珠江口盆地陸豐12-A油田“斷-脊-蓋”耦合遠源成藏模式*

孫陽子 張向濤 雷永昌 邱欣衛 肖張波 闕曉銘 賈連凱

(1. 中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054; 2. 中海石油深海開發有限公司 廣東深圳 518054)

油氣運移是油氣成藏過程中的重要組成部分,油氣運移距離的長短關系到一個盆地或洼陷的勘探邊界,是制約油氣勘探范圍的重要考量因素。海相含油氣盆地由于巖性、巖相橫向變化不大,構造活動相對穩定,油氣運移距離可達100 km以上[1-3]。而中國的陸相斷陷盆地的油氣側向運移距離大多不長,多為幾千米至幾十千米。

珠江口盆地是中國近海地區典型的新生代陸相斷陷盆地,該盆地中目前已知運移距離最長的油田為流花11-1油田,與其生烴中心惠州26洼的側向運移距離超過50 km[4-5]。郝鑫 等[6]基于統計分析結果,認為珠一坳陷距生烴中心15～20 km的范圍為淺層成藏有利區域,并且構造充滿度隨運移距離變長而下降。陸豐凹陷位于珠一坳陷東部,在40年勘探的基礎上發現了10余個商業油藏,其中絕大多數油藏分布于生烴中心15 km范圍內,而遠源目標的成藏主控因素復雜,取得勘探發現的難度較大。前人對于陸豐凹陷的油氣成藏研究集中在對于中短運移距離構造的分析[7-8],而對于長距離運聚成藏的構造較少涉及(本文結合勘探實踐,認為陸豐地區側向運移距離大于20 km的為長距離運移)。

2017年發現的陸豐12-A油田與其生烴洼陷陸豐15洼的水平距離長達28 km,是迄今為止陸豐地區已知的離生烴洼陷最遠、油氣運移距離最長的油田。陸豐12-A構造的勘探發現突破了陸豐地區已有油氣發現的邊界,且該油田埋深淺、儲層物性好,主力油層充滿度達到100%,具有很好的經濟效益。結合勘探實踐,本研究通過對陸豐12-A構造勘探案例的解剖及成藏規律總結,探討了該油田油氣長距離運移的關鍵因素,建立了“斷-脊-蓋”三要素耦合的控藏模式,以期對珠江口盆地或其他類似陸相盆地的中淺層遠源油氣勘探提供借鑒。

1 區域地質概況

1.1 區域地質背景

陸豐凹陷位于南海珠江口盆地珠一坳陷東部,是一個在張裂背景下發育的新生代斷陷盆地。受珠瓊、南海、東沙等多期構造運動影響,形成了復雜的斷裂系統,發育不同走向、不同級別的斷裂[9-10],其中,在古近系控洼斷裂的控制下,陸豐凹陷內形成了眾多古近系斷陷湖泊,控制了各次洼的展布(圖1)。

圖1 陸豐凹陷構造綱要及研究區位置

陸豐15洼位于陸豐凹陷東南部,南臨東沙隆起,西接陸豐13洼,主體呈東西走向展布,是一個典型的“南斷北超”的箕狀半地塹結構。與珠江口盆地其他洼陷類似,陸豐15洼自下而上發育始新統文昌組、恩平組,漸新統珠海組,中新統珠江組、韓江組、粵海組,上新統萬山組及第四系(圖2)。其中,始新統為陸相斷陷湖盆沉積,南部陡坡帶發育近岸水下扇、扇三角洲等短軸扇體,北部為辮狀河三角洲沉積,漸新統以來逐漸過渡到海相沉積階段,具有“下陸上海、下斷上拗”雙層結構。始新統文昌組為主力生烴層系,其中裂陷高峰期發育的文昌組四段烴源巖品質最高,是主力生烴層段[12]。位于陸豐15洼北部緩坡帶的LF16-B-1井揭示文四段厚度182 m,其中168 m為泥巖,平均TOC含量為2.13%,有機質類型為Ⅰ—Ⅱ1型,且達到生油階段,證實了陸豐15洼的生烴能力。區域地質綜合分析認為陸豐15洼與陸豐13東洼在文四段沉積時期水體連通,發育一套廣布的半深湖—深湖相烴源巖(圖3),為陸豐12-A的油氣發現奠定了堅實的物質基礎。陸豐凹陷主要成藏層段有2個:一個是珠江組下段海相砂巖與上覆區域海泛泥巖組成的淺層成藏組合,另一個是始新統文昌組、恩平組陸相三角洲砂巖與湖侵體系域泥巖組成的中深層成藏組合[13]。

