趙 鵬 彭光榮 吳 靜 張忠濤 許新明 于水明 朱定偉 李孔森 石 創(chuàng) 蔡國富

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054)

珠一坳陷油氣資源分布具有典型的不均勻分布和分帶差異富集規(guī)律，多數(shù)油氣田分布在幾個富烴洼陷的二級構(gòu)造帶上，其他二級構(gòu)造帶則油氣發(fā)現(xiàn)較少。富烴洼陷匯聚優(yōu)勢指向上的二級構(gòu)造帶是復(fù)式油氣藏勘探的有利區(qū)帶[1]。朱俊章 等[2]研究了珠一坳陷半地塹系統(tǒng)不同構(gòu)造區(qū)帶和成藏要素控制下的成藏組合模式，洼陷結(jié)構(gòu)、地層產(chǎn)狀、流體勢共同確定了油氣運移主方向和油氣分布格局。恩平凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷西部，為已證實富烴洼陷，2010年前后在凹陷南部緩坡帶發(fā)現(xiàn)一系列商業(yè)性油田[3-4]。近年隨著近洼陷帶勘探程度的提高，遠(yuǎn)離洼陷生烴中心的隆起區(qū)新近系逐漸成為勘探重點并取得了顯著的勘探成效，對其成藏規(guī)律的地質(zhì)認(rèn)識不斷提高。隆起區(qū)缺乏古近系烴源巖，油氣只能從洼陷區(qū)側(cè)向長距離運移，石油地質(zhì)條件區(qū)別于近洼陷帶，富集規(guī)律和主控因素也存在明顯差別。本文對恩平凹陷隆起區(qū)的石油地質(zhì)成藏條件展開研究，總結(jié)油氣富集規(guī)律，闡述勘探實踐中形成的地質(zhì)認(rèn)識和定量評價方法。本文對于其他盆地類似地質(zhì)條件的區(qū)帶勘探具有一定借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

1.1 恩平凹陷概況

恩平凹陷是發(fā)育在中生代基底上的新生代凹陷，控洼斷裂呈北東走向，洼陷結(jié)構(gòu)呈北斷南超，面積5 000 km2，由恩平17洼、恩平12洼、恩平18洼三個半地塹式次級洼陷構(gòu)成(圖1)?？v向呈“下斷上坳”的洼陷結(jié)構(gòu)，始新世斷陷期發(fā)育了文昌組和恩平組，其中文昌組發(fā)育主要的湖相烴源巖。拗陷期依次發(fā)育珠海組、珠江組、韓江組、粵海組、萬山組和第四系(圖1)。隆起區(qū)油田油品好、采收率高，具有較好的經(jīng)濟(jì)性[5]，珠江組和韓江組是目前已發(fā)現(xiàn)商業(yè)油氣田的主要成藏層系，高孔高滲砂巖儲層和橫向穩(wěn)定的海相泥巖構(gòu)成了優(yōu)質(zhì)的儲蓋組合。

圖1 研究區(qū)位置與地層柱狀圖

1.2 隆起區(qū)地質(zhì)條件

隆起區(qū)基底為前古近系花崗巖，斷陷期處于隆升剝蝕狀態(tài)，拗陷期進(jìn)入熱沉降階段，發(fā)育漸新統(tǒng)珠海組及以上的地層。隆起區(qū)發(fā)育各具特征的斷裂體系，斷裂系統(tǒng)大多具有基底先存斷裂背景，在13.8 Ma以來的“新構(gòu)造運動”中活化、斷裂活動結(jié)束晚[6]。斷裂活動過程中斷層上升盤形成一系列斷鼻、斷背斜圈閉(圖2)。

圖2 恩平凹陷基底T0圖

南部隆起區(qū)是南部緩坡向東南方向的延伸，與番禺27洼相接，基底埋深3 500～4 700 m。南部隆起帶發(fā)育典型的NW向斷裂體系，部分?jǐn)嗔褬?gòu)成雁列式組合，斷層傾角一般40°～75°，斷距45～240 m。2010年前后在南部緩坡帶發(fā)現(xiàn)E1—E5油田等一系列商業(yè)油田(圖1)，隨著緩坡帶勘探程度的不斷提高，南部隆起區(qū)成為拓展勘探的重點靶區(qū)，先后鉆探發(fā)現(xiàn)EPS2，EPS3兩個新近系油田和EPS4含油構(gòu)造(圖3)，總地質(zhì)儲量超2 000×104m3。運移直線距離最遠(yuǎn)的EPS4含油構(gòu)造運移直線距離達(dá)35 km。

