恩平凹陷南部断裂带油气成藏特征及主控因素

何清吟 (中国地质大学资源学院,湖北武汉430074)

叶加仁 (构造与油气资源教育部重点实验室 (中国地质大学),湖北武汉430074)

舒誉 (中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东广州610059)

恩平凹陷南部断裂带油气成藏特征及主控因素

何清吟 (中国地质大学资源学院,湖北武汉430074)

叶加仁 (构造与油气资源教育部重点实验室 (中国地质大学),湖北武汉430074)

舒誉 (中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东广州610059)

南部断裂构造带是恩平凹陷油气勘探的主要对象。基于地震、地质、地化等资料,系统分析了南部断裂构造带油气成藏的条件与特征,探讨了控制南部构造带油气成藏的主要因素。研究结果表明,恩平凹陷南部断裂构造带油气主要来自北侧EP17洼始新统文昌组中深湖相烃源岩,主要目的层段珠江组下段、珠江组上段及韩江组下段砂岩储层物性好,EP17洼生成的油气沿不整合面和砂体进入南部断裂构造带上的渐新统恩平组和珠海组后,再沿控圈断层进入珠江组和韩江组圈闭中聚集成藏,东沙运动时期为油气充注的主要时期。恩平凹陷南部构造带的油气成藏主要受断层活动性、圈闭形成期与成藏关键期的相互匹配、后期构造调整等因素的控制。

成藏特征;主控因素;南部隆起断裂带;恩平凹陷

1 地质背景

恩平凹陷位于我国南海珠江口盆地珠一坳陷西端[1](图1),总面积约5000km2,整体呈北东-南西走向,其西接阳江低凸起,东北与西江凹陷连接,东南接番禺低隆起[2,3]。恩平凹陷是古近纪开始发育的断陷-拗陷盆地[4],经历了3个构造演化阶段,即晚白垩世至早渐新世的断陷阶段、晚渐新世至中中新世的拗陷阶段及晚中新世至今的新构造运动。恩平凹陷由EP17、EP18和EP12共3个次洼组成,均为北断南超的箕状凹陷,凹陷北部为控制断陷的边界断层,向南为缓坡带,缓坡带末端受一组NE向断层切割形成南部凹槽,可以划分为南部隆起断裂构造带、中央断裂构造带、西北斜坡构造带3个构造带。钻井揭示恩平凹陷新生代地层自下而上包括始新统文昌组(E2wc)、下渐新统恩平组(E3ep)、上渐新统珠海组(E3zh)、下中新统珠江组(N1zj)、中中新统韩江组(N1hj)、上中新统粤海组(N1yh)、上新统万山组(N2ws)及第四系(Q)。

图1 恩平凹陷位置及构造单元划分图

恩平凹陷的油气勘探始于1983年,迄今为止共钻探井22口,目前已获商业发现1个、潜在商业发现4个,并均位于南部断裂构造带。南部断裂构造带位于恩平凹陷南部,目前已钻探井11口,均为油气流井或油气层井,获探明加控制地质储量逾5000×104m3,油气主要分布在N1hj和珠江组上段及下段(N1zju、N1zjL),E3zh也有少量油气显示,具有巨大的勘探潜力,但区内断裂发育,不同钻井、局部构造的油气富集程度和勘探成效存在较大的差异,需要深入研究南部构造带的油气地质条件与成藏特征,并结合典型构造分析,总结油气成藏规律及影响因素,探索有利的油气勘探方向。

