珠江口盆地珠一坳陷断裂控藏定量表征与有利勘探区预测

彭辉界，庞雄奇，李洪博，王卓超，余秋华，王文勇 ，雷胜兰

(1.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司研究院，广东 广州 510240；2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249;3.中国石油大学(北京)盆地与油藏研究中心，北京 102249;)

珠江口盆地珠一坳陷断裂控藏定量表征与有利勘探区预测

彭辉界1，庞雄奇2,3，李洪博1，王卓超1，余秋华1，王文勇1，雷胜兰1

(1.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司研究院，广东 广州 510240；2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249;3.中国石油大学(北京)盆地与油藏研究中心，北京 102249;)

珠江口盆地珠一坳陷中浅层珠海组、珠江组、韩江组的油气主要来自深部烃源岩层系，断裂既是必备的油源通道又对油气藏形成和分布起到关键作用。为明确断裂对珠一坳陷珠海组-韩江组油气成藏的控制机制，对断裂分布及演化特征进行了分析，依据断裂活动时期和断开层位的不同将其分为5类：早期活动-深层切割型断层、中晚期活动-中浅层切割型断层、晚期活化-深浅切割型断层、继承性活动-深浅切割型断层、通天型断层。在对恩平南断裂带解剖的基础上，发现影响断裂控藏的因素主要有断裂类型、断裂活动速率、断裂规模和圈闭离断裂的平面距离。针对全区所发现油藏，对以上影响因素进行统计分析，结果表明：研究区深浅切割类断层控藏作用显著，且其断层活动速率中等时最有利于油气成藏，在15 m/Ma左右达到最大；断裂规模越大，越有利于油气成藏；圈闭距控藏断裂越近，含油气性越好。根据活动速率、断裂规模、断裂与圈闭的相对距离所拟合的定量控藏表征公式，发现现今探明的97.8%的油气藏均分布在深浅切割型断裂控藏概率大于0.5的区域。依此指出惠东低凸起及惠北半地堑东南部、恩平中半地堑东北部为下一步有利勘探区。

珠江口盆地；珠一坳陷；断裂控藏；控藏概率；有利区预测

0 引 言

断层在油气藏的形成过程中起着非常关键的作用，其性质和规模不仅控制着油气的生成、运移和聚集，还控制着油气藏的分布[1-8]。珠江口盆地珠一坳陷历经30年的勘探，油气发现以构造类油气藏为主，其中断裂的控制作用尤为明显。前人关于研究区断层的研究，多侧重断层的分类及断层系统的演化[9-10]、某一凹陷区断层对油气藏的影响或断层的封堵性等[11-13]，对于何种类型的断层更有利于成藏缺乏整体研究。本次研究以断裂分布和演化特征为基础，从宏观角度入手，以整个珠一坳陷所发育断裂为对象，探索断裂对中浅层珠海组、珠江组、韩江组目的层油气分布规律的影响，并为下一步断控类油气藏勘探指明方向。

1 区域地质概况

珠江口盆地是在中生界基底之上发育起来的新生代盆地，受印度板块、太平洋板块、欧亚板块共同作用在NW-SE拉张作用下形成。珠一坳陷位于盆地北部拗陷带的东部，北邻北部隆起带，南接番禺低隆起与东沙隆起，是一个在刚性基底上断陷而成的以半地堑为基本构造单元，由半地堑组合而形成的NEE-NE向坳陷。本次研究范围主要包括恩平凹陷、西江凹陷、番禺4洼、惠州凹陷、陆丰凹陷，面积约21 000 km2(图1)。

珠一坳陷先后经历裂陷、坳陷沉降、块断升降三大构造演化阶段，与之对应形成下断上坳的双层结构。裂陷期，发生两幕区域构造事件：第一幕即神狐运动和珠琼运动一幕，受到太平洋板块与欧亚板块相互碰撞作用；第二幕为珠琼运动二幕，以EW向断陷为主。裂陷期发育多个湖盆，沉积了古近系文昌组、恩平组两套主力烃源岩地层。坳陷期，盆地断裂活动较平静，以海相沉积为主，沉积了珠海组、珠江组、韩江组、粤海组、万山组等地层，其中珠海组-韩江组是主要含油层位(图2)。研究区在18.5 Ma、16 Ma和10.2 Ma发生了三次大规模的海泛，形成了三套区域盖层。油气从下部古近系文昌组和恩平组生成，进入上部新近系聚集，断层的垂向输导作用至关重要。因此，从宏观上研究断层的分布、演化及控油气作用是十分必要的。

