王振峰

(中海石油有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

深水重要油氣儲層
——瓊東南盆地中央峽谷體系①

王振峰

(中海石油有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

南海北部海域瓊東南盆地發(fā)育一個大型中央峽谷體系,平面上呈“S”型NE向展布,西起鶯歌海盆地中央拗陷帶東緣,橫穿瓊東南盆地中央拗陷帶,向東延伸進入西沙海槽。通過2D及3D地震資料的精細解釋和鉆井資料綜合分析,研究揭示該峽谷體系可以劃分為4個區(qū)段,不同區(qū)段不僅具有明顯不同的剖面形態(tài),而且具有不同沉積物構(gòu)成、沉積微相以及不同沉積物源。不同區(qū)域峽谷形態(tài)及充填分析表明,自西向東,中央峽谷下切深度越來越大,下切層位越來越老。其下切剖面形態(tài)發(fā)育有“V”、“U”、“W”和復合型。其中“V”型峽谷下切深度最大,沖刷、削截特征最明顯。峽谷西段以濁積水道沉積為主,峽谷東段為濁積水道與塊體流沉積互層沉積,但在不同區(qū)帶不同沉積物所占比例有一定差異。濁積水道沉積的物源主要來自于盆地西側(cè),塊體流沉積的物源主要來自于盆地北部陸坡體系,從而,來自于西部濁積水道沉積與來自于北部塊體流沉積在中央峽谷內(nèi)形成了多源多期發(fā)育的復雜的峽谷系統(tǒng)。

深水峽谷 濁積水道 塊體流 瓊東南盆地 中新世

海相深水沉積體系是世界油氣勘探、開發(fā)的熱點和前沿領域,其中深海峽谷和海底扇是深水油氣勘探的主要目的層,也構(gòu)成了深水體系研究的焦點。近年來,深水體系重力流沉積研究相繼取得了豐碩的研究成果[1～3]。在過去二、三十年中,各種規(guī)模濁積層油田的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)呈現(xiàn)快速增長的趨勢,其中又以500 ～2 000 m水深范圍增長速率最快,成為油氣勘探的一個重要的發(fā)展亮點。特別是近10年來,在南美巴西、西非大西洋沿岸、墨西哥灣、北海以及東南亞、澳大利亞西北大陸架等海域相繼發(fā)現(xiàn)了許多大型油氣田,其勘探領域已擴展到3 000 m水深的深海區(qū)。隨著日益加劇的能源需求,我國加快了南海北部大陸邊緣盆地油氣勘探,取得了豐碩成果,但大多集中在淺水海域,深水油氣勘探起步較晚,水深超過500 m的深水區(qū)勘探和研究程度很低,2006年我國在南海珠江口盆地白云凹陷首鉆的LW3-1-1深水探井(1 480 m),在海底扇油氣勘探取得了突破,展示了深水領域的巨大前景。然而,作為深水重要油氣儲層的深海峽谷體系研究及油氣勘探甚少。利用近年來南海北部海域瓊東南盆地深水區(qū)大量二維、三維資料及其鉆井資料的綜合分析,試圖揭示中央峽谷形態(tài)、充填及其展布特征,探討其油氣地質(zhì)意義。

1 中央峽谷發(fā)育的地質(zhì)背景

瓊東南盆地是一個在前古近系基底上發(fā)育起來的新生代陸緣張裂型含油氣盆地,總體呈近東西向延伸,盆地面積約為8 X104km2。盆地形成演化經(jīng)歷了3個構(gòu)造演化階段,即古近紀裂陷階段、新近紀早期的裂后早期熱沉降階段和新近紀中晚期的裂后晚期加速沉降階段[4]。其中裂后期以T40界面(10.5 Ma)為界,盆地沉積和沉降速率發(fā)生了明顯變化,同時沉積環(huán)境也發(fā)生了根本性變化,即從淺海環(huán)境逐漸演變?yōu)樯詈－h(huán)境,晚中新世以來陸坡體系及深海沉積在盆地東部廣泛發(fā)育并逐漸向西遷移[5,6]。盡管裂后期沉降加速,但由于盆內(nèi)不同區(qū)域沉降量的差異,盆地總體顯示為自北向南從陸架陸坡-中央拗陷帶-南部水下隆起帶的分帶現(xiàn)象。中央拗陷帶內(nèi),黃流組沉積期,總體呈現(xiàn)為南北高中間低的古地貌特征;至鶯歌海組古地貌呈向東敞開的喇叭口狀,但南部隆起區(qū)水體明顯加深,也逐漸演變?yōu)樯钏练e區(qū)。現(xiàn)今水深顯示瓊東南盆地主要深水區(qū)位于盆地中央拗陷帶及南部,從西向東呈現(xiàn)呈向東敞開的喇叭口狀。

