中國(guó)深水盆地油氣勘探及成藏研究進(jìn)展
——以中國(guó)南海北部為例

屈紅軍,張功成,2,孫曉晗,姚天星,武龍發(fā),張磊崗

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710069;2.中海油研究總院有限公司,北京 100027)

隨著世界各國(guó)對(duì)能源需求的日趨增長(zhǎng),陸地及陸架淺水區(qū)油氣發(fā)現(xiàn)的高峰期已過(guò),在淺水區(qū)和老油田區(qū)再有新的重大發(fā)現(xiàn)難度劇增,大型和巨型油氣田發(fā)現(xiàn)的數(shù)量已越來(lái)越少。因此，勘探領(lǐng)域已由常規(guī)轉(zhuǎn)向非常規(guī),由陸地轉(zhuǎn)向了海洋,由淺海轉(zhuǎn)向了深海,深水勘探在不斷升溫。近年來(lái)全球范圍深水區(qū)、超深水區(qū)油氣勘探有了一系列重大突破。全球21世紀(jì)以來(lái)油氣大發(fā)現(xiàn)揭示,海上油氣發(fā)現(xiàn)的一半以上位于深水區(qū),被動(dòng)陸緣深水區(qū)成為全球油氣勘探重大發(fā)現(xiàn)的7大領(lǐng)域中潛力最大的領(lǐng)域。海洋深水區(qū)油氣勘探已成為全球熱點(diǎn)領(lǐng)域,深水區(qū)將是未來(lái)全球油氣戰(zhàn)略接替的主要領(lǐng)域[1-2]。

世界深水油氣資源豐富，其作為油氣戰(zhàn)略接替的主要領(lǐng)域之一,目前油氣勘探主要集中在墨西哥灣、南大西洋兩岸的巴西與西非沿海3大海域,被稱(chēng)為深水油氣勘探的“金三角”。它們集中了當(dāng)前世界大約84%的深水油氣鉆探活動(dòng),也集中了全球絕大部分深水探井和新發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量。北大西洋兩岸、地中海沿岸、東非沿岸及亞太地區(qū)都在積極開(kāi)展深水油氣勘探。另外，挪威、澳大利亞、東非部分國(guó)家、印度、新印尼等國(guó)家也都在積極開(kāi)展深水油氣勘探[3-6]。

“深水油氣”一詞已廣泛應(yīng)用于海洋石油勘探中,主要用來(lái)區(qū)別油氣勘探開(kāi)發(fā)裝備、技術(shù)、成本等不同于淺水區(qū)油氣勘探。對(duì)于“深水”的界定，隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷變化,不同國(guó)家對(duì)此的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)也有所差別。目前一般認(rèn)為，現(xiàn)今水深大于500 m為深水,而大于1 500 m為超深水。中國(guó)以 300 m水深為界劃定深水區(qū),中國(guó)海域深水盆地主要位于中國(guó)南海[7]。

被稱(chēng)為第二個(gè)波斯灣的中國(guó)南海,是具有很大前景的深水油氣區(qū)。目前，中國(guó)油氣公司的油氣勘探主要位于南海北部陸緣的珠江口盆地及瓊東南盆地。2006年，珠江口盆地荔灣凹陷水深1 481 m的荔灣3-1-1井鉆探取得了重大突破,發(fā)現(xiàn)了荔灣3-1深水大氣田,是中國(guó)首個(gè)深水油氣田的大發(fā)現(xiàn),2014 年該氣田成功投產(chǎn)；2020年，流花20-2油田順利投產(chǎn)；2021年，位于瓊東南盆地陵水17-2大氣田建成投產(chǎn)[8]。因此,總結(jié)中國(guó)海域深水盆地油氣勘探及成藏研究進(jìn)展具有承前啟后的意義。

1 中國(guó)海域深水盆地的分布及區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 中國(guó)海域深水盆地的分布

中國(guó)海域從內(nèi)海到外海包括2個(gè)拗陷帶,第一拗陷帶包括渤海灣盆地、南黃海盆地、臺(tái)北拗陷、珠江口盆地的珠一拗陷、珠三拗陷和北部灣盆地,為淺水盆地,是位于陸殼上的湖相斷陷(裂谷)盆地,以生油為主;第二拗陷帶包括浙東拗陷、臺(tái)東盆地、珠江口盆地珠二拗陷、瓊東南盆地和鶯歌海盆地等,是陸—洋過(guò)渡殼上的海相拗陷盆地,涵蓋淺水區(qū)與深水區(qū),以生氣為主[9-10]。其中，浙東拗陷和鶯歌海盆地為淺水盆地,臺(tái)東盆地、珠江口盆地珠二拗陷、瓊東南盆地位于水深大于300 m深水區(qū);珠江口盆地珠二拗陷、瓊東南盆地是已經(jīng)證實(shí)的深水含油氣盆地[11-12]。

