趙志剛 劉世翔 謝曉軍 陽懷忠 王一博 胡文博 畢研坤 董 偉

(中海油研究總院 北京 100028)

萬安盆地油氣地質特征及成藏條件*

趙志剛 劉世翔 謝曉軍 陽懷忠 王一博 胡文博 畢研坤 董 偉

(中海油研究總院 北京 100028)

以前人大量研究成果為基礎，綜合利用鉆井、地震等資料，對萬安盆地構造-沉積充填演化進行了研究，重點分析了萬安盆地烴源巖、儲集層和圈閉等油氣地質特征和成藏條件。研究認為,萬安盆地在新南海構造旋回中經(jīng)歷了漸新世—早中新世的伸展斷拗、中中新世的走滑改造、晚中新世—現(xiàn)今的區(qū)域沉降等3個構造演化階段，其中晚漸新世—早中新世發(fā)育三角洲—半封閉海灣沉積體系，中中新世—現(xiàn)今發(fā)育三角洲—正常開闊海沉積體系。萬安盆地發(fā)育漸新統(tǒng)和下中新統(tǒng)2套主力烴源巖、漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)碎屑巖和中新統(tǒng)碳酸鹽巖2類主要儲集層以及漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)層內局部蓋層和上新統(tǒng)—第四系區(qū)域性蓋層，發(fā)育構造和生物礁2類油氣藏，具有“自生自儲”和“下生上儲”2類成藏模式。新南海構造旋回對萬安盆地油氣成藏有重要控制作用，其中伸展斷拗期控制盆地主力烴源巖(主要分布于北部坳陷和中部坳陷)的發(fā)育以及盆地西側砂巖儲層和構造圈閉的形成，走滑改造期控制盆地中東部碳酸鹽巖儲層和碳酸鹽巖建隆的形成，同時所形成的深大斷裂溝通了深部烴源巖。

萬安盆地；構造-沉積充填演化；油氣地質特征；成藏條件；新南海構造旋回

1 研究區(qū)概況

萬安盆地位于南沙地塊以西、印支地塊東南緣的陸架和陸坡區(qū)，東界緊鄰西雅隆起，北部、西北部連昆侖隆起，西南部為納土納隆起(圖1)[1]，呈近南北走向的紡錘狀，面積約7.8萬km2。該盆地位于大陸架—上陸坡，主體水深小于500 m，最大水深約1 800～2 000 m，是疊置在較薄陸殼和高熱流值背景下的新生代走滑拉張盆地[2]。根據(jù)重力資料計算的莫霍面深度，陸架區(qū)深度為24～26 km，陸坡區(qū)深度為20～24 km，屬減薄的大陸型地殼。南沙地塊莫霍面深度為16～22 km，屬過渡型地殼[3]。萬安盆地是在中生代晚期巖漿巖、火山巖和前始新世變質沉積巖的基底上形成的，其成因除與萬安走滑斷裂有關外，還受南海擴張作用的影響[4]。受區(qū)域構造格架的影響，將萬安盆地劃分為北部坳陷、北部隆起、中部坳陷、西部坳陷、西北斷階帶、西南斜坡、中部隆起、南部坳陷、東部隆起和東部坳陷等10個二級構造單元(圖1)。

圖1 萬安盆地構造區(qū)劃

萬安盆地油氣資源豐富。截至2012年，萬安盆地累計鉆井168口，其中探井136口；共發(fā)現(xiàn)油氣田30個，累計發(fā)現(xiàn)石油地質儲量超過3億t、天然氣地質儲量超過3 300億m3。我國從20世紀70年代開始在萬安盆地進行地震采集和油氣資源調查工作[5-7]。本文在總結前人大量研究成果的基礎上，綜合利用地震及鉆井資料，對萬安盆地石油地質條件進行了全面分析，并探討了構造演化在盆地油氣聚集中的作用。