2 断裂分布及演化特征

珠江口盆地自晚古新世以来，在张扭性区域应力背景下发育了大量正断层。断裂的形成与演化分为早期、中期、晚期三个阶段(图3(a))。早期指文昌组、恩平组沉积时期，断裂持续活动，以伸展变形为主；中期为本次研究目的层珠海组-韩江组沉积时期，断裂相对静止；晚期为粤海组沉积时期—第四系，断裂再次活动发生张扭变形，形成负花状构造样式。根据断层两端断开层位的不同，本次研究将其分成5类：Ⅰ类断层在早期形成，底端断至基底，顶端断至恩平组或珠海组，表现为深层切割；Ⅱ类断层为中晚期形成，底端始于珠海组，顶端倾没在韩江组或万山组，表现为中浅层切割；Ⅲ类断层为早期形成晚期活化型，底端始于恩平组，顶端断开粤海组-万山组，表现为深浅层切割；Ⅳ类为早期发育，晚期继承性活动断层，断开文昌组至韩江组，但未通天，表现为深浅层切割；Ⅴ类断裂为通天型断裂(图3(b))。Ⅰ类断裂出现于盆地的裂陷阶段，该类断裂全区均有分布，是在近SN方向引张应力场作用下发生纯剪切变形形成。断层走向复杂，主要有NE向、NEE向、NWW向和近EW向，NE向断裂在番禺4洼地区相对发育。断层活动性强，活动速率多大于100 m/Ma，同时产生一定数量的调节断层。此期断裂密度相对较大，全区该类断裂多达190多条。此类断裂对于各凹陷中半地堑的结构形态以及早期充填起着至关重要的作用。Ⅱ类断裂又可分为两种，出现于盆地坳陷阶段，一种为未断穿韩江组顶界面，断穿地层为珠海组—韩江组，走向主要是NWW向，为裂陷后区域热沉降背景下弱伸展应力场主导形成。该类断裂活动速率较小，断裂规模小，延伸长度大多数小于2 km，垂直断距多小于100 m，但均至少断穿一套目的层，断裂密度也相应地小，小于0.01条/km2；一种为断穿韩江组顶界面，发生了晚期活化，此类断裂在番禺4洼较为发育，中小规模为主，可能对油气的阶梯式爬升起到辅助作用，但尚待证实。Ⅱ类断裂所断穿的地层在沉积过程中不受断层影响，整体呈毛毯状覆盖在早期的断陷盆岭结构之上。Ⅲ类断裂组成的断裂体系又称之为晚期张扭断裂系统，断裂是在韩江组沉积时期受NWW-SEE向张扭应力场作用发生简单剪切变形形成，由于从上至下断开恩平组最大湖泛作用形成的局部盖层和新近系MFS18.5 Ma、MFS17 Ma、MFS16 Ma、MFS10 Ma最大海泛作用形成的区域盖层，因而也称之为盖层断层。此类断层形成的同时，往往形成大量与其呈羽状组合关系的次级盖层正断层。断裂走向主要为NWW向，平面上番禺4洼发育规模比其他地区较大。Ⅳ类断裂是长期活动的断裂，其断裂发育规模大，断层继承性发展，大都是控洼边界性断裂，早期控制半地堑的结构及形态，晚期充当断裂张扭变形的主走滑断层控制张扭断裂系统的形成。该类断裂对于油气成藏控制作用最为显著，在惠州凹陷最为发育。V类断裂也是由于晚期活化作用造成，属于张扭性断裂。由于活动强烈，一直活动到海底，形成“通天”状态，剖面上多呈负花状，研究区此类断裂发育较少，仅见数条。

图1 珠一坳陷区域构造分布图Fig.1 Tectonic division of Zhu I Depression

图2 珠一坳陷地层分布及构造演化图Fig.2 Stratigraphic distribution and tectonic evolution diagram of Zhu I Depression

