烏石凹陷“背形負花構(gòu)造”成因及油氣富集規(guī)律差異性研究*

滿 曉 胡德勝 范彩偉 向 飛 吳 潔

(中海石油(中國)有限公司海南分公司 海南?？?570312)

烏石凹陷位于我國南海北部灣盆地，為已證實的富烴凹陷[1-2]。受益于高品質(zhì)的三維地震資料，近十年來接連獲得多個大中型油田發(fā)現(xiàn)，累計探明原油超過1億m3。近幾年針對淺層流沙港組一段及潿洲組大型“背形負花構(gòu)造”部署鉆探，多口井見油，但發(fā)現(xiàn)規(guī)模差別較大，勘探成功率不高，關(guān)鍵問題在于本區(qū)“背形負花構(gòu)造”發(fā)育與演化機理認識不清，油氣差異富集規(guī)律不明確，難以精準指導勘探，需要開展相關(guān)的研究。

“背形負花構(gòu)造”亦稱“復合型花狀構(gòu)造”，是一種區(qū)別于“正花狀構(gòu)造”和“負花狀構(gòu)造”的特殊構(gòu)造樣式，前人對該類構(gòu)造的成因已有一些研究成果，劉曉峰 等[3]研究了南堡凹陷的“背形負花狀構(gòu)造”，認為是由轉(zhuǎn)換伸展斷層牽引塑性的蓋層而形成的一種強制褶皺，詹潤[4]、石砥石[5]等認為青東凹陷的“復合型花狀構(gòu)造”是早期張扭性活動與晚期壓扭性活動疊加的結(jié)果，張宏國 等[6]研究了渤海海域蓬萊C構(gòu)造的“復合型花狀構(gòu)造”，認為是早期斷層受晚期走滑擠壓反轉(zhuǎn)形成的，該類構(gòu)造對油氣成藏控制作用的研究成果報道較少。此外，針對烏石凹陷的斷裂系統(tǒng)，胡德勝 等[7]提出烏石東區(qū)經(jīng)歷了弱裂陷、強裂陷、走滑弱伸展3個演化階段，并識別了伸展、走滑、反轉(zhuǎn)3種構(gòu)造樣式，吳孔友 等[8]提出受板塊相互作用產(chǎn)生的伸展-走滑-弱擠壓聯(lián)合疊加區(qū)域應(yīng)力影響，烏石凹陷東區(qū)斷裂形成演化經(jīng)歷了伸展萌芽、伸展主活動、走滑弱伸展、走滑弱擠壓、定型保留5個主要階段，胡林 等[9]根據(jù)伸展砂箱模型物理模擬實驗結(jié)果，提出滑脫型斷層影響了烏石東區(qū)斷裂的發(fā)育格局。前人研究大多著眼于烏石凹陷整體的斷裂發(fā)育樣式、機制及演化過程，對于“背型負花構(gòu)造”的側(cè)重性研究不夠聚焦和充分，且油氣富集規(guī)律方面的研究較少，對勘探指導的針對性不足。

為此，本文結(jié)合區(qū)域應(yīng)力背景，借助研究區(qū)三維地震資料，針對性地對本區(qū)“背形負花構(gòu)造”的發(fā)育特征及成因機制進行了分析，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)鉆井成果和斷層發(fā)育特征分析，明確了油氣富集的差異特征及控制因素，提出了針對性的勘探策略。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

北部灣盆地是我國南海北部發(fā)育的一個新生代陸內(nèi)裂谷盆地[10-11]，是我國重要的海上原油勘探、開發(fā)、生產(chǎn)基地之一。其中，烏石凹陷為盆地內(nèi)的一個次級凹陷，北側(cè)為企西隆起，南側(cè)為流沙凸起，面積約2 680 km2，分為東、西兩洼，研究區(qū)位于東洼的油氣發(fā)現(xiàn)集中區(qū)(圖1)。

