甘 軍 謝玉洪 張迎朝 李緒深 黃保家 李 輝 劉 凱 吳楊瑜 尤 麗

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司)

文昌A凹陷恩平組異常高壓與油氣成藏關系*

甘 軍 謝玉洪 張迎朝 李緒深 黃保家 李 輝 劉 凱 吳楊瑜 尤 麗

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司)

綜合應用地質(zhì)、地震、地球化學及井筒巖電等資料,運用成藏動力學等手段,對文昌A凹陷恩平組異常高壓的分布、成因及其與油氣成藏的關系進行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明:凹陷中心恩平組普遍發(fā)育異常高壓,超壓形成的主要原因是早漸新世泥巖快速沉降形成的欠壓實作用及后期的生烴作用;恩平組高壓幕式排烴、運移形成珠海組、珠江組2套有利的成藏組合,其中珠海組二、三段是處于正常壓力帶—壓力過渡帶的低孔低滲成藏組合,珠江組是處于正常壓力帶的成油組合,這2套成藏組合具有不同的運移特征及成藏期次,形成了“凹中深層聚氣、斜坡聚油氣及隆起聚油”的油氣分布格局。根據(jù)上述新認識提出了2種成藏模式,即陡坡帶垂向運聚模式和緩坡帶垂向+側(cè)向運聚模式,認為凹陷北部緩坡帶和珠三南斷裂下降盤是下步勘探的重要方向。

文昌A凹陷;恩平組;異常高壓;超壓成因;油氣分布;成藏模式

文昌A凹陷位于珠江口盆地珠三坳陷東北部(圖1),是一個富生烴凹陷[1]。從區(qū)域油氣分布來看,文昌A凹陷位于南海北部大陸架內(nèi)側(cè)的生油帶[2-3],鄰近的文昌B凹陷和恩平凹陷都以生油為主,分別發(fā)現(xiàn)了文昌19-1、恩平24-2等大中型油田,唯獨文昌A凹陷為油氣共生,在凹陷內(nèi)部珠海組發(fā)現(xiàn)了文昌9-X、9-Y等一批中小型凝析氣田,在凹陷邊緣珠江組發(fā)現(xiàn)了文昌14-X、15-X等油田。前人對文昌A凹陷含油氣系統(tǒng)、成藏組合及成藏模式進行過深入研究:朱偉林等[4]認為文昌A凹陷主要發(fā)育恩平組—珠海組氣體系;黃保家等[5]從烴源及運移條件總結(jié)出文昌A凹陷具備內(nèi)環(huán)氣、外環(huán)油的運聚特征;甘軍等[6-7]對文昌A凹陷古近系成藏組合及低滲氣藏的成藏特征作了系統(tǒng)總結(jié)。但上述研究對該凹陷恩平組異常壓力特征及其與油氣成藏關系研究得不多。統(tǒng)計資料表明,全球共有160多個富含油氣盆地的油氣形成和分布受異常高壓的影響[8-9]。本文從文昌A凹陷恩平組異常壓力分布及成因入手,分析異常壓力與油氣生成、賦存的關系,在此基礎上提出區(qū)域油氣運聚特征新認識,為下一步勘探?jīng)Q策提供借鑒。

圖1 文昌A凹陷構(gòu)造區(qū)劃示意圖

1 異常高壓分布及成因

1.1 異常高壓分布

文昌A凹陷恩平組頂面埋深普遍大于4 000 m,目前僅有少數(shù)探井鉆到恩平組且地層揭露不全。鉆井、地震及測井資料表明,WC10-W-1井珠海組三段—恩平組一段上部有異常高壓(圖2),壓力系數(shù)介于1.3～1.8之間[10];WC11-X-1井恩平組壓力系數(shù)介于1.2～1.6之間,為一典型的高壓封存箱,該封存箱頂板對應恩平組頂面,封存箱之上珠海組為正常壓力帶—壓力過渡帶,壓力系數(shù)介于1.0～1.3之間(圖2)。另外,從文昌A凹陷平面壓力分布特征分析,恩平組異常高壓主要分布在凹陷內(nèi)的幾個次沉降中心(圖3),往斜坡或邊緣部位恩平組壓力系數(shù)明顯降低,異常壓力頂面也呈現(xiàn)凹陷中央埋深淺、凹陷邊緣埋深大的穿時特征。