2 構造-沉積充填演化特征

萬安盆地新生代經(jīng)歷了多期構造運動，相應形成了多期不整合界面。鉆井資料揭示，盆地基底為中生代火山巖或變質巖；新生界自上而下分別為第四系、上新統(tǒng)、中新統(tǒng)、漸新統(tǒng)，始新統(tǒng)與古新統(tǒng)暫未鉆遇(盆地較深部位可能發(fā)育)。根據(jù)井震標定，識別出5個主要地震反射界面(圖2)，其中T40和T100是盆地內最主要的2個區(qū)域不整合，代表2次強烈的構造運動。T100為盆地新生代基底，為燕山運動末期形成的不整合；T40對應萬安運動，是發(fā)生在中中新世與晚中新世之間的一次擠壓運動，在盆地內形成一系列背斜構造[8]。

2.1 構造演化

從中生代末期開始，由于古南海的消亡和新南海的形成，南海經(jīng)歷了古南海和新南海2期構造旋回。古南海構造旋回中，古南海擴張前南海具有統(tǒng)一拼合基底“古南海陸塊”，白堊紀末—始新世為擴張期，漸新世—第四紀為萎縮期，現(xiàn)今洋殼已基本消減殆盡；新南海旋回中，古新世—始新世為陸內裂谷期，漸新世晚期—中中新世為洋殼擴張期，中中新世至今為萎縮期，表現(xiàn)為南北向擴張停滯，菲律賓島弧向西仰沖，但處于萎縮期早期。 上述2個旋回疊加控制了南海區(qū)域構造格局的形成[9]。

萬安盆地是在南海邊緣海構造旋回的演化過程中逐漸演化形成的。漸新世—中中新世，萬安盆地受南海擴張作用(32～16 Ma)的影響而發(fā)生拉張作用；中中新世，新南海擴張停止，受南海西緣斷裂帶的走滑作用，盆地發(fā)生走滑改造，形成扭性斷拗型盆地；晚中新世開始，盆地整體進入?yún)^(qū)域沉降階段?？傮w上，該盆地新生代以來經(jīng)歷了伸展斷拗期、走滑改造期和區(qū)域沉降期三大構造演化階段(圖3)。

圖2 萬安盆地綜合地層柱狀圖

圖3 萬安盆地結構典型剖面(剖面位置見圖1)

1) 伸展斷拗期(漸新世—早中新世)。

該時期萬安盆地主要受南海北西—南東向擴張的影響。南海持續(xù)向西南方向擴張使得該盆地處于北西向拉伸作用背景之下，發(fā)育了大量北東向伸展斷裂，表現(xiàn)為北強南弱的特征：盆地北部伸展作用最強，發(fā)育大規(guī)模的鏟式正斷層，控制了北部坳陷和中部坳陷的發(fā)育；盆地南部的南部坳陷和東部坳陷伸展作用逐漸減弱；盆地最南端(即南部坳陷南端)地層厚度幾乎不受斷層影響，表現(xiàn)為整體沉降的特點。

2) 走滑改造期(中中新世)。

該時期萬安盆地及周邊區(qū)域構造背景發(fā)生了顯著變化[10-12]。南海逐漸停止擴張，萬安盆地區(qū)域上不再遭受北西向拉伸作用，主要受東部萬安斷裂左旋走滑作用的影響，表現(xiàn)為東強西弱的特征(圖4)，同時派生出一組北東向拉分應力和一組北西向擠壓應力，使得萬安盆地發(fā)育北西向張扭和北東向壓扭構造。其中，北西向張扭構造在萬安盆地最南部形成了強烈的拉分沉降作用，控制了中中新統(tǒng)沉積，最大厚度1 200 m；而北東向壓扭構造則形成了大量的受北東向斷層控制的反轉背斜，背斜頂部常發(fā)育削截剝蝕，形成角度不整合，如中部坳陷內部反轉背斜形成了“坳中隆”結構。這些壓扭構造形成的反轉背斜在平面上呈北東向條帶狀展布，且主要分布于萬安盆地的中東部。