南海北部陸坡深水區(qū)新生代盆地呈現(xiàn)南北分帶、東西分段的三隆二拗盆嶺伸展構(gòu)造格局,在雙向擠壓的構(gòu)造背景下,在陸坡深水區(qū)形成了半地塹型凹陷、地塹型凹陷兩種不同風(fēng)格的凹陷。根據(jù)裂谷期的構(gòu)造特征,將南海北部深水區(qū)三級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)澐譃?個(gè)(低)凸起和9個(gè)凹陷(見(jiàn)圖1)。3個(gè)(低)凸起分別為云開(kāi)低凸起、北礁東低凸起和北礁西低凸起；9個(gè)凹陷從東到西依次為白云凹陷、荔灣凹陷、開(kāi)平凹陷、順德凹陷、長(zhǎng)昌凹陷、松南—寶島凹陷、北礁南凹陷、北礁凹陷和樂(lè)東—陵水凹陷。其中，珠江口盆地深水區(qū)包含4個(gè)凹陷,瓊東南盆地包含5個(gè)凹陷(見(jiàn)圖1)[13]。

1.2 南海北部陸緣深水盆地的構(gòu)造特征及地層層序

1.2.1 南海北部陸緣深水盆地的構(gòu)造特征 南海北部被動(dòng)陸緣地殼巖石圈結(jié)構(gòu)構(gòu)造單元,由陸向海劃分出近端帶、細(xì)頸化帶、遠(yuǎn)端帶和洋陸轉(zhuǎn)換帶(OCT,含邊緣高地)4個(gè)構(gòu)造單元。從細(xì)頸化帶到OCT，基本處于現(xiàn)今陸架坡折帶之外的深水—超深水區(qū)的范圍[14](見(jiàn)圖2A)。

深水區(qū)構(gòu)造演化經(jīng)歷了裂陷早期上地殼脆性伸展、高角度斷裂控制的箕狀半地塹斷陷、裂陷中期地殼脆韌性差異伸展、低角度拆離斷裂控制的寬深斷陷、裂陷晚期以韌性地殼流變?yōu)橹鞯牡螖噢峙璧匮莼^(guò)程;受穿過(guò)地殼的大型拆離斷裂控制而發(fā)育的寬深斷陷是深水區(qū)盆地結(jié)構(gòu)的重要特征[15-16](見(jiàn)圖2B,C,D)。

1.2.2 南海北部陸緣深水盆地的構(gòu)造演化及地層層序 南海北部陸坡深水區(qū)新生代構(gòu)造是經(jīng)過(guò)兩次不同方向的海底擴(kuò)張和短期改造形成的,受紅河斷裂帶走滑作用以及菲律賓板塊擠壓等主控因素的制約,經(jīng)歷了裂谷期、熱沉降期和準(zhǔn)被動(dòng)大陸邊緣晚中新世以來(lái)的新構(gòu)造期3個(gè)構(gòu)造演化階段[12],東段的珠江口盆地、西段的瓊東南盆地在構(gòu)造演化上具有時(shí)序差異性(見(jiàn)圖3)[12-13,17]。

裂谷期形成的盆地原型主要是始新世—漸新世形成的斷陷,早期充填地層是陸相的河流相—湖泊相沉積,晚期充填的地層包括河流—湖泊相的陸相、海相和海陸過(guò)渡相地層,裂陷結(jié)構(gòu)在深水區(qū)的凸起區(qū)以半地塹為主,在凹陷區(qū)以大型復(fù)合型地塹為主要特征,充填了古新統(tǒng)、始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)沉積地層。

早—中中新世以熱沉降為主,屬大陸邊緣型拗陷沉積,構(gòu)造性質(zhì)由裂谷作用轉(zhuǎn)換為熱沉降作用,該期斷裂作用不活躍,沉降幅度和速度相對(duì)降低,地層厚度相對(duì)小。

圖1 南海北部陸緣平面及斷面構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Planar and sectional tectonic units division of the northern continental margin in the SCS

