瓊東南盆地樂東、陵水凹陷中新統(tǒng)巖性地層圈閉成藏條件*

范彩偉 李緒深 劉 昆 譚建財 宋 鵬 李 虎

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

瓊東南盆地樂東、陵水凹陷中新統(tǒng)巖性地層圈閉成藏條件*

范彩偉 李緒深 劉 昆 譚建財 宋 鵬 李 虎

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

區(qū)域構(gòu)造-沉積背景分析及大面積三維地震資料處理結(jié)果表明，漸新世早期受紅河斷裂走滑側(cè)翼拉分作用，瓊東南盆地樂東、陵水凹陷形成了大規(guī)模的崖城組海陸過渡—半封閉淺海相烴源巖。該區(qū)主要勘探目的層系為中新統(tǒng)深水沉積儲層，其中，上中新統(tǒng)黃流組軸向水道分為海南隆起水系提供主要物源的早期水道和昆嵩隆起秋盆河提供主要物源的晚期水道，2期水道砂巖具有不同的空間展布規(guī)律和沉積形態(tài)；中中新統(tǒng)梅山組坡控海底扇受物源和古地形影響發(fā)育斜坡水道型、盆底扇型和底流改造型等3種沉積樣式，不同沉積樣式控制不同的儲層沉積和物性特征。這2種類型深水儲集體在沉積和差異沉降作用下形成4種類型巖性地層圈閉，其下伏深部地層由于水熱和生烴增壓作用而形成區(qū)域范圍的裂隙網(wǎng)絡(luò)，從而溝通了深部烴源巖地層，使天然氣在超壓和浮力作用下運移到中新統(tǒng)巖性地層圈閉富集成藏。

瓊東南盆地；樂東凹陷；陵水凹陷；軸向水道；海底扇；巖性地層圈閉；超壓驅(qū)動；裂隙運移

樂東、陵水凹陷是瓊東南盆地規(guī)模最大的2個凹陷，具有地層埋深大、沉積厚度大、高溫超壓的特點[1-2]。長期以來這2個凹陷的勘探潛力未被看好，主要原因為：一是受地震資料限制，下漸新統(tǒng)崖城組(烴源巖)資源潛力存在較大不確定性；二是大部分地區(qū)新近紀(jì)斷裂活動微弱或不活動，油氣垂向運移的通道及效率風(fēng)險大；三是由于缺乏鉆井和三維地震資料支持，中新統(tǒng)砂巖儲層的物源、形成機制、主控因素、分布及空間演化規(guī)律認(rèn)識爭議較大[3-6]。

近年來，大面積三維地震采集及處理技術(shù)應(yīng)用(包括坡折帶地區(qū)大范圍疊前深度偏移技術(shù)的應(yīng)用)為該區(qū)崖城組烴源巖的識別和評價奠定了良好的資料基礎(chǔ)，使得利用地震沉積學(xué)對中新統(tǒng)沉積古地貌的描述及對沉積單元的刻畫成為可能，并且高分辨率電測成像測井技術(shù)可以很好地反映地層沉積結(jié)構(gòu)并用于研究儲層沉積環(huán)境。此外，通過大面積三維地震速度基礎(chǔ)上的壓力和成藏關(guān)系研究，認(rèn)為該區(qū)深部的壓力箱在持續(xù)的增壓作用下造成地層破裂形成裂隙帶，油氣在超壓驅(qū)動下通過裂隙網(wǎng)絡(luò)垂向運移到中新統(tǒng)儲集體富集成藏。這些研究成果與認(rèn)識在一定程度上解決了該區(qū)天然氣從烴源到圈閉的成藏機制問題，并且指導(dǎo)該區(qū)天然氣勘探獲得了成功。

1 構(gòu)造背景和資源潛力

樂東、陵水凹陷位于瓊東南盆地西南部，其中樂東凹陷呈南北向?qū)挕|西向窄的不規(guī)則方形，陵水凹陷呈西部寬、東部窄的不規(guī)則梯形(圖1)。早期樂東凹陷主要呈雙斷地塹式結(jié)構(gòu)，西部南北向最大伸展距離達(dá)到138 km，陵水凹陷東部最窄處南北向伸展量只有20 km左右，北部的邊界斷層分段活動、斷距較小，南部的邊界斷層斷距較大。早期陵水凹陷中西部表現(xiàn)為雙斷地塹式結(jié)構(gòu)，而東部為北斷南超的緩坡斷階型半地塹特征。這種凹陷結(jié)構(gòu)伸展量的明顯不平衡反映2個凹陷在東西部構(gòu)造應(yīng)力存在不同，西部受漸新世早期紅河斷裂(1號斷裂)的走滑拉伸作用而具有更大的伸展量，這一時期是區(qū)域烴源巖發(fā)育的重要時期，因此預(yù)示著樂東凹陷比陵水凹陷發(fā)育更厚、更大面積的烴源巖。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造綱要

