吳 靜, 朱定偉, 趙 鵬, 蔡國富, 張曉釗,杜曉東, 李孔森, 彭霄云, 朱君雪

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518000)

0 引 言

珠江口盆地珠一坳陷北部斷階帶在過去的40年勘探實踐中一直未獲商業(yè)發(fā)現(xiàn), 零星的勘探探索也僅局限在鄰近凹陷邊緣的區(qū)域。近年來, 隨著勘探力度的逐年加大及研究的日趨深入, 在陽江東凹與恩平凹陷北部相繼獲得重大油氣發(fā)現(xiàn), 且油氣具有遠源富集特征, 從而把珠江口盆地珠一坳陷勘探成功拓展到北部斷階帶(陳長民等, 2 003; 朱偉林,2012; 劉志峰等, 201 7; 彭光榮等, 2 019; 田立新等,2020)。

珠江口盆地恩平凹陷和陽江東凹為南海東部海域近幾年重要的儲量增長點, 先后發(fā)現(xiàn)恩平15A、恩平10A、恩平15B、恩平21A、恩平21B 等一批油田和含油構造, 三級儲量超5000 萬噸, 其中, 新近系儲量占比超過 90%(米立軍, 20 18; 田立新等,2020)。對于恩平凹陷南部和陽江東凹新近系油氣運移和成藏問題前人做了一定研究: 劉麗華等(2011)針對恩平凹陷南部特征提出了“先橫后縱”的高效復式油氣輸導體系, 恩平17 洼油氣主要通過文昌組砂體及內(nèi)部不整合面橫向向南運移, 到達隆起后通過斷層縱向運移到目的層圈閉成藏; 許新明等(2014,2015)提出“接力式”運移模式, 認為地層產(chǎn)狀決定了油氣的優(yōu)勢運移方向, 且發(fā)育多期“中轉站”, 并通過不整合面、區(qū)域性砂體以及次級斷層的復合輸導溝通下部的油源通道網(wǎng)和上部的油氣聚集網(wǎng); 彭光榮等(2019)認為陽江東凹油源斷層特征差異明顯,走向變化大、交接關系復雜, 分段性強, 源-斷耦合差異控藏是主要的成藏模式; 田立新等(2020)認為陽江凹陷的成藏模式為受斷裂通源能力及圈閉有效性影響的“源-斷-圈”耦合近源成藏; 熊萬林等(2019)認為恩平凹陷北部油氣充注表現(xiàn)為“兩期油、兩期CO2、一期烴類氣”充注特征, 油氣成藏過程表現(xiàn)為“南北洼雙源供烴、兩期油充注、斷脊聯(lián)控、CO2驅替、烴類氣改造油藏”的特征; 杜曉東等(2020)認為陽江東凹斷層對油氣成藏有較大的控制作用, 整體控藏機理是“源斷耦合、張扭富集、差異控藏”。這些認識為恩平凹陷北部和陽江東凹油氣勘探突破起到了重要的指導作用, 但前人針對恩平凹陷和陽江東凹的研究主要集中在各個凹陷內(nèi)的分析, 對于遠離洼陷的北部斷階帶隆起區(qū)研究較少, 對于油氣能否在此斷階帶遠源富集缺乏系統(tǒng)剖析, 尚無相關論述。

結合勘探實踐, 本次研究通過對陽江東凹與恩平凹陷北部一系列勘探案例的解剖及成藏規(guī)律總結,精準識別出恩平15-03 斷裂復合匯聚脊, 證實它是該區(qū)域油氣能夠遠源富集成藏的關健因素, 從“源-匯-聚”耦合角度, 探討該斷裂復合匯聚脊的控藏作用, 建立油氣成藏模式, 直接指導珠一坳陷北部斷階帶的油氣勘探實踐, 也豐富了新近系油氣成藏理論, 對類似地區(qū)的勘探具有一定借鑒意義。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置Fig.1 Tectonic location of the study area