图3 珠一坳陷断裂演化及分类模式图Fig.3 Fracture evolution and classification model diagram of Zhu I Depression

3 断裂控藏特征

3.1 断裂带控油气分布特征

珠一坳陷油气分布主要集中在恩平南部、番禺4洼周边、惠州西南部、环陆丰13洼4个区域。SHI等于2014年在总结珠江口盆地珠一坳陷油气勘探成果时，提出了“满带含油论”，即大部分已发现的油田和含油构造基本上分布在恩平南断裂构造带等7个大的二级构造带上，且这些构造带上所钻探的圈闭都见油，基本没有干井。在研究其成因时发现油源断层的输导作用非常关键，若无控制油气运移的Ⅲ类或Ⅳ类断裂发育，即使是在烃源灶的正上方且近源，它们也会因为缺乏向该构造带输送油气的油源通道而“贫油”。下面以恩平南部断裂构造带为例进行探讨。

图4 恩平南带油气分布发育模式Fig.4 Distribution and development pattern of oil and gas in Enping south belt

恩平凹陷有三个生烃洼陷：恩平17洼、恩平18洼、恩平12洼(图4(a))。三个洼陷的形成主要受图中Ⅳ类长期活动型断裂F1、F2控制，此两条断裂不仅控制了洼陷的形成，同时也直接造成洼陷“北断南超”低角度式半地堑形态的古地质结构。这种古地质结构决定生烃层系沉积充填样式，地层朝南倾，从而使得斜坡方向成为主汇方向。而在南部斜坡带，受NWW—SSE向的区域张扭应力场作用，形成一排NWW向雁行式断裂，此类断裂不仅控制了披覆背斜圈闭的形成，同时也属于控运断层(图4(b))。南部断裂构造带发现的A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2等7个油田或含油构造均属于此类型，但彼此之间油气聚集存在较大差异。由图4(a)平面分布图可知，A1与A2平面上断裂延伸长度大，分别为7.7 km和7.2 km，控制A3、A4、A5形成的断裂平面展布长度分别为2.9 km、4.2 km、4.7 km，将探明储量与所控圈控运断裂的规模进行对比，发现平面展布长度规模大的断裂其控制形成的油田探明储量也大，即成正比关系。这可能因为断裂发育规模与其控制形成的圈闭规模存在一定成因关联，断裂发育规模大，其控制形成的圈闭规模也大，从而导致可聚集油气的量也大。同时将各个油田或含油构造不同含油层位油气探明储量与圈闭类型、总探明储量与断裂活动速率对比发现，油气聚集情况与断裂的活动速率存在关联，并且是正相关(图5(a)、(b))。

图5 各构造不同层位油气分布与不同时期活动速率分布Fig.5 Distribution of oil and gas in different stratigraphy and fault activity rate in different periods of each structure

3.2 断裂控油气作用定量表征

3.2.1 控藏断裂的厘定

图6 珠一坳陷粤海组底界断裂与油气藏平面分布图Fig.6 Plane distribution diagram for fracture and reservoir of Yuehai Formation reflective layer in Zhu I Depression

前人研究认为：并不是所有的断裂都能起到疏导油气的作用[14-15]。只有在断裂活动时期，断裂带内产生相对负压才会成为流体的泄压通道，使其内部发生“地震泵”抽吸作用；而在断裂活动间歇期，流体主要以渗流的方式运移[16-20]。当断裂活动比较频繁时，多次的地震泵抽吸作用可快速运移流体，并且诱导裂缝带也比较发育，导致在活动间歇期流体的渗流速度也比较快，可见流体的排运主要发生在断裂活动较强的时期。同时，断裂的活动期必须与排烃期匹配才有效。前人研究，油气主成藏期的关键时刻为10 Ma左右[21](对应T32反射层)。因此只有在粤海组沉积时期仍活动的断层才是开启而有效的。珠一坳陷Ⅰ类断裂由于在粤海组沉积之前已经消失于地层之中，即排烃期对于油气的输导无直接作用，对于大部分Ⅱ类断裂，由于未与烃源岩沟通，对油气成藏意义不大。珠一坳陷已发现油气藏多近断裂分布，且大多分布在Ⅲ类与Ⅳ类断裂周围(图6)。据前文分析，Ⅲ类与Ⅳ类断裂基本都属于“油源断裂”类型，即两端连接目的储层和源岩，且在源岩大量排烃期活动的断裂。Ⅲ类与Ⅳ类断不仅作为油气快速垂向运移通道，而且其断裂规模也比较大，多为长期活动的断裂，对沉积、构造都有着很明显的控制作用，与圈闭的形成和油气的运聚息息相关，这也是现今油气藏分布呈NWW向的重要原因。因此本次研究主要以此类“油源断裂”作为评价对象。

