北部湾盆地涠西南凹陷始新统流一段湖底扇发育特征及成藏模式

满 晓，胡德胜，吴 洁，宫立园，柳智萱，姜应德，赵 晔

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）

0 引言

南海北部湾盆地涠西南凹陷至今已历经四十余年的勘探开发，相继经历了以大型背斜、断鼻为主的勘探阶段和以复杂断块为主的勘探阶段，目前整体的钻井密度大，部分油区可达2.5 口/km2，且有十余个油田在生产，勘探开发程度较高。随着构造型圈闭的钻探殆尽，现已进入以构造-岩性复合圈闭、岩性圈闭为主的勘探阶段。湖底扇是有利于岩性圈闭发育的重要沉积类型之一，其发育条件及与油气成藏的关系一直都是研究的热点［1-2］。涠西南凹陷流沙港组一段（简称流一段）发育湖底扇沉积体，由于位于生烃中心之上，是当前勘探的重点目标。目前对于涠西南凹陷流一段湖底扇的报道多是针对B 洼［3-5］，B 洼流一段岩性圈闭已勘探多年，研究较为成熟，而勘探程度低、潜力大的A 洼研究成果相对较少。姜平等［6］提出流一段沉积期一号断层陡坡带扇体的发育具有明显的分区性，西端发育较大规模的粗粒砂质碎屑流沉积，中、东段扇体发育规模小；金杰华等［7］认为A 洼一号断层陡坡带流一段下亚段发育异重流沉积，并指出强构造运动、陡坡折带、湿润—半湿润气候及低湖水密度是其发育程度的主控因素；谭卓等［8］提出A 洼一号断层陡坡带铲式、坡坪和断阶3 种构造样式控制着不同时期、类型和规模的砂体沉积，认为高位域大型前积扇三角洲是隐蔽油藏的主要勘探方向。以往的研究多侧重于沉积体类型与区域分布的差异性，对岩性圈闭的发育条件及油气成藏模式研究较少。

在以往研究成果的基础上，依据高品质三维地震资料和钻井资料，从物源供应和古地貌变化的研究入手，探讨涠西南凹陷A 洼湖底扇的发育条件与沉积模式，明确该区岩性圈闭的发育模式，并针对洼中断裂不发育、源上层系难以成藏的难题，开展油气成藏条件研究，建立该区岩性油藏成藏模式，以期为指导该区后续勘探，并为国内其他探区陡坡带岩性圈闭的勘探提供借鉴。

1 地质概况

涠西南凹陷位于南海北部湾盆地北部坳陷带，整体呈北断南超的结构，受一号、二号、三号断层的分隔，分为A，B，C 共3 个次级洼陷，其中A 洼北侧为一号断层，断层上升盘为灰岩基底，上覆新近系，南侧与B 洼、C 洼通过二号断层隔开（图1a）。涠西南凹陷在新生代经历了古近纪裂陷期（T100—T60）和新近纪裂后期（T60—现今）。其中，裂陷期可分为初始裂陷期（T100—T90）、强裂陷期（T90—T80）和裂陷消亡期（T80—T60）［9-11］，强裂陷期对应始新统流沙港组沉积时期，主要受北西—南东向拉张应力控制［12］，地层自下而上可划分为流三段、流二段、流一段（图1b）。其中流三段（T90—T86）沉积期，边界断裂活动速率较小，主要为滨—浅湖环境，发育受短轴方向物源影响的扇三角洲沉积［13］；流二段（T86—T83）沉积期，控凹断层一号断层活动强烈，最大活动速率可达250 m/Ma，湖平面快速上升，在洼中沉积了巨厚的中—深湖相地层，最大厚度可达2 800 m，为涠西南凹陷主力烃源岩层系；流一段沉积期（T83—T80），一号断层活动速率明显降低，洼内次级断裂活动性增强，沉积、沉降中心均向洼中迁移，在洼陷边缘发育多类型的坡折，沉积体可推进至洼中。流一段沉积时期，湖平面经历了浅—深—浅的变化，可划分为低位域、湖侵域、高位域3 个体系域，其中低位—湖侵期（T83—T82—T81）主要受短轴方向物源影响，发育扇三角洲沉积，高位期（T81—T80）由于基底区域隆升，相对湖平面下降，长轴方向物源供应增强，发育大规模建设性三角洲［14］。

