瓊東南盆地深水區(qū)流體勢場恢復與有利區(qū)帶研究

郭明剛，朱繼田，曾小宇，熊小峰，唐歷山

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引 言

“十二五”以來，位于南海北部新生代被動大陸邊緣的瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷淺層上新世—晚中新世鶯歌海組—黃流組濁積水道砂—海底扇領域的勘探獲得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了中國第1個超千億方深水大氣田[1]，由此打開了深水區(qū)油氣發(fā)現(xiàn)的序幕。目前，深水區(qū)勘探向峽谷外拓展，已經(jīng)在鄰區(qū)早—中中新世海底扇領域和漸新世(扇)三角州—海底扇領域中鉆探多口井，但效果均不理想，主要問題為油氣運移出現(xiàn)誤判。因此，必須加強油氣運移的研究，為后續(xù)區(qū)帶優(yōu)選和鉆探目標的選擇提供指導。流體勢是油氣運移的動力和研究關鍵之一，而構造對流體勢場的形成和演化產(chǎn)生了重大影響，但鮮有研究。因此，在梳理深水區(qū)新生代以來的構造演化及其動力機理的基礎上，開展了構造運動對流體勢各組成部分的控制作用解剖，最終明確了構造運動對流體勢場形成和演化的控制機理。在此基礎上，利用Petromod盆地模擬軟件進行精細建模和定量恢復，明確了深水區(qū)流體勢場演化過程及其與構造的耦合關系，結合關鍵時刻的流體勢低勢區(qū)分布與“源—運—圈”的配置關系，指出了深水區(qū)的有利區(qū)帶，指導了下一步油氣勘探。

1 區(qū)域地質概況

瓊東南盆地是在前新生代基底上發(fā)育起來的裂谷型含油氣盆地，總面積約為8.8×104km2，主要由北部坳陷帶、中部隆起、中央坳陷帶和南部隆起4個1級構造單元組成。盆地的構造演化主要受到歐亞板塊、太平洋板塊和印支板塊三者的共同影響[2]，可劃分為早期始新世的裂陷階段、漸新世—早中新世的“拗—斷”階段和之后的拗陷階段，由此發(fā)育了1套3層結構、由陸相到海相沉積演變的厚層新生代地層[3]，中中新世陸坡形成后，整體實現(xiàn)了淺海向深海的轉變。其中，斷陷期的始新統(tǒng)湖相地層和“斷—拗”期的漸新世崖城組海陸過渡相—陸源海相地層是區(qū)內主要的烴源巖地層。

深水區(qū)主要位于盆地2號斷裂帶和神狐隆起以南地區(qū)，水深為500～3 000 m，總面積約為7.5×104km2，主要由中央坳陷帶和南部隆起2個1級構造單元組成，中央坳陷帶又包括7個大凹陷和2個低凸起 (圖1)。同時，由于深水區(qū)地幔上涌強烈，地層欠壓實嚴重，也是高溫和超壓發(fā)育的地區(qū)[4-6]。

圖1 瓊東南盆地深水區(qū)構造

2 深水區(qū)新生代構造演化及機制

前人已對瓊東南盆地深水區(qū)新生代的構造演化及其機制進行一定研究[7-8]。最新的研究成果表明，深水區(qū)從56.5 Ma開始拉張斷陷至今，共經(jīng)歷7期構造運動，在斷陷期和“斷—拗”期形成了NE、NEE和近EW向3組斷裂，相應的應力場發(fā)生順時針旋轉(表1)。新生代早期，太平洋板塊俯沖后撤、印度—歐亞板塊碰撞共同在華南大陸邊緣形成NW—SE向拉張應力場，南海北部開始了由北向南的“撕裂式拉張”，依次發(fā)育北部灣盆地、珠江口—瓊東南盆地和南海諸盆地，深水區(qū)與此對應的是神狐運動，主要發(fā)育NE向斷裂。早漸新世，太平洋板塊對華南大陸的俯沖由NNW向轉為NWW向，引起華南大陸邊緣快速向太平洋方向蠕撤，區(qū)內對應的是珠瓊運動(一幕和二幕)，NEE向斷裂發(fā)育。晚漸新世末，印度—歐亞板塊的碰撞造成華南板塊地幔物質向東南方向流動，區(qū)內發(fā)生南海運動，EW向斷裂發(fā)育。中中新世末，菲律賓板塊的逆時針旋轉作用在南海北部形成壓扭應力場，區(qū)內依次發(fā)育南沙運動和東沙運動。到中新世末，受紅河斷裂右旋走滑影響，盆地內發(fā)生了新構造運動。

表1 深水區(qū)構造事件劃分

3 構造運動對流體勢場的控制作用

流體勢場由重力能、彈性能和界面能3部分組成。重力能是物體因為重力而擁有的能量，彈性能是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢能，界面能是來自界面張力所具備的位能。流體勢對應的主要表征變量為巖性—孔隙結構、埋深、地層壓力和流體密度等。

