珠江口盆地番禺4洼新近系油氣成藏條件及成藏模式

李振升，彭光榮，吳靜，蔡國(guó)富，陶文芳，何金海

中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000

0 引言

番禺4洼位于珠江口盆地珠一坳陷東部，是最具典型的并且已經(jīng)證實(shí)的“小而肥”的富生烴洼陷，歷經(jīng)30余年的勘探，在面積僅為700 km2的洼陷上發(fā)現(xiàn)了2個(gè)大型油田和多個(gè)中小型油田，屬于珠一坳陷油氣富集分布區(qū)，其中在新近系三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量接近1.7億m3，揭示了新近系巨大的勘探潛力。番禺4洼新近系地層埋藏淺，儲(chǔ)層物性好，具有下生上儲(chǔ)的特點(diǎn)，是珠江口盆地最重要的含油層系[1-3]，但在番禺4洼不同構(gòu)造區(qū)帶油氣運(yùn)聚不均，油氣成藏差異大。

前人對(duì)番禺4洼的油氣成藏條件展開(kāi)過(guò)較多的研究，如構(gòu)造特征與演化[4]、烴源巖發(fā)育演化[5]、層序地層劃分及沉積特征分布[6-9]、油氣成藏條件及對(duì)油藏的控制關(guān)系[10-15]。這些研究集中在對(duì)洼陷烴源巖的預(yù)測(cè)和單個(gè)區(qū)帶成藏規(guī)律的分析，突出斷層的疏導(dǎo)對(duì)新近系局部構(gòu)造油氣富集程度的重要作用，指導(dǎo)了番禺4洼早期的油氣勘探。隨著勘探程度的深入，番禺4洼新近系中淺層勘探面臨一系列難題，近源的目標(biāo)面積小、數(shù)量少，圈閉規(guī)模較大的目標(biāo)卻遠(yuǎn)離洼陷，因此急需對(duì)新近系中淺層的油氣富集規(guī)律進(jìn)行深入認(rèn)識(shí)，總結(jié)油氣成藏模式和成藏機(jī)理，指導(dǎo)本地區(qū)未來(lái)的勘探方向。筆者在前人研究基礎(chǔ)上，以番禺4洼已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的新近系油藏作為研究對(duì)象，對(duì)其成藏條件進(jìn)行系統(tǒng)解剖，建立適用本區(qū)的油氣成藏模式，以期為該區(qū)的新近系油氣藏提供理論指導(dǎo)，也對(duì)類似的小型富洼的油氣勘探實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

番禺4洼位于珠江口盆地珠一坳陷中部，北鄰西江中低凸起，東側(cè)為東沙隆起，呈北東向展布，為典型的箕狀半地塹結(jié)構(gòu)(圖1)。番禺4洼以新生代沉積為主，其基底為中生界花崗巖，沉積蓋層由古近系勘探的主要層系包括珠江組和韓江組。前人將珠江口盆地文昌組劃分為6個(gè)三級(jí)層序[16-17]，番禺4洼裂陷較晚，文昌組自下而上發(fā)育文五段、文四段、文三段、文二段和文一段，沉積相以半深湖-深湖亞相、濱淺湖相和扇三角洲相沉積為主，珠江組沉積相以海相和辮狀河三角洲相沉積為主。截止2020年底，共鉆探構(gòu)造36個(gè)、鉆井53口，發(fā)現(xiàn)10個(gè)油田和 10個(gè)含油構(gòu)造。累計(jì)獲得三級(jí)儲(chǔ)量1.70億m3，探明原油地質(zhì)儲(chǔ)量1.66億m3，探明儲(chǔ)量占比為92%，表明番禺4洼是典型的“小而肥”富生烴洼陷。研究區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的新近系油氣藏主要分布在珠江組中，珠江組儲(chǔ)量占番禺4洼儲(chǔ)量的92%，為珠江口盆地主要的勘探層系。

圖1 番禺4洼構(gòu)造位置圖(區(qū)域位置圖據(jù)文獻(xiàn)[18]修改)Fig.1 Tectonic distribution of Panyu 4 Sag

