瓊東南盆地深水區(qū)源—儲共控的天然氣成藏模式

甘 軍，張迎朝，楊希冰，羅 威，熊小峰，李 興，梁 剛

中海石油（中國）有限公司 湛江分公司，湛江 524057

瓊東南盆地位于南海北部大陸架西部，是發(fā)育在中生代結晶基底之上的新生代被動大陸邊緣斷陷盆地。目前按國際上通用的300 m水深線為界劃分深水區(qū)和淺水區(qū)（朱偉林，2009），盆地東南部主體現(xiàn)今均處于深水區(qū)，主要包括中央坳陷和南部隆起兩個一級構造單元。深水區(qū)可以分為東西兩部分，西區(qū)包括樂東凹陷、陵水凹陷、陵南低凸起、北礁凹陷四個二級構造單元，東區(qū)包括松南低凸起、松南—寶島凹陷、長昌凹陷、北礁凸起四個二級構造單元（圖1）。瓊東南盆地在結構上整體表現(xiàn)為下斷上坳型，經歷了中生代碰撞造山、古近紀斷陷期和新近紀坳陷期等三個階段（張迎朝等，2017；施和生等，2019）。在中生代，凸起區(qū)沿北西、北東斷裂帶主要發(fā)育印支期、燕山期花崗巖；到了始新世—漸新世時期，沉積環(huán)境由湖相逐漸向障壁海灣及淺海相轉變，其中早期的崖城組以海陸過渡相、濱淺海相為主，晚期的陵水組海侵作用增強，以淺海相為主。中新世以來，盆地進入坳陷階段，屬于裂后熱沉降期和加速沉降期，發(fā)育半深?！詈３练e，陸架、陸坡體系逐漸形成（圖2）。

圖1 瓊東南盆地構造區(qū)劃示意圖Fig. 1 Structure division sketch map in the Qiongdongnan basin

圖2 瓊東南盆地構造—沉積充填演化圖Fig. 2 Structural-sedimentary filling evolution map of Qiongdongnan Basin

瓊東南盆地的深水區(qū)天然氣成藏研究前人已做過很多工作。在烴源巖研究方面，通過鉆獲的油氣地化特征、與淺水烴源巖資料對比，認為瓊東南盆地深水區(qū)發(fā)育漸新統(tǒng)崖城組海陸過渡相煤系和陸源海相烴源巖（黃保家等, 2012, 2014；李友川等,2013； 戴娜等, 2015；梁剛等, 2015；徐新德等,2016； 李增學等, 2018）。在油氣運移方面，深水區(qū)除了峽谷氣田的底辟垂向運聚模式外（甘軍等，2018），近期勘探實踐又證實了松南低凸起中生界潛山長距離的側向運聚模式（張迎朝等，2019）。但對海相優(yōu)質烴源巖的發(fā)育環(huán)境、天然氣運移過程及凸起區(qū)長距離側向運移的機制還不甚明了，這些問題制約著深水區(qū)的勘探突破。渤海海域的勘探實踐證實，渤中凹陷古近系的烴源—儲層（含古潛山）空間配置及正向構造背景是形成多個大中型油氣田的關鍵因素（薛永安等，2016），瓊東南盆地深水區(qū)油氣地質特征與渤中凹陷類似，兩者主力烴源巖均形成于新生代裂陷期，并處于地殼減薄的高熱流值帶上，具備形成大型氣田的豐富物質基礎，發(fā)育古近系裂陷階段和裂后新近系坳陷階段兩套成藏組合（何仕斌等，2001）。因此古近系烴源—儲層的沉積環(huán)境及構造背景是深水區(qū)勘探研究的重點方向。

