西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶圈閉油氣充滿度差異性原因分析*

高偉中 譚思哲 田 超 高順莉 孫 鵬

(中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

東海陸架盆地西湖凹陷是我國近海海域油氣資源較豐富的沉積凹陷之一，凹陷面積大、沉積地層厚度大，具有形成大中型油氣田的良好地質(zhì)條件。近年來在西湖凹陷先后取得了多個油氣大發(fā)現(xiàn)，顯示其具有較大的油氣勘探潛力與良好的油氣勘探前景[1-4]，但西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶上的油氣田貧富不均，差異很大，表現(xiàn)為圈閉的油氣充滿度差別很大，反映了該區(qū)油氣富集規(guī)律及成藏主控因素的復(fù)雜性。對于西湖凹陷油氣成藏主控因素，不同的專家和學(xué)者具有不同的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和意見。熊斌輝 等[5]以背斜充滿度高、斷背斜充滿度低和斷塊未成藏為依據(jù)，認(rèn)為保存條件是西湖凹陷油氣成藏的主控因素，保存條件好的領(lǐng)域是西湖凹陷的勘探方向；單超 等[6]認(rèn)為西湖凹陷西斜坡油氣成藏和富集主要受斷層封堵性、砂體厚度和儲層物性及流體充注歷史的聯(lián)合控制，斷層封堵性控制了油氣藏的含油氣性，砂體厚度和儲層物性制約了油氣層厚度和含油氣飽和度，流體充注歷史決定了油氣藏的現(xiàn)今賦存相態(tài)；李寧 等[7]認(rèn)為油源斷裂活動強(qiáng)度的差異性控制了西湖凹陷氣田區(qū)平面和縱向的總體含油氣面貌，直接蓋層的埋深、厚度及封蓋能力決定了縱向上“上油下氣”的分布格局。

本文在統(tǒng)計(jì)了西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中北部及中部典型氣田氣柱高度及充滿度的基礎(chǔ)上，對烴源巖、儲層、蓋層、圈閉等靜態(tài)成藏要素及油源斷裂活動特征等動態(tài)成藏過程進(jìn)行系統(tǒng)研究，探討圈閉油氣充滿度差異的主控因素和油氣富集規(guī)律，以期降低該地區(qū)油氣勘探風(fēng)險(xiǎn)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地東部，呈NNE走向，長約440 km，寬約70～130 km，面積約5.18×104km2，是中國近海面積最大的沉積凹陷之一，自下而上發(fā)育始新統(tǒng)寶石組、平湖組，漸新統(tǒng)花港組、中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組，上新統(tǒng)三潭組與第四系東海群等地層，主要油氣顯示層位為始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組[8-11]。西湖凹陷東鄰釣魚島隆褶帶，西側(cè)為虎皮礁隆起、海礁隆起和漁山東低隆起，南與釣北凹陷相接，由西往東可依次分為西部斜坡帶、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和東部斷階帶等次級構(gòu)造單元(圖1)，其中中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶是成藏條件最有利的區(qū)帶之一，已發(fā)現(xiàn)多個油氣田和含油氣構(gòu)造，以常規(guī)低滲—特低滲氣藏為主，勘探潛力巨大。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造區(qū)劃Fig .1 Division of tectonic units of Xihu sag

2 油氣藏特征

中央反轉(zhuǎn)帶中部及中北部地區(qū)含油氣層位均為花港組，其中花港組上段有5個砂組，自上而下對應(yīng)H1—H5；花港組下段有7個砂組，自上而下對應(yīng)H6—H12，總體上，H1—H2為區(qū)域性蓋層，H4及以下砂組與其上部泥巖蓋層形成多套有利的儲蓋組合。為了系統(tǒng)分析該區(qū)成藏主控因素，選取了中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中部及中北部地區(qū)成藏靜態(tài)地質(zhì)條件相似的5個構(gòu)造油氣藏進(jìn)行解剖(表1)。

