烏石凹陷東區(qū)構(gòu)造演化特征及中淺層油氣富集規(guī)律研究

胡 林，金秋月，楊希冰，胡德勝，盧 梅

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.中海能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，廣東 湛江 524057)

0 引 言

北部灣盆地是中國南海北部中生代區(qū)域隆起背景下發(fā)育起來的新生代斷陷沉積盆地[1-4]，包括潿西南、烏石、海中、邁陳等多個(gè)富生烴或潛在富生烴凹陷，是中國海域重要的石油勘探盆地。近年來，隨著勘探逐步深入，在烏石凹陷不同層系先后發(fā)現(xiàn)烏石W1-1、W2-1、W3-1等多個(gè)油田或含油氣構(gòu)造，柳永杰等[3-8]對烏石凹陷油氣地球化學(xué)特征、沉積儲(chǔ)層和成藏認(rèn)識進(jìn)行了研究，但主要集中在中深層的沙崗組流二段和三段，關(guān)于中淺層的構(gòu)造演化特征及成藏規(guī)律研究較少。烏石凹陷受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力旋轉(zhuǎn)影響，發(fā)育有多期斷裂，同時(shí)中淺層流一段、潿洲組地層含砂率大于50%，整體呈富砂特征，對斷層側(cè)封要求較高，中淺層潿洲組和流一段油氣富集規(guī)律一直是該區(qū)勘探的重點(diǎn)和難點(diǎn)。此次研究利用地球物理、鉆井、測錄井等資料，對構(gòu)造演化、斷裂活動(dòng)性、油柱高度進(jìn)行研究，總結(jié)了烏石凹陷中淺層油氣富集特征和規(guī)律，對烏石凹陷東區(qū)中淺層勘探部署具有重要的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

烏石凹陷隸屬于北部灣盆地南部坳陷，與流沙凸起和企西隆起相鄰，平面上呈長條狀展布，南北方向分別受2條邊界斷裂控制[8-9](圖1)。烏石凹陷為中、新生代斷陷盆地，經(jīng)歷了古近紀(jì)裂陷和新近紀(jì)裂后沉降2個(gè)階段，沉積了古近系、新近系和第四系地層。在古近紀(jì)始新世裂陷階段，烏石凹陷發(fā)育中深湖相湖泊環(huán)境，沉積由浮游藻類為主要組成的厚層油頁巖和頁巖，厚度最大為2 000 m。受區(qū)域應(yīng)力順時(shí)針旋轉(zhuǎn)影響，在晚始新世—漸新世時(shí)期發(fā)育近東西向和北西向的次級斷裂，斷裂活動(dòng)控制了烏石凹陷始新統(tǒng)晚期流一段和漸新統(tǒng)潿洲組圈閉的形成及油氣的聚集成藏[10-11]。

圖1 烏石凹陷斷裂及中淺層油氣分布Fig.1 Fault and hydrocarbon distributions in the Wushi Sag

2 烏石凹陷東區(qū)構(gòu)造演化

針對烏石凹陷所處的南海四大邊緣屬性，目前諸多學(xué)者已形成了統(tǒng)一認(rèn)識[8-13]，即北部屬于張裂區(qū)，南部屬于擠壓變形區(qū)，東部屬于俯沖消減區(qū)，西部屬于受紅河斷裂帶影響的走滑剪切區(qū)。北部灣盆地位于北部陸緣張裂區(qū)，主要受區(qū)域伸展應(yīng)力場的作用。由過W8井不同方向的平衡剖面伸展率來看，烏石凹陷古新世—中晚始新世伸展應(yīng)力場呈NW—SE向，漸新世順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至近SN向，到漸新世末至中新世呈NE—SW向，影響烏石凹陷的伸展應(yīng)力場具有明顯的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征[14-17]。