新構(gòu)造活動(dòng)指晚中新世以來(lái),疊加有印藏碰撞、菲律賓板塊碰撞而導(dǎo)致的快速沉降、沉積及其變形,以深海相沉積為主,深水陸坡區(qū)區(qū)域構(gòu)造環(huán)境發(fā)生了顯著變化,且東、西部表現(xiàn)出顯著差異,白云深水區(qū)構(gòu)造活動(dòng)性增強(qiáng),表現(xiàn)為快速的沉降和顯著的晚期斷裂作用[12]。

A 珠江口盆地地震剖面與斷面構(gòu)造單元; B 地層解釋剖面、 地溫梯度分帶與生油生氣窗; C 重磁震聯(lián)合反演剖面;D 地殼和盆地綜合解釋剖面圖2 南海北部陸緣地殼薄化與盆地結(jié)構(gòu)綜合解釋剖面(剖面位置見(jiàn)圖 1)(據(jù)文獻(xiàn)[16]修改)Fig.2 Comprehensive interpretation section of crustal thinning and basin structure of the northern continental margin in the SCS

2 南海北部深水區(qū)勘探階段、技術(shù)進(jìn)展與問(wèn)題

中國(guó)陸地和海洋淺水區(qū)都經(jīng)歷了60～70年的勘探,勘探程度較高,取得突破的難度不斷增加;而深水區(qū)的勘探程度較低,資源相當(dāng)豐富,可以成為油氣勘探的重大接替領(lǐng)域。

2.1 勘探起步階段(1979—2005年)

南海深水油氣勘探雖然起步較早,但由于地質(zhì)認(rèn)識(shí)和技術(shù)原因,進(jìn)展緩慢。中國(guó)深水區(qū)勘探歷史較短,地震勘探始于20世紀(jì)70年代末期。1983—1986年，英國(guó)石油公司等國(guó)際石油公司在深水區(qū)白云凹陷的周邊淺水區(qū)進(jìn)行了鉆探,鉆井中僅有烴類(lèi)顯示。1986年，中海油公司與外國(guó)石油公司合作在珠江口盆地鉆第一口深水探井陸豐22-1-1井[11]。1987—1996年，中海油公司和外國(guó)石油公司聯(lián)合研究,認(rèn)為白云凹陷有很大的勘探潛力。但在深水區(qū)鉆探流花21-1、流花18-2、流花18-1等構(gòu)造圈閉時(shí),全部失利。1997—2000年，深水鉆探處于停滯狀態(tài)。2001—2005年，中國(guó)相繼在深水區(qū)邊緣的淺水區(qū)鉆探7個(gè)構(gòu)造,3個(gè)有商業(yè)價(jià)值氣藏,揭示珠江口盆地白云凹陷具有生氣潛力；該階段深水區(qū)沒(méi)有商業(yè)性的油氣突破[18]。

圖3 南海北部陸緣深水盆地地層及構(gòu)造演化階段(據(jù)文獻(xiàn)[12-13,17]修改)Fig.3 Strata and tectonic evolution stages of the northern continental marginal deep-water basins in the SCS

2.2 首次勘探突破及持續(xù)勘探突破階段(2006—2020年)

2006年，中國(guó)在珠江口盆地荔灣凹陷水深1 481 m的荔灣3-1-1井鉆探取得了重大突破,在面積61 km2、幅度180 m的背斜圈閉上發(fā)現(xiàn)氣層5層,累計(jì)厚度72 m。荔灣3-1大氣田是中國(guó)首個(gè)深水油氣田的大發(fā)現(xiàn),也被譽(yù)為中國(guó)石油工業(yè)里程碑式的重大突破[18]。

2013年前后，瓊東南盆地中央凹陷帶北礁凹陷深水區(qū)中央峽谷水道天然氣勘探獲得歷史性突破,發(fā)現(xiàn)了陵水17-2 大氣田,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)深水區(qū)首個(gè)千億立方米級(jí)大氣田勘探的突破。隨后相繼發(fā)現(xiàn)了相鄰的陵水25-1、陵水18-1 和陵水18-2大中型氣田[19]。

2018年左右，在瓊東南盆地松南低凸起發(fā)現(xiàn)中小型中生界花崗巖潛山型YL8-1-1氣藏,但對(duì)其他類(lèi)似潛山的勘探又進(jìn)展甚微,反映了深水區(qū)成藏的復(fù)雜性;永樂(lè)8區(qū)中生界潛山突破證實(shí)了深水東區(qū)中生界花崗巖潛山圈閉成群成帶分布,預(yù)測(cè)該潛山圈閉群總資源量2 000×108m3以上,是深水區(qū)又一個(gè)千億立方米氣田的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域[20]。

