流體動(dòng)力與輸導(dǎo)體系聯(lián)合約束下的油氣運(yùn)聚成藏機(jī)理分析
——以珠江口盆地白云凹陷深層為例

王震亮，王 晨，何星辰，祁 妙

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/CO2捕集與封存技術(shù)國家地方聯(lián)合工程中心,陜西 西安 710069)

隨著世界對(duì)油氣資源需求量不斷加大,深層油氣資源成為當(dāng)前和未來油氣勘探發(fā)展的最重要領(lǐng)域之一[1-4]。油氣勘探實(shí)踐證明,在全球范圍內(nèi),盆地深層蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源[2,5-6];中國深層油氣勘探所發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量占比逐年增加[2],已成為油氣勘探的重要方向,具有廣闊的發(fā)展前景[7]。近年來,隨著深層油氣勘探持續(xù)不斷推進(jìn),在地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)、分析測(cè)試技術(shù)和評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)方法等方面已有眾多新的進(jìn)展[2,5,8]。

白云凹陷位于南海北部大陸邊緣陸坡區(qū)珠江口盆地南部珠二拗陷內(nèi),水深為200～3 000 m,北、南兩側(cè)分別是番禺低隆起和南部隆起帶[9],西南側(cè)是云開低凸起,東南側(cè)是云荔低凸起,東北側(cè)是東沙隆起(見圖1)。白云凹陷面積約1.206×104km2,最大沉積厚度達(dá)11 000 m,充填地層為新生界。

南海北部陸緣珠江口盆地白云凹陷深水區(qū)是已被勘探實(shí)踐證實(shí)的富生烴凹陷,具有油氣兼生、以氣為主的油氣資源特征。截至2019年底,累計(jì)發(fā)現(xiàn)三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量天然氣近3 000×108m3,原油近8 000×108m3[10]?！笆濉敝?白云凹陷油氣勘探主要集中在中淺層,近90%的探明油氣儲(chǔ)量集中在中新統(tǒng)珠江組下段。近幾年在珠海組及之下的中深層鉆遇規(guī)模性儲(chǔ)層,逐漸揭示白云凹陷中深層的油氣勘探潛力。

研究發(fā)現(xiàn),白云凹陷經(jīng)歷兩期裂陷拉張作用,且持續(xù)時(shí)間久,基底熱流值表現(xiàn)為幕式升高特征,磷灰石裂變徑跡(apatite fission track, AFT)熱史模擬顯示,在距今5 Ma存在一期古地溫快速增加[11],這種熱演化背景,有利于有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化。白云凹陷油氣生成具有“源熱共控”的特征[12],文昌組湖相烴源巖現(xiàn)今已多處于過成熟狀態(tài),恩平組發(fā)育的三角洲煤系和海相泥巖2類烴源巖,處于過成熟、成熟、低成熟狀態(tài),現(xiàn)今仍在持續(xù)排烴。白云凹陷底辟構(gòu)造的發(fā)育,揭示白云凹陷深層曾孕育過超壓,并發(fā)生過超壓的釋放[13-14]。盆地深層異常高壓可作為油氣運(yùn)移的重要?jiǎng)恿?為深層油氣藏形成創(chuàng)造了有利條件[15-16],因此流體動(dòng)力與深層油氣運(yùn)聚成藏關(guān)系密切,引起人們廣泛關(guān)注。

白云凹陷油氣勘探潛力巨大,淺層發(fā)現(xiàn)了多個(gè)規(guī)模性油氣聚集帶,但是深層油氣成藏條件研究較為薄弱,存在多個(gè)研究上的難點(diǎn),兼具深水、深層、非常規(guī)油氣的特點(diǎn),客觀上對(duì)研究方法和技術(shù)手段的選取提出了挑戰(zhàn)。因此,本文利用鉆測(cè)井和三維地震資料,使用三維盆地模擬技術(shù)和油氣成藏綜合研究方法,以白云凹陷深層流體動(dòng)力和輸導(dǎo)體系為基礎(chǔ),分析深層油氣運(yùn)移成藏條件和動(dòng)態(tài)過程,明確深層的油氣運(yùn)聚和成藏模式,從而為白云凹陷深層有利區(qū)帶預(yù)測(cè)提供較為可靠的科學(xué)證據(jù)。

圖1 白云凹陷在珠江口盆地的構(gòu)造位置、構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c地層綜合柱狀圖[17-18]Fig.1 The structure location of Baiyun depression in Pearl River Mouth Basin, and its division of structural units and stratigraphy synthesis bar chart