圖1 烏石凹陷構(gòu)造綱要

烏石凹陷具有典型的“下斷上坳”的雙層結(jié)構(gòu)，新生代演化分為古近紀裂陷期和新近紀拗陷期[12-15](圖2)。古新世至早始新世(T100—T86)為初始裂陷期，斷層走向主要為NE向，凹陷內(nèi)充填了長流組—流沙港組三段地層；中始新世(T86—T83)伸展應(yīng)力場發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)，斷層走向以NEE向為主[7]，⑦號控凹斷層強烈活動，凹陷進入快速裂陷期，沉積了巨厚的流沙港組二段(T86—T83)中深湖泥巖，為烏石凹陷最重要的烴源層；晚始新世流沙港組一段(T83—T80)沉積時期為濱淺湖環(huán)境，凹陷內(nèi)發(fā)育大規(guī)模辮狀河三角洲、扇三角洲沉積；漸新世(T80—T60)為斷拗轉(zhuǎn)換期，伸展應(yīng)力場繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)至SN向，多發(fā)育近EW向正斷層，該時期⑥號斷層和⑦號斷層西段活動性增強，凹陷的沉降中心逐漸向西遷移，烏石東區(qū)呈“東高西低”的地貌特征，發(fā)育東物源大規(guī)模辮狀河三角洲沉積，晚期凹陷整體抬升剝蝕，形成廣泛分布的T60不整合面；新近紀拗陷期(T60至今)，烏石凹陷整體以沉降作用為主，伴隨著海水的全面涌入，呈現(xiàn)為濱淺海的沉積環(huán)境，地層富砂。

圖2 烏石凹陷新生代地層綜合柱狀圖

始新統(tǒng)流沙港組三段、二段分別具有“源下”及“源內(nèi)”成藏的特征，地層埋深較大，與流沙港組一段、潿洲組及下洋組等“源上”成藏層系具有顯著的差異，本文重點針對中淺層流沙港組一段及潿洲組開展研究。

2 “背形負花構(gòu)造”結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征與成因機制

2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

從平面上看，研究區(qū)烏石凹陷東區(qū)流一段、潿洲組地層整體呈現(xiàn)為大型斷背斜構(gòu)造形態(tài)(圖3)。斷裂走向以近EW向為主，其次為NEE向，主斷層水平斷距最大可達1 km左右，大致以斷背斜中軸線為界，南北兩側(cè)斷層呈“對傾”的形態(tài)，北側(cè)斷層向南傾，南側(cè)斷層向北傾。平面上的斷層多呈“人”字型組合樣式。

圖3 研究區(qū)流一段頂面時間構(gòu)造圖

從剖面上看，研究區(qū)地層呈現(xiàn)出“背形負花”的構(gòu)造形態(tài)(圖4)。地層向構(gòu)造兩側(cè)下傾，形成一個大型“背斜”構(gòu)造，一組“對傾”的正斷層將背斜復雜化，在剖面上呈現(xiàn)為一個“似花狀”構(gòu)造。構(gòu)造區(qū)“翼部”斷層多為上陡下緩的“犁式”正斷層，發(fā)育規(guī)模相對較大，平面延伸距離長，伴生的小斷層較少，斷距大，可斷穿流二段、流一段、潿洲組的巨厚地層；“核部”主斷層斷距大，并伴生了大量的小斷層，斷距小、傾角大，地層十分破碎。所有的斷層逐級向下收斂于一條具有滑脫性質(zhì)的大斷層之上?！氨承巍迸c正斷層組是“背形負花構(gòu)造”最典型的兩個特征，與“正花狀”“負花狀”構(gòu)造這兩類走滑構(gòu)造樣式存在明顯的區(qū)別[16-19]。

圖4 烏石凹陷“背形負花構(gòu)造”地震剖面(剖面位置見圖3)

2.2 成因機制

1)斷裂期次。

除滑脫斷層Fd外，“背形負花構(gòu)造”區(qū)內(nèi)的斷層向下斷至流二段，向上斷穿T60界面至下洋組地層，主要活動時間為中始新世至早中新世之間，根據(jù)斷層斷距的差異性，可見明顯的期次性活動特征。以Fa、Fc斷層為例，這兩條斷層比較陡直，具有水平斷距小、垂向斷距大的特點，T83—T72之間斷層斷距大，且不同層位斷距基本一致，斷層兩盤地層厚度相差不大，不具有明顯的控沉積特征；而在T70—T60之間，地層斷距明顯小于T83—T72之間的地層，表明在這個時期，斷層活動性較弱。由此可知，斷層的活動大約分為兩個期次，第一期是在早漸新世末至中漸新世初，第二期是在中漸新世至早中新世。

