張 昊， 逄建東， 李林洹

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452)

0 引 言

珠江口盆地位于中國(guó)南海北部，面積約為15萬(wàn)km2，呈NE-SW向展布，是中國(guó)近海最大的含油氣盆地之一，規(guī)模勘探始于上世紀(jì)70年代[1]。從整體構(gòu)造格局來(lái)看，珠江口盆地以NE向斷裂體系為NE主控，具有南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局，主要?jiǎng)澐至?個(gè)構(gòu)造單元[2-4]，北部隆起帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶、南部隆起帶。區(qū)域上具有下斷上坳的雙層結(jié)構(gòu)及下陸上海的沉積特點(diǎn)[5-7]，發(fā)育文昌組、恩平組、珠海組、珠江組、韓江組、粵海組、萬(wàn)山組及第四紀(jì)地層，其中斷陷階段發(fā)育的文昌組及恩平組為主要的烴源巖層，斷坳轉(zhuǎn)換階段發(fā)育的珠海組及坳陷階段發(fā)育的地層為主要的儲(chǔ)集層[8-10]。

勘探情況表明，古近系生成的油氣進(jìn)入新近系成藏，與溝通源巖的斷層縱向輸導(dǎo)作用密切相關(guān)[6]。因此，系統(tǒng)地研究斷裂幾何學(xué)特征、發(fā)育演化及對(duì)油氣成藏的作用是十分必要的。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

X區(qū)塊位于珠江口盆地東沙隆起西部，面積約為1 500 km2，屬于中央隆起帶的內(nèi)部構(gòu)造單元，南部毗鄰番禺低隆起，西北部緊鄰珠一坳陷(圖1)。工區(qū)處于盆地隆起帶，文昌組及恩平組地層不發(fā)育，珠海組地層發(fā)育較薄。珠江口盆地地層與主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)見(jiàn)表1。

表1 珠江口盆地地層與主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

1.2 X區(qū)塊斷裂特征

X區(qū)塊地處珠江口盆地隆起帶，該區(qū)構(gòu)造整體格局表現(xiàn)為由西向東抬升的呈“南斷北超”的復(fù)式半地塹，地層平緩，從淺到深具有明顯的相似性和繼承性，地層傾角5°左右。如圖2所示，X區(qū)塊斷層比較發(fā)育，正斷層數(shù)量可達(dá)30多條，平面上斷層走向主要有NEE和NW 2個(gè)方向，以平行式、斜列式的雁列式組合為主，性質(zhì)為張性斷層。剖面上顯示主要為伸展構(gòu)造樣式，斷層以北傾多米諾式復(fù)雜半地塹構(gòu)造樣式為主。

圖2 X區(qū)塊斷裂系統(tǒng)及構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig. 2 Fault system and structural unit division in block X

根據(jù)構(gòu)造特征，如圖3～5所示，研究區(qū)內(nèi)共劃分出3個(gè)構(gòu)造單元，即南部斷裂帶、內(nèi)斜坡帶及外斜坡帶。南部斷裂帶呈NE向展布，地層發(fā)育相對(duì)齊全，從珠江組到粵海組均有發(fā)育，由于南部斷裂帶活動(dòng)時(shí)間比較早，強(qiáng)度也比較大，持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，故下降盤地層埋藏較深。內(nèi)斜坡帶位于南部斷裂帶以北，成NE向展布，地層南傾，向北抬升，斷層較發(fā)育，從珠江組到粵海組地層都有發(fā)育。但內(nèi)斜坡帶東西兩側(cè)構(gòu)造特征有所不同：西部斷裂更發(fā)育，剖面上發(fā)育復(fù)式Y(jié)字型斷裂組合，平面上斷層成平行交織狀斷裂組合；東部斷裂較少，剖面上以單一平直斷層為主。外斜坡帶位于工區(qū)北部，在現(xiàn)斷裂系統(tǒng)形成過(guò)程中，早期斷層不發(fā)育，主要受應(yīng)力場(chǎng)變化和巖石力學(xué)性質(zhì)影響而形成斷層。外斜坡帶成NE向展布，坡度非常緩，斷層較發(fā)育，平面上成雁列式排布。