圖2 珠江口盆地地層綜合柱狀圖(據文獻[11]有改動)

圖3 陸豐15洼文四段沉積相

1.2 珠江組沉積演化特征

陸豐地區新近系珠江組發育了優質的區域儲蓋組合,是陸豐地區傳統的主力成藏層系,也是陸豐12-A油田的產層。珠江組沉積期為海相沉積環境,主要發育了三角洲、濱岸、碳酸鹽巖和淺海陸棚沉積體系。珠江組從上而下分為五段[14]。其中珠江五段至珠江四段早期(對應地震界面T50—T60)為下珠江組,在陸豐南地區含砂率通常在50%以上,局部可高達90%,是良好的儲層,也可作為高效的砂巖輸導層;珠江四段晚期至珠江一段(對應地震界面T40—T50)為上珠江組,在陸豐南地區均為巨厚的泥巖,是良好的區域蓋層。珠江五段沉積期,陸豐12-A油田主要發育濱岸沉積體系;珠江組四段早期,韓江三角洲物源充足,研究區發育了一套三角洲前緣沉積,由于離岸較遠,受一定程度的波浪作用影響;此后,相對海平面上升、北部物源退積,東沙隆起區陸源碎屑物質供給中斷,海水清澈透亮,受海水深度、溫度、光照適宜等條件綜合作用,研究區發育一套碳酸鹽巖沉積體系(一期灰巖),隨后高頻海平面下降,古韓江三角洲進積,研究區形成一套三角洲前緣沉積;隨后高頻海平面上升,局部發育二期灰巖。碎屑巖-灰巖混積地區的灰巖或碎-灰混積巖往往物性較差,可提供封蓋條件[15]。珠江組四段晚期,伴隨海侵程度的加深,海水深度達到碳酸鹽巖補償深度后,碳酸鹽巖沉積體系不再發育,并且由于研究區遠離古韓江三角洲物源體系,其后一直處于淺海陸架區,以泥質沉積為主,成為區域性泥巖蓋層。

2 油氣發現與油藏特征

陸豐12-A構造位于陸豐15洼東北方向的斜坡帶上,是一個由小型南傾正斷層控制的斷背斜構造,圈閉從基底到珠江組繼承性發育。部署在構造高部位的LF12-A-1井在下珠江組見35 m熒光顯示,熒光面積5%～50%,顯示級別為C—D級,顯示段巖性為中砂巖、細砂巖、泥質細砂巖,測井解釋有效厚度35.9 m。該井對主力層進行了DST測試,獲得商業油流。為了進一步落實翼部構造形態、確定油藏模式及探邊升級探明儲量,2018年5月在構造東南翼部鉆探評價井,并進行鉆井取心,獲取詳盡參數,油藏得到進一步落實,油水關系得以進一步明確。該構造僅用2口井就獲得了100%探明儲量,探明儲量豐度約為170×104t/km2。其中,主力油層下珠江組ZJ470層是一個底水油藏,充滿度達到100%。

該構造為典型的構造型油氣藏,正常壓力系統。油藏整體埋深較淺,主力含油層段埋深1 700～1 760 m(TVDSS)。地面原油密度0.88～0.89 t/m3,為中質油,地面原油黏度為23.09～23.46 mPa·s,為高含蠟、微含硫的常規原油。

通過原油生物標志化合物圖譜可看出,LF12-A-1井主力油層ZJ470層的C304-甲基甾烷含量豐富,奧利烷、T化合物含量低,與陸豐15洼洼陷北部斜坡帶鉆探的LF16-B-1井文四段的原油及烴源巖的生標特征基本一致(圖4)。結合區域地質條件,陸豐12-A構造周邊的其他洼陷(陸豐13東洼、陸豐22洼、海豐33洼)距離更遠,且尚未發現明顯的油氣運移路徑,所以可基本明確陸豐12-A油田的原油來自于其西南方向的陸豐15洼。

