孙阳子 张向涛 雷永昌 邱欣卫 肖张波 阙晓铭 贾连凯
(1. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518054; 2. 中海石油深海开发有限公司 广东深圳 518054)
油气运移是油气成藏过程中的重要组成部分,油气运移距离的长短关系到一个盆地或洼陷的勘探边界,是制约油气勘探范围的重要考量因素。海相含油气盆地由于岩性、岩相横向变化不大,构造活动相对稳定,油气运移距离可达100 km以上[1-3]。而中国的陆相断陷盆地的油气侧向运移距离大多不长,多为几千米至几十千米。
珠江口盆地是中国近海地区典型的新生代陆相断陷盆地,该盆地中目前已知运移距离最长的油田为流花11-1油田,与其生烃中心惠州26洼的侧向运移距离超过50 km[4-5]。郝鑫 等[6]基于统计分析结果,认为珠一坳陷距生烃中心15～20 km的范围为浅层成藏有利区域,并且构造充满度随运移距离变长而下降。陆丰凹陷位于珠一坳陷东部,在40年勘探的基础上发现了10余个商业油藏,其中绝大多数油藏分布于生烃中心15 km范围内,而远源目标的成藏主控因素复杂,取得勘探发现的难度较大。前人对于陆丰凹陷的油气成藏研究集中在对于中短运移距离构造的分析[7-8],而对于长距离运聚成藏的构造较少涉及(本文结合勘探实践,认为陆丰地区侧向运移距离大于20 km的为长距离运移)。
2017年发现的陆丰12-A油田与其生烃洼陷陆丰15洼的水平距离长达28 km,是迄今为止陆丰地区已知的离生烃洼陷最远、油气运移距离最长的油田。陆丰12-A构造的勘探发现突破了陆丰地区已有油气发现的边界,且该油田埋深浅、储层物性好,主力油层充满度达到100%,具有很好的经济效益。结合勘探实践,本研究通过对陆丰12-A构造勘探案例的解剖及成藏规律总结,探讨了该油田油气长距离运移的关键因素,建立了“断-脊-盖”三要素耦合的控藏模式,以期对珠江口盆地或其他类似陆相盆地的中浅层远源油气勘探提供借鉴。
1.1 区域地质背景
陆丰凹陷位于南海珠江口盆地珠一坳陷东部,是一个在张裂背景下发育的新生代断陷盆地。受珠琼、南海、东沙等多期构造运动影响,形成了复杂的断裂系统,发育不同走向、不同级别的断裂[9-10],其中,在古近系控洼断裂的控制下,陆丰凹陷内形成了众多古近系断陷湖泊,控制了各次洼的展布(图1)。
图1 陆丰凹陷构造纲要及研究区位置
陆丰15洼位于陆丰凹陷东南部,南临东沙隆起,西接陆丰13洼,主体呈东西走向展布,是一个典型的“南断北超”的箕状半地堑结构。与珠江口盆地其他洼陷类似,陆丰15洼自下而上发育始新统文昌组、恩平组,渐新统珠海组,中新统珠江组、韩江组、粤海组,上新统万山组及第四系(图2)。其中,始新统为陆相断陷湖盆沉积,南部陡坡带发育近岸水下扇、扇三角洲等短轴扇体,北部为辫状河三角洲沉积,渐新统以来逐渐过渡到海相沉积阶段,具有“下陆上海、下断上拗”双层结构。始新统文昌组为主力生烃层系,其中裂陷高峰期发育的文昌组四段烃源岩品质最高,是主力生烃层段[12]。位于陆丰15洼北部缓坡带的LF16-B-1井揭示文四段厚度182 m,其中168 m为泥岩,平均TOC含量为2.13%,有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型,且达到生油阶段,证实了陆丰15洼的生烃能力。区域地质综合分析认为陆丰15洼与陆丰13东洼在文四段沉积时期水体连通,发育一套广布的半深湖—深湖相烃源岩(图3),为陆丰12-A的油气发现奠定了坚实的物质基础。陆丰凹陷主要成藏层段有2个:一个是珠江组下段海相砂岩与上覆区域海泛泥岩组成的浅层成藏组合,另一个是始新统文昌组、恩平组陆相三角洲砂岩与湖侵体系域泥岩组成的中深层成藏组合[13]。