圖2 文昌A凹陷典型深井壓力剖面對比圖

圖3 文昌A凹陷恩平組頂面壓力系數(shù)平面圖

1.2 異常高壓成因

沉積盆地大規(guī)模超壓的主要成因機制有3種[11-12]:①快速沉積引起的大套泥質(zhì)碎屑巖的欠壓實或不均衡壓實作用;②埋藏增溫導致有機質(zhì)熱成熟的生烴作用;③構(gòu)造應力造成側(cè)向擠壓、抬升作用。其他形成異常高壓的因素還有水熱增壓、成巖作用過程中粘土礦物脫水等。文昌A凹陷具有典型的“下斷上坳”半地塹結(jié)構(gòu)[13-14],現(xiàn)今基底最大埋深超過10 km,始新世至今一直持續(xù)沉降,特別是早漸新世恩平期沉降快、幅度大,最大沉積速率達900 m/Ma,有利于形成欠補償沉積。從WC11-X-1井電測曲線特征分析,恩平組異常壓力段明顯表現(xiàn)為高聲波時差、低電阻率等“欠壓實”特征(圖4),此特征與鶯歌海盆地LD30-1-1A井高壓段的電測曲線類似[15]。因此,在恩平組沉積后的成巖階段,在文昌A凹陷這個相對封閉的系統(tǒng)里泥巖快速沉降、孔隙水未能及時排出而逐漸積累形成的恩平期泥巖欠壓實是形成異常高壓的一個主要原因。

圖4 WC11-X-1井電測解釋剖面

受文昌A凹陷南部珠三南斷裂活動的控制[16],恩平期沉降中心主要分布在南斷裂東段下降盤,沉積了一套巨厚的淺湖—中深湖深灰色泥巖,成為文昌A凹陷的主力烴源巖。油源對比表明,目前文昌A凹陷內(nèi)及斜坡帶發(fā)現(xiàn)的氣藏、輕質(zhì)油藏的油源主要來自恩平組[5]。由于文昌A凹陷恩平組埋深大,在2 800 m進入生烴門限,現(xiàn)今已達到成熟—高熟階段,因此生烴作用導致的流體膨脹也是形成異常高壓的一個重要原因。WC11-X-1井在4 292～4 700 m鉆遇近400 m厚的淺湖—半深湖深灰色泥巖,從其Ro、Tmax、Pr、Ph等反映有機質(zhì)熱演化程度的地化指標分析可知,當埋深大于4 300 m(恩平組頂界面)時,Ro、Tmax等參數(shù)隨深度增加基本保持不變或者變化不大(圖5),表明恩平組的異常高壓對有機質(zhì)熱演化具有一定的抑制作用。另外,由于無環(huán)異戊間二烯烷烴的熱穩(wěn)定性明顯低于正構(gòu)烷烴,因此Pr/nC17、Ph/nC18參數(shù)值應隨著溫度升高而逐漸降低[17],而WC11-X-1井恩平組Pr/nC17、Ph/nC18等參數(shù)值隨深度增加呈現(xiàn)先變小再略微變大的趨勢,也表明了恩平組的異常高壓對有機質(zhì)熱演化的抑制作用。這種抑制作用有效地擴大了恩平組烴源巖生烴窗的時空范圍,導致現(xiàn)今恩平組雖然埋深大,但大部分烴源巖仍處于生油、生氣階段。綜合分析認為,文昌A凹陷恩平組異常高壓的成因主要是泥巖欠壓實和有機質(zhì)成熟生烴共同作用的結(jié)果。

圖5 WC11-X-1井古近系溫度、壓力及有機質(zhì)熱演化剖面圖

2 異常高壓與油氣分布的關系

2.1 油氣分布特征

文昌A凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣田總體呈現(xiàn)出“凹中深層聚氣、斜坡聚油氣及隆起聚油”的特征。在凹中珠海組發(fā)現(xiàn)了文昌9-X、9-Y等氣藏,在珠三南斷裂下降盤珠海組、珠江組發(fā)現(xiàn)了文昌9-Z、10-Z、14-X等油氣藏。文昌9-X、10-Z等油氣藏從古近系到新近系均有圈閉發(fā)育,且分別位于6號斷裂、珠三南斷裂附近,這些大斷裂長期活動,向下切入恩平組、文昌組烴源巖,向上斷至韓江組,可作為油氣垂向運移的主要通道。文昌A凹陷勘探實踐證實,天然氣只聚集在凹中古近系圈閉中,凹中珠江組未見油氣大規(guī)模運移的跡象,珠江組發(fā)現(xiàn)原油的區(qū)帶是在凹陷斜坡及隆起上,包括文昌14-X、10-V、15-X及陽江32-X等油藏。