2)應(yīng)力背景。

北部灣盆地位于南海北部陸緣張裂區(qū)，受古新世到始新世太平洋-歐亞板塊匯聚速率降低及漸新世到中中新世古南海向南俯沖的影響，主要受區(qū)域伸展應(yīng)力場的作用，而印澳-歐亞的碰撞使區(qū)域伸展應(yīng)力場具有明顯的順時針旋轉(zhuǎn)的特征[20-22]。古新世—中始新世時期，凹陷主要呈NW—SE向伸展，伸展強度較大；晚始新世時期，NW—SE向伸展強度減弱，N—S向伸展強度增強；早漸新世時期，伸展應(yīng)力持續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，整體以N—S向伸展為主；到中晚漸新世時期，伸展應(yīng)力旋轉(zhuǎn)至以NE—SW向為主。

烏石凹陷演化初期主要受NW—SE向伸展應(yīng)力場影響，發(fā)育NE—SW走向的斷裂系統(tǒng)，斷裂發(fā)育規(guī)模大，控制了烏石凹陷新生代的構(gòu)造格局，新生代伸展應(yīng)力場的持續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)作用于早期控凹斷裂，則在很大程度上影響了凹陷內(nèi)的構(gòu)造樣式。古新世至中始新世，伸展應(yīng)力場與NE向控凹斷裂接近垂直，拉張分量占主導，構(gòu)造演化主要受伸展作用控制；晚始新世至中新世，伸展應(yīng)力場與先存的NE向斷裂夾角逐漸減小，剪切分量增強，構(gòu)造演化主要受“斜向拉伸”作用影響。

3)演化過程。

“背形負花狀構(gòu)造”的形成是伸展應(yīng)力場長期作用于本區(qū)的結(jié)果。

研究區(qū)呈現(xiàn)“南斷北超”的箕狀洼陷特征，古新世—中始新世，在NW—SE向張應(yīng)力的作用下，⑦號控凹斷層沿NE向展布，斷層活動速率可達450 m/Ma，其長期劇烈活動導致下降盤充填了巨厚的中深湖相泥、頁巖，為典型的塑性地層，凹陷北部則發(fā)育較陡的古斜坡(圖5a)。

晚始新世—早漸新世，受持續(xù)的沉積作用的影響，塑性地層負載逐漸增大，這一時期區(qū)域伸展應(yīng)力場方向逐漸由NW—SE向轉(zhuǎn)變?yōu)镹S向，發(fā)育近NEE、EW走向的斷層，長期、張性的應(yīng)力環(huán)境為地層橫向伸展創(chuàng)造了充足的空間，當上覆地層荷載達到一定程度，就會沿著塑性烴源層向下發(fā)生重力滑脫。烏石凹陷的滑脫斷層特征比較典型，由圖4可見，滑脫斷層Fd表現(xiàn)為“上陡下緩”的犁式斷層的特征，向下延伸直至消失在塑性烴源層內(nèi)?？拷摂鄬由喜?，流二段地層具有明顯的因斷缺而減薄的特點，同時由于地層塑性強受到明顯的牽引，而上覆的流一段至潿洲組富砂的剛性地層(T83—T70)則表現(xiàn)為逆牽引的特征。靠近洼中的位置，滑脫體在運動前方受到擠壓而被迫上拱，在一定程度上控制了背斜形態(tài)的形成。與此同時，由于凹陷南部⑦號控凹斷層的持續(xù)性活動，造成其下降盤地層持續(xù)向下滑動，因此滑脫斷層和⑦號控凹斷層的活動共同控制了地層相向滑動，下擠上拱而具有了“背形”的形態(tài)，背形的核部受到引張而派生了傾向相反的一組張性斷層，從而形成了“背形負花狀”的雛形(圖5b)。

圖5 “背形負花構(gòu)造”演化模式

到中漸新世—早中新世，區(qū)域伸展應(yīng)力場以N—S向為主，凹陷演化呈現(xiàn)為斜向拉伸的應(yīng)力背景，斜向拉伸產(chǎn)生的走滑分量使這個時期發(fā)育的東西向斷層具有一定的張扭性質(zhì)，在這種應(yīng)力背景下，早期形成的“背形構(gòu)造”持續(xù)接受改造，派生了大量的調(diào)節(jié)斷層，并最終收斂于翼部主斷層，形成了“背形負花狀”構(gòu)造(圖5c)。