图2 珠江口盆地地层综合柱状图(据文献[11]有改动)
图3 陆丰15洼文四段沉积相
1.2 珠江组沉积演化特征
陆丰地区新近系珠江组发育了优质的区域储盖组合,是陆丰地区传统的主力成藏层系,也是陆丰12-A油田的产层。珠江组沉积期为海相沉积环境,主要发育了三角洲、滨岸、碳酸盐岩和浅海陆棚沉积体系。珠江组从上而下分为五段[14]。其中珠江五段至珠江四段早期(对应地震界面T50—T60)为下珠江组,在陆丰南地区含砂率通常在50%以上,局部可高达90%,是良好的储层,也可作为高效的砂岩输导层;珠江四段晚期至珠江一段(对应地震界面T40—T50)为上珠江组,在陆丰南地区均为巨厚的泥岩,是良好的区域盖层。珠江五段沉积期,陆丰12-A油田主要发育滨岸沉积体系;珠江组四段早期,韩江三角洲物源充足,研究区发育了一套三角洲前缘沉积,由于离岸较远,受一定程度的波浪作用影响;此后,相对海平面上升、北部物源退积,东沙隆起区陆源碎屑物质供给中断,海水清澈透亮,受海水深度、温度、光照适宜等条件综合作用,研究区发育一套碳酸盐岩沉积体系(一期灰岩),随后高频海平面下降,古韩江三角洲进积,研究区形成一套三角洲前缘沉积;随后高频海平面上升,局部发育二期灰岩。碎屑岩-灰岩混积地区的灰岩或碎-灰混积岩往往物性较差,可提供封盖条件[15]。珠江组四段晚期,伴随海侵程度的加深,海水深度达到碳酸盐岩补偿深度后,碳酸盐岩沉积体系不再发育,并且由于研究区远离古韩江三角洲物源体系,其后一直处于浅海陆架区,以泥质沉积为主,成为区域性泥岩盖层。
陆丰12-A构造位于陆丰15洼东北方向的斜坡带上,是一个由小型南倾正断层控制的断背斜构造,圈闭从基底到珠江组继承性发育。部署在构造高部位的LF12-A-1井在下珠江组见35 m荧光显示,荧光面积5%～50%,显示级别为C—D级,显示段岩性为中砂岩、细砂岩、泥质细砂岩,测井解释有效厚度35.9 m。该井对主力层进行了DST测试,获得商业油流。为了进一步落实翼部构造形态、确定油藏模式及探边升级探明储量,2018年5月在构造东南翼部钻探评价井,并进行钻井取心,获取详尽参数,油藏得到进一步落实,油水关系得以进一步明确。该构造仅用2口井就获得了100%探明储量,探明储量丰度约为170×104t/km2。其中,主力油层下珠江组ZJ470层是一个底水油藏,充满度达到100%。
该构造为典型的构造型油气藏,正常压力系统。油藏整体埋深较浅,主力含油层段埋深1 700～1 760 m(TVDSS)。地面原油密度0.88～0.89 t/m3,为中质油,地面原油黏度为23.09～23.46 mPa·s,为高含蜡、微含硫的常规原油。
通过原油生物标志化合物图谱可看出,LF12-A-1井主力油层ZJ470层的C304-甲基甾烷含量丰富,奥利烷、T化合物含量低,与陆丰15洼洼陷北部斜坡带钻探的LF16-B-1井文四段的原油及烃源岩的生标特征基本一致(图4)。结合区域地质条件,陆丰12-A构造周边的其他洼陷(陆丰13东洼、陆丰22洼、海丰33洼)距离更远,且尚未发现明显的油气运移路径,所以可基本明确陆丰12-A油田的原油来自于其西南方向的陆丰15洼。
