珠江口盆地白云凹陷北坡陸架坡折帶地質(zhì)特征及其油氣勘探潛力

張忠濤 秦成崗 高鵬 屈亮 劉道理 徐徽 徐樂意 周鳳娟

中海石油(中國)有限公司深圳分公司研究院

珠江口盆地白云凹陷北坡陸架坡折帶地質(zhì)特征及其油氣勘探潛力

張忠濤 秦成崗 高鵬 屈亮 劉道理 徐徽 徐樂意 周鳳娟

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白云凹陷北坡地區(qū)是珠江口盆地最有利的油氣勘探區(qū)域之一,其層序地層學(xué)特點(diǎn)表現(xiàn)為沉積受控于特殊的古地理位置——陸架坡折帶。從距今21 Ma至今,陸架坡折帶位置基本保持在該區(qū)附近,在低海面時(shí)期發(fā)育了大量低位體系域沉積砂巖體,具備優(yōu)先捕獲油氣的有利條件。為此,在前人研究的基礎(chǔ)上,利用鉆井、地震資料,結(jié)合各種層序界面特征,重新確定了該區(qū)新近系珠江組下段SB23.8、SB21等2個(gè)層序界面,劃分出2個(gè)三級層序、5個(gè)四級層序地層單元,從而建立起等時(shí)地層格架;之后,對該區(qū)近3 000 km2三維地震SB21.0層序界面之上的陸架坡折點(diǎn)進(jìn)行了識別和追蹤,確定出陸架坡折帶的分布范圍,識別出其低位體系域時(shí)期所分布的主要沉積地質(zhì)體:主要有低位楔或陸架邊緣三角洲、水道充填、低位扇等3種類型,并對其特征及展布規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)描述。結(jié)論認(rèn)為:上述陸架坡折帶具備有利的油氣成藏條件,充足的油氣源,優(yōu)越的儲集條件,良好的運(yùn)聚匹配條件和保存條件以及晚期成藏特征等,同時(shí),由于其上的砂巖體具有良好的形成巖性—地層圈閉條件,因此,該陸架坡折帶極具油氣勘探價(jià)值。

珠江口盆地 番禺低隆起—白云凹陷北坡 層序地層學(xué) 陸架坡折帶 低位楔 水道充填 低位扇油氣藏形成

1 層序地層格架及低位體系域構(gòu)成特征

筆者在前人研究的基礎(chǔ)上,利用鉆井資料和地震層位標(biāo)定成果,根據(jù)不整合面、下切谷、巖性和電性的突變界面等層序界面特征,重新厘定該區(qū)珠江組下段SQ23.8、SQ21這2個(gè)層序界面,劃分出2個(gè)三級層序。在此基礎(chǔ)上,在三級層序內(nèi)追蹤海泛面劃分出高精度的5個(gè)四級層序地層單元(準(zhǔn)層序組或體系域),從而建立起等時(shí)地層格架(圖1)。

圖1 層序劃分和沉積充填示意圖

1.1 SQ23.8層序

可劃分出海侵及高位體系域2個(gè)四級地層單元,分布在該區(qū)北西方向,以古珠江三角洲平原及前緣沉積為主,富含砂,多由中粗粒砂巖及細(xì)砂巖組成,向東南方向逐漸減薄。

1.2 SQ21層序

可劃分出低位、海侵及高位體系域3個(gè)四級層序單元。海侵、高位體系域分布在北西方向,以古珠江三角洲前緣及前三角洲沉積為主,含砂率低,砂體向東南方向逐漸減薄、尖滅。低位體系域則分布在東南部,位于陸架坡折下部,主要沉積低位楔(陸架邊緣三角洲)、低位扇等砂體,這些砂體夾于大套泥巖之中,厚度變化大,具有良好的儲蓋條件及形成巖性油氣藏的優(yōu)勢。

2 21 Ma陸架坡折帶及其控制的低位體系域沉積體沉積特征

2.1 21 Ma陸架坡折帶的分布

2.1.1 陸架坡折的識別

陸架坡折帶位于陸架最外緣與陸坡之間坡度明顯轉(zhuǎn)折的地帶,最突出的特征是地形坡度發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折,而地形坡度的迅速變化又影響上覆水體運(yùn)動和沉積物運(yùn)移。陸架坡折帶具有獨(dú)特的水動力條件和沉積作用過程,通常是陸源碎屑物質(zhì)從陸架向陸坡和大洋搬運(yùn)的暫時(shí)停留區(qū)[11-12]。

