珠江口盆地西江主洼油氣運(yùn)聚主控因素及運(yùn)聚模式*

朱文奇 梁建設(shè) 郭 剛 丁 亮 郝建榮 于開(kāi)平

(中海油研究總院)

珠江口盆地西江主洼油氣運(yùn)聚主控因素及運(yùn)聚模式*

朱文奇 梁建設(shè) 郭 剛 丁 亮 郝建榮 于開(kāi)平

(中海油研究總院)

珠江口盆地西江主洼是一個(gè)典型的古近紀(jì)“北斷南超”箕狀斷陷,具有“下斷上坳”的二元結(jié)構(gòu)。西江主洼古近紀(jì)經(jīng)歷了兩幕裂陷作用,形成了2個(gè)完整的沉積旋回,其中裂陷I幕(文昌組沉積期)發(fā)育了洼陷內(nèi)最重要的烴源巖,裂陷II幕(恩平組沉積期)發(fā)育了洼陷深層關(guān)鍵的地區(qū)性泥巖蓋層。受“勢(shì)”、“路”、“梯”三大主控因素的控制,西江主洼生成的油氣主要向洼陷長(zhǎng)軸以南運(yùn)聚。三大主控因素的空間配置關(guān)系不同,導(dǎo)致該洼陷發(fā)育3種油氣運(yùn)聚模式,即“勢(shì)-路”二元主控模式——中央隆起模式、“勢(shì)-路-梯”三元主控模式——東南隆起模式和“勢(shì)-梯”二元主控模式——南部隆起模式。綜合分析認(rèn)為,西江主洼中央隆起的深層、東南隆起的中—深層以及南部隆起的中層均具有很好的油氣勘探潛力。

構(gòu)造-沉積特征;主控因素;油氣運(yùn)移;油氣運(yùn)聚模式;西江主洼;珠江口盆地

西江主洼位于珠江口盆地珠一坳陷西江凹陷北部,該洼陷的勘探始于20世紀(jì)70年代,先后在其周邊鉆了10口探井,僅在其南部隆起上發(fā)現(xiàn)了西江34-3和番禺3-1兩個(gè)含油構(gòu)造。盡管西江主洼勘探起步較早,但在發(fā)現(xiàn)2個(gè)含油構(gòu)造之后勘探一度處于停滯狀態(tài),勘探程度相對(duì)較低,未能取得突破,至今仍處于“有油無(wú)田”的局面。然而就在位于其南部的番禺4洼、東部的惠州凹陷以及西南部的恩平凹陷,油氣勘探均已取得重大突破,發(fā)現(xiàn)了一批油氣田,與西江主洼勘探現(xiàn)狀形成了鮮明的對(duì)比。

針對(duì)西江主洼所面臨的勘探困局,前人曾做過(guò)一些研究。曹愛(ài)武[1]研究認(rèn)為,西江主洼的烴源巖具有良好的生烴能力。最新的研究也表明,西江主洼文昌組半深湖—深湖相烴源巖具有很好的生烴潛力,模擬總生烴量達(dá)60多億m3,為珠一坳陷潛在資源規(guī)模最大的洼陷之一?；谖鹘魍莠F(xiàn)今地溫梯度低于周邊地區(qū)這一客觀事實(shí),杜家元等[2]認(rèn)為,較低的地溫條件使該洼陷烴源巖主生排烴期推遲到了構(gòu)造活動(dòng)較為平靜的現(xiàn)今階段,由于在縱向上缺少活動(dòng)斷層的輸導(dǎo),導(dǎo)致油氣主要封存于洼陷深層。從成藏動(dòng)力學(xué)角度來(lái)講,較低的地溫場(chǎng)會(huì)降低盆地深層的流體勢(shì),從而不利于油氣向淺層運(yùn)移[3]。因此,西江主洼的深層將是一個(gè)很有希望的勘探領(lǐng)域。