目前研究區(qū)沒有探井鉆遇漸新統(tǒng)及更深的地層，上中新統(tǒng)黃流組儲層中天然氣以烴類為主，甲烷占絕對優(yōu)勢(含量>90%)，C2+含量低，干燥系數(shù)大于0.9，表現(xiàn)為干氣特征；烴氣碳同位素-40‰>δ13C1>-34‰、-26‰>δ13C2>-22‰,氣體組分特征及δ13C1和δ13C2同位素值與鄰近的崖南凹陷崖城13-1氣田氣樣組分相似[7]，反映其氣源同樣主要來自崖城組煤系。近年連片的三維地震采集處理和有效的重處理技術(shù)為重新認(rèn)識研究區(qū)地層層序奠定了很好的基礎(chǔ)，地震地層對比表明樂東、陵水凹陷發(fā)育巨厚的下漸新統(tǒng)崖城組，而始新統(tǒng)僅分布于控凹斷裂附近的局限地區(qū)；并且南北向?qū)Ρ妊卤薄⒀履虾蜆窎|凹陷地層結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)始新統(tǒng)向南沉積規(guī)模變小，而崖城組向南逐漸變厚，反映漸新世盆地西區(qū)凹陷伸展具有向南接替的規(guī)律。這一認(rèn)識與先前認(rèn)為這2個凹陷始新統(tǒng)與崖城組以大規(guī)模淺海沉積環(huán)境為主的觀點[8-9]有很大的不同。

研究表明，樂東、陵水凹陷崖城組厚度橫向分布較穩(wěn)定，有多個不明顯的沉積中心，反映沉積期地勢整體較平穩(wěn)，這種古地貌有利于形成海陸交互相沉積環(huán)境并發(fā)育煤系，其中淺海沉積主要在凹陷中央呈長條形分布，這種較封閉的淺海環(huán)境也有利于富集高豐度有機質(zhì)。據(jù)估算，樂東凹陷崖城組厚度超過2 000 m的范圍超過5 300 km2， 而陵水凹陷相同厚度的崖城組面積約3 900 km2。鉆井揭示鄰區(qū)崖南凹陷崖城組的煤巖TOC值平均約為20%，碳質(zhì)泥巖的TOC值平均約為5%。這些凹陷中崖城組烴源巖干酪根類型均為Ⅲ型，以產(chǎn)氣為主，且隨著熱演化可長期持續(xù)生烴，加上厚層和分布范圍大，在一定程度上彌補了煤系薄互層的不足。

2 中新統(tǒng)砂巖儲層沉積特征

2.1 黃流組軸向水道

上中新統(tǒng)黃流期軸向水道在整個盆地中央均有分布，其中早期水道分布于樂東凹陷北部，晚期水道分布于樂東凹陷東部，并貫穿整個陵水凹陷及以東地區(qū)。

研究表明，黃流組軸向水道來自多個物源體系[10-16]，其中早期水道主要來自海南隆起西、南部水系，晚期昆嵩隆起中部秋盆河物源占主導(dǎo)地位。早期水道規(guī)模較小、彎度較大，數(shù)量多且相互切割頻繁，水道內(nèi)砂體平面分布不穩(wěn)定；早期水道主要發(fā)育在黃流組底部，由于當(dāng)時斜坡較為平緩，重力流侵蝕下切作用不強，因此造成水道橫向擺動較為頻繁，水道向東集中匯聚。晚期水道規(guī)模大，匯聚為一條中央峽谷，形態(tài)較為平直，反映地勢西高東低且坡度較大；西側(cè)昆嵩隆起中部秋盆河提供的陸源碎屑沉積物在樂東凹陷堆積并向東推進，充足的物源供應(yīng)加大了盆地西高東低的地形坡度，也有助于重力流的侵蝕下切作用加速進行。分析認(rèn)為，充足的物源和較陡的地形有利于平直且深大限制性峽谷的形成，限制性地形進一步使峽谷多次下切，峽谷規(guī)模越來越大、彎度越來越小，這種大規(guī)模的侵蝕作用直到海侵范圍擴大到一定程度才停止，并轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮艹练e；這種大規(guī)模負(fù)地形有利于峽谷內(nèi)多期砂巖垂向疊置，最終砂巖的累計厚度超過400 m。