珠江口盆地白云凹陷北坡珠江期—現(xiàn)今沉積時(shí)期為典型的陸架陸坡形成時(shí)期,海侵海退變化頻繁,而強(qiáng)烈海退期,古珠江大河可跨過陸架,進(jìn)入到陸坡及深水區(qū),在陸架坡折帶以下形成低位體系域的沉積,包括低水位扇、低水位楔、下切谷等。這些都是尋找大規(guī)模油氣藏的有利儲集體。

陸架坡折帶地形較為復(fù)雜,所以,確定陸架坡折點(diǎn)和范圍的方法非常重要。陸架坡折點(diǎn)為陸架最外緣坡度開始明顯變化的點(diǎn),它位于陸架與陸坡之間過渡帶的向陸點(diǎn)。古陸架坡折點(diǎn)的識別則更加困難,主要依賴于地震資料,是在確定了層序邊界的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?？煞譃橐韵?種類型加以識別。

1)確定初始海泛面:初始海泛面是Ⅰ型層序內(nèi)部初次跨過陸架坡折的海泛面,也是低位和海侵體系域的分界面,通常在地震剖面上是層序界面之上第一個(gè)上超點(diǎn)所對應(yīng)的地方,其下為明顯的沉積楔狀體(此處要注意楔狀體,雖在向陸方向也有沉積,但在向海方向也有沉積),此點(diǎn)即可作為陸架坡折點(diǎn)(圖2-a)。

圖2 利用地震剖面確定古陸架坡折帶示意圖

2)確定低位楔狀體的尖滅點(diǎn):地震剖面上,層序界面之上的第一個(gè)上超點(diǎn)較難找到,但有些地方低位楔狀體的尖滅點(diǎn)非常清晰,可將此點(diǎn)作為陸架坡折點(diǎn)(圖2-b)。

2.1.2 21 Ma陸架坡折帶分布范圍

根據(jù)以上確定陸架坡折點(diǎn)的方法,對該區(qū)內(nèi)近3 000 km2三維地震SB21.0層序界面之上的陸架坡折點(diǎn)進(jìn)行了識別和追蹤,最終確定了陸架坡折帶的范圍。該區(qū)陸架坡折線呈弧形向海盆方向分布,大致和番禺低隆起與白云凹陷的分界線近于平行,西側(cè)位于A氣田北部,方向近E—W,向東逐漸向北東方向延伸(圖3)。

圖3 21 Ma陸架坡折的展布圖

2.2 21 Ma陸架坡折帶低位域沉積體特征及其展布規(guī)律

低位域沉積體是沉積層序低位體系域內(nèi)發(fā)育的不同成因類型沉積體的總稱。

通過對陸架坡折帶內(nèi)沉積特征的研究發(fā)現(xiàn),其低位期主要發(fā)育有低位楔(LSW)或陸架邊緣三角洲(shelf-margin delta)、水道充填(ICH)、低位扇(LSF)3種類型。其分布如圖4所示,低位期在陸架坡折帶附近發(fā)育陸架邊緣三角洲、濱岸沉積體系,而在陸架坡折帶下方的陸坡區(qū)發(fā)育下切水道和水道化斜坡扇體,隨著向海方向地貌坡度變緩的地方可見深水朵葉體。

圖4 21 Ma低位域砂體及陸架坡折帶分布圖

2.2.1 低位楔(LSW)

低位楔,全稱為低位前積楔狀體(Lowstand prograding wedge),或陸架邊緣三角洲(shelf-margin delta),指發(fā)育于大陸架邊緣,越過大陸坡折線向陸坡延伸發(fā)育的三角洲。

