東海陸架盆地大春曉油氣田成藏動(dòng)力學(xué)特征 及成藏模式

許 紅,張威威,季兆鵬,王 黎,王 晴,蘇大鵬,雷寶華,楊艷秋

[1.中國地質(zhì)調(diào)查局 青島海洋地質(zhì)研究所,山東 青島 266071; 2.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國家海洋局第一 海洋研究所,山東 青島 266061; 3.海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評價(jià)與探測技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266071; 4.中國石油 大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580; 5.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266590; 6.山東科技 大學(xué) 山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266590 7.中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院, 新疆 克拉瑪依 834000; 8.長江大學(xué),湖北 武漢 430100;]

東海油氣勘探始于20世紀(jì)50年代,至今沿東海西湖坳陷西斜坡和中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶西湖-基隆兩坳陷間的鞍部地區(qū)發(fā)現(xiàn)春曉等工業(yè)價(jià)值油氣田。中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶埋藏史-熱演化史具有南北分帶特點(diǎn),北部曾經(jīng)歷更大的埋深和更高的地溫梯度[1]。前人對西湖凹陷應(yīng)力場和流體勢場進(jìn)行了模擬分析[2],并預(yù)測了西湖凹陷油氣運(yùn)移的有利指向;指出平湖斜坡帶花港組泥巖段普遍存在異常高壓,且異常高壓明顯呈帶狀分布[3],具有“階梯式”增大的特征;西湖凹陷西斜坡中段平湖構(gòu)造帶油氣主要來源于平湖組煤系源巖,油氣藏多分布在超壓頂界面附近[4];由高壓流體注入引起的傳導(dǎo)型超壓在區(qū)內(nèi)目的層發(fā)育,并對應(yīng)優(yōu)良油氣儲層,說明異常高壓發(fā)育與油氣充注空間上具有一致性[5]。在中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南部發(fā)現(xiàn)的大春曉油氣田群位于鞍部地區(qū)蘇堤構(gòu)造帶,不但是其南延部分,而且南北低,中部高,呈北北東向展布;也相應(yīng)具有上述溫壓應(yīng)力場特征,事實(shí)上,大春曉油氣田群西南部與西湖坳陷西斜坡寶石油氣田為近鄰,巖漿火山活動(dòng)強(qiáng)烈,卻長期缺乏相關(guān)研究及公開性報(bào)道。

Kingston等[6]提出沉積盆地以板塊構(gòu)造和動(dòng)力學(xué)特征研究為基本內(nèi)容;Dickinson[7]提出“Basin Geodynamics”是盆地研究聚焦的方向;李思田[8-9]反復(fù)論證盆地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)理與盆地形成演化地球動(dòng)力學(xué)背景及油氣系統(tǒng)演化動(dòng)力過程研究的意義。事實(shí)上,地球規(guī)模尺度動(dòng)力學(xué)(深部、板塊尺度)、盆地規(guī)模尺度動(dòng)力學(xué)(盆地尺度)、區(qū)帶規(guī)模動(dòng)力學(xué)(目標(biāo)尺度),即油氣成藏動(dòng)力學(xué)[10]理論體系涉及不同層級動(dòng)力學(xué)研究范疇,但就東海大春曉油氣田而言,相關(guān)研究薄弱,不僅屬于動(dòng)力學(xué)體系理論創(chuàng)新研究重要環(huán)節(jié),而且對于啟示和實(shí)現(xiàn)東海陸架盆地油氣勘探新一輪重大突破實(shí)際意義深遠(yuǎn)。

1 地質(zhì)概況

東海陸架盆地面積約25×104km2,位于西太平洋邊緣海中段,形成演變受菲律賓海板塊-歐亞板塊近東西向相對運(yùn)動(dòng)影響,特別是發(fā)育琉球海溝-琉球島弧-沖繩海槽盆地-釣魚島隆褶帶-東海陸架盆地經(jīng)典板塊溝弧盆體系,并受印度-青藏高原相對運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)程效應(yīng)影響[11-12],在不同構(gòu)造演化期形成中-新生代大型疊合含油氣盆地并“東西分帶、南北分塊”;過程中記錄下東海地球動(dòng)力學(xué)-盆地動(dòng)力學(xué)過程及結(jié)果,包括深部巖漿源區(qū)地幔性質(zhì)、深部過程及特征等珍貴信息,形成東海板塊構(gòu)造的典型溝-弧-盆體系盆地動(dòng)力學(xué)模式[11];提出了東海新生代盆地歷經(jīng)裂谷期、斷陷期、拗陷期和披覆期4大演化階段[13]。該盆地并不等同于西太平洋邊緣海諸如鄂霍茨克海、日本海等,而是演化更趨成熟,巨厚沉積形成不同時(shí)代斷陷原型盆地并列、不同類型原型盆地非繼承性疊加和后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)(圖1)的構(gòu)造作用過程。

