三种天然气遗传类型来源于奥利戈ocene时期的鸭城组（Yacheng Formation），该地层沉积于中国南海琼东南盆地（Qiongdongnan Basin）内的不同环境中

《Organic Geochemistry》：Three genetic types of natural gas derived from the Oligocene Yacheng Formation deposited in various environments within the Qiongdongnan Basin, South China Sea

本研究通过气相色谱-质谱联用和同位素分析技术，揭示了Qiongdongnan盆地Y13、L17、B21三个主要烃类聚集区气体的沉积相控制机制。结果表明，不同沉积相（潮汐沼泽、陆相-海相过渡带、浅海环境）导致有机质类型差异，形成煤型气、混合型气及油型气三种遗传类型，突破传统仅依赖成熟度的分类模式。该研究为边缘盆地烃类成因分析提供了新范式。

　　

全永斌|胡一鸣|杨金海|谢新农|涂磊|郝芳|冯和清

中国地质大学教育部构造与石油资源重点实验室，武汉430074，中国

摘要

琼东南盆地表现出显著的碳氢化合物组成和来源的异质性。准确描述这种变化对于完善边缘盆地的碳氢化合物生成模型至关重要。源岩的沉积相从根本上控制着碳氢化合物的组成和遗传类型，然而这一关键因素仍知之甚少。为了解决这一问题，通过对三个主要热成聚集区的生物标志物进行GC–MS分析，并对单个正烷烃、苯和甲苯进行δ¹³C分析（通过GC-IRMS），发现了三种与沉积环境相关的不同遗传气体类型：(1) Y13是来自滨岸相源岩的煤型气体，主要由高等植物输入形成，沉积在富氧、非分层的条件下；(2) L17也表现为煤型气体，但来源于沉积在亚氧化环境中的陆源-海相源岩，高等植物输入较少；(3) B21代表油型气体，来源于沉积在亚氧化-缺氧环境中的浅海相源岩，陆源输入进一步减少。所有碳氢化合物均来源于渐新世的鸭城组，其异质性源于盆地内沉积相的空间变化，从西部的滨岸相到东部的浅海相，这与该地区早期的沉降和海侵事件相关。这种由沉积相控制的机制不同于传统模型，后者将气体变化归因于成熟度、源岩层段或生成后的修饰作用。本研究为解释碳氢化合物的组成和遗传类型提供了一个模板，为全球类似边缘盆地的源岩评估和资源评价提供了更精细的框架。

引言

边缘盆地的天然气系统通常表现出复杂的碳氢化合物特征，这受到多种源岩层段和快速构造变化的影响（Hao等人，1998年；Zhu等人，2009年；Ping等人，2018年；Xu等人，2024年）。准确描述这些碳氢化合物的来源和遗传类型对于完善边缘盆地的碳氢化合物生成模型至关重要。位于中国南海北部的琼东南盆地为研究这种异质性提供了独特的自然实验室，因为其石油系统涵盖了广泛的地质层序、深度、气体组成和沉积相。该盆地是南海北部的一个产油盆地，目前累计探明储量为4610亿立方米（BCM）（Zhu等人，2009年，2018年）。天然气存在于多种地质层序中，包括中生代的埋藏丘（Yang等人，2021年）、古近纪的鸭城-陵水组三角洲（Hao等人，1998年；You等人，2023年）、中新世的三亚-梅山组海底扇（Gan等人，2021年）、中新世的黄柳组河道（Gan等人，2021年）以及上新世的莺歌海-更新世的乐东组海底扇（Xu等人，2024年）。几个大型气田的探明储量超过了50 BCM，包括深水、深储层的B21气田（Xu等人，2023年；You等人，2023年）和超深水、超浅储层的L36气田（Xu等人，2024年）。琼东南盆地内多样的源岩是导致碳氢化合物出现层位和深度差异的主要因素。三种潜在的源岩层段分别是始新世的湖泊泥岩、渐新世的含煤泥岩和中新世的海洋泥岩（Zhu等人，2009年）。