近幾年，在瓊東南盆地樂(lè)東—陵水凹陷中新統(tǒng)梅山組海底扇領(lǐng)域勘探的新突破,證實(shí)梅山組晚期海底扇發(fā)育優(yōu)質(zhì)成藏組合；松南—寶島凹陷ST36-2-1井在三亞組發(fā)現(xiàn)氣層19.1 m,證實(shí)了松南—寶島凹陷的生烴能力;在珠江口盆地白云凹陷持續(xù)發(fā)現(xiàn)流花28-2、流花20-2、PY30-1等一系列大中型油氣田[20]。

2.3 技術(shù)進(jìn)展、關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題與挑戰(zhàn)

1)技術(shù)進(jìn)展。目前，深水區(qū)油氣資源勘探形成了4大技術(shù)方法,研發(fā)和集成的深水區(qū)油氣資源評(píng)價(jià)技術(shù)系列包括:① 深水區(qū)崎嶇海底地震資料處理解釋技術(shù);② 深水區(qū)長(zhǎng)電纜地震采集處理技術(shù);③ 深水區(qū)少井、無(wú)井情況下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù);④ 深水區(qū)天然氣檢測(cè)技術(shù)[18]。

隨著深水區(qū)油氣勘探階段的深入,深水區(qū)在勘探方向上具有如下轉(zhuǎn)變:① 勘探領(lǐng)域從淺水陸架—深水陸坡過(guò)渡區(qū)到深海區(qū);② 勘探層系從淺層到深淺層疊合;③ 勘探首選目標(biāo)由構(gòu)造圈閉到巖性圈閉[21]。

南海北部陸緣深水區(qū)的拆離作用控制了珠江口盆地和瓊東南盆地大型凹陷的形成,發(fā)育了湖相、海陸過(guò)渡相和海相3套規(guī)模烴源巖;高-變地溫控制凹陷烴源巖快速生烴,建立了珠江口盆地白云凹陷深水區(qū)陸架邊緣三角洲—深水扇成藏模式、瓊東南盆地深水區(qū)大型軸向峽谷水道油氣成藏模式、低凸起披覆成藏模式及古潛山成藏模式[13,21-22]。

2)關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題與挑戰(zhàn)。 珠江口盆地深水區(qū)珠二拗陷的勘探存在瓶頸, 由于構(gòu)造位置上位于陸—洋過(guò)渡殼, 地溫梯度高達(dá)0.035～0.065℃/m,具有高溫地質(zhì)背景。新勘探井發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層地層雖新但成巖程度高,儲(chǔ)層物性較差,多為中低孔、低滲[16],深水勘探進(jìn)入了瓶頸期。

目前，中國(guó)南海北部深水區(qū)油氣勘探需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是,主烴源巖分布特征不明，大型構(gòu)造圈閉缺乏，成藏層系單一和儲(chǔ)層條件復(fù)雜[23],尤其是，深水區(qū)高地溫極大地影響了儲(chǔ)層品質(zhì)。因此，良好的源儲(chǔ)匹配、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布、高效疏導(dǎo)體系與隱蔽圈閉預(yù)測(cè)是下一步深水區(qū)油氣勘探的主要挑戰(zhàn)。

3 南海北部陸緣深水區(qū)的油氣地質(zhì)與成藏特征

3.1 南海北部陸緣深水區(qū)的烴源巖特征

南海北部陸緣深水區(qū)發(fā)育3套烴源巖,其中湖相烴源巖有機(jī)碳含量中等—高,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型偏腐泥混合型;海陸過(guò)渡相煤系烴源巖中有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于陸生高等植物,具有較高的有機(jī)質(zhì)豐度,其干酪根組分以煤質(zhì)、木質(zhì)、殼質(zhì)和孢質(zhì)為主,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型偏腐殖混合型,烴源巖體積大;海相烴源巖以陸源海相有機(jī)質(zhì)為主,烴源巖有機(jī)碳含量中等,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型偏腐殖混合型。海陸過(guò)渡相煤系烴源巖是深水盆地的主力烴源巖,次要烴源巖為中深湖相泥巖烴源巖、陸源海相烴源巖[24-26]。

