珠江口盆地恩平凹陷斷裂控藏研究

吳哲，吳婷婷，王文勇

張忠濤，許新明，于水明 中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司研究院，廣東 深圳 518054

珠江口盆地的勘探實(shí)踐表明，斷裂的類型、組合樣式、活動(dòng)期次、活動(dòng)強(qiáng)度、封堵性能等特征是影響油氣成藏的關(guān)鍵因素[1～6]。2015年之前，珠江口盆地恩平凹陷的油氣發(fā)現(xiàn)和研究成果主要集中在南部斷裂構(gòu)造帶[7，8]，恩平凹陷中淺層油氣成藏受斷裂活動(dòng)特征控制[7～11]，主要表現(xiàn)為斷裂控?zé)N、控運(yùn)、控圈3個(gè)方面。但是，關(guān)于恩平凹陷的斷裂控藏研究多為定性判斷，缺乏定量分析，尚未總結(jié)形成恩平凹陷不同構(gòu)造帶的油氣成藏規(guī)律和成藏模式。近年來(lái)，隨著恩平凹陷在北部斷階帶、中央洼陷帶的深入勘探，取得了大量新資料，亟需重新整體認(rèn)識(shí)恩平凹陷油氣成藏的主控因素及成藏規(guī)律。為此，筆者通過(guò)系統(tǒng)劃分恩平凹陷不同類型斷裂，定量分析已鉆井控圈/控運(yùn)斷裂與油氣成藏的關(guān)系，探索恩平凹陷不同構(gòu)造單元的斷裂控藏規(guī)律，應(yīng)用于未鉆圈閉的評(píng)價(jià)中，并提出了恩平凹陷的勘探潛力方向。

1 地質(zhì)背景

恩平凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷最西端，面積約5000km2，總體呈北東走向(見(jiàn)圖1)，包含恩平17洼、恩平18洼和恩平12洼共3個(gè)次洼。已發(fā)現(xiàn)的油氣主要來(lái)自恩平17洼文昌組中深湖相烴源巖，以珠江組、韓江組下段為主要儲(chǔ)層，具有18.5、17.8、17、16Ma時(shí)期沉積的4套區(qū)域泥巖蓋層[7，8]。恩平凹陷以斷裂-披覆背斜復(fù)合型圈閉和斷裂型圈閉為主，油氣初次運(yùn)移受文昌組烴源巖地層產(chǎn)狀控制，通過(guò)不整合面、砂體、構(gòu)造脊和斷裂體系組成的“復(fù)合疏導(dǎo)體系”疏導(dǎo)油氣，聚集成藏，10Ma以來(lái)的東沙運(yùn)動(dòng)時(shí)期是主要的關(guān)鍵成藏期[7，8，10]。恩平凹陷是已被勘探實(shí)踐證實(shí)的富生烴凹陷，已發(fā)現(xiàn)A1、A2、A3、A6、A7、A8、A16、A21等多個(gè)油氣田，分布于南部緩坡帶和北部斷階帶上，油氣成藏特征明顯受斷裂活動(dòng)控制。

2 斷裂類型及活動(dòng)特征

2.1 不同類型斷裂發(fā)育特征

2.2 斷裂活動(dòng)特征

利用斷裂活動(dòng)速率指標(biāo)可以表征斷裂活動(dòng)特征。通過(guò)計(jì)算恩平凹陷18口井的控圈/控運(yùn)斷裂活動(dòng)速率，可將斷裂活動(dòng)分為4個(gè)階段。

恩平凹陷斷裂活動(dòng)特征反映出裂后階段的斷裂活動(dòng)強(qiáng)度不如裂陷期劇烈，裂后晚期新生的斷裂較少，大部分?jǐn)嗔咽抢^承性發(fā)育。計(jì)算結(jié)果還揭示了恩平凹陷不同構(gòu)造帶的斷裂活動(dòng)特征差別，北部斷階帶和南部緩坡帶同時(shí)存在長(zhǎng)期活動(dòng)和晚期活動(dòng)斷裂，而中央洼陷帶僅有晚期活動(dòng)斷裂，且北部斷階帶和南部緩坡帶活動(dòng)強(qiáng)度明顯大于中央洼陷帶(見(jiàn)圖4)。