图1 北部湾盆地涠西南凹陷构造纲要（a）及古近系岩性地层综合柱状图（b）Fig.1 Structural outline（a）and stratigraphic column of Paleogene（b）in Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2 湖底扇沉积特征与岩性圈闭发育模式

目前已在涠西南凹陷A 洼流一段发现涠洲X和涠洲Y 共2 个岩性（或构造-岩性）油藏。其中，涠洲X 油藏位于一号断层下降盘，为低位域岩性油藏，油藏规模较小，油柱高度为200 m；涠洲Y 油藏位于A 洼南坡，为东西向岩性尖灭、南侧被二号断层遮挡形成的湖侵域构造-岩性油藏，多套油层垂向叠置，油藏规模较大，探明原油储量大于1 500×104m3。

涠西南凹陷A洼位于一号断层下降盘，主要受到北部粤桂隆起物源的影响，已钻井揭示流一段沉积时期沉积体的展布呈现规律性变化（图2）。低位期（T83—T82），扇体主要分布在东侧的WZX-1，WZX-2，WZX-4 等井区，薄层砂体（厚度为20～40 m）的地震响应为低频-连续-强振幅反射特征，厚层砂体（厚度为120～150 m）的地震响应为连续-弱振幅、透镜状反射特征，西侧的WZY-1 和WZX-3 井区为厚层页岩、泥岩；湖侵期（T82—T81），东侧的WZX-1，WZX-2，WZX-4 等井区以厚层泥岩为主，局部夹薄层粉砂岩，而西侧的WZY-1 和WZX-3 井区则为厚层的扇三角洲沉积，地震响应为连续-强振幅、丘状反射特征，反映扇体垂向加积；高位期（T81—T80）为自西向东发育的大规模建设性三角洲，可见明显的“S”形前积地震响应特征。

图2 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼始新统流一段地层连井对比Fig.2 Well-tie profile correlation of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.1 沉积构造与粒度特征

涠西南凹陷A 洼在WZX-2，WZY-2，WZY-3 这3 个井区获取了流一段岩心。其中，WZX-2 井取心段为流一段低位域（T83—T82）层段，这套砂岩直接上覆于流二段烃源层，录井可见油迹或荧光级别的显示，砂岩发育段埋深约为2 900 m，厚度约为50 m，为浅灰色细砂岩与褐灰色页岩、泥岩的不等厚互层，砂岩最大单层厚度为8.8 m，平均孔隙度为17%，平均渗透率为27 mD。岩心上段呈块状构造，而中下段可见正递变粒序，厚层砂岩中间夹薄层泥岩，泥岩厚度为10～15 cm，局部还可见冲刷面、泥岩撕裂屑（图3a，3b）。WZY-2 井和WZY-3 井取心段为流一段湖侵域（T82—T81）油层段，油气显示可达到油浸级别，含油性好，已有生产平台在进行开发，砂岩段毛厚度可达200～250 m，主要为（浅）灰色细砂岩与褐灰色泥岩不等厚互层，砂岩净厚度为40～70 m，单层最大厚度可达25 m，孔隙度为16%～20%，渗透率为60～600 mD。岩心沉积现象丰富，多种类型的事件沉积层互相叠置，反映其为非均一、非持续性的沉积体。取心段泥岩颜色以褐灰色为主，表明水体较深，局部可见明显的泥岩滑塌变形，变形与未变形岩层叠置，各类岩性明显搅浑（图3c）。取心段可见砂岩块状构造，与上、下岩层呈明显的突变接触，内部可见泥岩撕裂屑，为典型的砂质碎屑流沉积（图3d）［15-18］；还可见自下而上逐渐变细的正韵律富砂段，局部具有高密度浊流特征（图3e）；此外，可见从高密度浊流向低密度浊流逐渐变化的垂向沉积序列（图3f）。从C-M图上可见，WZX-2 井样品点C值为400～1 000 μm，M值为90～200 μm，样品点集中分布区间大致平行于C=M基线，指示为重力流事件性沉积的特征；WZY-2 井和WZY-3井样品点C值为100～3 000 μm，M值为20～1 000 μm，C值和M值的变化范围均较大，且样品点集中分布区间大致平行于C=M基线，指示为重力流事件性沉积（图3g）。