2 油氣成藏條件

油氣成藏過(guò)程復(fù)雜，生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、保等6大成藏地質(zhì)要素的發(fā)育及匹配耦合關(guān)系共同控制油氣成藏過(guò)程[19]。珠江口盆地新生代古近系以陸相斷陷沉積為主，新近系及第四系以海相坳陷沉積為主，呈現(xiàn)出斷陷到坳陷的演化過(guò)程。油氣的生成、運(yùn)移到聚集成藏均與古近系沉積展布特點(diǎn)，斷裂、砂體等輸導(dǎo)體系的溝通，新近系沉積地層的儲(chǔ)層發(fā)育、儲(chǔ)蓋組合樣式及圈閉匹配等成藏地質(zhì)條件密切相關(guān)[20]。番禺4洼新近系油氣分布不均，成藏條件獨(dú)特，受控于構(gòu)造、沉積充填特征，與其他洼陷相比，在烴源巖識(shí)別及評(píng)價(jià)、儲(chǔ)蓋組合以及油氣運(yùn)移等方面具有特殊性(圖2)。

圖2 番禺4洼新近系油藏成藏要素Fig.2 Reservior-forming elements of Neogene reservoirs in Panyu 4 Sag

2.1 烴源巖條件及油氣運(yùn)移

番禺4洼古近系文昌組構(gòu)造演化階段較為完整，從早到晚依次為初始斷陷期、強(qiáng)烈斷陷期、弱斷陷期和斷陷萎縮期[4]，根據(jù)區(qū)域?qū)有虻貙影l(fā)育特征，番禺4洼文昌組內(nèi)部劃分了文五段至文一段等5套三級(jí)層序，分別對(duì)應(yīng)強(qiáng)烈斷陷早期、強(qiáng)烈斷陷晚期、弱斷陷早期、弱斷陷晚期和斷陷萎縮期。利用地震沉積學(xué)分析方法結(jié)合單井相對(duì)番禺4洼文昌組沉積特征進(jìn)行分析，強(qiáng)烈斷陷早期(文五段)以濱淺湖相沉積為主，靠近陡坡帶一側(cè)局部發(fā)育半深湖-深湖亞相沉積，局部發(fā)育小型近岸扇體；隨著裂陷強(qiáng)度增大，水體加深，番禺4洼文四段和文三段地層以半深湖-深湖亞相沉積為主，在湖盆中央發(fā)生火山侵入，發(fā)育一套火山侵入體。斷陷晚期(文二段和文一段)沉積中心繼續(xù)向西北方向遷移，半深湖-深湖亞相范圍縮小，僅發(fā)育在靠近控洼斷裂一側(cè)(圖3)。

圖3 番禺4洼文昌組沉積相模式圖Fig.3 Sedimentary facies model of Wenchang Formation in Panyu 4 Sag

結(jié)合以上分析，全區(qū)主要發(fā)育4套烴源巖，分別為文二段、文三段、文四段和文五段。文昌組上段烴源巖(WC2-WC3)TOC分布范圍為1.09%～10.13%，均值為3.83%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1-I型，屬于好-優(yōu)質(zhì)烴源巖；文昌組下段烴源巖(WC4-WC5)TOC分布范圍為2.47%～11.43%，均值為5.14%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1-I型，屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖。生烴史分析表明，文昌組烴源巖在珠江組沉積晚期(15.97 Ma±)達(dá)到低成熟，開(kāi)始進(jìn)入生油階段，現(xiàn)今凹陷總體處于中等成熟階段。

結(jié)合原油和烴源巖的飽和烴色譜、色譜-質(zhì)譜地化特征對(duì)比分析，以文昌組不同三級(jí)層序烴源巖中Ts/Tm、T化合物/C30Hop比值作為油源對(duì)比的指標(biāo)，認(rèn)為已發(fā)現(xiàn)油氣田(藏)油氣主要來(lái)自文昌組烴源巖，多為文三段、文四段供烴，少部分油氣藏為文二段供烴形成(圖4)。

圖4 番禺4洼新近系原油與古近系烴源巖對(duì)比Fig.4 Correlation between Neogene crude oil and Paleogene source rocks in Panyu 4 Sag

