琼东南盆地深水区流体势场恢复与有利区带研究

郭明刚，朱继田，曾小宇，熊小峰，唐历山

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057)

0 引 言

“十二五”以来，位于南海北部新生代被动大陆边缘的琼东南盆地深水区中央峡谷浅层上新世—晚中新世莺歌海组—黄流组浊积水道砂—海底扇领域的勘探获得了重大突破，发现了中国第1个超千亿方深水大气田[1]，由此打开了深水区油气发现的序幕。目前，深水区勘探向峡谷外拓展，已经在邻区早—中中新世海底扇领域和渐新世(扇)三角州—海底扇领域中钻探多口井，但效果均不理想，主要问题为油气运移出现误判。因此，必须加强油气运移的研究，为后续区带优选和钻探目标的选择提供指导。流体势是油气运移的动力和研究关键之一，而构造对流体势场的形成和演化产生了重大影响，但鲜有研究。因此，在梳理深水区新生代以来的构造演化及其动力机理的基础上，开展了构造运动对流体势各组成部分的控制作用解剖，最终明确了构造运动对流体势场形成和演化的控制机理。在此基础上，利用Petromod盆地模拟软件进行精细建模和定量恢复，明确了深水区流体势场演化过程及其与构造的耦合关系，结合关键时刻的流体势低势区分布与“源—运—圈”的配置关系，指出了深水区的有利区带，指导了下一步油气勘探。

1 区域地质概况

琼东南盆地是在前新生代基底上发育起来的裂谷型含油气盆地，总面积约为8.8×104km2，主要由北部坳陷带、中部隆起、中央坳陷带和南部隆起4个1级构造单元组成。盆地的构造演化主要受到欧亚板块、太平洋板块和印支板块三者的共同影响[2]，可划分为早期始新世的裂陷阶段、渐新世—早中新世的“拗—断”阶段和之后的拗陷阶段，由此发育了1套3层结构、由陆相到海相沉积演变的厚层新生代地层[3]，中中新世陆坡形成后，整体实现了浅海向深海的转变。其中，断陷期的始新统湖相地层和“断—拗”期的渐新世崖城组海陆过渡相—陆源海相地层是区内主要的烃源岩地层。

深水区主要位于盆地2号断裂带和神狐隆起以南地区，水深为500～3 000 m，总面积约为7.5×104km2，主要由中央坳陷带和南部隆起2个1级构造单元组成，中央坳陷带又包括7个大凹陷和2个低凸起 (图1)。同时，由于深水区地幔上涌强烈，地层欠压实严重，也是高温和超压发育的地区[4-6]。

图1 琼东南盆地深水区构造

2 深水区新生代构造演化及机制

前人已对琼东南盆地深水区新生代的构造演化及其机制进行一定研究[7-8]。最新的研究成果表明，深水区从56.5 Ma开始拉张断陷至今，共经历7期构造运动，在断陷期和“断—拗”期形成了NE、NEE和近EW向3组断裂，相应的应力场发生顺时针旋转(表1)。新生代早期，太平洋板块俯冲后撤、印度—欧亚板块碰撞共同在华南大陆边缘形成NW—SE向拉张应力场，南海北部开始了由北向南的“撕裂式拉张”，依次发育北部湾盆地、珠江口—琼东南盆地和南海诸盆地，深水区与此对应的是神狐运动，主要发育NE向断裂。早渐新世，太平洋板块对华南大陆的俯冲由NNW向转为NWW向，引起华南大陆边缘快速向太平洋方向蠕撤，区内对应的是珠琼运动(一幕和二幕)，NEE向断裂发育。晚渐新世末，印度—欧亚板块的碰撞造成华南板块地幔物质向东南方向流动，区内发生南海运动，EW向断裂发育。中中新世末，菲律宾板块的逆时针旋转作用在南海北部形成压扭应力场，区内依次发育南沙运动和东沙运动。到中新世末，受红河断裂右旋走滑影响，盆地内发生了新构造运动。

表1 深水区构造事件划分

3 构造运动对流体势场的控制作用

流体势场由重力能、弹性能和界面能3部分组成。重力能是物体因为重力而拥有的能量，弹性能是物体由于发生弹性形变而具有的势能，界面能是来自界面张力所具备的位能。流体势对应的主要表征变量为岩性—孔隙结构、埋深、地层压力和流体密度等。