图4 陆丰15洼烃源岩与LF12-A-1井原油生物标志化合物特征
陆丰凹陷珠江组储盖组合优越,是该地区的传统主力产层。下珠江组下部以海相三角洲砂岩沉积为主,上部为薄层碎屑岩-灰岩混积层序。砂岩储层因其埋深浅、成岩作用较弱,是优越的储层;上覆上珠江组区域性海泛泥岩,两者组成了良好的区域性储盖组合。自20世纪八十年代起,陆丰地区在该层系屡有油气发现。除此之外,石油地质综合分析认为,陆丰12-A构造的“油源断裂-构造脊-致密盖层”三要素匹配良好,油气运移路径畅通,是成就该长距离运移的商业油藏的关键所在。
3.1 成藏期活动油源断裂是油气垂向输导的关键
作为连接烃源岩与圈闭之间的“桥梁和纽带”,油源断裂是油气成藏的关键因素之一[16-18]。油源断裂是沟通深部烃源岩与浅部储层和圈闭的主要通道,能否成为油源断裂及其垂向输导性能取决于断裂规模、活动时期、活动强度、断穿层位等多种因素[19]。油源断裂垂向上连接烃源岩和储层,其沟通范围受断层输导能力控制,对源外油气成藏至关重要[20]。
陆丰15洼的烃源岩主要位于古近系文昌组,而浅层优质储盖组合位于新近系珠江组,文四段烃源岩和下珠江组储层纵向存在一定距离,属于断层沟通型源储接触关系。陆丰15洼为一个南断北超的半地堑结构,除了南部边界控洼断裂长期活动之外,洼陷内部油源断裂相对较少。其中洼陷东北侧的F1断裂长期活动,向上断至T30以浅,向下切穿文四段烃源岩,断穿层系较多,是一条重要的油源断裂(图5)。通过地震资料对断面进行刻画可知:F1 断裂平面延伸 5.5km,近NW-SE走向,向西南部烃源方向下倾,是一条顺向断裂,有利于油气向浅层输导。
图5 陆丰15洼及周边T83层断裂分布
油源断裂除了要有效沟通烃源岩和储集层之外,其主要活动时期与成藏期匹配良好才更有利于油气大规模向浅层垂向运移。成藏期活动的油源断裂通常可以作为油气垂向运移的高速通道,这对于新近系油气成藏具有重要意义。油源断裂活动强度可用断裂生长指数和断裂活动速率来进行表征。其中,断裂生长指数为某时期断裂下降盘的地层沉积厚度与该时期断裂上升盘的地层沉积厚度的比值。通过断裂生长指数分析可知,F1断裂在新近纪最主要的活动期是粤海组和万山组至今,断裂生长指数均达到1.10以上(图6a),与陆丰12-A油田的成藏期(约10Ma至今)相匹配。断裂活动速率是指某一地层单元在一定地质时期内,因断裂活动形成的落差与相应沉积时间的比值,也是可以估测断裂垂向输导能力的有效方法之一。对油源断裂F1进行成藏期断裂活动速率分析(图6b)可知,断裂活动速率整体呈现中间大、两端小的特征。其中粤海组断裂活动速率较大,断裂主体的活动速率约为8～11m/Ma,对油气从烃源岩垂向输导至下珠江组起到了关键作用。F1断裂是除了南部控洼断裂之外,陆丰15洼生成的油气向浅层输导的关键,对陆丰15洼的油气在浅层成藏组合中的分布起重要作用。
图6 油源断裂F1活动性
3.2 古隆起与构造脊是油气侧向汇聚的有利方向
“构造脊”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。