油氣的運移和聚集是在含油氣系統(tǒng)中由流體勢驅動完成的，而構造作用對流體勢具有控制作用。一方面引發(fā)構造運動的構造應力場可以直接作為運移的驅動力；另一方面構造運動還可以通過對流體勢場關鍵地質參數(shù)的控制，從而間接控制流體勢場。每一次的構造運動都是外圍構造應力場對盆地內的物質體及其內部能量場的再調整，會嚴重影響油氣運聚整個過程。因此，構造運動對深水區(qū)的流體勢場的控制作用可以簡單分為直接影響和間接影響2類。

構造運動對流體勢場的直接影響從機理上看，主要體現(xiàn)為對彈性能的形成和演化的控制。構造應力場除了直接改變孔隙流體壓力，還對后期孔隙流體壓力的形成產(chǎn)生持續(xù)性影響，最終導致彈性能發(fā)生變化。油氣圈閉有時也是應力圈閉的一種反映，被高應力包圍的低應力區(qū)，一般也是有利的儲油儲氣構造[9]。深水區(qū)多期的構造運動也伴隨著構造應力的周期性變化，并引發(fā)深水區(qū)孔隙流體壓力發(fā)生相應的周期性調整，最終形成了凹陷中心為彈性能高勢區(qū)，斜坡—低凸起—凸起區(qū)為彈性能低勢區(qū)的格局。

構造運動對流體勢場的間接影響，從機理上體現(xiàn)為對界面能和重力能的形成和演化的控制。一方面，構造運動對輸導通道的形成與品質產(chǎn)生控制，影響界面能，控制流體勢。具體來說，在構造運動控制下，形成了異于深水泥巖背景下(低孔喉)由斷層、底辟、砂體和構造脊構成的輸導體系和圈閉(高孔喉)，影響界面能，并成為流體勢場能量優(yōu)先釋放或含烴流體保存的場所。前人研究表明，斷裂的開啟和關閉、砂體分布的連續(xù)性均可表現(xiàn)為孔喉的變化，從而影響界面能大小，最終使得流體勢發(fā)生改變[10-11]。另外，當構造應力作用于非均質的地層多孔介質時，會導致原介質孔隙度、滲透率發(fā)生不均衡變化，從而改變界面能?？傮w來看，深水區(qū)由于從凹內到斜坡—低凸起—凸起，砂泥比增大，砂巖逐漸變粗，成巖作用逐漸降低，物性逐漸變好，界面能也逐漸降低。

另一方面，構造運動還控制了區(qū)內古地貌的形成，造成“源—圈”之間的高程差，從而間接影響了重力能，最終形成了深水區(qū)凹陷中心為重力能高勢區(qū)，斜坡—低凸起—凸起區(qū)是重力能低勢區(qū)的格局。

4 深水區(qū)流體勢場的恢復與特征

流體勢場恢復的工區(qū)范圍是②號斷裂以南的中央拗陷帶和南部隆起(圖2)。通過已鉆井和區(qū)域沉積成果，明確深水區(qū)不同巖性的分布和砂巖孔隙結構特征，最終獲得區(qū)內界面能參數(shù)平面分布的模型。通過區(qū)域速度場和鉆井壓力的研究，建立區(qū)域壓力場，由此獲得彈性能參數(shù)分布模型。通過古地貌恢復，建立不同歷史時期的重力能參數(shù)模型。最后，基于這些控制流體勢場的實際地質參數(shù)模型，利用Petromod軟件恢復了深水區(qū)的流體勢場發(fā)育史。

深水區(qū)的關鍵時刻為5.5 Ma至現(xiàn)今。從現(xiàn)今的流體勢場來看，深水區(qū)流體勢總體呈現(xiàn)出橫向上從凹內到斜坡—低凸起—凸起區(qū)逐漸降低，縱向上從深部早漸新世烴源巖地層到淺層地層逐漸降低的特征。但是部分凹陷中心及其附近的陵水組和崖城組流體勢出現(xiàn)了反轉，原因為陵水組地層欠壓實程度最大，為區(qū)域超壓中心?？梢灶A測，如果沒有垂向通道打破這一平衡，凹陷中心的崖城組生成的油氣會在陵水組“天花板”的阻擋下優(yōu)先向兩側的斜坡區(qū)運移(圖2、3)。

圖2 崖城組頂面(T70)天然氣流體勢平面(0 Ma)

圖3 深水區(qū)天然氣流體勢典型剖面(0 Ma)