從文昌A凹陷異常壓力與油氣分布的關系來看,凹中天然氣聚集的主力層珠海組二、三段處于正常壓力帶—壓力過渡帶(壓力系數(shù)多數(shù)介于1.0～1.3之間),文昌10-Z、11-X等珠海組氣藏均具有含氣層段長、儲層埋深大、低孔低滲的特征(表1),這些特征與深盆氣有些類似,但勘探實踐證實這些氣藏的含氣范圍均嚴格受構(gòu)造控制且低部位均見水層,與深盆氣大面積分布、氣水倒置的特征不符[18-23],但也不排除恩平組存在封存箱內(nèi)深盆氣的可能。因此,文昌A凹陷珠海組砂巖總體表現(xiàn)為異常高壓帶之上封隔層的特征,這套厚達千米的致密帶成為天然氣垂向運移至珠江組的主要障礙。而處于文昌A凹陷邊緣的珠江組油藏具有埋深淺、常溫常壓及物性好的特征。如南斷裂下降盤文昌14-X珠江組二段油藏埋深介于1 782.2～1 812.4 m,油層平均孔隙度為26.5%,平均滲透率為1 091.4 mD,儲層具高孔、高滲特征。

表1 文昌A凹陷珠海組氣藏儲層參數(shù)統(tǒng)計

2.2 異常高壓對儲層物性的影響

異常高壓對儲層的影響主要體現(xiàn)在2個方面[24]:①異常高壓阻滯了高壓系統(tǒng)內(nèi)的流體流動和能量交換,抑制成巖作用的進行,結(jié)果使儲層保留較高的孔隙空間;②異常高壓可以部分支撐上覆巖體的荷載,減輕壓實作用,改善儲層物性。位于文昌A凹陷南斷裂帶的WC9-Z-1井恩平組壓力系數(shù)在1.2左右,該井恩平組二段氣層埋深3 795～4 000 m,發(fā)育扇三角洲分流河道砂,儲層孔隙度介于10.3%～13.6%,滲透率介于2～20 mD,儲層總體呈低孔、中低滲特征,根據(jù)粘土礦物I/S中S含量、Ro等變化推斷儲層處于中成巖階段A2期(圖6);而位于文昌A凹陷北坡的YJ35-X-1井恩平組為正常壓力,該井恩平組二段埋深3 700～4 300 m,發(fā)育河流、三角洲砂巖,儲層孔隙度介于4%～8%,物性明顯變差,成巖演化階段主要處于中成巖階段B期。由此可見,恩平組二段儲層在相似的沉積相帶、埋深條件下,異常高壓對儲層物性的改善是很明顯的。

圖6 WC9-Z-1井與YJ35-X-1井古近系儲層成巖階段對比

3 油氣運聚特征及成藏模式

3.1 油氣成藏期次及運移特征

文昌A凹陷烴源巖埋藏史及生排烴史表明,恩平組烴源巖在晚漸新世開始成熟,到早中新世達到生排油高峰,到晚中新世達到高成熟(Ro＞1.3%)階段,以生氣為主,生排氣高峰期主要在上新世—現(xiàn)今。恩平組泥巖的快速沉降和生烴作用造成的異常高壓是文昌A凹陷油氣初次運移的主要動力,當高壓積累到一定程度時,主干斷裂附近的恩平組泥巖先破裂,生成的原油通過裂隙排放到鄰近的珠海組儲層中,隨后壓力降低,裂隙閉合,繼續(xù)進行生烴增壓的過程,如此反復形成幕式排烴。由于生排油高峰期(為早中新世)凹中珠海組埋深普遍小于2 000 m,儲層壓實程度低,孔滲條件好,原油可沿珠海組砂巖側(cè)向運移到斜坡帶圈閉成藏。在WC10-X-1井珠海組三段油層(埋深為3 754.71 m)發(fā)現(xiàn)了均一溫度為94～99℃的石油包裹體(圖7),表明其充注時間較早。隨著后期油氣的不斷充注及中中新世又一期斷裂活動,珠海組油藏原油溢出或被驅(qū)替到珠江組,此時珠江組一段上部區(qū)域蓋層及珠江組圈閉已經(jīng)形成,原油可以在斜坡帶或隆起上的珠江組圈閉聚集。珠三南斷裂下降盤發(fā)現(xiàn)的文昌10-X珠海組油藏、神狐隆起上發(fā)現(xiàn)的文昌15-X珠江組油藏即表現(xiàn)為這種“階梯狀”的接力運移方式。