3.2.2 定量表征参数的选取及评价

从前述恩平南部断裂带控油气分布特征研究，以及结合吴娟2010年和2013年对惠州凹陷、彭光荣等2012年对番禺4洼类似研究，本次研究主要选取断裂活动速率、断裂的平面长度、油源断裂与圈闭的相对距离三者作为定量表征参数进行探讨。

3.2.2.1 断裂活动速率

图7 珠一坳陷断裂活动速率与油气田储量、相对储量(探明储量/最大油田探明储量)关系统计图Fig.7 Relation charts between fault activity rate and oil reserves & relative reserves (proven reserves/largest proven oil reserves) of Zhu I Depression

断层活动速率是衡量断层活动强度的重要参数，其大小是根据断层上下两盘某一年代地层的厚度差除以该地层所经历的时间。对研究区粤海期(10.2～5.3 Ma)140余条与油气成藏相关的断裂的活动速率进行计算统计，并将其与油气发现情况对应起来，发现其关系如图7所示：图7(a)中横坐标表示断裂的活动速率，纵坐标表示受该断裂所控制成藏的油田探明储量。储量较小或为零的样本点为含油构造或油气显示井、干井。统计结果显示，控藏断裂的活动速率处于0～30 m/Ma之间，且多集中在活动速率5～20 m/Ma的断裂周围。同时在控藏的活动速率范围内，随着活动速率的增加，该断裂的控藏能力先增大后减小，在15 m/Ma左右达到最大。通过分析认为，在成藏期，不活动的断裂垂向输导能力很弱，几乎不具备垂向输导性，所以对于处于静止状态的断层，油气难以通过断裂运移成藏。而随着活动速率的增加，其垂向输导能力不断增强，因此控藏能力不断增加，到15 m/Ma左右达到顶点。活动速率大于15 m/Ma之后，其释放的能量越来越大，断裂的垂向输导能力过强，导致油气的侧向分流量较少，运至地表散失的油气量较大，不利于成藏，在这种情况下，随着活动速率的增加，油气的散失量将会越来越大，当活动速率大于30 m/Ma后，反而对油气成藏起到破坏作用。为了定量表征断裂的这种控藏能力，本次采用相对储量，即探明储量与最大油田探明储量比值来研究其与断裂活动速率之间的关系(图7(b))，如下：

y=-0.011 157x2+ 0.301 112 60x

(1)

式中：y，相对储量(探明储量/最大油田探明储量)，无量纲；x，断裂活动速率，m/Ma。

3.2.2.2 断裂的平面长度

本次研究断裂规模对油气成藏的影响，主要指断裂的平面长度。通过统计发现，有一定规模的断裂附近在平面上存在控藏边界。同时断裂展布规模越大的断裂，油气通过这个断裂垂向运移后发生侧向运移的最大距离也就越大(图8)。

图8 珠一坳陷断裂长度与已发现油田距断裂距离关系统计图Fig.8 Relation chart between fault length and the distance from found oil reserves to the fault of Zhu I Depression

为避免不同断裂剖面上规模不同的影响，我们选取的断裂断开的层位都差不多，在不考虑沉积相、构造幅度以及断裂内部输导性差异的情况下，断裂的规模对油气侧向运移的作用主要体现在：(1)断裂规模越大，其断层面上供油气排运的面积越大；(2)当有油气来源的时候，断距越大的断裂能够输导更多的油气，为油气的远距离侧向运移提供物质基础；(3)在地震泵抽吸模式下，断裂规模越大，其提供的泄压动力越足。所以油气能够在相对大断裂较远距离的圈闭中成藏。对于侧向运移的最大距离，可由图7的关系式来定量表征。

y=5 614.6Inx-42 915

(2)

