珠江口盆地白云凹陷北坡陆架坡折带地质特征及其油气勘探潜力

张忠涛 秦成岗 高鹏 屈亮 刘道理 徐徽 徐乐意 周凤娟

中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院

珠江口盆地白云凹陷北坡陆架坡折带地质特征及其油气勘探潜力

张忠涛 秦成岗 高鹏 屈亮 刘道理 徐徽 徐乐意 周凤娟

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白云凹陷北坡地区是珠江口盆地最有利的油气勘探区域之一,其层序地层学特点表现为沉积受控于特殊的古地理位置——陆架坡折带。从距今21 Ma至今,陆架坡折带位置基本保持在该区附近,在低海面时期发育了大量低位体系域沉积砂岩体,具备优先捕获油气的有利条件。为此,在前人研究的基础上,利用钻井、地震资料,结合各种层序界面特征,重新确定了该区新近系珠江组下段SB23.8、SB21等2个层序界面,划分出2个三级层序、5个四级层序地层单元,从而建立起等时地层格架;之后,对该区近3 000 km2三维地震SB21.0层序界面之上的陆架坡折点进行了识别和追踪,确定出陆架坡折带的分布范围,识别出其低位体系域时期所分布的主要沉积地质体:主要有低位楔或陆架边缘三角洲、水道充填、低位扇等3种类型,并对其特征及展布规律进行了详细描述。结论认为:上述陆架坡折带具备有利的油气成藏条件,充足的油气源,优越的储集条件,良好的运聚匹配条件和保存条件以及晚期成藏特征等,同时,由于其上的砂岩体具有良好的形成岩性—地层圈闭条件,因此,该陆架坡折带极具油气勘探价值。

珠江口盆地 番禺低隆起—白云凹陷北坡 层序地层学 陆架坡折带 低位楔 水道充填 低位扇油气藏形成

1 层序地层格架及低位体系域构成特征

笔者在前人研究的基础上,利用钻井资料和地震层位标定成果,根据不整合面、下切谷、岩性和电性的突变界面等层序界面特征,重新厘定该区珠江组下段SQ23.8、SQ21这2个层序界面,划分出2个三级层序。在此基础上,在三级层序内追踪海泛面划分出高精度的5个四级层序地层单元(准层序组或体系域),从而建立起等时地层格架(图1)。

图1 层序划分和沉积充填示意图

1.1 SQ23.8层序

可划分出海侵及高位体系域2个四级地层单元,分布在该区北西方向,以古珠江三角洲平原及前缘沉积为主,富含砂,多由中粗粒砂岩及细砂岩组成,向东南方向逐渐减薄。

1.2 SQ21层序

可划分出低位、海侵及高位体系域3个四级层序单元。海侵、高位体系域分布在北西方向,以古珠江三角洲前缘及前三角洲沉积为主,含砂率低,砂体向东南方向逐渐减薄、尖灭。低位体系域则分布在东南部,位于陆架坡折下部,主要沉积低位楔(陆架边缘三角洲)、低位扇等砂体,这些砂体夹于大套泥岩之中,厚度变化大,具有良好的储盖条件及形成岩性油气藏的优势。

2 21 Ma陆架坡折带及其控制的低位体系域沉积体沉积特征

2.1 21 Ma陆架坡折带的分布

2.1.1 陆架坡折的识别

陆架坡折带位于陆架最外缘与陆坡之间坡度明显转折的地带,最突出的特征是地形坡度发生明显转折,而地形坡度的迅速变化又影响上覆水体运动和沉积物运移。陆架坡折带具有独特的水动力条件和沉积作用过程,通常是陆源碎屑物质从陆架向陆坡和大洋搬运的暂时停留区[11-12]。

珠江口盆地白云凹陷北坡珠江期—现今沉积时期为典型的陆架陆坡形成时期,海侵海退变化频繁,而强烈海退期,古珠江大河可跨过陆架,进入到陆坡及深水区,在陆架坡折带以下形成低位体系域的沉积,包括低水位扇、低水位楔、下切谷等。这些都是寻找大规模油气藏的有利储集体。

