断裂复合汇聚脊对新近系油气远距离富集的控制作用<br/>——以珠江口盆地阳江东凹与恩平凹陷为例

断裂复合汇聚脊对新近系油气远距离富集的控制作用
——以珠江口盆地阳江东凹与恩平凹陷为例

2021-03-30朱定伟蔡国富张晓钊杜晓东李孔森彭霄云朱君雪

大地构造与成矿学 2021年1期

吴静, 朱定伟, 赵鹏, 蔡国富, 张晓钊,杜晓东, 李孔森, 彭霄云, 朱君雪

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司, 广东深圳 518000)

0 引言

珠江口盆地珠一坳陷北部断阶带在过去的40年勘探实践中一直未获商业发现, 零星的勘探探索也仅局限在邻近凹陷边缘的区域。近年来, 随着勘探力度的逐年加大及研究的日趋深入, 在阳江东凹与恩平凹陷北部相继获得重大油气发现, 且油气具有远源富集特征, 从而把珠江口盆地珠一坳陷勘探成功拓展到北部断阶带(陈长民等, 2 003; 朱伟林,2012; 刘志峰等, 201 7; 彭光荣等, 2 019; 田立新等,2020)。

珠江口盆地恩平凹陷和阳江东凹为南海东部海域近几年重要的储量增长点, 先后发现恩平15A、恩平10A、恩平15B、恩平21A、恩平21B 等一批油田和含油构造, 三级储量超5000 万吨, 其中, 新近系储量占比超过 90%(米立军, 20 18; 田立新等,2020)。对于恩平凹陷南部和阳江东凹新近系油气运移和成藏问题前人做了一定研究: 刘丽华等(2011)针对恩平凹陷南部特征提出了“先横后纵”的高效复式油气输导体系, 恩平17 洼油气主要通过文昌组砂体及内部不整合面横向向南运移, 到达隆起后通过断层纵向运移到目的层圈闭成藏; 许新明等(2014,2015)提出“接力式”运移模式, 认为地层产状决定了油气的优势运移方向, 且发育多期“中转站”, 并通过不整合面、区域性砂体以及次级断层的复合输导沟通下部的油源通道网和上部的油气聚集网; 彭光荣等(2019)认为阳江东凹油源断层特征差异明显,走向变化大、交接关系复杂, 分段性强, 源-断耦合差异控藏是主要的成藏模式; 田立新等(2020)认为阳江凹陷的成藏模式为受断裂通源能力及圈闭有效性影响的“源-断-圈”耦合近源成藏; 熊万林等(2019)认为恩平凹陷北部油气充注表现为“两期油、两期CO2、一期烃类气”充注特征, 油气成藏过程表现为“南北洼双源供烃、两期油充注、断脊联控、CO2驱替、烃类气改造油藏”的特征; 杜晓东等(2020)认为阳江东凹断层对油气成藏有较大的控制作用, 整体控藏机理是“源断耦合、张扭富集、差异控藏”。这些认识为恩平凹陷北部和阳江东凹油气勘探突破起到了重要的指导作用, 但前人针对恩平凹陷和阳江东凹的研究主要集中在各个凹陷内的分析, 对于远离洼陷的北部断阶带隆起区研究较少, 对于油气能否在此断阶带远源富集缺乏系统剖析, 尚无相关论述。

结合勘探实践, 本次研究通过对阳江东凹与恩平凹陷北部一系列勘探案例的解剖及成藏规律总结,精准识别出恩平15-03 断裂复合汇聚脊, 证实它是该区域油气能够远源富集成藏的关健因素, 从“源-汇-聚”耦合角度, 探讨该断裂复合汇聚脊的控藏作用, 建立油气成藏模式, 直接指导珠一坳陷北部断阶带的油气勘探实践, 也丰富了新近系油气成藏理论, 对类似地区的勘探具有一定借鉴意义。