2.2 儲(chǔ)蓋層條件

番禺4洼新近系為辮狀河三角洲沉積，以發(fā)育粗砂巖、細(xì)砂巖為主，儲(chǔ)層主要發(fā)育河口壩、遠(yuǎn)砂壩、水下分流河道和席狀砂等沉積微相，平均孔隙度為16.1%～29.6%，滲透率1 922.4～7 564.1 mD，以中-高孔、特高滲儲(chǔ)層為主。砂體埋藏淺，成巖作用較弱，孔隙度、滲透率高，為油氣儲(chǔ)集的有利層段。番禺4洼新近系地層整體位于古珠江三角洲前緣相帶，受海平面變化的影響，巖性組合呈現(xiàn)砂泥互層的特點(diǎn)。區(qū)域上，番禺4洼在珠江組上部和中段發(fā)育3層厚度較大的泥巖層，是番禺4洼主要的區(qū)域蓋層(圖5)，其封蓋能力強(qiáng)，油氣主要富集在區(qū)域蓋層之下，因此，珠江組成為油氣勘探的主要目的層系。

圖5 番禺4洼主要井連井對(duì)比圖Fig.5 Comparison of main wells in Panyu 4 Sag

2.3 輸導(dǎo)體系

輸導(dǎo)體系作為油氣成藏過(guò)程中重要的地質(zhì)要素，溝通烴源巖和圈閉，其靜態(tài)要素主要包括砂體、層序界面(不整合面)、斷層及裂縫[21-22]。番禺4洼輸導(dǎo)介質(zhì)有斷層、不整合面和砂體等多種類型，構(gòu)成復(fù)雜的輸導(dǎo)體系，結(jié)合斷層、不整合面和砂體的組合特點(diǎn)，可將番禺4洼輸導(dǎo)體系劃分為斷層型、斷層-砂體型和不整合-斷層型3種主要類型，不同油氣藏輸導(dǎo)體系組合不同(圖6)。

2.3.1 斷層型

斷層型為油氣成藏期活動(dòng)的斷層，在正常生、儲(chǔ)、蓋組合條件下向上輸導(dǎo)油氣[23]。番禺4洼主要發(fā)育了早期斷裂、晚期斷裂和長(zhǎng)期活動(dòng)斷裂3種斷裂，其中長(zhǎng)期活動(dòng)斷裂主要發(fā)育在緩坡帶(圖1)，是油氣運(yùn)移的主要通道，如A421、A108、A102、A101等油氣藏是油氣通過(guò)長(zhǎng)期活動(dòng)斷裂垂向輸導(dǎo)運(yùn)移聚集形成的(圖6a)。

2.3.2 斷層-砂體型

番禺4洼砂體發(fā)育，其中珠江組砂體主要為辮狀河三角洲，在全區(qū)范圍內(nèi)疊合連片，橫向展布范圍廣，孔滲性好，形成比較好的輸導(dǎo)通道體系。斷層-砂體型主要分布在洼陷帶，典型油氣藏為A105油田珠江組油藏。A105油田的油源為文三段，油氣的運(yùn)移通道為緩坡帶大型油源斷裂和被該斷裂錯(cuò)段的從緩坡帶伸入洼陷帶的珠江組大型三角洲砂體組成的復(fù)合輸導(dǎo)體系(圖6b)。

2.3.3 不整合-斷層型

不整合面的發(fā)育往往與構(gòu)造事件有關(guān)。晚中生代以來(lái)，珠江口盆地的構(gòu)造事件主要包括神狐運(yùn)動(dòng)、珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕、珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕、南海運(yùn)動(dòng)、白云運(yùn)動(dòng)和東沙運(yùn)動(dòng)等[24-25]，番禺4洼自下而上主要發(fā)育古近系/基底、文四段/文三段、文昌組/恩平組和恩平組/珠海組4個(gè)不整合面，其中古近系/基底不整合面暴露時(shí)間長(zhǎng)，孔滲性較好，是陡坡帶重要的油氣輸導(dǎo)通道。如陡坡帶缺乏大型油源斷裂，文昌組烴源巖生產(chǎn)的油氣難以直接靠斷層運(yùn)移至圈閉成藏，只能先經(jīng)過(guò)初次運(yùn)移進(jìn)入砂體“中轉(zhuǎn)站”，后沿不整合面進(jìn)行側(cè)向長(zhǎng)距離運(yùn)移，通過(guò)控圈斷裂垂向輸導(dǎo)運(yùn)移至圈閉內(nèi)成藏，在東沙隆起形成A511、A115和A116油田(圖6c)。

a.斷層型(A421、A411、A102、A101油藏)；b.斷層-砂體型(A104、A105、A108油藏);c.不整合-斷層型(A511、A115、A116油藏)。圖6 番禺4洼輸導(dǎo)體系示意圖Fig.6 Schematic diagram of transport system in Panyu 4 Sag