圖3 恩平凹陷地震剖面(剖面位置見圖2)

北部隆起區(qū)是恩平凹陷控洼大斷裂的上升盤，屬海南隆起向珠一坳陷的延伸。北部隆起帶較南部隆起帶埋深淺，基底埋深3 000～4 000 m。北部隆起帶發(fā)育大型弧狀斷裂，斷距50～150 m，傾角52°～65°。北部隆起帶珠江組、韓江組中發(fā)現(xiàn)EPN1、EPN2、EPN3等油田(圖3)，總地質(zhì)儲量超3 000×104m3。最北部成藏的EPN4含油構(gòu)造運移直線距離超45 km。

2 隆起區(qū)成藏特征

2.1 長距離側(cè)向跨斷層運移

南北隆起區(qū)均不發(fā)育始新統(tǒng)斷陷期文昌組烴源巖，長距離側(cè)向運移是油氣成藏的特征。隆起區(qū)韓江組、珠江組地層含砂率40%～60%，砂巖屬高孔高滲儲層，孔隙度一般15%～30%，成為油氣長距離的輸導(dǎo)層。南部隆起區(qū)和北部隆起已證實的運移直線距離超過30 km。隆起區(qū)地層被斷裂切割復(fù)雜化，油氣向遠(yuǎn)端運移過程中，必須側(cè)向穿越斷層[7]，側(cè)向運移過程中斷裂和匯聚脊起到重要作用。

南部緩坡帶油氣匯聚最高點為EPS1油田，主要成藏段為韓江組下段，發(fā)生穿斷運移后經(jīng)斷裂調(diào)節(jié)進(jìn)入下降盤地層，經(jīng)匯聚脊運移至EPS2油田在韓江組上、下段成藏。EPS2油田控圈斷裂繼續(xù)發(fā)生穿斷運移，油氣沿構(gòu)造脊運移到EPS3韓江組上段成藏(圖4a)。北部隆起帶EPN1油田是恩平17洼洼陷中心烴源巖以“源-斷-圈”向北運移成藏的第一個油田。EPN1油田發(fā)生穿斷運移后，油氣沿匯聚脊向北運移至EPN2油田，之后連續(xù)發(fā)生穿斷側(cè)向運移形成EPN3油田和EPN4含油構(gòu)造(圖4b)。

圖4 恩平凹陷南隆起區(qū)(a)和北隆起區(qū)(b)成藏模式(剖面位置見圖1)

隆起區(qū)不同圈閉成藏的富集程度存在顯著差異，在南部隆起區(qū)EPS2油田附近距離近6 km的EPS5構(gòu)造僅有微弱油氣顯示。最遠(yuǎn)端的EPS6構(gòu)造鉆探為干井。北部隆起區(qū)的EPN5構(gòu)造位于EPN2和EPN3油田之間，僅有微弱油氣顯示。最遠(yuǎn)端的EPN4構(gòu)造僅有一個薄油層。

2.2 斷裂控藏

斷裂對隆起區(qū)油氣成藏具有重要的控制作用，恩平凹陷在10 Ma時期受新構(gòu)造運動影響，形成大量晚期斷裂。斷裂的活動形成了斷背斜、斷鼻等圈閉，也是油氣垂向運移的通道。由于斷裂活動晚、斷層巖成巖作用弱，斷層巖封閉油氣能力有限以致發(fā)生油氣大規(guī)模側(cè)向跨斷層運移[7]。