基于烏石凹陷海底電纜地震資料，對烏石凹陷東洼斷裂進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理，建立了以滑脫斷裂和“似花狀斷裂”為主的伸展斷裂體系，共劃分為3組斷裂。第1組斷裂為北東向斷裂，包括⑦號斷裂和凹陷內(nèi)部NE向伴生正斷層，形成于古新世—始新世時(shí)期，⑦號斷裂為長期繼承性活動(dòng)斷裂，凹陷內(nèi)部NE向伴生正斷層主要集中于北部斜坡區(qū)，形成了斜坡區(qū)斷階帶。第2組斷裂為伸展滑脫斷裂，形成于漸新世時(shí)期，在近SN向拉張應(yīng)力和重力作用作用下，古斜坡位置的地層開始沿著高角度伴生正斷層和流二段頂?shù)酌娴暮駥铀苄阅鄮r向下滑動(dòng)，形成滑脫斷裂，滑脫斷裂呈近EW向展布，從活動(dòng)性來看，東區(qū)滑脫斷裂活動(dòng)較早，潿洲組末期基本結(jié)束活動(dòng)，中區(qū)則稍晚，一直活動(dòng)到早中新世。同時(shí)，東區(qū)伸展滑脫斷裂在形成過程中，其下降盤塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，引發(fā)地層撓曲應(yīng)變，撓曲作用到一定程度后，撓曲部位產(chǎn)生一系列對傾斷裂來調(diào)節(jié)這種應(yīng)變，在這一時(shí)期，斜向拉伸作用明顯，扭動(dòng)作用增強(qiáng)，扭動(dòng)作用促使對傾斷裂形成“似花狀斷裂”并向下逐漸收斂于伸展滑脫斷裂。第3組斷裂為中區(qū)“似花狀斷裂”，這一時(shí)期的應(yīng)力方向主要是NE—SW向，形成于漸新世末—中新世時(shí)期，中區(qū)“似花狀斷裂”主要呈NW—SE向展布。這3組斷裂基本控制了整個(gè)烏石東洼的斷裂和構(gòu)造格局。從地震剖面上看，中淺層構(gòu)造格局主要受伸展滑脫斷裂和“似花狀斷裂”所控制(圖2)；從平面上看，伸展滑脫斷裂和“似花狀斷裂”橫穿整個(gè)烏石東洼，為烏石東洼斷裂格局中最重要的斷裂體系。

圖2 烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南北向地震剖面Fig.2 NS seismic profile of the inverse structure belt in the eastern Wushi Sag

烏石凹陷在中始新世時(shí)期，⑦號斷裂較為活躍，導(dǎo)致水體加深，為中深湖環(huán)境，凹陷內(nèi)部沉積了巨厚的暗色泥巖，特別是早、晚湖侵時(shí)期沉積的2套油頁巖可以作為有效的軟弱地層；從晚始新世開始(圖3)，烏石凹陷古地貌呈北高南低，形成一個(gè)由斜坡區(qū)伸向深洼區(qū)的古斜坡，該斜坡提供了滑動(dòng)的勢能差；漸新世，⑦號斷裂繼承性活動(dòng)，為滑脫斷裂下降盤下沉提供了足夠的可容空間。

由圖3可知：伸展滑脫斷裂開始于中始新世流二段沉積時(shí)期(圖3a)，晚始新世繼承性發(fā)育，主要是一系列NE向高角度順向正斷層，在中漸新世潿二段沉積時(shí)期發(fā)生滑脫(圖3d)，定型于晚漸新世至早中新世(圖3f)，低角度順向正斷層沿著流二段頂、底部的泥巖滑動(dòng)，形成過程中產(chǎn)生了一系列順向斷塊、反向翹傾斷塊圈閉，同時(shí)滑脫斷裂發(fā)育位置的流二段地層明顯拉伸減薄。

通過對烏石凹陷東區(qū)主干剖面構(gòu)造演化進(jìn)行分析認(rèn)為：烏石凹陷斷陷期演化過程為早期簡單拉張、后期斜向拉伸(圖3)。古新世—早始新世階段，在SE—NW向拉張應(yīng)力作用下產(chǎn)生了一組NE向深大斷裂，烏石凹陷進(jìn)入初始裂陷期，凹陷發(fā)育一系列北東向展布拉張正斷層，控制了長流組及流三段地層的沉積；中始新世階段，進(jìn)入強(qiáng)烈斷陷期，邊界控凹斷裂發(fā)生了強(qiáng)烈的裂陷作用，斷裂發(fā)生了大規(guī)模的伸展活動(dòng)，⑦號斷裂控制形成了流沙港組烴源巖；晚始新世—中晚漸新世，應(yīng)力場順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，發(fā)育滑脫斷層，平面上多表現(xiàn)為近東西向平行展布，剖面上表現(xiàn)為“似花狀”構(gòu)造樣式(圖2)，烏石東區(qū)從北東方向整體抬升，北部斜坡帶部位沉積地層遭受大量剝蝕，形成了T60全區(qū)不整合面；中新統(tǒng)至今，凹陷整體進(jìn)入坳陷期，斷裂活動(dòng)不發(fā)育，整體下沉接受沉降。

圖3 烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南北向構(gòu)造演化Fig.3 NS structure evolution of the inverse structural belt in the eastern Wushi Sag