陆架坡折带地形较为复杂,所以,确定陆架坡折点和范围的方法非常重要。陆架坡折点为陆架最外缘坡度开始明显变化的点,它位于陆架与陆坡之间过渡带的向陆点。古陆架坡折点的识别则更加困难,主要依赖于地震资料,是在确定了层序边界的基础上进行的。可分为以下2种类型加以识别。

1)确定初始海泛面:初始海泛面是Ⅰ型层序内部初次跨过陆架坡折的海泛面,也是低位和海侵体系域的分界面,通常在地震剖面上是层序界面之上第一个上超点所对应的地方,其下为明显的沉积楔状体(此处要注意楔状体,虽在向陆方向也有沉积,但在向海方向也有沉积),此点即可作为陆架坡折点(图2-a)。

图2 利用地震剖面确定古陆架坡折带示意图

2)确定低位楔状体的尖灭点:地震剖面上,层序界面之上的第一个上超点较难找到,但有些地方低位楔状体的尖灭点非常清晰,可将此点作为陆架坡折点(图2-b)。

2.1.2 21 Ma陆架坡折带分布范围

根据以上确定陆架坡折点的方法,对该区内近3 000 km2三维地震SB21.0层序界面之上的陆架坡折点进行了识别和追踪,最终确定了陆架坡折带的范围。该区陆架坡折线呈弧形向海盆方向分布,大致和番禺低隆起与白云凹陷的分界线近于平行,西侧位于A气田北部,方向近E—W,向东逐渐向北东方向延伸(图3)。

图3 21 Ma陆架坡折的展布图

2.2 21 Ma陆架坡折带低位域沉积体特征及其展布规律

低位域沉积体是沉积层序低位体系域内发育的不同成因类型沉积体的总称。

通过对陆架坡折带内沉积特征的研究发现,其低位期主要发育有低位楔(LSW)或陆架边缘三角洲(shelf-margin delta)、水道充填(ICH)、低位扇(LSF)3种类型。其分布如图4所示,低位期在陆架坡折带附近发育陆架边缘三角洲、滨岸沉积体系,而在陆架坡折带下方的陆坡区发育下切水道和水道化斜坡扇体,随着向海方向地貌坡度变缓的地方可见深水朵叶体。

图4 21 Ma低位域砂体及陆架坡折带分布图

2.2.1 低位楔(LSW)

低位楔,全称为低位前积楔状体(Lowstand prograding wedge),或陆架边缘三角洲(shelf-margin delta),指发育于大陆架边缘,越过大陆坡折线向陆坡延伸发育的三角洲。

低位楔是在海平面相对上升期间形成的,由进积式到加积式准层序组构成的楔状体。其主要位于陆棚坡折向海一侧,并上超在先期层序的斜坡上,其顶面便是低位体系域的顶界——初始海泛面,它将低位体系域加积式准层序叠置样式与上覆海侵体系域退积式准层序叠置样式有效地区分开来。一般来说,低位楔沉积物较先期层序的高位体系域沉积物富含更多的砂质,并可被上覆海侵体系域页岩所封堵,形成地层—岩性圈闭[13-17]。

该区内,已经发现了该套沉积体系的存在,并进行了钻探,发现了A气田。通过总结,低位楔主要有以下特征:

1)存在明显的三角洲砂体的叠置,是一套由粉细砂岩到中砂岩组成的向上变粗的,具反旋回特征(漏斗状测井曲线响应)的不完整三角洲,主要发育三角洲前缘及前三角洲亚相,缺乏三角洲平原亚相,而代之以海泛面及其上发育的深水泥岩。砂岩体最厚可达50 m,但厚度变化大,向上倾坡折方向迅速减薄、尖灭。砂岩体通常被上部和下部的泥岩包裹、覆盖,因此极易形成岩性地层圈闭。