恩平凹陷隆起區(qū)斷裂密集分布，不發(fā)育披覆背斜，斷裂上升盤形成斷鼻、斷背斜等圈閉。韓江組、珠江組地層含砂率30%～50%，斷裂封閉以泥巖涂抹為主要的機制，斷泥比SGR臨界值為0.32[8]。穿斷運移和封堵成藏并存是該地區(qū)斷裂控藏的特色。斷層封閉最大油柱高度受控于斷層巖排替壓力，成巖作用、填充物組成等均影響排替壓力。恩平凹陷地區(qū)主要成藏層段韓江組埋藏淺、一般小于1 500 m，處于早成巖階段，以壓實作用為主。斷層巖封閉能力有限，因此斷層封堵油氣的油柱高度普遍較低，統(tǒng)計結(jié)果表明油柱高度大多小于30 m。油柱高度超過斷層封閉能力后即發(fā)生穿斷運移，斷裂的弱封閉性有助于油氣向遠(yuǎn)端運移。

斷裂的活動形成了油氣垂向運移調(diào)節(jié)的通道，隨著隆起區(qū)側(cè)向運移距離變遠(yuǎn)，成藏的層位呈逐漸變淺的特征，如南部隆起帶EPS1油田主要成藏層段在韓江組下段，EPS2油田主要成藏層段在韓江組上、下段，EPS3油田則主要集中在韓江組上段。斷裂活動強度對油氣成藏具有重要的控制作用，吳哲 等[8-9]研究認(rèn)為斷裂在5 Ma之后活動速率大于5.6 m/Ma有利于成藏。油氣在沿斷裂垂向運移過程中受控于斷裂帶與斷層兩盤儲層的排替壓力的差異[10]，當(dāng)斷層巖泥質(zhì)含量高、排替壓力大于斷層兩盤砂巖儲層時，油氣垂向運移受阻則轉(zhuǎn)向側(cè)向運移進(jìn)入對盤地層。如圖5所示，在上升旋回的巖性組合中上部地層泥巖含量逐漸增高、厚度加大，對應(yīng)斷層帶中泥巖的含量也向上增高。油氣在斷層發(fā)生穿斷運移后油氣進(jìn)入斷裂帶中，在沿斷裂向上運移過程中，受到高含泥斷層巖的阻礙、油氣發(fā)生側(cè)向運移進(jìn)入下降盤砂體，受此成因影響隆起區(qū)上升旋回的巖性組合中油氣成藏概率高。

圖5 油氣橫向縱向分配模式

2.3 晚期充注

含油氣盆地總是通過最晚一期構(gòu)造運動的改造、控制和調(diào)整，才形成油氣的最后定位和成藏[11-12]。恩平凹陷受新構(gòu)造運動影響強烈，斷裂活動、圈閉定型、油氣充注三個地質(zhì)過程在新構(gòu)造運動過程中高度吻合。斷裂活動大部分活動至粵海組沉積時期及以后，斷裂活動停止圈閉定型，因此隆起區(qū)油氣成藏整體較晚。南部隆起區(qū)韓江組油氣主要成藏期為5.6～0 Ma。北部隆起區(qū)兩期油氣成藏分別為13.8～7.7 Ma和4.9～0 Ma[13]。

晚期成藏除斷裂活動結(jié)束較晚的因素外，斷裂封閉油氣和穿斷運移兩種地質(zhì)過程的不斷交替對晚期成藏也存在影響。斷裂活動結(jié)束、圈閉定型后，受斷層封閉能力弱影響，當(dāng)油氣聚集的油柱高度超過斷層封堵能力后則發(fā)生穿斷運移，而當(dāng)油柱高度減小至斷裂恢復(fù)封閉能力后油氣重新聚集。斷裂封閉油氣過程的不斷調(diào)整進(jìn)一步促成了晚期成藏。

3 油氣成藏條件

隆起區(qū)圈閉油氣富集程度存在顯著的差異性，各成藏要素匹配良好油氣才能夠富集。從“源-匯-聚”的研究角度分析，洼陷中的供烴單元、油氣輸導(dǎo)格架、圈閉及三者空間位置的匹配是隆起區(qū)油氣富集的靜態(tài)要素。隆起區(qū)的運聚強度和成藏要素在地史時期的匹配是動態(tài)要素，對成藏要素和富集規(guī)律的研究總結(jié)有助于提高地質(zhì)認(rèn)識及指導(dǎo)區(qū)帶勘探。