不同時(shí)代斷陷原型盆地并列,表現(xiàn)為東海陸架盆地西部溫東坳陷帶北北東向的東斷西超古新世斷陷,中部浙東坳陷帶北北東向的東斷西超早中始新世和西斷東超晩始新世斷陷,疊加起來形成東海大陸邊緣裂陷盆地,在東部沖繩海槽海域形成中新世至第四紀(jì)弧后裂陷盆地。

圖1 東海陸架盆地動(dòng)力學(xué)演化綜合柱狀圖Fig.1 Column showing the dynamic evolution of the East China Sea Shelf Basin

不同類型原型盆地非繼承性疊加。西部溫東坳陷帶表現(xiàn)為3類原型盆地非繼承性疊加,即前新生代盆地[14-15]、古新世斷陷-始新世披覆和中新世-第四紀(jì)披蓋;浙東坳陷帶為4種原型盆地構(gòu)造疊加,即早-中始新世東斷西超、晚始新世西斷東超的斷陷、漸新世至中新世的坳陷和晩中新世至第四紀(jì)的披蓋;沖繩海槽單一晩中新世至第四紀(jì)的斷陷。

超過60年勘探發(fā)現(xiàn),基本認(rèn)識了東海盆地的特征,發(fā)現(xiàn)東海裂谷斷陷深達(dá)10 000～12 000 m,是西湖坳陷和基隆坳陷的構(gòu)造主體;東海裂谷斷陷盆地?zé)岢两稻鈺r(shí)間50～67.5 Ma,形成于“華夏古陸”之上,是陸內(nèi)海侵作用的產(chǎn)物,具有從海洋插入大陸的特征,并在西湖-基隆兩坳陷間形成鞍部;東海裂谷斷陷盆地以鞍部地區(qū)為界,沉積環(huán)境為“南海北陸”;從東到西,帶狀構(gòu)造地質(zhì)時(shí)代西老東新;在盆地范圍形成排列方向和分布范圍都十分寬廣的雁行狀弧形拉張谷,發(fā)現(xiàn)形成大量鏟狀斷裂,證實(shí)為“被動(dòng)地?！弊冃巍?/p>

通過二維-三維調(diào)查資料解釋,在査明圈閉形態(tài)、高點(diǎn)位置和斷裂系統(tǒng)基礎(chǔ)上,最終確定了大春曉構(gòu)造4大高點(diǎn)。截至1995年12月,已在大春曉構(gòu)造先后發(fā)現(xiàn)殘雪、斷橋、天外天和春曉油氣田，在數(shù)百平方公里范圍內(nèi)構(gòu)成大春曉油氣田群(圖2)。公開性報(bào)道數(shù)據(jù)為：春曉一井漸新統(tǒng)花港組發(fā)現(xiàn)油氣顯示層12層,鉆桿單層測試5層,獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流,日產(chǎn)氣160.13×104m3,日產(chǎn)油200.3 m3,具有厚度大(單層最大厚度23.4 m)、儲層豐度高、油氣產(chǎn)量高等特點(diǎn),證實(shí)大春曉構(gòu)造為富含油氣構(gòu)造,為特高產(chǎn)凝析油氣層,屬于逆斷層下盤重大油氣發(fā)現(xiàn)。

2 資料與技術(shù)方法

大春曉油氣田構(gòu)造位置見圖2,地震數(shù)據(jù)來自青島海洋地質(zhì)研究所和上海海洋石油局。二維多道地震測網(wǎng)密度2 km×2 km部分達(dá)到1 km×1 km,總數(shù)超過6 000 km;解釋繪制1 ∶500 000構(gòu)造圖和火山巖分布圖;利用了部分三維資料,涉及春曉1井、3井和天外天1井等鉆井資料;同時(shí),參考了多方法資源定量評價(jià)和利用Probas2.0盆地模擬軟件的數(shù)值模擬成果,含油氣系統(tǒng)事件、成藏模式與成藏動(dòng)力學(xué)模式分析參考了相關(guān)報(bào)告、公開性資料和大量測試分析數(shù)據(jù)。

圖2 大春曉油氣田構(gòu)造位置Fig.2 Location ofthe large Chunxiao oil and gas field

3 大春曉油氣田成藏要素、動(dòng)力學(xué)機(jī)制和模式

3.1 大春曉地區(qū)火山巖漿作用與烴源巖成熟特征關(guān)系

3.1.1 火山巖漿作用是油氣成藏增溫特征要素

相關(guān)性分析認(rèn)為,春曉油氣田排烴期、油氣運(yùn)移期為中新世末至上新世,主要火山巖漿活動(dòng)為多期次活動(dòng),但或早于這個(gè)時(shí)期或只是進(jìn)入深層生烴層系。事實(shí)上各期火成巖侵入對成藏的負(fù)面影響和破壞作用均較小,反而在油氣形成、運(yùn)移(如火山浮巖)、聚集、成熟、成藏和保存(如玄武巖既可為儲層也可為蓋層)過程中是積極因素,起到增溫作用,加速烴源巖成熟運(yùn)移及成藏。