盡管目前西江主洼的勘探成效不佳,但多數(shù)學(xué)者依然對(duì)其勘探潛力非常樂(lè)觀。筆者通過(guò)對(duì)西江主洼基本地質(zhì)要素和鉆井失利原因分析,認(rèn)為制約西江主洼獲得勘探突破的關(guān)鍵是對(duì)油氣運(yùn)聚主控因素和運(yùn)聚過(guò)程認(rèn)識(shí)不清,并從構(gòu)造、沉積等基本地質(zhì)要素入手進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上總結(jié)出制約西江主洼油氣運(yùn)聚的三大主控因素,從而建立起3種油氣運(yùn)聚模式,以期為西江主洼今后的油氣勘探提供指導(dǎo)。

1 洼陷結(jié)構(gòu)、構(gòu)造演化及沉積充填特征

1.1 洼陷結(jié)構(gòu)及構(gòu)造演化

西江主洼是一個(gè)發(fā)育在中生代大陸架基底之上的新生代斷陷湖盆[4],受北部邊界大斷層控制,具有“北斷南超,下斷上坳”的半地塹結(jié)構(gòu),平面上為一NE—SW走向的狹長(zhǎng)洼陷(圖1)。根據(jù)洼陷結(jié)構(gòu)及形態(tài)可將西江主洼劃分為3個(gè)構(gòu)造帶:北部陡坡帶、中央深洼帶(或中央斷裂帶)和南部緩坡帶,其中中央斷裂帶在洼陷東北部比較發(fā)育,向東南逐漸過(guò)渡為中央深洼帶。

圖1 西江主洼構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

西江主洼經(jīng)歷了斷陷期(分為裂陷Ⅰ幕和裂陷Ⅱ幕)、斷-拗轉(zhuǎn)換期以及拗陷期等3個(gè)構(gòu)造演化階段,斷層十分發(fā)育(圖2、3)。新生代區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)以拉張為主,但拉張方向從早到晚具有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)規(guī)律[5-6],拉張強(qiáng)度從早到晚逐漸減弱,從而導(dǎo)致斷層的平面展布也具有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征?？v向上以T60地震反射層為界發(fā)育2個(gè)斷裂體系。T60以下為斷陷期斷裂體系,斷層活動(dòng)性強(qiáng),斷距較大,單個(gè)斷層平面延伸距離較遠(yuǎn),從下向上衍生斷層具有逐漸增多的趨勢(shì);T60以上斷層大量減少,為拗陷期斷裂體系,斷層活動(dòng)性相對(duì)較弱,斷距相對(duì)較小,多為繼承性發(fā)育斷層,單個(gè)斷層平面延伸距離有限。

圖2 西江主洼地層與構(gòu)造演化綜合圖[5]

圖3 西江主洼不同時(shí)期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與斷層平面分布

1.2 古近系沉積充填特征

西江主洼古近系沉積充填過(guò)程主要受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和洼陷結(jié)構(gòu)控制。兩幕裂陷作用[7]導(dǎo)致洼陷內(nèi)發(fā)育了2個(gè)完整的陸相沉積旋回(圖4);“北陡南緩”的洼陷結(jié)構(gòu)決定西江主洼在斷陷期其陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲沉積,緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積。

在裂陷Ⅰ幕,即文昌組沉積期,強(qiáng)烈的裂陷作用在短時(shí)間內(nèi)形成了大量可容納空間,使西江主洼成為一個(gè)局限深水湖盆,推測(cè)在欠補(bǔ)償狀態(tài)下湖盆中心沉積了洼陷內(nèi)最重要的文昌組半深湖—深湖相烴源巖。目前尚沒(méi)有鉆遇這套可能的烴源巖,但通過(guò)類(lèi)比分析認(rèn)為在地震剖面上具有低頻連續(xù)中強(qiáng)反射特征的文昌組地層一般指示半深湖—深湖相的發(fā)育。