1 區(qū)域地質背景

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊位于珠江口盆地珠一坳陷北部斷階帶, 自南向北由恩平15 和恩平03潛山披覆構造帶組成, 為發(fā)育于前新生代基底古隆起背景上的長期繼承性構造脊。其西側、西南側、東側三面分別被恩平14 洼、恩平21 洼和恩平17 洼環(huán)繞(圖1), 其中恩平17 洼和恩平21 洼為已證實的富生烴凹陷, 恩平14 洼初步研究認為具備生烴條件, 但尚未證實。始新世文昌組沉積期, 珠江口盆地整體受NW-SE 向伸展作用, N E 向、NEE 向先存斷裂負反轉, 控制了恩平17 洼等一系列NE 向、NEE 走向的半地塹和古隆起的形成(施和生等, 2014;施和生, 2015; 何勇等, 2018)。

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊呈S-N 走向, 南北長38 km, 東西寬30 km, 面積約2000 km2。匯聚脊基底為花崗巖, 上覆新近系珠海組、珠江組、韓江組、粵海組、萬山組和第四系等。匯聚脊發(fā)育東西兩組傾向相反的斷裂, 斷裂自基底開始發(fā)育, 繼承性活動到韓江組或更淺的地層中。東側弧形斷裂傾向為南, 西側斷裂傾向為北。斷裂上升盤一般發(fā)育受斷層遮擋形成的斷鼻或斷背斜圈閉。整體上, 匯聚脊具備基底披覆的特征, 同時受繼承性斷裂活動控制。由于臨近富烴洼陷, 同時配置油源斷裂和斷層相關圈閉, 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊成為珠一坳陷北部斷階帶油氣遠距離運聚成藏的重要區(qū)帶,形成了一系列商業(yè)性油氣田。

2 恩平凹陷北部斷階帶斷裂復合匯聚脊的特征及成因

前人研究認為, “匯聚脊”是指深-淺層繼承性發(fā)育的脊狀或似脊狀地質體, 其頂面或內(nèi)部廣泛分布具有層狀且與烴源巖相連接的滲透層, 其本身是一個低勢區(qū), 以不整合面、砂體和斷裂等匯聚通道連接烴源灶, 能使油氣從四面向低勢區(qū)長期匯聚(薛永安, 2018)。恩平15-03 斷裂復合匯聚脊是裂陷期基底升降差異、斷裂繼承性活動、油氣運匯等一系列地質過程的結果, 形成了油氣運移匯聚的有利成藏區(qū)帶, 其特征和地質成因對于認識油氣成藏規(guī)律具有重要的意義。

2.1 斷裂復合匯聚脊的特征

2.1.1 南端三洼環(huán)繞分布

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊位于珠江口盆地珠一坳陷西部邊界, 大地構造格局上緊鄰珠江口盆地陽江-一統(tǒng)斷裂構造變換帶, 具有三洼環(huán)繞的背景。從新生界底界基底形態(tài)上可以看出, 該構造脊總體為S-N 走向, 向北逐級抬升, 長約38 k m(圖2)。恩平15-03 斷裂復合匯聚脊被恩平17 洼、恩平21 洼和恩平14 洼三個洼陷環(huán)繞, 其東南側恩平17 洼為已證實的富烴洼陷, 西南端陽江東凹恩平21 為生烴洼陷, 西側恩平14 洼為潛在生烴洼陷。三個洼陷均在裂陷期強烈活動, 形成文昌組、恩平組陸相湖泊沉積, 該時期恩平15-03 斷裂復合匯聚脊基底處于隆升風化剝蝕狀態(tài)。拗陷期珠一坳陷整體沉降, 匯聚脊的基底和周邊洼陷整體接受新近系沉積, 因此,匯聚脊的新近系具備一定基底披覆成因(圖3)。

圖2 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊基底(Tg)等T0 圖Fig.2 T 0 basement m ap o f the E nping 1 5-03 f aulted composite accumulation ridge

