丽水凹陷幔源CO2充注对油气成藏的影响

2023-11-13马文睿

复杂油气藏 2023年3期

马文睿

（中海石油（中国）有限公司上海分公司研究院，上海 200338）

丽水凹陷古新统钻井油气显示活跃，揭示凹陷具有良好的油气成藏条件，已发现一个气田，是东海陆架盆地重要的含油气构造地质单元。但气田发现之后始终未能再有商业性油气突破，尤其是丽水西凹钻井中CO2的出现严重制约了油气勘探进程。对已发现CO2气藏与岩浆活动、断裂、砂体关系开展研究，厘清幔源CO2充注时期、充注方式，CO2气藏分布特征与油气藏间关系，避开CO2成藏区是油气勘探取得成功的重要前提。

1 区域地质概况

丽水凹陷位于东海陆架盆地台北坳陷西南端，呈北东—南西向展布，是在中生代残留盆地基础上发育起来的具有东断西超特点的新生代断陷构造,凹陷面积约为1.4×103km2，沉积地层厚近万米［1-2］。平面上，丽水凹陷被灵峰潜山构造带分割成东、西两个次凹（图1左）；纵向上，凹陷元古界片麻岩及中生界花岗侵入岩基底之上残留有中生界上白垩统石门潭组地层，之上为新生界地层，自下而上分别为古新统月桂峰组（E1y）、古新统灵峰组（E1l）、明月峰组（E1m），始新统瓯江组（E2o）、始新统温州组下段（E2w）、中新统（N1），上新统（N2）及第四系（Q）。凹陷经历了多期构造运动，包括晚白垩世末雁荡运动、古新世末瓯江运动、始新世中晚期至渐新世早期的玉泉运动、渐新世末的花港运动、中新世末的龙井运动及上新世末的冲绳海槽运动；其中玉泉-花港运动使丽水凹陷整体抬升剥蚀，温州组部分缺失，平湖组、花港组全部缺失（图1 右）。丽水凹陷自上世纪80 年代勘探以来油气显示丰富，已发现一个气田和多个含油气构造，多口探井钻探见CO2。

图1 丽水凹陷构造单元及地层、构造运动

2 幔源CO2时空分布和充注路径

2.1 丽水凹陷CO2时空分布和特征

丽水凹陷内含CO2构造有丽水SL1 气田和SN2构造、SL5 构造、SW1 构造（图1）。平面上，含CO2构造分布在丽水凹陷斜坡带及凹中隆SL1 气田、灵峰潜山带SL2 构造中，除灵峰潜山带SL2 构造上WL4井及WL6 井发现的微量CO2气体经证实为有机成因外，其余CO2碳同位素大于-8‰（表1），同时3He/4He＞10-5判别为幔源无机成因［3-9］。纵向上，CO2气层分布在古新统各地层中，其中月桂峰组和灵峰组为高含CO2气藏，明月峰组为含CO2气藏（SL1 气田）。丽水凹陷中有高含CO2气藏（WN2 井、WW1 井、WL5 井等）；有含CO2气藏（WL1 井、WL2井）；也有低CO2气藏（WL4井、WL6井等）（表1）。

表1 丽水凹陷探井CO2体积百分数和碳同位素

2.2 丽水凹陷含CO2气藏与深大断裂、岩浆活动关系

丽水凹陷深大断裂主要分布在丽水西凹灵峰潜山带西侧陡断带附近（图1 红虚线），为凹陷主要的控凹断裂，凹陷基底断裂在地震剖面上最深可至6 000 ms 附近，相当于10 km 左右深度，相较于东海陆架盆地的莫霍面30 km的深度［10］未能沟通幔源岩浆；其附近的钻井，如灵峰潜山构造带上的WL4井、WL6 井以及SN1 构造近年新钻探的WN1 井等均未见有CO2。

凹陷内古新世—中新世岩浆活动频繁，尤其是丽水西凹内钻井和地震剖面上均留有岩浆喷发或侵入体证据，位于岩浆活动区的钻井，如丽水凹陷西南部WN2 井、WL5 井，中央反转带WL1 井、WL2 井及西北斜坡带高部位WW1 井、WW5 井周边均见有顺断裂的岩浆侵入或中心式喷发证据。故认为深大断裂并不是丽水凹陷幔源CO2运移的通道。岩浆活动区附近的圈闭多见高含量CO2高压气藏。

3 岩浆活动期次对油气成藏的影响

3.1 丽水凹陷岩浆活动期次

结合CO2碳同位素（表1）及钻井周边岩浆活动，认为凹陷CO2气体来自幔源岩浆热液上涌携带的CO2。丽水凹陷地震剖面和钻井均有岩浆活动（喷发及侵入）证据，井上可依据钻遇岩性特征来识别岩浆活动，如钻遇安山岩、凝灰岩层；地震剖面上可依据具有杂乱反射特征的纵向或高角度斜交的火山通道、喷发后呈中心塌陷沉降式的破火山口、火山口附近的锥丘状喷溢相、横向具层状强反射特征的火山溢流相组合识别火山喷发相，或正常沉积岩层中突然出现的斜交（顺层）强反射—中低频反射识别岩浆侵入体。

岩浆上涌受能量大小不同及上覆地层差异的影响，分为侵入和喷发两种模式。侵入的时间晚于被侵入地层形成时间，如丽水凹陷主洼内T88 界面之下存在高角度斜交（顺层）岩浆侵入强反射体（图2 中红圈处）不能代表其活动时期；在无沉积间断的情况下喷发-溢流相出露地表的时间可近似等同于地层形成的时间［11］，代表该期岩浆活动时间，如地震剖面上见多条岩浆通道反射自基底沿先存断裂薄弱面垂直或斜列式上涌，终止于渐新统与中新统界面（T20）附近，结合花港运动期不整合面形成时间，确定喷发时间约为23.03 Ma左右（图3）。