圖4 萬安盆地走滑斷層(剖面位置見圖1)

3) 區(qū)域沉降期(晚中新世—第四紀)。

自晚中新世開始，萬安盆地及周邊區(qū)域整體進入構造相對穩(wěn)定的區(qū)域沉降期，經(jīng)歷了晚中新世的緩慢沉降和上新世以來的快速沉降，但整體構造相對穩(wěn)定，以陸架—陸坡沉積環(huán)境為主。

2.2 沉積充填演化

伸展斷拗和走滑改造階段(漸新世—中中新世)，萬安盆地物源體系以周邊隆起為主，盆地西北側的昆侖隆起和西南側的納土納隆起均可提供物源[13]。區(qū)域沉降階段(晚中新世—第四紀)，物源體系以遠源大型河流輸入為主，物源主要來自西北方向的湄公河三角洲和西南方向的巽他陸架[14]。盆地整體經(jīng)歷了早漸新世的內陸湖泊、晚漸新世—早中新世的半封閉海灣以及中中新世—現(xiàn)今的正常開闊海沉積演化。

早漸新世，推測盆地可能發(fā)育三角洲—濱淺湖—深湖沉積體系，晚漸新世開始發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系。漸新世盆地發(fā)育3個大型三角洲，主要位于盆地北部、西部和西南部，其中西南方向的三角洲規(guī)模最大。

早中新世，盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系。盆地西南側、西側及西北側發(fā)育3個三角洲，其中西南側三角洲面積最大，并且與西部三角洲連片發(fā)育；靠近盆地西北側的三角洲之間發(fā)育海岸平原亞相；盆地東側主體發(fā)育濱淺海亞相。

中中新世，盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}臺地沉積體系。三角洲來自盆地西部，面積較早漸新世有所減?。慌璧刂黧w發(fā)育濱淺海亞相；該時期是碳酸鹽臺地的主要發(fā)育時期，碳酸鹽臺地主要分布在盆地的北部隆起、中部隆起和東部隆起。

晚中新世，盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺?！肷詈３练e體系。三角洲來自盆地西部，規(guī)模較中中新世有所擴大，三角洲前緣局部出現(xiàn)滑塌濁積體；碳酸鹽臺地主要發(fā)育在盆地中南部的濱淺海環(huán)境中；隨著海平面上升，盆地東北部開始出現(xiàn)半深海沉積。

上新世—第四紀，盆地主要發(fā)育陸架邊緣三角洲—陸坡—半深海沉積體系。盆地西部發(fā)育陸架邊緣三角洲，陸架上發(fā)育下切水道；東部為陸坡帶和半深海相沉積，發(fā)育滑塌濁積體。

3 油氣地質特征及成藏條件

3.1 烴源巖

勘探實踐證實，萬安盆地主要發(fā)育3套烴源巖，即漸新統(tǒng)湖湘泥巖及三角洲煤系、下中新統(tǒng)半封閉海相泥巖及三角洲煤系、中中新統(tǒng)淺海相泥巖[15]，其中漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)烴源巖有機質含量高，生烴潛力較大，是萬安盆地主力烴源巖(圖5)。漸新統(tǒng)烴源巖干酪根為Ⅱ1—Ⅱ2型，TOC值為1%～10%，地震資料顯示漸新統(tǒng)厚度為400～5 000 m。下中新統(tǒng)烴源巖干酪根為Ⅱ—Ⅲ型，TOC值一般為1%左右，局部為1%～10%，下中新統(tǒng)平均厚度為1 000 m。而中中新統(tǒng)烴源巖干酪根為Ⅲ型，TOC值大部分小于1%，屬差烴源巖。

