南海西部海域?qū)殟u21-1氣田的發(fā)現(xiàn)與成藏模式*

鄧 勇 裴健翔 胡 林 尤 麗

(1. 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2. 中海石油(中國(guó))有限公司海南分公司 海南海口 570100)

瓊東南盆地作為南海西部海域天然氣勘探主戰(zhàn)場(chǎng)之一[1-3]，經(jīng)過多年的勘探，已證實(shí)了中生界潛山、古近系崖城組—陵水組三角洲、中新統(tǒng)三亞組—梅山組海底扇、上中新統(tǒng)黃流組水道、上新統(tǒng)鶯歌海組—更新統(tǒng)樂東組海底扇五大成藏組合[4-8]。目前已發(fā)現(xiàn)的大中型氣田，主要集中于西區(qū)淺水區(qū)(現(xiàn)今水深<300 m)崖南凹陷YA13-1與樂東-陵水凹陷深水區(qū)(現(xiàn)今水深>300 m)中央峽谷鶯—黃組水道—海底扇領(lǐng)域如LS17-2、LS18區(qū)等[9-10]，而針對(duì)東區(qū)松南-寶島凹陷無論淺水區(qū)還是深水區(qū)，經(jīng)過幾輪的勘探，已發(fā)現(xiàn)氣藏規(guī)模小、非烴含量普遍較高，一直未獲得規(guī)模突破[10-11]，一度對(duì)其烴源條件存疑，天然氣富集規(guī)律認(rèn)識(shí)不清制約勘探突破。近年來，通過新采集三維地震資料與已鉆井分析，開展新一輪油氣地質(zhì)研究，重新認(rèn)識(shí)凹陷結(jié)構(gòu)，認(rèn)為寶島凹陷發(fā)育北部斷階帶、中部凹陷帶與南部斜坡帶，創(chuàng)新提出北部斷階帶具有“轉(zhuǎn)換斷階控源、控儲(chǔ)、控聚”天然氣高效聚集模式，具有“發(fā)育古近系崖城組海陸過渡相和陸源海相兩類優(yōu)質(zhì)源巖、陵水組大型三角洲儲(chǔ)集體、大型構(gòu)造脊匯聚”，成藏條件優(yōu)越。這一認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了寶島21-1氣田發(fā)現(xiàn)[12]，實(shí)現(xiàn)寶島凹陷半個(gè)世紀(jì)以來的首個(gè)重大突破。同時(shí)，在地質(zhì)研究成果與勘探技術(shù)方面也取得重要進(jìn)展[13-14]，認(rèn)為富烴凹陷的轉(zhuǎn)換斷階帶將是南海北部天然氣勘探的重點(diǎn)方向，特別是發(fā)育的古近系陵水組與崖城組三角洲“黃金組合”，將是主要勘探組合。

1 松南-寶島凹陷勘探歷程

松南-寶島凹陷勘探經(jīng)歷了合作勘探、自營(yíng)勘探、全面勘探、高速勘探4個(gè)階段。

早期中國(guó)海油借鑒國(guó)際先進(jìn)的海洋鉆井技術(shù)、海上地震勘探技術(shù)，實(shí)施對(duì)外合作，在寶島北部神狐隆起合作鉆探第1口探井，探索淺層新近系，但由于遠(yuǎn)離生烴中心、油氣運(yùn)移距離遠(yuǎn)，無油氣發(fā)現(xiàn)。

2000年以后開始自營(yíng)勘探，“十五”期間以源控論為指導(dǎo)，進(jìn)軍中深層古近系，兼顧淺層新近系，先后鉆探了5口井，主要發(fā)現(xiàn)了寶島19-B等含油氣構(gòu)造，但由于中深層古近系儲(chǔ)層物性差、并受晚期CO2充注破壞，已發(fā)現(xiàn)氣藏規(guī)模小、CO2含量高。

“十一五”期間，開始進(jìn)入全面勘探階段，聚焦主生烴凹陷上方，再拓展淺層新近系，先后鉆探5口井，發(fā)現(xiàn)了寶島13-A氣藏與寶島19-B含氣構(gòu)造，由于已發(fā)現(xiàn)氣藏多為斷塊氣藏，或局部受CO2充注、晚期斷裂活動(dòng)的破壞，氣藏規(guī)模較小、局部CO2含量較高，勘探再次受阻。

