东海西湖凹陷深盆气勘探前景探讨

2013-04-29张建培余逸凡张绍亮唐贤君

中国海上油气 2013年2期

张建培余逸凡张田张绍亮唐贤君

（中海石油（中国）有限公司上海分公司）

“深盆气”最早在1927年发现于美国的圣胡安盆地，1976年在加拿大阿尔伯达盆地也发现了深盆气藏，1979年J.A.Masters将其定名为“深盆气”（Deep Basin Gas或 Deep Basin Gas Traps）［1］。与常规气藏相比，相对密度小的“气”位于构造下倾部位或盆地中央砂岩中，密度大的“水”却在构造高部位，因此“气水倒置”是深盆气藏最大的特点。要形成这种“气水倒置”的特殊气藏必须具备3个主要条件：一是构造平缓，若构造陡峭，地层倾角大，重力分异作用显著，气水就不易“倒置”；二是储层致密，在渗透性好、流体易流动的储层中也不易形成“气水倒置”；三是在低部位气区邻近要有优质生气母岩不断地供气，以使气在开始运移到储层中去的时候可以把储层中的水向上倾方向推进，而在达到一定平衡时，虽仍有气体上窜泄漏，但可以把水“顶住”，使之在一定高度上稳定下来［2-5］。

深盆气藏是分布于盆地深部的广布型天然气藏。西加拿大阿尔伯达盆地艾尔姆华士的深盆气储量达50×1012m3，几乎占到整个阿尔伯达盆地油气储量的50%；在北美许多盆地也发现了这种特大型天然气藏［6］；在中国的四川盆地、鄂尔多斯盆地以及松辽盆地也都有深盆气藏的发现。深盆气巨大的资源前景引起了地质家们的广泛关注。

东海陆架盆地西湖凹陷勘探研究表明，西湖凹陷具有形成深盆气藏的良好地质条件。笔者通过对西湖凹陷深盆气形成的关键石油地质条件和已发现气藏特征的剖析，并类比国内外典型深盆气藏特征及石油地质条件，探讨了西湖凹陷深盆气的勘探前景。

1 地质背景

西湖凹陷位于东海陆架盆地东北部，呈NNE向展布，南北长约500 km，东西平均宽约130 km，面积约5.9×104km2；西面自北至南与虎皮礁隆起、长江坳陷、海礁隆起、钱塘凹陷及渔山东隆起等5个构造单元相接，东邻钓鱼岛隆褶带，南与钓北凹陷相连，北邻福江凹陷。西湖凹陷总体上可划分为3个构造带，即西部斜坡带、中央洼陷-反转构造带（以下简称中央反转构造带）和东缘陡坡断隆带（图1）。

西湖凹陷是在晚白垩世末期雁荡运动构造背景上发育起来的中新生代沉积凹陷，据钻井和地震资料，以新生代碎屑沉积为主，最大厚度约18 000 m。西湖凹陷自下而上发育始新统前平湖组（E1—E2？由于缺少钻井、测井、同位素、古生物等资料，地层属性尚难确定）、平湖组六段（E2p6）、平湖组五段（E2p5）、平湖组三四段（E2p3-4）和平湖组一二段（E2p1-2），渐新统花港组下段（E3h2）和花港组上段（E3h1），中新统龙井组（N11l）、玉泉组（N12y）和柳浪组（N13l），上新统三潭组（N2s），更新统东海群（Qpdh）地层［7-12］。

图1 西湖凹陷构造单元划分

西湖凹陷形成于太平洋板块俯冲产生的弧后伸展环境，其构造演化可以划分为裂陷（古新世—始新世）、拗陷（渐新世—中新世中期）和整体沉降（中新世晚期—第四纪）3个阶段（表1）。