图1 研究区区域位置Fig.1 Tectonic location of the study area

1 区域地质背景

恩平15-03 断裂复合汇聚脊位于珠江口盆地珠一坳陷北部断阶带, 自南向北由恩平15 和恩平03潜山披覆构造带组成, 为发育于前新生代基底古隆起背景上的长期继承性构造脊。其西侧、西南侧、东侧三面分别被恩平14 洼、恩平21 洼和恩平17 洼环绕(图1), 其中恩平17 洼和恩平21 洼为已证实的富生烃凹陷, 恩平14 洼初步研究认为具备生烃条件, 但尚未证实。始新世文昌组沉积期, 珠江口盆地整体受NW-SE 向伸展作用, N E 向、NEE 向先存断裂负反转, 控制了恩平17 洼等一系列NE 向、NEE 走向的半地堑和古隆起的形成(施和生等, 2014;施和生, 2015; 何勇等, 2018)。

恩平15-03 断裂复合汇聚脊呈S-N 走向, 南北长38 km, 东西宽30 km, 面积约2000 km2。汇聚脊基底为花岗岩, 上覆新近系珠海组、珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系等。汇聚脊发育东西两组倾向相反的断裂, 断裂自基底开始发育, 继承性活动到韩江组或更浅的地层中。东侧弧形断裂倾向为南, 西侧断裂倾向为北。断裂上升盘一般发育受断层遮挡形成的断鼻或断背斜圈闭。整体上, 汇聚脊具备基底披覆的特征, 同时受继承性断裂活动控制。由于临近富烃洼陷, 同时配置油源断裂和断层相关圈闭, 恩平15-03 断裂复合汇聚脊成为珠一坳陷北部断阶带油气远距离运聚成藏的重要区带,形成了一系列商业性油气田。

2 恩平凹陷北部断阶带断裂复合汇聚脊的特征及成因

前人研究认为, “汇聚脊”是指深-浅层继承性发育的脊状或似脊状地质体, 其顶面或内部广泛分布具有层状且与烃源岩相连接的渗透层, 其本身是一个低势区, 以不整合面、砂体和断裂等汇聚通道连接烃源灶, 能使油气从四面向低势区长期汇聚(薛永安, 2018)。恩平15-03 断裂复合汇聚脊是裂陷期基底升降差异、断裂继承性活动、油气运汇等一系列地质过程的结果, 形成了油气运移汇聚的有利成藏区带, 其特征和地质成因对于认识油气成藏规律具有重要的意义。

2.1 断裂复合汇聚脊的特征

2.1.1 南端三洼环绕分布

恩平15-03 断裂复合汇聚脊位于珠江口盆地珠一坳陷西部边界, 大地构造格局上紧邻珠江口盆地阳江-一统断裂构造变换带, 具有三洼环绕的背景。从新生界底界基底形态上可以看出, 该构造脊总体为S-N 走向, 向北逐级抬升, 长约38 k m(图2)。恩平15-03 断裂复合汇聚脊被恩平17 洼、恩平21 洼和恩平14 洼三个洼陷环绕, 其东南侧恩平17 洼为已证实的富烃洼陷, 西南端阳江东凹恩平21 为生烃洼陷, 西侧恩平14 洼为潜在生烃洼陷。三个洼陷均在裂陷期强烈活动, 形成文昌组、恩平组陆相湖泊沉积, 该时期恩平15-03 断裂复合汇聚脊基底处于隆升风化剥蚀状态。拗陷期珠一坳陷整体沉降, 汇聚脊的基底和周边洼陷整体接受新近系沉积, 因此,汇聚脊的新近系具备一定基底披覆成因(图3)。

图2 恩平15-03 断裂复合汇聚脊基底(Tg)等T0 图Fig.2 T 0 basement m ap o f the E nping 1 5-03 f aulted composite accumulation ridge

图3 恩平15-03 断裂复合汇聚脊珠江组顶面等T0 图Fig.3 T 0 map of the surface of the Zhujiang Formation of the Enping 15-03 faulted composite accumulation ridge