“十二五”和“十三五”期間，利用大面積三維地震資料，再次聚焦古近系勘探，以寶島19-B氣藏評(píng)價(jià)為主，仍面臨儲(chǔ)層物性和CO2充注老問題，對(duì)凹陷帶中新統(tǒng)海底扇也進(jìn)行了探索，但由于儲(chǔ)集砂體欠發(fā)育、儲(chǔ)層物性差，僅發(fā)現(xiàn)了寶島31-A和松濤36-A含氣構(gòu)造，勘探一度進(jìn)入低谷。截至2019年底，松南-寶島凹陷北部鉆探超過15口井，總是“見氣不見田”，對(duì)烴源條件和天然氣富集規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，制約了該區(qū)勘探。

2 寶島21-1氣田的發(fā)現(xiàn)

2.1 勘探背景及勘探思路轉(zhuǎn)變

2.1.1勘探背景

寶島21-1氣田位于南海西部海域瓊東南盆地寶島凹陷北坡深水區(qū)，寶島凹陷作為瓊東南盆地新生代構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈凹陷，北側(cè)緊鄰神狐隆起，南側(cè)緊接松南低凸起，一直是天然氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)。早期聚焦古近系和新近系為主要勘探層系，開展多輪勘探研究，先后鉆探超過15口井，但在新近系僅獲得多個(gè)小規(guī)模氣藏，古近系多以CO2氣藏為主，一直未獲得商業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)。

多輪勘探揭示寶島凹陷油氣運(yùn)移活躍，特別是在北坡新近系已發(fā)現(xiàn)多個(gè)小規(guī)模氣藏，證實(shí)寶島凹陷為生烴凹陷，具有較大勘探潛力。圍繞古近系勘探的寶島19-B等系列構(gòu)造，揭示油氣運(yùn)移活躍，證實(shí)古近系大型鼻狀構(gòu)造背景下的斷塊構(gòu)造成藏，但CO2普遍含量較高，勘探一度停滯不前。

2.1.2思路轉(zhuǎn)變與勘探突破

寶島凹陷北部崎嶇海底發(fā)育，加之多期海底遷移，已有的地震資料難以精確認(rèn)識(shí)地下構(gòu)造特征。2019—2020年，利用新采集的三維資料與前期已鉆井資料綜合分析，重新認(rèn)識(shí)凹陷結(jié)構(gòu)，研究各構(gòu)造帶成藏主控因素。認(rèn)識(shí)到，寶島北坡受控于多條北東、北東東向主干斷裂，發(fā)育凸起帶、斷階帶、凹陷帶三大構(gòu)造帶，平面上自西向東發(fā)育寶島19斜交斷階帶、寶島21平行斷階帶、寶島29疊覆斷階帶(圖1)；縱向上劃分為斷陷期、斷拗期、拗陷期3個(gè)演化階段。斷陷期控制崖城組發(fā)育陸源海相和海陸過渡相兩套優(yōu)質(zhì)烴源巖；斷拗期控制陵水組發(fā)育神狐隆起物源沿轉(zhuǎn)換斜坡注入形成多支、多期大型三角洲儲(chǔ)集體；拗陷期以發(fā)育區(qū)域蓋層為主，斷裂活動(dòng)停止時(shí)間早于晚期CO2充注時(shí)間，圈閉保存條件好、CO2含量較低。同時(shí)，轉(zhuǎn)換斷階旋轉(zhuǎn)翹傾形成多級(jí)構(gòu)造脊，伸入生烴凹陷，源脊配置好，匯聚條件優(yōu)越。

圖1 松南-寶島凹陷構(gòu)造綱要與寶島凹陷地層綜合柱狀圖Fig.1 Structural outline map of Songnan-Baodao Sag and stratigraphic column map of Baodao sag

