組晚期的沉積格局，只是由于晚漸新世新南海開始形成，珠二坳陷水體加深，白云凹陷總體成為陸架背景(圖2、7)。作為淺海與半深海分界的陸架坡折在凹陷南部LW3構(gòu)造附近，大致呈北東東向展布，坡折上有低位的峽谷 扇體系發(fā)育。白云凹陷陸架上發(fā)育來自北部古珠江的大型陸架邊緣三角洲，向東南推進較遠，可達外陸架區(qū)域，具有典型三角洲斜交S型前積組合反射結(jié)構(gòu)，其頂超面與下超面水平落差為100～400m，水平延伸可達數(shù)千米；鉆井揭示粗—細粒的巖屑長石砂巖、粉砂巖和泥巖，局部混積巖，巖心見塊狀、板狀交錯、槽狀交錯、沖洗、平行等層理，正、反粒序都有。
珠海組烴源巖有機質(zhì)豐度稍低，其中，白云凹陷泥巖的TOC介于0.11％～3.00％，均值為1.2％，熱解S1+S2含量主要介于0.10～26.94mg／g，均值為5.69mg／g，屬于較好烴源巖。珠海組烴源巖有機質(zhì)類型主要為偏腐殖混合型和腐殖型，其有機質(zhì)主要來源于陸生高等植物[21]。白云凹陷珠海組烴源巖生物標志化合物的總體特征表現(xiàn)為奧利烷相對豐度最高，而W．T樹脂化合物豐度低。
2．4 烴源巖疊合發(fā)育規(guī)模大
綜上認為，白云凹陷發(fā)育陸相、海陸過渡相和海相烴源巖(圖8)。文昌組烴源巖為湖相泥巖；恩平組為海陸過渡相烴源巖，主要包括煤層、碳質(zhì)泥巖、煤系泥巖、海相泥巖烴源巖；珠海組海相泥巖是次要烴源巖。
3 白云凹陷熱場
3．1 現(xiàn)今地溫熱場
凹陷現(xiàn)今地溫場是凹陷構(gòu)造演化的最后一期，也是唯一能夠直接測量的一期。因此凹陷現(xiàn)今地溫場特征是凹陷構(gòu)造熱演化研究的重要環(huán)節(jié)，也是必要的約束條件之一。
現(xiàn)今地溫場分析結(jié)果表明：白云凹陷現(xiàn)今地溫場具“熱盆”屬性，地溫梯度為29.4～52.2℃／km，平均地溫梯度為39.1℃／km。
在白云凹陷內(nèi)部，現(xiàn)今地熱場表現(xiàn)為凹陷中心地溫梯度低于凹陷邊緣及凸起部位，地溫梯度值介于2.9～6.2℃／100m(圖9)。
3．2 熱史恢復
目前國內(nèi)外應用于盆地熱史的研究方法主要有兩種[22]：①巖石圈尺度上的“構(gòu)造熱演化法”，即“熱史正演”，該方法基于盆地的構(gòu)造演化模型，能得到盆地演化整個地質(zhì)歷史時期的熱流值變化情況，但缺乏有效的溫標數(shù)據(jù)約束；②盆地尺度上的“古溫標法”，即“熱史反演”，該方法基于盆地演化形成的熱產(chǎn)物，熱史能與現(xiàn)今溫標數(shù)據(jù)最大程度擬合，但因為古溫標記錄的是地層受熱最高程度，所以反演只能得到特定地質(zhì)時刻的熱狀態(tài)。上述兩種方法各有其自身的優(yōu)勢和限制，目前熱史恢復技術(shù)正逐步向二者結(jié)合的方向發(fā)展，從而使熱史恢復技術(shù)更加系統(tǒng)和科學。
3．2．1熱史反演
