中国南方海相残留盆地勘探风险分析与选区评价

2013-11-01徐政语姚根顺王鹏万

石油实验地质 2013年1期

徐政语，姚根顺，黄羚，董雍，王鹏万，俞广

(中国石油勘探开发研究院杭州地质研究院，杭州 310023)

中国南方海相地层广布、油气显示众多，虽历经50余年勘探，但至今仍处于技术方法攻关与选区评价阶段;油气资源调查工作经历了从常规到常规与非常规并举的勘探思路转变，探测深度经历了从浅层到中深层、到深层、到深浅层兼顾的转变，探查手段经历了从地面地质概查到重磁电震技术相结合的普查、到山地地震技术与钻井技术相结合的详查几个阶段的转变。目前中国石油已在滇黔北地区钻探了多个目标，有多口探井获得了常规与非常规油气发现，正逐步总结经验、朝着建成南方页岩气与常规气先导试验区为目标的方向努力。本文对中国南方海相残留盆地的成盆背景、成藏条件及勘探风险进行了分析，优选了有利勘探区带。

1 成盆背景分析

综合前人成果[1－3］，中国南方海相残留盆地在成盆历史时期经历过四堡、晋宁、广西、东吴、印支、燕山、喜马拉雅等多期地质事件。地层发育经历了特提斯期前的陆核(海盆基底)形成、原特提斯阶段的华南陆块群开合与多岛洋盆、古特提斯阶段的华南陆内裂陷与陆缘边缘海盆、新特提斯阶段的陆缘洋盆消减与陆缘造山前陆、特提斯期后的内陆造山隆升与滨太平洋陆缘裂陷6大阶段。具体呈现盆地基底形成于晋宁期，沉积盖层发育于震旦纪—古生代陆内开合阶段，消亡于华南联合大陆形成期(即海陆交互相盆地形成期)，改造于华南陆内造山与陆缘非造山及陆盆发育阶段，现今盆地实为6个世代的叠合[4］。

1.1 原特提斯海盆发育世代

为震旦纪至加里东期(Z－S)陆内裂陷、坳陷至周缘前陆海盆发育世代，四堡期前南方处在古陆块群与原始大洋发育时期，四堡事件(即格林威尔事件，Grenvile orogen)后，扬子、华夏等微古陆块逐渐形成、并逐渐拼碰会聚成华南联合古大陆，成为全球Rodinia超级大陆的一部分，南方海盆基底逐渐成型。晋宁期后(即Rodinia超级大陆裂解事件)，华南联合古大陆逐渐进入裂陷、坳陷与周缘前陆盆地发育世代，表现为晋宁期华南联合古大陆裂陷海侵、华南内陆海盆开始形成、发育有陡山沱组深水相沉积，加里东早期进入内陆坳陷、发育有牛蹄塘组海盆相沉积，加里东晚期演化为周缘前陆盆地、发育有五峰—龙马溪组深水盆地相沉积。

1.2 古特提斯海盆发育世代

海西期(D－T2)受加里东期后华南联合古陆顺时针旋转及由南半球向北半球漂移双重作用影响，自泥盆纪开始，华南联合古陆沿西南缘早古生代残留的原特提斯洋盆发生裂解与陆块离散，诞生了新的大洋——古特提斯洋。华南逐渐进入陆缘裂陷与陆内坳陷海盆发育世代，并沿NE与NW两组断裂方向海侵、形成了系列相间排列的台盆与台地。从中泥盆世开始，随着古特提斯洋的不断扩张，依次在扬子西南缘孕育了几条新的洋壳或过渡壳洋盆，如金沙江—墨江支洋、甘孜—理塘支洋、哀牢山支洋、八布支洋等。期后延续至中生代早期(三叠纪)，南方大陆一直为古特提斯洋(包含海槽与洋盆)所环绕，发育的海盆均与古特提斯洋的活动密切相关，大致经历了泥盆纪—早石炭世“北挤南张”、晚石炭世—早二叠世“南消北裂”和晚二叠世—中三叠世“南碰北张”3个重要的演化阶段。