1 油氣地質(zhì)背景

白云凹陷位于珠江口盆地深水區(qū),北接番禺低隆起,南鄰南部隆起和荔灣凹陷[17],是珠江口盆地內(nèi)面積最大、沉積最厚的新生界巨型凹陷。凹陷位于南海北部陸架-陸坡減薄過渡帶,多幕拉張、裂陷使得其地殼厚度向洋盆方向遞減。

白云凹陷在新生代經(jīng)歷了3個(gè)構(gòu)造演化階段,形成了3層盆地結(jié)構(gòu)。凹陷經(jīng)歷了斷陷期、拗陷期和斷塊升降期,先后發(fā)生了神狐運(yùn)動(dòng)、珠瓊運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、白云運(yùn)動(dòng)、東沙運(yùn)動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。白云凹陷的基底是海相沉積巖夾巖漿巖和變質(zhì)巖,新生代的沉積結(jié)構(gòu)包括:斷陷期湖相沉積、拗陷沉降期海陸過渡相-淺海相沉積、斷塊升降期深海陸坡和深海相等3個(gè)主要沉積充填階段。

文昌組和恩平組是珠江口盆地主要的烴源巖層系,受資料所限,本文重點(diǎn)研究恩平組烴源巖。恩平組是白云凹陷的主力烴源巖,主洼內(nèi)最厚達(dá)5 000 m。受控于沉積相帶的分布,恩平組烴源巖呈二元分布特征[9],即三角洲煤系和海相泥巖,其中凹陷北部的緩坡區(qū)發(fā)育三角洲烴源巖,包括煤層、炭質(zhì)泥巖和暗色泥巖,地球化學(xué)指標(biāo)以高雙杜松烷、低奧利烷和高姥植比為特征。南部海相烴源巖發(fā)育于凹陷深部,不僅有陸源有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn),同時(shí)包含海生藻類的貢獻(xiàn)。恩平組可細(xì)分為上、中、下3段(見圖1),上段地層發(fā)育大規(guī)模三角洲沉積,砂巖含量較多,主要作為深部儲(chǔ)層,中段和下段暗色泥巖含量多,是主力烴源巖。

恩平組、珠海組和珠江組內(nèi)發(fā)育白云凹陷的主要儲(chǔ)集層[18],巖性主要為砂巖。恩平組沉積時(shí)期主要有3個(gè)方向的物源供給:北部緩坡帶、西南斷階帶、東部來自南部隆起的緩坡帶,其中北部緩坡帶是主要的物源方向。珠海組是海陸過渡相到淺海陸架沉積,發(fā)育淺海三角洲,可以劃分為6個(gè)三級(jí)層序,儲(chǔ)層主要為三角洲沉積的砂巖儲(chǔ)層。珠江組是三角洲-陸坡深水沉積,發(fā)育三角洲和深水扇砂巖儲(chǔ)層。

恩平組內(nèi)發(fā)育大面積連片的三角洲,并從沉積早期到晚期呈現(xiàn)出由南向北逐次推進(jìn)的過程,恩平組形成了適中的砂地比,有利于巖性、地層圈閉的發(fā)育。珠海組主要發(fā)育構(gòu)造圈閉和構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉2大類,構(gòu)造圈閉又包括斷背斜圈閉和斷塊圈閉等類型。

2 流體動(dòng)力分布及其演化

盆地和含油氣系統(tǒng)尺度的模擬,是恢復(fù)古流體動(dòng)力的有效手段。研究中使用了斯倫貝謝公司的PetroMod三維模擬軟件。模擬的路徑為從烴源系統(tǒng)、輸導(dǎo)體系到圈閉系統(tǒng)。

模擬所用的地質(zhì)參數(shù)關(guān)系到模擬結(jié)果的成敗。本研究在前期已投入大量基本工作,以便提高所選參數(shù)的準(zhǔn)確性。這些工作包括:地質(zhì)格架模型與關(guān)鍵地質(zhì)時(shí)間、壓實(shí)系數(shù)、大地?zé)崃鳌N源巖模型的建立等。

模擬的第一步是獲取精確的三維地質(zhì)格架和地質(zhì)時(shí)間。白云凹陷的關(guān)鍵界面(Tg、T80、T70、T60、T50、T40、T35、T32、T30、T20和海底等)來自三維地震資料解釋結(jié)果,從中海油研究總院工作站的三維地震工區(qū)中導(dǎo)出,然后利用中海油總院提供的公式進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換。

模擬至今的溫度、壓力等古參數(shù),經(jīng)過與已有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比,將其誤差普遍控制在10%以內(nèi),確保了古參數(shù)恢復(fù)的準(zhǔn)確、可靠。

