郭明剛，朱繼田，曾小宇，熊小峰，唐歷山

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引 言

“十二五”以來，位于南海北部新生代被動(dòng)大陸邊緣的瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷淺層上新世—晚中新世鶯歌海組—黃流組濁積水道砂—海底扇領(lǐng)域的勘探獲得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了中國(guó)第1個(gè)超千億方深水大氣田[1]，由此打開了深水區(qū)油氣發(fā)現(xiàn)的序幕。目前，深水區(qū)勘探向峽谷外拓展，已經(jīng)在鄰區(qū)早—中中新世海底扇領(lǐng)域和漸新世(扇)三角州—海底扇領(lǐng)域中鉆探多口井，但效果均不理想，主要問題為油氣運(yùn)移出現(xiàn)誤判。因此，必須加強(qiáng)油氣運(yùn)移的研究，為后續(xù)區(qū)帶優(yōu)選和鉆探目標(biāo)的選擇提供指導(dǎo)。流體勢(shì)是油氣運(yùn)移的動(dòng)力和研究關(guān)鍵之一，而構(gòu)造對(duì)流體勢(shì)場(chǎng)的形成和演化產(chǎn)生了重大影響，但鮮有研究。因此，在梳理深水區(qū)新生代以來的構(gòu)造演化及其動(dòng)力機(jī)理的基礎(chǔ)上，開展了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)流體勢(shì)各組成部分的控制作用解剖，最終明確了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)流體勢(shì)場(chǎng)形成和演化的控制機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，利用Petromod盆地模擬軟件進(jìn)行精細(xì)建模和定量恢復(fù)，明確了深水區(qū)流體勢(shì)場(chǎng)演化過程及其與構(gòu)造的耦合關(guān)系，結(jié)合關(guān)鍵時(shí)刻的流體勢(shì)低勢(shì)區(qū)分布與“源—運(yùn)—圈”的配置關(guān)系，指出了深水區(qū)的有利區(qū)帶，指導(dǎo)了下一步油氣勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瓊東南盆地是在前新生代基底上發(fā)育起來的裂谷型含油氣盆地，總面積約為8.8×104km2，主要由北部坳陷帶、中部隆起、中央坳陷帶和南部隆起4個(gè)1級(jí)構(gòu)造單元組成。盆地的構(gòu)造演化主要受到歐亞板塊、太平洋板塊和印支板塊三者的共同影響[2]，可劃分為早期始新世的裂陷階段、漸新世—早中新世的“拗—斷”階段和之后的拗陷階段，由此發(fā)育了1套3層結(jié)構(gòu)、由陸相到海相沉積演變的厚層新生代地層[3]，中中新世陸坡形成后，整體實(shí)現(xiàn)了淺海向深海的轉(zhuǎn)變。其中，斷陷期的始新統(tǒng)湖相地層和“斷—拗”期的漸新世崖城組海陸過渡相—陸源海相地層是區(qū)內(nèi)主要的烴源巖地層。

深水區(qū)主要位于盆地2號(hào)斷裂帶和神狐隆起以南地區(qū)，水深為500～3 000 m，總面積約為7.5×104km2，主要由中央坳陷帶和南部隆起2個(gè)1級(jí)構(gòu)造單元組成，中央坳陷帶又包括7個(gè)大凹陷和2個(gè)低凸起 (圖1)。同時(shí)，由于深水區(qū)地幔上涌強(qiáng)烈，地層欠壓實(shí)嚴(yán)重，也是高溫和超壓發(fā)育的地區(qū)[4-6]。

圖1 瓊東南盆地深水區(qū)構(gòu)造

2 深水區(qū)新生代構(gòu)造演化及機(jī)制

前人已對(duì)瓊東南盆地深水區(qū)新生代的構(gòu)造演化及其機(jī)制進(jìn)行一定研究[7-8]。最新的研究成果表明，深水區(qū)從56.5 Ma開始拉張斷陷至今，共經(jīng)歷7期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在斷陷期和“斷—拗”期形成了NE、NEE和近EW向3組斷裂，相應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(表1)。新生代早期，太平洋板塊俯沖后撤、印度—?dú)W亞板塊碰撞共同在華南大陸邊緣形成NW—SE向拉張應(yīng)力場(chǎng)，南海北部開始了由北向南的“撕裂式拉張”，依次發(fā)育北部灣盆地、珠江口—瓊東南盆地和南海諸盆地，深水區(qū)與此對(duì)應(yīng)的是神狐運(yùn)動(dòng)，主要發(fā)育NE向斷裂。早漸新世，太平洋板塊對(duì)華南大陸的俯沖由NNW向轉(zhuǎn)為NWW向，引起華南大陸邊緣快速向太平洋方向蠕撤，區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的是珠瓊運(yùn)動(dòng)(一幕和二幕)，NEE向斷裂發(fā)育。晚漸新世末，印度—?dú)W亞板塊的碰撞造成華南板塊地幔物質(zhì)向東南方向流動(dòng)，區(qū)內(nèi)發(fā)生南海運(yùn)動(dòng)，EW向斷裂發(fā)育。中中新世末，菲律賓板塊的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)作用在南海北部形成壓扭應(yīng)力場(chǎng)，區(qū)內(nèi)依次發(fā)育南沙運(yùn)動(dòng)和東沙運(yùn)動(dòng)。到中新世末，受紅河斷裂右旋走滑影響，盆地內(nèi)發(fā)生了新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