中央峽谷體系位于瓊東南盆地深水區(qū)中央拗陷帶,整體呈“S”型NE向展布(圖1),西起鶯歌海盆地中央凹陷帶東緣,經(jīng)樂東凹陷、陵水凹陷、松濤凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷,向東延伸進入西沙海槽[7,8]?？傞L425 km,一般寬度為9～26 km,最寬處達48.5 km。現(xiàn)今海底顯示盆地東部長昌凹陷東部仍可見尚未充滿的峽谷,寬度10 km左右,深度100～800 m的峽谷地貌,總體呈現(xiàn)從西向東變深的特征,該峽谷向東與現(xiàn)今西沙海槽相連。

圖1 瓊東南盆地中央峽谷平面分布特征Fig.1 The planar distribution of the Central Canyon

2 中央峽谷形態(tài)特征

2.1 中央峽谷平面分帶

瓊東南盆地中央峽谷為一大型軸向深海峽谷系統(tǒng)。平面上整體呈NE向“S”型展布,自東向西,該峽谷存在2個明顯轉(zhuǎn)折。第一轉(zhuǎn)折發(fā)育于寶島凹陷區(qū)附近,即在長昌凹陷發(fā)育NE向峽谷與陵水凹陷發(fā)育NE向峽谷之間發(fā)育近EW向峽谷段,該轉(zhuǎn)折帶和研究區(qū)區(qū)域性NE向與EW向構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶完全吻合。該段在構(gòu)造上也是構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶,即以西地區(qū)控凹斷裂為NE向,而以東地區(qū)控凹斷裂漸變?yōu)镹EE或EW向。第二個轉(zhuǎn)折位于鶯歌海盆地與瓊東南盆地交匯部位,該區(qū)是鶯歌海盆地NW向控凹斷裂與瓊東南盆地西部NE向控凹斷裂的轉(zhuǎn)換地帶,同樣中央峽谷在該區(qū)也從NW向轉(zhuǎn)為NE向。這些特征顯示構(gòu)造帶轉(zhuǎn)換控制盆地地形地貌的變化,同時也影響到中央峽谷的平面展布。

該中央峽谷體系平面分段性明顯,平面上大致可以分4個段,自東向西分別為:NE向長昌段、EW向?qū)殟u段、NE向陵水-松南段和近EW向樂東-NW向鶯東段。其中樂東-鶯東段位于鶯歌海與瓊東南盆地交匯區(qū),發(fā)育于鶯歌海盆地東南部NW向濁積水道有些與中央峽谷相連,有些則與中央峽谷不連通。不同區(qū)段峽谷在寬度、深度、剖面形態(tài)、下切能力以及內(nèi)部充填均有明顯的差異。