珠江口盆地第一套烴源巖為始新世文昌組湖相烴源巖,其TOC為2%～3%,HI為400-500,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1為主;第二套烴源巖為下漸新統(tǒng)恩平組烴源巖,是一套以三角洲煤系地層為主的海陸過(guò)渡相烴源巖,其中煤的TOC高達(dá)50%～70%,HI為200～300 mg/g;碳質(zhì)泥巖TOC為10%～30%,HI為100～200 mg/g,有機(jī)質(zhì)為Ⅱ-Ⅲ型(Ⅱ2為主);與三角洲相鄰的濱淺海區(qū)域也發(fā)育大范圍的陸源海相烴源巖,以三角洲輸入的陸源分散有機(jī)質(zhì)為主要生烴母質(zhì),主要發(fā)育于濱淺海相暗色泥巖中,其TOC為0.6%～2%,HI為100～400 mg/g,有機(jī)質(zhì)為Ⅱ-Ⅲ型(Ⅱ2為主)(見(jiàn)表1);目前研究認(rèn)為，海相烴源巖以陸源海相有機(jī)質(zhì)為主,烴源巖有機(jī)碳含量中等,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型偏腐殖混合型[26-30]。

瓊東南盆地只發(fā)育早漸新世兩套烴源巖, 為海陸過(guò)渡相三角洲煤系及濱淺海陸源海相烴源巖, 其中的煤系烴源巖的TOC為10%～90%, HI為100～300 mg/g, 而陸源海相暗色泥巖的TOC為0.5%～1.5%,HI為200～300,總體的烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅱ2-Ⅲ型(見(jiàn)表1)[26-31]。

南海北部陸緣深水區(qū)東段珠江口盆地與西段的瓊東南盆地?zé)N源巖的差異性, 受控于構(gòu)造演化的分段性差異。 東段的珠江口盆地的形成及構(gòu)造演化比西段瓊東南盆地要早一個(gè)階段[13], 因而東段的珠江口盆地發(fā)育了受斷陷控制的湖相烴源巖、 斷拗控制的海陸過(guò)渡相及海相3套烴源巖, 西段瓊東南盆地只發(fā)育了受斷陷控制的海陸過(guò)渡相一套烴源巖。 始新世, 東段的珠江口盆地處于斷陷期, 發(fā)育的中深湖相泥巖烴源巖, 普遍成熟進(jìn)入生油窗；而西段的瓊東南盆地始新世處于初始斷陷期, 湖相泥巖烴源巖發(fā)育很有限。 早漸新世, 東段珠江口盆地處于斷拗期, 瓊東南盆地處于主斷陷期, 2個(gè)盆地都發(fā)育大型煤系三角洲, 發(fā)育湖沼—海陸過(guò)渡相煤、 碳質(zhì)泥巖及陸源海相暗色泥巖烴源巖(見(jiàn)圖4A,B), 是兩個(gè)盆地的主力烴源巖[13]。

3.2 南海北部陸緣深水區(qū)沉積儲(chǔ)層的特征與控砂機(jī)制

陸緣巖石圈強(qiáng)烈薄化帶控制了南海北部的區(qū)域構(gòu)造格局,進(jìn)而影響了古地貌與沉積環(huán)境。南海北部深水區(qū)東、西部發(fā)育差異性巨大的深水沉積體系,在深水區(qū)發(fā)育了東段古珠江、西段古紅河—藍(lán)江兩大水系供源的深水沉積體系(見(jiàn)圖4 C,D)。南海北部陸緣構(gòu)造演化經(jīng)歷了裂谷期、熱沉降期及新構(gòu)造期3個(gè)階段[12-13,17](見(jiàn)圖3A,B),不同構(gòu)造演化階段，南海北部陸緣的控砂機(jī)制不同,裂谷期以發(fā)育海陸過(guò)渡三角洲相砂巖、濱淺海相砂巖及陸架邊緣三角洲相砂巖為主,熱沉降期及新構(gòu)造期以發(fā)育陸架邊緣三角洲—深水扇、深水軸向峽谷水道相砂巖等優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層為主[32-33]。

表1 瓊東南盆地與珠江口盆地?zé)N源巖特征差異Tab.1 Differences of source rock characteristics of the Qiongdongnan Basin and Pearl River Mouth Basin

東段珠江口盆地白云深水區(qū)的陸架邊緣三角洲—深水扇體系,在陸架坡折帶遷移影響之下,發(fā)育兩套陸架邊緣三角洲—深水扇復(fù)合沉積體系,陸架坡折遷移控制了大型深水砂巖儲(chǔ)集體的時(shí)空展布;強(qiáng)烈薄化的細(xì)頸化帶在拗陷期構(gòu)造演化引起的差異沉降控制了新近紀(jì)陸架坡折帶的分布和陸坡深水沉積環(huán)境的形成,具體表現(xiàn)為古珠江陸架坡折帶和低位體系域控制了砂質(zhì)陸架背景下的主要優(yōu)質(zhì)砂巖的儲(chǔ)層分布,低位期的陸架邊緣三角洲、深水重力流水道和朵葉體多期相伴發(fā)育[34-35]。