從流體勢史來看，新生代以來的流體勢場與熱流場的變化趨勢相似，總體表現(xiàn)為階段性變化，每一次流體勢場的劇變與構造運動爆發(fā)時間耦合，二者其實都是構造運動控制下系統(tǒng)內部調節(jié)的不同表征跡象(表2)。構造運動也是流體勢能量場調節(jié)過程的誘發(fā)因素，每一次構造運動都是流體勢能量場 “緩慢積累”至“短時爆發(fā)”這一重復循環(huán)過程的誘因，伴隨著地下油氣的集中大量運移和新的大中型油氣田的形成。目前鶯瓊盆地內的大多數(shù)氣田，包括區(qū)內的中央峽谷大氣田都是新構造運動背景下的產(chǎn)物。另外，流體勢場在斷裂(底辟)、大規(guī)模砂體附近出現(xiàn)了明顯畸變，表明疏導通道對流體勢場的影響。特別是在開啟的深大溝源斷裂(②號斷裂等)和凹陷邊緣大規(guī)模優(yōu)質疏導砂體(松南低凸起的崖城組濱?！侵萆绑w等)附近，深部的高流體勢場是有效的泄勢通道，如果發(fā)育垂直于凹陷長軸構造脊，可以形成長期持續(xù)的泵吸效應，并造成與圍區(qū)不同的長期相對低勢區(qū)。因此，輸導通道的品質控制局部流體勢場畸變的程度。深大溝源斷裂深層的活動程度和時間均比淺層大，瞬時爆發(fā)且伴隨大量微裂隙的底辟垂向輸導性能強、斜坡—低凸起—凸起區(qū)疏導砂體物性比凹內好，這些通道附近流體勢場的畸變比較明顯，同時也是相對優(yōu)勢的運移通道。

表2 崖城組頂面(T70)A點處天然氣流體勢史

5 流體勢場影響下的有利區(qū)帶預測

5.1 成藏要素配置特征

深水區(qū)的主力氣源巖是海陸過渡相煤系烴源巖—陸源海相烴源巖[12-13]。成熟烴源巖主要分布在凹陷中心及其附近，大部分斜坡—低凸起—凸起區(qū)還未進入生氣窗。由于凹內水熱增壓和烴源巖生烴增壓顯著，成熟烴源巖分布范圍與高流體勢場區(qū)具有耦合關系。

深水區(qū)主要的4種輸導通道構成了2種疏導格架樣式：以中央峽谷(樂東—陵水段)和寶南斷階帶為代表的底辟(斷裂)近源垂向輸導體系格架樣式[14-15]；以松南低凸起區(qū)為代表的”斷—砂—脊”復式輸導體系格架樣式[16]。前者主要位于凹陷內，后者主要位于斜坡—低凸起—凸起區(qū)。

目前深水區(qū)的區(qū)帶分為2類。一類是具有本地成熟烴源巖，位于凹陷內的中央峽谷巖性圈閉帶、陵水—寶島凹中反轉構造帶、寶南斷階帶和長昌環(huán)A洼圈閉帶等4個區(qū)帶；另一類是不具有本地烴源，位于凹陷斜坡—低凸起—凸起區(qū)，有長南鼻狀構造帶、陵南低凸起披覆背斜構造帶、陵南斜坡反向斷階構造帶和松南低凸起披覆背斜構造帶等4個區(qū)帶。

流體勢場控制下的深水區(qū)，“源—運—圈”的空間配置特征已經(jīng)反映出位于油氣運移方向上的有利區(qū)帶(圖2)。

5.2 有利區(qū)帶

(1) 凹內近源垂向就近成藏有利區(qū)帶。這類區(qū)帶多屬于早—中中新統(tǒng)海底扇新領域，主要位于凹內深部高流體勢烴源地層上方淺層低勢區(qū)，溝源斷裂或底辟發(fā)育，油氣垂向運移距離短，成藏要素配置好，含油氣信息明顯，資源潛力大。除了中央峽谷外的有利區(qū)帶為陵水—寶島凹中反轉構造帶。

(2) 凹陷邊緣(垂向+側向)長距離側向成藏有利區(qū)帶。這類區(qū)帶屬于漸新統(tǒng)(扇)三角州—海底扇新領域，主要位于凹陷邊緣斜坡—低凸起—凸起區(qū)，是側向上緊鄰高流體勢的低流體勢區(qū)，主要供源的凹內崖城組烴源巖地層與頂部陵水組蓋層具有流體勢場反轉特征，并且部分區(qū)帶還被四周凹內高流體勢區(qū)包圍。帶內目標含油氣信息明顯，勘探潛力大。

同時這類有利區(qū)帶還應該滿足遠距離側向運移4個必備條件：充足的油氣源和動力、優(yōu)質的輸導通道和蓋層、穩(wěn)定發(fā)育的古斜坡、“源—圈”之間沒有大型圈閉或油氣田攔截和聚油[17-19]。有利區(qū)帶為松南低凸起披覆背斜構造帶(圖4)。

圖4 松南低凸起披覆背斜構造帶成藏模式

6 結 論

(1) 構造運動影響深水區(qū)流體勢場的彈性能、界面能、重力能的形成和演化，從而控制區(qū)內的油氣運聚，是流體勢能量場不斷調整的誘因，并導致地下油氣的集中大量運移和油氣田的形成。

(2) 深水區(qū)流體勢橫向上從凹內到凹陷邊緣斜坡—低凸起—凸起區(qū)逐漸降低，垂向上從早漸新世烴源巖地層向上整體逐漸降低，部分凹陷中心附近的陵水組和崖城組流體勢大小出現(xiàn)了反轉。

(3) 陵水—寶島凹中反轉構造帶和松南低凸起披覆背斜構造帶，為深水區(qū)繼中央峽谷外的最有利區(qū)帶。