2.2 中央峽谷剖面形態(tài)特征

通過對大量地震剖面的精細解釋,中央峽谷不同區(qū)段顯示出明顯差異,在時空分布上具有一定的規(guī)律性(表1,圖2)。總體而言中央峽谷自西向東,下切深度越來越大,下切層位越來越老。其下切剖面形態(tài)發(fā)育有“V”、“U”、“W”和復合型?！癡”型峽谷下切深度較大,沖刷、削截特征明顯?！癠”型峽谷下切能力中等,主要表現(xiàn)為重力流水道充填特征,充填沉積物呈強振幅反射,削截、上超特征清晰?！癢”型峽谷為復合“U”型峽谷的充填,即2個或多個“U”型相連,也為重力流水道充填特征。充填沉積物振幅較強,連續(xù)性較好,頂部連續(xù)同相軸反映這兩個“谷”應為同一時期的產(chǎn)物。垂向復合型可劃分出2種亞類: “下V上U”和“下U上W”。“下V上U”型說明峽谷內(nèi)部可進一步細分為2個期次,早期沖刷強烈,下切明顯,晚期沖刷明顯減弱;“下U上W”型是由于峽谷內(nèi)部重力流充填的不同期次所形成,上部“W”型峽谷存在“多水道”,“多水道”之間無論是從峽谷的形態(tài)、下切程度和充填特征上都顯示出差異性,說明該時期表現(xiàn)出多分支水道充填特征。每個層序中峽谷的充填都表現(xiàn)出“多期次性”,反映了瓊東南盆地中央峽谷形態(tài)特征和充填特征的復雜性。

表1 中央峽谷系統(tǒng)不同區(qū)段剖面基本特征對比Table1 Comparison of basic morphology in different sections of the Central Canyon

圖2 瓊東南盆地中央峽谷長昌段峽谷形態(tài)及充填特征Fig.2 Morphology and filling features in Changchang segment of the Central Canyon,Qiongdongnan Basin

長昌段中央峽谷寬度10 km左右,剖面呈V型,下切深度較大,沖刷、削截特征明顯,往東下切的深度進一步增大,多數(shù)剖面下切至三亞組二段(圖2)。峽谷兩側(cè)往往和底部隆起、斷層等構(gòu)造作用具有一定的關(guān)系,發(fā)育滑塌沉積物。迄今為止,長昌東段峽谷仍未被填滿,峽谷較兩側(cè)海底水深為100～800 m,且從西向東逐漸變深。其中長昌西段峽谷南壁較北壁要陡一些,這樣導致長昌西段寬度較長昌東段稍大一點。

寶島段峽谷寬度明顯增大,寬度范圍16～35 km,且從東向西寬度增大,發(fā)育“V”型和“U”型峽谷。垂向顯示多期充填的特征,其下部峽谷為“V”型,而上部峽谷為“U”型。

松南-陵水段峽谷寬度變化較大,變化范圍在10～48 km之間。底部削截特征明顯,但下切深度較小,整體上表現(xiàn)出“U”型特征,內(nèi)部充填以重力流充填為主。根據(jù)地震反射特征分析,如振幅強弱、連續(xù)性程度等,可劃分為多個期次。這些期次性可能與多幕重力流事件或多期次重力流水道發(fā)育有關(guān),該區(qū)域峽谷呈現(xiàn)“W”型多個分支峽谷(圖3)、“UV并行”和“下U上W”型峽谷。越往西,峽谷形成充填厚度小的小型峽谷或分支峽谷。

鶯東-樂東段峽谷寬度和充填厚度均較小,均顯示為單個“U”型峽谷充填,主要發(fā)育于鶯歌海組,在黃流組亦可見到。其中LD30-1-1和YC35-1-2井均揭露該峽谷充填為砂質(zhì)粗粒沉積物(圖4),其底部為沖刷界面,峽谷內(nèi)部充填沉積物振幅較強,連續(xù)性較好,頂部則覆蓋正常深海泥巖沉積。

3 中央峽谷沉積充填特征

3.1 中央峽谷沉積構(gòu)成

圖3 瓊東南盆地中央峽谷陵水段峽谷形態(tài)及充填特征Fig.3 Morphology and filling features in Lingshui segment of the Central Canyon,Qiongdongnan Basin