2)从碎屑岩岩石学特征来看,按粒度结构特征大部分属于中粒砂岩,不等粒砂岩和细粒砂岩次之;从碎屑成分特征和含量看,物质组分相对较为单一,主要为石英(约占60%),其次为岩屑(含量较高,最高达48%,平均为35%),成分成熟度偏低;分选性中等—差,磨圆度以次棱角为主,且大多数为颗粒支撑、点线接触的孔隙式—接触式胶结为主,杂基含量较高。这些现象主要反映近物源和较高能沉积环境的快速堆积作用。

3)主要发育块状构造、板状斜层理、楔状交错层理、冲洗层理、平行层理、正粒序层理、逆粒序层理、浪成砂纹层理、波状层理和底冲刷构造、阶梯状微型同生断层及滑动变形层理等原生沉积构造标志。

4)大型水平、斜交、直立虫管、潜穴和扰动构造等遗迹化石非常发育,总体以斜交虫管和生物扰动为主,如在中—粗砂岩中产有最接近Skolithos遗迹相和Cruziana遗迹相的组合。这些密集的Skolithos生物遗迹相和Cruziana遗迹相的组合,代表了物理化学条件易变和沉积物密度较高和具有一定水体深度的流态环境,说明沉积作用发生在最靠近河口或直接位于河口两侧的三角洲前缘水下分流河道和河口坝环境。

5)粒度分布具有明显的牵引流特征,在概率图上表现为两段式(跳跃总体段和悬浮总体段)或三段式(滚动总体段、跳跃总体段和悬浮总体段)。

6)低位楔沉积体在地震剖面上呈明显“楔状”外形,通过上超逐渐向陆尖灭,内部为叠瓦—前积状反射结构,顶面为一个强振幅反射界面(图2-a),平面分布受坡折带的控制非常明显,主要在坡折带上方局限分布。在联络测线地震剖面上,于三角洲上倾方向往往能较清楚地发现一系列下切谷。

低位楔主要发育在陆架坡折带较平缓的部位,该区内存在多个陆架边缘三角洲朵体,如图5中a、b等沉积体。

图5 番禺—流花地区水道特征图

2.2.2 水道充填(ICH)

当海平面快速下降时,沉积物越过陆架边缘,主要以水下水道为主要搬运方式。水道一般呈舌形、长条形向盆底延伸,如果携带足够多的沉积物,其末端都会形成水下扇堆积。如果水道分布较密集,其下方的水下扇会相互影响,形成多个扇体相互交错叠置的扇群。

该区目前无钻井钻遇到该地质体,但在该区东部,其水下水道的地震特征非常明显:利用最新采集的3D地震资料,以精细的3D地震资料做基础,能够清晰地观察到水道的侵蚀、平面分布等特征。通过分析,发现了8条水道(图5中①～⑧),自西向东依次排列,由北向南延伸,随着坡度的逐渐减缓,在河道下方分别演化为扇状朵体,并相互叠置(图5-a)。这些水道在不同位置,其形态、宽度、长度都不同,但具有相似的地震相特征:地震同相轴呈点、段式反射,下切特征明显,振幅中等—高(图5-b)。通过这些水道下切形态、深度、地震反射特征和沉积厚度,可推测其形成于同一时期,且物源均来自于正北方向。

2.2.3 低位扇(LSF)

低位扇是当海平面快速下降,下切水道把粗粒沉积物搬运到陆架坡折带之下的陆坡、坡底等区域而形成的重力流沉积体,通常分布在下切水道的前方。根据海平面下降程度和沉积位置的不同,可分为斜坡扇和盆底扇。该区主要发育的是斜坡扇及坡度变缓而形成的朵叶状扇体(图4)。

2.2.3.1 斜坡扇

斜坡扇是在海平面相对下降晚期或上升早期形成的,位于陆架坡折的斜坡边缘,顶部是低位楔中部和上部的一个下超面。其地震反射特征是一端上超,一端下超,中、低振幅,连续性好。白云凹陷的地震剖面上可识别出多个斜坡扇体,并有明显的水道天然堤系统,内部结构有丘形、海鸥翼状等(图4)。

2.2.3.2 朵叶状扇体

在该区内斜坡扇下方及多条下切水道的下方分布着多个朵叶状扇体,为典型的低位扇体(图4、图5-a)。这些扇体有的表现为强振幅特征,多数扇体内振幅分布不均匀,受河道的控制明显。