綜上所述，烏石凹陷“背形負花狀”構(gòu)造的形成分為“背形”形成和“花狀構(gòu)造”形成兩個階段，地層因伸展滑脫受到重力牽引而形成背形，斜向拉伸的走滑分量使斷層扭動并聚斂成“花”。

3 油氣差異富集特征

從平面上看，大型“背形負花構(gòu)造”的長軸方向為SWW—NNE向，低部位傾沒于烏石凹陷主洼，形成了一個大型的構(gòu)造脊，為油氣匯聚提供了有利條件，鉆探證實，構(gòu)造區(qū)為凹陷內(nèi)最有利的油氣富集區(qū)。除深層之外，近幾年又在中淺層流一段、潿洲組相繼發(fā)現(xiàn)烏石X油田、烏石Y油田等幾個中型規(guī)模的油田。

從鉆井油氣發(fā)現(xiàn)成果來看，“背形負花構(gòu)造”油氣富集特征在不同部位存在明顯的差異性，主要體現(xiàn)在兩個方面：

1)就油氣運移活躍程度而言，“花心”部位運移更加活躍，成藏層系多，“花瓣”部位僅局部活躍，成藏層系單一。如位于“花心”部位的X4井和X7井，X4井在潿二段、潿三段、流一段總共見到110 m的油氣顯示，而X7井在流一段、潿洲組及中新統(tǒng)下洋組等多套層系見到180 m的油氣顯示，表明“花心”部位垂向運移通道更加順暢?！盎ò辍蔽挥跇?gòu)造的側(cè)翼，成藏層系相對單一，油氣顯示主要見于流一段，Y1、Y4、X11井在流一段見到20～80 m厚的油氣顯示，但潿三段以淺僅Y4、X11井有零星的油氣。

2)就成藏規(guī)模而言，“花瓣”部位明顯大于“花心”。對區(qū)域內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的流一段、潿洲組油藏的油柱高度進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果呈現(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，“花心”部位盡管顯示豐富，但X3、X4井揭示的油柱高度在20～30 m左右，原油探明規(guī)模只有幾十萬方,北“花瓣”X11、X12井油柱高度60～90 m，南“花瓣”X7、Y2、Y3、Y4等井油柱高度最大50～130 m，南、北“花瓣”部位均有中型規(guī)模以上的原油發(fā)現(xiàn)，油藏豐度為500～600萬m3/km2；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20～60 m，原油探明儲量規(guī)模占比小于20%，流一段油柱高度30～130 m，為中淺層主力含油層系(圖6)。

圖6 研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)油藏油柱高度統(tǒng)計圖

綜上所述，“背形負花”構(gòu)造區(qū)油氣富集特征差異顯著，盡管“花心”部位油氣運移更加活躍，但富集區(qū)位于“花瓣”位置，這種差異主要是由構(gòu)造特征、斷層產(chǎn)狀及發(fā)育程度在橫向上的變化造成的。

對于該類型構(gòu)造而言，“花心”為區(qū)域上的構(gòu)造高部位，油氣容易匯聚，整體的運移條件要優(yōu)于側(cè)翼的“花瓣”區(qū)。但是在構(gòu)造形成演化的過程中，“花心”部位為應(yīng)力集中區(qū)，張性斷裂極為發(fā)育，地層破碎程度高，斷距小，并且斷層傾角大，最大可達45°，側(cè)向封堵能力弱，油氣進入圈閉后較難保存，容易向上漏失，所以鉆探容易見到油氣顯示，但單個圈閉的成藏規(guī)模??；“花瓣”部位斷層發(fā)育規(guī)模較大，斷距大、傾角小，在10°～25°，次級斷裂少，斷塊較為完整，圈閉保存條件好，垂向上越近油源的層系，油氣越容易充注和保存，而離油源層較遠的層系因為運移差，油氣難以成藏，因此“花瓣”區(qū)成藏層系相對單一，但成藏規(guī)模較大。