盆地尺度上的盆地熱史可通過各種古溫標數(shù)據(jù)[如鏡質(zhì)體反射率、磷灰石(U—Th)／He、包裹體測溫等]來恢復。盆地熱史恢復的方法很多[23]。根據(jù)白云凹陷古溫標狀況和實際地質(zhì)條件，選用古地溫梯度法進行熱史恢復。對于每一個樣品來說，其溫標值都代表了一個它所經(jīng)歷的最高古地溫，對于某一連續(xù)沉積的地層，即一個構(gòu)造層來講，一組樣品達到最高古地溫的時間是統(tǒng)一的。因此，根據(jù)不同深度上樣品最高古地溫即可得出該構(gòu)造層達到最高古地溫時的古地溫梯度。如果各個構(gòu)造層達到最高古地溫的時間不一致，則可得出各相應時間范圍內(nèi)的古地溫梯度或古地溫梯度史和與之對應的地層受熱史。這就是古地溫梯度研究方法[24]。本次主要根據(jù)白云凹陷鉆井鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)，利用古地溫梯度法來恢復白云凹陷的地熱史。
選取白云凹陷擁有較系統(tǒng)古溫標數(shù)據(jù)(R。)的PY33、PY28井進行熱史恢復。從鉆井的成熟度標志數(shù)據(jù)狀況來看：R。介于0.3％～1.6％，與深度的相關(guān)性較強，整體上具有很好的分段性，以珠江組和珠海組間的不整合面為界，深部R。隨深度變化的梯度大于淺部，如PY33井(圖10)。這種R。隨深度的變化規(guī)律存在著明顯差異的特征，記錄了盆地不整合面形成前后地層所經(jīng)歷的不同熱狀態(tài)。
正是R。數(shù)據(jù)隨深度分布的這一特征，使古地溫狀態(tài)得以重建。利用古地溫梯度法筆者重建了鉆井的古地溫剖面。重建的PY33井古地溫剖面(圖11)顯示：在珠海組及以前地層沉積時具有較高地溫梯度，其相對應的古地溫梯度為39.4℃／km，與現(xiàn)今地溫梯度(35.6℃／km)相比表現(xiàn)為一個下降的過程，其他鉆井資料也具有相同的特征。
鉆井的熱史恢復結(jié)果表明：白云凹陷目前所能恢復的最高古地溫梯度出現(xiàn)在古近紀末，位于不同構(gòu)造單元的鉆井資料顯示，當時占地溫梯度分別是：39.4℃／km(PY33-1-1)、35.8℃／km(PY28-2-1)，與現(xiàn)今地溫梯度(35.6℃／km、33.0℃／km)相比表現(xiàn)為一個下降過程，表明自漸新世末(距今23.3Ma)以來所經(jīng)歷的是一個持續(xù)的冷卻過程(圖12)，反演熱史反映南海北部在漸新世及以前經(jīng)歷拉張過程，其后經(jīng)歷熱沉降的構(gòu)造演化特征。
3．2．2正演熱歷史約束與驗證
在白云凹陷邊緣，正演得到距今23.3Ma時基底熱流值為60mW／m2左右[25]，對應地質(zhì)時間，同一構(gòu)造部位反演得到的最高古地溫梯度為39.4℃／km(PY33)，鑒于始新世以來，白云凹陷的沉積充填以泥巖為主，泥巖熱導率一般分布范圍為1.5～2.3W／(m·K)[25-27]，相應的古地表熱流值為60～90mW／m2，去掉沉積層生熱影響，反演得到的基底古熱流值為50～70mW／m2，此數(shù)據(jù)與正演得到的基底古熱流吻合。
雖然反演熱史能約束特定時間點正演熱流值的大小，但整個地質(zhì)時期的熱歷史還需實際鉆井的驗證，筆者選取白云凹陷北部的PY33井對正演熱史進行了檢驗。
PY33井位于白云凹陷的北部邊緣，實測獲得了從萬山組至恩平組各個層位的R。數(shù)據(jù)，井段范圍覆蓋1000～5094m，用于R。實測值與模擬值對比，具有代表性。模擬時熱邊界選用宋洋等[24]正演模擬得到的鉆井附近熱史(圖13)。模擬R。，值與實測值結(jié)果表明：R。模擬值與實測值具有良好的吻合度，二者隨深度的變化趨勢也非常一致。該結(jié)果說明正演熱流史可以應用于烴源巖熱演化研究。
通過與反演熱歷史對比以及鉆井資料的驗證，在白云凹陷反演熱史很好地約束了正演熱史，利用正演模型得到的熱流變化過程和古熱流值合理，且與現(xiàn)今鉆井資料吻合良好，可以應用于盆地烴源巖熱演化研究。