先前关于琼东南盆地天然气地球化学特征、遗传类型和来源的研究已经取得了重要发现。L36气田的气体被确定为生物成因和热成因气体的混合物（Xu等人，2024年）。在松东凹陷发现的少量石油和天然气被解释为来自始新世湖泊源岩的油型气体，其特征是含有丰富的C₃₀ 4-甲基甾烷（Zhu等人，2009年）。然而，Ding等人（2018年）将这些气体解释为来自陵水组第一层上覆页岩的生物热催化过渡带气体、来自下层陵水组和鸭城组的热催化气体以及这两种气体的混合物。盆地其他地方发现的天然气主要是煤源的（Zhu等人，2018年）。尽管所有气体都被归类为煤型气体，但陵水凹陷和延安凹陷的碳氢化合物的生物标志物特征存在差异，这种差异归因于源岩沉积相的不同（Zhang等人，2020年）。近年来发现的B21气田的天然气来源存在争议。Deng等人（2022年）和Xu等人（2023年）根据其干度系数和甲烷碳同位素特征认为B21气田的天然气来源于煤型源岩。相反，You等人（2023年）分析了乙烷和丙烷的碳同位素以及凝析油生物标志物，认为B21气田与Y13和L17气田典型的煤型气体不同，表明其中含有腐殖有机物的贡献。相反，Gan等人（2025年）提出B21气田的气体是油型和煤型气体的混合物。尽管沉积相是控制碳氢化合物组成和来源的关键因素，但这些含煤源岩中沉积相的作用仍不甚明了。

为了解决这些知识空白，本研究采用了多指标地球化学方法。除了常规的分子组成分析、天然气的稳定碳同位素分析、轻质碳氢化合物组成和饱和碳氢化合物生物标志物分析外，本研究还对凝析油的总体和特定化合物的正烷烃碳同位素、苯和甲苯的稳定碳同位素以及氢同位素进行了分析，旨在提供更详细和多维度的解释，以说明在不同源岩和复杂成熟度条件下的天然气遗传类型和来源。结果与邻近莺歌海盆地的中新世海洋泥岩衍生的典型碳氢化合物以及珠江口盆地始新世湖泊泥岩衍生的碳氢化合物进行了比较。这种综合方法旨在阐明这些碳氢化合物的地球化学特征，明确其主要来源，并更重要的是，揭示沉积相在控制石油地球化学变异性中的作用。

地质背景

琼东南盆地位于中国南海大陆边缘的西北部（Xie等人，2007年）。它位于西北部的海南隆起带旁边，西侧由1号断层与莺歌海盆地分隔，东北部由沈湖隆起与珠江口盆地分隔，南部与永乐隆起接壤（图1A）。该盆地大致呈东北-西南方向延伸，长度约为250–450公里

样品和方法

共收集了三十五个天然气样品，包括来自B21气田四个井的十二个样品、来自L17气田四个井的九个样品以及来自Y13气田七个井的十四个样品。从B21、L17和Y13气田的关键勘探井和地层中获取了十三个原油、轻质油或凝析油样品，以确保覆盖主要构造

天然气的分子组成

表1显示了B21、L17和Y13气田天然气的分子组成。天然气主要由甲烷、湿气（C₂₊）、氮气和不同量的二氧化碳组成。甲烷含量差异显著，范围从1.47%到93.14%不等。其中，B21气田的甲烷含量通常较低（低于75%，平均仅为45.05%），这主要归因于这些气田中极高的CO₂含量

碳氢化合物气体的遗传类型

碳氢化合物气体可以是生物成因的，通过低温和浅埋深度下的生化过程形成（Des Marais等人，1981年），或者是热成因的，通过高温和更深的埋藏深度下的热化学反应生成（Liu等人，2019年）。生物成因气体通常表现出较轻的甲烷碳同位素组成（δ¹³C₁ < -55‰）和较高的干度系数（C₁/C_1-5 > 0.95）。如图4和表1所示，大多数来自Y13和L17气田的天然气

结论

这项对琼东南盆地三个主要热成聚集区（Y13、L17、B21）的综合地球化学研究采用了多指标方法，解决了关于其来源和遗传类型的长期争议。本研究验证了多指标地球化学框架在解析复杂石油系统中的有效性。除了常规的气体组成和同位素分析外，本研究还对苯、甲苯和正烷烃进行了化合物特异性同位素分析（CSIA）

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时，作者使用了Deepseek-V3.1工具来提高手稿的可读性和语言表达。使用该工具/服务后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对出版物的内容负全责。

CRediT作者贡献声明

全永斌：撰写——原始草稿、方法论、资金获取、概念化。胡一鸣：验证、正式分析。杨金海：资源、数据管理。谢新农：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取。涂磊：资源、数据管理。郝芳：监督。冯和清：调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：42302165、42130408）的财政支持。我们感谢中国海洋石油总公司海南分公司提供了本研究的部分数据。感谢中国科学院的Lantian Xing在苯和甲苯的化合物特异性碳同位素分析方面提供的帮助。作者还要感谢编辑Maria-Fernanda Romero-Sarmiento和Clifford C.