1.3 新特提斯大陆形成与陆缘海盆发育世代

印支期(T3－J2)随着印支、华夏等陆块与扬子的敛合，华南联合大陆逐渐形成、并与北部华北大陆拼碰，周缘洋盆相继封闭、内部早期发育的拼合带逐渐褶皱造山与隆升，南方大陆主体逐渐结束海盆沉积历史、进入陆内与陆缘前陆交互相盆地发育世代，中心区海相地层开始隆升剥蚀与褶皱变形。但大陆西缘相继裂陷，进入新特提斯海盆发育世代，总体形成有利于前陆与类前陆盆地发育的世代。

1.4 后特提斯陆内造山期海盆改造世代

早燕山期(J3－K1)随着环太平洋构造域造山后岩浆活动的增强，南方东部海相地层进入快速隆升剥蚀与褶皱冲断变形阶段，同期陆内断陷与陆缘裂陷陆相盆地相对发育;西部总体继承印支期挤压应力场环境，延续前陆或陆内坳陷盆地性质，海相地层也开始遭受强烈褶皱与隆升剥蚀改造。

1.5 后特提斯造山后海盆改造世代

晚燕山—早喜马拉雅期(K2－E)南方基本延续“西挤东张”应力场环境，大体以建始—彭水—贵定断裂为界形成东、西2大成盆区域。其中东部表现为造山后陆缘裂陷应力场环境，陆内走滑拉分与陆缘走滑伸展陆相盆地发育，海相地层以强烈拉张断陷及剥蚀改造作用为主;西部表现为造山后快速隆升期陆内走滑拉分的断陷陆相盆地应力场发育环境，海相地层及海陆交互相前陆盆地表现为强烈褶皱、冲断走滑裂解以及隆升剥蚀改造为主。

1.6 后特提斯造山带裂解海盆改造世代

晚喜马拉雅期(N－Q)随着南方进入新近纪陆内走滑隆升断陷与陆缘坳陷陆相盆地发育世代，大陆东部逐渐进入环太平洋构造域粤海陆缘造山带裂解后的热沉降阶段，因而发育陆相新近纪—第四纪的坳陷盆地，以发育河网密布的冲积平原与滨浅湖相沉积为特征。大陆西部则随着新特提斯洋的封闭及印度次大陆与欧亚大陆的碰撞造山作用的持续，总体处于强烈的挤压与快速隆升状态，表现出强烈的褶皱冲断与大规模的走滑断裂活动(压剪、张剪)及碱性岩浆侵入，出现广泛的隆升与剥蚀作用，海相地层及海陆交互相前陆盆地逐步演变为残留盆地。

由此可见，南方海相残留盆地原型于震旦纪—古生代，局部延续至中生代，主体改造于中生代早期，今格架面貌定型于新生代，多数海相残留盆地发育于中西部继承性隆起区，海陆相叠合盆地继承或新生于华南活动大陆边缘区。

2 油气成藏条件分析

结合以上成盆背景分析，南方海相残留盆地共经历了震旦—志留纪、泥盆纪—中三叠世、中—新生代三期成盆与加里东、印支、燕山三期盆山转换，发育了从造山期前海盆到同造山期海陆交互相前陆、到造山期后陆盆碳酸盐岩与泥页岩相互叠置的多旋回生储盖组合[3，5］(图1)。其中，江绍—十万大山断裂以北地区发育震旦系—下古生界及中—上古生界2套成藏组合，以南地区主要发育中—上古生界1套成藏组合。

图1 中国南方地层综合柱状剖面简图Fig.1 Simplified stratigraphic column of South China

震旦系—下古生界成藏组合:烃源层系包含陡山沱组、牛蹄塘组(渣拉沟组)与五峰—龙马溪组3套黑色碳质泥页岩;储集层系包含灯影组、石冷水组—娄山关组白云岩与红花园组灰岩以及翁项组碎屑岩4套;盖层包含下寒武统与志留系泥页岩以及中上寒武统膏盐岩3套。内部可进一步细分为震旦、寒武—奥陶、志留系3套次级组合单元(图1)。