白云凹陷始新世以來熱演化史存在一期熱流升高過程，持續(xù)時間為距今48～23.3Ma。自距今23.3Ma以來基底熱流一直緩慢降低。白云凹陷熱流演化特征是南海北部陸緣新生代拉張事件的表現(xiàn)。
4 凹陷資源潛力
4．1 煤系地層4階段生烴模式
白云凹陷恩平組煤系烴源巖是主力烴源巖，有機質(zhì)類型主要為腐殖型干酪根。模擬實驗采用有壓力的黃金管封閉體系生烴動力學實驗裝置，生烴熱解溫度范圍為300～600℃。將制備好的干酪根樣品(20～50mg)在氬氣保護下封入黃金管(長度40mm，直徑4.5mm)，黃金管分別放置于不同的高壓釜。通過高壓泵對高壓釜充水，從而對樣品施加壓力。利用壓力傳感器調(diào)節(jié)，使生烴熱解實驗的壓力維持在50MPa。利用程序升溫(20℃／h和2℃／h)對高壓釜加熱，加熱到事先設定的溫度點。生烴熱解實驗完成后，將黃金管取出高壓釜，對黃金管內(nèi)的熱模擬氣體進行GC和GC-IRMS分析。
熱模擬氣體由真空集氣泵收集，其成分分析在HP 5890Ⅱ型GC儀上完成，內(nèi)標法定量，誤差小于1％。GC條件：采用PoraPLOT Q型色譜柱(30m×0.25mm×0.25Lm)，用氦氣作載氣；升溫程序：初始溫度50℃，恒溫2min，再以4℃／min的速率升至180℃，恒溫15min。氣體組分碳同位素分析在IsochromⅡ型GCIRMS同位素質(zhì)譜儀上完成，分析誤差為±0.390(PDB)。采用PoraPLOT Q型色譜柱(30m×0.32mm×0.25Lm)，用氦氣作載氣；升溫程序：初始溫度50℃，恒溫3min，再以4℃／min的速率升至150℃，恒溫8min。
據(jù)樣品模擬實驗(表1)，其生烴具有4階段特征(圖14)，成烴產(chǎn)物受源熱共控。在R。值均小于0.7％時，以形成低熟(油)氣為主；R。值大于0.7％但小于1.3％時，以成熟(油)氣為主；在R。介于1.3％～2.0％時，以形成高成熟(油)為主，再大于2.0％時，以形成過成熟氣為主。總體上具有生油窗窄、生氣窗寬，生油少、生氣多；R。大于1.5％以上才能大規(guī)模生氣。
4．2 白云凹陷烴源巖熱演化
4．2．1一維烴源巖熱演化
基于反演約束的正演熱流史，結(jié)合單點地層埋藏史，利用Easy R。動力學模型[28]，筆者對白云凹陷不同構(gòu)造部位主要烴源巖的成熟度隨時間的演化歷程和平面特征進行了刻畫。
為了解不同構(gòu)造部位的烴源巖熱演化狀態(tài)，筆者選取了白云凹陷斜坡帶的PY33井和白云凹陷深部的虛擬單井進行成熟度史研究，并按前人對烴源巖有機質(zhì)成熟和生烴狀態(tài)劃分標準[27]對研究區(qū)烴源巖成熟度和生烴狀態(tài)進行了探討。
不同構(gòu)造部位單井(點)烴源巖現(xiàn)今成熟度不同(圖15)。白云凹陷兩北部烴源巖現(xiàn)今成熟度相對較低，油氣共生。白云凹陷斜坡帶文昌組現(xiàn)今R。為2.1％，文昌組烴源巖已經(jīng)達到生氣階段、恩平組現(xiàn)今R。為1.5％，處于生油高峰或剛剛進入生氣階段，珠海組則更低，現(xiàn)今剛進入生油階段。在凹陷的中心，3套烴源巖成熟度均處于生氣階段。
白云凹陷烴源巖熱演化過程不盡相同，距今32～23.3Ma深水區(qū)烴源巖快速增熟。白云凹陷斜坡帶烴源巖早期(距今32Ma之前)熱演化程度很低，距今32～23.3Ma快速增熟并進入生油窗，之后維持較穩(wěn)定的速率增熟；白云凹陷最深處文昌組、恩平組和珠海組底部烴源巖熱演化都具有明顯的階段性，距今32Ma之前熱演化進程緩慢，距今32～23.3Ma是各烴源巖快速增熟過程，距今23.3Ma之后則處于相對緩慢的持續(xù)增熟過程。
