珠江口盆地AB凹陷古近系油气成藏控制因素分析

2015-07-02郭建华刘辰生张向涛

石油地质与工程 2015年5期

关键词：恩平洼陷层序

于汪，郭建华，刘辰生，焦鹏，张向涛

(1.中南大学,湖南长沙 410083；2.中海石油(中国)有限公司深圳分公司)

珠江口盆地AB凹陷古近系油气成藏控制因素分析

于汪1，郭建华1，刘辰生1，焦鹏1，张向涛2

(1.中南大学,湖南长沙 410083；2.中海石油(中国)有限公司深圳分公司)

古近系文昌组-恩平组是珠江口盆地油气勘探的重要层位。通过对烃源岩展布、构造活动强弱、输导体类型、储盖条件、圈闭种类的研究表明，烃源岩分布控制油气富集程度，构造活动制约油气聚集能力，输导体系制约油气聚集能力，储集条件影响油气储量大小，圈闭发育决定油气保存结果。40～15 Ma时期，文昌组-恩平组大量生烃，具备形成早期油气藏的条件；中中新世开始的东沙运动使得文昌组-恩平组早期形成的油气藏发生调整，于晚期再次成藏；中中新世晚期，恩平组SQ7层序开始生烃，利于晚期成藏。文昌组-恩平组的成藏模式分为早期成藏、早期成藏-晚期补充以及晚期成藏3种。

珠江口盆地；AB凹陷；成藏模式；文昌-恩平组；圈闭；构造活动

随着浅层勘探程度不断提高，盆地深层(3 500 m以下)成为我国东部及浅海油气勘探主要领域。目前AB凹陷开发的油气藏主要集中于珠海组以上层系中，对深层油气藏勘探研究甚少。近年来，A7-1井在恩平组见工业油流，A3-1见油层，最新钻井A14-4在文昌组也有油气显示，揭示了AB凹陷古近系文昌组-恩平组油气藏的勘探前景。前人在古近系成藏研究成果显示：古近系油源来源于恩平组和文昌组，恩平组烃源岩生烃能力相对有限，深部成藏油源主要为文昌组贡献。恩平组低位体系域和高位体系域砂岩可作为良好储层。恩平组湖侵体系域发育的泥页岩和文昌顶部泥岩可作为局部盖层。通过分析AB凹陷成藏条件和成藏主控因素，对研究区古近系文昌组-恩平组提出了3种成藏模式，对AB凹陷的下一步勘探研究具有一定意义。

1 区域地质概况

珠江口盆地位于我国南海北部大陆架和陆坡边缘，东以台湾岛，西以海南岛为边界，是中国近海最大的含油气盆地之一[1]，是形成于古生代及中生代复杂褶皱基底之上的中、新生代含油气盆地。

AB凹陷是珠江口盆地重要的油气富集区，位于盆地的东北部、珠一坳陷的中东部地区，北邻北部断阶带，南至中央隆起带的东沙隆起，东部为海丰凹陷，西部与BA低凸起相邻。AB凹陷可分为四个次洼，从北至南分别是A1、A2、A3以及A4次洼(图1)。AB凹陷文昌组-恩平组3个地震标志层(Tg，T80，T70)为区域剥蚀不整合界面，依据此不整合将其划为2个二级层序，即文昌组和恩平组，这3个二级层序界面分别对应着珠一坳陷3期大规模的区域运动，分别是珠琼一幕运动、珠琼二幕运动和南海运动。文昌组自下而上由三级层序SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6层序所构成[2]，恩平组由三级层序SQ7，SQ8，SQ9，SQ10构成。