表1 深水區(qū)構(gòu)造事件劃分

3 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)流體勢(shì)場(chǎng)的控制作用

流體勢(shì)場(chǎng)由重力能、彈性能和界面能3部分組成。重力能是物體因?yàn)橹亓Χ鴵碛械哪芰?，彈性能是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢(shì)能，界面能是來自界面張力所具備的位能。流體勢(shì)對(duì)應(yīng)的主要表征變量為巖性—孔隙結(jié)構(gòu)、埋深、地層壓力和流體密度等。

油氣的運(yùn)移和聚集是在含油氣系統(tǒng)中由流體勢(shì)驅(qū)動(dòng)完成的，而構(gòu)造作用對(duì)流體勢(shì)具有控制作用。一方面引發(fā)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)可以直接作為運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)力；另一方面構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還可以通過對(duì)流體勢(shì)場(chǎng)關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)的控制，從而間接控制流體勢(shì)場(chǎng)。每一次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都是外圍構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)盆地內(nèi)的物質(zhì)體及其內(nèi)部能量場(chǎng)的再調(diào)整，會(huì)嚴(yán)重影響油氣運(yùn)聚整個(gè)過程。因此，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)深水區(qū)的流體勢(shì)場(chǎng)的控制作用可以簡(jiǎn)單分為直接影響和間接影響2類。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)流體勢(shì)場(chǎng)的直接影響從機(jī)理上看，主要體現(xiàn)為對(duì)彈性能的形成和演化的控制。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)除了直接改變孔隙流體壓力，還對(duì)后期孔隙流體壓力的形成產(chǎn)生持續(xù)性影響，最終導(dǎo)致彈性能發(fā)生變化。油氣圈閉有時(shí)也是應(yīng)力圈閉的一種反映，被高應(yīng)力包圍的低應(yīng)力區(qū)，一般也是有利的儲(chǔ)油儲(chǔ)氣構(gòu)造[9]。深水區(qū)多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也伴隨著構(gòu)造應(yīng)力的周期性變化，并引發(fā)深水區(qū)孔隙流體壓力發(fā)生相應(yīng)的周期性調(diào)整，最終形成了凹陷中心為彈性能高勢(shì)區(qū)，斜坡—低凸起—凸起區(qū)為彈性能低勢(shì)區(qū)的格局。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)流體勢(shì)場(chǎng)的間接影響，從機(jī)理上體現(xiàn)為對(duì)界面能和重力能的形成和演化的控制。一方面，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)輸導(dǎo)通道的形成與品質(zhì)產(chǎn)生控制，影響界面能，控制流體勢(shì)。具體來說，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制下，形成了異于深水泥巖背景下(低孔喉)由斷層、底辟、砂體和構(gòu)造脊構(gòu)成的輸導(dǎo)體系和圈閉(高孔喉)，影響界面能，并成為流體勢(shì)場(chǎng)能量?jī)?yōu)先釋放或含烴流體保存的場(chǎng)所。前人研究表明，斷裂的開啟和關(guān)閉、砂體分布的連續(xù)性均可表現(xiàn)為孔喉的變化，從而影響界面能大小，最終使得流體勢(shì)發(fā)生改變[10-11]。另外，當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力作用于非均質(zhì)的地層多孔介質(zhì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致原介質(zhì)孔隙度、滲透率發(fā)生不均衡變化，從而改變界面能。總體來看，深水區(qū)由于從凹內(nèi)到斜坡—低凸起—凸起，砂泥比增大，砂巖逐漸變粗，成巖作用逐漸降低，物性逐漸變好，界面能也逐漸降低。

另一方面，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還控制了區(qū)內(nèi)古地貌的形成，造成“源—圈”之間的高程差，從而間接影響了重力能，最終形成了深水區(qū)凹陷中心為重力能高勢(shì)區(qū)，斜坡—低凸起—凸起區(qū)是重力能低勢(shì)區(qū)的格局。