1 漸新統(tǒng)烴源巖—儲層發(fā)育的沉積模式及主控因素

1.1 烴源巖—儲層發(fā)育的沉積模式

瓊東南盆地早漸新世斷—坳陷轉換階段，受控于差異構造沉降，形成隆凹相間古地貌，隆起、凸起區(qū)以河流、三角洲沉積體系為主。該時期為亞熱帶濕暖氣候，河流—三角洲可攜帶盆地邊緣隆起區(qū)大量高等植物碎屑及營養(yǎng)物質到淺海區(qū)（圖3），在淺海區(qū)水體分層促使陸源有機質和低等水生生物以共生的形式存在并埋藏保存，形成以Ⅲ型干酪根為主、混有部分Ⅱ2型干酪根的沉積有機質（鄧運華，2010; 甘軍等， 2019）。根據(jù)陸源海相烴源巖沉積模式分析，有機質豐度大于1%、氫指數(shù)大于200×10-3TOC且埋藏深度大的優(yōu)質海相烴源巖主要分布在三角洲前端（圖3）。

圖3 松南低凸起及周緣崖城組沉積相平面圖Fig. 3 sedimentary facies map of Yacheng formation, Songnan Sag

深水區(qū)發(fā)現(xiàn)的L17氣田、Y8-1氣田證實，隆起/凸起區(qū)陸源高等植物形成的有機質，經崖城組三角洲搬運入海、異地擴散至淺海再埋藏保存，可以形成中—好的陸源海相烴源巖，這類烴源巖雖然有機質豐度雖然不如煤系地層高，但具有厚度大、埋深大的優(yōu)勢，而且與同期發(fā)育的三角洲前緣砂體直接大面積接觸，由于烴源巖與儲層的孔喉半徑是數(shù)量級的差別，在二者界面能差的驅動下利于發(fā)生大規(guī)模排烴（初次運移）。因此崖城組三角洲的分布及其規(guī)模決定了烴源巖的生排烴及成藏規(guī)模。

構造—沉積演化分析表明，瓊東南盆地②號斷裂在始新世—早漸新世持續(xù)活動，導致松南低凸起、陵南低凸起斷塊旋轉翹傾及持續(xù)隆升，為凸起周緣提供了長期穩(wěn)定的物源供給（周杰等，2019）。NE向斷裂形成的斷槽及侵蝕溝谷為崖城組大量碎屑物質向凹陷的匯聚及推進提供了有利的輸砂通道，形成了兩種三角洲發(fā)育模式（圖4）： “侵蝕型”溝谷和“斷槽型”溝谷及其形成的三角洲?？碧綄嵺`證實，松南低凸起Y8-1附近“斷槽型”溝谷形成的NE向三角洲儲層厚度大，向凹延伸遠，可作為良好的砂巖輸導體。晚漸新世—早中新世隨著海平面上升，凸起范圍縮小，供砂量也逐漸減小，僅在凸起周緣局部發(fā)育小型的扇三角洲或海底扇。

圖4 松南低凸起崖城組三角洲儲層發(fā)育模式Fig. 4 Development model of delta reservoirs in Yacheng formation, Songnan Sag

1.2 烴源巖—儲層差異成巖熱演化

瓊東南盆地深水區(qū)基底熱流研究成果表明，深水西區(qū)熱流分布在65～85 mW/m2，深水東區(qū)熱流分布在85～105 mW/m2。已鉆井分析顯示深水區(qū)從西到東，生烴門限逐漸變淺，主要與東區(qū)深部地幔熱流上升影響加大有關（王良書等, 1989; Wang et al.,2014; 施小斌等, 2015; 甘軍等, 2019）。影響崖城組烴源巖—儲層成巖熱演化除溫度、熱流因素外，沉積地層結構也是一個關鍵因素，深水東西區(qū)在中中新世以前沉積地層厚度差異小，沒有明顯差別；中中新世以后中央坳陷從西到東，拉張量增大而物源供應減少（Zhao et al., 2015; 張迎朝等, 2019），梅山組—樂東組地層厚度逐漸減薄，對烴源巖—儲層熱演化有顯著影響。