2 成藏条件

主要从烃源岩条件、构造活动特征、输导体系、储层及生储盖组合、圈闭类型几个方面，对研究区进行成藏条件分析。

2.1 烃源岩条件

文昌组沉积时期陆源碎屑供应较弱，水体封闭性较好，水生藻类为有机质的主要来源。文昌组地层厚度大，泥质含量较高，具备很好的油源条件，并作为烃源岩主力。文昌组地层发育于裂陷期，与洼陷发育范围对应，烃源岩面积覆盖了AB凹陷的30%。其中文昌组的SQ3和SQ4层序发育于裂陷初期，裂陷活动强烈，湖盆深，可容纳空间大，造成的欠补偿环境发育了以半深湖为主的沉积体系，故烃源岩发育最好。文昌组发育湖相灰黑色泥岩夹薄层砂岩和粉砂岩，厚度数十至上千米。AB凹陷文昌组中深湖相烃源岩为Ⅰ-Ⅱ1型，A13-2井钻遇了文昌组中深湖相泥岩，其TOC和S1+S2平均值分别为2.4%和11.35 mg/g，TOC最大值可达7.75%，能较好的代表文昌组中深湖相烃源岩丰度和生烃能力[3-4]。AB凹陷恩平组烃源岩有机质类型以II2型为主，其次为II1型，说明恩平组有机质类型主要以腐植腐泥型-腐泥腐植型为主。

图1 珠江口盆地AB凹陷构造分区图(据张向涛)

2.2 构造特征

研究区各洼陷边缘断裂发育，可划分为控凹断裂、控洼断裂和控带断裂等。断裂走向、断裂构造样式和洼陷结构受到区域构造活动的影响，总体来讲研究区古近系构造活动包括珠琼运动一幕、珠琼运动二幕。珠琼运动一幕发生在早、中始新世之间，它使珠江口盆地发生抬升、剥蚀，伴有断裂和岩浆活动，NE-NEE向断陷形成，文昌组生油岩就在该时期开始沉积。在地震反射剖面上，该运动表现为地区性的不整合界面，作为文昌组底或文昌-神狐组底。珠琼运动二幕发生在中-晚始新世，持续时间长，构造运动强烈，使盆地再次抬升并遭受强烈剥蚀，是盆地断陷期重要的一次构造运动。沉积地层为恩平组，该运动在地震剖面上表现为上超下削、高角度的区域不整合界面T80，隆起区为剥蚀区，除东沙隆起上的小型孤立的半地堑之外，普遍缺失恩平组地层；坳陷区则表现为削蚀面，缺失整个晚始新统地层。研究区文昌组和恩平组断裂系统复杂，根据其走向可划分为东西向、北北东向和北北西向。东西向断裂活动时间最早，为基底性断裂；北北东向断裂是文昌组-恩平组最发育的一组断裂，该断裂既包括控洼的长期性活动断裂，也包括了次级的同沉积断裂；北北西向断裂主要分布于恩平组，活动时间较晚。

2.3 输导条件

AB凹陷输导体系包括连通砂体、开启断层以及不整合面。油气从烃源岩中生成并排出后，一部分会在烃源岩附近的砂体中聚集并保存，但很大一部分将通过输导体系运移至烃源岩区外的构造带上聚集成藏。始新世-早渐新世的珠琼一幕运动，珠琼二幕运动以及南海运动，中中新世-晚中新世的东沙运动，是AB凹陷的构造运动。文昌组和恩平组沉积时期，为断裂的早期强烈活动阶段，控制了盆地主要烃源岩的沉积和分布，同时起到控源作用。地层发育时期，也发育了控洼断层以及大量的次级断层，由于受到珠琼一幕和二幕的影响，文昌组地层曾被抬升剥蚀，AB凹陷发育了T70和T80区域不整合面，而且文昌组就是沉积于前古近系的区域不整合面上。这些要素三维空间组合将构成约束流体活动和油气运移的通道。