2.1.2 断裂转换调节带形成构造脊

恩平15-03 断裂复合汇聚脊受东、西侧两组倾向相反的断裂体系控制, 新生代在张扭应力场控制下形成具有构造转换带性质的构造脊。西侧发育7条北倾的反向断裂, 东侧发育6 条南倾的顺向断裂,整体由南向北逐级抬升形成连续的断阶组合(图3)。东侧断裂体系由NWW 和SE 走向, 且倾向南西的断裂(F1～F6)组成, 断裂在恩平组沉积期开始活动, 深切基底, 在粤海组沉积期末(T30界面)基本上停止活动(图 4)。F2、F3、F4断裂与恩平17 洼控洼断裂交切, 可良好沟通洼陷烃源岩。西侧断裂体系与东侧差异明显, 由NEE、SE 走向的北倾断裂组成, 断层在平面形态上较为平直, 其中南端F7、F8和F9断裂活动始于文昌组沉积期, 北部F10、F11、F12和F13断层活动始于珠海组沉积期, 所有断层活动基本上也是终止于粤海组沉积期末(T30界面)(图 5) 。东、西侧系列断层阶梯式分布, 对倾持续活动且相互交切叠接, 形成两侧沉降、中部隆升的断层转换调节带,构成稳定的构造脊, 成为南低北高逐级爬升的油气汇聚区。

2.1.3 构造脊与油源断裂良好匹配形成汇聚区

恩平15-03 断裂复合汇聚脊配置的有效油源断裂使其能够大规模汇聚油气。南端断裂深切凹陷、晚期活动性较强, 能将凹陷内部的油气大规模调节到中浅层。同时, 隆起上发育的次级断裂切割至基底不整合面, 也构成油气向浅层运移的通道。东侧大型弧形断裂F2、F3、F4深切恩平17 洼文昌组, 同时与恩平17 控洼断裂F0相交切(图2、3), 能够高效输导恩平17 洼文昌组生成的油气。隆起上的断裂切割恩平21 洼缓坡带不整合面, 是恩平21 洼油气向浅层运移的主要通道。F7为恩平14 洼控洼断裂、F9断裂切至恩平14 洼缓坡基底(图3), 构成恩平14 洼油气向浅层运移的通道。

图4 恩平15-03 断裂复合汇聚脊西侧断裂体系地震剖面(剖面位置见图3)Fig.4 Seismic profile showing fault system on the west side of the Enping 15-03 faulted composite accumulation ridge

图5 恩平15-03 断裂复合汇聚脊东侧断裂体系地震剖面(剖面位置见图3)Fig.5 Seismic profile showing fault system on the east side of the Enping 15-03 faulted composite accumulation ridge

2.1.4 汇聚脊上圈闭成藏条件优越

汇聚脊上覆珠海组-第四系, 其中珠江组-韩江组等主要成藏层段的构造脊特征明显, 表明与基底构造的继承性较好。构造脊与周缘断层倾末端结合部形成的串珠状断鼻、断块圈闭也具有继承性特征(图4、5)。在10～5 M a 之后的油气成藏期, 构造脊上圈闭已形成, 处于油气运移路径之上, 有利于捕获构造脊上汇聚的油气从而富集成藏(何敏, 2019)。

2.2 断裂复合汇聚脊的地质成因

恩平15-03 断裂复合汇聚脊的形成受基底属性差异和伸展构造应力的联合制约。汇聚脊是在受控于先存断裂基础上发育起来的不同走向及倾向的长期活动断裂, 由于应力场转换作用下断块差异升降作用而形成。恩平凹陷基底内发育的多组逆断层、相关褶皱以及叠瓦状构造等逆冲推覆构造为中生代挤压性逆冲先存构造(何勇等, 2018)。恩平凹陷北部断阶带近NE 向和E-W 向等多组先存逆冲断层在新生代应力场转换过程中发生阶段性负反转, 确定了恩平15-03 断裂复合汇聚脊的基本分布格局和形态特征。

早-中始新世, 受东部太平洋板块俯冲导致的NW-SE 向伸展应力场影响, 文昌组沉积期裂陷作用具有东强西弱的特征, 在珠江口盆地东部优势伸展的NE 向断层活动性达到区域峰值(张远泽等, 2019),形成了恩平17 洼、恩平20/21 洼和恩平14 洼等生烃洼陷。由两条NE 向控洼断层所夹持的地垒形成,构成断裂构造脊深层的基底古隆起格局(图6a)。