3.1 富足的供烴單元是長距離富集成藏的前提

富生烴洼陷是保障油氣長距離穿斷運移-規(guī)模成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。流花11-1油田是珠江口盆地長距離運移成藏的典型，為其供烴的惠州26洼是珠一坳陷中典型的富生烴洼陷[14]。隆起區(qū)長距離運移過程中部分油氣在運移路徑上成藏，部分發(fā)生散逸消耗，因此只有富足的供烴單元才能保障油氣長距離運移富集。恩平17洼是富烴洼陷，雖然斷陷期面積僅343 km2，但生烴量達(dá)22×108t[15]。

油氣從古近系烴源巖層系向新近系運移匯聚過程中受文昌組地層產(chǎn)狀控制[14]，向隆起區(qū)供烴的兩個運聚單元是凹陷內(nèi)最大的兩個，兩單元地質(zhì)資源量占恩平17洼總地質(zhì)資源量一半以上。生烴中心在恩平17洼中心部位(圖6a)，文昌組緩坡帶烴源巖受基底影響形成向洼陷中心傾伏的大型鼻狀構(gòu)造，成為油氣向南部隆起帶運匯的匯聚脊(圖6b)。受晚期北部隆起帶的隆升作用控制，恩平17洼陡坡帶被抬起形成鼻狀匯聚脊，控制洼陷中心的烴源巖向北部隆起區(qū)運聚。

圖6 恩平凹陷文昌組生烴強度圖(a)與頂面構(gòu)造圖(b)

3.2 圈閉與主匯聚脊空間匹配是油氣富集的保證

匯聚脊不同于構(gòu)造脊，匯聚脊是與穿斷運移斷裂良好配置、能夠?qū)⒋噙\移的油氣匯聚到下一個圈閉、具有特定產(chǎn)狀的地層。匯聚脊一般具有基底繼承性發(fā)育特征，新構(gòu)造運動的過程中，斷裂活動使得匯聚脊得到強化。隆起區(qū)上的匯聚脊是油氣遠(yuǎn)源富集成藏、減少油氣散逸的重要構(gòu)造要素，圈閉發(fā)育的層段和主匯聚層段匹配有利于富集。EPS1、EPS2、EPS3、EPS4油田原油生物標(biāo)志化合物表現(xiàn)為C304-甲基甾烷呈高豐度、雙杜松烷T構(gòu)型化合物呈明顯的低豐度、Ts與Tm 相對含量均勢的特征，表明原油來自相同的母源。EPN1、EPN2、EPN3油田原油也來自相同的母源，證實南北隆起區(qū)各發(fā)育一條長距離運移路徑。

南部隆起帶EPS1油田發(fā)生穿斷側(cè)向運移后，油氣進(jìn)入下降盤的地層沿匯聚脊運移至EPS2油田。EPS2油田發(fā)生穿斷運移后，漏失的油氣沿斷裂和地層產(chǎn)狀組合形成的斷脊運移至EPS3油田。EPS4構(gòu)造與EPS2之間無匯聚脊匹配而未能成藏(圖7)。北部隆起帶EPN2油田發(fā)生穿斷運移后，沿構(gòu)造脊運移至EPN3油田韓江組合珠江組。兩者之間的EPN5構(gòu)造，圈閉發(fā)育層段在珠海組，與主成藏層段不匹配，因此未能成藏(圖8)。

圖7 恩平凹陷南部隆起帶韓江組下段頂面構(gòu)造圖

圖8 恩平凹陷北部隆起帶珠江組頂面構(gòu)造圖

3.3 圈閉捕獲能力與運聚強度時空匹配是油氣富集的關(guān)鍵

油氣運聚強度是油氣富集的關(guān)鍵動態(tài)要素，在長距離運移過程中油氣的運聚強度逐漸減弱。油氣運聚強度和圈閉的捕獲能力在時空上匹配才能夠富集。

油氣運聚強度主要受距離和匯聚脊發(fā)育情況的影響，運移距離短、匹配主匯聚脊則運聚強度大，在北部隆起已發(fā)現(xiàn)的3個中型油田是在主匯聚脊上的。最遠(yuǎn)端的圈閉EPN4雖然規(guī)模大，但經(jīng)過長距離運移、多次穿斷運移，油氣運聚強度已較弱，難以大規(guī)模富集成藏。