圖5 萬安盆地烴源巖生烴潛力

分析認為，新南海構造旋回對萬安盆地的石油地質條件有明顯的控制作用[16]，新南海擴張與萬安盆地3套烴源巖的形成密切相關。漸新世—早中新世的伸展斷拗期是萬安盆地主力烴源巖發(fā)育期，該時期由于受到新南海北西向的擴張(擴張中心位于盆地東北側)并持續(xù)向西南推進的作用，萬安盆地整體受北西向伸展拉張作用，盆地東北部(靠近新南海擴張中心)的拉張作用強，盆地西南部(遠離新南海擴張中心)的拉張作用弱，從而形成了向東北方向開口的海灣沉積環(huán)境，有利于烴源巖的發(fā)育。在此期間，盆地的沉降沉積中心靠近新南海擴張中心，位于盆地的北部坳陷和中部坳陷，因此烴源巖層系也呈“北厚南薄”的特征。同時，新南海的擴張控制了盆地的地溫場，北部坳陷和中部坳陷更靠近新南海擴張中心，伸展作用更強，地溫梯度更高，更利于烴源巖的成熟[17]。

3.2 儲集層

萬安盆地主要發(fā)育砂巖、灰?guī)r和花崗巖風化殼等3類儲層。

萬安盆地漸新統(tǒng)和下中新統(tǒng)砂巖儲層已有大量油氣發(fā)現(xiàn)。漸新世—早中新世的伸展斷拗期，由于北西向伸展構造作用自北東向南西減弱，在盆地的西南側形成了大規(guī)模的向北東方向傾斜的緩坡沉積背景，并發(fā)育大規(guī)模的沖積扇和三角洲沉積體系。這些砂體與泛濫平原相泥巖、淺湖相和濱海相泥巖組成了1套“自生自儲自蓋”的成藏組合模式，砂巖的儲集性能好，其平均孔隙度約為18%，平均滲透率約為200 mD，但儲集體分布規(guī)律復雜，且分布不穩(wěn)定，已發(fā)現(xiàn)油氣田相應的具有產(chǎn)層多、產(chǎn)能不穩(wěn)定的特點，如大熊油氣田(圖6)。中中新世走滑改造期，構造作用東強西弱，在盆地西部繼續(xù)發(fā)育斜坡背景的三角洲沉積砂體，這些砂體與濱淺海相泥巖組成的儲蓋組合具有儲集體分布穩(wěn)定、物性較好、蓋層分布較穩(wěn)定的特點，如海藍寶石氣田。

圖6 萬安盆地大熊油氣田成藏剖面圖(剖面位置見圖1)

中—晚中新世，在盆地內繼承性隆起和后期構造因素形成的水下高地發(fā)育1套臺地相碳酸鹽巖和礁灰?guī)r儲層，這類儲層多為顆?；?guī)r和生物粘結灰?guī)r，儲層物性非常好，主要分布在盆地的中部低隆起和東部低隆起。中中新世的走滑改造期，構造作用東強西弱，萬安盆地中東部發(fā)育大量的隆起構造(北部隆起和中部隆起)，在隆起背景上發(fā)育碳酸鹽巖建造，與上覆半深海相泥巖組成的儲蓋組合具有儲集體分布穩(wěn)定、厚度大、物性好以及蓋層分布穩(wěn)定、封蓋能力強等特點，易形成產(chǎn)層厚度較大、產(chǎn)量規(guī)模較大、產(chǎn)能較穩(wěn)定的塊狀油氣田，如西蘭花氣田[18]。

此外，盆地內前古近系花崗巖和花崗閃長巖基底經(jīng)過地表風化淋濾作用形成了裂縫性孔洞基巖儲層，孔隙度為15%～20%[19]。

3.3 蓋層

萬安盆地新生代海平面不斷上升，海域逐漸擴大，總體上發(fā)育良好蓋層。上新世—第四紀，萬安盆地進入?yún)^(qū)域沉降階段，形成1套淺?！肷詈Ｏ嗄噘|沉積，分布穩(wěn)定、厚度大，厚度1～5 km，后期未受到構造運動的影響，因而成為盆地內1套良好的區(qū)域蓋層[20]；已發(fā)現(xiàn)油氣均位于上新統(tǒng)之下，充分說明了這套蓋層對油氣縱向分布的控制作用。除此之外，漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)的泥巖夾層又構成了構造圈閉的局部蓋層。