低位楔是在海平面相對上升期間形成的,由進(jìn)積式到加積式準(zhǔn)層序組構(gòu)成的楔狀體。其主要位于陸棚坡折向海一側(cè),并上超在先期層序的斜坡上,其頂面便是低位體系域的頂界——初始海泛面,它將低位體系域加積式準(zhǔn)層序疊置樣式與上覆海侵體系域退積式準(zhǔn)層序疊置樣式有效地區(qū)分開來。一般來說,低位楔沉積物較先期層序的高位體系域沉積物富含更多的砂質(zhì),并可被上覆海侵體系域頁巖所封堵,形成地層—巖性圈閉[13-17]。

該區(qū)內(nèi),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了該套沉積體系的存在,并進(jìn)行了鉆探,發(fā)現(xiàn)了A氣田。通過總結(jié),低位楔主要有以下特征:

1)存在明顯的三角洲砂體的疊置,是一套由粉細(xì)砂巖到中砂巖組成的向上變粗的,具反旋回特征(漏斗狀測井曲線響應(yīng))的不完整三角洲,主要發(fā)育三角洲前緣及前三角洲亞相,缺乏三角洲平原亞相,而代之以海泛面及其上發(fā)育的深水泥巖。砂巖體最厚可達(dá)50 m,但厚度變化大,向上傾坡折方向迅速減薄、尖滅。砂巖體通常被上部和下部的泥巖包裹、覆蓋,因此極易形成巖性地層圈閉。

2)從碎屑巖巖石學(xué)特征來看,按粒度結(jié)構(gòu)特征大部分屬于中粒砂巖,不等粒砂巖和細(xì)粒砂巖次之;從碎屑成分特征和含量看,物質(zhì)組分相對較為單一,主要為石英(約占60%),其次為巖屑(含量較高,最高達(dá)48%,平均為35%),成分成熟度偏低;分選性中等—差,磨圓度以次棱角為主,且大多數(shù)為顆粒支撐、點(diǎn)線接觸的孔隙式—接觸式膠結(jié)為主,雜基含量較高。這些現(xiàn)象主要反映近物源和較高能沉積環(huán)境的快速堆積作用。

3)主要發(fā)育塊狀構(gòu)造、板狀斜層理、楔狀交錯層理、沖洗層理、平行層理、正粒序?qū)永?、逆粒序?qū)永怼⒗顺缮凹y層理、波狀層理和底沖刷構(gòu)造、階梯狀微型同生斷層及滑動變形層理等原生沉積構(gòu)造標(biāo)志。

4)大型水平、斜交、直立蟲管、潛穴和擾動構(gòu)造等遺跡化石非常發(fā)育,總體以斜交蟲管和生物擾動為主,如在中—粗砂巖中產(chǎn)有最接近Skolithos遺跡相和Cruziana遺跡相的組合。這些密集的Skolithos生物遺跡相和Cruziana遺跡相的組合,代表了物理化學(xué)條件易變和沉積物密度較高和具有一定水體深度的流態(tài)環(huán)境,說明沉積作用發(fā)生在最靠近河口或直接位于河口兩側(cè)的三角洲前緣水下分流河道和河口壩環(huán)境。

5)粒度分布具有明顯的牽引流特征,在概率圖上表現(xiàn)為兩段式(跳躍總體段和懸浮總體段)或三段式(滾動總體段、跳躍總體段和懸浮總體段)。

6)低位楔沉積體在地震剖面上呈明顯“楔狀”外形,通過上超逐漸向陸尖滅,內(nèi)部為疊瓦—前積狀反射結(jié)構(gòu),頂面為一個(gè)強(qiáng)振幅反射界面(圖2-a),平面分布受坡折帶的控制非常明顯,主要在坡折帶上方局限分布。在聯(lián)絡(luò)測線地震剖面上,于三角洲上傾方向往往能較清楚地發(fā)現(xiàn)一系列下切谷。

低位楔主要發(fā)育在陸架坡折帶較平緩的部位,該區(qū)內(nèi)存在多個(gè)陸架邊緣三角洲朵體,如圖5中a、b等沉積體。

圖5 番禺—流花地區(qū)水道特征圖

2.2.2 水道充填(ICH)

當(dāng)海平面快速下降時(shí),沉積物越過陸架邊緣,主要以水下水道為主要搬運(yùn)方式。水道一般呈舌形、長條形向盆底延伸,如果攜帶足夠多的沉積物,其末端都會形成水下扇堆積。如果水道分布較密集,其下方的水下扇會相互影響,形成多個(gè)扇體相互交錯疊置的扇群。

