珠江口盆地X区块断裂系统特征及其对油气成藏的作用

2022-02-17逄建东李林洹

黑龙江科技大学学报 2022年1期

张昊，逄建东，李林洹

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

0 引言

珠江口盆地位于中国南海北部，面积约为15万km2，呈NE-SW向展布，是中国近海最大的含油气盆地之一，规模勘探始于上世纪70年代[1]。从整体构造格局来看，珠江口盆地以NE向断裂体系为NE主控，具有南北分带、东西分块的构造格局，主要划分了5个构造单元[2-4]，北部隆起带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带、南部隆起带。区域上具有下断上坳的双层结构及下陆上海的沉积特点[5-7]，发育文昌组、恩平组、珠海组、珠江组、韩江组、粤海组、万山组及第四纪地层，其中断陷阶段发育的文昌组及恩平组为主要的烃源岩层，断坳转换阶段发育的珠海组及坳陷阶段发育的地层为主要的储集层[8-10]。

勘探情况表明，古近系生成的油气进入新近系成藏，与沟通源岩的断层纵向输导作用密切相关[6]。因此，系统地研究断裂几何学特征、发育演化及对油气成藏的作用是十分必要的。

1 研究区概况

1.1 地质概况

X区块位于珠江口盆地东沙隆起西部，面积约为1 500 km2，属于中央隆起带的内部构造单元，南部毗邻番禺低隆起，西北部紧邻珠一坳陷(图1)。工区处于盆地隆起带，文昌组及恩平组地层不发育，珠海组地层发育较薄。珠江口盆地地层与主要构造运动见表1。

表1 珠江口盆地地层与主要构造运动

1.2 X区块断裂特征

X区块地处珠江口盆地隆起带，该区构造整体格局表现为由西向东抬升的呈“南断北超”的复式半地堑，地层平缓，从浅到深具有明显的相似性和继承性，地层倾角5°左右。如图2所示，X区块断层比较发育，正断层数量可达30多条，平面上断层走向主要有NEE和NW 2个方向，以平行式、斜列式的雁列式组合为主，性质为张性断层。剖面上显示主要为伸展构造样式，断层以北倾多米诺式复杂半地堑构造样式为主。

图2 X区块断裂系统及构造单元划分Fig. 2 Fault system and structural unit division in block X

根据构造特征，如图3～5所示，研究区内共划分出3个构造单元，即南部断裂带、内斜坡带及外斜坡带。南部断裂带呈NE向展布，地层发育相对齐全，从珠江组到粤海组均有发育，由于南部断裂带活动时间比较早，强度也比较大，持续时间比较长，故下降盘地层埋藏较深。内斜坡带位于南部断裂带以北，成NE向展布，地层南倾，向北抬升，断层较发育，从珠江组到粤海组地层都有发育。但内斜坡带东西两侧构造特征有所不同：西部断裂更发育，剖面上发育复式Y字型断裂组合，平面上断层成平行交织状断裂组合；东部断裂较少，剖面上以单一平直断层为主。外斜坡带位于工区北部，在现断裂系统形成过程中，早期断层不发育，主要受应力场变化和岩石力学性质影响而形成断层。外斜坡带成NE向展布，坡度非常缓，断层较发育，平面上成雁列式排布。

图3 南部断裂带断裂系统基本特征Fig. 3 Fault system characteristics in southern faults zone

X区块断层发育特征对油气藏落实有重要控制作用，如表2所示，主控断层共9条，走向近EW向延伸，倾向以北倾为主，延伸长度l在3～10 km，断距h为20～100 m，均切割粤海-基底地层，形成的圈闭主要为近东西向发育的断层控制圈闭为主，圈闭类型以背斜圈闭、断裂背斜圈闭和断裂鼻状构造圈闭为主。

图4 内斜坡带断裂系统基本特征Fig. 4 Fault system characteristics in inner slope zone

表2 X区块断层要素

图5 外斜坡带断裂系统基本特征Fig. 5 Fault system characteristics in outer slope zone

2 断裂系统演化特征

通过区内精细构造解释及综合分析，主要考虑断层与油气成藏关系、断层形成期次两个因素。X区块中断层按照活动时间可分成3类，即继承性断层、早期断层及晚期断层。如图5所示，继承性断层主要为断开基底，在珠江组至韩江组沉积时期持续活动的断层，走向为NEE向、NW向；晚期主要为断开韩江组至万山组的东沙运动之后活动的断层，包括万山组、粤海组及韩江组后期活动的断层，断层走向为NEE向、EW向；早期断层主要受白云运动、南海运动形成的断层，活动时间主要为断开基底至珠江组，断层走向为EW向、NWW向。

平面上，如图3所示，X区块继承性断层主要分布在工区的最南部，其他区域分布较少，断层发育规模较大，控制隆起区部分的地层发育。早期断层主要分布在工区的中南、西南部，活动时间较短，断层延伸长度及断距都比较小。晚期活动断层在全工区发育，大部分断层属于晚期活动断层。