2.1 白云主洼的超壓演化與排烴效應(yīng)

研究表明,白云凹陷恩平組發(fā)育明顯超壓。恩平組沉積時(shí)期,沉積了厚度超過5 000 m的地層,沉積速率超過1 000 m/Ma,巨大的沉積速率,再加上洼陷帶地層泥巖含量較高,主洼恩平組自距今33.9 Ma就開始發(fā)生壓實(shí)作用增壓,早于生烴增壓開始的時(shí)間(見圖2)。距今23.8 Ma以來,恩平組中段烴源巖內(nèi)總的剩余壓力從15.25 MPa,增至距今16.5 Ma的26.24 MPa,距今10.5 Ma的32.74 MPa,現(xiàn)今可達(dá)36.97 MPa。在這一演化時(shí)段,欠壓實(shí)引起的超壓占55%～70%,生烴增壓所占貢獻(xiàn)為30%～45%。恩平組是白云凹陷的主力烴源巖,突顯出生烴增壓對(duì)恩平組超壓的貢獻(xiàn)。生烴增壓的貢獻(xiàn)與烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型、豐度和熱演化程度等因素有關(guān),因此生烴增壓在主洼的數(shù)量最大,且發(fā)育時(shí)間最早。其次,東洼和西洼的生烴增壓也比較可觀。

本次研究利用白云凹陷錄井資料中的泥漿密度和泥巖實(shí)測(cè)破裂壓力數(shù)據(jù),根據(jù)泥巖的應(yīng)變曲線[19],推測(cè)了深層烴源巖的破裂壓力界限,對(duì)不同時(shí)期深層流體壓力與泥巖地層破裂壓力界限的相對(duì)大小和分布進(jìn)行比較(見圖3)。結(jié)果顯示,珠海組沉積末以來(距今23.8 Ma),主洼恩平組烴源巖剩余壓力均大于泥巖排替壓力,說明油氣能夠克服毛細(xì)管阻力,排出烴源巖外。白云凹陷主洼恩平組烴源巖的流體壓力約在距今8 Ma超過了泥巖地層的破裂壓力界限,允許油氣以幕式混相方式排出于烴源巖之外,超壓引起地層破裂的排烴方式僅限于白云凹陷的主洼。研究還發(fā)現(xiàn),東、西、南洼未能以這種方式排烴,油氣主要以克服毛細(xì)管阻力的形式進(jìn)行穩(wěn)態(tài)游離相排烴。

根據(jù)本次盆地模擬結(jié)果,白云凹陷天然氣資源量可達(dá)22.26千億方,石油資源量可達(dá)11.35億噸。雖然目前發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量主要分布在珠江組下段,但與油、氣的資源量相比,目前儲(chǔ)量的發(fā)現(xiàn)率較低,僅占天然氣和石油資源量的13.5%和6.2%。這些數(shù)據(jù)說明,珠江組已發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量僅占深層油氣資源量很小的比例,大部分資源應(yīng)該尚存深層。

圖2 白云凹陷主洼中心恩平組中段在不同演化時(shí)期欠壓實(shí)增壓與生烴增壓的貢獻(xiàn)對(duì)比Fig.2 Comparison of contributions between undercompaction and pressurization by hydrocarbon generation, in the middle member of Enping Formation in the center of the main sag of Baiyun Depression during different evolutional periods

圖3 白云凹陷主洼恩平組中段流體壓力(Pp)與破裂壓力(Plm)在不同時(shí)期的大小對(duì)比關(guān)系Fig.3 The comparison between fluid pressure (Pp) and fracture pressure (Plm) in the middle of Enping Formation from the main sag of Baiyun Depression during different periods

2.2 白云凹陷的氣勢(shì)梯度演化及對(duì)運(yùn)聚的影響

流體勢(shì)作為地下流體動(dòng)力的綜合表現(xiàn)形式,是分析油氣運(yùn)移、聚集等問題的有效途徑[20-21]。恩平組烴源巖以生氣為主,因此本文在明確了恩平組超壓的基礎(chǔ)上,計(jì)算了恩平組地層的氣勢(shì),計(jì)算中,考慮了相態(tài)變化對(duì)天然氣密度的影響[22]。在此基礎(chǔ)上,利用氣勢(shì)梯度刻畫流體在不同時(shí)期動(dòng)力的強(qiáng)弱。其中,高氣勢(shì)梯度表示氣勢(shì)在該方向變化大,流體動(dòng)力強(qiáng),有利于天然氣運(yùn)移;相反,低氣勢(shì)梯度表示流體動(dòng)力較弱,更有利于天然氣匯聚。