2 成藏条件与特征

2.1 油源特征

恩平凹陷发育有E2wc、E3ep两套烃源岩。其中E2wc主要发育中深湖相和滨浅湖相碎屑岩沉积,有机质丰度高、分布面积广、厚度大,为主要烃源岩,A8井是目前恩平凹陷唯一揭示E2wc烃源岩的探井,地化分析表明,E2wc烃源岩有机碳质量分数(w(TOC))平均值为1.1%,最高可达1.61%,氯仿沥青“A”质量分数为0.061%,生烃潜量w(S1+S2)平均值为1.79mg/g,干酪根类型以Ⅱ1型为主。E3ep为次要烃源岩,主要发育冲积扇-河流-湖沼沉积体系和河流三角洲-滨浅湖沉积体系。根据不同的地球化学指纹信息,可以判别南部构造带的油气来源。由表1可以看出,南部构造带原油具有高C304-甲基甾烷(C304-甲基甾烷/C29甾烷比值在0.22～2.7之间)、低T化合物(T/C30霍烷比平均为0.64)、高C19/C23三环萜烷和低姥鲛烷/植烷(Pr/Ph＜3)等特征,主要来自E2wc中的深湖相烃源岩。

表1 恩平凹陷南部构造带部分井生物标志化合物特征

2.2 储盖组合特征

2.2.1 储层特征

恩平凹陷位于古珠江三角洲前缘相带,从E3zh到N1hj发育有多套储层,含油气层系多,商业性油层主要分布于韩江组上段(N1hju)～N1zjL,其以三角洲平原～三角洲前缘沉积为主[5],分布稳定,储集物性良好,孔隙度多为15%～30%,渗透率大部分为100～300m D,部分可达300m D以上。其中韩江组下段(N1hjL)孔隙度分布范围0.1%～38.9%,平均值为23.8%,渗透率变化范围0.1～1282.4mD,平均值为332.3mD,属高孔高渗储层。N1zju孔隙度分布范围0.1%～30.8%,平均值为20.4%,渗透率变化范围0.1～1282.4m D,平均值为179m D,属高孔中渗储集层。N1zjL孔隙度分布范围11.1%～29.5%,平均值为22.9%,渗透率变化范围3.4～718.5m D,平均值为224.6m D,属于高孔中渗储集层。

2.2.2 盖层特征

恩平凹陷在主要目的层N1zj和N1hj沉积时期,经历了几次大的海侵事件,造就了一系列区域性海泛面[5](MFS16.0,MFS17.0,MFS17.8,MFS19.1),这些海泛面泥岩厚度大,横向上分布稳定、连续,且品质优良,可作区域性盖层,对油气分布格局具有控制作用,同时为油气的保存提供了良好的条件。此外,在这些最大海泛面之间,还发育多套局部泥岩盖层,也可作为油气保存的良好隔挡层。

2.2.3 储盖组合特征

现有勘探成果证实恩平地区存在3套主要储盖组合,即N1zjL、N1zju和N1hjL区域盖层与主要目的储层互相配置构成的关系良好的组合,是研究区最主要的黄金储盖组合。

N1zjL沉积时期发生过一次大规模的海侵(21～19.1Ma),物源来自西北部的古珠江三角洲,物源供应充足,沉积的三角洲前缘砂体厚度大,分布广,分选磨圆也较好,可作为非常好的储层;该段局部盖层虽有发育,但质量一般,以区域盖层为主,储盖配置良好,是富油气聚集的重点层段,在该层段4口井总共钻遇30个油层。N1zju沉积时期,从19.1～16.4Ma经历了两次海平面缓慢上升的海侵过程和中间一次短暂的海退过程,物源同样来自古珠江三角洲,南部构造带发育三角州前缘相,含砂率35%～45%。其储盖组合良好,也是富油气聚集重点层段之一,4口井共钻遇39个油层。N1hjL沉积时期,继续海侵,海平面缓慢上升,物源没有发生改变,该时期南部构造带主要发育三角洲前缘相,砂岩体积分数为40%～50%,储盖组合也较好,共钻遇11个油层。

2.3 油气充注特征

利用流体包裹体分析法确定油气成藏期次及时间,适用性广,更能精确地确定复杂盆地的油气成藏时期,已成为确定成藏年代的重要方法之一。对恩平凹陷南部构造带4口井共19块样品进行流体包裹体分析测试,包括流体包裹体显微荧光颜色、荧光光谱、激光拉曼、均一温度等微观检测,并结合地层埋藏史重建了该区的流体充注历史。