2.4 油氣成藏期次

油氣成藏期次受控于多種因素制約, 且每種因素的影響程度與時(shí)間不一樣, 但成藏期次劃分的主要原則是指導(dǎo)后續(xù)油氣勘探[26]。番禺4洼油氣運(yùn)聚成藏期次級(jí)別不同，從前文分析可知，本區(qū)斷裂活動(dòng)在韓江組末期最為活躍。在韓江組末期之前，烴源巖處于排烴初期，排烴和成藏可能并不活躍，成藏均以文昌組為烴源，成藏時(shí)間早，油氣聚集在文昌組等深部近源層位，可將其劃分為一個(gè)成藏期次，表中A581井文昌組砂巖樣品流體包裹體分析油氣充注時(shí)間為16.2～14.9 Ma，即為該期次成藏。

烴源巖大規(guī)模生排烴時(shí)期與晚期斷裂活動(dòng)時(shí)間一致，有利于油氣的聚集成藏。斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，其垂向輸導(dǎo)能力強(qiáng)，將油氣運(yùn)移至淺層成藏。同時(shí)，斷裂活動(dòng)促進(jìn)油氣大規(guī)模從烴源巖中排出。番禺4洼的斷裂在韓江組末期活動(dòng)性強(qiáng)，油氣運(yùn)移量大，運(yùn)移距離遠(yuǎn)，分布范圍廣，珠江組廣泛成藏，表中24個(gè)油藏砂巖樣品流體包裹體分析數(shù)據(jù)表明存在兩期油氣充注，實(shí)測(cè)的油氣充注時(shí)間在13.0～4.2 Ma和3.7～0 Ma。目前番禺4洼發(fā)現(xiàn)的探明儲(chǔ)量約1.6億m3的油氣多以3.7～0 Ma這一期次成藏為主，且主要分布在珠江組。

綜合以上分析，番禺4洼整體存在3期油氣充注:第一期為下韓江期(16.2～14.9 Ma)，第二期為粵海期(13.0～4.2 Ma), 第三期為萬(wàn)山組—第四紀(jì)沉積期(3.7～0 Ma)。淺層珠江組—韓江組儲(chǔ)層以第三期油氣充注為主，部分珠江組儲(chǔ)層存在第二充注；深層文昌組—珠海組普遍存在第二期和第三期油氣充注，個(gè)別井存在三期油氣充注(圖7)。

圖7 番禺4洼油氣充注時(shí)間圖Fig.7 Oil and gas filling periods of Panyu 4 Sag

2.5 油氣分布

總體上，番禺4洼油氣縱向分布跨度大，從古近系文昌組到新近系韓江組都有油氣發(fā)現(xiàn)，其中珠江組、韓江組發(fā)現(xiàn)的油層數(shù)量多、規(guī)模大，古近系次之，粵海組最少。平面上，番禺4洼現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的油氣絕大多數(shù)都分布在緩坡帶A421油田和陡坡帶的A511油田，其圈閉形態(tài)好，具有基底古隆起背景，是最有利的油氣富集區(qū)，這兩個(gè)油田的儲(chǔ)量占全區(qū)的75.5%。從圈閉類型上看，番禺4洼新近系斷裂發(fā)育，油藏類型主要為斷塊油藏和逆牽引背斜油藏，且發(fā)育在斷層的下降盤(表1)。其中逆牽引背斜分布廣泛，多分布于活動(dòng)性較強(qiáng)的斷裂下降盤，圈閉面積大，油氣資源豐度高；而斷塊油藏?cái)?shù)量少，多分布在活動(dòng)性弱的斷裂下降盤，含油面積小，油氣富集程度較低。