式中：y，已发现油田距离断裂距离，m；x，断裂长度，m。

3.2.2.3 断裂与圈闭的相对距离

相对距离是指圈闭距离断裂的实际距离比上该断裂的最大控藏距离。统计研究区40个油藏实例发现，在控藏边界内距离断裂越近，断控作用越明显，含油气性越好(图9)。这种现象说明，通过断层运移过来的油气优先在与断层相关的圈闭如断背斜、断块、逆牵引背斜中成藏。当油气来量足够时，会继续侧向运移到更远的圈闭中成藏，但油气程度会有所降低。为了更好地体现这种规律性，对相对距离进行归一化处理，即相对距离控制了控藏范围内圈闭的含油气性，相对距离越远的圈闭含油气性越差(图10)。定量表征公式为：

y=-1.021 445 22x2+0.082 659 73x+

0.985 806 54

(3)

式中：y，相对储量(探明储量/最大油田探明储量)，无量纲；x，相对距离(含油圈闭距离断裂实际距离/该断裂的最大控藏距离)，无量纲。

图9 油气藏个数、油气藏储量与断裂与圈闭距离分布直方图Fig.9 Histogram for the number of oil reservoirs,oil reserves and the distance between fault and trap

图10 相对储量与断裂与圈闭相对距离归一化图Fig.10 Chart of relative reserves and the normalized distance between fault and trap

4 有利区预测

图11 断裂控藏边界与控藏概率平面分布图Fig.11 Diagram for control border of faults on hydrocarbon accumulation and controlling probability distribution

综合以上研究成果，有利区预测主要考虑4个因素：断裂类型、断裂规模、断裂活动速率、断裂与圈闭相对距离。主要选择了断裂规模较大、控藏作用明显的Ⅲ、Ⅳ类断裂，总共113条。这些断裂大都沟通油源，并且切割区域盖层，而且离洼陷比较近，能够保证有油气来源，再者，由于其具有持续的活动性，控制了与断层相关圈闭的形成；其裂隙带比较发育，具有很好的垂向疏导性，同时其破碎带也比较发育，可认为具有较好的侧向封堵性。然后根据断裂活动速率、断裂规模、相对距离这三个指标拟合的关系式来定量表征。首先计算113条主要控藏断裂在粤海期(10.2～5.3 Ma)的长度，通过公式(2)得出各条断裂的控藏边界(图11)。以此为基础，通过公式(1)和公式(3)表征的函数关系，利用Matlab软件拟合计算出一个综合控藏能力指数，对应评价每个数据点的含油气性指标值，即断裂控藏概率值Pf。

(-1.666y3+1.336y3-0.312y+0.831 5)

(4)

式中：Pf，断控概率；x，断裂晚期活动速率；y，到断裂的相对距离。

Pf值的大小介于0和1之间，其值越大表示成藏的可能性越高。通过计算平面上各点的控藏概率，我们可以得到断裂控藏概率的平面等值线图(图11)。图中的蓝色断裂为有效控藏断裂，黑色断裂活动速率均超过30 m/Ma，不利于油气成藏，为无效控藏断裂。在最终的油气藏预测平面分布图上，有颜色区域为断裂控藏范围，范围内红色部分为控藏概率大于0.5以上区域。综合统计分析发现(图12)，53.6%的储量分布在概率值0.75～1的区间内，44.1%的储量分布在概率值0.5～0.75的区间内，2.3%的储量分布在概率值0～0.5的区间内。油气藏个数也呈现类似的分布规律。这说明概率预测图是比较可靠的，能够比较真实地反映该区的油气分布状况。因此，据此指出恩平12洼及其周边，西江27洼东北部，西江24、21洼的断裂带，惠州5、08、10洼北部均可作为下一步中浅层断控类油气藏勘探目标。其中重要勘探区带为恩平12洼及其周边、惠东低凸起及惠北半地堑东南部。

图12 珠一坳陷断裂控油气作用检验图Fig.12 Diagram of testing for fault controlling on hydrocarbon in Zhu I Depression