圖4 陸豐15洼烴源巖與LF12-A-1井原油生物標志化合物特征

3 成藏主控因素

陸豐凹陷珠江組儲蓋組合優越,是該地區的傳統主力產層。下珠江組下部以海相三角洲砂巖沉積為主,上部為薄層碎屑巖-灰巖混積層序。砂巖儲層因其埋深淺、成巖作用較弱,是優越的儲層;上覆上珠江組區域性海泛泥巖,兩者組成了良好的區域性儲蓋組合。自20世紀八十年代起,陸豐地區在該層系屢有油氣發現。除此之外,石油地質綜合分析認為,陸豐12-A構造的“油源斷裂-構造脊-致密蓋層”三要素匹配良好,油氣運移路徑暢通,是成就該長距離運移的商業油藏的關鍵所在。

3.1 成藏期活動油源斷裂是油氣垂向輸導的關鍵

作為連接烴源巖與圈閉之間的“橋梁和紐帶”,油源斷裂是油氣成藏的關鍵因素之一[16-18]。油源斷裂是溝通深部烴源巖與淺部儲層和圈閉的主要通道,能否成為油源斷裂及其垂向輸導性能取決于斷裂規模、活動時期、活動強度、斷穿層位等多種因素[19]。油源斷裂垂向上連接烴源巖和儲層,其溝通范圍受斷層輸導能力控制,對源外油氣成藏至關重要[20]。

陸豐15洼的烴源巖主要位于古近系文昌組,而淺層優質儲蓋組合位于新近系珠江組,文四段烴源巖和下珠江組儲層縱向存在一定距離,屬于斷層溝通型源儲接觸關系。陸豐15洼為一個南斷北超的半地塹結構,除了南部邊界控洼斷裂長期活動之外,洼陷內部油源斷裂相對較少。其中洼陷東北側的F1斷裂長期活動,向上斷至T30以淺,向下切穿文四段烴源巖,斷穿層系較多,是一條重要的油源斷裂(圖5)。通過地震資料對斷面進行刻畫可知:F1 斷裂平面延伸 5.5km,近NW-SE走向,向西南部烴源方向下傾,是一條順向斷裂,有利于油氣向淺層輸導。

圖5 陸豐15洼及周邊T83層斷裂分布

油源斷裂除了要有效溝通烴源巖和儲集層之外,其主要活動時期與成藏期匹配良好才更有利于油氣大規模向淺層垂向運移。成藏期活動的油源斷裂通?？梢宰鳛橛蜌獯瓜蜻\移的高速通道,這對于新近系油氣成藏具有重要意義。油源斷裂活動強度可用斷裂生長指數和斷裂活動速率來進行表征。其中,斷裂生長指數為某時期斷裂下降盤的地層沉積厚度與該時期斷裂上升盤的地層沉積厚度的比值。通過斷裂生長指數分析可知,F1斷裂在新近紀最主要的活動期是粵海組和萬山組至今,斷裂生長指數均達到1.10以上(圖6a),與陸豐12-A油田的成藏期(約10Ma至今)相匹配。斷裂活動速率是指某一地層單元在一定地質時期內,因斷裂活動形成的落差與相應沉積時間的比值,也是可以估測斷裂垂向輸導能力的有效方法之一。對油源斷裂F1進行成藏期斷裂活動速率分析(圖6b)可知,斷裂活動速率整體呈現中間大、兩端小的特征。其中粵海組斷裂活動速率較大,斷裂主體的活動速率約為8～11m/Ma,對油氣從烴源巖垂向輸導至下珠江組起到了關鍵作用。F1斷裂是除了南部控洼斷裂之外,陸豐15洼生成的油氣向淺層輸導的關鍵,對陸豐15洼的油氣在淺層成藏組合中的分布起重要作用。

圖6 油源斷裂F1活動性

3.2 古隆起與構造脊是油氣側向匯聚的有利方向

“構造脊”是指深-淺層繼承性發育的脊狀或似脊狀地質體,其頂面或內部廣泛分布具有層狀且與烴源巖相連接的滲透層,其本身是一個低勢區,以不整合面、砂體和斷裂等匯聚通道連接烴源灶,能使油氣從四面向低勢區長期匯聚。