图6 X区块断层发育类型剖面Fig. 6 Section of fault development type in block X

3 断裂系统对油气成藏的作用

X区块位于珠江口盆地珠一凹陷东南缘的东沙隆起西部，周围存在着多个富生烃凹陷，是珠江口盆地勘探的主战场之一。距离研究区最近的番禺4洼勘探最早始于1985年，前人研究及勘探实践表明，番禺4洼累计探明原油地质储量1.5亿t，是一个典型的“小而肥”的富生烃洼陷[11-13]。番禺4洼是X区块主要供烃单元，文昌组湖相泥岩为主要烃源岩，有机碳质量分数平均为2.58%，有机质类型Ⅰ～Ⅱ1型为主，部分为Ⅱ2型，处于成熟—高成熟演化阶段，是主力烃源岩[14]。但是研究区处于隆起之上，距离供烃单元较远，因此，油气运移条件研究是X区块是否大规模成藏的主控因素。

X区块及其邻区输导体系是由断裂+砂体+不整合面+构造脊组合成的复合输导格架[15]。其中，砂体在油气长距离横向疏导中发挥着尤为重要的作用。珠江口盆地新生代以来长期接受古珠江水系的物源供给，横向连续、稳定分布的砂体(尤其是珠海组、珠江组大型富砂三角洲体系发育)为盆地油气侧向运移提供了有利的疏导体系，使得油气能够在远离洼陷的隆起区富集成藏。

由此可见，在区域性海泛泥岩盖层下的珠海组、珠江组海相大型三角洲前缘河口坝、席状砂体构成了研究区及其邻区主要的油气横向输导体系，成为该地区油气能否远距离富集成藏的基本保障。

3.1 断裂对油气运移、成藏的控制作用

在油气输导体系中，断裂是本区油气垂向运移的主要通道，而断层对油气藏形成与分布的控制作用主要体现在油气输导和侧向遮挡两个作用，即：断层的封闭能有效遮挡下伏油气的运移进而聚集成藏；断层的开启能使油气发生运移或对早期油藏进行2次调整。钻探结果证实，研究区油气运聚总体受断层、不整合面和横向连通的砂体的复合输导网络所控制，但断裂对油气运移的控制作用较为突出，表现为断裂控烃的典型特征。

3.2 油气运移成藏的时空配置关系

X区块断层生长指数如图7所示。圈闭的形成时间与油气大量生排烃配置关系直接影响油气藏的形成。

图7 X区块断层生长指数Fig. 7 Fault growth index in block X

调查发现，X区块全部主要发育在韩江组和珠江组地层中，均为受NWW向断层影响的断鼻或者断背斜圈闭。根据沉积与构造演化结果，结合断层生长指数分析(图7)，工区内所有圈闭均是距今10 Ma左右形成的。同时，番禺4洼的生排烃研究结果表明[16-17]，该区文昌组烃源岩在珠江后期进入低成熟期(18 Ma)，在韩江末期(10 Ma)进入成熟期，由于番禺4洼的油源埋深比邻近的惠州、恩平等凹陷浅，故生排烃高峰也晚。又因排油时间比烃类大量生成时间滞后，可以得出番禺4洼主力烃源岩(文昌组)排油时间可能在韩江期(10 Ma)以后，与圈闭的形成时间恰好匹配。

3.3 断裂发育与成藏期的匹配关系

番禺4洼文昌组烃源岩在珠江后期进入成熟期(18 Ma)，开始生烃，在韩江末期(10 Ma)达到高成熟期，开始大规模生排烃[16-18]。这一时间与X区块断层活动时间(圈闭定型时间)的匹配关系，是油气在研究区能否成藏的重点。

X区块在珠琼运动和东沙运动期都形成了大量的断层，其中早期断层形成于珠琼运动，呈NE向展布，晚期断层形成于东沙运动，距今10～5 Ma，呈NWW向展布。分析认为，晚期断裂形成时间与烃源岩大量生排烃时间(10 Ma～至今)较为匹配，对研究区油气成藏起了非常重要的控制作用。从本区及邻区已发现的商业油田显示出本区局部圈闭的形成和油气的平面分布与晚期断裂活动有密切相关性。

4 三维油气成藏运聚模拟

油气运聚研究是研究区油气综合成藏评价的关键点和难点，尽可能接近地质真实的盆地模拟是实现油气运聚研究的一种重要手段[19-20]。基于此，开展基于Temisflow盆地模拟软件的三维油气运聚模拟。针对X区块，根据前人珠江口盆地研究成果，结合本次对研究区地震解释成果，建立构造带主要目的层(珠海组、下珠江组顶面、上珠江组、下韩江组、上韩江组等)的三维盆地构造格架；根据断层对盆地油气成藏作用分析及油气地质特征，选择了6条对研究区油气富集成藏起着关键控制作用的断层进行刻画和模拟；结合区域认识建立了沉积体三维网格模型；利用工区及邻区资料，设置烃源岩类型及相关生烃参数、大地热流相关参数等地球化学参数[21-22]，进行三维油气成藏运聚模拟。

三维油气运聚模拟结果体现了油气在不整合、断层、砂体组合形成的复合疏导体系内，进行侧向和垂向运移的复杂耦合过程，随着运移距离的增大，通过断层与砂体的耦合，在侧向运移同时沿断层向浅层运移；在平面上，油气运聚模拟现实的油气运移方向也有所不同(图8)。