2.4 储层及生储盖组合

SQ1层序沉积期储层以断陷盆地的边界断裂附近的扇三角洲和近岸水下扇砂砾岩为主。但根据地震资料显示，该砂砾岩为近源快速堆积，因此该储层粒度较粗，且成熟度较低，物性应该较差，因此该期扇三角洲和近岸水下扇不是有利的油气储层。总体来讲，该期可形成沉降中心泥页岩为烃源岩及侧向砂砾岩为储集层的侧变式生储盖组合。SQ2层序沉积期，断陷盆地的水体深度增大，因此细粒泥页岩沉积的厚度和范围也增大，洼陷缓坡带的辫状河三角洲以及陡坡带的扇三角洲均为储集层，形成侧变式生储组合。另外，沉降中心烃源岩上部还发育高位体系域储层，形成下生上储的生储组合。上部层序湖侵体系域泥页岩可作为该层序的盖层，形成纵向上正常式生储盖组合。SQ3、SQ4层序沉积期断陷盆地水体深度和范围是文昌组沉积期最大的，也是AB凹陷最主要的烃源岩发育期。储层包括了侧向的辫状河三角洲砂岩和扇三角洲砂砾岩以及泥页岩上部的砂岩，盖层为上部层序湖侵体系域泥页岩，因此，该期可形成侧变式和正常式生储盖组合。SQ5、SQ6层序沉积期，断陷期沉降中心的范围减小，因此烃源岩的厚度和分布范围也减小。储层为缓坡带三角洲和滨浅湖砂岩以及陡坡带三角洲砂岩，盖层为上覆地层中的泥岩，因此该期可形成侧变式和正常式生储盖组合。

恩平组各层序湖侵体系域泥页岩为盖层，而低位体系域和高位体系域砂岩可作为储层。文昌组厚层烃源岩为优质烃源岩，因此形成了正常的下生上储顶盖的生储盖组合。根据AB凹陷已钻的A8-1井，油气层几乎均为低位体系域砂岩，也有少量的湖侵体系域砂岩，油层上部的湖侵体系域泥页岩为盖层，形成正常的生储盖组合。

2.5 圈闭

AB凹陷古近系圈闭类型主要是以构造圈闭为主，其次为地层圈闭[5]。在B6-5构造上发育的披覆背斜圈闭往往位于构造高部位，并紧邻生烃洼陷，是油气运移的有利指向。A13-2构造发育在半地堑陡坡带或缓坡带，受主控断层派生的同生和反向断层控制，由于断块旋转，基底和上覆岩层翅倾形成的断鼻构造活动能有效封堵住油气。在A14-8构造上，受早期背斜构造和后期断层的共同作用，形成的断背斜圈闭，时间较晚，构造活动破坏了背斜中早期形成的油气藏，并最终形成封堵，断层调整古油藏，为晚期成藏模式奠定基础[6]。在A16-4构造上，半地堑缓坡带三角洲以及陡坡带扇三角洲前缘，在向洼陷推进时重力滑塌作用形成浊积体，这些浊积岩体被湖相泥岩包围，最终形成砂岩透镜体，该类圈闭多发于在SQ4层序。

3 成藏控制因素

通过分析AB凹陷成藏条件，结合烃源岩等厚图、主控断裂活动速率柱状图、油气系统埋藏史图件，查明了研究区古近系文昌组-恩平组成藏主控因素及其他因素。

3.1 主控因素

3.1.1 烃源岩分布控制油气富集程度

成藏条件分析表明，文昌组为优质的烃源岩层，也属于较好的储集层，恩平组可作为优质储集层和局部盖层。文昌组沉积时期是AB凹陷的强烈断陷期，湖盆深，可容纳空间大，发育了扇三角洲相-三角洲相-湖泊相沉积体系。由于该时期水体环境封闭性比较好，强还原-弱氧化环境，故烃源岩的生烃能力好，文昌组烃源岩集中分布与SQ1-SQ6层序的半深湖相。16 Ma左右，Ro在0.5%～1.0%，有机质属于成熟阶段，从AB北往AB南四次洼Ro有递减的趋势，但次洼面积从小到大分别是A1、A2、A4及A3次洼，其烃源岩体积分别是68.144 km3、84.99 km3、107.92 km3、161.07 km3。采用成因法对AB凹陷四次洼的资源量进行估算[7]，A1、A2、A3、A4次洼资源量分别是1.007×108t，1.343×108t，2.545×108t和1.705×108t，证实了烃源岩分布的大小决定了资源量的大小。勘探证实，AB凹陷油气分布具不均衡性，其中A3和A4次洼以文昌组为油源，是AB凹陷油气最为富集地区(图2)。