圖7 WC10-X-1井珠海組三段儲層(埋深為3754.71 m)石油包裹體特征

文昌A凹陷恩平組晚期生成的天然氣也同樣經(jīng)歷了幕式排烴、聚集的過程。由于生氣高峰期較晚(為上新世—現(xiàn)今),恩平組及上覆珠海組成巖作用均較強,恩平組泥巖需更高的壓力才能使巖石破裂,通過裂隙把烴類排放到珠海組儲層中,這種晚期排烴主要發(fā)生在珠三南斷裂、6號斷裂等大斷裂附近的相對薄弱帶。由于恩平組大量生排氣時凹中珠海組二、三段埋深已達3 000 m,壓實作用和膠結(jié)作用使儲層變得較致密,經(jīng)歷了先致密、后聚氣的過程,同時珠海組這套成巖致密帶也會阻礙天然氣大規(guī)模運移到珠江組。因此,文昌A凹陷天然氣具有“近距離垂向運移、凹中深層聚集”的特征,且天然氣主要聚集在大斷裂帶附近。

3.2 成藏模式

文昌A凹陷為南斷北超的半地塹,凹陷的長軸走向總體為北東東向,短軸方向的南部陡坡帶和北部緩坡帶均是油氣運移的有利方向,但二者的成藏模式具有一定的差異性。

3.2.1陡坡帶垂向運聚模式

文昌A凹陷陡坡帶主要指珠三南斷裂東段下降盤,古近系—新近系發(fā)育一系列斷鼻、斷背斜圈閉和珠海組—珠江組多套儲蓋組合,儲層類型主要為扇三角洲前緣分流河道砂和潮坪砂。該帶靠近恩平組中深湖—淺湖生烴中心,具有近源、短距離運移的優(yōu)勢,主要成藏組合是珠海組二、三段和珠江組二段,恩平組生成的油氣沿珠三南斷裂帶垂向運移至珠海組、珠江組圈閉形成“下生上儲”油氣藏(圖8)。該帶珠海組、珠江組油氣藏富集程度主要取決于圈閉類型和儲層條件,文昌10-Z、14-X等斷背斜圈閉發(fā)現(xiàn)了珠海組—珠江組多套油氣層,厚度大且產(chǎn)能較高,而文昌5-X、9-Z等斷塊圈閉僅在古近系發(fā)現(xiàn)了低孔滲薄氣層。

3.2.2緩坡帶垂向+側(cè)向運聚模式

文昌A凹陷北部緩坡帶處于恩平組烴源灶生成的油氣運移到陽江低凸起的必經(jīng)之路上,成藏位置有利。特別是北斜坡東段鄰近文昌組、恩平組生烴中心,發(fā)育北東向和北西西向2組大斷裂,在基底低隆起背景上形成了一系列大型的古近系斷鼻、斷塊,且該區(qū)恩平組、珠海組三角洲大型儲集體發(fā)育,處于正常壓力帶—壓力過渡帶,有利于其南部恩平組高壓烴源灶生成的油氣通過油源斷裂和古近系砂巖輸導體向該帶運移,形成反向斷層遮擋的構(gòu)造油氣藏(圖8)。從圈閉條件和儲蓋組合分析,文昌A凹陷北部緩坡帶主要發(fā)育珠海組、恩平組等2套成藏組合,其中恩平組圈閉形成較早,在晚漸新世就已定型,有利于捕獲文昌組或恩平組早期生成的油;珠海組圈閉在早中新世—中中新世已基本定型,主要捕獲恩平組早期生成的油或晚期生成的氣。

圖8 文昌A凹陷古近系—新近系油氣成藏模式圖

文昌A凹陷北斜坡勘探程度低,目前還沒有發(fā)現(xiàn)商業(yè)油氣藏,但該帶上鉆探的YJ35-X-1井在珠海組—恩平組見到了良好的油氣顯示(鉆探失利是因鉆在圈閉的較低部位、儲層物性差),這表明北斜坡是油氣運移的有利指向。北斜坡東段古近系發(fā)育陽江34-X等大型構(gòu)造圈閉,恩平組、珠海組2套成藏組合勘探潛力大,是下步勘探的首選區(qū)帶。