中—上古生界成藏组合:烃源层系包含下泥盆统台盆相塘丁组黑色泥页岩、中泥盆统罗富组黑色泥页岩以及下石炭、下二叠、上二叠统煤系烃源岩与下二叠统碳酸岩盐烃源岩，局部地区包含下三叠统泥页岩;储集层系包含同期异相的四排组白云岩、东岗岭组与应堂组礁滩相碳酸盐岩以及上泥盆统桂林组生物礁储层和融县组白云岩、中—上石炭统白云岩等;盖层包含泥盆—石炭系泥页岩以及局部地区三叠—侏罗系泥页岩。其内部可进一步细分为中下泥盆统、上泥盆—下石炭统、上石炭统—中下二叠统以及上二叠统—中下三叠统4套次级组合单元(图1)。

地化指标与成烃史分析表明，南方海相残留盆地烃源岩现多已进入高—过成熟演化阶段，油气成藏过程经历了加里东—海西期生油、印支期裂解成气、燕山—喜马拉雅期调整与改造三期以上事件[6］，今古油藏与油气显示分布多受不同时期隆起及古地理格局控制(图2)。

据前人成果分析[7］:江南—雪峰古隆起对其周缘古油藏与油气显示有明显控制作用(图2)，其中沉积期古隆起主要影响原生期油气分布，成藏期古隆起主要制约着油气运聚，调整期古隆起则影响着油气再分配，定位期隆起最终决定油气的富集与成藏[8］。由此可见，剖析南方海相残留盆地不同历史时期隆起形成、演化与迁移过程对评价与优选南方海相现今有利区带意义重大[9］。加里东与海西期古隆起影响震旦系—下古生界及上古生界原型期有利生烃中心与有利油气运聚区带分布，印支期古隆起影响上、下古生界次生改造成藏的有利油气运聚与再分配区带，燕山—喜马拉雅期隆起则影响上、下古生界次生改造残余油气藏的有利富集与保存区带分布。

2.1 古生界油藏分布

图2 中国南方大陆加里东期震旦系—下古生界古油藏及油气显示与古隆起分布Fig.2 Ancient reservoirs in Sinian－Lower Paleozoic strata during Caledonian stage and relationship between petroleum shows and ancient uplifts in South China

加里东期南方进入多幕次造山活动阶段，全区发育了江南—雪峰、康滇、黔中以及川中等古隆起，成为其邻近浙西、湘鄂西、黔北、黔南、蜀南等坳陷生烃中心的有利油气运移指向区。如广西运动末期扬子南缘发育的江南—雪峰古隆起就成为震旦系及下古生界组合油气充注与聚集成藏的有利场所。其中东段发育有余杭泰山、慈利南山坪等上震旦统古油藏[7］，中西段发育有通山半坑、麻江、凯里等下古生界古油藏群[10－11］。同期上扬子区川中乐山—龙女寺古隆起则控制了四川盆地震旦系—下古生界古油藏的分布[12］，其南缘黔中隆起则控制了金沙岩孔、开阳洋水(用沙坝)、翁安白斗山(铅厂)等上震旦统古油藏的分布。

2.2 中—上古生界油藏分布

进入海西期，因受扬子边缘拉裂活动影响，其南缘发育形成了系列黔桂“台盆”景观，使扬子南缘连陆台地或孤立台地逐步演化成沉积期古隆起，并由此控制了南丹大厂、隆林安然等上古生界及下三叠统油藏群，成为典型意义上的自生自储型原生海相油气藏[13］。晚古生代—早三叠世扬子南缘台盆相区生成的油气大量向连陆台地或孤立台地边缘运移，并聚集于台地边缘的生物礁、滩中，形成受岩性与构造双因素控制的原生构造—岩性油气藏。