图2 AB凹陷古近系有效烃源岩总厚度

3.1.2 构造活动制约油气聚集能力

AB凹陷各洼陷发育大量断裂，但这些断裂的活动时间和强度各不相同。通常边界断裂的活动时间早，而缓坡带的断裂活动时间相对较晚。边界断裂的活动强度较大，对沉积具有明显的控制作用，如A4次洼南部边界断裂活动初期就对沉积具有控制作用，因此在断层下降盘一侧形成扇三角洲以及近岸水下扇等粗粒沉积物。而缓坡带上的断裂多为同沉积断裂对沉积作用也有控制作用，但其对沉积作用的控制范围和强度均有限[8]。边界断裂活动时间长，是继承性断裂，如A4次洼和A3次洼各边界断裂，深达基底，上通韩江组甚至更新地层。而缓坡带同沉积断裂活动时间短，仅对文昌组或恩平组一个层位甚至一个体系域起到控制作用。针对每个洼陷内深大断裂在个层序活动分析，横向上对比各洼陷内同一层位沉积期深大断裂的活动强度，发现除文昌组外，各洼陷恩平组沉积期控洼断裂的活动速率最大，其次为韩江组沉积期，珠海组沉积期断层活动强度最小(图3)。

图3 AB凹陷主控断裂活动速率

AB凹陷含油气系统分为AB北含油气系统和AB南含油气系统。通过回剥法，恢复AB北及AB南地区的地层埋藏史(图4)，在40 Ma左右，AB凹陷经历了一次构造运动，即珠琼二幕运动，在32 Ma左右，AB凹陷又经历了一次构造运动，即南海运动。AB北含油气系统主要生油洼陷为A1次洼，该洼陷文昌组有机质在恩平期已经进入生烃门限，恩平组有机质在珠海期-珠江期进入生油门限，现今已经达到生油高峰，其关键时刻为现今。AB南含油气系统主要生烃洼陷为A2、A3和A4次洼，以文昌组地层为主要烃源岩，在恩平期已经达到生烃门限，其关键时刻应为韩江末期。两次大型的构造运动，导致研究区内断裂活动，并为油气运移提供通道，同时也使得文昌组和恩平组油藏进行调整。

图4 AB凹陷北和南油气系统埋藏图

3.1.3 输导体系控制油气运移范围

储集层的油气运移是油气纵横向运移通道，由其特定的地质条件形成，始新统文昌组生油层之上的恩平组砂岩比较发育，在横向上可造成间接地纵向连通。但由于文昌组-恩平组地层埋深过大，砂岩孔隙条件受到影响，故砂体作为运移通道作用有限[9]。

研究区中A1、A2、A3、A4次洼古近系断层十分发育，并且研究区整体应力背景为张性，断层均为正断层，控洼断层断面上陡下缓，呈铲状，经历了早晚期运动，封闭性较差，能有效输导烃源岩层生成的油。

正是由于研究区历经多期构造运动，在古近系与基岩、古近系地层之间形成了多个与古构造运动相对应的不整合面，其中新生代基底(Tg)、文昌组顶面(T80)和恩平组顶面(T70)的不整合面最为重要。Tg之上为始新统生油层，所以这个不整合面是衔接基岩和始新统油源的重要通道，形成了基岩油气藏的重要条件。另外，恩平组顶底区域性不整合面即T70、T80界面，为始新统和渐新统油源创造横向油气运移的条件[10]。