晚始新世-渐新世, 恩平组-珠海组沉积期, 区域张应力场从NW-SE 向转至S-N 向(图6b)。恩平凹陷北部断阶带基底古隆起上近E-W 向的先存断裂活化, 形成南倾的大型弧形断裂, 系列弧形断裂向恩平17 洼内部拓展, 切割了早期的NE 向控洼断层。这组弧形断裂将基底由整体古隆起分割成多个断阶, 并向北逐渐抬升。以此同时, 西侧NE 向、NEE 向北倾断裂继承性活动, 使得构造脊集中于断层上升盘一侧。

图6 断裂复合汇聚脊形成过程Fig.6 Development of the faulted composite accumulation ridge

中新世, 珠江组-韩江组沉积期, 珠江口盆地应力场受控于新构造运动, 区域应力场进一步顺时针旋转, 主应力伸展方向转为NNE 向(图6c)。该应力方向造成东部南倾的弧形断层活动进一步强化, 总体具有张性特征, 油气输导作用强。而西部NE 向断层在应力场转变后具有张扭性特征, 断层上升盘形成系列断块和断鼻构造, 断层封堵作用较优。同时,在构造脊北部发育多条NWW 走向的右阶雁列式断层, 将构造脊进一步分割强化。总之, 在该时期NNE向的伸展主应力场作用下, 恩平15-03 断裂复合汇聚脊特征得到显著强化, 构造脊集中在东、西部断裂转换带上, 向北逐级抬升, 并基本定型于粤海组沉积期, 具有东部以南倾断裂张性输导为主、西部以北倾断裂张扭封堵为主的差异“断-脊”组合特征。

3 “ 源-汇-聚”成藏模式

断裂复合汇聚脊具备“源-汇-聚”控藏模式, 恩平17 洼、21 洼、14 洼三个洼陷文昌组烃源岩提供远距离运移成藏的油气, 油源断裂与构造脊的匹配控制了油气向汇聚脊的汇聚过程, 汇聚脊上发育的圈闭则可有效聚集油气。

3.1 油源

恩平14 洼、恩平21 洼和恩平17 洼控洼断裂的活动性整体较强, 强烈的断陷作用和相对匮乏的物源供给导致三个洼陷长期处于欠补偿环境, 广泛发育半深湖相烃源岩。恩平17 洼发现油气探明储量超1 亿吨,已证实为富生烃洼陷。目前, 仅一口探井钻至文昌组顶部294 m 的滨浅湖相地层, 未揭示文昌组主体。有机质类型以Ⅱ2型为主, TOC 为 0.85%～1.61%, 平均1.03%(课题组未发表数据)。恩平17 洼原油生物标志化合物具有C304-甲基甾烷(C304-MSt)丰富的特征, 这表明恩平17 洼半深湖相烃源岩是已发现油气的主要贡献者, 存在少量滨浅湖相烃源岩的贡献(图7)。恩平21 洼文昌组半深-深湖相烃源岩有机质丰度高, T OC 为1.29%～3.6%, 平均2.43%, 有机质类型均以Ⅱ1-Ⅰ型为主, 泥岩生物标志化合物特征整体表现为C304-甲基甾烷丰富, T 化合物含量较低(图7), 洼陷地质资源量超1 亿吨(朱明等, 2019)。恩平14 洼勘探程度尚低, 研究表明文昌组沉积范围近310 k m2, 最大厚度近2000 m, 深湖相沉积广泛发育,最大埋深6000 m, 石油地质资源量约1 亿吨。三个洼陷为汇聚脊上油气成藏提供物质基础。