西段瓊東南盆地物源來(lái)自西部紅河—藍(lán)江及周邊近物源體系供給的瓊東南盆地中央軸向峽谷深水沉積體系,強(qiáng)烈拗陷期的構(gòu)造演化引起的深水區(qū)大型中央軸向峽谷沉積體系,受復(fù)合物源供給、窄陸架、限制性古凹槽地貌等影響,形成了多期次深水軸向峽谷沉積體系。這個(gè)深水軸向水道長(zhǎng)達(dá)四百余公里,寬度幾公里到幾十公里不等。有學(xué)者通過(guò)對(duì)這個(gè)深水軸向水道大量的地震剖面解釋,結(jié)合非常有限的樣品U-Pb鋯石年齡對(duì)比,認(rèn)為該深水軸向水道是鶯—瓊—雙峰多階深水扇沉積體系供給砂質(zhì)來(lái)源的、連接樂(lè)東扇與雙峰扇的深水峽谷水道(見(jiàn)圖5)[36-37]。西段瓊東南盆地早漸新世崖城組發(fā)育海陸過(guò)渡三角洲相砂巖、晚漸新世陵水組濱淺海及三角洲相砂巖,均為是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[38-39];早—中中新世三亞組和梅山組發(fā)育濱淺海三角洲相及深海扇相儲(chǔ)層[40];晚中新世黃流組出現(xiàn)峽谷水道重力流沉積,濁積砂巖發(fā)育[41-42];南部高地上發(fā)育生物礁[32,43]。

3.3 南海北部陸緣深水區(qū)的成藏組合與成藏動(dòng)力學(xué)分析

南海深水區(qū)的沉積盆地普遍具有“下生、 中儲(chǔ)、 上蓋”的優(yōu)越成藏組合。 南海北部陸緣裂谷盆地發(fā)育始新統(tǒng)湖相烴源巖、 漸新統(tǒng)下部海陸過(guò)渡相煤系烴源巖、 漸新統(tǒng)上部陸源海相烴源巖, 漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)陸架邊緣三角洲-深水扇-峽谷水道為主儲(chǔ)層, 上新統(tǒng)區(qū)域深海相泥巖為蓋層(見(jiàn)圖3)。

南海北部大陸邊緣深水區(qū)的陸坡—洋陸過(guò)渡帶在新生代期間巖石圈的強(qiáng)烈薄化作用導(dǎo)致莫霍面和軟流圈大幅度抬升, 來(lái)自地幔的熱作用顯著增強(qiáng)。 鉆井揭示， 在北部近端帶、 細(xì)頸化帶、 遠(yuǎn)端帶和洋陸轉(zhuǎn)換帶, 地溫梯度由0.03 ℃/m增大到0.08 ℃/m(見(jiàn)圖2B, 圖6), 顯示出軟流圈界面抬升對(duì)深水區(qū)巖石圈熱流背景的強(qiáng)烈控制作用, 提供了深水區(qū)獨(dú)特的高熱流背景下的成烴熱演化條件; 高熱流場(chǎng)加速了烴源巖快速、 高強(qiáng)度生烴, 當(dāng)?shù)販靥荻扔?.03 ℃/m 增大到0.05 ℃/m 時(shí), 烴源巖進(jìn)入主生油窗埋藏深度由4 000～5 300 m減少到2 500～3 300 m,主生氣窗埋藏深度由 5 700～6 800 m減少到3 500～4200 m,生烴窗口變窄,埋深變淺,生烴強(qiáng)度顯著增大,油氣資源巨大[44-46]。

A 始新世沉積相圖;B 早漸新世沉積相圖;C 晚漸新世沉積相圖;D 中中新世沉積相圖圖4 南海北部陸緣始新世—中新世沉積相圖(據(jù)文獻(xiàn)[33-34]修改)Fig.4 Eocene-Miocene sedimentary facies map of the northern continental margin in the SCS

南海北部陸緣深水區(qū)烴源巖在高地溫和晚期快速熱沉降的背景下, 有機(jī)質(zhì)熱演化和油氣生成具有獨(dú)特的特點(diǎn)[47]。南海北部陸緣屬于熱盆,經(jīng)歷過(guò)多次熱事件,烴源巖與熱聯(lián)合控制,珠江口盆地北部主要生油，南部主要生氣,瓊東南盆地主要生氣[33,48]。

