乌石凹陷东区构造演化特征及中浅层油气富集规律研究

2020-12-03金秋月杨希冰胡德胜

特种油气藏 2020年5期

胡林，金秋月，杨希冰，胡德胜，卢梅

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057；2.中海能源发展股份有限公司工程技术分公司，广东湛江 524057)

0 引言

北部湾盆地是中国南海北部中生代区域隆起背景下发育起来的新生代断陷沉积盆地[1-4]，包括涠西南、乌石、海中、迈陈等多个富生烃或潜在富生烃凹陷，是中国海域重要的石油勘探盆地。近年来，随着勘探逐步深入，在乌石凹陷不同层系先后发现乌石W1-1、W2-1、W3-1等多个油田或含油气构造，柳永杰等[3-8]对乌石凹陷油气地球化学特征、沉积储层和成藏认识进行了研究，但主要集中在中深层的沙岗组流二段和三段，关于中浅层的构造演化特征及成藏规律研究较少。乌石凹陷受区域构造应力旋转影响，发育有多期断裂，同时中浅层流一段、涠洲组地层含砂率大于50%，整体呈富砂特征，对断层侧封要求较高，中浅层涠洲组和流一段油气富集规律一直是该区勘探的重点和难点。此次研究利用地球物理、钻井、测录井等资料，对构造演化、断裂活动性、油柱高度进行研究，总结了乌石凹陷中浅层油气富集特征和规律，对乌石凹陷东区中浅层勘探部署具有重要的指导意义。

1 地质概况

乌石凹陷隶属于北部湾盆地南部坳陷，与流沙凸起和企西隆起相邻，平面上呈长条状展布，南北方向分别受2条边界断裂控制[8-9](图1)。乌石凹陷为中、新生代断陷盆地，经历了古近纪裂陷和新近纪裂后沉降2个阶段，沉积了古近系、新近系和第四系地层。在古近纪始新世裂陷阶段，乌石凹陷发育中深湖相湖泊环境，沉积由浮游藻类为主要组成的厚层油页岩和页岩，厚度最大为2 000 m。受区域应力顺时针旋转影响，在晚始新世—渐新世时期发育近东西向和北西向的次级断裂，断裂活动控制了乌石凹陷始新统晚期流一段和渐新统涠洲组圈闭的形成及油气的聚集成藏[10-11]。

图1 乌石凹陷断裂及中浅层油气分布Fig.1 Fault and hydrocarbon distributions in the Wushi Sag

2 乌石凹陷东区构造演化

针对乌石凹陷所处的南海四大边缘属性，目前诸多学者已形成了统一认识[8-13]，即北部属于张裂区，南部属于挤压变形区，东部属于俯冲消减区，西部属于受红河断裂带影响的走滑剪切区。北部湾盆地位于北部陆缘张裂区，主要受区域伸展应力场的作用。由过W8井不同方向的平衡剖面伸展率来看，乌石凹陷古新世—中晚始新世伸展应力场呈NW—SE向，渐新世顺时针旋转至近SN向，到渐新世末至中新世呈NE—SW向，影响乌石凹陷的伸展应力场具有明显的顺时针旋转特征[14-17]。

基于乌石凹陷海底电缆地震资料，对乌石凹陷东洼断裂进行了系统性梳理，建立了以滑脱断裂和“似花状断裂”为主的伸展断裂体系，共划分为3组断裂。第1组断裂为北东向断裂，包括⑦号断裂和凹陷内部NE向伴生正断层，形成于古新世—始新世时期，⑦号断裂为长期继承性活动断裂，凹陷内部NE向伴生正断层主要集中于北部斜坡区，形成了斜坡区断阶带。第2组断裂为伸展滑脱断裂，形成于渐新世时期，在近SN向拉张应力和重力作用作用下，古斜坡位置的地层开始沿着高角度伴生正断层和流二段顶底面的厚层塑性泥岩向下滑动，形成滑脱断裂，滑脱断裂呈近EW向展布，从活动性来看，东区滑脱断裂活动较早，涠洲组末期基本结束活动，中区则稍晚，一直活动到早中新世。同时，东区伸展滑脱断裂在形成过程中，其下降盘块体发生旋转，引发地层挠曲应变，挠曲作用到一定程度后，挠曲部位产生一系列对倾断裂来调节这种应变，在这一时期，斜向拉伸作用明显，扭动作用增强，扭动作用促使对倾断裂形成“似花状断裂”并向下逐渐收敛于伸展滑脱断裂。第3组断裂为中区“似花状断裂”，这一时期的应力方向主要是NE—SW向，形成于渐新世末—中新世时期，中区“似花状断裂”主要呈NW—SE向展布。这3组断裂基本控制了整个乌石东洼的断裂和构造格局。从地震剖面上看，中浅层构造格局主要受伸展滑脱断裂和“似花状断裂”所控制(图2)；从平面上看，伸展滑脱断裂和“似花状断裂”横穿整个乌石东洼，为乌石东洼断裂格局中最重要的断裂体系。

图2 乌石凹陷东区反转构造带南北向地震剖面Fig.2 NS seismic profile of the inverse structure belt in the eastern Wushi Sag