樂東、陵水凹陷黃流組2期軸向水道均以大套灰色塊狀細(xì)砂巖為主(圖2)，伽馬測井曲線整體上以平滑-低幅齒化箱形為主，泥質(zhì)含量普遍小于10%，反映古水體能量較強。砂巖單層厚度比較穩(wěn)定，鉆遇的最大厚度50 m，一般為20～30 m；石英含量平均約為70%，成分成熟度較高，分選中等—好，磨圓次棱—次圓，自西向東成分成熟度變高。水道粒度概率曲線表現(xiàn)為兩段式，C-M圖取樣點部分平行于C-M線，除了反映其較強的沉積水動力條件外，也說明沉積過程中受底流(內(nèi)潮汐)作用的影響明顯。巖心觀察見包卷層理、負(fù)載構(gòu)造、鮑馬序列、底沖刷等沉積構(gòu)造，成像測井見塊狀層理、遞變層理、包卷層理、負(fù)載構(gòu)造等，反映重力流沉積成因。另外，水道也多見波狀層理、脈狀層理、雙向交錯層理、低角度層理等沉積結(jié)構(gòu)，特別是見雙向水流作用的雙泥巖紋層，反映水道砂巖沉積受內(nèi)潮汐等底流改造作用?？傊?，研究區(qū)黃流組軸向水道內(nèi)沉積充填既有重力流沉積作用，也有內(nèi)潮汐底流作用，并且早期水道內(nèi)潮汐作用明顯，晚期水道主要以重力流成因為主。這種改造作用使得泥質(zhì)被大量沖刷淘洗掉，儲層平均滲透率約為30 mD，與一般的重力流沉積儲層相比具有泥質(zhì)含量低、砂巖干凈的特點。

圖2 樂東、陵水凹陷黃流組軸向水道沉積特征

2.2 梅山組坡控海底扇

已有的鉆井揭示樂東、陵水凹陷梅山組沉積物源主要來自海南隆起的五指山西南寧遠(yuǎn)河、陵水河水系，分析認(rèn)為區(qū)域海平面在13.8 Ma附近大幅度下降，這些水系攜帶的陸源碎屑越過北部陸架區(qū)，從樂東、陵水凹陷的北部坡折帶注入，形成重力流海底扇沉積。另外，樂東凹陷西南斜坡也可能提供部分物源，但還缺乏地震等基礎(chǔ)資料的支持，需要進一步研究。

受陸架邊緣三角洲位置、海平面下降持續(xù)時間、海底古地貌(位置)、底流改造作用等影響，樂東、陵水凹陷梅山組海底扇復(fù)合體表現(xiàn)為沉積樣式(類型)較多、平面形態(tài)差異較大的特征，不同的沉積樣式最終決定這些海底扇的儲層規(guī)模和物性特征。按照海底扇發(fā)育的位置、沉積形態(tài)和特征，將研究區(qū)梅山組海底扇分為3種類型(圖3、4)。

1) 斜坡水道化型：主要發(fā)育在斜坡或坡腳地勢較陡的位置，是海底扇發(fā)育較早的產(chǎn)物，沉積中心橫向遷移變化頻繁，造成砂體垂向厚度相對較薄(單層

普遍小于40 m)。主水道具有窄、直的平面形態(tài)，很少發(fā)育分支水道；由于主水道橫向變遷快，沉積時期相對較短，砂體主要呈長條形分布；主水道垂向下切幅度普遍較小，前緣舌狀體主要以長條形為主，面積較小。沉積單元可分為水道主體、水道邊緣和前緣舌狀體，由于斜坡區(qū)坡度相對較大，坡腳地區(qū)經(jīng)常有滑塌沉積侵入或改造，儲層泥質(zhì)含量普遍較高，以粉砂巖為主；“干凈”的粉細(xì)砂巖儲層主要集中于水道主體，水道主體單元伽馬測井曲線呈微齒化箱形，發(fā)育平行、遞變層理，底部見沖刷面。