圖3 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊珠江組頂面等T0 圖Fig.3 T 0 map of the surface of the Zhujiang Formation of the Enping 15-03 faulted composite accumulation ridge

2.1.2 斷裂轉換調(diào)節(jié)帶形成構造脊

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊受東、西側兩組傾向相反的斷裂體系控制, 新生代在張扭應力場控制下形成具有構造轉換帶性質的構造脊。西側發(fā)育7條北傾的反向斷裂, 東側發(fā)育6 條南傾的順向斷裂,整體由南向北逐級抬升形成連續(xù)的斷階組合(圖3)。東側斷裂體系由NWW 和SE 走向, 且傾向南西的斷裂(F1～F6)組成, 斷裂在恩平組沉積期開始活動, 深切基底, 在粵海組沉積期末(T30界面)基本上停止活動(圖 4)。F2、F3、F4斷裂與恩平17 洼控洼斷裂交切, 可良好溝通洼陷烴源巖。西側斷裂體系與東側差異明顯, 由NEE、SE 走向的北傾斷裂組成, 斷層在平面形態(tài)上較為平直, 其中南端F7、F8和F9斷裂活動始于文昌組沉積期, 北部F10、F11、F12和F13斷層活動始于珠海組沉積期, 所有斷層活動基本上也是終止于粵海組沉積期末(T30界面)(圖 5) 。東、西側系列斷層階梯式分布, 對傾持續(xù)活動且相互交切疊接, 形成兩側沉降、中部隆升的斷層轉換調(diào)節(jié)帶,構成穩(wěn)定的構造脊, 成為南低北高逐級爬升的油氣匯聚區(qū)。

2.1.3 構造脊與油源斷裂良好匹配形成匯聚區(qū)

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊配置的有效油源斷裂使其能夠大規(guī)模匯聚油氣。南端斷裂深切凹陷、晚期活動性較強, 能將凹陷內(nèi)部的油氣大規(guī)模調(diào)節(jié)到中淺層。同時, 隆起上發(fā)育的次級斷裂切割至基底不整合面, 也構成油氣向淺層運移的通道。東側大型弧形斷裂F2、F3、F4深切恩平17 洼文昌組, 同時與恩平17 控洼斷裂F0相交切(圖2、3), 能夠高效輸導恩平17 洼文昌組生成的油氣。隆起上的斷裂切割恩平21 洼緩坡帶不整合面, 是恩平21 洼油氣向淺層運移的主要通道。F7為恩平14 洼控洼斷裂、F9斷裂切至恩平14 洼緩坡基底(圖3), 構成恩平14 洼油氣向淺層運移的通道。

圖4 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊西側斷裂體系地震剖面(剖面位置見圖3)Fig.4 Seismic profile showing fault system on the west side of the Enping 15-03 faulted composite accumulation ridge

圖5 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊東側斷裂體系地震剖面(剖面位置見圖3)Fig.5 Seismic profile showing fault system on the east side of the Enping 15-03 faulted composite accumulation ridge

2.1.4 匯聚脊上圈閉成藏條件優(yōu)越

匯聚脊上覆珠海組-第四系, 其中珠江組-韓江組等主要成藏層段的構造脊特征明顯, 表明與基底構造的繼承性較好。構造脊與周緣斷層傾末端結合部形成的串珠狀斷鼻、斷塊圈閉也具有繼承性特征(圖4、5)。在10～5 M a 之后的油氣成藏期, 構造脊上圈閉已形成, 處于油氣運移路徑之上, 有利于捕獲構造脊上匯聚的油氣從而富集成藏(何敏, 2019)。