3.4 生儲蓋組合

萬安盆地經(jīng)歷了3期構造演化，發(fā)育了漸新統(tǒng)和下中新統(tǒng)2套主力烴源巖、漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)碎屑巖和中新統(tǒng)碳酸鹽巖2類主要儲集層、漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)層內局部蓋層和上新統(tǒng)—第四系區(qū)域性蓋層，在沉積上表現(xiàn)出多旋回韻律性特點，縱向上烴源巖層、儲層和蓋層相互配合，由老到新形成了4套良好的生儲蓋組合：①烴源巖為漸新統(tǒng)泥巖和碳質泥巖，儲層為漸新統(tǒng)砂巖，蓋層為漸新統(tǒng)層內泥巖，形成1套“自生自儲”的成藏組合；②烴源巖為下中新統(tǒng)泥巖、碳質泥巖和煤，儲層為下中新統(tǒng)三角洲相砂巖，蓋層為下中新統(tǒng)層內泥巖，形成“自生自儲”的成藏組合；③烴源巖為漸新統(tǒng)泥巖、碳質泥巖和下中新統(tǒng)泥巖、碳質泥巖和煤，儲層為中中新統(tǒng)砂巖和碳酸鹽巖，蓋層為上中新統(tǒng)—第四系泥巖，形成“下生上儲”的成藏組合；④烴源巖為下中新統(tǒng)頁巖、碳質泥巖和煤，儲層為上中新統(tǒng)濁積砂和碳酸鹽巖/生物礁，蓋層為上新統(tǒng)和第四系的泥巖，形成“下生上儲”的成藏組合。

3.5 圈閉類型及分布

萬安盆地的圈閉極為發(fā)育[21]，既有構造圈閉，又有巖性地層圈閉。漸新世—早中新世伸展斷拗期和中中新世走滑改造期形成的斷塊、披覆背斜和滾動背斜等構造圈閉是萬安盆地主要的圈閉類型，主要分布在盆地西側和中部坳陷的“坳中隆”；圈閉面積和閉合幅度都比較大，為長期繼承性發(fā)育。此外，盆地內巖性地層圈閉主要有臺地灰?guī)r、生物礁和潛山基巖等類型，主要分布在北部隆起和中部隆起。

漸新世—早中新世的伸展斷拗期，在新南海擴張的影響下，萬安盆地斷裂活動較為強烈，廣泛發(fā)育斷塊和斷背斜圈閉。中中新世的走滑改造期，由于其構造變形具有“東強西弱”的特點，在盆地中部和東部低部位形成了一系列滾動背斜和披覆背斜圈閉，而在較高部位形成了一系列碳酸鹽巖圈閉(圖7)。

圖7 萬安盆地圈閉類型分布模式圖(剖面位置見圖1)

3.6 斷裂活動與油氣運移

由于走滑改造期構造活動東強西弱，在盆地中東部，中中新世發(fā)育的深斷裂利于溝通下部漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)烴源巖和上部中—上中新統(tǒng)碳酸鹽巖儲層，形成“下生上儲”油氣藏；而在盆地西部，中中新世構造活動較弱，斷裂大部分終止于下中新統(tǒng)，因此以漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)“自生自儲”油氣藏為主。

4 結論

1) 萬安盆地受到新南海擴張、萬安斷裂走滑等作用的共同影響，經(jīng)歷了漸新世—早中新世伸展斷拗、中中新世走滑改造及晚中新世以來的區(qū)域沉降等3個構造演化階段，相應地發(fā)育了早漸新世的內陸湖泊、晚漸新世—早中新世的半封閉海灣、中中新世—現(xiàn)今的正常開闊海的沉積體系。