通過區(qū)域油氣地質(zhì)條件研究，指出寶島凹陷北坡具有“轉(zhuǎn)換斷階控源、控儲(chǔ)、控聚”天然氣高效聚集模式，寶島21斷階帶緊鄰寶島27洼、25洼生烴中心，烴源條件好，發(fā)育近物源大型三角洲儲(chǔ)集體，埋深淺、儲(chǔ)蓋條件好，主溝源斷裂與深大斷裂呈平行關(guān)系，且停止活動(dòng)時(shí)間早，預(yù)測(cè)CO2含量低，為烴類氣的有利匯聚區(qū)，可作為寶島北坡突破的首選方向。落實(shí)了寶島21-1構(gòu)造，具有與崖城13-1類似的古近系陵三段三角洲與崖城組煤系烴源巖構(gòu)成的“黃金組合”，具備大中型氣田形成的條件，可作為上鉆首選目標(biāo)。在寶島21-1構(gòu)造先后部署鉆探，多口井在古近系鉆遇超百米氣層，在陵三段厚層氣層測(cè)試無阻流量超百萬方[1]，實(shí)現(xiàn)了寶島凹陷半個(gè)世紀(jì)以來的首個(gè)重大突破，進(jìn)一步證實(shí)了寶島凹陷烴源條件，也揭開了寶島凹陷北部斷階帶勘探新領(lǐng)域。

2.2 寶島21-1氣田特征

寶島21-1氣田為深水古近系大型構(gòu)造背景下的整裝巖性氣田。鉆探揭示，發(fā)育古近系陵二段、陵三段和崖城組三套成藏組合(圖2)，陵三段又進(jìn)一步分為下部低位域三角洲成藏組合與上部海侵—高位域三角洲成藏組合，縱向分為多套氣組，主力氣組為陵三段Ⅱa、Ⅲa氣組，測(cè)試產(chǎn)能超過100 m3/d。

主力勘探層系陵三段儲(chǔ)層巖性以含礫中—細(xì)砂巖為主，物性表現(xiàn)為中—低孔、中—低滲特征，粒間孔與粒內(nèi)溶孔組合(圖3)。低位期三角洲縱向發(fā)育三期砂體，頂部Ⅲa氣組在多口井鉆遇氣層，BD-1井、BD-2d井物性相近(圖3a、b)，平均孔隙度約11%，滲透率為0.05～8.61 mD，測(cè)壓流度0.02～2.9 mD/CP，BD-1井儲(chǔ)層分選性差(圖3c)、灰質(zhì)含量高，孔隙度基本小于10%，以干層為主。海侵-高位期三角洲縱向發(fā)育四套砂體疊置，主力砂組Ⅱa氣組在幾口井均鉆遇氣層，BD-1、BD-2d井均未見水，且BD-1井區(qū)表現(xiàn)為粗、中砂巖為主，局部含礫(圖3c)，分選較好、物性較好，平均孔隙度約13%，滲透率在1.4～11.8 mD，測(cè)壓流度1.3～38.2 mD/CP；BD-2d、BD-3d井區(qū)儲(chǔ)層分選較差(圖3d、e)、儲(chǔ)層物性較BD-1井偏差，孔隙度11.8%，滲透率0.05～8.3 mD。

圖2 寶島21-1氣田已鉆井陵三段地層對(duì)比Fig.2 Stratigraphic correlation of the Ling 3 member of Baodao 21-1 gas field

圖3 寶島21-1氣田已鉆井儲(chǔ)層顯微照片F(xiàn)ig.3 Reservoir microphotos of Baodao 21-1 gas field

寶島21-1氣田鉆獲的天然氣碳同位素整體偏重，δ13C1為-45.1‰～-38.6‰，為典型的高熟煤型氣特征，天然氣整體以烴類氣為主，但各井變化不等，烴類氣含量在46.6%～99.4%，結(jié)合DST測(cè)試氣分析，烴類氣以CH4為主，干燥系數(shù)約0.92～0.93，氣油比20 190～66 861 m3/m3，凝析油相對(duì)密度0.816～0.826，為濕氣氣藏。