1)不同時(shí)期恩平組上段氣勢(shì)梯度的分布

珠江組沉積末(距今16.5 Ma),恩平組上段氣勢(shì)梯度表現(xiàn)為主洼大部分區(qū)域以及周緣區(qū)域氣勢(shì)梯度較大(見圖4A)。東洼出現(xiàn)小區(qū)域的氣勢(shì)梯度異常高值, 氣勢(shì)梯度為全區(qū)最高。 主洼西南部氣勢(shì)梯度可達(dá)800～1 000 m/km， 主洼東部和北坡則較小, 約為500 m/km。 整個(gè)區(qū)域氣勢(shì)梯度相對(duì)高的范圍較大, 油氣可緩慢地向四周運(yùn)移。

粵海組沉積末(距今5.3 Ma),恩平組上段表現(xiàn)為主洼西南部、主洼東部、東洼和主洼東北的氣勢(shì)梯度大,其余區(qū)域小(見圖4 B)。主洼西南部,氣勢(shì)梯度較韓江組沉積末相比(距今10.5 Ma)略有增大,最大約為1 800 m/km。主洼東部的氣勢(shì)梯度可達(dá)1 000 m/km。北坡周圍的氣勢(shì)梯度基本保持穩(wěn)定,為400～1 000 m/km。說明東洼在此時(shí)期存在較大的油氣運(yùn)移動(dòng)力,氣勢(shì)梯度在距主洼較遠(yuǎn)的區(qū)域依然較高,且與韓江組沉積末相比變大,致使油氣運(yùn)移的動(dòng)力更為充足。

A 距今16.5 Ma; B 距今5.3 Ma圖4 白云凹陷恩平組上段氣勢(shì)梯度分布與天然氣運(yùn)移矢量圖Fig.4 The gas potential gradient distribution and gas migration vector diagram in the upper member of Enping Formation in Baiyun Depression

2)主洼-北部、主洼-東部的氣勢(shì)梯度差異與運(yùn)聚階段劃分

油氣運(yùn)移是過程,聚集是結(jié)果,油氣聚集在時(shí)間上只是二次運(yùn)移過程中短暫的一刻,在空間上也只占二次運(yùn)移長河中很小的一部分。所以,油氣的聚集和成藏是運(yùn)移動(dòng)力達(dá)到穩(wěn)定和相對(duì)平衡后才能發(fā)生。對(duì)比發(fā)現(xiàn),白云凹陷深層已有油氣發(fā)現(xiàn)處(如B5-2)的氣勢(shì)梯度在400 m/km左右,可據(jù)此將其作為油氣發(fā)生運(yùn)移的動(dòng)力起點(diǎn)。

分析認(rèn)為,白云凹陷深層恩平組上段主洼-北坡的氣勢(shì)梯度較大,油氣運(yùn)移動(dòng)力也比較充足,距今10.5 Ma達(dá)到最高,由運(yùn)移階段轉(zhuǎn)入聚集階段,晚期稍有減小,粵海組沉積末(距今5.3 Ma)以后可能存在一定的油氣調(diào)整或散失(見圖5);主洼-東部氣勢(shì)梯度一直在增長,有利于晚期的油氣運(yùn)移。而主洼-西南部的氣勢(shì)梯度最大,而且晚期逐漸增大,油氣運(yùn)移動(dòng)力非常充足。

由此可見,主洼-北坡油氣運(yùn)移成藏較早,主洼東部運(yùn)移成藏晚。北坡、西南和主洼東部是恩平組深層油氣運(yùn)移的主要方向。

A 主洼-北部; B 主洼-東部圖5 白云凹陷恩平組上段氣勢(shì)梯度變化曲線與運(yùn)聚時(shí)期劃分Fig.5 The variation curves of gas potential gradient, divided migrating and accumulating periodsin the upper member of Enping Formation of Baiyun Depression

3)根據(jù)混合算法得出的天然氣運(yùn)移路徑

基于流線和達(dá)西的混合算法,本次研究模擬了白云凹陷恩平組油氣運(yùn)移方向和路徑,如圖6所示,除北坡(番禺低凸起)、主洼東部(白云東傾沒端)外，西南部的云開低凸起,都是恩平組油氣運(yùn)移的主要方向。主洼油氣運(yùn)移、成藏時(shí)間較早,主洼東部運(yùn)移成藏晚,油氣的運(yùn)移路徑受深層輸導(dǎo)砂體和構(gòu)造脊等因素的影響。