油气的运移和聚集是在含油气系统中由流体势驱动完成的，而构造作用对流体势具有控制作用。一方面引发构造运动的构造应力场可以直接作为运移的驱动力；另一方面构造运动还可以通过对流体势场关键地质参数的控制，从而间接控制流体势场。每一次的构造运动都是外围构造应力场对盆地内的物质体及其内部能量场的再调整，会严重影响油气运聚整个过程。因此，构造运动对深水区的流体势场的控制作用可以简单分为直接影响和间接影响2类。

构造运动对流体势场的直接影响从机理上看，主要体现为对弹性能的形成和演化的控制。构造应力场除了直接改变孔隙流体压力，还对后期孔隙流体压力的形成产生持续性影响，最终导致弹性能发生变化。油气圈闭有时也是应力圈闭的一种反映，被高应力包围的低应力区，一般也是有利的储油储气构造[9]。深水区多期的构造运动也伴随着构造应力的周期性变化，并引发深水区孔隙流体压力发生相应的周期性调整，最终形成了凹陷中心为弹性能高势区，斜坡—低凸起—凸起区为弹性能低势区的格局。

构造运动对流体势场的间接影响，从机理上体现为对界面能和重力能的形成和演化的控制。一方面，构造运动对输导通道的形成与品质产生控制，影响界面能，控制流体势。具体来说，在构造运动控制下，形成了异于深水泥岩背景下(低孔喉)由断层、底辟、砂体和构造脊构成的输导体系和圈闭(高孔喉)，影响界面能，并成为流体势场能量优先释放或含烃流体保存的场所。前人研究表明，断裂的开启和关闭、砂体分布的连续性均可表现为孔喉的变化，从而影响界面能大小，最终使得流体势发生改变[10-11]。另外，当构造应力作用于非均质的地层多孔介质时，会导致原介质孔隙度、渗透率发生不均衡变化，从而改变界面能。总体来看，深水区由于从凹内到斜坡—低凸起—凸起，砂泥比增大，砂岩逐渐变粗，成岩作用逐渐降低，物性逐渐变好，界面能也逐渐降低。

另一方面，构造运动还控制了区内古地貌的形成，造成“源—圈”之间的高程差，从而间接影响了重力能，最终形成了深水区凹陷中心为重力能高势区，斜坡—低凸起—凸起区是重力能低势区的格局。

4 深水区流体势场的恢复与特征

流体势场恢复的工区范围是②号断裂以南的中央拗陷带和南部隆起(图2)。通过已钻井和区域沉积成果，明确深水区不同岩性的分布和砂岩孔隙结构特征，最终获得区内界面能参数平面分布的模型。通过区域速度场和钻井压力的研究，建立区域压力场，由此获得弹性能参数分布模型。通过古地貌恢复，建立不同历史时期的重力能参数模型。最后，基于这些控制流体势场的实际地质参数模型，利用Petromod软件恢复了深水区的流体势场发育史。

深水区的关键时刻为5.5 Ma至现今。从现今的流体势场来看，深水区流体势总体呈现出横向上从凹内到斜坡—低凸起—凸起区逐渐降低，纵向上从深部早渐新世烃源岩地层到浅层地层逐渐降低的特征。但是部分凹陷中心及其附近的陵水组和崖城组流体势出现了反转，原因为陵水组地层欠压实程度最大，为区域超压中心。可以预测，如果没有垂向通道打破这一平衡，凹陷中心的崖城组生成的油气会在陵水组“天花板”的阻挡下优先向两侧的斜坡区运移(图2、3)。

图2 崖城组顶面(T70)天然气流体势平面(0 Ma)

图3 深水区天然气流体势典型剖面(0 Ma)