該區(qū)目前無鉆井鉆遇到該地質(zhì)體,但在該區(qū)東部,其水下水道的地震特征非常明顯:利用最新采集的3D地震資料,以精細(xì)的3D地震資料做基礎(chǔ),能夠清晰地觀察到水道的侵蝕、平面分布等特征。通過分析,發(fā)現(xiàn)了8條水道(圖5中①～⑧),自西向東依次排列,由北向南延伸,隨著坡度的逐漸減緩,在河道下方分別演化為扇狀朵體,并相互疊置(圖5-a)。這些水道在不同位置,其形態(tài)、寬度、長度都不同,但具有相似的地震相特征:地震同相軸呈點(diǎn)、段式反射,下切特征明顯,振幅中等—高(圖5-b)。通過這些水道下切形態(tài)、深度、地震反射特征和沉積厚度,可推測其形成于同一時(shí)期,且物源均來自于正北方向。

2.2.3 低位扇(LSF)

低位扇是當(dāng)海平面快速下降,下切水道把粗粒沉積物搬運(yùn)到陸架坡折帶之下的陸坡、坡底等區(qū)域而形成的重力流沉積體,通常分布在下切水道的前方。根據(jù)海平面下降程度和沉積位置的不同,可分為斜坡扇和盆底扇。該區(qū)主要發(fā)育的是斜坡扇及坡度變緩而形成的朵葉狀扇體(圖4)。

2.2.3.1 斜坡扇

斜坡扇是在海平面相對下降晚期或上升早期形成的,位于陸架坡折的斜坡邊緣,頂部是低位楔中部和上部的一個(gè)下超面。其地震反射特征是一端上超,一端下超,中、低振幅,連續(xù)性好。白云凹陷的地震剖面上可識別出多個(gè)斜坡扇體,并有明顯的水道天然堤系統(tǒng),內(nèi)部結(jié)構(gòu)有丘形、海鷗翼狀等(圖4)。

2.2.3.2 朵葉狀扇體

在該區(qū)內(nèi)斜坡扇下方及多條下切水道的下方分布著多個(gè)朵葉狀扇體,為典型的低位扇體(圖4、圖5-a)。這些扇體有的表現(xiàn)為強(qiáng)振幅特征,多數(shù)扇體內(nèi)振幅分布不均勻,受河道的控制明顯。

這些扇體都是非常有利的潛在勘探目標(biāo),可以是構(gòu)造圈閉,也可以是巖性圈閉,可利用相干和地震屬性技術(shù),通過提取振幅類、頻率類等地震屬性信息,刻畫出扇體與深水泥巖發(fā)育區(qū)存在的變化帶,預(yù)測扇體的有利儲層發(fā)育區(qū)。

3 21 Ma陸架坡折帶的油氣成藏條件

21 Ma陸架坡折帶上低位域砂體發(fā)育,由于這些砂體周圍均被半深海、深海相泥巖所包圍,具有良好的儲蓋條件,同時(shí)毗鄰白云凹陷主生烴區(qū),因而具有非常好的油氣成藏條件。

3.1 充足的油氣源

白云凹陷面積超過2×104km2,是珠江口盆地面積最大、基底最深的凹陷,且長期沉降,有巨厚的新生代沉積(最大沉積厚度超過11 000 m),其中古近紀(jì)沉積厚度超過6 000 m。區(qū)域研究成果認(rèn)為,白云凹陷古近紀(jì)文昌—恩平組沉積巨厚,形成封閉的洼地,面積達(dá)5 000～7 000 km2,具備形成湖盆的條件,而且它位于潮濕的古氣候帶,有足夠的水源,因此具有良好的湖相烴源巖沉積。

3.2 豐富的物源及優(yōu)越的儲集條件

國外深水油氣勘探表明,陸架坡折帶沉積體儲層具有優(yōu)越的儲集性能,并在其中發(fā)現(xiàn)了大量油氣[18-21],而充足的物源補(bǔ)給是低位體系域砂體形成的必須條件。當(dāng)沉積物供給充分,快速持續(xù)堆積在陸架至陸坡區(qū)域,常常具有欠壓實(shí)的特征,使得儲集層具有超出相同深度其他儲層的孔、滲條件。同時(shí),古珠江水系提供的大量優(yōu)質(zhì)陸源碎屑物持續(xù)供給,形成早期儲集性能優(yōu)越的高位域砂體,這些砂體也是后期低位體系域砂體的主要來源,它的豐富和質(zhì)優(yōu),使得該區(qū)低位域砂體也具有比較好的儲集性能。