具體來說,從韓江組沉積末(距今10.5 Ma,見圖6A)至現(xiàn)今(見圖6B),隨著恩平組上段埋深的明顯增大,氣勢(shì)梯度的分布由較為連續(xù)變得較為分隔,天然氣的運(yùn)移矢量(速率和方向)由相對(duì)較長距離的延續(xù),運(yùn)移距離較大,變?yōu)檩^短距離的延續(xù),運(yùn)移距離較小,其間被若干聚集區(qū)所分隔。在這種流體動(dòng)力背景下,有利于天然氣就近在有利的圈閉帶內(nèi)聚集、成藏。

3 輸導(dǎo)體系發(fā)育特征

輸導(dǎo)體系是連接烴源巖與圈閉之間的“橋梁與紐帶”[23],本文主要從斷裂啟閉系數(shù)和“斷、砂、脊”的配置關(guān)系等入手,開展輸導(dǎo)性分析。

3.1 斷層

白云凹陷斷層主要發(fā)育于新生代早期, 分布比較密集, 且主要為正斷層。 斷層延伸距離有數(shù)百米至幾公里不等,最大可達(dá)幾十公里。 斷層以北傾斷層居多, 主要走向有NWW、 EW向, 傾向主要有SSW、 NNE向。 不同等級(jí)與不同走向的斷層表現(xiàn)為平行斷層系、 樹枝狀斷層系和雁列斷層系等。

斷層在油氣的運(yùn)移過程中是起通道作用還是起封堵作用,受多種地質(zhì)因素的控制,如斷層的走向、埋深、斷距、傾角,錯(cuò)斷地層剖面的巖性、力學(xué)性質(zhì),斷層兩側(cè)地層的對(duì)接情況,斷層帶填充物的物質(zhì)組成,構(gòu)造應(yīng)力的大小與方向,流體性質(zhì)和溫壓系統(tǒng)[24-25]。本文根據(jù)鉆井、地震和各種實(shí)測(cè)巖石試驗(yàn)資料結(jié)合凹陷深層地質(zhì)特征選取斷距、傾角、埋深、巖性、地層壓力、構(gòu)造應(yīng)力等參數(shù),計(jì)算斷泥比(shale gouge ration,SGR)、斷面正應(yīng)力、開啟系數(shù)和連通概率,定量評(píng)價(jià)主洼-北坡、主洼東部、主洼西南部3個(gè)剖面48條斷層的輸導(dǎo)性能。

研究發(fā)現(xiàn),主洼-北坡斷層開啟系數(shù)大于2.5以及主洼-東部斷層開啟系數(shù)大于2時(shí),斷層連通概率均大于0.6,故取主洼-北坡斷層開啟閾值為2.5,主洼東部斷層開啟閾值為2。當(dāng)斷層開啟系數(shù)大于其閾值時(shí)，斷層的輸導(dǎo)性能較好,可以作為油氣運(yùn)移的通道[26]。

A 距今10.5 Ma；B 現(xiàn)今圖6 白云凹陷深層恩平組上段天然氣運(yùn)移矢量圖Fig.6 Natural gas migrating vector map in upper member of Enping Formation in Baiyun Depression

通過解剖白云凹陷深層48條斷層的開啟系數(shù)和不同區(qū)域的開啟系數(shù)閾值,發(fā)現(xiàn)主洼-北坡珠海組斷層開啟系數(shù)平均為2.55,60%斷層開啟,恩平組開啟系數(shù)平均為3.69,斷層全部開啟(見圖7A);主洼-東部珠海組斷層開啟系數(shù)平均為2.14,81%斷層開啟,恩平組開啟系數(shù)平均為2.6,斷層全部開啟(見圖7B);主洼西南部珠海組斷層開啟系數(shù)平均為2.41,54.5%斷層開啟,恩平組開啟系數(shù)平均為3.83,斷層全部開啟。因此，認(rèn)為白云凹陷主洼-北坡、主洼東部和主洼西南部3個(gè)剖面恩平組斷層全部開啟,具有良好的輸導(dǎo)性能,可作為油氣運(yùn)移通道。珠海組內(nèi)斷層輸導(dǎo)性能:主洼東部斷層>主洼-北坡斷層>主洼西南部斷層,其中主洼東部斷層開啟最多,輸導(dǎo)性能最好。

A 主洼-北坡; B 主洼-東部圖7 白云凹陷珠海組和恩平組的斷層啟閉系數(shù)分布Fig.7 Distribution of fault opening and closing coefficients of Baiyun Depressionin Zhuhai Formation and Enping Formation respectively