图3 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼始新统流一段重力流岩心沉积构造特征与沉积粒度特征Fig.3 Sedimentary structure and grain size characteristics of gravity flow cores of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.2 地震相特征

涠西南凹陷A 洼WZX-1 井和WZX-2 井钻遇的低位域扇体直接上覆于流二段顶面（T83），在三维地震剖面上呈现为一套顶面强波峰响应的地震异常体。这套地质体分布在靠近一号断层的位置，向物源区方向上倾尖灭特征明显，在更靠近物源区的位置未见大型近源扇体的发育，可判断为碎屑物质直接入湖形成的近岸水下扇（图4a）。在扇体侧缘出现的弱振幅地震响应体钻井证实为泥岩，在整体富泥的地质条件下，应用地震沉积学方法可有效实现岩性体的精细刻画［19-20］。研究区勘探实践表明，常规的振幅属性即可较为容易地识别出同一时期发育的扇体，在低位体系域早期，A 洼发育多个扇体，面积为2～23 km2，整体上靠近一号断层下降盘展布（图4b）。

图4 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼始新统流一段低位域扇体展布特征Fig.4 Distribution of fans in LST of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

研究区WZY-2 井和WZY-3 井钻遇的湖侵域湖底扇体分布在靠近洼中的位置，整体沉积厚度大。在垂直于物源方向的地震剖面上可见明显的丘状外形，堆积过程表现出分期次、垂向叠置、侧向迁移的特征（图5a）。在顺物源方向的地震剖面上表现为扇三角洲—湖相泥岩—湖底扇沉积类型的变化：近物源区发育大型扇三角洲沉积，WZY-1 井在流一段湖侵域钻遇厚度为500 m 的浅灰色砂砾岩；扇三角洲向湖盆方向，地震相表现为平行、连续、弱振幅反射特征，围区钻井揭示为湖相泥岩；到WZY-3 井区，地震相变为弱连续、中—强振幅反射，可见丘状外形、双向下超的特征，钻井揭示为湖底扇沉积体（图5b）。

图5 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼涠洲Y 构造始新统流一段湖底扇地震剖面Fig.5 Seismic sections of sublacustrine fans of the first member of Eocene Liushagang Formation of Weizhou Y structure in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.3 控制因素

2.3.1 物源供应

涠西南凹陷流三段—流二段沉积时期为强裂陷期，主要受北西—南东向拉张应力的影响，一号断层沿北东向展布，活动强烈，凹陷整体呈现为“北断南超”的结构，受短轴方向物源的影响，北部陡坡带和南部斜坡带分别发育近源扇三角洲和三角洲沉积体。流一段沉积时期为强断陷向断坳转换的变化时期，拉张应力由北西—南东向转变为南北向，凹陷整体发生右行扭动，造成东西两侧抬升，长轴方向物源供应显著增大，尤其在流一段沉积晚期，涠西南凹陷发育大规模轴向沉积体系［21］。

流一段沉积时期，A 洼的物源方向也表现为由短轴到长轴方向转变的特征。低位期，在一定程度上继承了流二段相对平静的水体环境，水体较深，钻井揭示以沉积厚层褐灰色页岩为特征，该时期主要接受陡坡带上盘物源的供应，扇体分布局限且规模较小，在WZX-1，WZX-2，WZX-4 等井区，低位域早期发育小规模近岸水下扇，晚期发育扇三角洲沉积，钻井揭示的扇体厚度为130～200 m，顺物源方向推进距离为2.1 km，横向展布宽度为2.4 km；湖侵期，由于东侧基底逐渐隆升，物源供应规模增大，在近物源区的WZY-1 和WZX-3 井区发育大规模扇三角洲沉积，钻井揭示扇体厚度为500 m，顺物源方向推进距离为4.8 km，横向展布宽度为7.5 km，而在扇三角洲前端则发育湖底扇沉积；高位期，A 洼主要受长轴方向物源的影响，发育自西向东推进的大规模高建设性三角洲，顺物源方向推进距离大于30 km，横向展布宽度为7～10 km。