油氣從烴源巖排出進入輸導體后,首先在浮力的作用下垂向分異,向輸導體頂面運移,到達封蓋層后,通常沿著重力勢梯度方向(即構造脊方向)匯聚,然后繼續沿構造脊上傾方向呈管道狀長距離運移,并最終在合適的區域聚集成藏[21-22]。所以構造脊就成為油氣從高勢區向低勢區運移、匯集的重要路徑,對源外油氣成藏和富集起明顯控制作用[23-24]。珠江口盆地淺層勘探中很多油藏分布在與構造脊相關的圈閉上[25]。構造脊的存在是油氣能夠在淺層進行長距離富集成藏的先決條件,而成藏期就存在的古隆起以及顯著、穩定的構造脊是油氣側向匯聚的有利方向。

陸豐地區下珠江組沉積時期處于構造平靜期,發育了一套大型海相三角洲-濱岸沉積體系,在整個陸豐南地區整體層序分布穩定,地層厚度差異不大。該層系含砂率較高、儲層物性好[26],在上珠江組巨厚區域海泛泥巖蓋層的覆蓋之下連續、穩定分布,是一套油氣側向運移的高效輸導層。陸豐15洼東部斜坡帶下珠江組埋深具有明顯的起伏變化,發育2個顯著的頂面構造脊(圖7),構造脊整體呈SWW-NEE向展布,其下的砂巖輸導層形成大型輸導格架,是連通陸豐15洼和其東部低凸起的紐帶。陸豐12-A構造是一個受到基底隆起控制的披覆背斜,構造在成藏期之前就已形成,是油氣匯聚的有利地區。通過分析下珠江組頂面構造脊與成藏期活動斷裂的耦合關系可知,北部的構造脊由于缺少油源斷裂的輸導,僅能捕獲零星油氣,匯聚量有限,并非陸豐12-A油田成藏的主要運移通道;南部的構造脊與成藏期活動斷裂匹配良好,文四段烴源巖生成的油氣可沿成藏期活動的油源斷裂向上運移至下珠江組,油氣在上覆泥巖蓋層之下的砂巖輸導層內優先向構造脊匯聚,之后沿構造脊向更淺部位的低勢區繼續側向運移至陸豐12-A構造匯聚成藏。長距離連續、穩定分布的構造脊是陸豐12-A構造能在源外28 km長距離匯聚形成高充滿度油藏的必要條件。

圖7 陸豐15洼北東方向下珠江組構造脊與油氣運移路徑

3.3 穩定分布致密蓋層是油氣遠源成藏的保障

陸豐12-A油藏位于下珠江組,是一套碎屑巖-灰巖縱向混積層序(圖8)。該油藏主要由兩套儲蓋組合構成:ZJ450儲蓋組合由ZJ450層三角洲前緣砂巖儲層與上覆區域海泛泥巖夾二期灰巖這一區域蓋層組成;ZJ470儲蓋組合由ZJ470砂巖儲層與上部致密的一期灰巖夾薄層泥巖蓋層組成。對ZJ450儲蓋組合而言,由于ZJ450層沉積后,海平面迅速上升,古韓江三角洲向北退積,在陸豐南的廣大地區均發育大套厚層海泛泥巖,是一套已證實的區域分布的優良儲蓋組合[27-28]。而對ZJ470儲蓋組合而言,ZJ470厚層砂巖儲層之上覆蓋的是一套薄層灰巖,雖然在構造范圍內灰巖厚度僅有7～8 m,但實鉆證明該灰巖層能夠為下覆ZJ470油藏提供有效的封蓋:以一期灰巖底界面作構造圖,構造幅度與實鉆油柱高度剛好吻合;反之,若認為灰巖有滲透性,以灰巖之上的泥巖提供封蓋,那么構造幅度要大于目前的閉合幅度才能封得住實鉆證實的油柱高度。

