珠江口盆地恩平凹陷断裂控藏研究

2020-09-28吴哲吴婷婷王文勇

长江大学学报(自科版) 2020年5期

吴哲，吴婷婷，王文勇

张忠涛，许新明，于水明中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院，广东深圳 518054

珠江口盆地的勘探实践表明，断裂的类型、组合样式、活动期次、活动强度、封堵性能等特征是影响油气成藏的关键因素[1～6]。2015年之前，珠江口盆地恩平凹陷的油气发现和研究成果主要集中在南部断裂构造带[7，8]，恩平凹陷中浅层油气成藏受断裂活动特征控制[7～11]，主要表现为断裂控烃、控运、控圈3个方面。但是，关于恩平凹陷的断裂控藏研究多为定性判断，缺乏定量分析，尚未总结形成恩平凹陷不同构造带的油气成藏规律和成藏模式。近年来，随着恩平凹陷在北部断阶带、中央洼陷带的深入勘探，取得了大量新资料，亟需重新整体认识恩平凹陷油气成藏的主控因素及成藏规律。为此，笔者通过系统划分恩平凹陷不同类型断裂，定量分析已钻井控圈/控运断裂与油气成藏的关系，探索恩平凹陷不同构造单元的断裂控藏规律，应用于未钻圈闭的评价中，并提出了恩平凹陷的勘探潜力方向。

1 地质背景

恩平凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷最西端，面积约5000km2，总体呈北东走向(见图1)，包含恩平17洼、恩平18洼和恩平12洼共3个次洼。已发现的油气主要来自恩平17洼文昌组中深湖相烃源岩，以珠江组、韩江组下段为主要储层，具有18.5、17.8、17、16Ma时期沉积的4套区域泥岩盖层[7，8]。恩平凹陷以断裂-披覆背斜复合型圈闭和断裂型圈闭为主，油气初次运移受文昌组烃源岩地层产状控制，通过不整合面、砂体、构造脊和断裂体系组成的“复合疏导体系”疏导油气，聚集成藏，10Ma以来的东沙运动时期是主要的关键成藏期[7，8，10]。恩平凹陷是已被勘探实践证实的富生烃凹陷，已发现A1、A2、A3、A6、A7、A8、A16、A21等多个油气田，分布于南部缓坡带和北部断阶带上，油气成藏特征明显受断裂活动控制。

2 断裂类型及活动特征

2.1 不同类型断裂发育特征

2.2 断裂活动特征

利用断裂活动速率指标可以表征断裂活动特征。通过计算恩平凹陷18口井的控圈/控运断裂活动速率，可将断裂活动分为4个阶段。

恩平凹陷断裂活动特征反映出裂后阶段的断裂活动强度不如裂陷期剧烈，裂后晚期新生的断裂较少，大部分断裂是继承性发育。计算结果还揭示了恩平凹陷不同构造带的断裂活动特征差别，北部断阶带和南部缓坡带同时存在长期活动和晚期活动断裂，而中央洼陷带仅有晚期活动断裂，且北部断阶带和南部缓坡带活动强度明显大于中央洼陷带(见图4)。

3 恩平凹陷断裂控藏规律

3.1 恩平凹陷中浅层油气成藏的关键

恩平凹陷新近系没有生烃潜力，断裂体系是沟通古近系烃源岩和浅部有效圈闭的关键。只有当油气大规模生排烃时间、断裂活动时间与圈闭形成时间有效匹配时，才有利于中浅层油气规模成藏。以往研究均是参考珠江口盆地珠一坳陷的勘探经验，将10～5Ma(粤海期)作为恩平凹陷油气成藏的关键时间[7～10]。实际上，通过对恩平凹陷已发现油气田的21个样品的油气充注时间数据(应用流体包裹体方法和自生伊利石Ar-Ar定年法确定)进行统计，发现恩平凹陷以5Ma-现今的单期油气充注为主，约占所有样品的90%。结合近期对珠江口盆地珠一坳陷油气成藏规律的新认识[12]，新近系油气藏的成藏关键时间并不固定，从陆丰凹陷向惠州凹陷、恩平凹陷油气主充注期存在从东往西逐渐变晚的趋势。该油气成藏时间趋势与珠江口盆地新构造运动时期东沙地区从东向西逐渐隆升的过程相一致。5Ma是东沙隆起构造活动最强烈的阶段，恩平凹陷处于珠一坳陷最西端，受东沙隆起过程的影响最晚。为此，笔者提出5Ma以来的断裂活动强度与油气充注过程相匹配，是恩平凹陷中浅层形成规模油气藏的关键，该认识与强调上新世-至今的新构造运动控制中国近海新生代盆地油气成藏的观点相一致[13]。

3.2 恩平凹陷断裂的封堵性能

已发现的恩平凹陷油气藏主要为断圈，需要从岩性对接封堵、泥岩涂抹封堵和应力封堵角度综合分析断裂侧向封堵性能与油气成藏的关系[15]。岩性对接封堵的评价相对简单，利用Allan图可以进行有效分析[16]。泥岩涂抹封堵性能的评价可以基于恩平凹陷6口井(A1井、A2井、A3井、A6井、A7井、A16井)的47个断裂圈闭油层数据，计算出相对应的断裂泥比率SGR(累积泥岩厚度与垂直断距比值)[16]，建立SGR封堵性能评价图版(见图7)。计算结果表明，恩平凹陷SGR临界值约为0.32，埋深3000m以内的SGR临界值具有先变小后逐渐变大的特点，转折位置大约为1700～1800m。实际上，不同类型烃类对SGR的要求不同，轻质油需要较高的SGR，低SGR可以封堵一定规模的稠油[16]。以A7油气田为例，虽然控圈断裂SGR低于0.32，但是封堵原油类型为稠油，地面原油密度达0.958t/m3。