这些扇体都是非常有利的潜在勘探目标,可以是构造圈闭,也可以是岩性圈闭,可利用相干和地震属性技术,通过提取振幅类、频率类等地震属性信息,刻画出扇体与深水泥岩发育区存在的变化带,预测扇体的有利储层发育区。

3 21 Ma陆架坡折带的油气成藏条件

21 Ma陆架坡折带上低位域砂体发育,由于这些砂体周围均被半深海、深海相泥岩所包围,具有良好的储盖条件,同时毗邻白云凹陷主生烃区,因而具有非常好的油气成藏条件。

3.1 充足的油气源

白云凹陷面积超过2×104km2,是珠江口盆地面积最大、基底最深的凹陷,且长期沉降,有巨厚的新生代沉积(最大沉积厚度超过11 000 m),其中古近纪沉积厚度超过6 000 m。区域研究成果认为,白云凹陷古近纪文昌—恩平组沉积巨厚,形成封闭的洼地,面积达5 000～7 000 km2,具备形成湖盆的条件,而且它位于潮湿的古气候带,有足够的水源,因此具有良好的湖相烃源岩沉积。

3.2 丰富的物源及优越的储集条件

国外深水油气勘探表明,陆架坡折带沉积体储层具有优越的储集性能,并在其中发现了大量油气[18-21],而充足的物源补给是低位体系域砂体形成的必须条件。当沉积物供给充分,快速持续堆积在陆架至陆坡区域,常常具有欠压实的特征,使得储集层具有超出相同深度其他储层的孔、渗条件。同时,古珠江水系提供的大量优质陆源碎屑物持续供给,形成早期储集性能优越的高位域砂体,这些砂体也是后期低位体系域砂体的主要来源,它的丰富和质优,使得该区低位域砂体也具有比较好的储集性能。

该区A气田的主力气层GAS1就属于陆架边缘三角洲沉积体系。通过钻井取心及多口探井的测井解释,证实其储层物性非常好,平均孔隙度达12.8%,平均渗透率为31.2 mD,属中孔、中渗储层。

3.3 “复合输导”——提供高效的运移条件

油气的输导体系主要包括断层、砂体、构造脊、不整合面和流体底辟。该区具有发达的输导体系。

1)T50之下发育一套连续稳定、区域分布的砂体,为油气的横向输导及长距离运移提供了必要条件。

2)该区以断层密集发育、穿越层位多为特点,有的断穿T30(距今5 Ma),甚至海底。断层是油气运移的重要通道。

3)不整合面主要分布在新、古近系间,且多为平行不整合,作为输导体系主要与砂体一起发挥作用。

4)构造脊是盆地隆起向凹陷延伸的鼻状高带,脊的一端向凹陷倾没,另一端则朝向隆起。油气从烃源岩排出,经断层、砂体、不整合面等途径进入区域性油气运载层珠江组下段、珠海组后,继续从低处向高处流动时,总是沿着构造等高线的法线方向运移,所以构造脊就成为油气从压力大向压力小方向汇集的路线,成为油气运移的重要路径。

5)该区地震剖面上识别出大量地震模糊带,主要发源于古新统—始新统文昌组、恩平组,即该区主力巨厚烃源岩——泥岩层,其两侧、顶部常见亮点(振幅异常),北部钻井已揭示亮点与气层存在良好对应关系,由此看来,模糊带主要为流体底辟成因,是天然气垂向运移的一个良好通道[19-25]。流体底辟带沟通了埋藏较深的文昌组、恩平组烃源岩与白云凹陷互相叠置的各类储集体,使油气向上运移,在上部储层聚集成藏。