沉積相研究認為,中央峽谷充填沉積微相主要包括5種微相,即濁積水道、濁積席狀砂、天然堤及漫溢沉積、塊體流、深海泥質(zhì)沉積(圖2,3)。不同峽谷段表現(xiàn)出不同的沉積構(gòu)成。峽谷西段以濁積水道沉積為主,特別是樂東凹陷及鶯歌海盆地東側(cè)的峽谷均以濁積水道沉積為主,鉆井揭示濁積水道以中-細粒砂巖為主(圖4)。中央峽谷在陵水凹陷以東區(qū)段沉積構(gòu)成包括濁積水道、濁積席狀砂、天然堤及漫溢沉積、塊體流、深海泥質(zhì)沉積,但在不同區(qū)帶不同沉積物所占比例有一定差異。此外,在峽谷長昌段由于峽谷壁較陡,局部還出現(xiàn)峽谷壁滑塌沉積。從地震剖面可以看出,S28層序界面之上,除長昌凹陷東部外盆地大部分地區(qū)并未顯示出峽谷形態(tài),說明S28層序之上峽谷不發(fā)育。而長昌凹陷東部仍顯示未被充填的峽谷形態(tài),但峽谷內(nèi)充填沉積物厚度與相鄰非峽谷區(qū)沉積物厚度和地震反射特征相似,僅在峽谷陡峭側(cè)發(fā)育規(guī)模不等的滑塌沉積,這說明此時中央峽谷并未出現(xiàn)大規(guī)模重力流沉積物充填,主要是由于該區(qū)受深部斷裂系統(tǒng)的影響導致“饑餓型峽谷”形成。

圖4 瓊東南盆地中央峽谷樂東段峽谷形態(tài)及充填特征Fig.4 Morphology and filling features in Ledong segment of the Central Canyon,Qiongdongnan Basin

綜上所述,中央峽谷體系東西不同段不僅在平面和剖面形態(tài)分布上存在差異性,在形成的控制因素上也有不同,即峽谷東段發(fā)育主要受控于下伏的斷裂系統(tǒng)或構(gòu)造因素,而西段主要發(fā)育于坳陷中央深水帶。

3.2 中央峽谷充填期次劃分

從覆蓋中央峽谷兩個三維工區(qū)的典型地震剖面層序地層格架分析中可以看出,瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷體系主要發(fā)育時期為S30(5.5 Ma)至S28 (3.8 Ma),由濁積水道和塊體流組成.28界面之上(3.8 Ma以來)并沒有出現(xiàn)濁流沉積特征,為一套雜亂反射的塊體流-深海泥質(zhì)沉積,且覆蓋瓊東南盆地深水區(qū),并不局限于中央峽谷地帶,說明中央峽谷體系主要發(fā)育在S30～S28層序。

圖5 瓊東南盆地三維區(qū)中央峽谷體系旋回劃分Fig.5 Classification of depositional cycles of the Central Canyon in 3D seismic survey area,Qiongdongnan Basin

在S30～S28之間,根據(jù)沉積物充填特征,可劃分出4個旋回,S30～S29之間可劃分2個旋回,下部旋回①以濁積水道沉積為主,旋回②以塊體流沉積為主;S29～S28之間也可劃分為2個旋回,旋回③為塊體流-濁流沉積,旋回④以塊體流沉積為主(圖5)。旋回①濁積水道沉積表現(xiàn)出一套中等-好連續(xù)性,強振幅的同相軸反射特征,其中可見一系列小型下切記錄,對應了一系列的小型濁積水道,反映了濁積水道的擺動;旋回②的塊體流沉積表現(xiàn)出一套雜亂反射特征,局部區(qū)域可劃分為2個期次;旋回③的塊體流-濁流沉積表現(xiàn)出一種復合特征,下部往往是一套差-中等連續(xù)性,中等反射強度的同相軸,上部則表現(xiàn)出一套強相位特征,局部能見小型下切特征,特別是在峽谷松南段能見到一套薄層強振幅的濁積席狀砂充填;旋回④的塊體流沉積表現(xiàn)出雜亂反射特征.28界面之上仍發(fā)育一系列塊體流沉積,但S28界面之下塊體流沉積從北向南流動,當遇到峽谷南壁的隔擋而改向東流動,并堆積于中央峽谷,而S28界面之下塊體流沉積也不受峽谷的影響,堆積于中央拗陷的深水區(qū)(圖5)。