4 結(jié)論

1)文昌A凹陷始新世—早漸新世沉降速率快、物源供應不足形成欠補償沉積,造成了恩平組泥巖欠壓實;后期的持續(xù)沉降又不斷促進恩平組泥巖的熱演化,使其具備較強的生烴能力。因此文昌A凹陷恩平組持續(xù)快速沉降導致的泥巖欠壓實及生烴作用是異常高壓形成的主要原因。

2)文昌A凹陷恩平組異常高壓主要分布在凹陷的幾個次沉降中心,往盆地斜坡或邊緣部位恩平組壓力系數(shù)明顯降低。從異常壓力與油氣分布的關系看,凹中天然氣聚集的主力層系珠海組主要處于正常壓力帶—壓力過渡帶,斜坡及隆起上原油聚集的主力層系珠海組、珠江組為正常壓力,油氣分布具有“凹中深層聚氣、斜坡聚油氣及隆起聚油”的特征。

3)文昌A凹陷凹中珠海組二、三段低孔低滲氣藏和斜坡帶珠海組、珠江組油氣藏是文昌A凹陷2套主要的成藏組合,其油源主要來自恩平組,但具有不同的成藏期次及運聚特征。恩平組泥巖具備早期生油、晚期生氣及幕式排烴的特征,經(jīng)歷了高壓局部釋放、逐步積累的過程,決定了珠海組氣藏具有先致密、后充注及垂向近距離運聚為主的特征,也決定了恩平組生成的油氣可長距離運移到斜坡帶珠海組圈閉及隆起上珠江組圈閉成藏。文昌A凹陷北斜坡及珠三南斷裂下降盤是油氣運聚的2個主要方向。

致謝:本文引用了中海石油(中國)有限公司湛江分公司研究院劉景環(huán)高級工程師、劉愛群工程師的研究成果,并得到了他們的大力支持和幫助,在此一并表示感謝。

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A relationship between abnormally high pressure in Enping Formation and hydrocarbon accumulation in Wenchang A sag

Gan Jun Xie Yuhong Zhang Yingzhao Li Xushen Huang Baojia Li Hui Liu Kai Wu Yangyu You Li
(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,524057)

By comprehensively using several kinds of data,such as geology,seismic,geochemistry and wellbore rock-electricity,and applying the approach of hydrocarbon accumulation dynamics,the distribution,origin of abnormally high pressure in Enping Formation and its relationship with hydrocarbon accumulation in Wenchang A sag,Zhu III depression,were systematically studied.The results are as follows:Abnormally high pressure generally develops in Enping formation within the center of the sag,and its main origin may be the undercompaction resulted from rapid subsidence of Lower Oligocene mudstone and the late hydrocarbon generation; The episodic hydrocarbon expulsion and migration under high pressure in Enping Formation have resulted in favorable plays in Zhuhai and Zhujiang Formation,with ZH-Ⅱand ZH-ⅢMembers and Zhujiang Formation respectively being a play with low porosity and permeability in normal-transition pressure zone and an oil play in normal pressure zone.These two plays are different in migration pattern and accumulation periods,which has led to a hydrocarbon distribution of“gas in the deep sag,oil and gas on the slope and oil on the uplift”.From these new concepts,two modes of hydrocarbon accumulation are presented,i.e.a vertical migration-accumulation mode on the steep slope and a vertical-lateral migration-accumulation mode on the gentle slope,and the north gentle slope in the sag and the downthrown side of Zhu III south fault are considered as the important targets in the next hydrocarbon exploration.

Wenchang A sag;Enping Formation; abnormally high pressure;overpressure origin; hydrocarbon distribution;accumulation mode

2013-11-17改回日期:2014-03-27

(編輯:周雯雯)

*“十二五”國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)(編號:2011ZX05023-001-007)”部分研究成果。

甘軍,男,高級工程師,1996年畢業(yè)于原石油大學(北京),獲碩士學位,主要從事油氣勘探綜合地質(zhì)研究工作。地址:廣東省湛江市坡頭區(qū)中海石油(中國)有限公司湛江分公司研究院(郵編:524057)。E-mail:ganj@cnooc.com.cn。