表1 大春曉油氣田不同構(gòu)造層火山巖巖漿作用解釋結(jié)果Table 1 Magmatism interpretation of volcanic rocks in different structural layers in the large Chunxiao oil and gas fiels

3.1.2 較高的古地溫是成烴轉(zhuǎn)化增溫過程中油氣成藏的有利特征要素

根據(jù)5口鉆井儲層資料統(tǒng)計(jì)分析和研究區(qū)溫度壓力場對比,發(fā)現(xiàn)大春曉油氣田群地溫梯度為36～40 ℃/km,如春曉三井實(shí)測所示(圖3),表現(xiàn)為高溫異常特征。通過儲層包裹體分析(氣液比≤5%的鹽水溶液包裹體),認(rèn)識到平湖組油氣儲層包裹體溫度分布有一個(gè)從上段到下段、在各大油氣田都保持不變的峰值:130～135 ℃的特征。識別了3期不同溫度包裹體:早期溫度一般在107～174 ℃,明顯高于今地溫;中期溫度為98～160 ℃,與今地溫接近;晚期溫度為84～148 ℃,低于今地溫。各期溫差約10 ℃,溫度分布中值代表運(yùn)移期油氣進(jìn)入儲層時(shí)的古溫度[16]。

通過古地溫模式和儲層埋藏史研究,確定了包裹體形成時(shí)的埋深及對應(yīng)地質(zhì)時(shí)期。春曉一井包裹體早期溫度對應(yīng)時(shí)間12～14 Ma(中中新世),中期對應(yīng)時(shí)間6 Ma,晚期為2 Ma,大春曉油氣田及整個(gè)蘇堤構(gòu)造帶其余各井的數(shù)據(jù)也有同樣的結(jié)論。同時(shí)，認(rèn)為油氣開始運(yùn)移時(shí)間(第一期)為中中新世,第二期油氣重要運(yùn)聚期為中新世晚期,第三期大規(guī)模油氣運(yùn)移期為上新世至第四紀(jì)[16]，這證實(shí)了數(shù)值模擬的結(jié)果,也印證了火成巖研究的結(jié)論。

3.2 大春曉地區(qū)壓力場特征要素

春曉三井鉆井深度有限,但鉆至3 600 m仍然保持正常地層壓力特征，所以推測深部地層應(yīng)當(dāng)與西湖凹陷已揭示鉆井一樣存在超壓現(xiàn)象。利用天外天1井全井段實(shí)測Ro(鏡質(zhì)體反射率)資料,擬合并模擬形成研究區(qū)地層底面Ro平面等值線圖、地層底面溫度平面等值線圖、現(xiàn)今深度Ro交繪圖、現(xiàn)今深度溫度交繪圖、埋藏史成熟史圖和埋藏史溫度史圖?？梢娖胶M主力生油層大約在距今5 Ma，埋深2 300 m左右開始烴類熱成因過程,迄今平湖組大部或部分尚處于液態(tài)烴窗口內(nèi)。

3.2.1 大春曉地區(qū)壓力場及超壓特征

在預(yù)測地下流體壓力場的方法中,聲波測井的地層壓力(DST和RFT)和地震速度資料最為重要。根據(jù)聲波測井(DST)的單井模擬結(jié)果,西湖生油凹陷平湖工區(qū)、平北工區(qū)以3 800 m為界(平湖組中下部),之上為常壓(壓力系數(shù)小于1.2),之下為超壓(壓力系數(shù)大于1.2)。

圖3 大春曉油氣田春曉三井地層溫壓變化對比[17]Fig.3 Comparison of formation temperature and pressure changes of well Chunxiao 3 in the large Chunxiao oil and gas fiels[17]a.地層壓力變化示意圖;b.地溫變化示意圖 Ⅰ—Ⅵ代表樣品號

推測大春曉油氣田深部存在高壓異常(大于3 800 m),與西湖生油凹陷平湖工區(qū)、平北工區(qū)一起構(gòu)成大春曉構(gòu)造區(qū)帶北部、東部、西部和深部的超高壓帶和異常地層壓力帶;產(chǎn)生由北部、東部、西部3個(gè)方向向中部和南部、由下向上的徑向與縱向交錯(cuò)泄壓區(qū)帶,這就是研究區(qū)內(nèi)的運(yùn)移主帶,運(yùn)移主帶內(nèi)運(yùn)移方式以垂向?yàn)橹鳌?/p>