3.2 汇聚模式

恩平15-03 断裂复合汇聚脊三面环洼, 是油气运移、汇聚的有利区, 各洼陷向汇聚脊供烃存在不同的汇聚模式。

3.2.1 恩平17 洼: “源-中转站-断”汇聚模式

恩平15-03 断裂复合汇聚脊邻近恩平17 洼的陡坡带, 恩平17 洼结构形态整体受北部低角度边界断裂控制, 这种低角度控洼断裂形成了自迁移型的层序结构, 半深湖相烃源岩自南向北向控洼断层方向侧向叠置、迁移。烃源岩的分割槽相比传统高角度半地堑更靠近缓坡方向, 使向北部陡坡带供烃的烃源岩面积相比传统高角度半地堑更大。东侧发育多条弧形断裂在裂陷期活动形成断槽或断沟, 为隆起区碎屑物源向洼陷输入提供通道, 在近主控断裂处形成陡坡扇脊等近源沉积体。此类扇体与文昌组烃源岩接触形成油气向新近系运移的“中转站”, 由“中转站”进入油源断裂后, 运移至合适的盖层顶板之下, 便沿构造脊汇聚进入临近的圈闭中(图8a)。

图7 恩平21 洼烃源岩与恩平17 洼原油生物标志化合物特征Fig.7 Biomarker characteristics of source rocks and oil from the Enping 21 Sag and the Enping 17 Sag

图8 恩平17 洼(a)、恩平21 洼(b)、恩平14 洼(c)汇聚模式Fig.8 Accumulation models of the faulted composite accumulation ridges of the Enping 17 Sag (a), the Enping 21 Sag(b) and the Enping 14 Sag (c)

3.2.2 恩平21 洼: “源-不整合面-断”汇聚模式

恩平21 洼为南断北超式洼陷, 文昌组向北东方向超覆。文昌组沉积末期, 缓坡基底发生显著隆升,地层强烈剥蚀形成大范围的地层不整合。恩平21 洼文昌组生成的油气成熟后, 受烃源岩地层产状控制,向北东方向运移, 并沿不整合面向隆起区运移。隆起区发育大量的晚期油源断裂, 切割至基底或者文昌组。油气经不整合面运移至隆起区, 经油源断裂调节至浅层, 在盖层顶板之下, 沿汇聚脊运移在圈闭中聚集成藏(图8b)。

3.2.3 恩平14 洼: “源-断-脊”汇聚模式

恩平14 洼文昌组沉积之后活动强度较弱, 文昌组整体向北西方向超覆。烃源岩生成的油气沿地层向缓坡方向运移。在断层调节下运移至浅层, 直接进入汇聚脊, 汇聚模式较前述两个洼陷简单(图8c)。

4 勘探实践与案例

通过地质认识和勘探技术的创新, 对珠江口盆地阳江东凹与恩平凹陷北部的石油地质条件和勘探潜力进行了深入研究, 在断裂复合汇聚脊对新近系油气远距离富集控制作用理论的指导下, 实现了该区勘探的突破。

恩平凹陷北部断阶带新近系自下而上依次为珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系, 其中珠江组-韩江组沉积期为海侵过程, 地层含砂率随着海平面的上升而逐渐降低。研究区为古珠江三角洲前缘相带, 砂岩分布稳定且物性较好, 同时, 研究区在珠江组-韩江组沉积期发育多期海泛, 每一期海泛都对应一套区域上连续、稳定分布的海泛泥岩,上述两个组段含砂率整体为40%～50%, 形成了多套优良的储盖组合, 为油气富集成藏提供了良好的储集空间, 多套海泛泥岩为油气横向运移提供了盖层。

恩平15-03 复合汇聚脊西侧、西南侧、东侧分别被恩平14 洼、恩平21 洼和恩平17 洼所环绕, 这些(潜在)富烃洼陷通过不同成藏模式向该构造脊运移油气。位于构造脊之上的多个圈闭均发现有油气,包括恩平15A、10A 油田及恩平9A 含油构造等, 储量规模超过5000 万方。其中, 汇聚脊最南端的恩平15A 油田为油气运移的第一站, 在油气显示方面具有层数多、层段长、级别高的特点; 油气继续向北运移至恩平10A 油田及恩平9A 含油构造, 显示富集层段具有逐渐攀升的趋势, 即随着运移距离的增加,油气富集层段越来越浅, 层数也逐渐减少(图9)。