2.2 斷裂復合匯聚脊的地質成因

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊的形成受基底屬性差異和伸展構造應力的聯(lián)合制約。匯聚脊是在受控于先存斷裂基礎上發(fā)育起來的不同走向及傾向的長期活動斷裂, 由于應力場轉換作用下斷塊差異升降作用而形成。恩平凹陷基底內(nèi)發(fā)育的多組逆斷層、相關褶皺以及疊瓦狀構造等逆沖推覆構造為中生代擠壓性逆沖先存構造(何勇等, 2018)。恩平凹陷北部斷階帶近NE 向和E-W 向等多組先存逆沖斷層在新生代應力場轉換過程中發(fā)生階段性負反轉, 確定了恩平15-03 斷裂復合匯聚脊的基本分布格局和形態(tài)特征。

早-中始新世, 受東部太平洋板塊俯沖導致的NW-SE 向伸展應力場影響, 文昌組沉積期裂陷作用具有東強西弱的特征, 在珠江口盆地東部優(yōu)勢伸展的NE 向斷層活動性達到區(qū)域峰值(張遠澤等, 2019),形成了恩平17 洼、恩平20/21 洼和恩平14 洼等生烴洼陷。由兩條NE 向控洼斷層所夾持的地壘形成,構成斷裂構造脊深層的基底古隆起格局(圖6a)。

晚始新世-漸新世, 恩平組-珠海組沉積期, 區(qū)域張應力場從NW-SE 向轉至S-N 向(圖6b)。恩平凹陷北部斷階帶基底古隆起上近E-W 向的先存斷裂活化, 形成南傾的大型弧形斷裂, 系列弧形斷裂向恩平17 洼內(nèi)部拓展, 切割了早期的NE 向控洼斷層。這組弧形斷裂將基底由整體古隆起分割成多個斷階, 并向北逐漸抬升。以此同時, 西側NE 向、NEE 向北傾斷裂繼承性活動, 使得構造脊集中于斷層上升盤一側。

圖6 斷裂復合匯聚脊形成過程Fig.6 Development of the faulted composite accumulation ridge

中新世, 珠江組-韓江組沉積期, 珠江口盆地應力場受控于新構造運動, 區(qū)域應力場進一步順時針旋轉, 主應力伸展方向轉為NNE 向(圖6c)。該應力方向造成東部南傾的弧形斷層活動進一步強化, 總體具有張性特征, 油氣輸導作用強。而西部NE 向斷層在應力場轉變后具有張扭性特征, 斷層上升盤形成系列斷塊和斷鼻構造, 斷層封堵作用較優(yōu)。同時,在構造脊北部發(fā)育多條NWW 走向的右階雁列式斷層, 將構造脊進一步分割強化?？傊? 在該時期NNE向的伸展主應力場作用下, 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊特征得到顯著強化, 構造脊集中在東、西部斷裂轉換帶上, 向北逐級抬升, 并基本定型于粵海組沉積期, 具有東部以南傾斷裂張性輸導為主、西部以北傾斷裂張扭封堵為主的差異“斷-脊”組合特征。

3 “ 源-匯-聚”成藏模式

斷裂復合匯聚脊具備“源-匯-聚”控藏模式, 恩平17 洼、21 洼、14 洼三個洼陷文昌組烴源巖提供遠距離運移成藏的油氣, 油源斷裂與構造脊的匹配控制了油氣向匯聚脊的匯聚過程, 匯聚脊上發(fā)育的圈閉則可有效聚集油氣。