以上壓力因素在時(shí)間和空間上的相互作用形成巧妙配合,構(gòu)成了大春曉油氣田群油氣運(yùn)移動(dòng)力的特征和機(jī)制。根據(jù)著名石油地質(zhì)學(xué)家Hunt[18]研究全球180個(gè)沉積盆地,發(fā)現(xiàn)160個(gè)存在超壓異常,提出流體壓力封存箱理論。本文在強(qiáng)調(diào)封閉層與油氣產(chǎn)層相關(guān)關(guān)系(封閉層之上為正常壓力系統(tǒng),封閉層之下為異常壓力系統(tǒng),即超壓封存箱,油氣主要產(chǎn)自直接被封閉層封蓋的儲層中)基礎(chǔ)上,建立了研究區(qū)壓力封存箱模式(圖4)。

3.2.2 沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用與大春曉地區(qū)超壓關(guān)系

Hunt[18](1990)統(tǒng)計(jì)分析了全球180個(gè)超壓盆地特征,發(fā)現(xiàn)其中的90%是富含油氣盆地。這些超壓盆地被分為“墨西哥灣”快速沉降型(產(chǎn)生于欠壓實(shí)型超壓地層)和“落基山”成巖作用型兩類。在東海陸架盆地西湖坳陷和大春曉油氣田,發(fā)現(xiàn)不能簡單歸類為“墨西哥灣”型或“落基山”型。大春曉油氣田超壓系統(tǒng)可能與多種作用特征要素有關(guān),包括不均衡壓實(shí)作用、生烴排烴運(yùn)移作用、粘土礦物脫水作用、水熱增壓作用和構(gòu)造應(yīng)力作用等。除了強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用之外,壓實(shí)不均衡和生烴作用是可以獨(dú)立產(chǎn)生大規(guī)模超壓的主要特征要素。

圖4 西湖凹陷-大春曉油氣田超壓封存箱模式Fig.4 Xihu Sag-large Chunxiao oil and gas field overpressure storage tank model

由圖4可見大春曉油氣田主要高產(chǎn)油氣層系分別分布于壓力封閉層及其上下相鄰儲層之中,對應(yīng)地質(zhì)層位分別為花港組上段、花港組下段和平湖組上段。

3.3 大春曉地區(qū)地質(zhì)歷史時(shí)期應(yīng)力場特征

通過大春曉地區(qū)有限元數(shù)值模擬研究區(qū)域應(yīng)力場特征,結(jié)果表明早期拉張應(yīng)力場主要為NNE向,產(chǎn)生的拉張正斷層有利于油氣運(yùn)移;中期壓剪性應(yīng)力場也主要為NNE向,產(chǎn)生一系列擠壓背斜,有利于油氣保存;晩期張剪性應(yīng)力場主要為NWW向,產(chǎn)生晚期張剪性平移斷層,在斷裂活動(dòng)期滲透能力強(qiáng),靜止期滲透能力弱,有利于油氣保存。

3.4 大春曉地區(qū)油氣運(yùn)移動(dòng)力學(xué)要素

3.4.1 大春曉油氣田賦存分布特征

大春曉油氣田位于鞍部地區(qū),得益于以短源(距離1～8 km)為主、方向性指向性一致、經(jīng)由輸導(dǎo)開啟性斷層的運(yùn)移。天外天油氣田相鄰春曉油氣田,在多層構(gòu)造圖上連通,由下至上表現(xiàn)為差異構(gòu)造變動(dòng)一致性特征,二者與殘雪、斷橋油氣田一起,組合形成名副其實(shí)的大春曉油氣田群。事實(shí)上,從下始新統(tǒng)構(gòu)造層(甌江組)開始,春曉-天外天高點(diǎn)逐漸連通一體,總面積超過100 km2。其中,至中-上始新統(tǒng)構(gòu)造層平湖組上段開始,春曉構(gòu)造高點(diǎn)已比天外天構(gòu)造高點(diǎn)高度增加了100 m,由于漸新統(tǒng)花港組構(gòu)造層和中-上始新統(tǒng)平湖組上段構(gòu)造層砂體形成實(shí)際發(fā)現(xiàn)的油氣產(chǎn)層,春曉構(gòu)造和天外天構(gòu)造晩始新世和漸新世在高點(diǎn)埋深和構(gòu)造面積方面發(fā)生的上述變化直接導(dǎo)致二者油氣產(chǎn)層和油氣儲量變化。通過二者100多米油氣產(chǎn)層連井對比,發(fā)現(xiàn)天外天1井油氣產(chǎn)層高出春曉1井油氣產(chǎn)層百余米,出現(xiàn)油氣層尖滅。