4．2．2三維烴源巖熱演化
烴源巖熱演化研究選取3個關(guān)鍵時刻，即距今23.3Ma、16.0Ma和0Ma。從熱演化圖可知(圖16)，同一時刻，烴源巖熱演化程度從文昌組底、恩平組下段底、恩平組中段底、恩平組上段底、珠海組底至珠海組頂依次降低；同一層位，烴源巖熱演化程度從距今23.3Ma、16.0Ma至現(xiàn)今依次升高。這一現(xiàn)象是烴源巖成熟度受埋藏時間和溫度控制的充分反映。
1)文昌組烴源巖底部熱演化
文昌組烴源巖底部成熟度在距今23.3Ma時凹陷中心已處于過成熟階段，逐漸向凹陷邊緣降低，北部及東部大范圍處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度進一步升高，凹陷中心過成熟面積加大，僅在凹陷東部有小范圍尚處于未成熟階段；現(xiàn)今凹陷整體以過成熟為主，僅在白云凹陷東部及北部處于低熟至成熟階段(圖16)。
2)恩平組下段底部烴源巖熱演化
恩平組底部烴源巖熱演化成熟度各時刻均低于文昌組烴源巖底部，距今23.3Ma凹陷中心處于過成熟階段，環(huán)帶狀逐漸向凹陷邊緣降低，北部和東部處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度進一步升高，僅在東部存在未成熟烴源巖；現(xiàn)今凹陷整體以高成熟過成熟為主，凹陷的北部和東部處于低熟至成熟階段，僅在東北角局部處于未成熟階段(圖l6)。
3)恩平組中段底部烴源巖熱演化
恩平組中段底部烴源巖成熟度各時刻均低于恩平組下段底部烴源巖，距今23.3Ma凹陷中心僅小面積處于過成熟階段，以成熟高成熟為主，凹陷東部、北部、西部處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度整體升高，僅在東部存在未成熟烴源巖；現(xiàn)今凹陷整體以高成熟過成熟為主，凹陷北部和東部處于低熟至成熟階段，僅在東北角局部處于未成熟階段(圖16)。
4)恩平組上段底部烴源巖熱演化
恩平組上段底部烴源巖成熟度各時刻均低于中段底部，距今23.3Ma凹陷整體以未成熟為主，僅在凹陷中心小面積處于高成熟階段；距今16.0Ma成熟度整體升高，未成熟烴源巖存在于凹陷東部，凹陷中心處于過成熟階段；現(xiàn)今凹陷整體以高成熟—過成熟為主，凹陷的北部和東部處于低熟至成熟階段，僅在東北角局部處于未成熟階段(圖16)。
5)珠海組底部烴源巖熱演化
珠海組底部烴源巖成熟度各時刻均低于恩平組上段底部，距今23.3Ma凹陷基本處于未成熟階段，僅在凹陷中心小范圍處于低成熟階段；距今16.0Ma成熟度升高，凹陷中心以成熟為主，在北部和東部以未成熟為主；現(xiàn)今凹陷整體以成熟高成熟為主，凹陷中心處于過成熟階段，僅東北角局部處于未成熟階段(圖16)。
6)珠海組頂部烴源巖熱演化
珠海組頂部烴源巖成熟各時刻均低于珠海組底部，距今23.3Ma凹陷整體處于未成熟階段；距今16.0Ma成熟度升高，但升高幅度較小，局部處于低成熟階段；現(xiàn)今凹陷整體以低成熟成熟為主，僅在凹陷南部、東北部處于未成熟階段(圖16)。
4．2．3三維烴源巖排烴強度
烴源巖排烴強度與沉積相圖、TOC、HI、烴源巖有效厚度、干酪根類型及盆地的熱歷史息息相關(guān)。需要說明的是本次研究排氣強度均已換算成油當量，排油強度圖和排氣強度圖數(shù)值上可直接相加即為排烴強度圖(圖17)。