圖3 南部斷裂帶斷裂系統(tǒng)基本特征Fig. 3 Fault system characteristics in southern faults zone

X區(qū)塊斷層發(fā)育特征對(duì)油氣藏落實(shí)有重要控制作用，如表2所示，主控?cái)鄬庸?條，走向近EW向延伸，傾向以北傾為主，延伸長(zhǎng)度l在3～10 km，斷距h為20～100 m，均切割粵海-基底地層，形成的圈閉主要為近東西向發(fā)育的斷層控制圈閉為主，圈閉類型以背斜圈閉、斷裂背斜圈閉和斷裂鼻狀構(gòu)造圈閉為主。

圖4 內(nèi)斜坡帶斷裂系統(tǒng)基本特征Fig. 4 Fault system characteristics in inner slope zone

表2 X區(qū)塊斷層要素

圖5 外斜坡帶斷裂系統(tǒng)基本特征Fig. 5 Fault system characteristics in outer slope zone

2 斷裂系統(tǒng)演化特征

通過(guò)區(qū)內(nèi)精細(xì)構(gòu)造解釋及綜合分析，主要考慮斷層與油氣成藏關(guān)系、斷層形成期次兩個(gè)因素。X區(qū)塊中斷層按照活動(dòng)時(shí)間可分成3類，即繼承性斷層、早期斷層及晚期斷層。如圖5所示，繼承性斷層主要為斷開(kāi)基底，在珠江組至韓江組沉積時(shí)期持續(xù)活動(dòng)的斷層，走向?yàn)镹EE向、NW向；晚期主要為斷開(kāi)韓江組至萬(wàn)山組的東沙運(yùn)動(dòng)之后活動(dòng)的斷層，包括萬(wàn)山組、粵海組及韓江組后期活動(dòng)的斷層，斷層走向?yàn)镹EE向、EW向；早期斷層主要受白云運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)形成的斷層，活動(dòng)時(shí)間主要為斷開(kāi)基底至珠江組，斷層走向?yàn)镋W向、NWW向。

平面上，如圖3所示，X區(qū)塊繼承性斷層主要分布在工區(qū)的最南部，其他區(qū)域分布較少，斷層發(fā)育規(guī)模較大，控制隆起區(qū)部分的地層發(fā)育。早期斷層主要分布在工區(qū)的中南、西南部，活動(dòng)時(shí)間較短，斷層延伸長(zhǎng)度及斷距都比較小。晚期活動(dòng)斷層在全工區(qū)發(fā)育，大部分?jǐn)鄬訉儆谕砥诨顒?dòng)斷層。

圖6 X區(qū)塊斷層發(fā)育類型剖面Fig. 6 Section of fault development type in block X

3 斷裂系統(tǒng)對(duì)油氣成藏的作用

X區(qū)塊位于珠江口盆地珠一凹陷東南緣的東沙隆起西部，周圍存在著多個(gè)富生烴凹陷，是珠江口盆地勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。距離研究區(qū)最近的番禺4洼勘探最早始于1985年，前人研究及勘探實(shí)踐表明，番禺4洼累計(jì)探明原油地質(zhì)儲(chǔ)量1.5億t，是一個(gè)典型的“小而肥”的富生烴洼陷[11-13]。番禺4洼是X區(qū)塊主要供烴單元，文昌組湖相泥巖為主要烴源巖，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.58%，有機(jī)質(zhì)類型Ⅰ～Ⅱ1型為主，部分為Ⅱ2型，處于成熟—高成熟演化階段，是主力烴源巖[14]。但是研究區(qū)處于隆起之上，距離供烴單元較遠(yuǎn)，因此，油氣運(yùn)移條件研究是X區(qū)塊是否大規(guī)模成藏的主控因素。