由于断层和砂体在空间上的复杂性和性质上的多样性,以及古构造脊在不同时期的分布状况不同,加上流体底辟的垂直沟通作用,它们搭配出了该区丰富多彩的油气输导体系。

3.4 “晚期成藏”——大气田形成的必要条件

中国气田勘探实践表明,晚期成藏是中国大、中型气田形成的主控因素之一[26-34],因此明确一个地区天然气成藏是否属于晚期成藏意义重大。

通过分析认为,该区圈闭都是在东沙运动(距今5～10 Ma)之后形成的,而主要烃源岩——恩平组烃源岩的主生、排烃时期在距今16 Ma以来,成藏关键时刻更是在距今10 Ma—现今,油气运聚匹配良好,属典型的晚期成藏,因此具有形成大中型气田的有利条件。

3.5 富泥区提供良好的保存条件

因天然气的组分较轻,流动性较强,易散失,所以对保存条件的要求非常严格。该区目前已发现的天然气藏全部位于含砂率小于20%的区域内,珠江组区域盖层的优越条件是厚度大、延伸范围广、连续性好。它不但对气藏起正常的封盖作用,而且在断裂发育处对气藏有重要的侧封作用。

正是由于海相富泥区的巨厚泥岩提供了良好的保存条件,使得该区的天然气藏的充满程度非常高,同时,也非常有利于形成地层、岩性圈闭。

4 结论

1)通过钻测井、地震等资料,识别出21 Ma层序界面,并利用多种地震特征,确定出21 Ma陆架坡折带的分布范围。

2)识别出陆架坡折带其低位体系域时期所分布的主要沉积地质体,主要有低位楔(LSW)或陆架边缘三角洲(shelf-margin delta)、水道充填(ICH)和低位扇(LSF)等3种类型,并对其特征及展布进行了详细研究和论述。

3)21 Ma陆架坡折带具有有利的油气成藏条件:充足的油气源,优越的储集条件,良好的运聚匹配条件及保存条件,晚期成藏特征等。同时,由于其上的砂岩体具有良好的形成岩性—地层圈闭的条件,陆架坡折带极具油气勘探价值。

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10.3787/j.issn.1000-0976.2011.05.010

张忠涛,1977生,工程师,硕士研究生;2004年毕业于中国石油大学(北京);主要从事含油气盆地地质综合研究与勘探目标评价工作。地址:(510240)广东省广州市江南大道中168号海洋石油大厦17F。电话:13826062358。E-mail:zhangzht@ cnooc.com.cn

2011-01-13 编辑 罗冬梅)

张忠涛等.珠江口盆地白云凹陷北坡陆架坡折带地质特征及其油气勘探潜力.天然气工业,2011,31(5):39-44.

珠江口盆地是中国近海最重要的含油气盆地之一,在新近纪—第四纪为海相碎屑岩沉积,是层序地层学研究、实践、总结的重要场所。盆地层序地层学研究始于20世纪80年代,在许仕策等专家的努力下,利用大量探井的古生物定年和环境信息建立起新近纪以来的相对海平面变化曲线,从而建立起全区的三级层序地层格架[1-10]。

该区域位于中国南海北部珠江口盆地中部,包括番禺低隆起及白云凹陷北坡,是珠江口盆地最有利的油气勘探区域之一,目前已经发现了多个天然气田。该区沉积环境整体经历了从陆相到海相的变化,始新世时期为典型的陆相沉积,其后随着南海的扩张,海水向北部大面积侵进,形成以古珠江三角洲、浅海陆棚及深水重力流为主的沉积体系,其中距今18.5～23.8 Ma时期的下中新统珠江组下段是最主要的勘探目的层。

笔者在前人研究的基础上,对该区早中新世—中中新世进行了系统的层序地层分析,认识到该区层序地层学的特点取决于其特殊的古地理位置——陆架坡折带。由于陆架坡折带位置从距今21 Ma至今基本维持在白云凹陷北坡附近,使得该区长期处于陆架坡折以下的斜坡深水环境,在低海面时期发育了大量低位体系域沉积体,而勘探实践也证明了该区低位体系域(以下简称低位域)砂岩体的存在。由于低位域砂岩体分布局限,非常有利于形成岩性—地层圈闭,且紧邻生油凹陷,具备优先捕获油气的有利条件,是非常重要的勘探新领域,应对其进行深入研究,以了解、认识、掌握其沉积特征、分布规律、控制因素和油气成藏条件、勘探潜力等。