2.1 油氣藏特征

1) A構(gòu)造油氣藏特征。A構(gòu)造位于中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中北部，為較完整的反轉(zhuǎn)背斜,核部發(fā)育多條小型NE向逆斷層;主要?dú)鈱訛榛ǜ劢M上段H3、H4層，孔隙度為11%～13%，絕大部分為低孔低滲儲層，測試均獲得高產(chǎn)，均為常壓層狀邊水氣藏，油氣面積充滿度為56%～60%(表1)。

2) B構(gòu)造油氣藏特征。B構(gòu)造位于中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中北部，為較完整的反轉(zhuǎn)背斜，核部被2條NE向斷層局部復(fù)雜化；主要?dú)鈱訛榛ǜ劢M上段H3、H4層，孔隙度為10%～16%，絕大部分為中低孔低滲—特低滲儲層，均為常壓層狀邊水氣藏，油氣面積充滿度均為100%(表1)。

表1 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶構(gòu)造油氣藏氣柱高度與 油氣充滿度統(tǒng)計(jì)Table 1 Gas height and filling degree of five structures in the Central Inversion Tectonic belt

3) C構(gòu)造油氣藏特征。C構(gòu)造位于中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中部，為完整的反轉(zhuǎn)背斜；主要?dú)鈱訛榛ǜ劢M上段H5層及花港組下段H7層，孔隙度為10%～13%，絕大部分為低孔低滲儲層，均為常壓層狀邊水氣藏，油氣面積充滿度為30%～38%(表1)。

4) D構(gòu)造油氣藏特征。D構(gòu)造位于中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中部，為完整的反轉(zhuǎn)背斜；主要?dú)鈱訛榛ǜ劢M上段H5層及花港組下段H8層，孔隙度為10%～13%，絕大部分為低孔低滲儲層，為常壓層狀邊水氣藏，油氣面積充滿度為20%～35%(表1)。

5) E構(gòu)造油氣藏特征。E構(gòu)造位于中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中部，為完整的反轉(zhuǎn)背斜；主要?dú)鈱訛榛ǜ劢M上段H3層及花港組下段H8層，孔隙度為8%～13%，絕大部分為低孔低滲儲層，H3氣層為常壓塊狀底水氣藏，H8氣層為高壓塊狀底水氣藏，油氣面積充滿度為100%(表1)。

2.2 圈閉充滿度特征

背斜油氣藏是西湖凹陷重要的油氣藏類型，圈閉油氣充滿度相對較高，總體上具有以下特征：

1) 不同構(gòu)造圈閉油氣充滿度有差異，最高的為B、E構(gòu)造，幾乎全充滿；其次為A構(gòu)造，達(dá)到60%；最低的為D構(gòu)造，圈閉充滿度小于40%。

2) 盡管均為花港組，但不同砂組油氣充滿度差異較大，H5以上層位充滿度總體較高，為56%～100%(平均為78%)，H5以下層位充滿度降低。

3 油氣成藏條件

3.1 烴源巖條件

從烴源巖條件來看，平湖組為西湖凹陷主力烴源巖層[12]，巖性主要為灰色、深灰色泥巖及薄煤層和炭質(zhì)泥巖，沉積厚度大，煤層厚10～30 m，暗色泥巖厚20～150 m，熱演化程度較高，其中中央反轉(zhuǎn)帶中北部地區(qū)Ro為1.2%～2.0%，達(dá)到濕氣—干氣演化階段，烴源巖條件較好。本次統(tǒng)計(jì)的5個構(gòu)造位于西湖凹陷烴源生烴強(qiáng)度最大的部位(圖2)，供氣量較充分。

圖2 西湖凹陷生烴強(qiáng)度平面等值線圖Fig .2 Contour map hydrocarbon generation intensity of Xihu sag

3.2 儲層條件

研究區(qū)構(gòu)造所處位置均為中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶，含油氣層位均為花港組，花港組沉積時(shí)期整體處于拗陷期，發(fā)育大型辮狀河和辮狀河三角洲相[13-16]。從儲層埋深看，目的層均在3 500～4 500 m，處于中成巖早期階段[17-18]。從鉆井取心資料統(tǒng)計(jì)來看，儲集物性相差不大，均以低孔低滲儲層為主。