圖3 樂東、陵水凹陷梅山組海底扇分布及類型

圖4 樂東、陵水凹陷梅山組海底扇分類及特征

2) 盆底扇型：由于差異沉降作用，瓊東南盆地在中新世并未形成典型的海底平原，而在樂東、陵水凹陷從坡腳到凹陷中心區(qū)域存在多個地勢開闊的低洼區(qū)，有利于形成穩(wěn)定的海底扇疊置沉積，具有經(jīng)典的扇狀外形，沉積單元可分為內(nèi)扇供給水道、分支水道、漫溢-天然堤和前緣朵葉體等。供給水道發(fā)育在坡腳，呈北西—南東向展布，形態(tài)直而短，延伸長度約10 km，寬度約1 km，兩期水道在末端匯聚而呈疊置特征，反映沉積中心穩(wěn)定，地震反射具有中—強振幅、同相軸連續(xù)性好的特征；供給水道與下伏地層存在明顯“V”形下切面，水道邊緣天然堤不發(fā)育，鉆井揭示水道內(nèi)充填物為中—粗砂巖，分選較差，伽馬測井曲線呈箱形。

3) 底流改造型：分布在樂東、陵水凹陷中心低洼區(qū)，也是盆地中央位置，是盆底扇型海底扇遠(yuǎn)端部分，但并不是遠(yuǎn)端朵葉體，因為砂體在平面上沿著盆地長軸呈長條形分布，與盆底扇型海底扇物源方向基本呈垂直關(guān)系，砂體厚度與相鄰的盆底扇厚度對比突然減薄(近1/2)，砂體底界面可見低幅的下切特征。上述這些特征均說明在盆地中央底部存在與坡折帶平行的底流作用，推測在梅山組沉積晚期樂東、陵水凹陷中央低洼區(qū)內(nèi)潮汐等底流開始作用，這可能是軸向水道雛形的開始，這種經(jīng)過底流改造再搬運沉積的砂體的分選性、均質(zhì)性、滲透性都是在3種海底扇類型中最優(yōu)的。鉆井、測井及地震資料證實，底流改造型海底扇伽馬曲線為箱形，主要發(fā)育塊狀層理，以細(xì)砂巖為主，砂體厚度大，分選較好，平面上呈長條狀分布，水道下切侵蝕作用弱，中—強振幅地震反射。

3 中新統(tǒng)巖性地層圈閉類型

黃流組軸向水道和梅山組海底扇通過沉積和構(gòu)造差異沉降作用形成了4種巖性地層圈閉類型(圖5)，其中沉積作用在圈閉形成過程中起主要作用，其具體的表現(xiàn)方式是沉積尖滅和沖刷侵蝕作用。

黃流組早期水道遷移變化快，廢棄水道易形成砂巖尖滅型圈閉(圖5a)；而晚期水道由于峽谷限制性地形，峽谷內(nèi)的晚期水動力搬運作用易對早期沉積砂巖侵蝕改造，形成似砂壩或似背斜型圈閉(圖5b)；在洼隆相間沉積的下伏深部地層受差異沉降作用，在中新統(tǒng)形成一系列寬緩的鼻狀構(gòu)造，這些鼻狀構(gòu)造走向整體由北向南或由南向北伸入凹陷中央，與東西走向長條形展布的水道砂巖交叉，形成構(gòu)造背景型圈閉(圖5c)。

圖5 樂東、陵水凹陷巖性地層圈閉分類

梅山組海底扇砂層形成圈閉的方式比較單一，主要是沉積尖滅型(圖5d)。由于瓊東南盆地新近紀(jì)整體持續(xù)沉降，后期構(gòu)造差異沉降作用影響圈閉的構(gòu)造高低，上新世—更新世盆地沉降中心逐漸遷移到樂東凹陷，地勢由沉積時期的西高東低轉(zhuǎn)化為現(xiàn)今的西低東高，造成底流改造的海底扇東部尖滅位置成為圈閉高點。