受早中新世以來盆地東西區(qū)差異構造—沉積充填演化及平面上古水深變化的控制，中央拗陷的樂東、陵水凹陷及松南凹陷，凹陷主體（凹陷中心及南斜坡）位于深水區(qū)，北斜坡位于淺水區(qū)，凹陷結構表現(xiàn)為古近系、新近系均厚的特點。由于中中新世以后地層快速沉積、厚度大，造成崖城組烴源巖持續(xù)快速深埋，扣除水深后凹陷中心普遍埋深近10000 m，烴源巖現(xiàn)今成熟度整體達到高成熟—過成熟（Tissot, 1987），位于凹陷南斜坡、現(xiàn)今達到大量生氣階段的優(yōu)質海相烴源巖（Ro≥1.3%）主要分布在崖城組三角洲前端；這些三角洲儲層物源主要來自松南低凸起、陵南低凸起，由于處于深水區(qū)，扣除水深后三角洲砂巖實際埋深僅500～2000 m左右，成巖作用弱，以中高孔為主，輸導油氣的能力強（Stricker et al., 2016）。而樂東、陵水凹陷及松南凹陷北坡是受②號斷裂控制的陡坡，崖城組主要發(fā)育扇三角洲和濱海砂巖，由于崖城組砂巖實際埋深普遍達3000～4000 m，成巖作用強，以低孔為主，輸導油氣能力弱（圖5）。

圖5 瓊東南盆地凹陷結構圖Fig. 5 Structural map of depression in Qiongdongnan Basin

2 天然氣成藏模式與有利勘探方向

2.1 中央峽谷氣田成藏過程再認識

目前中央峽谷天然氣成藏的認識主要是高壓底辟垂向運移+峽谷水道側向運移模式，即在凹陷深部熱流體和高壓作用下，在構造應力集中釋放區(qū)形成底辟，底辟連通了崖城組烴源和黃流組水道砂；底辟內部發(fā)育大量的斷裂、裂隙，成為天然氣運移的良好通道。根據(jù)地震相特征可以圈出底辟主要分布在峽谷氣田下方的斜坡上，呈串珠狀分布，單個底辟直徑一般不超過5 km,底辟區(qū)的崖城組海相泥巖生烴量較小，不足以對峽谷大氣田供烴，因此凹陷深部的崖城組烴源巖應該是峽谷大氣田的主要貢獻者。

綜合考慮凹陷熱演化、溫壓場、成巖場差異，提出中央峽谷水道天然氣運移的主控因素。主要包括：①斷裂、底辟；②異常高壓；③砂體；④構造脊。其中前三者主要對油氣二次運移及聚集起關鍵作用，而鄰近陸源海相烴源巖的崖城組三角洲砂體對油氣的初次運移（即排烴）起關鍵作用，中央峽谷充填沉積以黃流組厚層砂巖夾薄層泥巖為主，單層厚度約10～15 m，多層厚度累計上百米，自然伽瑪?shù)入娦蕴卣饕话愠氏錉?，儲層物性極好（孔隙度高達30%以上，滲透率超過600 mD），除去海水埋深一般僅2000～3000 m，成巖作用弱，壓力測試為常壓，其上伏地層鶯歌海組沉積大套半深?！詈Ｄ鄮r發(fā)育弱幅超壓作為蓋層，因此中央峽谷水道砂整體上處于有利的低勢能區(qū)（許懷智等，2014、王振峰等，2016）。重新認識中央峽谷L25氣田的深部構造，發(fā)現(xiàn)氣田下方古近系具有鼻狀構造背景，該鼻狀構造向東南延伸到陵南低凸起。陵南低凸起與松南低凸起一樣也可以作為物源區(qū)，沿北西向斷槽形成較大規(guī)模的崖城組三角州，三角洲砂巖向前推進到凹陷深部，與高成熟陸源海相烴源巖大面積接觸，有利于發(fā)生大規(guī)模的初次運移（圖6）。成熟天然氣在泥巖、砂巖間的界面能差驅動下，進入鄰近的崖城組三角洲砂巖，經砂體側向輸導進入底辟區(qū)，然后再在高壓驅動下垂向運移至中新統(tǒng)峽谷中聚集成藏。

圖6 中央峽谷L25氣田天然氣成藏模式圖Fig. 6 Hydrocarbon accumulation mode of L25 gas field in central canyon