在裂陷Ⅱ幕,即恩平組沉積期,西江主洼逐漸演化成一開(kāi)闊湖盆,持續(xù)的裂陷作用導(dǎo)致了強(qiáng)烈的湖侵,從而使沉積物向岸退積,砂體主要分布在湖盆的邊緣,湖盆內(nèi)則沉積了廣泛分布的泥巖。

在兩幕裂陷的間期,伴隨湖盆的相對(duì)萎縮,沉積物快速向湖盆內(nèi)部進(jìn)積,形成了文昌組頂部深入洼陷內(nèi)部的砂體。進(jìn)入斷-拗轉(zhuǎn)換期,西江主洼逐漸由河湖相沉積過(guò)渡為海相沉積,古珠江大型物源的注入使得珠海組在區(qū)域上沉積了巨厚的三角洲砂體。

圖4 西江主洼古近系沉積充填模式

2 油氣運(yùn)聚主控因素

2.1 油氣宏觀運(yùn)移的“勢(shì)”

1)構(gòu)造趨勢(shì)。作為深層的關(guān)鍵層序界面,文昌組頂面的構(gòu)造形態(tài)對(duì)西江主洼油氣運(yùn)移起著十分重要的作用。從構(gòu)造形態(tài)來(lái)看,文昌組頂面構(gòu)造與西江主洼整體形態(tài)較為相似,均具有大緩坡、窄陡坡特征。受泄油面積控制,油氣主要向南部緩坡和東部高部位運(yùn)移,而向北部陡坡帶運(yùn)移的量相對(duì)要小很多(圖5)。因此,在構(gòu)造趨勢(shì)的控制下,南部隆起和東部構(gòu)造高點(diǎn)是西江主洼油氣運(yùn)聚的有利方向。

2)烴源巖產(chǎn)狀。文昌組沉積期,受洼陷北部持續(xù)活動(dòng)邊界斷層的控制,西江主洼文昌組具有北厚南薄的特征,且隨斷層下降盤(pán)發(fā)生牽引滾動(dòng),造成地層整體向南翹傾(圖6)。因此,文昌組烴源巖生成的油大部分沿地層上傾方向向南部緩坡區(qū)運(yùn)移。

圖5 西江主洼文昌組頂面現(xiàn)今油氣運(yùn)聚趨勢(shì)圖

3)水動(dòng)力?？碧介_(kāi)發(fā)實(shí)踐表明,珠江口盆地海相儲(chǔ)集層地下水十分活躍[8]。珠江組底部和珠海組砂巖從北部陡坡帶起在珠一坳陷廣泛分布,甚至翻越東沙隆起進(jìn)入南部坳陷帶,這些大范圍連通的砂體為流體提供了良好的輸導(dǎo)空間。北部斷階帶屬于盆地邊界深大斷裂系統(tǒng),分布范圍廣,長(zhǎng)期發(fā)育,是地下水最重要的補(bǔ)給區(qū),而東沙隆起北部斷裂系統(tǒng)很可能是區(qū)域泄水區(qū)。因此,西江主洼生成的油氣如果進(jìn)入珠海組,便會(huì)在來(lái)自北部斷階帶補(bǔ)給水的推力下向南運(yùn)移。

圖6 西江主洼烴源巖地層展布圖

2.2 油氣橫向運(yùn)移的“路”

砂、泥的平面展布與縱向分布具有成因上的聯(lián)系,同時(shí)也受到古地形的影響。西江主洼北靠北部低凸起,東接西江惠州低凸起,南臨西江中低凸起,其物源主要來(lái)自以上地區(qū)。

文昌組沉積末期—恩平組沉積初期,西江主洼經(jīng)歷了顯著的湖退,湖盆水體變淺,來(lái)自洼陷東南部的三角洲攜帶大量砂體進(jìn)積到洼陷內(nèi)部,三角洲在向西北注入的同時(shí)形成沿洼陷長(zhǎng)軸向西的分支朵葉,并在地形突然變陡時(shí)在分支朵葉的前端形成滑塌濁積砂體。該濁積砂體在地震剖面上表現(xiàn)為弱反射背景下的局部強(qiáng)反射特征(圖7)。