3 恩平凹陷斷裂控藏規(guī)律

3.1 恩平凹陷中淺層油氣成藏的關(guān)鍵

恩平凹陷新近系沒(méi)有生烴潛力，斷裂體系是溝通古近系烴源巖和淺部有效圈閉的關(guān)鍵。只有當(dāng)油氣大規(guī)模生排烴時(shí)間、斷裂活動(dòng)時(shí)間與圈閉形成時(shí)間有效匹配時(shí)，才有利于中淺層油氣規(guī)模成藏。以往研究均是參考珠江口盆地珠一坳陷的勘探經(jīng)驗(yàn)，將10～5Ma(粵海期)作為恩平凹陷油氣成藏的關(guān)鍵時(shí)間[7～10]。實(shí)際上，通過(guò)對(duì)恩平凹陷已發(fā)現(xiàn)油氣田的21個(gè)樣品的油氣充注時(shí)間數(shù)據(jù)(應(yīng)用流體包裹體方法和自生伊利石Ar-Ar定年法確定)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)恩平凹陷以5Ma-現(xiàn)今的單期油氣充注為主，約占所有樣品的90%。結(jié)合近期對(duì)珠江口盆地珠一坳陷油氣成藏規(guī)律的新認(rèn)識(shí)[12]，新近系油氣藏的成藏關(guān)鍵時(shí)間并不固定，從陸豐凹陷向惠州凹陷、恩平凹陷油氣主充注期存在從東往西逐漸變晚的趨勢(shì)。該油氣成藏時(shí)間趨勢(shì)與珠江口盆地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期東沙地區(qū)從東向西逐漸隆升的過(guò)程相一致。5Ma是東沙隆起構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈的階段，恩平凹陷處于珠一坳陷最西端，受東沙隆起過(guò)程的影響最晚。為此，筆者提出5Ma以來(lái)的斷裂活動(dòng)強(qiáng)度與油氣充注過(guò)程相匹配，是恩平凹陷中淺層形成規(guī)模油氣藏的關(guān)鍵，該認(rèn)識(shí)與強(qiáng)調(diào)上新世-至今的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制中國(guó)近海新生代盆地油氣成藏的觀點(diǎn)相一致[13]。

3.2 恩平凹陷斷裂的封堵性能

已發(fā)現(xiàn)的恩平凹陷油氣藏主要為斷圈，需要從巖性對(duì)接封堵、泥巖涂抹封堵和應(yīng)力封堵角度綜合分析斷裂側(cè)向封堵性能與油氣成藏的關(guān)系[15]。巖性對(duì)接封堵的評(píng)價(jià)相對(duì)簡(jiǎn)單，利用Allan圖可以進(jìn)行有效分析[16]。泥巖涂抹封堵性能的評(píng)價(jià)可以基于恩平凹陷6口井(A1井、A2井、A3井、A6井、A7井、A16井)的47個(gè)斷裂圈閉油層數(shù)據(jù)，計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的斷裂泥比率SGR(累積泥巖厚度與垂直斷距比值)[16]，建立SGR封堵性能評(píng)價(jià)圖版(見(jiàn)圖7)。計(jì)算結(jié)果表明，恩平凹陷SGR臨界值約為0.32，埋深3000m以內(nèi)的SGR臨界值具有先變小后逐漸變大的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)折位置大約為1700～1800m。實(shí)際上，不同類型烴類對(duì)SGR的要求不同，輕質(zhì)油需要較高的SGR，低SGR可以封堵一定規(guī)模的稠油[16]。以A7油氣田為例，雖然控圈斷裂SGR低于0.32，但是封堵原油類型為稠油，地面原油密度達(dá)0.958t/m3。