3.1 油 源

恩平14 洼、恩平21 洼和恩平17 洼控洼斷裂的活動性整體較強, 強烈的斷陷作用和相對匱乏的物源供給導致三個洼陷長期處于欠補償環(huán)境, 廣泛發(fā)育半深湖相烴源巖。恩平17 洼發(fā)現(xiàn)油氣探明儲量超1 億噸,已證實為富生烴洼陷。目前, 僅一口探井鉆至文昌組頂部294 m 的濱淺湖相地層, 未揭示文昌組主體。有機質類型以Ⅱ2型為主, TOC 為 0.85%～1.61%, 平均1.03%(課題組未發(fā)表數(shù)據(jù))。恩平17 洼原油生物標志化合物具有C304-甲基甾烷(C304-MSt)豐富的特征, 這表明恩平17 洼半深湖相烴源巖是已發(fā)現(xiàn)油氣的主要貢獻者, 存在少量濱淺湖相烴源巖的貢獻(圖7)。恩平21 洼文昌組半深-深湖相烴源巖有機質豐度高, T OC 為1.29%～3.6%, 平均2.43%, 有機質類型均以Ⅱ1-Ⅰ型為主, 泥巖生物標志化合物特征整體表現(xiàn)為C304-甲基甾烷豐富, T 化合物含量較低(圖7), 洼陷地質資源量超1 億噸(朱明等, 2019)。恩平14 洼勘探程度尚低, 研究表明文昌組沉積范圍近310 k m2, 最大厚度近2000 m, 深湖相沉積廣泛發(fā)育,最大埋深6000 m, 石油地質資源量約1 億噸。三個洼陷為匯聚脊上油氣成藏提供物質基礎。

3.2 匯聚模式

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊三面環(huán)洼, 是油氣運移、匯聚的有利區(qū), 各洼陷向匯聚脊供烴存在不同的匯聚模式。

3.2.1 恩平17 洼: “源-中轉站-斷”匯聚模式

恩平15-03 斷裂復合匯聚脊鄰近恩平17 洼的陡坡帶, 恩平17 洼結構形態(tài)整體受北部低角度邊界斷裂控制, 這種低角度控洼斷裂形成了自遷移型的層序結構, 半深湖相烴源巖自南向北向控洼斷層方向側向疊置、遷移。烴源巖的分割槽相比傳統(tǒng)高角度半地塹更靠近緩坡方向, 使向北部陡坡帶供烴的烴源巖面積相比傳統(tǒng)高角度半地塹更大。東側發(fā)育多條弧形斷裂在裂陷期活動形成斷槽或斷溝, 為隆起區(qū)碎屑物源向洼陷輸入提供通道, 在近主控斷裂處形成陡坡扇脊等近源沉積體。此類扇體與文昌組烴源巖接觸形成油氣向新近系運移的“中轉站”, 由“中轉站”進入油源斷裂后, 運移至合適的蓋層頂板之下, 便沿構造脊匯聚進入臨近的圈閉中(圖8a)。

圖7 恩平21 洼烴源巖與恩平17 洼原油生物標志化合物特征Fig.7 Biomarker characteristics of source rocks and oil from the Enping 21 Sag and the Enping 17 Sag

圖8 恩平17 洼(a)、恩平21 洼(b)、恩平14 洼(c)匯聚模式Fig.8 Accumulation models of the faulted composite accumulation ridges of the Enping 17 Sag (a), the Enping 21 Sag(b) and the Enping 14 Sag (c)

3.2.2 恩平21 洼: “源-不整合面-斷”匯聚模式

恩平21 洼為南斷北超式洼陷, 文昌組向北東方向超覆。文昌組沉積末期, 緩坡基底發(fā)生顯著隆升,地層強烈剝蝕形成大范圍的地層不整合。恩平21 洼文昌組生成的油氣成熟后, 受烴源巖地層產(chǎn)狀控制,向北東方向運移, 并沿不整合面向隆起區(qū)運移。隆起區(qū)發(fā)育大量的晚期油源斷裂, 切割至基底或者文昌組。油氣經(jīng)不整合面運移至隆起區(qū), 經(jīng)油源斷裂調(diào)節(jié)至淺層, 在蓋層頂板之下, 沿匯聚脊運移在圈閉中聚集成藏(圖8b)。

3.2.3 恩平14 洼: “源-斷-脊”匯聚模式

恩平14 洼文昌組沉積之后活動強度較弱, 文昌組整體向北西方向超覆。烴源巖生成的油氣沿地層向緩坡方向運移。在斷層調(diào)節(jié)下運移至淺層, 直接進入?yún)R聚脊, 匯聚模式較前述兩個洼陷簡單(圖8c)。