南海北部陸緣地溫梯度為(0.03～0.04)℃/m時(shí),處于油氣大量生成和排烴的早期,周邊的砂巖滲透率普遍仍然較好,能夠以浮力的形式排出和輸導(dǎo)油氣,易于形成常規(guī)油氣藏;當(dāng)?shù)販靥荻却笥?.05 ℃/m時(shí),烴源巖大量排烴時(shí)周邊砂巖已經(jīng)致密,毛細(xì)管阻力大,難以以浮力的形式輸導(dǎo)油氣(見(jiàn)圖2B)。因此,生烴超壓、相勢(shì)驅(qū)動(dòng)、幕式排烴是其主要的成藏動(dòng)力[16]。

南海北部大陸邊緣深水區(qū)生烴過(guò)程中形成超壓、晚期斷裂活動(dòng)和底辟帶泄壓是有利的成藏動(dòng)力過(guò)程,繼承性古鼻狀隆起帶和斷裂-構(gòu)造脊復(fù)合輸導(dǎo)體系控制了油氣富集成藏[23]。白云凹陷凹內(nèi)高成熟烴源巖生氣,底辟和斷層復(fù)合輸導(dǎo),深水扇砂巖儲(chǔ)層聚集,天然氣晚期充注成藏；深部文昌—恩平組烴源巖生成的天然氣在超壓和浮力作用下,形成以垂向或垂向-側(cè)向復(fù)合輸導(dǎo)的獨(dú)特的深水扇天然氣晚期成藏模式[21]。

圖5 南海北部瓊東南盆地中新統(tǒng)深水軸向峽谷水道平面分布圖(據(jù)文獻(xiàn)[36]修改)Fig.5 Planar distribution of Miocene deep-water axial canyon channels of the Qiongdongnan Basin in the northern South China Sea

圖6 南海北部陸緣盆地地溫梯度等值線圖(據(jù)文獻(xiàn)[45]修改)Fig.6 The Geothermal gradient contour map of the northern continental marginal basins in the SCS

3.4 南海北部陸緣深水區(qū)的成藏模式

南海北部陸緣上述3套烴源巖與陸架邊緣三角洲—深水扇體系、大型中央峽谷沉積體系等多類(lèi)型優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體之間由不同的輸導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成了4種油氣成藏模式[19]。

1)陸架邊緣三角洲-深水扇-斷裂成藏模式。白云凹陷深水區(qū)晚漸新世珠海組沉積期,古珠江三角洲推進(jìn)到白云凹陷的主體部位,陸架坡折帶發(fā)育在白云凹陷以南,坡折帶上方的白云凹陷主要發(fā)育淺水陸架三角洲砂巖儲(chǔ)層,此時(shí)深水沉積位于坡折帶下方的荔灣凹陷。中新世時(shí)期,白云凹陷北坡發(fā)育陸架坡折帶,坡折帶下方的白云凹陷處于深海環(huán)境,主要發(fā)育珠江深水扇砂巖儲(chǔ)層,坡折帶上方的低隆起發(fā)育陸架邊緣三角洲砂巖儲(chǔ)層。上述2套主要儲(chǔ)集體油氣的聚集都受控于烴源巖通過(guò)斷裂連通陸架邊緣三角洲或深水扇砂體運(yùn)聚(見(jiàn)圖7)[23]。

圖7 白云凹陷陸架邊緣三角洲-深水扇-斷裂成藏模式(據(jù)文獻(xiàn)[23]修改)Fig.7 Accumulation model of continental shelf marginal delta-deep-water fan-faults in Baiyun Sag

2)瓊東南盆地中央峽谷水道-斷裂-底辟成藏模式。瓊東南盆地中央峽谷水道內(nèi)發(fā)育多期儲(chǔ)集物性很好的濁積砂巖及漫溢相的半深?！詈Ｏ嗄鄮r,由于峽谷內(nèi)巖性在橫向與縱向的變化,并在峽谷谷壁遮擋、斷層錯(cuò)斷遮擋和底辟作用等因素控制下,發(fā)育巖性和構(gòu)造-巖性復(fù)合兩大類(lèi)圈閉；峽谷內(nèi)的砂體橫向上長(zhǎng)距離連續(xù)發(fā)育，縱向上相互疊置連通,成為油氣長(zhǎng)距離運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)體；峽谷下伏地層發(fā)育底辟溝源、浮力及深部高壓驅(qū)動(dòng)、晚期成藏的天然氣運(yùn)聚模式,峽谷內(nèi)部斷裂也為油氣運(yùn)移提供了垂向運(yùn)移通道(見(jiàn)圖8A)[13,47,49-50]。