X區(qū)塊及其鄰區(qū)輸導(dǎo)體系是由斷裂+砂體+不整合面+構(gòu)造脊組合成的復(fù)合輸導(dǎo)格架[15]。其中，砂體在油氣長(zhǎng)距離橫向疏導(dǎo)中發(fā)揮著尤為重要的作用。珠江口盆地新生代以來(lái)長(zhǎng)期接受古珠江水系的物源供給，橫向連續(xù)、穩(wěn)定分布的砂體(尤其是珠海組、珠江組大型富砂三角洲體系發(fā)育)為盆地油氣側(cè)向運(yùn)移提供了有利的疏導(dǎo)體系，使得油氣能夠在遠(yuǎn)離洼陷的隆起區(qū)富集成藏。

由此可見(jiàn)，在區(qū)域性海泛泥巖蓋層下的珠海組、珠江組海相大型三角洲前緣河口壩、席狀砂體構(gòu)成了研究區(qū)及其鄰區(qū)主要的油氣橫向輸導(dǎo)體系，成為該地區(qū)油氣能否遠(yuǎn)距離富集成藏的基本保障。

3.1 斷裂對(duì)油氣運(yùn)移、成藏的控制作用

在油氣輸導(dǎo)體系中，斷裂是本區(qū)油氣垂向運(yùn)移的主要通道，而斷層對(duì)油氣藏形成與分布的控制作用主要體現(xiàn)在油氣輸導(dǎo)和側(cè)向遮擋兩個(gè)作用，即：斷層的封閉能有效遮擋下伏油氣的運(yùn)移進(jìn)而聚集成藏；斷層的開(kāi)啟能使油氣發(fā)生運(yùn)移或?qū)υ缙谟筒剡M(jìn)行2次調(diào)整。鉆探結(jié)果證實(shí)，研究區(qū)油氣運(yùn)聚總體受斷層、不整合面和橫向連通的砂體的復(fù)合輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)所控制，但斷裂對(duì)油氣運(yùn)移的控制作用較為突出，表現(xiàn)為斷裂控?zé)N的典型特征。

3.2 油氣運(yùn)移成藏的時(shí)空配置關(guān)系

X區(qū)塊斷層生長(zhǎng)指數(shù)如圖7所示。圈閉的形成時(shí)間與油氣大量生排烴配置關(guān)系直接影響油氣藏的形成。

圖7 X區(qū)塊斷層生長(zhǎng)指數(shù)Fig. 7 Fault growth index in block X

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，X區(qū)塊全部主要發(fā)育在韓江組和珠江組地層中，均為受NWW向斷層影響的斷鼻或者斷背斜圈閉。根據(jù)沉積與構(gòu)造演化結(jié)果，結(jié)合斷層生長(zhǎng)指數(shù)分析(圖7)，工區(qū)內(nèi)所有圈閉均是距今10 Ma左右形成的。同時(shí)，番禺4洼的生排烴研究結(jié)果表明[16-17]，該區(qū)文昌組烴源巖在珠江后期進(jìn)入低成熟期(18 Ma)，在韓江末期(10 Ma)進(jìn)入成熟期，由于番禺4洼的油源埋深比鄰近的惠州、恩平等凹陷淺，故生排烴高峰也晚。又因排油時(shí)間比烴類大量生成時(shí)間滯后，可以得出番禺4洼主力烴源巖(文昌組)排油時(shí)間可能在韓江期(10 Ma)以后，與圈閉的形成時(shí)間恰好匹配。

3.3 斷裂發(fā)育與成藏期的匹配關(guān)系

番禺4洼文昌組烴源巖在珠江后期進(jìn)入成熟期(18 Ma)，開(kāi)始生烴，在韓江末期(10 Ma)達(dá)到高成熟期，開(kāi)始大規(guī)模生排烴[16-18]。這一時(shí)間與X區(qū)塊斷層活動(dòng)時(shí)間(圈閉定型時(shí)間)的匹配關(guān)系，是油氣在研究區(qū)能否成藏的重點(diǎn)。