油气从烃源岩排出进入输导体后,首先在浮力的作用下垂向分异,向输导体顶面运移,到达封盖层后,通常沿着重力势梯度方向(即构造脊方向)汇聚,然后继续沿构造脊上倾方向呈管道状长距离运移,并最终在合适的区域聚集成藏[21-22]。所以构造脊就成为油气从高势区向低势区运移、汇集的重要路径,对源外油气成藏和富集起明显控制作用[23-24]。珠江口盆地浅层勘探中很多油藏分布在与构造脊相关的圈闭上[25]。构造脊的存在是油气能够在浅层进行长距离富集成藏的先决条件,而成藏期就存在的古隆起以及显著、稳定的构造脊是油气侧向汇聚的有利方向。
陆丰地区下珠江组沉积时期处于构造平静期,发育了一套大型海相三角洲-滨岸沉积体系,在整个陆丰南地区整体层序分布稳定,地层厚度差异不大。该层系含砂率较高、储层物性好[26],在上珠江组巨厚区域海泛泥岩盖层的覆盖之下连续、稳定分布,是一套油气侧向运移的高效输导层。陆丰15洼东部斜坡带下珠江组埋深具有明显的起伏变化,发育2个显著的顶面构造脊(图7),构造脊整体呈SWW-NEE向展布,其下的砂岩输导层形成大型输导格架,是连通陆丰15洼和其东部低凸起的纽带。陆丰12-A构造是一个受到基底隆起控制的披覆背斜,构造在成藏期之前就已形成,是油气汇聚的有利地区。通过分析下珠江组顶面构造脊与成藏期活动断裂的耦合关系可知,北部的构造脊由于缺少油源断裂的输导,仅能捕获零星油气,汇聚量有限,并非陆丰12-A油田成藏的主要运移通道;南部的构造脊与成藏期活动断裂匹配良好,文四段烃源岩生成的油气可沿成藏期活动的油源断裂向上运移至下珠江组,油气在上覆泥岩盖层之下的砂岩输导层内优先向构造脊汇聚,之后沿构造脊向更浅部位的低势区继续侧向运移至陆丰12-A构造汇聚成藏。长距离连续、稳定分布的构造脊是陆丰12-A构造能在源外28 km长距离汇聚形成高充满度油藏的必要条件。
图7 陆丰15洼北东方向下珠江组构造脊与油气运移路径
3.3 稳定分布致密盖层是油气远源成藏的保障
陆丰12-A油藏位于下珠江组,是一套碎屑岩-灰岩纵向混积层序(图8)。该油藏主要由两套储盖组合构成:ZJ450储盖组合由ZJ450层三角洲前缘砂岩储层与上覆区域海泛泥岩夹二期灰岩这一区域盖层组成;ZJ470储盖组合由ZJ470砂岩储层与上部致密的一期灰岩夹薄层泥岩盖层组成。对ZJ450储盖组合而言,由于ZJ450层沉积后,海平面迅速上升,古韩江三角洲向北退积,在陆丰南的广大地区均发育大套厚层海泛泥岩,是一套已证实的区域分布的优良储盖组合[27-28]。而对ZJ470储盖组合而言,ZJ470厚层砂岩储层之上覆盖的是一套薄层灰岩,虽然在构造范围内灰岩厚度仅有7～8 m,但实钻证明该灰岩层能够为下覆ZJ470油藏提供有效的封盖:以一期灰岩底界面作构造图,构造幅度与实钻油柱高度刚好吻合;反之,若认为灰岩有渗透性,以灰岩之上的泥岩提供封盖,那么构造幅度要大于目前的闭合幅度才能封得住实钻证实的油柱高度。
图8 陆丰12-A构造珠江组四段碎屑岩-灰岩混积层序及储盖组合