4 深水區(qū)流體勢(shì)場(chǎng)的恢復(fù)與特征

流體勢(shì)場(chǎng)恢復(fù)的工區(qū)范圍是②號(hào)斷裂以南的中央拗陷帶和南部隆起(圖2)。通過已鉆井和區(qū)域沉積成果，明確深水區(qū)不同巖性的分布和砂巖孔隙結(jié)構(gòu)特征，最終獲得區(qū)內(nèi)界面能參數(shù)平面分布的模型。通過區(qū)域速度場(chǎng)和鉆井壓力的研究，建立區(qū)域壓力場(chǎng)，由此獲得彈性能參數(shù)分布模型。通過古地貌恢復(fù)，建立不同歷史時(shí)期的重力能參數(shù)模型。最后，基于這些控制流體勢(shì)場(chǎng)的實(shí)際地質(zhì)參數(shù)模型，利用Petromod軟件恢復(fù)了深水區(qū)的流體勢(shì)場(chǎng)發(fā)育史。

深水區(qū)的關(guān)鍵時(shí)刻為5.5 Ma至現(xiàn)今。從現(xiàn)今的流體勢(shì)場(chǎng)來看，深水區(qū)流體勢(shì)總體呈現(xiàn)出橫向上從凹內(nèi)到斜坡—低凸起—凸起區(qū)逐漸降低，縱向上從深部早漸新世烴源巖地層到淺層地層逐漸降低的特征。但是部分凹陷中心及其附近的陵水組和崖城組流體勢(shì)出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，原因?yàn)榱晁M地層欠壓實(shí)程度最大，為區(qū)域超壓中心。可以預(yù)測(cè)，如果沒有垂向通道打破這一平衡，凹陷中心的崖城組生成的油氣會(huì)在陵水組“天花板”的阻擋下優(yōu)先向兩側(cè)的斜坡區(qū)運(yùn)移(圖2、3)。

圖2 崖城組頂面(T70)天然氣流體勢(shì)平面(0 Ma)

圖3 深水區(qū)天然氣流體勢(shì)典型剖面(0 Ma)

從流體勢(shì)史來看，新生代以來的流體勢(shì)場(chǎng)與熱流場(chǎng)的變化趨勢(shì)相似，總體表現(xiàn)為階段性變化，每一次流體勢(shì)場(chǎng)的劇變與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)爆發(fā)時(shí)間耦合，二者其實(shí)都是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制下系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)節(jié)的不同表征跡象(表2)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也是流體勢(shì)能量場(chǎng)調(diào)節(jié)過程的誘發(fā)因素，每一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都是流體勢(shì)能量場(chǎng) “緩慢積累”至“短時(shí)爆發(fā)”這一重復(fù)循環(huán)過程的誘因，伴隨著地下油氣的集中大量運(yùn)移和新的大中型油氣田的形成。目前鶯瓊盆地內(nèi)的大多數(shù)氣田，包括區(qū)內(nèi)的中央峽谷大氣田都是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景下的產(chǎn)物。另外，流體勢(shì)場(chǎng)在斷裂(底辟)、大規(guī)模砂體附近出現(xiàn)了明顯畸變，表明疏導(dǎo)通道對(duì)流體勢(shì)場(chǎng)的影響。特別是在開啟的深大溝源斷裂(②號(hào)斷裂等)和凹陷邊緣大規(guī)模優(yōu)質(zhì)疏導(dǎo)砂體(松南低凸起的崖城組濱?！侵萆绑w等)附近，深部的高流體勢(shì)場(chǎng)是有效的泄勢(shì)通道，如果發(fā)育垂直于凹陷長(zhǎng)軸構(gòu)造脊，可以形成長(zhǎng)期持續(xù)的泵吸效應(yīng)，并造成與圍區(qū)不同的長(zhǎng)期相對(duì)低勢(shì)區(qū)。因此，輸導(dǎo)通道的品質(zhì)控制局部流體勢(shì)場(chǎng)畸變的程度。深大溝源斷裂深層的活動(dòng)程度和時(shí)間均比淺層大，瞬時(shí)爆發(fā)且伴隨大量微裂隙的底辟垂向輸導(dǎo)性能強(qiáng)、斜坡—低凸起—凸起區(qū)疏導(dǎo)砂體物性比凹內(nèi)好，這些通道附近流體勢(shì)場(chǎng)的畸變比較明顯，同時(shí)也是相對(duì)優(yōu)勢(shì)的運(yùn)移通道。

表2 崖城組頂面(T70)A點(diǎn)處天然氣流體勢(shì)史

5 流體勢(shì)場(chǎng)影響下的有利區(qū)帶預(yù)測(cè)