表1 番禺4洼典型油氣藏特征表

3 油氣成藏模式

番禺4洼新近系油氣成藏條件具有一定的特殊性，相應(yīng)地，其成藏模式也具有獨(dú)特性，總結(jié)其成藏模式和成藏機(jī)理對(duì)于下一步的油氣勘探具有十分重要的借鑒意義。基于上述認(rèn)識(shí)，根據(jù)油氣成藏要素等的具體分析，可將番禺4洼的油氣成藏模式分為源-斷耦合成藏模式和源-面-斷立體成藏模式。這兩種模式代表了番禺4洼新近系油氣成藏的主要機(jī)理，決定了新近系油氣的分布特征。

源-斷耦合成藏模式是番禺4洼緩坡帶油氣成藏的主要模式，以番禺04斷裂帶為典型代表。該模式的特點(diǎn)是新近系油氣藏的下面或臨近的優(yōu)質(zhì)烴源巖可規(guī)模生烴，具備有利的烴源條件；油氣藏的控圈斷層即為長(zhǎng)期油源斷裂，輸導(dǎo)通道為斷層或者斷-砂組合，且油源斷裂在關(guān)鍵成藏期(韓江組末期)活動(dòng)性強(qiáng)(斷層生長(zhǎng)指數(shù)>1.1)，具備較強(qiáng)的垂向輸導(dǎo)能力，油氣可以沿油源斷裂直接進(jìn)入圈閉或者沿砂體橫向運(yùn)移至圈閉成藏。該模式中上伏泥巖蓋層的厚度和斷層活動(dòng)的強(qiáng)度決定了油氣的富集程度和分布層系，油氣往往分布在上伏泥巖蓋層厚度大、斷層斷距小的地層段內(nèi)。在該模式的指導(dǎo)下，下一步將在臨近優(yōu)質(zhì)烴源巖、油源斷裂晚期活動(dòng)性強(qiáng)的位置尋找新近系油氣藏(圖8a)。

源-面-斷立體成藏模式是番禺4洼另一種油氣成藏的模式，是番禺4洼陡坡帶油氣成藏的主要模式，在其指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)的油氣規(guī)模與前者相當(dāng)。該模式的特點(diǎn)是油氣來(lái)自臨近的番禺4洼文昌組優(yōu)質(zhì)烴源巖，文昌組烴源巖生成的油氣在古近系“中轉(zhuǎn)站”砂體的溝通下到達(dá)基底不整合面，再沿不整合面長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移至控圈斷層，經(jīng)過(guò)一系列斷層的不斷向淺層調(diào)節(jié)，油氣最終在新近系儲(chǔ)層中聚集成藏，屬于旁生側(cè)儲(chǔ)式成藏模式?！爸修D(zhuǎn)站”砂體與不整合面匹配決定了油氣能否發(fā)生長(zhǎng)距離的側(cè)向運(yùn)移(圖8b)。

圖8 油氣成藏模式圖Fig.8 Hydrocarbon accumulation model

4 結(jié)論

(1)番禺4洼油氣成藏條件優(yōu)越，烴源巖層系主要為文昌組文二段、文三段、文四段和文五段，儲(chǔ)蓋組合類型包括珠江組上段和下段2套，已發(fā)現(xiàn)的油氣藏類型以構(gòu)造型為主，輸導(dǎo)體系組合包括斷層型、斷層-砂體型和不整合-斷層型；油氣縱向分布跨度大，以珠江組最為富集，橫向上主要分布在緩坡帶和陡坡帶。

(2)番禺4洼已發(fā)現(xiàn)油藏主要來(lái)自文昌組文三段、文四段烴源巖，少部分油藏來(lái)自文二段烴源巖。整體存在三期油氣充注，第一期為下韓江期(16.2～14.9 Ma)，第二期為粵海期(13.0～4.2 Ma)，第三期為萬(wàn)山組—第四紀(jì)沉積期(3.7～0 Ma)。

(3)綜合分析新近系油藏形成條件，建立了兩種新近系油氣成藏模式：源-斷耦合成藏模式和源-面-斷立體成藏模式，兩者在油氣分布規(guī)律上存在明顯的差異。