陆丰12-A油藏与陆丰15洼生烃中心距离相对较远,这就意味着一期灰岩盖层除了在陆丰12-A构造范围内能够为下覆砂岩油藏提供有效的封盖之外,这套盖层还需要在油气沿构造脊向高部位运移的路径上连续、稳定分布才能够保障油气在长距离运移的途中不大量向上逸散。一期灰岩沉积中心位于陆丰15洼南部的东沙隆起之上,在陆丰地区呈现出南厚北薄的特征[29],在陆丰15洼北部尖灭。在陆丰15洼内部,已钻井揭示一期灰岩厚度在30 m之内,且由于其具有高速度、高密度的特征,洼陷内一期灰岩在地震剖面上呈现出强振幅的地震反射特征[30],振幅大小在一定程度上与一期灰岩厚度呈现正相关关系。通过已钻井揭示的一期灰岩厚度结合地震属性分析可知(图9),这套一期灰岩在陆丰12-A南部构造脊范围内连续分布,且厚度较为稳定,可以与附近泥岩一起作为封盖层保障了油气在沿构造脊运移的路径上未能大规模向上散失,ZJ470才得以在源外28 km还能形成全充满的油藏。
图9 陆丰15洼周边一期灰岩平面展布
灰岩因易受风化淋滤作用影响形成孔、洞、缝而具有渗透性,而一期灰岩之所以能够在陆丰15洼及以北方向作为致密层对油气运移路径及圈闭进行封盖,是因为在一期灰岩沉积期,研究区位于碳酸盐台地边缘斜坡部位,水体具有一定深度,在珠江组海平面整体震荡上升的背景下,陆丰15洼及以北地区的灰岩并未出露水面,未经风化淋滤作用影响,整体胶结致密、物性差,且后期构造较为平静,裂缝几乎不发育,所以固结成岩后可作为一套有效的盖层。区域盖层和一期灰岩盖层这两套稳定分布的致密盖层是油气得以远源运聚成藏的保障。
3.4 “断-脊-盖”耦合远源成藏模式
统计表明,珠一坳陷浅层油气藏主要围绕生排烃中心展布,距生烃中心15～20 km的范围是浅层成藏有利区,充满度随着运移距离增长而下降。陆丰凹陷的油气藏也以近源成藏为主,一般分布在距洼陷中心15 km范围内。而作为陆丰地区迄今为止运移距离最长的商业性油气发现,陆丰12-A油田之所以能够在源外28 km的洼陷长轴方向形成高充满度的油气藏,正是由于“油源断裂-构造脊-致密盖层”三要素的有效配置:油源断裂F1在成藏期被激活,向下断穿文四段烃源岩,使得烃源岩生成的油气沿断裂纵向输导至下珠江组这一油气侧向运移的高速通道中;古隆起与构造脊是油气侧向汇聚的有利方向,使得通常情况下不是油气汇聚有利地区的洼陷长轴方向也能汇聚高充满度的油气;稳定分布的致密盖层是油气远源成藏的保障,上珠江组区域海泛泥岩和下珠江组致密灰岩均对油气具有垂向封闭性,保障了油气在其遮挡下能够沿构造脊进行长距离侧向运移,在北东方向的陆丰12-A古隆起汇聚成藏。当然,陆丰12-A构造的油气成藏,也与其他石油地质条件有关:陆丰15洼强大的生排烃能力为陆丰12-A构造的油气成藏奠定了坚实的物质基础;下珠江组—珠海组高物性、高含砂率的海相砂岩为油气长距离运移提供了“高速通道”;而后期稳定的构造格局为陆丰12-A提供了良好的保存条件。正是由于“油源断裂-构造脊-致密盖层”三要素在陆丰15洼周边的有效配置,才使得陆丰12-A在源外28 km还可以形成主力油层全充满的远源商业性油藏(图10)。
图10 陆丰12-A油田成藏地质模式(剖面位置见图1)
陆丰12-A油田是迄今为止在陆丰地区发现的距离生烃洼陷最远的商业性油田,其长距离运聚成藏主要受“油源断裂-构造脊-致密盖层”三因素耦合控制:成藏期活动的油源断裂是油气垂向运移的关键,古隆起与构造脊是油气侧向汇聚的有利方向,稳定分布的致密盖层是油气远源成藏的保障。“断-脊-盖”三因素的有效配置使得陆丰12-A油田在源外28 km的洼陷长轴方向依然能形成高充满度的油气藏,该成藏模式在陆相盆地远源勘探实践中具有一定的借鉴意义。
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