5 结 论

(1)珠一坳陷断裂的形成与演化主要分为早期、中期、晚期三个阶段，根据断层形成时间、两端断开层位的不同，将其分为5类：Ⅰ类为早期活动-深层切割型断层、Ⅱ类为中晚期活动-中浅层切割型断层、Ⅲ类为晚期活化-深浅切割型断层、Ⅳ类为继承性活动-深浅切割型断层、Ⅴ类通天型断层。

(2)断裂类型、断层活动速率、断裂平面延伸长度、断裂与圈闭之间相对距离是断裂控制油气藏形成的主要因素。Ⅲ类和Ⅳ类断层由于其通源，切割区域盖层而控藏作用显著；断层活动速率中等时最有利于油气成藏，在15 m/Ma左右达到最大；断裂规模越大，越有利于油气成藏；圈闭距控藏断裂越近，含油气性越好。

(3)选取Ⅲ类和Ⅳ类断层为表征对象，综合断层活动速率、断裂平面延伸长度、断裂与圈闭之间相对距离三要素定量表征公式，计算出断裂控藏范围，同时拟合出成藏概率指数。评价结果表明，当断裂控藏概率大于0.5时，发现油气藏的概率可高达97.8%，依此推测出惠东低凸起及惠北半地堑东南部、恩平中半地堑东北部为下一步有利勘探区带。

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Quantitative Evaluation of Control of Faults on Hydrocarbon Accumulation and Play Fairway Prediction in Zhu I Depression of Pearl River Mouth Basin

PENG Huijie1, PANG Xiongqi2, 3, LI Hongbo1, WANG Zhuochao1,YU Qiuhua1, WANG Wenyong1, LEI Shenglan1

(1. Research Institute of Shenzhen Branch,CNOOC Ltd.,Guangzhou, Guangdong 510240, China;2.StateKeyLaboratoryforPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.BasinandReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

The hydrocarbon in shallow groups including Zhuhai Formation,Zhujiang Formation,Hanjiang Formation in Zhu I Depression of Pearl River Mouth Basin mainly come from deeply buried source rock. The fault is oil source passage and plays an essential role in the formation and distribution of oil and gas reservoirs. In order to understand the control of faults on hydrocarbon accumulation in the Zhuhai Formation to Hanjiang Formation in Zhu I Depression of Pearl River Mouth Basin, fault distribution and anatomy of fault zone are studied. On the base of fault activity period and layer position broken by fault, different faults can be divided into five categories: early activity which cut deep, advanced activity which cut the shallow stratum, late activity which cut through deep and shallow strata, succession activity which cut through deep and shallow strata, bable type of fault. Based on the anatomy of the fault zone south of Enping, it is found fault controlling factors mainly include fault type, fault event rate, the size of the fault,and distance from the traps to fault. For the region’s found reservoirs, the above factors are analyzed. The results show that: the fault that cut through deep and shallow strata controls hydrocarbon accumulation significantly. As the rate of fault activity is moderate, it is most favorable for hydrocarbon accumulation, which reach a maximum at 15 m/Ma; the larger the size of the fault is, the more favorable for hydrocarbon accumulation is; the closer the trap to the fault is, the better for reservoir hydrocarbon potential is. According to activity rate, fault scale and relative distance between trap and fault, an quantitative characterization of Tibetan formula is found out. It is found 97.8% of the current found oil and gas reservoirs are located in the probability of fracture controlled Tibetan region of 0.5. Southeastern Huidong low uplift and the north half-graben, Enping in the northeastern part of the half-graben are favorable areas of fracture-controlled zone.

Pearl River Mouth Basin; Zhu I depression; fault-controlling reservoir; probability of reservoir controlling; play fairway prediction

2016-02-20；改回日期：2016-05-17；责任编辑：孙义梅。

国家“十二五”科技重大专项“近海大中型油气田形成条件及勘探技术”(2011ZX05023-006-003)。

彭辉界，男，硕士，1988年出生，地质工程专业，主要从事油气藏形成及分布规律研究。

Email：penghj2@cnooc.com.cn。

庞雄奇，男，教授，博士生导师，1961年出生，石油地质学专业，主要从事油气藏形成与分布预测的教学与科研工作。Email：pangxq@cup.edu.cn。

TE122.1

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1000-8527(2016)06-1318-11