3.2 砂體

砂巖體在油氣成藏體系中既能作為油氣儲(chǔ)存的有利空間,又作為油氣運(yùn)移的通道。由于鉆井密度小且鉆遇深層珠海組和恩平組的井較少,本文選擇采用沉積相和地震屬性相結(jié)合的方法來確定深層砂巖體分布情況。珠海組物源主要來源于NW方向,砂地比在主洼西北部最大,可達(dá)0.80,在凹陷內(nèi),由西向東砂地比逐漸減小,在主洼中心最小,主洼東部地區(qū)整體砂地比不大。恩平組上段物源方向也是NW向,主洼西南方向有小的物源[18],靠近物源砂地比達(dá)最大值0.80,砂地比的分布由西向東逐漸減小,主洼東有小范圍砂地比較大的地區(qū)(見圖8)。恩平組中段只有NW方向物源,主洼東有部分剝蝕區(qū),主洼中心砂地比最小,數(shù)值為0.20。恩平組下段有北、東和西南3個(gè)方向的物源供給,北部砂地比較大,主洼和南部發(fā)育淺海半深海沉積相,砂地比較小。

圖8 白云凹陷恩平組上段砂地比分布圖Fig.8 The distribution of thickness ratio between sandstone and formation in upper member of Enping Formation in Baiyun Depression

3.3 斷層-砂體配置關(guān)系

在含油氣盆地“下生上儲(chǔ)式”生儲(chǔ)蓋組合中,斷裂和砂體配置是油氣運(yùn)移的重要輸導(dǎo)通道[27],并在一定程度上制約了油氣的分布。研究中將白云凹陷斷層-砂體空間配置關(guān)系劃分為4種類型：Ⅰ型 順向正斷層,斷層傾向與地層砂體傾向相同;Ⅱ型 反向正斷層,斷層傾向與地層砂體傾向相反;Ⅲ型 “屋脊式”正斷層,斷層一側(cè)斷盤傾角遠(yuǎn)大于另一側(cè)斷盤傾角;Ⅳ型 Y型斷層。

對(duì)白云凹陷深層11個(gè)剖面的48條斷層進(jìn)行精細(xì)描述,然后根據(jù)斷層兩側(cè)地層砂體的剖面特征,分別研究主洼-北坡,主洼東部和主洼西南部3個(gè)主要區(qū)域的斷層-砂體空間配置關(guān)系。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),主洼-北坡主要以Ⅰ型和Ⅱ型斷-砂組合為主,Ⅰ型占60%,Ⅱ型占40%;主洼東部主要以Ⅰ型斷-砂組合為主,Ⅰ型占67%,Ⅱ型占14%,Ⅲ型和Ⅳ型各占9.5%;主洼西南主要以Ⅰ型和Ⅱ型斷-砂組合為主,Ⅰ型占75%,Ⅱ型占25%;根據(jù)地層傾向結(jié)合3個(gè)主要區(qū)域斷層傾向及斷層延伸分布特征,推測(cè)4種斷-砂配置類型的分布規(guī)律?？梢钥闯?斷-砂配置類型主要以Ⅰ型和Ⅱ型為主,Ⅲ型次之,Ⅳ型最少。其中Ⅰ型和Ⅱ型斷-砂配置類型全區(qū)發(fā)育,主洼西南部發(fā)育少量Ⅲ型斷-砂配置類型(見圖9)。

通過對(duì)白云凹陷深層3個(gè)剖面附近24口油氣顯示井的統(tǒng)計(jì)分析,Ⅰ型斷-砂組合輸導(dǎo)性能最強(qiáng),更有利于油氣運(yùn)移,其次為Ⅱ型。

圖9 白云凹陷恩平組內(nèi)斷層-砂體組合類型平面分布圖Fig.9 The plane distribution of assemblage types between fault and sand body in Enping Formation, Baiyun Depression

3.4 斷層-構(gòu)造脊配置關(guān)系

本文將白云凹陷斷層-構(gòu)造脊配置關(guān)系劃分為3種類型:Ⅰ型 順向-斷層垂直于構(gòu)造脊;Ⅱ型 斷層平行于構(gòu)造脊;Ⅲ型 斷層角度相交于構(gòu)造脊。根據(jù)斷層平面分布圖和構(gòu)造等值線圖在平面上疊加斷層,精細(xì)劃分了48條斷層與構(gòu)造脊的平面關(guān)系,分別研究了主洼-北坡、主洼東部、主洼西南部3個(gè)主要區(qū)域斷層-構(gòu)造脊配置關(guān)系(見圖10)。