圈閉捕獲能力與圈閉規(guī)模、圈閉發(fā)育層段、圈閉定型期與主運移期的匹配等因素有關(guān)。淺層斷裂封閉油氣能力有限，恩平凹陷新近系油柱大多在30 m范圍之內(nèi)，圈閉形態(tài)愈平緩、30 m圈閉幅度內(nèi)面積愈大，則捕獲油氣能力愈強。EPN2油田穿斷之后才形成EPN3油田，EPN2油田的運聚強度顯著強于EPN3，但EPN2油田圈閉較陡、圈閉面積小，捕獲油氣能力不及后者，其地質(zhì)儲量不及EPN3的一半。

4 定量評價

隆起油氣富集的主控因素包括靜態(tài)要素和動態(tài)要素，前者包括供烴單元、匯聚脊、圈閉三者的時空匹配；后者即油氣的運聚強度和成藏要素在地史時期的匹配，通過對構(gòu)造成圖、區(qū)域沉積微相、斷層封閉性、流體勢等的分析均可對其進(jìn)行研究或評價。目前對于油氣運聚強度的研究程度較低，筆者提出了定量評價方法，并得到了勘探實踐的驗證。

4.1 油柱高度序列評價法

油氣運聚強度與圈閉的捕獲能力的平衡決定圈閉充注及富集程度。在斷層封堵以泥巖涂抹為主要封閉機制的背景下，地層含砂率接近則斷層封閉性是類似的。長距離運移過程中運聚強度逐漸減弱，刻畫運聚強度是評價油氣富集的關(guān)鍵。在斷層封閉能力近似的背景下，油藏油柱的差異則成為不同運聚強度的體現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)參考油田規(guī)模序列方法，利用油藏油柱高度序列法可以評價運移路徑上油氣運聚強度的變化規(guī)律及相關(guān)圈閉的成藏潛力。

油田規(guī)模序列法是評價某一個區(qū)帶油氣資源量的一種地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法，原理認(rèn)為，油藏受石油地質(zhì)條件控制，在一個完整的、獨立的石油體系內(nèi)，油藏規(guī)模大小同油藏序號之間符合Pareto定律[16]。在研究過程中發(fā)現(xiàn)某一個油田的油柱高度在簡單坐標(biāo)中是一條對數(shù)曲線，擬合程度高。筆者認(rèn)為此現(xiàn)象的機理是一個油田不同層位油藏的成藏條件如運移、封堵等具有差異性，只有在持續(xù)穩(wěn)定的充注下不同油藏成藏條件的差異才能顯現(xiàn)出來，從而形成單個油層油柱高度、儲量規(guī)模等特征的差異。運聚強度高的圈閉，油藏油柱高度離散特征越明顯，通過油柱高度序列可以表征圈閉的運聚強度。

具體方法：將一個油田的所有油藏的油柱高度按大小序列排放在坐標(biāo)中，油田充注程度越大，則擬合的對數(shù)公式系數(shù)絕對值越大、曲線越陡、數(shù)值越發(fā)散。將已發(fā)現(xiàn)的穿斷運移路徑上的油田單個繪制成圖，比較在穿斷運移路徑上，油氣充注程度的變化，預(yù)測未鉆圈閉的成藏風(fēng)險。如圖9所示，恩平南帶EPS1油田序列陡，高油柱油藏比例大、曲線陡、離散程度高，運聚強度最高。EPS2中曲線較EPS1平緩，低油柱高度油藏所占比例明顯大，運聚強度較EPS1減弱。EPS3油田油柱高度整體偏低，表明運聚強度已較弱，難以向遠(yuǎn)端大規(guī)模運移。恩平北帶油柱高度序列特征近似。