恩平凹陷主要发育NE、EW、NW、NWW向4组断裂，可以简单依据不同走向断裂与构造应力方向之间的夹角关系分析断裂应力封堵性能。珠江口盆地现今构造应力场最大水平主应力方向为NWW向，并伴有NEE向右旋走滑作用[17]。一般来讲，随着断裂走向偏离最大水平应力场方向的角度增加，断裂的开启程度逐渐降低，即平行于最大水平应力方向的NWW向张性断裂的开启程度最高，有利于油气运移；近EW向断裂相对于NE向断裂具有较高的开启程度，并且EW向右行左阶雁列式断裂带具有张扭性质，有利于油气封堵；NE向断裂基本垂直于最大水平应力场方向，断裂总体处于压性状态，不利于油气运移，而利于油气封堵。因此，恩平凹陷断裂封堵性能好坏的关系是：NE向断裂>EW向断裂>NWW向断裂。该认识与研究区已发现的油气藏规模相一致：NWW向断裂控制的油气藏规模较小，如A1、A2、A3等油气田，探明储量规模都小于1000×104m3；而EW向雁列式断裂带控制的A6、A7、A21等油气田，以及NE向断裂起封堵作用控制的A16油气田，探明储量规模均大于1000×104m3。总的来说，在分析断裂封堵性能时，不应只考虑单一封堵因素，要综合考虑断裂性质和走向、应力场方向、岩性对接、泥岩涂抹、烃类性质等因素的整体影响。

3.3 弧形断裂对北部断阶带油气成藏的控制模式

恩平凹陷北部断阶带位于凹陷陡坡带一侧，2015年之前钻探了A22井、A23井、A24井等多口失利井。2015年成功钻探A16油气田后，逐渐认识到弧形断裂F3和F4控制了北部断阶带的油气运移、聚集，即恩平17洼文昌组中深湖相烃源岩生成的油气，在“超压+不整合面+砂体+断裂”复合疏导体系的作用下，沿着F3和F4弧形断裂走向向北侧运移，在弧形断裂的远端聚集成藏，上述认识促进了A21油气田的发现。

针对弧形断裂F3和F4的形成机制存在争议。以往认为在理想伸展作用下，形成正交于最小主应力方向的线性断裂，而弧形断裂的形成机制有多种，包括应力方向转变的多期伸展、先存薄弱带的再活动、活动基底引起的应力场偏转等[18,19]。通过F3和F4断裂活动性能的精细刻画，依据弧形断裂形成时间、断裂切割关系、断裂分布特征，并结合区域构造演化背景，笔者认为F3和F4断裂形成于文昌期末-恩平期，是由于伸展应力方向由NW向转变为NS向[11]，并伴有中生代先存逆冲断裂诱发作用的影响而形成的弧形断裂。

笔者进一步分析油气沿断裂走向的运移特征，发现在油源断裂与烃源岩侧向接触的情况下，油气沿油源断裂走向的上升盘疏导效率优于下降盘，进而建立了恩平凹陷北部断阶带弧形断裂控制油气成藏的模式(见图8)。基于对断裂带内部结构特征的认识，认为形成该现象的原因主要是：与烃源岩接触的F3、F4断裂部位为末端位置，其内部结构不发育，下降盘油气容易穿透断裂面直接向上升盘高位砂体运移；断裂上升盘诱导裂缝发育较少，更容易形成反向遮挡，保障油气沿着断裂面走向向北侧运移；下降盘存在地层起伏的影响，并且诱导裂缝发育，不利于油气沿断裂走向顺畅运移。依据上述认识，可以解释弧形断裂下降盘A20井的失利原因。实际上，珠江口盆地存在多个类似实例佐证该认识，如PY4洼洼陷内部某断裂系与烃源岩成侧向接触关系，在断裂系上升盘钻探的2口井发现油气规模富集，而下降盘钻探均失利。

在确定北部断阶带是有利勘探区带后，对未钻圈闭进行钻前风险评估。以北部断阶带E10目标为例，计算发现该目标控圈断裂5Ma以来最大活动速率为3.7m/Ma，平均活动速率只有2.2m/Ma，小于5.6m/Ma的活动性能临界值；并且断裂面SGR封堵性能数据大范围小于临界值0.32，所以钻前提示E10目标存在控圈断裂垂向疏导能力不足和封堵性能不佳的风险，最终的钻探结果也证实了该认识。

从不同类型断裂与油气成藏的关系来看，占比较大的深浅沟通断裂有利于浅层成藏，占比较小的中部断裂、中浅部断裂和浅部断裂主要对油气成藏起调节作用；而占比最大的深部断裂和中深部断裂有利于古近系成藏，在恩平凹陷新近系目标越来越少的勘探现状下，古近系深层勘探潜力巨大，因此深层古近系断裂圈闭是未来重点勘探的方向。