3.4.2 油氣運(yùn)移動(dòng)力學(xué)時(shí)間、過程及量比關(guān)系特征

汪蘊(yùn)璞等[19](1997)通過估算平湖組早、中、晩中新世和上新世4個(gè)流體排放期,量化的油氣運(yùn)移時(shí)間、過程及量比關(guān)系為:①油氣在龍井運(yùn)動(dòng)之前中新世已經(jīng)完成大量運(yùn)移,龍井運(yùn)動(dòng)加快了油氣流的運(yùn)移速率,并在局部地區(qū)調(diào)整了油氣流運(yùn)移的指向；②平湖組在中新世的排液量比上新世高出近10倍。

3.5 大春曉油氣田成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制及模式

大春曉油氣田成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制及模式研究和提出了基于大量生、運(yùn)、聚勘探數(shù)據(jù)、包括二維數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn),涉及旨在滿足研究區(qū)基本成藏要素條件的油氣成藏生排運(yùn)聚過程、環(huán)境和結(jié)果及其成藏規(guī)律，獲得成藏動(dòng)力學(xué)普遍的和特殊的認(rèn)識結(jié)論,以深層次認(rèn)識大春曉油氣田油氣成藏的規(guī)律,推進(jìn)成藏動(dòng)力學(xué)理論的認(rèn)識,進(jìn)一步啟示和實(shí)現(xiàn)相鄰地區(qū)油氣勘探突破。

3.5.1 大春曉油氣田含油氣系統(tǒng)成烴-成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)機(jī)制與過程

1) 不同壓力系統(tǒng)張性斷層輸導(dǎo)體系運(yùn)移成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制與過程

早期,東海陸架盆地呈拉張應(yīng)力動(dòng)力場狀態(tài),形成拉張斷裂系統(tǒng),構(gòu)筑平湖組各大烴源系統(tǒng)由平湖組至花港組各大儲層保存體系的主要運(yùn)移輸導(dǎo)系統(tǒng),也是大春曉油氣田最為重要的輸導(dǎo)系統(tǒng)。其中,EW向張性斷裂是大春曉成藏最大制約因素,該斷裂的切割性質(zhì)以及側(cè)向封堵性質(zhì)是油氣成藏的重要因素。當(dāng)其切割阻礙不同巖性地層時(shí),導(dǎo)致油氣整體側(cè)向成藏;當(dāng)一些儲集封閉有利組合存在時(shí),亦即EW向張性斷裂成藏作用在花港組上段中部基本結(jié)束后,卻仍然可以在花港組上段的下部和花港組下段部分成藏[20]。

漸新世—中新世,由于中期龍井運(yùn)動(dòng)向西的水平擠壓作用,導(dǎo)致抬升、剝蝕形成褶皺,使西湖凹陷構(gòu)造形態(tài)由東西方向V型變?yōu)閃型,同時(shí)形成一系列壓性逆斷層,在正常壓力系統(tǒng)中,玉泉運(yùn)動(dòng)期形成的系列拉張斷層面是開啟性質(zhì)的,而當(dāng)“超壓囊”形成,系列壓性逆斷層面被封閉,系列非輸導(dǎo)性斷層組最利于烴類保存。

超壓囊內(nèi)油氣主要通過垂直向上運(yùn)移成藏的機(jī)制,還存在正常壓力斷層系統(tǒng)成藏的機(jī)制:斷裂輸導(dǎo)系統(tǒng)向斷面兩側(cè)相連砂體等量分配承載烴類,在砂泥巖互層剖面中成藏;第三類機(jī)制:在上覆中新世壓性逆斷層系統(tǒng)中,因滲透能力差或發(fā)育不滲透斷層系統(tǒng),形成晚期淺層油氣藏。這3類機(jī)制均已通過鉆井予以證實(shí)。

事實(shí)上,超壓推動(dòng)運(yùn)移,產(chǎn)生地形驅(qū)動(dòng)、壓實(shí)驅(qū)動(dòng)、構(gòu)造應(yīng)力驅(qū)動(dòng)和對流驅(qū)動(dòng),并受沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用影響或主導(dǎo),構(gòu)成油氣運(yùn)移動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

2) 壓性逆斷層下降盤封閉形成一批高產(chǎn)能油氣藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制

如前述,大春曉地區(qū)發(fā)育張性逆斷層(漸新世以前)、壓性逆斷層(中新世)和剪切正斷層(上新世末)。目前鉆探發(fā)現(xiàn)中新世壓性逆斷層下盤油氣藏,證明該斷裂系統(tǒng)封蓋具有動(dòng)力學(xué)封閉體系性質(zhì),含油氣層位分別是漸新統(tǒng)花港組和始新統(tǒng)平湖組。花港組下段為主含油氣井段，平湖組多層油氣藏和花港組上段薄層油氣藏為次油氣井段，具有含油氣層位多,厚度大,儲層豐度高,油氣產(chǎn)能高等系列特點(diǎn)。