恩平凹陷主要發(fā)育NE、EW、NW、NWW向4組斷裂，可以簡(jiǎn)單依據(jù)不同走向斷裂與構(gòu)造應(yīng)力方向之間的夾角關(guān)系分析斷裂應(yīng)力封堵性能。珠江口盆地現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹WW向，并伴有NEE向右旋走滑作用[17]。一般來(lái)講，隨著斷裂走向偏離最大水平應(yīng)力場(chǎng)方向的角度增加，斷裂的開啟程度逐漸降低，即平行于最大水平應(yīng)力方向的NWW向張性斷裂的開啟程度最高，有利于油氣運(yùn)移；近EW向斷裂相對(duì)于NE向斷裂具有較高的開啟程度，并且EW向右行左階雁列式斷裂帶具有張扭性質(zhì)，有利于油氣封堵；NE向斷裂基本垂直于最大水平應(yīng)力場(chǎng)方向，斷裂總體處于壓性狀態(tài)，不利于油氣運(yùn)移，而利于油氣封堵。因此，恩平凹陷斷裂封堵性能好壞的關(guān)系是：NE向斷裂>EW向斷裂>NWW向斷裂。該認(rèn)識(shí)與研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油氣藏規(guī)模相一致：NWW向斷裂控制的油氣藏規(guī)模較小，如A1、A2、A3等油氣田，探明儲(chǔ)量規(guī)模都小于1000×104m3；而EW向雁列式斷裂帶控制的A6、A7、A21等油氣田，以及NE向斷裂起封堵作用控制的A16油氣田，探明儲(chǔ)量規(guī)模均大于1000×104m3?？偟膩?lái)說(shuō)，在分析斷裂封堵性能時(shí)，不應(yīng)只考慮單一封堵因素，要綜合考慮斷裂性質(zhì)和走向、應(yīng)力場(chǎng)方向、巖性對(duì)接、泥巖涂抹、烴類性質(zhì)等因素的整體影響。

3.3 弧形斷裂對(duì)北部斷階帶油氣成藏的控制模式

恩平凹陷北部斷階帶位于凹陷陡坡帶一側(cè)，2015年之前鉆探了A22井、A23井、A24井等多口失利井。2015年成功鉆探A16油氣田后，逐漸認(rèn)識(shí)到弧形斷裂F3和F4控制了北部斷階帶的油氣運(yùn)移、聚集，即恩平17洼文昌組中深湖相烴源巖生成的油氣，在“超壓+不整合面+砂體+斷裂”復(fù)合疏導(dǎo)體系的作用下，沿著F3和F4弧形斷裂走向向北側(cè)運(yùn)移，在弧形斷裂的遠(yuǎn)端聚集成藏，上述認(rèn)識(shí)促進(jìn)了A21油氣田的發(fā)現(xiàn)。

針對(duì)弧形斷裂F3和F4的形成機(jī)制存在爭(zhēng)議。以往認(rèn)為在理想伸展作用下，形成正交于最小主應(yīng)力方向的線性斷裂，而弧形斷裂的形成機(jī)制有多種，包括應(yīng)力方向轉(zhuǎn)變的多期伸展、先存薄弱帶的再活動(dòng)、活動(dòng)基底引起的應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)等[18,19]。通過(guò)F3和F4斷裂活動(dòng)性能的精細(xì)刻畫，依據(jù)弧形斷裂形成時(shí)間、斷裂切割關(guān)系、斷裂分布特征，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景，筆者認(rèn)為F3和F4斷裂形成于文昌期末-恩平期，是由于伸展應(yīng)力方向由NW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹S向[11]，并伴有中生代先存逆沖斷裂誘發(fā)作用的影響而形成的弧形斷裂。