3.3 蓋層條件

中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中北部及中部地區(qū)花港組上段H1—H2層為區(qū)域蓋層，巖性組合均為泛濫平原相的砂泥巖薄互層[19]。從5個構(gòu)造的地層厚度統(tǒng)計(jì)來看，花港組上段頂部區(qū)域蓋層H1—H2層的泥巖累計(jì)厚度為230～280 m，泥地比為45%～65%，埋藏深度大于2 700 m，橫向上分布穩(wěn)定，封蓋能力較強(qiáng)(圖3)。

圖3 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶各構(gòu)造花港組上段H1—H2層泥巖蓋層對比Fig .3 Comparison of H1—H2 mudstone caprocks in Upper Huagang Formation in the Central Inversion Tectonic belt

3.4 圈閉條件

研究區(qū)5個構(gòu)造均為擠壓成因的反轉(zhuǎn)背斜，是在中新世晚期龍井運(yùn)動所形成的。對過中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶的東西向地震剖面(圖4)分析發(fā)現(xiàn)，玉泉組及以下地層(玉泉組、龍井組和花港組)同相軸平行排列，各層厚度分布特征較為一致，說明這一階段盆地處于拗陷發(fā)育期，呈現(xiàn)整體性的水平沉降；玉泉組上段在中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶發(fā)生明顯削蝕，與上覆柳浪組呈明顯的角度不整合接觸關(guān)系，說明這個時(shí)期發(fā)生的龍井運(yùn)動Ⅲ幕使得中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶擠壓隆升而遭受剝蝕；柳浪組超覆于玉泉組上段之上，后期的三潭組—東海群繼承發(fā)育。因此，可以明確中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶圈閉的最主要定型期是中新世玉泉組末期到柳浪組沉積前，時(shí)間大致為15～13 Ma，雖然后期仍有一定的隆升，但幅度較小。

綜合以上分析，確認(rèn)研究區(qū)5個構(gòu)造位于同一含油氣系統(tǒng)內(nèi)，其主要成藏特征及事件關(guān)系為：烴源層為下部的平湖組，儲層為花港組，區(qū)域蓋層為花港組上段H1—H2層，以背斜圈閉為主。因此，總體上研究區(qū)5個構(gòu)造具備相似的靜態(tài)地質(zhì)要素，是有利的含油氣目標(biāo)區(qū)。

圖4 過中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .4 Seismic section of the Central Inversion Tectonic belt(see Fig.1 for location)

4 圈閉油氣充滿度差異性分析

分析認(rèn)為，含油氣系統(tǒng)動態(tài)地質(zhì)要素的差異影響著研究區(qū)5個構(gòu)造油氣充滿度的差異性，因此，在上述成藏共性特征分析的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步剖析含油氣系統(tǒng)動態(tài)地質(zhì)要素差異和充滿度的聯(lián)系。

4.1 油氣成藏期次

烴類包裹體是礦物結(jié)晶過程中捕獲于晶體內(nèi)的成巖流體，是烴類生成、運(yùn)移、聚集過程中留下的直接證據(jù)，直接記錄了沉積盆地的油氣成藏條件及過程。因此，利用烴類包裹體的均一溫度，結(jié)合研究區(qū)的埋藏史和熱演化史確定包裹體的形成時(shí)間，進(jìn)而確定油氣充注時(shí)間。