圖8 陸豐12-A構造珠江組四段碎屑巖-灰巖混積層序及儲蓋組合

陸豐12-A油藏與陸豐15洼生烴中心距離相對較遠,這就意味著一期灰巖蓋層除了在陸豐12-A構造范圍內能夠為下覆砂巖油藏提供有效的封蓋之外,這套蓋層還需要在油氣沿構造脊向高部位運移的路徑上連續、穩定分布才能夠保障油氣在長距離運移的途中不大量向上逸散。一期灰巖沉積中心位于陸豐15洼南部的東沙隆起之上,在陸豐地區呈現出南厚北薄的特征[29],在陸豐15洼北部尖滅。在陸豐15洼內部,已鉆井揭示一期灰巖厚度在30 m之內,且由于其具有高速度、高密度的特征,洼陷內一期灰巖在地震剖面上呈現出強振幅的地震反射特征[30],振幅大小在一定程度上與一期灰巖厚度呈現正相關關系。通過已鉆井揭示的一期灰巖厚度結合地震屬性分析可知(圖9),這套一期灰巖在陸豐12-A南部構造脊范圍內連續分布,且厚度較為穩定,可以與附近泥巖一起作為封蓋層保障了油氣在沿構造脊運移的路徑上未能大規模向上散失,ZJ470才得以在源外28 km還能形成全充滿的油藏。

圖9 陸豐15洼周邊一期灰巖平面展布

灰巖因易受風化淋濾作用影響形成孔、洞、縫而具有滲透性,而一期灰巖之所以能夠在陸豐15洼及以北方向作為致密層對油氣運移路徑及圈閉進行封蓋,是因為在一期灰巖沉積期,研究區位于碳酸鹽臺地邊緣斜坡部位,水體具有一定深度,在珠江組海平面整體震蕩上升的背景下,陸豐15洼及以北地區的灰巖并未出露水面,未經風化淋濾作用影響,整體膠結致密、物性差,且后期構造較為平靜,裂縫幾乎不發育,所以固結成巖后可作為一套有效的蓋層。區域蓋層和一期灰巖蓋層這兩套穩定分布的致密蓋層是油氣得以遠源運聚成藏的保障。

3.4 “斷-脊-蓋”耦合遠源成藏模式

統計表明,珠一坳陷淺層油氣藏主要圍繞生排烴中心展布,距生烴中心15～20 km的范圍是淺層成藏有利區,充滿度隨著運移距離增長而下降。陸豐凹陷的油氣藏也以近源成藏為主,一般分布在距洼陷中心15 km范圍內。而作為陸豐地區迄今為止運移距離最長的商業性油氣發現,陸豐12-A油田之所以能夠在源外28 km的洼陷長軸方向形成高充滿度的油氣藏,正是由于“油源斷裂-構造脊-致密蓋層”三要素的有效配置:油源斷裂F1在成藏期被激活,向下斷穿文四段烴源巖,使得烴源巖生成的油氣沿斷裂縱向輸導至下珠江組這一油氣側向運移的高速通道中;古隆起與構造脊是油氣側向匯聚的有利方向,使得通常情況下不是油氣匯聚有利地區的洼陷長軸方向也能匯聚高充滿度的油氣;穩定分布的致密蓋層是油氣遠源成藏的保障,上珠江組區域海泛泥巖和下珠江組致密灰巖均對油氣具有垂向封閉性,保障了油氣在其遮擋下能夠沿構造脊進行長距離側向運移,在北東方向的陸豐12-A古隆起匯聚成藏。當然,陸豐12-A構造的油氣成藏,也與其他石油地質條件有關:陸豐15洼強大的生排烴能力為陸豐12-A構造的油氣成藏奠定了堅實的物質基礎;下珠江組—珠海組高物性、高含砂率的海相砂巖為油氣長距離運移提供了“高速通道”;而后期穩定的構造格局為陸豐12-A提供了良好的保存條件。正是由于“油源斷裂-構造脊-致密蓋層”三要素在陸豐15洼周邊的有效配置,才使得陸豐12-A在源外28 km還可以形成主力油層全充滿的遠源商業性油藏(圖10)。

圖10 陸豐12-A油田成藏地質模式(剖面位置見圖1)

4 結論

陸豐12-A油田是迄今為止在陸豐地區發現的距離生烴洼陷最遠的商業性油田,其長距離運聚成藏主要受“油源斷裂-構造脊-致密蓋層”三因素耦合控制:成藏期活動的油源斷裂是油氣垂向運移的關鍵,古隆起與構造脊是油氣側向匯聚的有利方向,穩定分布的致密蓋層是油氣遠源成藏的保障?！皵?脊-蓋”三因素的有效配置使得陸豐12-A油田在源外28 km的洼陷長軸方向依然能形成高充滿度的油氣藏,該成藏模式在陸相盆地遠源勘探實踐中具有一定的借鑒意義。