筆者進(jìn)一步分析油氣沿?cái)嗔炎呦虻倪\(yùn)移特征，發(fā)現(xiàn)在油源斷裂與烴源巖側(cè)向接觸的情況下，油氣沿油源斷裂走向的上升盤疏導(dǎo)效率優(yōu)于下降盤，進(jìn)而建立了恩平凹陷北部斷階帶弧形斷裂控制油氣成藏的模式(見(jiàn)圖8)?；趯?duì)斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為形成該現(xiàn)象的原因主要是：與烴源巖接觸的F3、F4斷裂部位為末端位置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不發(fā)育，下降盤油氣容易穿透斷裂面直接向上升盤高位砂體運(yùn)移；斷裂上升盤誘導(dǎo)裂縫發(fā)育較少，更容易形成反向遮擋，保障油氣沿著斷裂面走向向北側(cè)運(yùn)移；下降盤存在地層起伏的影響，并且誘導(dǎo)裂縫發(fā)育，不利于油氣沿?cái)嗔炎呦蝽槙尺\(yùn)移。依據(jù)上述認(rèn)識(shí)，可以解釋弧形斷裂下降盤A20井的失利原因。實(shí)際上，珠江口盆地存在多個(gè)類似實(shí)例佐證該認(rèn)識(shí)，如PY4洼洼陷內(nèi)部某斷裂系與烴源巖成側(cè)向接觸關(guān)系，在斷裂系上升盤鉆探的2口井發(fā)現(xiàn)油氣規(guī)模富集，而下降盤鉆探均失利。

在確定北部斷階帶是有利勘探區(qū)帶后，對(duì)未鉆圈閉進(jìn)行鉆前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。以北部斷階帶E10目標(biāo)為例，計(jì)算發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)控圈斷裂5Ma以來(lái)最大活動(dòng)速率為3.7m/Ma，平均活動(dòng)速率只有2.2m/Ma，小于5.6m/Ma的活動(dòng)性能臨界值；并且斷裂面SGR封堵性能數(shù)據(jù)大范圍小于臨界值0.32，所以鉆前提示E10目標(biāo)存在控圈斷裂垂向疏導(dǎo)能力不足和封堵性能不佳的風(fēng)險(xiǎn)，最終的鉆探結(jié)果也證實(shí)了該認(rèn)識(shí)。

從不同類型斷裂與油氣成藏的關(guān)系來(lái)看，占比較大的深淺溝通斷裂有利于淺層成藏，占比較小的中部斷裂、中淺部斷裂和淺部斷裂主要對(duì)油氣成藏起調(diào)節(jié)作用；而占比最大的深部斷裂和中深部斷裂有利于古近系成藏，在恩平凹陷新近系目標(biāo)越來(lái)越少的勘探現(xiàn)狀下，古近系深層勘探潛力巨大，因此深層古近系斷裂圈閉是未來(lái)重點(diǎn)勘探的方向。

4 結(jié)論

1)恩平凹陷的斷裂系統(tǒng)主要為6種類型：深部斷裂、中深部斷裂、中部斷裂、中淺部斷裂、淺部斷裂和深淺溝通斷裂，其中深部斷裂和深淺溝通斷裂最為發(fā)育。斷裂活動(dòng)主要經(jīng)歷了4個(gè)演化階段。5Ma以來(lái)的斷裂活動(dòng)強(qiáng)度是恩平凹陷中淺層油氣成藏的關(guān)鍵。

2)SGR封堵臨界值大約為0.32。中央洼陷帶缺乏“中轉(zhuǎn)站”模式，不利于油氣規(guī)模富集?；⌒螖嗔芽刂票辈繑嚯A帶的油氣成藏，且當(dāng)油氣沿?cái)嗔炎呦蜻\(yùn)移時(shí)，上升盤疏導(dǎo)油氣效率大于下降盤。深層古近系斷裂圈閉是未來(lái)的勘探潛力方向。