研究發(fā)現(xiàn),主洼-北坡主要以Ⅲ型斷-脊組合為主,Ⅲ型占67%,Ⅱ型占20%,Ⅰ型占13%;主洼東部主要以Ⅲ型斷-脊組合為主,Ⅲ型占62%,Ⅱ型占19%,Ⅰ型占19%;主洼西南主要以Ⅲ型和Ⅰ型斷-脊組合為主,Ⅲ型占67%,Ⅰ型占33%?？梢?白云凹陷深層斷-脊配置類型主要以Ⅲ型為主,Ⅰ型次之,Ⅱ型最少。

通過對(duì)白云凹陷深層3個(gè)剖面附近24口油氣顯示井的統(tǒng)計(jì)分析,認(rèn)為Ⅲ型斷-脊組合,比Ⅰ型斷-脊組合更加有利于油氣運(yùn)移。

圖10 白云凹陷恩平組斷層-構(gòu)造脊配置類型平面分布圖Fig.10 The plane distribution of configuration types between fault and structural ridge in Enping Formation, Baiyun Depression

4 白云凹陷深層油氣運(yùn)聚成藏模式

目前在白云凹陷發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量,主要集中在珠江組下段,但僅占恩平組油氣資源量的很少一部分,油氣聚集受晚期斷裂/底辟和珠江組下段砂巖構(gòu)造脊的控制。因此，在未來的油氣勘探中,應(yīng)對(duì)白云凹陷深層恩平組、珠海組的油氣運(yùn)聚和成藏給予高度重視。

4.1 恩平組:近源、側(cè)向運(yùn)移和成藏模式

恩平組內(nèi)泥巖和砂巖互層,中段暗色泥巖比例最高,為主力烴源巖。上、下段內(nèi)砂巖含量增高,有可能形成近源油氣聚集。

以恩平組上段為例,主洼內(nèi)油氣運(yùn)移開始較早,珠江組沉積末已經(jīng)發(fā)生油氣運(yùn)移聚集,而主洼東部、東洼和西洼等地區(qū),在韓江組沉積末處于運(yùn)移成藏時(shí)期,油氣主要向北坡、東部和西南部3個(gè)方向運(yùn)移。恩平組上段油氣運(yùn)移路徑主要受輸導(dǎo)砂體的制約,北坡和西南部的巖性圈閉開始發(fā)生油氣聚集,主洼東部在流花29低隆起等區(qū)帶形成油氣聚集?，F(xiàn)今,主洼東部的地層/巖性圈閉內(nèi)可形成一定規(guī)模的油氣聚集,北坡和西南部也有油氣運(yùn)聚,雖然圈閉的保存條件比主洼東部稍遜一籌,但油氣運(yùn)移動(dòng)力更加充足,輸導(dǎo)砂體發(fā)育也更好,有利于形成較大規(guī)模的油氣聚集和成藏。

基于流體動(dòng)力和輸導(dǎo)體系特征的綜合研究,本文建立了恩平組的油氣運(yùn)移成藏模式(見圖11)。突出表現(xiàn)為油氣在一定范圍的近源、側(cè)向運(yùn)移和聚集成藏,主洼深部烴源巖在晚期發(fā)生了幕式排烴,主洼生成的油氣在流體勢(shì)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下,向北坡、主洼-東部和西南部運(yùn)移,油氣運(yùn)移動(dòng)力充足,主洼-北坡和主洼-西南部的油氣運(yùn)移成藏比主洼-東部早,且流體動(dòng)力和輸導(dǎo)條件均較好,油氣可在巖性/地層圈閉中聚集成藏;主洼-東部發(fā)育扇三角洲/三角洲儲(chǔ)集體,油氣運(yùn)移至此,可在地層或巖性圈閉中聚集成藏。

4.2 珠海組:早期側(cè)向、晚期垂向運(yùn)移和成藏模式

珠海組內(nèi)的油氣主要來自下伏的恩平組。從珠江組沉積末至今,珠海組內(nèi)平面上氣勢(shì)梯度逐漸增大,氣勢(shì)梯度在50～1 000 m/km之間,有利于油氣的側(cè)向運(yùn)移。同時(shí),恩平組上段至珠海組的垂向氣勢(shì)梯度是珠海組內(nèi)部側(cè)向氣勢(shì)梯度的2～5倍,顯示垂向運(yùn)移的動(dòng)力更為充足。

圖11 白云凹陷深部恩平組上段現(xiàn)今的油氣運(yùn)聚成藏模式Fig.11 The model of hydrocarbon migration and accumulation at presentin deep Enping Formation, Baiyun Depression