4 超壓驅(qū)動、裂隙運移的成藏模式

除陵水北坡2號斷裂帶晚期(新近紀(jì))再活動外，樂東、陵水凹陷晚期斷裂活動不明顯，該區(qū)油氣運移主要通過超壓驅(qū)動下沿裂隙垂向運移的方式。

高壓對該區(qū)油氣運移起著非常重要的作用。根據(jù)瓊東南盆地已鉆井地層破裂實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)?shù)貙涌紫读黧w壓力系數(shù)大于2.0時，地層開始出現(xiàn)區(qū)域規(guī)模裂隙網(wǎng)絡(luò)(并不是全部)，如圖6所示。在浮力和強超壓驅(qū)動下，該區(qū)深部地層的天然氣(包括二次運移)沿裂隙網(wǎng)絡(luò)運移，而且這種運移過程是持續(xù)的，因為樂東、陵水凹陷在10.5 Ma后地層壓力持續(xù)增加，這種壓力加強作用可以持續(xù)到裂隙開啟。此外，在構(gòu)造差異沉降明顯的地區(qū)，由于地層發(fā)生撓曲也會產(chǎn)生破裂，裂隙發(fā)育密度會更大；同時這些地區(qū)也容易形成構(gòu)造背景上的巖性地層圈閉，因此是油氣勘探的重點地區(qū)之一。目前該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的LS25氣田就是發(fā)育在陵南低凸起伸入樂東凹陷的鼻狀構(gòu)造背景上的大氣田，鉆探結(jié)果已證實該氣田下部地層發(fā)育大量的裂隙(圖7)。

圖6 樂東、陵水凹陷高壓裂隙與巖性地層圈閉關(guān)系

圖7 陵水凹陷LS25氣田下部地層沿層最正曲率

5 結(jié)論

受漸新世早期紅河斷裂側(cè)翼拉分作用，瓊東南盆地樂東、陵水凹陷下漸新統(tǒng)崖城組海陸過渡相和半封閉淺海相烴源巖大規(guī)模發(fā)育，資源潛力巨大。該區(qū)在中新世中晚期陸源碎屑供給充分，發(fā)育上中新統(tǒng)黃流組軸向水道砂巖和中中新統(tǒng)梅山組海底扇砂巖2類儲集體，并在沉積和差異沉降作用下形成4類巖性地層圈閉。這些圈閉深部地層由于水熱和生烴增壓作用形成區(qū)域范圍的裂隙網(wǎng)絡(luò)，溝通深部烴源巖地層，天然氣在超壓和浮力作用下運移到中新統(tǒng)巖性地層圈閉富集成藏。

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(編輯：張喜林)

Hydrocarbon accumulation condition of Miocene litho-stratigraphic trap in Ledong & Lingshui sags,Qiongdongnan basin

Fan Caiwei Li Xushen Liu Kun Tan Jiancai Song Peng Li Hu

(ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

Regional tectonic-sedimentary background analysis and large-area 3D seismic interpretation results show that large scale marine-continental transitional facies and half closed marine facies source rocks of Yacheng Formation develop in Ledong & Lingshui sags due to the Red River flank strike-slip pull-apart fault in Early Oligocene. The main objective exploration strata in this area are deep water deposited reservoir during the Miocene. Upper Miocene Huangliu reservoir is axial channel sandstone, which is composed of the early channel whose source is provided by river system of Hainan uplift and the late channel whose source is mainly from ancient Qiupen River of Kunsong uplift, and both axial channels exhibit different spatial distribution patterns and deposit morphologies. Slope break-control submarine fan of Meishan Formation is influenced by provenance and palaeotopography in Middle Miocene, which can be divided into such three types as slope channelled fan, basin floor fan and bottom current reworked fan, and different fan deposited styles have different sedimentary and physical properties. These two kinds of reservoirs can form four types of litho-stratigraphic traps under sedimentation and differential settlement. Regional fracture networks in the deep formation caused by over-pressure of hydrothermal processes and hydrocarbon generation can connect deep source rock, so gas is driven by overpressure and buoyancy force to migrate into the Miocene litho-stratigraphic trap to accumulate and form pool.

Qiongdongnan basin; Ledong sag; Lingshui sag; axial channel; submarine fan; litho-stratigraphic trap; overpressure drive; fracture migration

范彩偉，男，高級工程師，1998年畢業(yè)于原石油大學(xué)(華東)，獲學(xué)士學(xué)位，主要從事鶯-瓊盆地油氣地質(zhì)勘探研究工作。地址：廣東省湛江市坡頭區(qū)22號信箱(郵編：524057)。E-mail：fancw@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)02-0053-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.006

TE122.3+22 ；P618.130.2+4

A

2015-09-26 改回日期：2015-12-01

*“十二五”國家科技重大專項“鶯瓊盆地高溫高壓天然氣成藏主控因素及勘探方向(編號:2011ZX05023-004)”部分研究成果。

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Fan Caiwei,Li Xushen,Liu Kun,et al.Hydrocarbon accumulation condition of Miocene litho-stratigraphic trap in Ledong & Lingshui sags,Qiongdongnan basin[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(2):53-59.