图2 过丽水凹陷岩浆侵入现象（位置见图1中a线）

图3 过丽水凹陷主洼岩浆通道和刺穿层位（位置见图1中b线）

将火山喷发期次与主要构造活动、地质界面对应，将本区岩浆活动划分为4 期（图4）：Ⅰ期为古新世晚期，约56 Ma，岩浆喷发相零星发育，主要分布在西次凹南部和潜山中南段；Ⅱ期为始新世，约为47.8 Ma，岩浆活动向北迁移至丽水凹陷边缘西北高部位；Ⅲ期为始新世—渐新世，约为37.8—23.03 Ma，在西次凹北部广布式发育；Ⅳ期为中新世末,约为5.33 Ma，火山活动区向南迁移，主要集中在西次凹南端及近斜坡带，且数量变多。四期火山喷发分别为雁荡运动期、瓯江运动期、花港运动期、龙井运动期四幕。

图4 丽水凹陷喷发相火山活动分期平面分布

3.2 丽水凹陷油气成藏时间

前人对丽水凹陷的油气成藏史做过分析，认为丽水凹陷在裂谷盆地断陷期高地热流和快速埋深的作用下，于古新世末期干酪根进入成熟阶段，开始大量生烃，整体具有早期成藏的特征［12-15］，后期凹陷经历平湖运动—花港运动发生整体抬升，在始新世末—渐新世发生第二次油气运聚。通过对凹陷中央的SL1 气田埋藏生烃分析史可知，构造在埋藏作用后，渐新世发生过挤压抬升反转，具有两期成藏的特征，SL1 气田古新世末进入生排烃高峰（图5），在古新统下部发生大规模油气运聚成藏；SL1 构造在始新世末—渐新世发生抬升反转，原先形成的油气藏发生调整，在古新统上部成藏。

图5 SL1气田埋藏史-热演化史

3.3 CO2气体充注对油气成藏影响

根据前文所述，丽水凹陷深大断裂附近未见有含幔源无机CO2气藏，主要与幔源岩浆活动相关［16-17］，因此厘清岩浆活动和油气生排烃高峰的时间空间关系对分析幔源岩浆相关CO2气具有重要作用。通过凹陷生排烃高峰分析可知，丽水凹陷第一次生排烃高峰期后（56 Ma）的岩浆活动中（第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期岩浆活动）CO2充注对油气藏可能带来较大的影响，甚至对油气进行驱替和破坏。根据前述几期火成岩的发育部位可知，仅发育在凹陷内部的岩浆活动区可能对油气成藏具有破坏作用，故第Ⅲ、Ⅳ期岩浆活动对油气藏产生的风险相对较大。

与岩浆通道直接搭接或通过断裂输导体系（纵向输导体系）和砂体输导体系（横向输导体系）充注是CO2间接充注的重要途径。以SL1含CO2-烃类气气田为例，依据气田测试数据，其含烃量约66%，含CO2约34%，气田南约5 km 处的地震方差体切片（1 800 ms）见有火山口存在（图6），岩浆活动时间对应第Ⅲ期，即始新世末—渐新世前。

图6 丽水气田中南部1 800 ms方差体切片（图1中c线）

SL1 构造处于第Ⅲ期火山口高部位，南部附近少量发育的NEE 向断裂是CO2和油气运移的纵向通道，平面上发育的砂岩储层可作为CO2横向运移通道（图7），在两种运移通道的共同作用下，最终形成了当前SL1气田含CO2-烃类气的格局。

图7 过SL1气田南部岩浆通道剖面（位置见图1中c线）

位于凹陷西北部的WW5 井在月桂峰组钻遇了含油气显示的高压CO2气藏，其下倾方向约3 km 处发育第Ⅳ期岩浆活动，切穿了与目标搭接的断裂和砂体运移通道（图8），构造与岩浆活动通道上的砂体厚度大、物性好，在上覆厚层泥岩的封盖下使CO2气体进入圈闭得以保存。

图8 过WW5井地震剖面（位置见图1中d线）

位于丽水凹陷中南部的SL3 构造的WL3 井下倾方向约4 km 处发育第Ⅱ期岩浆活动（图9），但因砂体侧向尖灭，物性变差，CO2运移通道存在可能性小，CO2无法进入圈闭聚集成藏，因此，该构造不含CO2。

图9 过WL5井地震剖面（位置见图1中e线）

依据岩浆活动区与已发现的含油气圈闭距离、充注先后次序可建立起油气、CO2二者之间的两种关系：一是圈闭距离岩浆通道较近（0～5 km），CO2含量高，烃类含量低。具体又有以下几种情况：同时充注CO2和油气，油气充注弱而缓，爆发式岩浆活动决定CO2含量高；CO2先充注，油气后充注，烃类气体部分驱替CO2气体，CO2为主，烃类气体少；油气先充注，CO2后充注，CO2气体大量驱替烃类气体，CO2含量高。二是圈闭距离岩浆通道较远（＞5 km），CO2含量低，烃类含量高。具体有以下几种情况：同时充注CO2和油气，CO2充注距离远，能量衰减快，充注亦少；CO2先充注，油气后充注，捕获少量CO2，烃类气体为主；油气先充注，CO2后充注，捕获烃类多，受运移距离影响，CO2含量低。