2) 漸新統(tǒng)和下中新統(tǒng)是萬安盆地主力烴源巖層系，漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)河流—三角洲砂巖及中新統(tǒng)碳酸鹽巖臺地沉積是盆地的重要儲層，上新統(tǒng)和第四系淺?！肷詈Ｏ嗄鄮r是區(qū)域性蓋層，垂向上形成了4套良好的生儲蓋組合。

3) 盆地構造演化及斷裂發(fā)育對油氣聚集成藏有著重要的控制作用，其中伸展斷拗期控制盆地主力烴源巖(主要分布于北部坳陷和中部坳陷)的發(fā)育以及盆地西側砂巖儲層和構造圈閉的形成，走滑改造期控制盆地中東部碳酸鹽巖儲層和碳酸鹽巖建隆的形成，同時所形成的深大斷裂溝通了深部烴源巖。

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(編輯：張喜林)

Hydrocarbon geological characteristics and reservoir forming conditions in Wan’an basin, South China Sea

Zhao Zhigang Liu Shixiang Xie Xiaojun Yang Huaizhong Wang Yibo Hu Wenbo Bi Yankun Dong Wei

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

Based on many previous research achievements, drilling and seismic data, tectonic evolution and sedimentary filling of Wan’an basin are studied, especially focusing on hydrocarbon geological characteristic of source rocks, reservoirs, traps, and accumulation conditions. Results show that Wan’an basin experiences three tectonic evolution stages in the tectonic cycle of Neo-South China Sea (SCS):Oligocene—Early Miocene extensional fault-depression stage, Middle Miocene strike-slip reformation stage, and Late Miocene—Quaternary regional susidence stage, in which delta and semi-enclosed bay sedimentary systems develop in Late Oligocene—Early Miocene, delta and open sea sedimentary systems develop in Middle Miocene—Quaternary. Two sets of Oligocene and Lower Miocene main hydrocarbon source rocks, two main reservoirs of Oligocene—Miocene clastic rocks and Miocene carbonate rocks, the local cap in the inner layer of Oligocene—Miocene and Pliocene—Quaternary regional cap develop in Wan’an basin. Two reservoir types of reef and structure develop with the characteristics of lower-generation and upper-preserving, and self-generation and self-preserving. Wan’an basin’s hydrocarbon accumulation is affected by the tectonic cycle of Neo-SCS significantly, in which extensional fault-depression stage controls main source rocks (mainly in North and Central depressions) and sandstone reservoir and structural traps in western Wan’an basin, strike-slip reformation stage controls carbonate reservoirs and carbonate buildups in eastern wan’an basin, while deep faults formed in this stage connect the deep source rocks.

Wan’an basin; tectonics and sedimentary filling evolution; hydrocarbon geological characteristics; reservoir forming conditions; tectonic cycle of Neo-South China Sea

*國家自然科學基金“南海深海地質演變對油氣資源的控制作用(編號：91528303)”、“十二五”國家科技重大專項“海洋深水區(qū)油氣勘探關鍵技術(二期)(編號：2011ZX05025)”部分研究成果。

趙志剛，男，高級工程師，1998年畢業(yè)于中國地質大學(武漢)，獲碩士學位，現(xiàn)主要從事海上油氣地質綜合研究工作。E-mail：zhaozg@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)04-0009-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.04.002

TE121.1

A

2015-06-23 改回日期：2015-08-03

趙志剛,劉世翔,謝曉軍，等.萬安盆地油氣地質特征及成藏條件[J].中國海上油氣，2016,28(4)：9-15.

Zhao Zhigang,Liu Shixiang,Xie Xiaojun,et al.Hydrocarbon geological characteristics and reservoir forming conditions in Wan’an basin, South China Sea[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(4):9-15.