5.1 成藏要素配置特征

深水區(qū)的主力氣源巖是海陸過渡相煤系烴源巖—陸源海相烴源巖[12-13]。成熟烴源巖主要分布在凹陷中心及其附近，大部分斜坡—低凸起—凸起區(qū)還未進(jìn)入生氣窗。由于凹內(nèi)水熱增壓和烴源巖生烴增壓顯著，成熟烴源巖分布范圍與高流體勢(shì)場(chǎng)區(qū)具有耦合關(guān)系。

深水區(qū)主要的4種輸導(dǎo)通道構(gòu)成了2種疏導(dǎo)格架樣式：以中央峽谷(樂東—陵水段)和寶南斷階帶為代表的底辟(斷裂)近源垂向輸導(dǎo)體系格架樣式[14-15]；以松南低凸起區(qū)為代表的”斷—砂—脊”復(fù)式輸導(dǎo)體系格架樣式[16]。前者主要位于凹陷內(nèi)，后者主要位于斜坡—低凸起—凸起區(qū)。

目前深水區(qū)的區(qū)帶分為2類。一類是具有本地成熟烴源巖，位于凹陷內(nèi)的中央峽谷巖性圈閉帶、陵水—寶島凹中反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、寶南斷階帶和長(zhǎng)昌環(huán)A洼圈閉帶等4個(gè)區(qū)帶；另一類是不具有本地?zé)N源，位于凹陷斜坡—低凸起—凸起區(qū)，有長(zhǎng)南鼻狀構(gòu)造帶、陵南低凸起披覆背斜構(gòu)造帶、陵南斜坡反向斷階構(gòu)造帶和松南低凸起披覆背斜構(gòu)造帶等4個(gè)區(qū)帶。

流體勢(shì)場(chǎng)控制下的深水區(qū)，“源—運(yùn)—圈”的空間配置特征已經(jīng)反映出位于油氣運(yùn)移方向上的有利區(qū)帶(圖2)。

5.2 有利區(qū)帶

(1) 凹內(nèi)近源垂向就近成藏有利區(qū)帶。這類區(qū)帶多屬于早—中中新統(tǒng)海底扇新領(lǐng)域，主要位于凹內(nèi)深部高流體勢(shì)烴源地層上方淺層低勢(shì)區(qū)，溝源斷裂或底辟發(fā)育，油氣垂向運(yùn)移距離短，成藏要素配置好，含油氣信息明顯，資源潛力大。除了中央峽谷外的有利區(qū)帶為陵水—寶島凹中反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶。

(2) 凹陷邊緣(垂向+側(cè)向)長(zhǎng)距離側(cè)向成藏有利區(qū)帶。這類區(qū)帶屬于漸新統(tǒng)(扇)三角州—海底扇新領(lǐng)域，主要位于凹陷邊緣斜坡—低凸起—凸起區(qū)，是側(cè)向上緊鄰高流體勢(shì)的低流體勢(shì)區(qū)，主要供源的凹內(nèi)崖城組烴源巖地層與頂部陵水組蓋層具有流體勢(shì)場(chǎng)反轉(zhuǎn)特征，并且部分區(qū)帶還被四周凹內(nèi)高流體勢(shì)區(qū)包圍。帶內(nèi)目標(biāo)含油氣信息明顯，勘探潛力大。

同時(shí)這類有利區(qū)帶還應(yīng)該滿足遠(yuǎn)距離側(cè)向運(yùn)移4個(gè)必備條件：充足的油氣源和動(dòng)力、優(yōu)質(zhì)的輸導(dǎo)通道和蓋層、穩(wěn)定發(fā)育的古斜坡、“源—圈”之間沒有大型圈閉或油氣田攔截和聚油[17-19]。有利區(qū)帶為松南低凸起披覆背斜構(gòu)造帶(圖4)。

圖4 松南低凸起披覆背斜構(gòu)造帶成藏模式

6 結(jié) 論

(1) 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響深水區(qū)流體勢(shì)場(chǎng)的彈性能、界面能、重力能的形成和演化，從而控制區(qū)內(nèi)的油氣運(yùn)聚，是流體勢(shì)能量場(chǎng)不斷調(diào)整的誘因，并導(dǎo)致地下油氣的集中大量運(yùn)移和油氣田的形成。

(2) 深水區(qū)流體勢(shì)橫向上從凹內(nèi)到凹陷邊緣斜坡—低凸起—凸起區(qū)逐漸降低，垂向上從早漸新世烴源巖地層向上整體逐漸降低，部分凹陷中心附近的陵水組和崖城組流體勢(shì)大小出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。

(3) 陵水—寶島凹中反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和松南低凸起披覆背斜構(gòu)造帶，為深水區(qū)繼中央峽谷外的最有利區(qū)帶。