显微荧光观察结果表明,研究区包裹体丰富多样,包括从单一气相、气液两相到含烃盐水、盐水包裹体等多种类型,从发荧光的烃类包裹体、不发荧光的盐水包裹体到发强荧光的浸染状沥青,从气泡活跃到不活跃的包裹体,包裹体荧光颜色以黄色、弱黄色为主,部分黄绿色、蓝白色和淡蓝色,烃类包裹体主要分布于N1zj储层中,N1hj储层分布较少。荧光光谱测试结果显示,该区烃类包裹体的荧光光谱主峰波长分布范围较广,最小为492nm,最大为538nm,说明恩平凹陷包裹体中的烃类来自不同成熟度类型的原油,利用主峰波长和红绿熵值两个参数进行交会,可进一步将恩平凹陷南部构造带划分出三幕油气充注(图2(a))。流体包裹体均一温度范围分布在130～160℃之间(图2(b)),结合埋藏史图对恩平凹陷南部构造带成藏时间进行确定,结果显示,南部构造带上的油气总体经历一期充注过程,时间在8.0Ma以后,即晚中新世N1yh沉积期至今(图2(c)),属于晚期成藏,主要发生在上构造层,由于东沙构造运动的发生,先前的断裂发生强烈活动,致使油气沿着有利的通道运移,进入圈闭聚集成藏,对于新近系的油藏形成,东沙运动为油气充注的关键时期。

2.4 油气运移特征

油气进入输导层后并非原地聚集起来,而是根据流体特性由高势向低势方向沿不同类型的通道作不同规模运移,直到聚集成规模不等的油气藏,或向地表逸散为止。尽管不同学者对油气输导体系的划分标准不完全相同,但基本上都是分为不整合、断裂和输导层三大类输导体系[6～10]。恩平凹陷断层较发育,砂体分布层位多,且厚度和面积较大,不整合面多为平行不整合。总体来说,恩平凹陷南部构造带的输导体系主要有断层、砂体和不整合。

2.4.1 不整合面

不整合面由于长期遭受剥蚀往往形成具有一定渗透能力的疏导层,南部断裂带E2wc地层不发育,没有有效烃源岩,其油气基本来自于EP17洼的烃源岩,E2wc烃源岩生成的油气要运移到新近系地层中聚集,主要通过油源断层上窜到上部地层成藏。目前油源断层主要分布在中央断裂构造带,而南部断裂构造带到北部凹槽之间油源断层很少。因此,生烃洼陷生成的油气运移到南部断裂带主要通过不整合面输导。恩平凹陷E2wc沉积末期受珠琼二幕构造运动影响地层发生了明显的形变,地层整体向南抬升,E2wc生成的油气受地层向南抬升的影响,可沿Tg(基底反射层)和T08(渐新统恩平组的底)2个不整合面输导至南部隆起断裂带的E3ep或E3zh地层中。

2.4.2 砂岩层

恩平凹陷砂体发育,分布层位多,沉积厚度和面积较大,尤其以E3zh砂体分布广泛,是油气的主要侧向输导层位。E3zh沉积于南海运动之后,盆地由断陷转化成坳陷,为海陆过渡相。E3zh早期古珠江三角洲物源进入,发育三角洲平原相,晚期有一次明显的海侵过程,主要为厚层-中厚层浅灰色细、中砂岩与中薄层灰色泥岩不等厚互层,沉积物颗粒较粗,含砂率较大,平均含砂率为78.38%,平均孔隙度为17.9%,平均渗透率为55.7m D,孔渗条件好,疏导能力强。E3ep主要发育河流相、泛滥平原及局部湖沼相沉积,岩性主要以薄层暗色泥岩、页岩夹煤层和碳质泥岩为主,也可见薄层砂泥互层段,也具有良好的疏导能力。油气沿断层运移到盖层面下后可沿砂体输导层横向运移,如遇断层遮挡,则顺着断层继续上移或聚集成藏。