分析研究區(qū)平湖組沉積厚度,確認(rèn)最大沉積厚度為3 000 m。按照春曉1井砂泥巖含量百分比計(jì)算,其泥巖沉積厚度可達(dá)2 000 m。該組巖石性質(zhì)單一、分布范圍廣、沉積速率高,將產(chǎn)生不均衡差異壓實(shí)作用,進(jìn)而形成超壓或“超壓囊”,具有很強(qiáng)封蓋能力。這種情況又因大春曉油氣田兩側(cè)為深洼,呈典型W狀而放大,構(gòu)成差異構(gòu)造-沉積型雙要素形成超壓機(jī)制。

其次,研究區(qū)烴類的大量生成時(shí)期為晩中新世的生油高峰期,但兩側(cè)深洼深部中新世早期即進(jìn)入生油高峰期。這樣,早中新世—上新世有機(jī)質(zhì)豐度較高的平湖組已經(jīng)成熟,此時(shí)泥巖大量成烴,且逐漸形成并達(dá)到所謂壓實(shí)極限形成超壓,超壓囊位于超壓封存箱烴源層系之中,形成典型超壓或“超壓囊”排烴與運(yùn)移成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

再次,西湖凹陷在2 100 m以下出現(xiàn)蒙-伊混層,而平湖組大套泥巖埋深一般大于3 000 m。成巖作用研究結(jié)果表明,和大春曉油氣田群平湖組一樣,凡埋深在3 100 m以下的沉積層蒙脫石全部轉(zhuǎn)化為伊利石,該深度已經(jīng)越過生油門限,表明生烴源巖是在生成大量烴類的同時(shí)發(fā)生蒙-伊轉(zhuǎn)化和大量層間自由水釋放的,同時(shí)由于這類層間自由水密度低,導(dǎo)致孔隙流體壓力增加形成超壓和“超壓囊”,是第三種成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

3.5.2 大春曉油氣田自生儲蓋型成烴-成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)機(jī)制與過程

大春曉油氣田群主要生油層系為始新統(tǒng)平湖組,在其東西兩側(cè)白堤、三潭深凹中較為發(fā)育,東側(cè)最大沉積厚度超過2 100 m,達(dá)到3 000 m;春曉一井揭示泥巖占組厚的62.2%,泥巖有機(jī)碳為0.68%,煤層占組段厚的3.4%,春曉二井揭示泥巖厚度占組段厚度的40.8%,泥巖有機(jī)碳含量為1.01%。利用Baspro.2.0超級盆模系統(tǒng)完成模擬結(jié)果，認(rèn)為平湖組生油高峰期在晩中新世(白堤、三潭深凹平湖組生油高峰期在中新世早期,并延續(xù)至?xí)娭行率?現(xiàn)仍處于生氣高峰階段;先前所推測前始新統(tǒng)生烴層系目前已在天外天一井、寶石一井等先后鉆遇。

圖5 大春曉油氣田群含油氣系統(tǒng)事件[21-22]Fig.5 Diagram showing the petroleum system event of the large Chunxiao oil and gas field group[21-22]

前始新統(tǒng)(西湖坳陷深層古新統(tǒng),確認(rèn)發(fā)育了半深水-深水沉積海相烴源巖)、通過平湖組、花港組及龍井組含油氣系統(tǒng)關(guān)鍵時(shí)刻研究,認(rèn)為它們分別構(gòu)成上、中、下含油氣系統(tǒng)及關(guān)鍵時(shí)刻(圖5)。

1) 地質(zhì)要素

有效烴源巖為平湖組為主,包括花港組和龍井組;儲層以花港組下段為主,包括平湖組上段,花港組下段,蓋層分真假兩類蓋層及上覆地層。

2) 成藏要素

分為初次運(yùn)移和二次運(yùn)移,共同特點(diǎn)是均為短距離(1～8 km范圍內(nèi))運(yùn)移。

3) 初次運(yùn)移

以水溶相態(tài)烴為主,運(yùn)移動(dòng)力以壓實(shí)作用、水熱增溫作用、粘土礦物脫水作用和烴類生成作用為主,共同產(chǎn)生異常高壓,形成初次運(yùn)移原始動(dòng)力。主力烴源巖的初始運(yùn)移期為39 Ma前(表2),另一套烴源巖系為漸新統(tǒng)-中新統(tǒng),運(yùn)移時(shí)間分別為25 Ma和9 Ma。

4) 二次運(yùn)移

以溶解相態(tài)游離相態(tài)烴為主,后者是進(jìn)入儲層之后的運(yùn)移相態(tài),運(yùn)移動(dòng)力以儲層中的水壓作用、毛細(xì)管壓力作用、白由浮力作用為主。二次運(yùn)移時(shí)間為主要生油氣期之后的首次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期,為中-晚中新世,關(guān)鍵時(shí)刻為13.3 Ma。