西湖凹陷构造格架具有东西分带、南北分块、纵向上多构造层叠合的基本特征，凹陷东西边界都有断裂控制，盆地原型为地堑式盆地［7-13］。

2 形成深盆气藏的有利地质条件

（1）宽缓稳定的古地貌背景

西湖凹陷形成于太平洋板块俯冲产生的弧后伸展环境，具有由弧后深部物质上涌和软流圈上升造成拉伸形成的裂谷盆地性质。从弧后拉张到弧后挤压，主要受东侧大洋板块的北西向俯冲，以及俯冲带向东迁移引发弧后次生扩张中心和岩浆底辟中心同步东迁的影响。西湖凹陷始新统平湖组发育的构造背景为前期弧后盆地的强烈拉张已经趋于缓和，前期构造拉张产生的巨大的盆地沉积可容空间进入充填期，沉积盆地处于残余弧后热沉降阶段［8-13］。随着海平面下降及钓鱼岛弧的逐渐隆升，西湖凹陷开始演变为受局限的“陆表海盆地”，其地貌特征为盆宽底浅、地形平坦、水体不深。

根据西湖凹陷构造发展演化史及现今构造特征，西湖凹陷在始新世（主要为平湖组沉积时期）主要受引张力作用，如图2所示，地层未发生褶皱反转，地层倾角较小，在地震剖面上显示为稳定宽缓地貌［8-13］。同时平湖组稳定的地震相特征也反映平湖组沉积时期为宽阔稳定的沉积环境，没有出现控凹断层控制沉积使地层厚度突然增大的现象。这种宽缓稳定的沉积背景为深盆气的聚集提供了良好的构造条件。

图2 西湖凹陷中部构造地质剖面

（2）广覆式多层系煤系烃源岩持续生烃

西湖凹陷发育始新统平湖组、渐新统花港组2套主要烃源岩系，其中平湖组主要为半封闭海湾背景下的陆表海、沼泽相煤系沉积，发育西湖凹陷主力烃源岩，烃源岩类型包括暗色泥岩、碳质泥岩和煤。烃源岩厚度大、分布面积广、埋藏深，广覆式分布于整个凹陷［12-13］。暗色泥岩总体围绕凹陷中心呈环带状分布，凹陷中心最厚，向隆起和斜坡区逐渐减薄，并具有明显的分区性，在平面上南部厚度大于北部（图3）。煤层及碳质泥岩主要发育于沼泽、潮坪沉积环境，其分布格局与暗色泥岩有所不同，在凹陷中心厚度较薄，在西部边缘区厚度相对较大（图4），一般为30～50 m，局部地区超过50 m。花港组沉积时期西湖凹陷演变为淡水湖泊或淡水海湾沉积环境，烃源岩同样包括暗色泥岩、碳质泥岩和煤层。花港组下段烃源岩发育较好，暗色泥岩厚度较大，碳质泥岩和煤层也相对较发育，是西湖凹陷一套重要的烃源岩层；花港组上段烃源岩发育程度一般。推测古新统—中下始新统也是西湖凹陷重要的烃源层。

分析结果表明，始新统平湖组煤和碳质泥岩具有较高的有机质丰度，加之其分布广泛、厚度大、多处于成熟—高成熟阶段，为凹陷的主力烃源岩层系［14-16］。这些烃源岩有机碳含量高，是一般泥岩的数十倍以上，大部分地区Ro＞1.2%，局部地区多在2%以上，尤其是在深凹区域，烃源岩普遍达到了高成熟—过成熟阶段，有机质已进入大量生气阶段。

西湖凹陷烃源岩有机质类型以腐殖型为主，以生气为主要特点，烃源岩广覆式分布，生烃强度大，总生气量大［17］，是“全天候”的优质烃源岩，其大约在44 Ma开始大量生烃，至今仍在生排烃，烃源岩的持续供烃为西湖凹陷深盆气藏的形成提供了有利条件。