3)低凸起披覆成藏模式。瓊東南盆地崖城13-1大氣田位于瓊東南盆地崖南凹陷西緣的低凸起帶上,屬于短距離側(cè)向運(yùn)移或微距離垂向運(yùn)移洼緣成藏,該氣田中的天然氣和凝析氣被封閉在沿崖城凸起東側(cè)發(fā)育的巖性-地層-構(gòu)造復(fù)合圈閉之中[51](見(jiàn)圖8B)。

4)潛山成藏模式。瓊東南盆地松南低凸起YL8-1-1井基底鋯石測(cè)年為 250 Ma(三疊紀(jì)), 證實(shí)陵南、松南低凸起基底主要為印支期花崗巖(見(jiàn)圖8C)。松南低凸起基底中生界花崗巖經(jīng)歷印支末期擠壓、燕山期走滑和新生代拉張3期構(gòu)造事件,造成基巖潛山裂縫發(fā)育,且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的溶蝕淋濾,儲(chǔ)集性能有效改善。另外，部分已鉆井在裂縫帶見(jiàn)深部熱流體溶蝕,縱向上擴(kuò)大了有效儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)模。中生界花崗巖基底具備形成有效儲(chǔ)層的地質(zhì)條件,可以成為未來(lái)深水區(qū)勘探的重要層系之一[19,20,52]。

南海北部深水區(qū)油氣成藏期次可劃分為2期,第1期充注為13.1～7.3 Ma,主要為成熟油充注;第2期充注為5.5 Ma到現(xiàn)今,主要為高成熟油和天然氣充注[53]。

A 中央峽谷水道斷裂-底辟成藏模式;B 低凸起披覆成藏模式;C 潛山成藏模式圖8 瓊東南盆地3種成藏模式(剖面位置見(jiàn)圖1)(據(jù)文獻(xiàn)[13,21]修改)Fig.8 Three accumulation models of the Qiongdongnan Basin

4 結(jié)論

1) 中國(guó)海域深水含油氣盆地主要位于南海北部陸緣的珠江口盆地及瓊東南盆地,已發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型深水氣田；深水勘探領(lǐng)域從淺水陸架—深水陸坡過(guò)渡區(qū)到深海區(qū),勘探層系從淺層到深淺層疊合,勘探首選目標(biāo)由構(gòu)造圈閉到巖性圈閉。深水油氣勘探形成了4大技術(shù)方法: 深水區(qū)崎嶇海底地震資料處理解釋技術(shù)， 深水區(qū)長(zhǎng)電纜地震采集處理技術(shù)， 深水區(qū)少井無(wú)井情況下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，深水區(qū)天然氣檢測(cè)技術(shù)。

2) 南海北部陸緣大型拆離作用控制了深水盆地寬大凹陷的形成和演化,在陸緣深水區(qū)發(fā)育了始新世湖相、漸新世海陸過(guò)渡相和中新世海相3套烴源巖;陸緣巖石圈強(qiáng)烈薄化帶控制了珠江口盆地白云深水區(qū)與瓊東南盆地深水區(qū)，分別發(fā)育陸架邊緣三角洲-深水扇體系及大型中央峽谷水道沉積；高-變地溫控制凹陷烴源巖快速生烴；上述3套烴源巖與多類(lèi)型儲(chǔ)集體之間由斷層、泥底辟構(gòu)造等不同輸導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成了4種油氣成藏模式,分別為珠江口盆地白云凹陷深水區(qū)陸架邊緣三角洲—深水扇-斷裂成藏模式、瓊東南盆地深水區(qū)大型軸向峽谷水道-底辟油氣成藏模式、低凸起披覆成藏模式及古潛山成藏模式。

3) 目前，中國(guó)南海北部深水區(qū)油氣勘探依然面臨一些關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題,主要有:主烴源巖分布特征不明，大型構(gòu)造圈閉缺乏，成藏層系單一和儲(chǔ)層條件復(fù)雜。尤其是，由于深水區(qū)的高地溫引起儲(chǔ)層成巖演化程度高,極大地影響了儲(chǔ)層品質(zhì)。因此，良好源儲(chǔ)匹配、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布、高效疏導(dǎo)體系與隱蔽圈閉預(yù)測(cè)是下一步深水區(qū)油氣勘探的主要挑戰(zhàn)。