4 成藏模式與勘探策略

烏石凹陷流一段、潿洲組為源上成藏層系，由流二段湖相源巖供烴。從構(gòu)造圖上看，研究區(qū)下伏流二段地層呈大型鼻狀構(gòu)造脊形態(tài)，一直伸向烏石凹陷生烴主洼，使研究區(qū)成為烏石凹陷最有利的匯油方向，且研究區(qū)“背形負花構(gòu)造”發(fā)育張性斷裂體系，可有效溝通烴源層及儲集層。此外，流一段、潿洲組沉積時期，構(gòu)造區(qū)均發(fā)育大型辮狀河三角洲沉積，骨架砂體展布范圍廣。構(gòu)造脊、斷裂、骨架砂體形成了良好的配置關(guān)系，所以構(gòu)造區(qū)內(nèi)供烴充足，油氣運移非?；钴S，為構(gòu)造區(qū)全域內(nèi)的油氣匯聚提供了基礎(chǔ)。

構(gòu)造區(qū)圈閉以斷層遮擋形成的翹傾斷塊、斷鼻為主，下傾方向的斷層主要起運移作用，上傾方向的斷層起封閉作用(圖7)。流一段地層因為直接上覆在烴源層之上，油氣優(yōu)先充注，故而成藏區(qū)域廣、成藏規(guī)模大。潿洲組及下洋組在近“花心”的位置有一定的油藏發(fā)現(xiàn)，這是因為“花心”構(gòu)造位置高、斷裂更加發(fā)育，油氣更容易沿斷層向淺層運移。

圖7 烏石凹陷“背形負花構(gòu)造”油氣成藏模式

基于構(gòu)造區(qū)油氣富集特征的差異性，可采取針對性的勘探策略?！盎ò辍辈课豢芍攸c針對靠近烴源層的流一段進行勘探，綜合考慮斷層產(chǎn)狀、油氣運移等多因素對油柱高度進行預測，根據(jù)預測結(jié)果合理確定鉆探靶點，提高鉆探成效，北“花瓣”鉆探的X11井在流一段7個油組全部鉆遇油水界面，最大限度摸清了本井區(qū)的油藏規(guī)模，且鉆前預測的儲量規(guī)模與實際探明儲量規(guī)模誤差小于10%?！盎ㄐ摹辈课粩鄬觽?cè)封能力較弱，油柱高度較小，單層成藏規(guī)模小，但可以考慮兼探多套層系來擴大儲量發(fā)現(xiàn)規(guī)模，采取將靶點設(shè)計在構(gòu)造相對高點的策略，位于“花心”的X7井在流一段、潿二段、下洋組鉆遇7套油層，盡管單層規(guī)模較小，但總的規(guī)模超過了300萬m3。

5 結(jié)論

1)研究區(qū)發(fā)育大型“背形負花構(gòu)造”，構(gòu)造區(qū)地層呈背斜形態(tài)，斷層以“對傾”正斷層為主。本區(qū)“背形負花”構(gòu)造是伸展應(yīng)力場長期作用于本區(qū)并發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，分為“背形”形成和“花狀構(gòu)造”形成兩個階段，受重力滑脫作用和⑦號控凹斷層持續(xù)活動的共同控制，形成了背斜構(gòu)造及伴生的正斷層組，斜向拉伸作用使斷裂體系發(fā)生扭動并聚斂成“花”。

2)受斷層產(chǎn)狀及發(fā)育程度在橫向上變化的影響，“背形負花狀構(gòu)造”區(qū)油氣富集特征差異顯著：“花心”部位斷裂更加發(fā)育，且斷距小、傾角大，圈閉保存條件差，油氣運移更加活躍，多層見油，但成藏規(guī)模?。弧盎ò辍辈课粩鄬影l(fā)育規(guī)模較大，斷距大、傾角小，次級斷裂少，圈閉保存條件好，成藏層系相對單一，但更加富集。

3)烏石凹陷東區(qū)內(nèi)構(gòu)造脊、斷裂、骨架砂體組成了良好的油氣輸導體系，為區(qū)域油氣優(yōu)勢匯聚方向，供烴充足。圈閉類型以斷層遮擋形成的翹傾斷塊、斷鼻為主，“花瓣”以近油源的流一段為主要勘探層系，“花心”部位單層成藏規(guī)模小，可以考慮兼探多套層系來擴大儲量發(fā)現(xiàn)規(guī)模。