印支期扬子区发育的古隆起主要有泸州及开江隆起，两者总体控制了上扬子区印支期的油气运移指向，围绕隆起核部及其斜坡部位形成了系列古生界原生型油气藏[12］。其中下志留统、二叠系及下三叠统烃源岩多于中三叠世进入生气生油高峰，基本与隆起形成时间(中三叠世末)同期;早期于上石炭统及二叠系地层中聚集的石油，随着上覆侏罗系沉积地层的增厚，烃源岩大多于印支期进入干气阶段生烃高峰，泸州及开江古隆起得到了持续供烃，在深埋过程中同时也使先期聚集于隆起带内的石油逐渐热裂解为天然气。因而充注至晚侏罗世—古近纪，隆起带已聚集成为巨型天然气田[12］，表明泸州及开江古隆起自印支期以来一直对油气运聚起到了重要的控制作用[7］。

综上所述，可见南方海相原生及次生油气藏分布主要受控于原型期生烃凹陷附近的古隆起与古斜坡。加里东和印支期大隆大坳的古地理背景格局，使得不同地区发育的成藏要素相互匹配、油气得以聚集成藏。期后受南方中—古生界原生油气藏深埋热裂解和燕山—喜马拉雅造山活动改造影响，中—古生界原生油气藏多已调整与改造成为次生油气藏与残余油气藏。

2.3 海相油气藏保存

晚侏罗—早白垩世随着燕山运动对中国南方海相原生油气藏的保存与破坏起到了决定性的作用，大致以湘中—鄂中一线为界，东、西部形成了明显不同的构造变形样式与改造强度，古隆起及斜坡区的改造与油气保存有明显差异。

据地层接触关系分析，燕山运动主幕在南方西部地区主要表现为整合或平行不整合接触，构造运动与变形相对较弱，具体体现为四川盆地的白垩系沉积为整体隆升及短期沉积间断，其燕山—喜马拉雅期的金属矿点分布较少;而南方东部广大地区白垩系与侏罗系均为角度不整合接触，大部分地区上白垩统直接不整合于中、下侏罗统甚至更老地层之上，沉积盖层表现为褶皱、冲断与强烈的抬升剥蚀，致使中—古生界原生油气藏长时间剥露与破坏;从而使得南方不同历史时期发育的古隆起均遭后期燕山—喜马拉雅运动的强烈改造与破坏，完整的历史时期古隆起面貌已不复存在，古隆起及斜坡带地区运聚的中—古生界原生油气藏也多遭破坏，形成环古隆起带与斜坡带分布的古油藏或残余油气藏。但由于上扬子区四川盆地发育有太古代—元古代形成的刚性基底，因而具有抗强烈挤压与变形能力，加上其远离环太平洋构造域，免遭了华南地区燕山期强改造过程，因而保存有中—古生界相对完好的区域性盖层，使得绝大多数被改造的原生油气藏在后期的构造圈闭中能够重新聚集成藏形成次生气藏，成为中国南方唯一大型的含油气盆地。

由此可见，南方海陆相叠合残留盆地油气成藏过程总体具有多源供烃、晚期调整、动态成藏过程，现今保存的油气可能大多遭受过改造与破坏，现今油气藏具有明显的残留特征，属于典型的残留油气藏。

3 勘探风险分析与选区评价

依据主力烃源岩生烃与供烃过程，大致将南方海相残留盆地归纳为海相残留终止型、海陆叠合再生型与海陆叠合新生型3种(图3)类型。其中，海相残留终止型盆地主要分布于中东部持续隆升稳定区(如鄂西渝东、湘鄂西、滇黔桂、皖浙赣等地)，海陆叠合再生型与新生型盆地主要分布于华南大陆边缘或造山后构造相对活动区域(如川西、滇西、桂西、江汉、苏北等地)。三类盆地相互叠合区域十分有限，加上不同类型盆地地表施工条件不一、使用的勘探技术手段不尽相同，勘探程度与认识程度存在明显差异[14－17］，获得的勘探成效与经验也不尽一致，潜在风险不同，主要突现在:

(1)南方海相地层总体勘探程度较低、中深层探井密度每10 000 km2仅为1.3口，二维数字地震密度不过22.1 m/km2。又因裸露区多山地、物探及钻井技术一直处于攻关阶段，加上仅限于海相领域，因而勘探成本高、勘探程度较低，勘探风险高;平原区因地势平坦，多具海陆相兼探条件，特别是江汉、苏北等大型陆相含油气盆地还积累有潜山会战与海陆相兼探的资料及技术经验，勘探程度相对要高一些，勘探风险相对低一些，但因区域上缺少将海相列为勘探目的层系的针对性，因而资料品质并不高、攻关技术经验有一定的局限性。

图3 中国南方大陆海相残留盆地分布Fig.3 Distribution of marine and continental basins in South China

(2)常规海相油气勘探技术总体尚不成熟，需要进一步攻关。目前针对海相目的层系的山地及平原地震勘探技术虽有进展，但普遍存在品质不高、不能满足生产需求问题，存在圈闭内幕结构与构造落实程度较低问题。据区内2000年以来实施的6口深井钻前与钻后对比分析，6口深井中除桂中1井层位及深度预测相对较准确外，其他5口井地层层位、深度及厚度均存在10%以上的误差。其中，乌龙1、双1井尽管层位准确，但地层深度及厚度误差较大;云参1及秧1井还出现预测层位缺失、钻遇多条断层现象，乌龙1、云参1及秧1井出现钻遇多套辉绿岩，瑞参1井甚至钻遇2套巨厚蚀变英安岩及花岗岩现象，完全超出钻前分析与预测的情况。

从钻前与钻后圈闭对比分析情况来看(图4):6口井钻探的圈闭均存在落实程度差问题，最为典型的是瑞参1井出现钻后圈闭不存在情况，其他5口井虽然圈闭存在，但钻后圈闭与钻前圈闭构造样式及类型方面均出现了不同程度的差异，出现了钻后圈闭断层增多增加、面积减小、幅度降低等情况。

(3)海相残留盆地油气成藏规律认识尚有局限性，现今主要以江南—雪峰隆起带北缘的古油藏及保存条件相对较好的川南威远—资阳作为残留气藏解剖分析的范例，缺少南方海相残留盆地一般性区域成藏的基础，因而对盖保条件相对较差的继承性隆升裸露区来讲勘探风险较高，评价工作应以“盖保”为核心;海陆叠合盆地区因具备原生、次生与新生3种供烃途径，同时叠加有海陆交互或陆相新生盆地沉积层作为其区域盖层的补充，加上有多源与混源成藏的条件，因此勘探风险相对较低，评价工作应突现“源+盖保”条件作基础。

近年来，随着国际上非常规油气资源勘探技术的兴起与成熟，国内各大国有油公司针对“源储一体”、对保存条件要求相对较低的南方海相残留型非常规天然气—页岩气与煤层气开展了大量的钻探工作，并取得了可喜成果与进展。特别是中国石油正在滇黔北地区建设的长宁—昭通试验区已有多口探井在二叠及志留系层位中钻获了气流，目前正处于勘探经验总结与非常规天然气试采阶段。同期，中国石化也在湘中涟源坳陷二叠系层位(湘页1井)中获得了日产3 000 m3以上的页岩气，在黔北坳陷及黔中隆起区二叠系(DCMT－3井、织2井)中分别获得了日产1 500 m3及日产2 500 m3以上的煤层气。表明南方海相非常规天然气具备成藏条件，资源丰富，探索的勘探技术日渐成熟、实用，目前正进入试采与寻找富集高产的商业探索运行阶段，勘探风险应该最低。

图4 中国南方大陆海相残留及海陆交互相盆地深井钻前与钻后圈闭对比Fig.4 Comparison of traps before and after deep-well drilling in marine residual and paralic basins in South China