恩平組沉積中期,強(qiáng)烈的裂陷作用使西江主洼水體面積迅速擴(kuò)大,伴隨洼陷的擴(kuò)張,強(qiáng)勁的湖進(jìn)迫使砂體向岸退積,洼陷內(nèi)泥巖沉積范圍不斷擴(kuò)大。XJ33-2-X井揭示恩平組中段厚度約300 m,泥巖厚度達(dá)270 m,該套泥巖厚度大、分布廣,成為西江主洼深層最重要的蓋層。另外,在這一時(shí)期,洼陷東北方向還發(fā)育了一個(gè)小規(guī)模的三角洲,沿洼陷長(zhǎng)軸向湖盆注入,該三角洲在地震剖面上表現(xiàn)為透鏡狀,具有明顯的雙向上超特征(圖8)。

分析認(rèn)為,西江主洼恩平組泥巖蓋層與其下砂體聯(lián)合構(gòu)成了深層油氣高效運(yùn)移的路徑。在恩平組泥巖蓋層的遮擋下,文昌組烴源巖生成的油氣一經(jīng)排出便直接進(jìn)入其頂面(T80界面)發(fā)育的三角洲砂體,并在構(gòu)造背景下沿砂體優(yōu)先向東部高部位運(yùn)移,繼而沿砂體繼續(xù)向東南更高部位運(yùn)移。另外,文昌組沉積期,整個(gè)南部—東南部隆起處于暴露剝蝕環(huán)境,該時(shí)期形成的不整合面也是接替砂體在橫向上輸導(dǎo)油氣的重要路徑。

2.3 油氣縱向運(yùn)移的“梯”

圖7 西江主洼T80界面附近RMS屬性(左)及砂體分布(右)

圖8 西江主洼恩平組中段RMS屬性(左)及砂體分布(右)

構(gòu)造、沉積特征決定了西江主洼油氣運(yùn)聚具有“接力”傳遞特征,即深層油氣主要沿砂體橫向運(yùn)移,當(dāng)運(yùn)移到洼陷邊部時(shí)便由斷層接替轉(zhuǎn)為縱向運(yùn)移。

根據(jù)活動(dòng)性可將西江主洼斷層劃分為3類(lèi)(圖9)。①第一類(lèi)斷層:形成于斷陷期,后期持續(xù)活動(dòng),對(duì)洼陷結(jié)構(gòu)和沉積起到控制作用,如洼陷北部邊界控洼斷層以及南部緩坡上的部分繼承性基底斷層,在區(qū)域張性應(yīng)力下伴隨基底活動(dòng)而持續(xù)活動(dòng)。該類(lèi)斷層的活動(dòng)性具有“早強(qiáng)晚弱,北強(qiáng)南弱”的特征。②第二類(lèi)斷層:也形成于斷陷期,但在拗陷期停止活動(dòng),絕大多數(shù)終止于珠海組中。該類(lèi)斷層主要發(fā)育在洼陷內(nèi)部和南部緩坡區(qū)的中深層,其活動(dòng)性是隨著基底斷塊活動(dòng)的逐漸穩(wěn)定而趨于停止,如中央斷裂帶發(fā)育的“樹(shù)”形斷層系,南部緩坡帶發(fā)育的“階梯狀”向洼斷層及其衍生斷層。③第三類(lèi)斷層:形成于拗陷期,是在后期走滑應(yīng)力下形成的陡立斷層,主要發(fā)育在洼陷東南隆起上。