文昌組烴源巖排氣強度大于排油強度，排烴中心主要位于凹陷西邊兩個中深湖范圍內(nèi)，其次為凹陷中部的淺湖范圍內(nèi)。恩平組下段烴源巖排氣強度大于排油強度，排烴中心位于凹陷中部的淺海范圍內(nèi)，其次為位于西北部的三角洲范圍內(nèi)。恩平組中段烴源巖排氣強度大于排油強度，排烴中心位于凹陷中部的淺海范圍內(nèi)，其次為位于北部的扇三角洲范圍內(nèi)。恩平組上段烴源巖排氣強度大于排油強度，排烴中心主要位于扇三角洲平原范圍內(nèi)，其次為三角洲前緣范圍內(nèi)，最后位于前三角洲和淺海范圍內(nèi)。
珠海組烴源巖排氣強度大于排油強度，排烴中心位于凹陷中部水下平原范圍內(nèi)。
5 結(jié)論
白云凹陷構(gòu)造演化分為始新世陸內(nèi)湖相斷凹、早漸新世局限海陸過渡相斷凹、晚漸新世開闊海相斷凹及中新世第四紀深海凹陷階段。
白云凹陷發(fā)育文昌組湖相、恩平組海陸過渡相和珠海組海相3套烴源巖。其中恩平組海陸過渡相烴源巖發(fā)育煤系和海陸過渡相烴源巖，是主力烴源巖。烴源巖分布面積近萬平方千米，規(guī)模巨大。
白云凹陷為熱盆，有利于有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化，對于煤系烴源巖成烴尤為重要。
源熱共控，白云凹陷發(fā)育上述3套規(guī)模巨大的有效烴源巖體，空間上疊置發(fā)育，生烴量巨大。
文昌組現(xiàn)今絕大多數(shù)處于過成熟狀態(tài)。恩平組處于過成熟、成熟、低成熟和未成熟狀態(tài)，其中白云主洼處于過成熟狀態(tài)，主要生氣，東、西洼及主洼的斜坡區(qū)處于成熟狀態(tài)和低成熟狀態(tài)以生油為主，珠海組在主洼部位主要生氣。上述3套烴源巖生烴量巨大，其中恩平組資源潛力為最大。
模擬結(jié)果表明，白云凹陷文昌組烴源巖頂界面(恩平組烴源巖底界面)現(xiàn)今都已成熟(R。>0.5％)，凹陷中心均已進入過成熟階段(R。>2.0％)，其中過成熟占凹陷面積的44.34％。底界面現(xiàn)今過成熟階段范圍更廣，占凹陷面積的54.55％；恩平組烴源巖頂界面現(xiàn)今同樣都已進入成熟階段，凹陷中心部位進入過成熟階段，占凹陷面積10.63％。白云凹陷油氣資源量約33×108t，以氣為主。
白云凹陷珠江組及其以上有上千米的區(qū)域性泥巖蓋層，烴源巖生烴高峰晚。因此保存條件好，天然氣散失少，符合油氣分布互補性理論和富烴凹陷滿凹含油的條件。目前的勘探主力層系在珠江組底部和珠海組卜部，珠海組下部及恩平組極有可能是下一步的主要勘探層系。
以分隔槽為界，白云凹陷分成3大含油氣系統(tǒng)(生運聚單元)，每個單元又包含源內(nèi)一源外兩部分(圖18)。目前僅在番禺低隆起和白云東傾沒端含油氣系統(tǒng)的源外部分獲得發(fā)現(xiàn)，云開低凸起含油氣系統(tǒng)尚無發(fā)現(xiàn)。目前的資源探明程度很低，油氣勘探潛力大。云開低凸起及其傾沒端、深洼槽(圖18藍色陰影部分)將是下一步勘探的重大新領域。
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本文作者：張功成 楊海長 陳瑩 紀沫 王柯 楊東升 韓銀學 孫鈺皓
作者單位：中海油研究總院
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