4 中央峽谷沉積模式及儲層預測

4.1 中央峽谷沉積模式

深海峽谷是大陸向深海輸入物質(zhì)的重要通道,將滑塌、碎屑流和濁流等沉積物從淺海搬運至深海環(huán)境中[9,10];另一方面,峽谷沉積物可以保留研究區(qū)氣候變化、海平面升降以及物源區(qū)構(gòu)造活動等信息,從而為這些研究提供科學依據(jù)[11～13]。世界上大多數(shù)深海峽谷都與大河口相連。瓊東南盆地中央峽谷既沒有與大型河流三角洲(如紅河)相連,也沒有直接與陸坡峽谷體系相連,而是與瓊東南盆地北部陸坡體系平行的峽谷系統(tǒng),因而,研究區(qū)中央峽谷沉積充填具有其特殊性。

正如前所述,中央峽谷在平面上具有明顯的分帶性,而且不同峽谷段充填不僅沉積構(gòu)成及微相類型有明顯差異,其沉積物源也具有明顯的差異(圖6)。峽谷西段以濁積水道沉積為主,特別是樂東凹陷及鶯歌海盆地東側(cè)的峽谷均以濁積水道沉積為主。在陵水凹陷以東中央峽谷段沉積構(gòu)成包括濁積水道、濁積席狀砂、天然堤及漫溢沉積、塊體流、深海泥質(zhì)沉積,但在不同區(qū)帶不同沉積物所占比例有一定差異。此外,在峽谷長昌段由于峽谷壁較陡,局部還出現(xiàn)峽谷壁滑塌沉積。從地震剖面可以看出,S28層序界面之上,除長昌凹陷東部外盆地大部分地區(qū)并未顯示出峽谷形態(tài),說明S28層序之上峽谷不發(fā)育。二維及三維地震資料的精細解剖均顯示中央峽谷主要發(fā)育2個方向物源(圖6),其一是來自西側(cè)物源,主要以濁積水道、濁積席狀砂、天然堤沉積為主,已有鉆井(如LD30-1-1、YC35-1-2以及新探井)揭示相對較粗的砂質(zhì)沉積物充填;其二是來自于中央峽谷北側(cè)塊體流,已有資料顯示這些塊體流均與北部陸坡密切相關(guān),陸坡坡度較陡的地方,如滑塌型和水道化型陸坡大型塊體流發(fā)育,相應地被帶到中央峽谷的塊體流沉積物也明顯增多[14]。研究表明,這些來自于北部陸坡的大型塊體流向南運動,當深入峽谷后受峽谷南壁的遮擋而改向向東運動(圖7)。峽谷東部長昌段由于北部陸坡較緩,大型塊體流不發(fā)育,僅僅由于峽谷壁較陡形成一些滑塌沉積,特別是峽谷南壁的滑塌沉積稍微發(fā)育一些。因此,中央峽谷形成多源多期發(fā)育的復雜的峽谷系統(tǒng)。

4.2 中央峽谷儲層預測

近10年的油氣勘探表明儲層預測成為制約瓊東南盆地油氣勘探的主要瓶頸。由于瓊東南盆地缺乏大型河流注入,從而增大了尋找粗碎屑沉積儲層的難度。從以上分析得知,瓊東南盆地中央峽谷不同區(qū)段沉積構(gòu)成及其沉積相差別較大,中央峽谷內(nèi)塊體流充填占有較大比例,特別是松南-寶島段,已有資料顯示這些塊體流均為盆地北部陸坡滑塌沉積所演變而成,因而,沉積物構(gòu)成以泥質(zhì)沉積為主,很難形成有效儲層15,16。而來源于盆地西側(cè)物源的濁積水道則由相對較為粗粒碎屑沉積物所構(gòu)成。

目前,已有揭露濁積水道沉積的鉆井顯示濁積水道沉積由中細砂巖所組成,局部還可出現(xiàn)含礫砂巖。顯然,深水區(qū)峽谷內(nèi)以濁積水道和天然堤為主的沉積物可以作為本區(qū)良好的儲層。因此,在深水峽谷體系準確識別或預測以濁積水道為主的峽谷充填是該區(qū)有效儲層預測的關(guān)鍵,濁積水道形成與演化研究對深水區(qū)油氣勘探具有重要意義。