圖9 西江主洼斷層發(fā)育情況

并非所有斷層都可作為油氣縱向輸導(dǎo)的“梯”。西江主洼的3類(lèi)斷層中,真正發(fā)揮輸導(dǎo)作用的當(dāng)屬南部緩坡帶的第一類(lèi)斷層,該類(lèi)斷層斷距大、縱向溝通層位多、后期持續(xù)活動(dòng),因而能夠?qū)⑸顚佑蜌廨攲?dǎo)到中淺層。相對(duì)而言,北部陡坡帶發(fā)育的第一類(lèi)斷層雖然也同樣具有輸導(dǎo)能力,但由于洼陷內(nèi)向北運(yùn)移的油氣十分有限,所以空有其“梯”卻無(wú)法發(fā)揮作用。第二類(lèi)斷層雖然部分為油源斷層,但由于后期停止活動(dòng),縱向斷距不大,所以也不利于油氣垂向運(yùn)移。第三類(lèi)斷層遠(yuǎn)離洼陷,對(duì)油氣運(yùn)移基本不起作用。

3 油氣運(yùn)聚模式

西江主洼油氣運(yùn)聚主要受“勢(shì)”、“路”、“梯”三大因素的控制,三者在空間上的組合關(guān)系決定了西江主洼不同構(gòu)造帶具有不同的油氣運(yùn)聚模式。

3.1 “勢(shì)-路”二元主控模式——中央隆起模式

中央隆起位于西江主洼中央斷裂帶東側(cè)靠近洼陷內(nèi)部,以西江28-3構(gòu)造為代表(圖1),T80界面附近發(fā)育的三角洲砂體從該隆起一直延伸到洼陷內(nèi)部(圖7)。文昌組烴源巖生成的油氣首先直接進(jìn)入T80界面附近砂體,然后在構(gòu)造趨勢(shì)下經(jīng)過(guò)短距離橫向運(yùn)移至西江28-3構(gòu)造,并在恩平組厚層泥巖封堵下聚集成藏(圖10)。XJ28-3-X井鉆探證實(shí),中央隆起帶恩平組以上圈閉沒(méi)有油氣發(fā)現(xiàn),表明恩平組厚層泥巖蓋層有效地阻擋了油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移,所以其深層是獲得突破的關(guān)鍵。

3.2 “勢(shì)-路-梯”三元主控模式——東南隆起模式

東南隆起是南部隆起帶向東北方向的延伸部分,低于南部隆起而高于中央隆起(圖1),T80界面附近發(fā)育的三角洲砂體就是從該隆起處進(jìn)入西江主洼的(圖7)。文昌組烴源巖生成的油氣首先進(jìn)入其上T80界面附近的砂體中,然后在恩平組泥巖蓋層的遮擋下沿砂體先向東運(yùn)移,繼而沿砂體向東南隆起運(yùn)移。當(dāng)油氣運(yùn)移至東南隆起時(shí),由于恩平組泥巖蓋層的減薄及第一類(lèi)斷層的縱向溝通,除了在恩平組底部聚集成藏外,部分還會(huì)沿?cái)鄬永^續(xù)向上運(yùn)移,并在珠海組和珠江組的圈閉中聚集成藏(圖11)。東南隆起上具有代表性的構(gòu)造是西江34-1構(gòu)造,該構(gòu)造是西江主洼目前尚未鉆探的最大目標(biāo),運(yùn)聚分析表明其中深層具有很好的勘探潛力。

圖10 西江主洼中央隆起油氣運(yùn)聚模式

圖11 西江主洼東南隆起油氣運(yùn)聚模式

3.3 “勢(shì)-梯”二元主控模式——南部隆起模式

南部隆起是西江主洼周緣最大、也是最高的隆起(圖1),文昌組和恩平組均在該隆起上尖滅。雖然在該隆起前端T80界面附近缺少深入烴源巖內(nèi)部的砂體(圖7),但“臺(tái)階”式基底使得烴源巖在側(cè)向上與文昌組底部砂體接觸,因此油氣可以沿基底逐階向隆起運(yùn)移。當(dāng)油氣運(yùn)移到緩坡中部時(shí),由于恩平組泥巖蓋層的減薄或缺失,部分油氣便會(huì)沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移,并在珠海組和珠江組局部泥巖的遮擋下呈發(fā)散狀向南運(yùn)移,最終在隆起高部位局部泥巖的遮擋下形成多層聚集(圖12)。