2.3.2 古地貌

古地貌是形成物源区、沉积中心及物源搬运路径的控制因素［22］。涠西南凹陷A 洼古地貌变迁主要受一号断层演化的控制。流一段沉积期是涠西南凹陷区域伸展应力场由北西—南东向转变为南北向、沉降中心由一号断层下降盘向南迁移至二号断层下降盘的构造变革期［23］。

涠西南凹陷A 洼流二段地层最大厚度出现在一号断层下降盘，向洼中逐渐减薄，而流一段地层最大厚度出现在靠近洼中的位置，向一号断层逐渐收敛减薄，反映了因断层活动性变化造成的凹陷堆积中心的变化（图6a）。流二段沉积期是一号边界断层活动性最强的时期，最大活动速率可达250 m/Ma，凹陷整体为“北断南超”的半地堑，一号断层下降盘为凹陷的堆积中心，沉积了巨厚的流二段烃源岩层。流一段沉积期，一号断层活动性明显减弱，活动速率约为50 m/Ma，在低位期，一定程度上继承了流二段的古地貌特征，受到陡坡带物源影响，发育近岸水下扇体（图6b）；在湖侵期，由于边界断层活动性减弱，堆积中心逐渐迁移至洼陷中心位置（图6c），在靠近陡坡带的位置形成沉积斜坡，伴随着物源供应规模的增大，近源区发育大型扇三角洲沉积，在洼中则发育湖底扇体。

图6 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼始新统流一段沉积期地层格架（a）、低位期古地貌（b）及湖侵期古地貌（c）Fig.6 Stratigraphic framework（a），paleogeomorphology of LST（b）and TST（c）of the first member of Eocene Liushagang Formation in subasg A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.4 岩性圈闭发育模式

涠西南凹陷A洼流一段湖底扇的发育主要受控于物源供应的变化和古地貌的变迁。在低位域到湖侵域早期继承了强裂陷期的古地貌特征，一号断层下降盘为洼陷的堆积中心。在该时期，主要的物源供应区仍然是邻近的陡坡带上盘，且碎屑物质供应量有限，在一号断层下降盘的狭长地带发育一系列小规模的近岸水下扇体。由于一号断层坡降较大，扇体直接入湖，随着后期洼陷中央不断沉降，最终形成向物源区方向上倾尖灭的岩性圈闭（图7a）。

图7 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼始新统流一段岩性圈闭发育模式Fig.7 Lithologic trap development model of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

在湖侵域，由于一号边界断层活动性减弱，洼陷堆积中心逐渐迁移至洼中。随着长轴方向物源供应能力的不断增强，近物源区发育规模较大的扇三角洲沉积，同时受沉积斜坡的控制，在扇三角洲前端发育湖底扇沉积体，伴随着后期A 洼中心的不断沉降，以及二号断层持续活动造成位于其上盘的A洼南斜坡抬升，最终形成2 类岩性圈闭，一类是发育在洼中、向南斜坡翘倾尖灭的纯岩性圈闭，另一类是被二号断层遮挡形成的构造-岩性复合圈闭（图7b）。

3 成藏模式

由于流二段沉积期一号断层活动强烈，涠西南凹陷A 洼沉积了巨厚的湖相泥岩、页岩及油页岩，烃源层最大厚度为2 400 m。根据已钻井、泥岩热解等数据分析，A 洼流二段烃源岩有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主，TOC为2%～10%，S1+S2（生烃潜量）为10～100 mg/g，为好—优质烃源岩。A洼烃源岩生烃门限约在埋深为2 400 m［24-25］，现今已大面积成熟并排烃，具备大中型油田形成的基础。根据A洼钻井过程中的地层压力监测及电缆测压、测试数据，流二段烃源层存在明显超压，下部地层压力系数可以达到1.8，而流一段地层压力系数约为1.2。因此，油气在烃源层超压的驱动下，可高效向上覆的流一段低势区垂向运聚成藏。