中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶已鉆探多個花港組油氣藏。B構(gòu)造花港組H3氣藏中油氣包裹體均一溫度測定結(jié)果表明，花港組含烴鹽水包裹體均一溫度主要為122～154 ℃，成兩期分布特征，反映為兩期成藏(圖5)。第1期包裹體溫度范圍是130～147 ℃，峰值為138 ℃(圖5a)；B構(gòu)造埋藏史與熱演化史恢復(fù)結(jié)果(圖6)顯示，對應(yīng)充注高峰期為15～13 Ma左右，相當(dāng)于中新世中晚期龍井組沉積末到柳浪組沉積前，此時(shí)整個中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶受龍井運(yùn)動Ⅲ幕的影響，地層遭受擠壓整體大規(guī)模隆升，目的層花港組因上覆地層剝蝕而導(dǎo)致儲層孔隙壓力降低；而埋藏更深的平湖組煤系烴源巖層在持續(xù)深埋過程中進(jìn)入成熟階段(Ro為1.0%～1.3%)，產(chǎn)生并儲存烴類，隨著地層整體抬升導(dǎo)致壓力釋放，從而發(fā)生規(guī)模排烴；擠壓抬升過程中往往伴隨著斷裂強(qiáng)烈活動，活動斷層成為油氣大規(guī)?？v向運(yùn)移的有利通道，在時(shí)空上形成了良好的耦合關(guān)系，即烴源巖層聚集高壓，儲層形成負(fù)壓區(qū)，油源斷層強(qiáng)烈活動成為好的運(yùn)移通道，從而聚集成藏。第2期包裹體均一溫度范圍為136～149 ℃，峰值為142 ℃(圖5b)，對應(yīng)充注高峰期為6～5 Ma左右，相當(dāng)于中新世末期柳浪組沉積期末到上新世三潭組沉積前，此時(shí)盆地處于整體沉降階段，受沖繩海槽運(yùn)動影響，在張應(yīng)力作用下使得中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶的先存斷裂發(fā)生一定程度的活化，為油氣運(yùn)移提供了動力通道，成為花港組圈閉成藏的第2次油氣充注期，但充注強(qiáng)度顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第1期。

圖5 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶B圈閉H3氣層不同成藏期包裹體均一化溫度概率分布圖Fig .5 Probability distribution diagram of homogenization temperature of inclusions in different accumulation periods of H3 gas layer in B trap，the Central Inversion Tectonic belt

圖6 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶B圈閉地層埋藏史Fig .6 Stratum burial history of B trap in the Central Inversion Tectonic belt

以上分析表明，中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶上的圈閉在斷層活動期、圈閉形成期、油氣充注期具有較好的時(shí)空耦合關(guān)系。但是，由于中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶上的圈閉所處構(gòu)造位置有差異，斷裂活動強(qiáng)度也大不相同，作為油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)能力也大不相同[20-23]，從而造就了該構(gòu)造帶油氣藏富集程度的差異。

4.2 斷裂活動差異性與輸導(dǎo)能力

研究區(qū)5個油氣藏發(fā)育NE向正斷層、逆斷層2種類型的斷裂，在西湖凹陷特殊的構(gòu)造應(yīng)力背景下，其油氣輸導(dǎo)能力具有較大的差異。

1) 逆斷裂和正斷裂的活動性與油氣充滿度的相關(guān)性對比。B構(gòu)造油氣成藏主要受1條“早正晚逆”逆斷層的控制(圖7a)，該逆斷層從平湖組向上斷至T17反射界面(龍井組上下段分界面)，溝通了花港組儲層與平湖組烴源巖。該斷層在龍井組下段沉積以前為正斷層，是在晚期(玉泉組沉積末)受龍井運(yùn)動Ⅲ幕強(qiáng)烈的擠壓作用才由正變逆，地層產(chǎn)狀也較陡，說明B構(gòu)造所發(fā)生的構(gòu)造擠壓作用非常強(qiáng)烈，對油氣運(yùn)移十分有利；斷裂活動期大致為15～13 Ma，與油氣主要充注期匹配，油氣充滿度為100%。C構(gòu)造油氣成藏受1條正斷層控制，向上僅斷至花港組下段T21反射界面(花港組上下段分界面)，為同沉積斷層，盡管在晚期(玉泉組沉積末)發(fā)生了龍井運(yùn)動Ⅲ幕強(qiáng)烈的擠壓作用，但顯然對構(gòu)造沒有產(chǎn)生特別強(qiáng)烈的作用，表現(xiàn)為較低幅度的背斜且仍保持較小的正斷距，說明斷層在圈閉形成期沒有強(qiáng)烈的活動，油氣運(yùn)移輸導(dǎo)能力較B構(gòu)造的逆斷層差，油氣充滿度僅為30%～38%(圖8)。

圖7 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶不同構(gòu)造斷層性質(zhì)及發(fā)育時(shí)期Fig .7 Properties and development periods of faults in different structures in the Central Inversion Tectonic belt