圖12 西江主洼南部隆起油氣運(yùn)聚模式

目前,該隆起上已鉆4口探井,其中ZHU-Y井在珠江組下段和上段分別發(fā)現(xiàn)了一個(gè)薄油層;XJ34-3-X井在珠海組上部發(fā)現(xiàn)了2個(gè)薄油層;PY3-1-X井在珠海組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)4.6 m厚的油層。鉆探結(jié)果證實(shí)了該模式的有效性。

4 結(jié)論

1)西江主洼古近紀(jì)經(jīng)歷了兩幕裂陷作用,形成了2個(gè)完整的沉積旋回。其中,裂陷I幕沉積了洼陷內(nèi)最重要的文昌組半深湖—深湖相烴源巖,裂陷末期在T80界面附近發(fā)育了連續(xù)分布的輸導(dǎo)砂體;裂陷II幕沉積了洼陷深層分布最廣的恩平組泥巖蓋層。

2)在“勢(shì)”(構(gòu)造趨勢(shì)、烴源巖產(chǎn)狀和水動(dòng)力)、“路”(T80界面附近的砂體)和“梯”(南部緩坡發(fā)育的第一類(lèi)斷層)三大主控因素的控制下,西江主洼油氣主要向洼陷長(zhǎng)軸以南運(yùn)移。

3)三大主控因素的空間匹配關(guān)系導(dǎo)致西江主洼發(fā)育3種油氣運(yùn)聚模式,即“勢(shì)-路”二元主控模式——中央隆起模式、“勢(shì)-路-梯”三元主控模式——東南隆起模式和“勢(shì)-梯”二元主控模式——南部隆起模式。其中,中央隆起的深層、東南隆起的中深層以及南部隆起的中層均具有很好的勘探潛力。

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Main control factors and models of hydrocarbon migration-accumulation in Xijiang major sag, Pearl River Mouth basin

Zhu Wenqi Liang Jianshe Guo Gang Ding Liang Hao Jianrong Yu Kaiping
(CNOOC Research Institute,Beijing,100028)

Xijiang major sag in Pearl River Mouth basin is a typical Paleogene half-graben-like rift with“south faulting and north overlapping”,in which there is a binary configuration with“l(fā)ower faulting and upper sagging”.In this major sag, two rifting episodes developed in Paleogene,forming two complete sedimentary cycles.The most important source rock in the major sag deposited during Rifting EpisodeⅠ(the deposition period of Wenchang Formation),and a seal of regional mudstone formed during Rifting EpisodeⅡ(the deposition period of Enpinng Formation),with the latter being crucial for the deep zones.Due to the impacts of three main control factors,i.e.“potential”,“pathway”and“l(fā)adder”,the generated hydrocarbon tends to migrate and accumulate towards the south of the long axis of Xijiang major sag.Different spatial combination modes of the three factors have resulted in three types of hydrocarbon migration-accumulation models:the central uplift model predominated by binary controls of“potential”and“pathway”;the southeast uplift model predominated by ternary controls of“potential”,“road”and“l(fā)adder”;and the south uplift model predominated by binary controls of“potential”and“l(fā)adder”.A comprehensive analysis indicates that the deep zone in the central uplift,the middle-deep zone in the southeast uplift and the middle zone in the south uplift are good in hydrocarbon exploration potential.

structure-sedimentation characteristics; main control factors;hydrocarbon migration;hydrocarbon migration-accumulation model;Xijiang major sag;Pearl River Mouth basin

2014-04-28改回日期:2014-06-24

(編輯:張喜林)

*“十二五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“近海富烴凹陷資源潛力再評(píng)價(jià)和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向(編號(hào):2011ZX05023-001)”部分研究成果。

朱文奇,男,工程師,碩士,主要從事中國(guó)近海新區(qū)新領(lǐng)域油氣勘探研究工作。地址:北京市朝陽(yáng)區(qū)太陽(yáng)宮南街6號(hào)院(郵編:100028)。電話:010-84524009。E-mail:zhuwq3@cnooc.com.cn。