输导体系是源外岩性油气藏能否规模成藏的关键要素之一［26］。除一号断层之外，A 洼的断裂体系主要在流三段与流二段沉积早期活动，在流二段上部基本不发育明显的断层，因此，油气如何突破泥岩盖层垂向运移是流一段岩性圈闭成藏的关键问题。研究发现，流二段上部地层局部存在较为明显的错断，可能是小断层/微裂隙的响应，断距较小，断面倾角大（图8a）。在地震地层切片可以清楚地看到，流二段上部地层存在一组沿着北西—南东向展布的微裂隙（图8b），初步研究认为，这组微裂隙的形成主要受早期断层和晚期构造差异沉降2 个方面因素的影响。流三段沉积期，洼中发育一组北西—南东向次级断裂，这组断裂在流二段沉积早期即停止活动，在流一段沉积之后，二号断层强烈活动形成洼中隆起带，使得A 洼南斜坡带和洼中发育差异沉降，在早期断层发育区地层发生膝折弯曲变形，进而形成一组向上张开的微裂隙（图9），为油气突破泥岩盖层垂向运移提供了通道［27］。

图8 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼微裂隙剖面（a）和平面分布特征（b）Fig.8 Section（a）and plane distribution characteristics（b）of microfractures in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

图9 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼微裂隙发育模式Fig.9 Development model of microfractures in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

综上所述，A 洼流一段岩性圈闭具有良好的油源和垂向运移条件，油气成藏模式可以总结为“超压驱动，微裂隙垂向运移，低势区岩性圈闭汇聚成藏”（图10）。在斜坡区找油一直是A 洼的主要勘探方向，根据此次对该区油气成藏模式的研究，认为近洼区或洼中是岩性圈闭的有利发育区，而且下伏烃源层成熟度高，且具备良好的垂向运移条件，可以据此转变勘探思路，将近洼带或洼中作为重点勘探方向加以探索。此外，可以根据岩性圈闭平面分布位置与微裂隙发育区的匹配关系，指导勘探井位的选择，提高勘探钻井的成功率。

图10 北部湾盆地涠西南凹陷A 洼始新统流一段岩性油藏成藏模式Fig.10 Lithologic reservoir accumulation model of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

4 结论

（1）涠西南凹陷A 洼在流一段低位域和湖侵域发育湖底扇沉积体，其中，低位域湖底扇分布在靠近一号断层的位置，地震上表现为连续、强反射的特征；湖侵域湖底扇分布在靠近洼中的位置，地震上具有明显的丘状反射外形。

（2）涠西南凹陷A 洼流一段湖底扇的发育主要受控于物源供应的变化和古地貌的变迁。在低位域到湖侵域早期，一号断层下降盘为洼陷的堆积中心，受邻近的陡坡带上盘物源影响，在下降盘发育一系列直接入湖的小规模的湖底扇体。在湖侵域，洼陷堆积中心逐渐迁移至洼中，洼陷长轴方向物源供应能力不断增强，同时受沉积斜坡的控制，发育扇三角洲-湖底扇沉积体组合，湖底扇沉积体分布在靠近洼中的位置。

（3）涠西南凹陷A 洼流一段发育2 类岩性圈闭，一类是发育在洼中、向斜坡区翘倾尖灭的纯岩性圈闭，另一类是被断层遮挡形成的构造-岩性复合圈闭。

（4）涠西南凹陷A 洼受早期断层和晚期构造差异沉降两方面因素的影响，在烃源层上部发育微裂隙，为油气突破泥岩盖层运移至岩性圈闭内聚集成藏提供了良好的条件，具有“超压驱动，微裂隙垂向运移，低势区岩性圈闭汇聚成藏”的岩性油藏成藏模式。