5 結(jié)論

(1)瓊東南盆地中央峽谷平面上呈“S”型NE向展布,自西向東,中央峽谷下切深度越來越大,下切層位越來越老。其下切剖面形態(tài)發(fā)育有“V”、“U”、“W”和復合型。其中“V”型峽谷下切深度最大,沖刷、削截特征最明顯。

(2)中央峽谷充填沉積微相主要包括5種微相,即濁積水道、濁積席狀砂、天然堤及漫溢沉積、塊體流、深海泥質(zhì)沉積。峽谷西段以濁積水道沉積為主,特別是樂東凹陷及鶯歌海盆地東側(cè)的峽谷均以濁積水道沉積為主。松南以東峽谷段為濁積水道與塊體流沉積互層沉積,但在不同區(qū)帶不同沉積物所占比例有一定差異。濁積水道和濁積席狀砂是深水區(qū)油氣勘探的主要儲層類型。

(3)瓊東南盆地中央峽谷東段的主控因素為構(gòu)造作用,西段樂東-陵水段的主控因素為重力流沉積作用。中央峽谷主要發(fā)育2個方向物源,其一是來自西側(cè)物源,主要以濁積水道、濁積席狀砂、天然堤沉積為主;其二是來自于中央峽谷北側(cè)塊體流,這些塊體流均與北部陸坡密切相關(guān),陸坡坡度較陡的地方,如滑塌型和水道化型陸坡大型塊體流發(fā)育地區(qū),相應地被帶到中央峽谷的塊體流沉積物也明顯增多。因此,來自于西部重力流沉積與來自于北部重力流沉積在中央峽谷內(nèi)形成了多源多期發(fā)育的復雜的峽谷系統(tǒng)。

圖6 中央峽谷體系不同區(qū)段沉積物構(gòu)成特征Fig.6 Distinct depositional composition in different segments of the Central canyon

圖7 瓊東南盆地中央峽谷體系沉積模式Fig.7 Depositionalmodel of the Central canyon in the Qiongdongnan Basin

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Important Deepwater Hydrocarbon Reservoirs:the Central Canyon System in the Qiongdongnan Basin

WANG Zhen-feng
(Zhangjiang Branch of CNOOC,Zhangjiang,Guandong 524057)

The Central Canyon in the Qiongdongnan basin shows a S-shaped NE-trending depositional system,which originates from the eastmargin of the Yinggehai basin,crosses the Central depression and extends into the Xisha trough.Based on the detailed interpretation of2D and 3D seismic data and drillhole data,the Central Canyon can be divided into 4 segments.Each segment has not only differentmorphology in section,but also has distinct depositional architectures,genetic facies and sediment-supplies.Analysis ofmorphology and infilling features indicates that the canyon shows the deeper downcutting and scours to the older strata eastwards.There are 4 types of V,U,W and composed shapes in vertical.Of them,V-typed canyon shows the strongest downcutting,and the more significant scouring.Turbidite channel deposits are dominated in the western segment.Interbeds of turbidite channel and mass transport deposits occur in the eastern segment,but there are different ratios in different places.Turbidite channel deposits originate from the west side,however,mass transport deposits originate from the slope system in the northern side of the basin.Those deposits from different sediment-supplies are composed of a multiple-episodic and multiple sediment-supplied complex canyon system.

deepwater canyon;turbidite channel;mass transport deposits;Qiongdongnan Basin;Miocene

王振峰 男 1956年出生 石油地質(zhì)學 E-mail:wangzhf@cnooc.com.cn

TE122.2

A

1000-0550(2012)04-0646-08

①國家自然科學基金重點項目(批準號:91028009)和國家科技重大專項項目《大型油氣田和煤層氣開發(fā)》子專題(編號:2008ZX05025-03A-04-01)聯(lián)合資助。

2011-05-30;收修改稿日期:2011-11-20