該區(qū)A氣田的主力氣層GAS1就屬于陸架邊緣三角洲沉積體系。通過鉆井取心及多口探井的測井解釋,證實(shí)其儲層物性非常好,平均孔隙度達(dá)12.8%,平均滲透率為31.2 mD,屬中孔、中滲儲層。

3.3 “復(fù)合輸導(dǎo)”——提供高效的運(yùn)移條件

油氣的輸導(dǎo)體系主要包括斷層、砂體、構(gòu)造脊、不整合面和流體底辟。該區(qū)具有發(fā)達(dá)的輸導(dǎo)體系。

1)T50之下發(fā)育一套連續(xù)穩(wěn)定、區(qū)域分布的砂體,為油氣的橫向輸導(dǎo)及長距離運(yùn)移提供了必要條件。

2)該區(qū)以斷層密集發(fā)育、穿越層位多為特點(diǎn),有的斷穿T30(距今5 Ma),甚至海底。斷層是油氣運(yùn)移的重要通道。

3)不整合面主要分布在新、古近系間,且多為平行不整合,作為輸導(dǎo)體系主要與砂體一起發(fā)揮作用。

4)構(gòu)造脊是盆地隆起向凹陷延伸的鼻狀高帶,脊的一端向凹陷傾沒,另一端則朝向隆起。油氣從烴源巖排出,經(jīng)斷層、砂體、不整合面等途徑進(jìn)入?yún)^(qū)域性油氣運(yùn)載層珠江組下段、珠海組后,繼續(xù)從低處向高處流動時(shí),總是沿著構(gòu)造等高線的法線方向運(yùn)移,所以構(gòu)造脊就成為油氣從壓力大向壓力小方向匯集的路線,成為油氣運(yùn)移的重要路徑。

5)該區(qū)地震剖面上識別出大量地震模糊帶,主要發(fā)源于古新統(tǒng)—始新統(tǒng)文昌組、恩平組,即該區(qū)主力巨厚烴源巖——泥巖層,其兩側(cè)、頂部常見亮點(diǎn)(振幅異常),北部鉆井已揭示亮點(diǎn)與氣層存在良好對應(yīng)關(guān)系,由此看來,模糊帶主要為流體底辟成因,是天然氣垂向運(yùn)移的一個(gè)良好通道[19-25]。流體底辟帶溝通了埋藏較深的文昌組、恩平組烴源巖與白云凹陷互相疊置的各類儲集體,使油氣向上運(yùn)移,在上部儲層聚集成藏。

由于斷層和砂體在空間上的復(fù)雜性和性質(zhì)上的多樣性,以及古構(gòu)造脊在不同時(shí)期的分布狀況不同,加上流體底辟的垂直溝通作用,它們搭配出了該區(qū)豐富多彩的油氣輸導(dǎo)體系。

3.4 “晚期成藏”——大氣田形成的必要條件

中國氣田勘探實(shí)踐表明,晚期成藏是中國大、中型氣田形成的主控因素之一[26-34],因此明確一個(gè)地區(qū)天然氣成藏是否屬于晚期成藏意義重大。

通過分析認(rèn)為,該區(qū)圈閉都是在東沙運(yùn)動(距今5～10 Ma)之后形成的,而主要烴源巖——恩平組烴源巖的主生、排烴時(shí)期在距今16 Ma以來,成藏關(guān)鍵時(shí)刻更是在距今10 Ma—現(xiàn)今,油氣運(yùn)聚匹配良好,屬典型的晚期成藏,因此具有形成大中型氣田的有利條件。