乌石凹陷在中始新世时期，⑦号断裂较为活跃，导致水体加深，为中深湖环境，凹陷内部沉积了巨厚的暗色泥岩，特别是早、晚湖侵时期沉积的2套油页岩可以作为有效的软弱地层；从晚始新世开始(图3)，乌石凹陷古地貌呈北高南低，形成一个由斜坡区伸向深洼区的古斜坡，该斜坡提供了滑动的势能差；渐新世，⑦号断裂继承性活动，为滑脱断裂下降盘下沉提供了足够的可容空间。

由图3可知：伸展滑脱断裂开始于中始新世流二段沉积时期(图3a)，晚始新世继承性发育，主要是一系列NE向高角度顺向正断层，在中渐新世涠二段沉积时期发生滑脱(图3d)，定型于晚渐新世至早中新世(图3f)，低角度顺向正断层沿着流二段顶、底部的泥岩滑动，形成过程中产生了一系列顺向断块、反向翘倾断块圈闭，同时滑脱断裂发育位置的流二段地层明显拉伸减薄。

通过对乌石凹陷东区主干剖面构造演化进行分析认为：乌石凹陷断陷期演化过程为早期简单拉张、后期斜向拉伸(图3)。古新世—早始新世阶段，在SE—NW向拉张应力作用下产生了一组NE向深大断裂，乌石凹陷进入初始裂陷期，凹陷发育一系列北东向展布拉张正断层，控制了长流组及流三段地层的沉积；中始新世阶段，进入强烈断陷期，边界控凹断裂发生了强烈的裂陷作用，断裂发生了大规模的伸展活动，⑦号断裂控制形成了流沙港组烃源岩；晚始新世—中晚渐新世，应力场顺时针旋转，发育滑脱断层，平面上多表现为近东西向平行展布，剖面上表现为“似花状”构造样式(图2)，乌石东区从北东方向整体抬升，北部斜坡带部位沉积地层遭受大量剥蚀，形成了T60全区不整合面；中新统至今，凹陷整体进入坳陷期，断裂活动不发育，整体下沉接受沉降。

图3 乌石凹陷东区反转构造带南北向构造演化Fig.3 NS structure evolution of the inverse structural belt in the eastern Wushi Sag

3 中浅层油气聚集特征分析

乌石凹陷东区“似花状断裂”构造内流一段、涠洲组油气运移活跃，通过对乌石凹陷中浅层涠洲组和流一段区域内钻井油气发现情况进行对比分析可知，“花心”(Fc1、Fc2、Fc3、Fc4、Fd)、“花瓣”(Fa、Fb、Fc、Fe、Ff)部位(图2)油气成藏具有明显的区别：“花心”部位流一段和涠洲组油气显示非常丰富，但解释油层少、成藏规模小；“花瓣”部位解释油层厚度大，成藏规模更大。为了展现成藏规模的变化，统计区域内已发现的流一段、涠洲组油藏的油柱高度，结果显示，“似花状”构造成藏特征呈现明显的规律性：横向上，油柱高度从“花心”到“花瓣”是逐渐增大的；纵向上，流一段、涠洲组成藏也存在差异，已揭示的涠洲组成藏规模明显小于流一段，涠洲组油柱高度为20～60 m，流一段油柱高度为30～200 m(图4)。

图4 涠洲组、流一段油柱高度统计Fig.4 Statistic of oil column heights in the Weizhou Formation and Liu-1 Member

为进一步探究油气富集规律性变化的原因，对影响圈闭有效性的多个因素进行了分析：“似花状”构造油气富集规律的纵、横向变化主要受到了断层断距、断层活动性、断层倾角等因素的影响。由乌石凹陷南北向剖面断层活动性分析可知(图5)，从始新世流一段沉积至渐新世末期，断层均处于活动阶段，但是“花心”和“花瓣”部位断层活动性存在明显差异，“花瓣”部位的断层活动性明显早于并且强于“花心”部位，“花瓣”部位断层断距较大，容易错开富砂层段，并使断面具备良好的泥岩涂抹条件。在反转构造带优越聚油背景下，“似花状”构造油气运移非常活跃；受圈闭有效性的影响，“似花状”构造纵、横向成藏具明显的规律性，横向上“花瓣”富集，纵向上流一段成藏规模总体大于涠洲组。

图5 乌石凹陷断层活动速率分析Fig.5 Fault activity rate analysis in Wushi Sag

4 中浅层油气富集规律

该文在研究区断裂解析和构造演化分析基础上，结合乌石凹陷东区流一段、涠洲组钻井成果可知，乌石凹陷中浅层表现为下生上储、源控成藏的特征，反转构造带流一段、涠洲组油气富集于大型“似花状”构造区，多期断裂和砂体组成了优越的输导通道，同时，“似花状”构造区发育了大量断鼻、断背斜、断块圈闭。通过已钻井资料、构造演化、断层活动性分析以及油柱高度的统计，认为“似花状”构造油气富集横向变化主要受到了断层断距、活动性、断层倾角等因素的影响，形成“花瓣”规模聚集的特征。流二段生成油气在断裂和砂体组成的输导体系的输导下，向反转构造进行运移，油气主要富集于远离“似花状”构造“花心”部位的构造裙边带，呈现出外围“花瓣”富集的特征(图6)，乌石凹陷中浅层油藏呈现出“一块一藏，牙刷状”分布特征。