圖9 恩平凹陷隆起區(qū)油田油柱高度序列

4.2 SGR評價圖版

恩平凹陷新近系油氣穿斷運移包含兩種模式：一者斷層不封堵，油氣穿越斷層未在斷層一側(cè)成藏；二者油氣在斷層一側(cè)成藏但超過斷層的封閉能力，發(fā)生穿斷運移。充注愈強的圈閉中發(fā)生穿斷運移油藏的比例愈大，因此評估圈閉中發(fā)生穿斷運移的油藏比例可以評價圈閉充注強度和其遠(yuǎn)端圈閉的成藏潛力。

國內(nèi)多位學(xué)者對斷層封閉性的定量評價進(jìn)行了研究[17-21]，參考斷層封閉性定量評價方法判斷油藏在地質(zhì)歷史時期發(fā)生穿斷運移的概率。YIELDING等[22]統(tǒng)計研究表明在單對數(shù)坐標(biāo)系下，斷裂帶SGR與其所能封閉的斷裂帶兩側(cè)壓力差Δp具有線性函數(shù)關(guān)系，即

Δp=10a×SGR+b

(1)

式(1)中：SGR為斷層巖泥質(zhì)含量，%；a、b分別為常數(shù)。

油藏中原油浮力形成的浮壓為

Δp=(ρwater-ρoil)gH

(2)

式(2)中：ρwater為地層水密度，g/cm3；ρoil為地層原油密度，g/cm3；g為重力加速度，m/s2；H為油柱高度，m。

將兩者聯(lián)立得到

(ρwater-ρoil)gH=10a×SGR+b

公式兩側(cè)取對數(shù)得到

lg[(ρwater-ρoil)gH]=a×SGR+b

以南部隆起帶EPS2和EPS3為例，將油柱高度、地層原油密度、地層水密度等計算得到散點圖版，橫坐標(biāo)為斷層巖泥質(zhì)含量SGR，縱坐標(biāo)為折算得到的參數(shù)lg[(ρwater-ρoil)gH]，散點分布具正相關(guān)性(圖10)。一個地區(qū)地層水密度和地層原油密度一般存在常見區(qū)域值，因此公式則體現(xiàn)為油柱高度和斷層巖泥質(zhì)含量的關(guān)系，兩者正相關(guān)。圖中散點分布的上下邊界是某一SGR值對應(yīng)油柱高度的最大、最小值計算的參數(shù)，若油柱高度接近上限則油氣成藏過程中，油氣發(fā)生過穿斷漏失的概率大，有可能向周邊構(gòu)造繼續(xù)運移。在散點中部取平均值將圖版劃分為兩區(qū)域，上部為發(fā)生穿斷概率較大的區(qū)域，下部為發(fā)生穿斷概率較小的區(qū)域。EPS2油田的油藏分布在上部區(qū)域的比例大，表示發(fā)生漏失的油藏比例大，繼續(xù)向遠(yuǎn)端運移油氣聚集量則大，因此形成EPS3油田。EPS3油田其油藏大多分布在下區(qū)域，發(fā)生穿斷運移量較少，因此其遠(yuǎn)端圈EPS4只有極少油層成藏。

圖10 斷層巖泥質(zhì)含量(SGR)定量評價圖版

5 結(jié)論

1) 隆起區(qū)不發(fā)育古近系烴源巖，油氣成藏條件不同于近洼陷帶。隆起區(qū)以側(cè)向長距離運移成藏為特征，多次跨斷層運移為特色。斷裂對油氣成藏具有控制作用，隆起區(qū)圈閉富集程度存在差異。晚期斷裂活動和充注過程的自動調(diào)節(jié)使得隆起區(qū)具有晚期成藏的特征。

2) 富足的供烴單元是隆起區(qū)長距離運移富集成藏的保障，圈閉與主匯聚脊最優(yōu)組合形成輸導(dǎo)格架,圈閉捕獲能力和運聚強度的時空匹配是富集成藏的關(guān)鍵因素。

3) 油藏油柱高度序列方法可以有效評價長距離運移路徑上圈閉的運聚強度和向遠(yuǎn)端運聚的潛力。SGR圖版評價油藏中可能發(fā)生穿斷運移油藏的比例，以此評價穿斷后油氣富集的潛力。兩種方法適用于隆起區(qū)弱成巖斷裂控藏為主的成藏區(qū)帶，對評價圈閉的成藏風(fēng)險具有參考價值。