4 勘探實踐與案例

通過地質認識和勘探技術的創(chuàng)新, 對珠江口盆地陽江東凹與恩平凹陷北部的石油地質條件和勘探潛力進行了深入研究, 在斷裂復合匯聚脊對新近系油氣遠距離富集控制作用理論的指導下, 實現(xiàn)了該區(qū)勘探的突破。

恩平凹陷北部斷階帶新近系自下而上依次為珠江組、韓江組、粵海組、萬山組和第四系, 其中珠江組-韓江組沉積期為海侵過程, 地層含砂率隨著海平面的上升而逐漸降低。研究區(qū)為古珠江三角洲前緣相帶, 砂巖分布穩(wěn)定且物性較好, 同時, 研究區(qū)在珠江組-韓江組沉積期發(fā)育多期海泛, 每一期海泛都對應一套區(qū)域上連續(xù)、穩(wěn)定分布的海泛泥巖,上述兩個組段含砂率整體為40%～50%, 形成了多套優(yōu)良的儲蓋組合, 為油氣富集成藏提供了良好的儲集空間, 多套海泛泥巖為油氣橫向運移提供了蓋層。

恩平15-03 復合匯聚脊西側、西南側、東側分別被恩平14 洼、恩平21 洼和恩平17 洼所環(huán)繞, 這些(潛在)富烴洼陷通過不同成藏模式向該構造脊運移油氣。位于構造脊之上的多個圈閉均發(fā)現(xiàn)有油氣,包括恩平15A、10A 油田及恩平9A 含油構造等, 儲量規(guī)模超過5000 萬方。其中, 匯聚脊最南端的恩平15A 油田為油氣運移的第一站, 在油氣顯示方面具有層數(shù)多、層段長、級別高的特點; 油氣繼續(xù)向北運移至恩平10A 油田及恩平9A 含油構造, 顯示富集層段具有逐漸攀升的趨勢, 即隨著運移距離的增加,油氣富集層段越來越淺, 層數(shù)也逐漸減少(圖9)。

5 結 論

結合勘探實踐, 通過對陽江東凹與恩平凹陷北部一系列勘探案例的解剖及成藏規(guī)律總結, 精準識別并深入研究了恩平15-03 斷裂復合匯聚脊, 證實它是該區(qū)域油氣能夠遠源富集成藏的關健因素, 從“源-匯-聚”耦合角度進行探討, 得到以下認識:

(1) 源: 得天獨厚的烴源條件和通源能力是恩平15-03 斷裂復合匯聚脊油氣遠源富集的物質基礎。脊的南端三洼環(huán)繞展布, 油氣來源充足; 南端的斷裂深切洼陷, 且新近紀強烈活動, 通源能力較強,能將洼陷內(nèi)部生成的油氣大規(guī)模調(diào)節(jié)至新近系。

(2) 匯: 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊整體由南向北逐級抬升, 兩側地勢較低, 油氣能從多個方向持續(xù)匯聚, 且新近系優(yōu)越的儲蓋組合條件, 使得油氣能夠沿斷裂復合匯聚脊遠距離運移。

圖9 恩平15-03 復合匯聚脊油氣成藏模式Fig.9 Hydrocarbon accumulation model of the Enping 15-03 faulted composite accumulation ridge

(3) 聚: 恩平15-03 斷裂復合匯聚脊西側發(fā)育7條北傾的反向斷裂, 東側發(fā)育6 條南傾的順向斷裂,東、西兩側斷裂上升盤發(fā)育一系列斷鼻圈閉, 利于捕獲油氣。

本文建立的油氣成藏模式, 豐富了新近系油氣成藏理論, 對珠江口盆地類似地區(qū)的勘探具有一定借鑒意義。但從目前勘探現(xiàn)狀來看, 油氣主要在斷裂復合匯聚脊西側反向斷裂控制形成的圈閉中富集,而東側順向斷裂上升盤發(fā)育的圈閉富集程度較低,受目前勘探程度影響, 后續(xù)仍然值得深入探討。