3.2 其他因素

3.2.1 储集条件影响油气储量大小

不同组段以及不同构造部位的储层，由于沉积相带和埋深不同，其储层质量相差质量较大[11]。文昌组埋深很大，进入了中成岩期，文昌组储层孔隙大部分分布在10%以下，渗透率一半分布在10×10-3μm2以内，物性水平总体偏差。文昌组储层分布类型分为陡坡带和缓坡带储层，陡坡带主要是扇三角洲砂砾岩储层，这些储层分布在中深湖泥页岩上倾方向或分布于泥页岩上部和下部，都是油气聚集的有利场所。恩平组储层埋深较大，基本进入了中成岩期，但其整体储层物性比文昌组有所提高，且恩平组发育有大量的三角洲和滨浅湖相砂体，发育了中等-好级别的储层，储层条件对恩平组成藏具有一定的控制作用。

3.2.2 圈闭发育决定油气保存结果

文昌组-恩平组构造圈闭可以分为2期：①第一期为始新世-早渐新世，构造活动较为强烈，断裂发育，形成了一系列的构造圈闭类型，晚渐新世-早中新世为第一期形成的圈闭持续发展时期。②第二期为中中新世晚期至今，这一时期构造活动再次活跃，断裂继续发育，形成了一些断块圈闭，同时原有的圈闭被进一步复杂化，部分文昌组-恩平组与上部储盖组合连通。

AB北含油气系统断裂发育，圈闭多与断裂活动有关，有断背斜、逆牵引背斜及翘倾半背斜。与圈闭有关的断裂活动始于中中新世(T30)，故这些圈闭形成于此期次。A1次洼生成的油气经断裂垂向运移至与断层有关的圈闭中成藏，尔后油气分别向北东、北和西南方向作侧向运移至其它圈闭中成藏。AB南含油气系统以披覆背斜为主，主要分布在西南界的惠陆低凸起和东南界的东沙隆起北缘，还有翘倾半背斜、生物礁、逆牵引背斜及断背斜。这些构造在中中新世末(T20)时都已形成[12]。

根据对AB凹陷层序研究发现，文昌组和恩平存在岩性圈闭，即砂岩透镜体岩性圈闭，该圈闭主要在始新世-早渐新世形成，发育于SQ4层序，由于半地堑缓坡带三角洲以及陡坡带扇三角洲前缘，向洼陷推进时重力滑塌作用形成浊积体，这些浊积岩体被湖相泥岩包围，就形成了砂岩透镜体。

4 成藏模式

根据上述的五种成藏控制因素，将AB凹陷文昌组-恩平组油气成藏模式分为3类：早期成藏，早期成藏-晚期补充型，晚期成藏[13](图5)。

图5 AB凹陷油气成藏模式示意

早期成藏：文昌组底部SQ1和SQ2层序烃源岩，在A3次洼开始大量生烃(以生油为主)，此时的珠江组-珠海组并未形成有效的储盖组合，然而文昌组-恩平组构造圈闭已形成，可以形成有效油气藏。如已经证实的A8-1构造，珠琼二幕的岩浆活动刺穿了文昌组下部地层，并导致文昌组上部地层形成拱张背斜；在后期沉降过程中，披覆的恩平组因隆起古地貌的存在，导致差异压实作用，形成了披覆构造，如图5①号油藏。

早期成藏-晚期补充型：文昌组SQ3-SQ6层序烃源岩大量生烃时间(以生油为主)为珠江末期-韩江中期(18～15 Ma)，可形成油藏。但因东沙运动而导致断裂活动，早期油藏遭受一定程度破坏，构造稳定后，才得以补充，早期充注低成熟油，晚期才补充成熟-高成熟的油，此类油气藏物性较好，如图5②号油藏。

晚期成藏型：恩平组顶部SQ7层序烃源岩在韩江期末期至粤海期(12～9 Ma)开始大量生烃，油气藏形成较晚，如图5③号油藏。