珠海組發(fā)育較多的儲(chǔ)層砂體,包括三角洲砂巖和重力流砂巖,形成了大量的巖性-構(gòu)造復(fù)合圈閉。但主洼北部儲(chǔ)層在中新世中期(距今約15 Ma)之后變?yōu)榈涂住⒌蜐B儲(chǔ)層[28],故較大規(guī)模的側(cè)向運(yùn)移和成藏主要發(fā)生在這一階段,且主要見于主洼-北部、主洼-西南部。由于珠海組圈閉多受斷層的控制,且珠海組斷層開啟系數(shù)較大,故斷層主要起到垂向輸導(dǎo)油氣的作用,斷層封閉性較差,因此油氣在珠海組以垂向運(yùn)移為主,側(cè)向運(yùn)移范圍受儲(chǔ)層致密化程度的制約。

基于上述分析,建立了珠海組內(nèi)油氣運(yùn)聚成藏模式(見圖12)。主洼內(nèi)油氣在珠江組沉積末即可發(fā)生一定規(guī)模的油氣側(cè)向運(yùn)移成藏,此時(shí)儲(chǔ)層尚未致密;主洼-西南部和主洼-北坡存在早期的油氣運(yùn)移,可能是比較有利的油氣聚集成藏區(qū)域。晚期儲(chǔ)層致密后,主要發(fā)生油氣沿?cái)鄬拥拇瓜蜻\(yùn)移。

5 結(jié)論

1)白云凹陷深部恩平組和珠海組兼具深水、深層、非常規(guī)等特點(diǎn),給油氣運(yùn)聚和成藏研究帶來極大挑戰(zhàn)。本文利用已有鉆井和三維地震資料,主要使用三維盆地模擬技術(shù)和油氣成藏綜合研究方法,以白云凹陷深層流體動(dòng)力和輸導(dǎo)體系為基礎(chǔ),分析了深層油氣運(yùn)移成藏條件和動(dòng)態(tài)過程,提出了深層的油氣運(yùn)聚成藏模式。

2)主力烴源巖恩平組因受到欠壓實(shí)和生烴增壓等機(jī)制的影響,距今23.8 Ma以來,主洼過剩壓力的幅度由30 MPa增至45 MPa。烴源巖剩余壓力大于泥巖排替壓力,油氣可克服毛細(xì)管阻力,排出烴源巖外。主洼中心在距今8 Ma流體壓力大于泥巖的破裂壓力,可使烴源巖破裂,發(fā)生幕式混相排烴。

3)恩平組上段氣勢(shì)梯度表現(xiàn)為主洼大部分區(qū)域以及周緣區(qū)域氣勢(shì)梯度較大,東洼出現(xiàn)小范圍內(nèi)氣勢(shì)梯度為全區(qū)最高,其余地區(qū)氣勢(shì)梯度略小,反映了白云凹陷不同地區(qū)間油氣運(yùn)移動(dòng)力的強(qiáng)弱差別。

4)白云凹陷恩平組斷層全部開啟,具有良好的輸導(dǎo)性能,可作為油氣運(yùn)移通道。珠海組內(nèi)以主洼東部斷層開啟最多,輸導(dǎo)性能最好。斷層與砂體傾向相同的斷-砂組合,其輸導(dǎo)性能最強(qiáng),而斷層呈一定角度與構(gòu)造脊相交的斷-脊組合更有利于油氣運(yùn)移。

圖12 白云凹陷深部珠海組在珠江組沉積末(距今16.5 Ma)的油氣運(yùn)聚成藏模式Fig.12 The model of hydrocarbon migration and accumulation at the end of Zhujiang Formation (16.5 Ma BP) in deep Zhuhai Formation, Baiyun Depression

5)恩平組和珠海組內(nèi)的油氣運(yùn)聚成藏模式存在一定差異。恩平組內(nèi)泥巖和砂巖互層,突出表現(xiàn)為油氣在一定范圍的近源、側(cè)向運(yùn)移和聚集成藏,主洼和東洼生成的油氣在流體勢(shì)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下向北坡、主洼東部和西南部運(yùn)移,晚期運(yùn)移動(dòng)力充足。珠海組內(nèi)油氣以垂向運(yùn)移為主,側(cè)向運(yùn)移規(guī)模較小,珠江組沉積末即可發(fā)生運(yùn)移成藏,砂巖儲(chǔ)層與斷層垂向輸導(dǎo)部位匹配處,可形成油氣聚集成藏。

致謝：本文在研究過程中得到中海油研究總院的大力支持，在此表示感謝！