3 寶島21-1氣田成藏模式

3.1 轉(zhuǎn)換斷階控制形成雙源烴源灶

斷陷期斷裂控沉積作用強(qiáng)，控制崖城組海陸過渡相-陸源海相兩套優(yōu)質(zhì)烴源巖分布，北部神狐隆起供源形成的大規(guī)模三角洲群，可為凹陷內(nèi)部輸送大量陸源有機(jī)質(zhì)，形成大規(guī)模的氣源巖。

崖三段水體較淺，三角洲規(guī)模較大，向凹陷推進(jìn)較遠(yuǎn)，在轉(zhuǎn)換斷階帶及周緣發(fā)育大規(guī)模三角洲群，且自西到東斷裂活動(dòng)性增強(qiáng)，三角洲規(guī)模變大，烴源巖厚度變大，BD-1井在崖三段鉆遇三角洲前緣砂、泥巖互層，地震上表現(xiàn)為中—弱振幅前積反射特征(圖4)，TOC小于1%(圖5)，顯微組分以陸源鏡質(zhì)體、惰質(zhì)體為主；崖二段沉積期，海平面整體上升，僅在近源區(qū)形成規(guī)模較小的三角洲，區(qū)域上以穩(wěn)定海相泥巖沉積為主，地震上表現(xiàn)為弱振幅平行—亞平行反射(圖4)，有機(jī)質(zhì)豐度增加到1%以上(圖5)，有機(jī)質(zhì)類型以大量腐泥無定形和鏡質(zhì)體為主；崖一段沉積早期達(dá)到最大海泛面，TOC含量在1%以上，崖一段晚期逐漸變?yōu)闉I、淺海環(huán)境，TOC含量在1%以下，為中等—好烴源巖。崖三、二段TOC含量高的源巖干酪根碳同位素約-27‰，具有低Pr/Ph值、C27規(guī)則甾烷優(yōu)勢(shì)、含一定量陸源有機(jī)質(zhì)樹脂化合物“W、T”及低奧利烷特征，目前已處于高成熟或過成熟階段，生成大量高熟熱成因氣，生烴潛力大，是寶島21-1主力供烴灶，進(jìn)一步細(xì)分為寶島27洼、25洼、21洼。已鉆井揭示，天然氣均為高熟煤型氣，證實(shí)了來自寶島凹陷崖城組烴源巖，但幾口井的天然氣組分非均質(zhì)性較強(qiáng)，成熟度變化較大，也進(jìn)一步證實(shí)不同井主力供烴洼陷不同的特點(diǎn)。

圖4 過寶島21-1構(gòu)造井典型剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Typical section of Baodao 21-1 structure drilled wells(see Fig.1 for location)

3.2 轉(zhuǎn)換斷階控制形成大型三角洲儲(chǔ)集體

古近紀(jì)時(shí)期，海南隆起、神狐隆起兩大物源區(qū)，沿寶島北部轉(zhuǎn)換斷階帶的轉(zhuǎn)換斜坡注入，形成多支、多期大型三角洲儲(chǔ)集體，自西向東分布變廣。古近紀(jì)斷陷早期，水體較淺，形成崖三段三角洲沉積儲(chǔ)層，斷陷晚期崖一段、二段僅在近源區(qū)砂巖發(fā)育，遠(yuǎn)源區(qū)以泥巖沉積為主；斷拗轉(zhuǎn)換早期陵三段沉積期海平面相對(duì)較低，為研究區(qū)主要儲(chǔ)集層段，斷拗轉(zhuǎn)換晚期陵一段、二段以泥巖沉積為主，夾薄層砂巖，為研究區(qū)重要區(qū)域蓋層。