表2 大春曉油氣田群油氣運(yùn)移時(shí)間推測結(jié)果Table 2 Time estimates for hydrocarbon migration in the large Chunxiao oil and gas field group

5) 圈閉形成期

歷經(jīng)玉泉運(yùn)動(dòng)(形成雛型),龍井運(yùn)動(dòng)(開始定型),形成了上下疊置的復(fù)合型斷背斜,它們在中新世晩期完成定型。

6) 保存時(shí)期

在形成油氣田之后歷經(jīng)數(shù)個(gè)百萬年并長期保存至今。存在新生代下古新統(tǒng)自生自儲古生新儲陸相成烴-成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),特征主要代表了已在WZ26-1-1井和WZ4-1-1井揭示的月桂峰組和在寶石1井揭示的寶石組半深湖相沉積體系,在地震解釋中追蹤的大春曉油氣田群白堤深洼-三潭深洼帶的T4—T6構(gòu)造-沉積層,推測也屬于最好生烴源巖,有機(jī)質(zhì)類型較好、豐度高。該套沉積可能具高壓高熱性能,已證實(shí)泥巖具有局部披蓋性,封閉性能極好。麗水36-1-1井鉆探已證實(shí),其生成烴類運(yùn)移指向遍及大春曉油氣田群各大局部構(gòu)造及東、西斜坡帶。

新生代始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)自生儲蓋型成烴-成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)是已在大春曉油氣田群被十幾口鉆井所證實(shí)的實(shí)際存在,包括由含煤層系和濱海湖相沉積體系形成的兩套成烴源巖系統(tǒng)。該系統(tǒng)分布于西湖凹陷與大春曉地區(qū),生烴潛力指數(shù)好、有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高,通過含油氣系統(tǒng)埋藏史和關(guān)鍵事件分析,表明成烴-成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)事件間匹配關(guān)系好。此類中新統(tǒng)成烴-成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)可能存在于沖繩海槽盆地、釣魚島隆褶帶、福州凹陷、西湖凹陷北部(如煤系地層為其烴源層系)和北部斷階帶等地區(qū)。

3.6 大春曉油氣田成藏動(dòng)力學(xué)模式

以過中央背斜帶和過春曉一井的二維地震剖面(D465線)與鉆井解釋層位及相應(yīng)參數(shù)為基準(zhǔn),提出建立大春曉油氣田油氣成藏模式和成藏動(dòng)力學(xué)模式(圖6,圖7)。分別命名為中央隆起帶背斜高部位-逆斷層下盤成藏模式、西部緩坡斜坡帶-坡折帶成藏模式和大春曉油氣田成藏動(dòng)力學(xué)模式。

它們的共同成藏要素特征如下:烴源層系、排烴層系、疏導(dǎo)層系、充注時(shí)間、巖相組合與圈閉形成等方面的差異決定了勘探層系、油氣藏類型及分布的差異。其中,始新統(tǒng)平湖組-花港組-玉泉-龍井組烴源層系均處于生油窗內(nèi),平湖組主力生油層系生排運(yùn)聚烴高峰期與大春曉油氣田局部構(gòu)造群圈閉形成時(shí)空配置良好;漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)烴源層系生排運(yùn)聚烴高峰期與該局部構(gòu)造群圈閉形成同期或略晩期匹配。它們的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)體系以短源縱向斷裂體系和側(cè)向不整合砂層界面體系為主,成藏動(dòng)力為超壓力與靜水浮力,存在壓力過渡帶、超壓帶及常壓帶,油氣充滿度高或中等,分別以春曉一井、天外天三井、春曉三井、殘雪一井為代表,和以平湖一井、寶石一井為代表。

該模式認(rèn)為,研究區(qū)中-下始新統(tǒng)與前始新統(tǒng)(古新統(tǒng))現(xiàn)已進(jìn)入干氣階段,鉆探試油結(jié)果在2 863.5～3 280.0 m(壓力封閉層及其上下地層之中)發(fā)現(xiàn)了12層104.9 m厚的凝析油氣層,測試其中5層獲得高產(chǎn)工業(yè)性凝析油氣流。凝析油氣極具高溫高壓低密度性,表明已形成油氣藏曾經(jīng)受到這些凝析油氣的抽提作用、溶解作用以及也包括首先發(fā)生的充注作用。凝析油氣的進(jìn)入增加了原生油氣藏的油氣比和成熟度,在圏閉充滿后發(fā)生過油氣的差異聚集作用。由于花港組油氣藏是多種烴類混合互溶,會導(dǎo)致油氣藏出現(xiàn)多相分異、異相共存的復(fù)雜局面;大春曉油氣田-蘇堤構(gòu)造帶油氣藏出現(xiàn)復(fù)雜多樣油氣藏的性質(zhì)多少與此相關(guān),這些油氣田以常壓常溫油氣藏為主,油氣藏類型卻多樣化,有邊水氣藏、帶底油(油環(huán))的邊水氣藏、塊狀底水油藏、含氣頂?shù)姿筒?、底?油環(huán))凝析氣藏等。