图3 西湖凹陷平湖组三四段暗色泥岩等厚图

（3）广泛分布的致密砂岩储集体

深盆气藏以致密砂岩储层为特征。西湖凹陷平湖组三四段发育潮汐海岸和潮控三角洲沉积［12-14，18-19］，潮汐海岸砂岩均属于致密储层，孔隙度为5%～10%，渗透率大部分小于5 mD；潮控三角洲砂岩连片分布，较潮汐海岸砂岩物性变好，但整体仍然属于致密储层，平均孔隙度为10%，平均渗透率约8 mD。整体来说，平湖组三四段潮汐海岸和潮控三角洲砂岩多为致密储层，少部分为中孔、中渗储层。平湖组一二段三角洲砂岩厚度较大，大面积连片分布，比平湖组三四段砂岩物性好，孔隙度为10%～20%，渗透率一般较低（1～100 mD，平均约20 mD），钻探发现部分为致密储层，部分为中孔、中渗储层。砂体埋藏后经强烈压实和胶结作用进入致密化阶段，并且随着埋深的加大储集性能逐渐变差，形成广泛分布的致密储层［20］。

图4 西湖凹陷平湖组煤层及碳质泥岩等厚图

（4）“千层饼”式交互接触的源储组合

西湖凹陷平湖组砂岩层多为薄层，且绝大部分属于致密储层，砂岩粒度较细，非均质性较强。煤系地层发育在海陆过渡环境，沉积旋回性明显，稳定分布的煤系气源岩与致密储层紧密相邻呈“千层饼式”交互接触，相邻储层具有“近水楼台先得月”的优势条件，煤系烃源岩生成的大量烃类物质可直接排替地层水进入致密储集层中，而断陷—拗陷期广泛发育的张性断层又为沟通烃源岩与储集体创造了有利的条件［21］，同时烃类又不会借助砂体进行长距离的侧向运移，这种有机质丰度较高的源岩与致密储集岩的交互接触方式为深盆气的聚集成藏提供了有利的条件。致密储层中，气体与含水岩石之间的界面张力远大于浮力，气体很难单独在浮力驱动下上浮，在驱动压差作用下，气体不断推进气水界面前缘，当气体运动前缘达到渗透性更好的砂体时，界面张力逐渐消失，浮力成为主要运移动力；此时如果持续供气，将会在上部渗透性砂岩中形成受构造控制的常规气藏，而在致密砂岩中则形成上水下气气水倒置现象，大量的烃类被上覆水体封闭在致密储层中形成深盆气藏，形成一种气水的动态平衡。平湖组大面积分布的致密储层与煤系烃源岩的交互接触方式有利于形成深盆气藏。

（5）生气高峰期和成藏期晚

西湖凹陷平湖组烃源岩自始新世末期开始进入生烃门限，在渐新世末期达到生烃高峰，同时受喜马拉雅运动期间岩浆作用的影响，于渐新世末期—中新世早期发生了第一期油气充注事件。此时生成的油气主要在受花港运动控制的局部反转背斜带的有限圈闭中聚集，但烃源岩演化程度偏低，是区内一期次要的油气运聚事件。中新世中期至末期，盆地持续沉降，随着埋深增加，地温升高，平湖组烃源岩达到以生成湿气为主的高成熟阶段，底部甚至达到过成熟阶段，大量生排烃期来临。中新世末，平湖组之上的沉积地层厚度达2 500 m以上，强烈的机械压实作用和胶结作用，导致薄互层的平湖组砂岩大面积致密化而形成致密储层。生排气高峰期、致密储层形成时间一致，有利于平湖组及其以下始新统—古新统深盆气藏的形成，并在盆地的西部斜坡带以及中央反转构造带浅部地层形成常规天然气藏，完成了区内最为重要的油气充注事件［22］。此后，西湖凹陷未经受大的构造运动影响，盆地保持持续沉降，所形成的油气藏未遭受大的破坏，并且平湖组烃源岩现今仍在大量生烃排烃，上新世末至今研究区油气可以得到持续充注，有利于深盆气藏气水平衡的保持，为深盆气藏的保存起到关键作用。