从流体势史来看，新生代以来的流体势场与热流场的变化趋势相似，总体表现为阶段性变化，每一次流体势场的剧变与构造运动爆发时间耦合，二者其实都是构造运动控制下系统内部调节的不同表征迹象(表2)。构造运动也是流体势能量场调节过程的诱发因素，每一次构造运动都是流体势能量场 “缓慢积累”至“短时爆发”这一重复循环过程的诱因，伴随着地下油气的集中大量运移和新的大中型油气田的形成。目前莺琼盆地内的大多数气田，包括区内的中央峡谷大气田都是新构造运动背景下的产物。另外，流体势场在断裂(底辟)、大规模砂体附近出现了明显畸变，表明疏导通道对流体势场的影响。特别是在开启的深大沟源断裂(②号断裂等)和凹陷边缘大规模优质疏导砂体(松南低凸起的崖城组滨海—三角州砂体等)附近，深部的高流体势场是有效的泄势通道，如果发育垂直于凹陷长轴构造脊，可以形成长期持续的泵吸效应，并造成与围区不同的长期相对低势区。因此，输导通道的品质控制局部流体势场畸变的程度。深大沟源断裂深层的活动程度和时间均比浅层大，瞬时爆发且伴随大量微裂隙的底辟垂向输导性能强、斜坡—低凸起—凸起区疏导砂体物性比凹内好，这些通道附近流体势场的畸变比较明显，同时也是相对优势的运移通道。

表2 崖城组顶面(T70)A点处天然气流体势史

5 流体势场影响下的有利区带预测

5.1 成藏要素配置特征

深水区的主力气源岩是海陆过渡相煤系烃源岩—陆源海相烃源岩[12-13]。成熟烃源岩主要分布在凹陷中心及其附近，大部分斜坡—低凸起—凸起区还未进入生气窗。由于凹内水热增压和烃源岩生烃增压显著，成熟烃源岩分布范围与高流体势场区具有耦合关系。

深水区主要的4种输导通道构成了2种疏导格架样式：以中央峡谷(乐东—陵水段)和宝南断阶带为代表的底辟(断裂)近源垂向输导体系格架样式[14-15]；以松南低凸起区为代表的”断—砂—脊”复式输导体系格架样式[16]。前者主要位于凹陷内，后者主要位于斜坡—低凸起—凸起区。

目前深水区的区带分为2类。一类是具有本地成熟烃源岩，位于凹陷内的中央峡谷岩性圈闭带、陵水—宝岛凹中反转构造带、宝南断阶带和长昌环A洼圈闭带等4个区带；另一类是不具有本地烃源，位于凹陷斜坡—低凸起—凸起区，有长南鼻状构造带、陵南低凸起披覆背斜构造带、陵南斜坡反向断阶构造带和松南低凸起披覆背斜构造带等4个区带。

流体势场控制下的深水区，“源—运—圈”的空间配置特征已经反映出位于油气运移方向上的有利区带(图2)。

5.2 有利区带

(1) 凹内近源垂向就近成藏有利区带。这类区带多属于早—中中新统海底扇新领域，主要位于凹内深部高流体势烃源地层上方浅层低势区，沟源断裂或底辟发育，油气垂向运移距离短，成藏要素配置好，含油气信息明显，资源潜力大。除了中央峡谷外的有利区带为陵水—宝岛凹中反转构造带。

(2) 凹陷边缘(垂向+侧向)长距离侧向成藏有利区带。这类区带属于渐新统(扇)三角州—海底扇新领域，主要位于凹陷边缘斜坡—低凸起—凸起区，是侧向上紧邻高流体势的低流体势区，主要供源的凹内崖城组烃源岩地层与顶部陵水组盖层具有流体势场反转特征，并且部分区带还被四周凹内高流体势区包围。带内目标含油气信息明显，勘探潜力大。

同时这类有利区带还应该满足远距离侧向运移4个必备条件：充足的油气源和动力、优质的输导通道和盖层、稳定发育的古斜坡、“源—圈”之间没有大型圈闭或油气田拦截和聚油[17-19]。有利区带为松南低凸起披覆背斜构造带(图4)。

图4 松南低凸起披覆背斜构造带成藏模式

6 结 论

(1) 构造运动影响深水区流体势场的弹性能、界面能、重力能的形成和演化，从而控制区内的油气运聚，是流体势能量场不断调整的诱因，并导致地下油气的集中大量运移和油气田的形成。

(2) 深水区流体势横向上从凹内到凹陷边缘斜坡—低凸起—凸起区逐渐降低，垂向上从早渐新世烃源岩地层向上整体逐渐降低，部分凹陷中心附近的陵水组和崖城组流体势大小出现了反转。

(3) 陵水—宝岛凹中反转构造带和松南低凸起披覆背斜构造带，为深水区继中央峡谷外的最有利区带。