寶島21轉(zhuǎn)換斷階帶北側(cè)受12號(hào)斷裂控制，南側(cè)受12-1號(hào)斷裂控制。崖三段沉積期，神狐隆起物源沿12號(hào)斷裂北側(cè)斷槽注入，在寶島21-1構(gòu)造形成扇三角洲沉積。陵三段沉積時(shí)期，北側(cè)12號(hào)斷裂中-西段同向轉(zhuǎn)換帶、東段緩坡區(qū)，斷裂活動(dòng)性較弱，為西北側(cè)、東側(cè)物源的兩個(gè)主注入口，寶島21-1構(gòu)造西側(cè)主要發(fā)育西北物源沿中西段同向轉(zhuǎn)換帶注入，形成的大型辮狀河三角洲沉積，其向盆地推進(jìn)較遠(yuǎn)，在研究區(qū)分布規(guī)模大，鉆井揭示厚層箱狀或局部漏斗型含礫細(xì)、中、粗砂巖，發(fā)育辮狀河三角洲水下分流河道、河口壩微相沉積儲(chǔ)層；東側(cè)主要是北東向神狐隆起物源沿東段緩坡區(qū)注入，形成三角洲沉積(圖6)。陵三段低位期Ⅲ氣組，儲(chǔ)集巖以塊狀中細(xì)砂巖為主，局部含礫，分選較差，以雜基支撐為主，西側(cè)BD-3d井區(qū)受北側(cè)12號(hào)斷裂活動(dòng)控制明顯，表現(xiàn)為北側(cè)崖城組老地層剝蝕供源形成的扇三角洲沉積，儲(chǔ)層分選性差、灰質(zhì)含量高，儲(chǔ)層物性差，以干層為主，東側(cè)BD-1、BD-2d、BD-6d井區(qū)整體以西北側(cè)物源供給形成的大型辮狀河三角洲沉積儲(chǔ)層，且相對(duì)遠(yuǎn)物源區(qū)由于分選性變好，儲(chǔ)層物性較好，東側(cè)表現(xiàn)為三角洲沉積儲(chǔ)層(圖6a)。海侵和高位期，西側(cè)以大型辮狀河三角洲沉積，東側(cè)為三角洲沉積(圖6b)，Ⅱ氣組下部主要為海侵期沉積的薄層泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層組合，上部為高位期厚層的中細(xì)砂巖為主，局部含礫，單層厚度較大，最大達(dá)30 m，Ⅰ氣組為高位晚期沉積，巖性較細(xì)，以(泥質(zhì))粉砂巖為主，多見泥質(zhì)紋層。

3.3 轉(zhuǎn)換斷階控制形成大型油氣匯聚脊

寶島北部斷階帶在一系列北東向斷裂控制下，發(fā)育系列繼承性構(gòu)造脊，其緊鄰寶島凹陷生烴中心，具有“多洼供烴、大型構(gòu)造脊匯聚、溝源斷裂+三角洲砂巖運(yùn)移”優(yōu)勢(shì)，成藏條件優(yōu)越。寶島21-1構(gòu)造位于寶島21轉(zhuǎn)換斷階上，該轉(zhuǎn)換斷階是受北側(cè)F12斷裂和南側(cè)F12-1斷裂控制的大型構(gòu)造脊，該構(gòu)造脊緊鄰寶島凹陷生烴主洼寶島27、25洼與北側(cè)寶島21洼(圖7)，生烴洼陷崖城組源巖生成的成熟天然氣通過大型構(gòu)造脊匯聚，然后沿F12-1等溝源斷裂垂向運(yùn)移，后沿大型三角洲儲(chǔ)集體側(cè)向運(yùn)移，在區(qū)域淺海泥巖蓋層的封蓋下，在砂體高部位匯聚成藏。同時(shí)，控圈斷裂停止活動(dòng)時(shí)間早，晚期基本不活動(dòng)，有利于天然氣保存。

包裹體分析表明，研究區(qū)發(fā)育三期油氣充注，包括20～7.8 Ma成熟烴充注、7.8 Ma至今的高熟氣充注時(shí)間與晚期2.6 Ma至今CO2充注。主成藏期崖城組運(yùn)移流線顯示(圖8)，寶島21構(gòu)造脊緊鄰生烴主洼寶島27、25、21洼，近凹匯聚脊與主運(yùn)移斷裂斷面脊非常發(fā)育，利于油氣匯聚及垂向運(yùn)移，運(yùn)聚條件優(yōu)越。同時(shí)，控制構(gòu)造脊的主運(yùn)移斷裂F12-1斷裂與北側(cè)深大斷裂F12斷裂呈平行組合，不同于控制寶島19轉(zhuǎn)換斷階帶的F2-1號(hào)斷裂與深大斷裂F2號(hào)斷裂的“Y”型組合，且主運(yùn)移斷裂F12-1斷裂在CO2主充注期前就停止活動(dòng)，停止時(shí)間明顯早于F2-1斷裂，進(jìn)而寶島21-1構(gòu)造整體CO2含量明顯低于西側(cè)寶島19斷階帶的寶島19-B含氣構(gòu)造CO2含量(高達(dá)90%)。綜合分析，寶島21-1氣田具有多期充注、多層系復(fù)式成藏特點(diǎn)(圖7)。