2) 逆斷裂和逆斷裂的活動性與油氣充滿度的相關(guān)性對比?？刂艫構(gòu)造及B構(gòu)造油氣成藏的斷層均為“早正晚逆”的逆斷層(圖7b)，構(gòu)造演化史分析表明斷裂活動時(shí)間相同，但活動強(qiáng)度存在差異性。A構(gòu)造逆斷層向上斷穿到T16反射界面(玉泉組底反射界面)以上，進(jìn)入玉泉組，地震剖面上可以清楚地看出在T16反射界面仍然有一定的逆斷距，說明龍井運(yùn)動Ⅲ幕對A構(gòu)造影響大，斷層活動劇烈，強(qiáng)度大；B構(gòu)造逆斷層向上切割到T17反射界面(龍井組上下段分界面)，消失于龍井組，晚期活動強(qiáng)度相對較小。這2個構(gòu)造在生儲蓋和圈閉類型等靜態(tài)條件方面均比較相似，且動態(tài)條件中圈閉形成、油氣大量運(yùn)移期等時(shí)空關(guān)系耦合條件也基本相似，差異在于輸導(dǎo)斷層的活動強(qiáng)度。鉆探結(jié)果顯示A構(gòu)造油氣充滿度低于相鄰的B構(gòu)造，原因之一可能是A構(gòu)造的油源斷層在油氣成藏期的活動太過劇烈，造成了油氣向古地表的逸散，使油氣充滿度明顯降低(圖8)。

圖8 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶斷層與油氣充滿度關(guān)系Fig .8 Relationship of fault and hydrocarbon filling degree in the Central Inversion Tectonic belt

3)正斷裂和正斷裂的活動性與油氣充滿度的相關(guān)性對比。E、D、C等3個構(gòu)造油氣成藏均受正斷層控制(圖7c)，其中E構(gòu)造油源斷層向上切割穿過T17反射界面，斷至龍井組上段，區(qū)域構(gòu)造演化史分析表明中新世龍井組和玉泉組沉積時(shí)期為盆地拗陷發(fā)育階段，因此E構(gòu)造斷裂主控成因是龍井運(yùn)動Ⅲ幕，此時(shí)圈閉形成、斷裂也強(qiáng)烈活動，與油氣主要充注期匹配，鉆后揭示油氣充滿度為100%。D、C構(gòu)造成藏主控的油源斷層向上僅斷穿花港組下段，終止于花港組上段，雖然在龍井運(yùn)動Ⅲ幕時(shí)期受到一定程度的活化影響，但從地震剖面看，顯然斷層活動強(qiáng)度較弱，作為油源斷層的輸導(dǎo)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于同樣為正斷層的E構(gòu)造。鉆后揭示油氣充滿度D構(gòu)造為20%～35%，C構(gòu)造為30%～38%(圖8)。

由此可見，油源斷層活動期與油氣充注期的匹配關(guān)系及斷層的活動強(qiáng)度是控制西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶不同構(gòu)造之間油氣充滿度差異的最主要因素。

5 結(jié)論

1) 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中北部5個背斜油氣藏的油氣充滿度存在差異，變化范圍是20%～100%，縱向上花港組H5砂組以上層位充滿度總體較高，以下層位充滿度降低。

2) 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶5個構(gòu)造位于同一含油氣系統(tǒng)內(nèi)，烴源為下部的平湖組，儲層為花港組，區(qū)域蓋層為花港組上段H1—H2層，以背斜圈閉為主，總體上具備相似的靜態(tài)地質(zhì)要素，是有利的含油氣目標(biāo)區(qū)。

3) 中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶5個油氣藏主要為兩期成藏，分別為15～13 Ma和6～5 Ma，以第一期為主，圈閉均形成于玉泉組沉積期末，圈閉形成期、斷裂活動期和油氣充注期在時(shí)空上耦合關(guān)系良好。斷裂活動的強(qiáng)度不同導(dǎo)致油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)能力不同，造就了該構(gòu)造帶油氣藏富集程度的差異，油源斷層活動強(qiáng)度大，則油氣運(yùn)移條件好，圈閉油氣充滿度高。