北礁凹陷中新统强振幅水道砂体含油气性探讨

李俞锋,蒲仁海,孙龙

(1.西南科技大学环境与资源学院,四川 绵阳 621010;2.自然资源部海底矿产资源重点实验室,广东 广州 510075;3.西北大学大陆动力学国家重点实验室,陕西 西安 710069)

0 引言

南海北部琼东南盆地深水区,自2014年陵水LS17-2特大气田被发现之后,再次成为勘探的热点区.北礁凹陷水道砂体与陵水LS17-2特大气田相距约40 km,其相关研究多有报道.龙根元等[1]利用平衡剖面法分析了北礁凹陷的构造特征,认为古近系发育伸展断层转折褶皱和铲式正断层控制的滚动半地堑凹陷.张义娜等[2]分析了北礁凹陷崖城组烃源岩类型、热演化程度等演化特征,认为崖城组发育优质烃源岩.沈怀磊等[3]初步评价了北礁凹陷的油气勘探潜力,认为该凹陷是潜在油气区.李俞锋等[4-7]认为北礁凹陷多边形断层的发育贯穿整个中新统,中中新世浊流与底流共同作用形成丘状反射体,晚中新世早期底流强弱变化形成丘-谷反射,中中新统顶部伴有底流底蚀形成的长条形丘体与水道.

中新统发育的3套水道砂体,其含油气性至今未进行探讨.为此,本文研究了北礁凹陷烃源岩和3套强振幅水道砂体的发育特征,剖析了多边形断层与构造断层组成的输导体系(油气运移体系),以及3套砂体的圈闭类型和油气成藏模式.

1 地质背景

琼东南盆地位于海南岛南部,面积约6X104km2,现今北端为浅水区,中、南部为深水区.该盆地是在新生代被动大陆边缘基础上,发育的拉张断陷型含油气盆地[8].

琼东南盆地经历了3个构造演化阶段,由老到新依次为始新世-渐新世(Tg-T60)的裂陷期、早-中中新世(T60-T40)的热沉降期和晚中新世至今(T40-今)的加速沉降期[9],它们之间以不整合界面为重要标志.由北向南依次划分为4个构造单元:北部坳陷、北部隆起、中央坳陷和南部隆起(见图1).北礁凹陷为伸展型滚动半地堑凹陷,发育中中新世北东向底流切割形成的残丘.北礁凹陷、松南-宝岛凹陷发育向北倾伸展的断裂体系[1].

图1 琼东南盆地构造单元

2 水道砂体的地质条件

2.1 烃源岩及其热演化特征

LS17-2气藏重烃含量低且相对密度小,甲烷含量高,干燥系数大,以此推测陵水凹陷主力烃源岩是崖城组煤系地层,形成于海相泥岩中,而盐城组以浅海相沉积为主[10].YL19-1-1井地化和岩屑数据表明,北礁凹陷崖城组烃源岩富集高等有机质植物,以Ⅱ2和Ⅲ型干酪根为主,具有较强的生气性[11],以潮坪-潟湖沉积为主[2]. 陵水凹陷崖城组现今地温为180～400℃,处于高地温梯度区,Ro为2.0%～4.5%.北礁凹陷YL19-1-1井实测地温梯度为4.6℃/hm,也属于高地温梯度区,崖城组地温为100～250℃,Ro为0.5%～3.0%.陵水凹陷和北礁凹陷的地温和Ro值都呈现由中心向四周环带式递减,高地温有利于烃源岩生成油气,且2个凹陷现今都处于大量生气阶段.这些都说明了崖城组烃源岩可为上覆的3套水道砂体提供丰富气源.

2.2 储层组合特征及其分布

中新统发育3套水道砂体:三亚组底部薄层强振幅水道砂体、梅山组往底流上游方向单向迁移水道砂体和黄流组底部垂直加积水道砂体(见图2).

图2 北礁凹陷中新统水道砂体分布

平面上,北礁凹陷三维工区西南部是3套强振幅水道砂体分布区(见图3).三亚组底部强振幅水道砂体与斜坡垂直,长3.0～10.0 km,宽0.5～1.0 km,厚20～40 m(见图2、图3a);梅山组往底流上游方向单向迁移水道砂体与斜坡垂直,长8.0～18.0 km,宽1.0～2.0 km,厚60～80 m(见图2、图3b);黄流组底部垂直加积水道砂体受控于梅山组顶部发育的长条形丘体[4,7],导致砂体与斜坡斜交,长6.0～20.0 km,宽1.0～2.5 km,厚60～100 m(见图2、图3c).东北部主要在梅山组发育近平行斜坡的指状分叉强振幅水道砂体(见图3b),长30.0 km,宽1.0～4.0 km,厚30～100 m.这些强振幅反射砂体与LS17-2特大气田强振幅中央水道砂体具有相似的地震反射结构.