表1 中国南方大陆海相残留与海陆叠合盆地(坳陷)区带综合评价与优选标准Table 1 Comprehensive evaluation and optimization standard of marine residual and marine－continental superimposed basins(depression)in South China

由此可见，南方海相盆地综合评价与排队可以按常规与非常规资源两类进行，经结合各探区地面施工条件、以往勘探程度、油气地质条件以及潜在风险等因素，初步拟订了常规资源综合评价与有利区带优选标准(表1)，并对区内目前仍未取得勘探突破的主要盆地或坳陷进行了综合评价(表2)，最终优选构造变形相对较弱、“盖保”条件相对较好的黔南南部长顺凹陷、桂中坳陷中西部、南盘江坳陷秧坝凹陷、湘中涟源—邵阳坳陷作为海相残留盆地裸露区的有利勘探区带;优选楚雄盆地盐丰凹陷、江汉盆地当阳坳陷、鄂西渝东利川复向斜、萍乐坳陷作为常规油气勘探的海陆叠合盆地有利区带。

此外，结合南方页岩及煤层厚度、烃源条件、储集条件、埋深以及地面地理条件等拟订了非常规天然气选区标准(表3，4)[18－23］，优选了滇东北坳陷、黔中隆起、黔北坳陷、黔南坳陷黄平浅凹、独山鼻状凸起北部、鄂西渝东及湘鄂西作为页岩气或煤层气勘探的有利区带。

4 结论

1)南方海相残留盆地共经历了原、古、新3大特提斯演化阶段与6个盆地世代，发育了多套烃源岩及多套区域盖层，形成了震旦系—下古生界及中—上古生界2套成藏组合。其平面展布受区域构造体系控制，总体以江绍—十万大山断裂为界，以北发育2套成藏组合，以南主要发育中—上古生界1套成藏组合。

2)依据原生主力烃源岩生烃史，将海相盆地划分为海相残留终止型、海陆相叠合再生型与陆相新生3种类型，其中海相残留盆地主要分布于大陆隆升稳定区，海陆叠合及陆相新生盆地主要分布于大陆边缘活动区。

3)结合以往勘探成果与经验[24］，认为南方海相普遍存在勘探程度低、技术尚不成熟、油气成藏规律认识尚存在局限性等三方面风险;其中海相残留盆地以残留油气藏为主，勘探风险相对较高，评价工作应以“盖保”为核心;海陆叠合盆地因存在原生、次生与新生多源与混源成藏的条件，因而勘探风险相对较低，评价工作应重视“源+盖保”条件;非常规天然气因勘探技术日渐成熟，正进入试采与寻找富集高产及商业探索运行阶段，勘探风险最低。

表2 中国南方大陆海相残留与海陆叠合盆地(坳陷)区带综合评价与优选结果Table 2 Comprehensive evaluation and optimization result of marine residual and marine－continental superimposed basins(depressions)in South China

表3 中国南方大陆海相残留盆地(坳陷)页岩气区带综合评价与优选标准Table 3 Comprehensive evaluation and optimization standard of shale gas zones in marine residual basins(depressions)in South China

表4 中国南方大陆海相残留盆地(坳陷)煤层气区带综合评价与优选标准Table 4 Comprehensive evaluation and optimization standard of coal bed gas zones in marine residual basins(depressions)in South China

4)经综合评价优选黔南坳陷长顺凹陷、桂中坳陷中西部、南盘江坳陷秧坝凹陷、湘中涟源—邵阳坳陷作为海相残留盆地裸露区的常规资源有利勘探区带，优选楚雄盆地盐丰凹陷、江汉盆地当阳坳陷荆门探区、鄂西渝东利川复向斜、萍乐坳陷作为海陆叠合盆地常规资源的有利勘探区带。优选滇东北坳陷、黔中隆起、黔北坳陷、黔南坳陷黄平浅凹、独山鼻状凸起北部、鄂西渝东及湘鄂西作为南方页岩气与煤层气有利勘探区带。

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