圖7 寶島凹陷北部斷階帶寶島19和21構(gòu)造成藏模式(剖面位置見圖1)Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of Baodao 19 and 21 structures in the northern fault-step belt of Baodao sag(see Fig.1 for location)

圖8 寶島21-1構(gòu)造關(guān)鍵時(shí)刻崖城組頂面流線Fig.8 Top streamline diagram of Yacheng Formation at 10.5 Ma of Baodao 21-1 structure

4 寶島21-1氣田周緣勘探潛力與方向

寶島21-1氣田的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了寶島北部斷階緊鄰主干斷裂控制形成的生烴中心，烴源條件好、資源潛力大，同時(shí)緊鄰大物源區(qū)，物源供給充足，發(fā)育大型辮狀河三角洲，且轉(zhuǎn)換斷階本身為多個(gè)主干順向斷裂控制形成的多級(jí)構(gòu)造脊，具有“多級(jí)斷階控脊、近源匯聚成藏”成藏優(yōu)勢(shì)[1](圖9)，是天然氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)聚區(qū)。因此，下步勘探將逐步向東拓展寶島29斷階帶等，開拓新的場(chǎng)面。

寶島29斷階帶發(fā)育與寶島21斷階帶相似的古近系崖城組與陵水組三角洲“黃金組合”，其緊鄰寶島凹陷生烴主洼寶島27洼、28洼，具源內(nèi)大型構(gòu)造脊匯聚背景，近神狐隆起物源、埋深淺，且為與寶島21斷階帶類似的平行斷階，為烴類氣的有利匯聚區(qū)，是向東拓展的首選區(qū)帶。在其上落實(shí)了寶島C構(gòu)造，主要目的層為陵水組三段，發(fā)育北高南低的構(gòu)造-巖性圈閉，局部發(fā)育斷背斜、斷鼻構(gòu)造，總資源潛力大，具有“寶島凹陷主洼供烴、大構(gòu)造脊匯聚、溝源斷裂垂向運(yùn)聚”成藏模式，是北部斷階帶下一個(gè)領(lǐng)域突破的首選目標(biāo)。

圖9 寶島凹陷基底時(shí)間構(gòu)造與崖城組生烴強(qiáng)度疊合圖Fig.9 Stacking map of basement structure and hydrocarbon generation intensity of Yacheng Formation in Baodao sag

5 結(jié)束語

寶島凹陷北坡“轉(zhuǎn)換斷階控源、控儲(chǔ)、控聚”天然氣高效聚集模式新認(rèn)識(shí)的提出，是寶島北坡多年來勘探認(rèn)識(shí)—實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐的結(jié)果，是對(duì)寶島凹陷成藏認(rèn)識(shí)的深化與發(fā)展，對(duì)轉(zhuǎn)換斷階帶油氣富集的豐富和完善。該認(rèn)識(shí)指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)了寶島21-1氣田，實(shí)現(xiàn)了寶島凹陷勘探半個(gè)世紀(jì)以來的首個(gè)重大突破，同時(shí)也帶動(dòng)了寶島凹陷北部轉(zhuǎn)換斷階帶勘探，將推動(dòng)一系列潛力區(qū)的落實(shí)，展現(xiàn)千億方氣田群勘探前景。富烴凹陷的轉(zhuǎn)換斷階帶將是南海北部天然氣勘探的重點(diǎn)方向，特別是其上發(fā)育的古近系陵水組與崖城組三角洲“黃金組合”，將是主要勘探成藏組合。