3 中淺層油氣聚集特征分析

烏石凹陷東區(qū)“似花狀斷裂”構(gòu)造內(nèi)流一段、潿洲組油氣運(yùn)移活躍，通過對烏石凹陷中淺層潿洲組和流一段區(qū)域內(nèi)鉆井油氣發(fā)現(xiàn)情況進(jìn)行對比分析可知，“花心”(Fc1、Fc2、Fc3、Fc4、Fd)、“花瓣”(Fa、Fb、Fc、Fe、Ff)部位(圖2)油氣成藏具有明顯的區(qū)別：“花心”部位流一段和潿洲組油氣顯示非常豐富，但解釋油層少、成藏規(guī)模小；“花瓣”部位解釋油層厚度大，成藏規(guī)模更大。為了展現(xiàn)成藏規(guī)模的變化，統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的流一段、潿洲組油藏的油柱高度，結(jié)果顯示，“似花狀”構(gòu)造成藏特征呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性：橫向上，油柱高度從“花心”到“花瓣”是逐漸增大的；縱向上，流一段、潿洲組成藏也存在差異，已揭示的潿洲組成藏規(guī)模明顯小于流一段，潿洲組油柱高度為20～60 m，流一段油柱高度為30～200 m(圖4)。

圖4 潿洲組、流一段油柱高度統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistic of oil column heights in the Weizhou Formation and Liu-1 Member

為進(jìn)一步探究油氣富集規(guī)律性變化的原因，對影響圈閉有效性的多個(gè)因素進(jìn)行了分析：“似花狀”構(gòu)造油氣富集規(guī)律的縱、橫向變化主要受到了斷層斷距、斷層活動(dòng)性、斷層傾角等因素的影響。由烏石凹陷南北向剖面斷層活動(dòng)性分析可知(圖5)，從始新世流一段沉積至漸新世末期，斷層均處于活動(dòng)階段，但是“花心”和“花瓣”部位斷層活動(dòng)性存在明顯差異，“花瓣”部位的斷層活動(dòng)性明顯早于并且強(qiáng)于“花心”部位，“花瓣”部位斷層斷距較大，容易錯(cuò)開富砂層段，并使斷面具備良好的泥巖涂抹條件。在反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶優(yōu)越聚油背景下，“似花狀”構(gòu)造油氣運(yùn)移非常活躍；受圈閉有效性的影響，“似花狀”構(gòu)造縱、橫向成藏具明顯的規(guī)律性，橫向上“花瓣”富集，縱向上流一段成藏規(guī)?？傮w大于潿洲組。

圖5 烏石凹陷斷層活動(dòng)速率分析Fig.5 Fault activity rate analysis in Wushi Sag

4 中淺層油氣富集規(guī)律

該文在研究區(qū)斷裂解析和構(gòu)造演化分析基礎(chǔ)上，結(jié)合烏石凹陷東區(qū)流一段、潿洲組鉆井成果可知，烏石凹陷中淺層表現(xiàn)為下生上儲(chǔ)、源控成藏的特征，反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶流一段、潿洲組油氣富集于大型“似花狀”構(gòu)造區(qū)，多期斷裂和砂體組成了優(yōu)越的輸導(dǎo)通道，同時(shí)，“似花狀”構(gòu)造區(qū)發(fā)育了大量斷鼻、斷背斜、斷塊圈閉。通過已鉆井資料、構(gòu)造演化、斷層活動(dòng)性分析以及油柱高度的統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為“似花狀”構(gòu)造油氣富集橫向變化主要受到了斷層斷距、活動(dòng)性、斷層傾角等因素的影響，形成“花瓣”規(guī)模聚集的特征。流二段生成油氣在斷裂和砂體組成的輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)下，向反轉(zhuǎn)構(gòu)造進(jìn)行運(yùn)移，油氣主要富集于遠(yuǎn)離“似花狀”構(gòu)造“花心”部位的構(gòu)造裙邊帶，呈現(xiàn)出外圍“花瓣”富集的特征(圖6)，烏石凹陷中淺層油藏呈現(xiàn)出“一塊一藏，牙刷狀”分布特征。

圖6 烏石凹陷中淺層油氣成藏規(guī)律Fig.6 Middle-shallow hydrocarbon accumulation patterns in the Wushi Sag

5 結(jié) 論

(1) 烏石凹陷古新世—中晚始新世，伸展應(yīng)力場呈NW—SE向，漸新世順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至近SN向，到漸新世末至中新世呈NE—SW向，影響烏石凹陷的伸展應(yīng)力場具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征。

(2) 烏石凹陷東區(qū)受區(qū)域隆升影響發(fā)育大型反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶，呈大型“似花狀”構(gòu)造，對東區(qū)斷裂特征和構(gòu)造演化進(jìn)行分析，烏石凹陷東區(qū)先后經(jīng)歷了古新世—始新世裂陷階段、漸新世伸展滑脫和新近系熱沉降階段。

(3) 烏石凹陷中淺層流一段和潿洲組在平面上和縱向上成藏呈現(xiàn)明顯差異性，油氣主要富集于遠(yuǎn)離“似花狀”構(gòu)造“花心”部位的構(gòu)造裙邊帶，呈現(xiàn)出外圍“花瓣”富集特征，烏石凹陷中淺層油藏呈現(xiàn)出“一塊一藏，牙刷狀”分布特征。