3.5 富泥區(qū)提供良好的保存條件

因天然氣的組分較輕,流動性較強(qiáng),易散失,所以對保存條件的要求非常嚴(yán)格。該區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)的天然氣藏全部位于含砂率小于20%的區(qū)域內(nèi),珠江組區(qū)域蓋層的優(yōu)越條件是厚度大、延伸范圍廣、連續(xù)性好。它不但對氣藏起正常的封蓋作用,而且在斷裂發(fā)育處對氣藏有重要的側(cè)封作用。

正是由于海相富泥區(qū)的巨厚泥巖提供了良好的保存條件,使得該區(qū)的天然氣藏的充滿程度非常高,同時(shí),也非常有利于形成地層、巖性圈閉。

4 結(jié)論

1)通過鉆測井、地震等資料,識別出21 Ma層序界面,并利用多種地震特征,確定出21 Ma陸架坡折帶的分布范圍。

2)識別出陸架坡折帶其低位體系域時(shí)期所分布的主要沉積地質(zhì)體,主要有低位楔(LSW)或陸架邊緣三角洲(shelf-margin delta)、水道充填(ICH)和低位扇(LSF)等3種類型,并對其特征及展布進(jìn)行了詳細(xì)研究和論述。

3)21 Ma陸架坡折帶具有有利的油氣成藏條件:充足的油氣源,優(yōu)越的儲集條件,良好的運(yùn)聚匹配條件及保存條件,晚期成藏特征等。同時(shí),由于其上的砂巖體具有良好的形成巖性—地層圈閉的條件,陸架坡折帶極具油氣勘探價(jià)值。

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10.3787/j.issn.1000-0976.2011.05.010

張忠濤,1977生,工程師,碩士研究生;2004年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京);主要從事含油氣盆地地質(zhì)綜合研究與勘探目標(biāo)評價(jià)工作。地址:(510240)廣東省廣州市江南大道中168號海洋石油大廈17F。電話:13826062358。E-mail:zhangzht@ cnooc.com.cn

2011-01-13 編輯 羅冬梅)

張忠濤等.珠江口盆地白云凹陷北坡陸架坡折帶地質(zhì)特征及其油氣勘探潛力.天然氣工業(yè),2011,31(5):39-44.

珠江口盆地是中國近海最重要的含油氣盆地之一,在新近紀(jì)—第四紀(jì)為海相碎屑巖沉積,是層序地層學(xué)研究、實(shí)踐、總結(jié)的重要場所。盆地層序地層學(xué)研究始于20世紀(jì)80年代,在許仕策等專家的努力下,利用大量探井的古生物定年和環(huán)境信息建立起新近紀(jì)以來的相對海平面變化曲線,從而建立起全區(qū)的三級層序地層格架[1-10]。

該區(qū)域位于中國南海北部珠江口盆地中部,包括番禺低隆起及白云凹陷北坡,是珠江口盆地最有利的油氣勘探區(qū)域之一,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)天然氣田。該區(qū)沉積環(huán)境整體經(jīng)歷了從陸相到海相的變化,始新世時(shí)期為典型的陸相沉積,其后隨著南海的擴(kuò)張,海水向北部大面積侵進(jìn),形成以古珠江三角洲、淺海陸棚及深水重力流為主的沉積體系,其中距今18.5～23.8 Ma時(shí)期的下中新統(tǒng)珠江組下段是最主要的勘探目的層。

筆者在前人研究的基礎(chǔ)上,對該區(qū)早中新世—中中新世進(jìn)行了系統(tǒng)的層序地層分析,認(rèn)識到該區(qū)層序地層學(xué)的特點(diǎn)取決于其特殊的古地理位置——陸架坡折帶。由于陸架坡折帶位置從距今21 Ma至今基本維持在白云凹陷北坡附近,使得該區(qū)長期處于陸架坡折以下的斜坡深水環(huán)境,在低海面時(shí)期發(fā)育了大量低位體系域沉積體,而勘探實(shí)踐也證明了該區(qū)低位體系域(以下簡稱低位域)砂巖體的存在。由于低位域砂巖體分布局限,非常有利于形成巖性—地層圈閉,且緊鄰生油凹陷,具備優(yōu)先捕獲油氣的有利條件,是非常重要的勘探新領(lǐng)域,應(yīng)對其進(jìn)行深入研究,以了解、認(rèn)識、掌握其沉積特征、分布規(guī)律、控制因素和油氣成藏條件、勘探潛力等。