X區(qū)塊在珠瓊運(yùn)動(dòng)和東沙運(yùn)動(dòng)期都形成了大量的斷層，其中早期斷層形成于珠瓊運(yùn)動(dòng)，呈NE向展布，晚期斷層形成于東沙運(yùn)動(dòng)，距今10～5 Ma，呈NWW向展布。分析認(rèn)為，晚期斷裂形成時(shí)間與烴源巖大量生排烴時(shí)間(10 Ma～至今)較為匹配，對(duì)研究區(qū)油氣成藏起了非常重要的控制作用。從本區(qū)及鄰區(qū)已發(fā)現(xiàn)的商業(yè)油田顯示出本區(qū)局部圈閉的形成和油氣的平面分布與晚期斷裂活動(dòng)有密切相關(guān)性。

4 三維油氣成藏運(yùn)聚模擬

油氣運(yùn)聚研究是研究區(qū)油氣綜合成藏評(píng)價(jià)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，盡可能接近地質(zhì)真實(shí)的盆地模擬是實(shí)現(xiàn)油氣運(yùn)聚研究的一種重要手段[19-20]。基于此，開(kāi)展基于Temisflow盆地模擬軟件的三維油氣運(yùn)聚模擬。針對(duì)X區(qū)塊，根據(jù)前人珠江口盆地研究成果，結(jié)合本次對(duì)研究區(qū)地震解釋成果，建立構(gòu)造帶主要目的層(珠海組、下珠江組頂面、上珠江組、下韓江組、上韓江組等)的三維盆地構(gòu)造格架；根據(jù)斷層對(duì)盆地油氣成藏作用分析及油氣地質(zhì)特征，選擇了6條對(duì)研究區(qū)油氣富集成藏起著關(guān)鍵控制作用的斷層進(jìn)行刻畫和模擬；結(jié)合區(qū)域認(rèn)識(shí)建立了沉積體三維網(wǎng)格模型；利用工區(qū)及鄰區(qū)資料，設(shè)置烴源巖類型及相關(guān)生烴參數(shù)、大地?zé)崃飨嚓P(guān)參數(shù)等地球化學(xué)參數(shù)[21-22]，進(jìn)行三維油氣成藏運(yùn)聚模擬。

三維油氣運(yùn)聚模擬結(jié)果體現(xiàn)了油氣在不整合、斷層、砂體組合形成的復(fù)合疏導(dǎo)體系內(nèi)，進(jìn)行側(cè)向和垂向運(yùn)移的復(fù)雜耦合過(guò)程，隨著運(yùn)移距離的增大，通過(guò)斷層與砂體的耦合，在側(cè)向運(yùn)移同時(shí)沿?cái)鄬酉驕\層運(yùn)移；在平面上，油氣運(yùn)聚模擬現(xiàn)實(shí)的油氣運(yùn)移方向也有所不同(圖8)。

圖8 韓江組三維油氣運(yùn)聚模擬Fig. 8 Hanjiang Formation 3D simulation plan of hydrocarbon migration and accumulation

通過(guò)三維油氣運(yùn)聚模擬可以看出，距離凹陷(生烴中心)越遠(yuǎn)，油氣發(fā)育層位越淺；距離凹陷(生烴中心)越近，油氣發(fā)育層位越深，油氣通過(guò)控洼邊界斷裂、不整合等主要疏導(dǎo)體系，近源成藏，形成不同的油氣藏。

5 結(jié) 論

(1)工區(qū)平面上發(fā)育NEE、NW走向兩組斷層，斷裂組合以平行式、斜列式為主。剖面上以多米諾式、復(fù)雜半地塹構(gòu)造樣式為主。根據(jù)構(gòu)造特征，區(qū)塊內(nèi)共劃分出南部斷裂帶、內(nèi)斜坡帶和外斜坡帶3個(gè)構(gòu)造單元。

(2)工區(qū)斷層存在繼承性、早期與晚期斷層3種類型。其中晚期斷裂形成時(shí)間與烴源巖大量生排烴時(shí)間(10 Ma～至今)較為匹配。三維油氣成藏運(yùn)聚模擬表明，斷裂系統(tǒng)發(fā)育對(duì)油氣成藏起了至關(guān)重要的控制作用。