上述特征構(gòu)成大春曉油氣田地區(qū)現(xiàn)今獨(dú)特的,以東西兩個(gè)方向?yàn)橹鞯亩淘礋N源巖以縱向?yàn)橹鞯亩嗥谶\(yùn)移,差異聚集及多層位成藏的模式,并以始新統(tǒng)與前始新統(tǒng)-古新統(tǒng)為主生烴源巖,存在典型超壓囊體系,壓力封閉層上下地層中聚集凝析油氣的成藏模式。

圖6 大春曉地區(qū)油氣成藏模式Fig.6 Hydrocarbon accumulation model in large Chunxiao area

圖7 大春曉油氣田群成藏動(dòng)力學(xué)模式(據(jù)上海海洋石油局D-465測線解釋春曉1井反射波組層位)Fig.7 Dynamic model of hydrocarbon accumulation in the large Chunxiao oil and gas field group(the horizon of reflection wave-group from Well Chunxiao 1 is interpreted according to Line D-465 of the Shanghai Offshore Oil Bureau,Sinopec)

該模式表明,大春曉油氣田油氣成藏各重要參數(shù)之間相互匹配良好,油氣成烴條件和成藏條件十分優(yōu)越,尤其油氣田面積較大。因此春曉大油氣田是繼崖13-1大氣田之后,在中國東北部海域發(fā)現(xiàn)的又一個(gè)大型高產(chǎn)凝析油氣田。春曉油氣田油氣成藏的情況代表了大春曉油氣田群乃至西湖凹陷多數(shù)油氣田成藏基本的事實(shí),鄰區(qū)及深層將是具有重要勘探發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域。

4 結(jié)論

1) 大春曉油氣田成藏動(dòng)力表現(xiàn)為三大能量場:① 高地溫場。地溫梯度高特點(diǎn),達(dá)36～40 ℃/km;發(fā)現(xiàn)60個(gè)巖漿侵入巖,導(dǎo)致局部增溫作用促進(jìn)油氣成藏;烴源巖熱成熟度不一致性明顯,早期東北部和東南部成熟度高,天外天,春曉-斷橋構(gòu)造成熟時(shí)間最晩,就整體而言,大春曉構(gòu)造烴源巖晚成熟。② 有利應(yīng)力場。早、中期為NNE向拉張應(yīng)力場,產(chǎn)生拉張正斷層,有利油氣運(yùn)移、保存;晩期NWW向張剪性應(yīng)力場,形成平移斷層有利于油氣保存。③ 典型超壓場。發(fā)現(xiàn)大型超壓囊,形成地形驅(qū)動(dòng)、壓實(shí)驅(qū)動(dòng)、構(gòu)造應(yīng)力驅(qū)動(dòng)和對流驅(qū)動(dòng)等,沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用主導(dǎo)運(yùn)移機(jī)制,促進(jìn)油氣運(yùn)移,提出超壓-壓力囊模式。

2) 大春曉油氣田含油氣系統(tǒng)成烴-成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)存在多種成因機(jī)制包括:① 壓性逆斷層下降盤封閉形成一批高產(chǎn)能油氣藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制;② 不同壓力系統(tǒng)張性斷層輸導(dǎo)體系運(yùn)移成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制;③ 各大生烴層系運(yùn)移動(dòng)力學(xué)超壓、短源和縱向運(yùn)移成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制;④ 輸導(dǎo)體系依托拉張斷層,超壓囊壓力封閉斷面、正常壓力系統(tǒng)砂巖和泥巖中斷裂輸導(dǎo)系統(tǒng)所承載烴類對斷面兩側(cè)相連砂體等量分配、中新世壓性逆斷層斷層系統(tǒng)成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制。進(jìn)一步基于大春曉油氣田動(dòng)力學(xué)成藏含油氣系統(tǒng)事件，建立了成藏動(dòng)力學(xué)模式并揭示了油氣成藏規(guī)律。

致謝：感謝” 126專項(xiàng)”經(jīng)費(fèi)支持,感謝中國石化上海海洋石油局、中國海洋石油總公司,感謝恩師李思田教授,趙金海總工程師,蔡乾忠教授;以及劉申叔,賈建誼總工程師;龔再升,朱偉林總工程師等在資料過程中的支持與幫助。