峽谷氣田成藏過程分析表明，深水區(qū)存在兩個有利的勘探新領域：一是峽谷水道下方的梅山組海底扇巖性圈閉，多口鉆井已證實該領域儲層發(fā)育油氣運移活躍,成藏的關鍵是圈閉的有效性。二是陵南低凸起區(qū)的中生界潛山圈閉,該領域發(fā)育有多個構造脊伸入崖城組成熟烴源巖,成藏的關鍵是崖城組三角洲砂巖是否發(fā)育及其與構造脊的匹配關系。

2.2 松南低凸起天然氣側向運移通道及方向

對于深水東區(qū)松南低凸起上發(fā)現(xiàn)的Y8-1氣藏，氣—源對比表明天然氣主要來自其東北部的松南凹陷，油氣運移距離約30 km。松南凹陷為典型的北斷南超的半地塹，南部緩坡及松南低凸起位于深水區(qū)。在崖城組—陵三段沉積時期，該區(qū)“凸凹相間”古地貌、控凹斷層旋轉翹傾及低凸起持續(xù)供源等因素造成三角州砂巖推進到凹陷深部，之后隨著區(qū)域快速海侵，發(fā)育了晚漸新世—第四系厚層淺海、深海泥巖蓋層。松南凹陷南斜坡漸新統(tǒng)砂體分布及其上覆區(qū)域蓋層的存在決定了天然氣能夠發(fā)生大規(guī)模初次運移及遠距離二次運移（圖7）。

圖7 松南低凸起天然氣長距離運聚模式圖Fig. 7 Long-distance migration and accumulation pattern of natural gas in Songnan low uplift

區(qū)域構造分析表明，松南低凸起Y8-1氣藏的北東方向發(fā)育一條構造脊（1號脊）伸向松南凹陷（圖8），該構造脊由反向斷層遮擋而形成，通過典型剖面輸導層與反向斷層一側砂泥對接關系總結出兩種樣式，其一為反向斷層半遮擋成脊（輸導砂層部分與泥巖對接），其二為反向斷層全遮擋成脊（輸導砂層完全與泥巖對接）（圖9），與崖城組三角洲砂巖和上覆區(qū)域蓋層形成北東向的“輸導脊”，該輸導脊可匯聚松南凹陷生成的天然氣，經遠距離運移至Y8區(qū)成藏。同理，Y10-1構造的北側發(fā)育一條伸向寶島凹陷的2號構造脊，也是油氣匯聚的有利指向。

圖8 松南低凸起東北緣崖城組頂面天然氣運移流線圖Fig. 8 Flow-line maps of natural gas migration on the top of Yacheng-top formation in the north-east of Songnan low uplift

圖9 松南低凸起東北緣反向斷層形成的崖城組輸導脊模式圖Fig. 9 Yacheng pathway ridge models caused by antithetic faults in the north-east of Songnan low uplift

3 結論

（1）瓊東南盆地漸新世斷—坳轉換期為凹凸相間的三角洲、濱淺海環(huán)境，松南低凸起、陵南低凸起的持續(xù)翹傾隆升提供了大量碎屑物質，有利于三角洲砂巖及陸源海相烴源巖的發(fā)育，形成了近凹陷斜坡區(qū)崖城組三角洲砂巖與Ⅱ2～Ⅲ型陸源海相優(yōu)質烴源巖（TOC≥1.0%，Ro≥1.3%）的良好時空匹配。

（2）受基底熱流、中中新世以來沉積充填速率及成巖演化等因素的控制，松南凹陷沉積了巨厚的新近系，崖城組烴源巖熱演化程度高，在凹陷東南坡三角洲前端發(fā)育陸源海相優(yōu)質烴源巖；松南低凸起東北緣發(fā)育的崖城組三角洲中高孔砂巖（孔隙度介于10%～30%）成為良好的油氣輸導體。

（3）深水區(qū)已發(fā)現(xiàn)氣藏的成藏過程分析表明，凹中—凸起的崖城組優(yōu)質烴源巖—三角洲砂體大面積接觸是天然氣發(fā)生大規(guī)模初次運移的必要條件，中央坳陷南部斜坡與松南低凸起東北緣具備陸源海相泥巖供烴、崖城組輸導脊匯集油氣、厚層海相泥巖封蓋、側向遠距離運移等有利成藏條件。