底流改造后的砂体砂质纯净,能形成高孔高渗储集层[12].珠江口盆地底流与浊流交互作用,为优质储集层的形成提供了条件[13].琼东南盆地北部海底扇砂体、LS17-2大气田分布区的中央水道砂体也都受到底流改造[14-15].发育堤岸的沉积水道在底流与浊流交互作用下,迫使水道往底流上游方向发生单向迁移[16],梅山组发育的水道砂体具此特征.南海北部中中新世已发育底流并持续至今[6],说明梅山组与黄流组水道都受底流影响,这些砂体可能形成优质储集层.

图3 北礁凹陷三维区均方根属性平面示意

2.3 输导体系与盖层发育特征

陵水LS17-2特大气田的输导体系由泥底辟及其上方形成的断层组合而成,而北礁凹陷以下伏构造断层与上覆多边形断层组合为特征.北礁凹陷中新统广泛发育多边形断层[4],这类断层仅发育在三亚组-黄流组地层中(见图2).北礁凹陷崖城组主要发育多条环状的构造断层(见图4a,4b),均向北倾,且延伸至上覆多边形断层发育的地层中(见图2、图4c).因此,构造断层与多边形断层提供了来自崖城组的油气向中新统水道砂岩的垂向运移通道.

琼东南盆地中央坳陷带自晚中新世以来,海平面不断加深,处于半深海-深海环境,沉积了巨厚泥岩,这些泥岩在地震剖面上以层状弱振幅为特征(见图2、图4c).陵水凹陷与北礁凹陷均处于中央坳陷内,陵水凹陷泥岩厚度较大,至少1 250 m,北礁凹陷泥岩厚度1 750 m,且断层不发育,都可作为优质盖层.

图4 北礁凹陷构造断层特征

2.4 圈闭类型及成藏模式

LS17-2特大气田是以中央水道砂体为主的岩性圈闭[10].本文的水道砂体主要形成于盆地的热沉降期与加速沉降期,构造稳定,属于深水浊积水道,被四周泥岩所围绕,可以形成较大的岩性圈闭.

储层流体包裹体的均一温度测定结果表明,北礁凹陷油气成藏共3期,分别为晚中新世、上新世和第四纪,而陵水凹陷成藏期次主要发生在第四纪[10].北礁凹陷与陵水凹陷相距较近,推测3套强振幅水道主要成藏时期也为第四纪.第四纪崖城组煤系海相烃源岩生成的油气,先沿构造断层垂向向上运移,跨越陵水组泥岩,进入三亚组;再通过多边形断层网状通道,横向或垂向运移;最后受上覆区域盖层泥岩遮挡发生侧向运移,油气在3套水道砂体中聚集成藏(见图5).

图5 北礁凹陷中新统水道砂体成藏模式

3 结论

1)北礁凹陷崖城组煤系海相地层发育优质烃源岩,有机质丰度高,且处于成熟-高成熟阶段,为3套水道砂体提供丰富的气源.

2)下中新统底部和中中新统各发育1套水道砂体,都垂直于局部斜坡展布;上中新统底部发育1套水道砂体,与局部斜坡斜交,其展布受中中新统顶部丘形地貌的影响.由下至上,3套水道砂体规模逐渐变大,且这些砂体受底流影响,是潜在的优质储集层.

3)崖城组和陵水组发育的构造断层,与上覆中新统多边形断层构成有效的垂向输导体系,它们提供了崖城组生成的油气向3套水道砂体运移的有效通道.

4)北礁凹陷与陵水凹陷砂体的石油地质条件非常相似,且相距较近,3套强振幅水道砂体可能储集有丰富的油气,是深水油气田的潜在接替区.

致谢本文得到自然资源部海底矿产资源重点实验室、广州海洋地质局、中海石油(中国)有限公司湛江分公司南海西部石油研究院的大力支持和协助,在此一并表示感谢.