（6）地层异常高压普遍发育

已发现的深盆气藏在含气层段附近存在地层压力异常现象，有的以异常高压为主（如加拿大阿尔伯达盆地深盆气田），有的以异常低压为主（如美国绿河盆地深盆气田）［23］。西湖凹陷存在异常压力［24］，主要分布在西部斜坡带、中央反转构造带和西次凹等区域，不同区域压力特征各异。西部斜坡带中部异常高压出现的深度相对较浅，约为3 300 m，但压力系数较高，最大超过了1.7，已达到强超压标准；西部斜坡带中北部异常高压地层的顶界埋深相对较大，约为3 600 m，但其压力系数相对较小，多小于1.5，为超压或弱超压；西部斜坡带中南部3 800 m以上储层属于正常压力系统。西部斜坡带中部与中北部出现超压的深度虽然存在差异，但其对应的层位基本一致，多存在于平湖组一二段。西次凹异常压力出现的深度较大，超压顶界面大致在3 700 m，压力系数多小于1.4，以弱超压为主。中央反转构造带花港组下段及平湖组也存在明显的异常高压。

3 西湖凹陷气水分布特征及模式

勘探结果表明，西湖凹陷不同层段、不同构造单元气水分布特征存在差异。

平湖组三四段：已钻井在中央反转构造带主要产气，为气层，在西部斜坡带气水同出，个别井甚至主要产水，表现出由凹陷中心向斜坡上倾方向含水饱和度增大的趋势，具有构造高部位产水而低部位主要产气的特征，总体上反映出深盆气藏的特征。

平湖组一二段：中央反转构造带部分井产气，部分井为气水同层，个别井为干层或产水；西部斜坡带以气水同层为主，少部分为油、气、水同层；由中央反转构造带到西部斜坡带含水饱和度呈增加的趋势，整体呈现气水过渡的特征，与深盆气藏中的气水过渡带相当。

花港组下段：中央反转构造中南部主要为气水同层，北部主要为干层；西部斜坡带整体含水饱和度比中央反转构造带高，其南段部分为油水同层，部分产水，北段主要产水。花港组下段地层含水饱和度整体较平湖组大大增加，表现出由平湖一二段气水过渡带开始向饱含水带过渡的趋势，在高部位发育常规天然油气藏。

花港组上段：中央反转构造带大部分井油、气、水同出，具有常规油气藏油水关系特点；西部斜坡带除个别井产少量油外大部分主要产水。中央反转构造带花港组上段开始出现油藏，说明已逐步进入常规油气藏区。

根据西湖凹陷流体分布特征，推测其古新统—中下始新统为深盆气藏饱含气带主要发育层段，平湖组一二段为深盆气藏的气水过渡带，到花港组进入常规油气藏带。西部斜坡带中部为深盆气藏气水过渡带的西侧边界，深盆气在此多遭受破坏而逸散，但可再运移至构造圈闭中形成油、气、水关系正常的常规油气藏（图5）。

图5 西湖凹陷深盆气藏与常规油气藏气水分布模式

4 深盆气勘探前景

西湖凹陷始新统平湖组煤层、暗色泥岩及碳质泥岩干酪根多为III型（腐殖型），有机质丰度较高，烃源岩已大面积进入成熟阶段，凹陷中心早已达到高成熟阶段，煤系烃源岩以大量生气为主，且烃源岩现今仍在继续生排烃。平湖组烃源岩具有巨大的生烃潜力，其中平湖组三四段及五六段烃源岩尤其重要，其早已进入高成熟—过成熟阶段，主要生成天然气，从古至今持续生排烃，是一种“全天候”强生气型烃源岩。平湖组潮控三角洲、辫状河三角洲以及浅水三角洲砂体与泥岩呈“千层饼”状交互叠置，整体表现为“泥包砂”的特点，储层与烃源岩的这种交互接触，是有利的生储盖组合结构，且平湖组储集层以在凹陷两侧边缘大面积分布的致密砂岩为主。西湖凹陷普遍存在异常高压，为深盆气的形成提供了有力的动力条件。因此，西湖凹陷平湖组及其以下地层具备形成深盆气藏的有利地质条件。深盆气饱含气带分布于平湖组三四段及其以下地层，区域性的气水过渡带为平湖组一二段，花港组以上为常规储层饱含水带和常规油气藏分布带（图5）。总体上，西湖凹陷具有良好的深盆气勘探前景。