图2 恩平凹陷南部构造带包裹体测试

2.4.3 断层

南部隆起构造带由于缺少油源断层,其油气均来自于相邻的EP17洼短距离运移,该构造带断裂整体上为南倾断裂,呈斜列式与平行式展布,整体走向为NWW向,长度一般为3～10km,为长期继承发育断裂,南部构造带平面上断层条带状展布的特征,与恩平凹陷古构造在平面上整体的分布特征相符合,有利于油气的横向运移。纵向上这些断裂断穿E3ep～N1hj多套地层,为生长断层,且长期活动,若断层底下有油源则可纵向疏导油气,EP17洼运移而来的油气也可通过该断层向上运移到新近系圈闭中聚集成藏。

2.5 油气聚集特征

2.5.1 圈闭类型

圈闭是油气聚集和保存的场所,也是油气藏形成的重要条件,传统的圈闭分类方案将圈闭分为构造、地层、水动力和复合圈闭几类[11]。恩平凹陷既发育有构造圈闭,更有各类地层、岩性圈闭或者复合圈闭,南部构造带在宏观上表现为一个由东向西倾没的隆起带,晚中新世以来的东沙运动,导致断裂活动频繁发生,并产生了大量NWW向断层。受这些断层切割,在南部构造带上形成了一系列断阶,圈闭类型基本为受断层控制的翘倾半背斜、断背斜、断鼻等,如A2构造主要以受断层控制的翘倾半背斜圈闭为主,A3构造为一断背斜圈闭,A4构造发育断鼻圈闭,A5构造发育断块圈闭。

2.5.2 油气成藏模式

恩平凹陷南部构造带为一长期发育的古隆起构造,是油气运移的最有利地带,油气源充足、储层物性良好、储盖组合相互配置、圈闭发育良好。现有钻井揭示,该地区纵向上含油层段长,N1zjL至N1hjL为主要含油层段。综合上述分析及前人研究成果,可总结出南部构造带的油气成藏模式为近距离混源-侧向-垂向运聚成藏模式(图3),即EP17洼E2wc生成的油气沿不整合面运移到南部构造带上的E3ep、E3zh后,受NWW向控圈断层活动的影响,油气沿断层向上移到N1zj和N1hj地层中聚集成藏。

图3 恩平凹陷南部构造带油气成藏模式

3 成藏主控因素

3.1 断层活动性

断层在油气运聚过程中既可起到封闭作用,也可以起到输导作用,一般认为,断层处于活动期时是油气垂向运移的通道,断层活动性的变化也影响着油气的输导与保存[12～15]。目前表征生长断层活动性的参数主要有生长指数、断距以及活动速率等。通过对恩平凹陷南部构造带主要控圈断层的断距、生长指数 (上盘厚度/下盘厚度)、断层活动速率 (断距/断层活动时间)等参数的统计,认为断层活动总体在恩平期至珠江期活动性较弱,断层活动速率小于10m/Ma,至韩江组期,断层断距普遍增大,断层活动性逐渐增强,在粤海期断层活动性达到一个峰值,断层活动速率在15.24～21.89m/Ma之间,到N2ws时期断层活动性开始逐渐减弱,部分断层活动速率再次小于10m/Ma。

结合已钻井资料,目前恩平凹陷南部构造带发现的油气主要富集在控圈断层活动性相对较强的层段,在油气充注关键时期,即T23(中新统粤海组底)沉积时期,含油气构造的控圈断层活动速率基本大于15m/Ma,例如A7、A5、A2及A4构造在N1zjL至N1hjL均有油层分布,而A3构造的控圈断层在T23沉积时期活动速率只有11.97m/Ma,因此A3构造只在N1zjL钻遇3层油层,认为该构造在成藏关键时期断层活动速率较小,不利于油气的纵向运移。

3.2 圈闭形成期与成藏关键期的相互匹配

圈闭的形成时期要先于或同步于油气大量运移时期,只有圈闭在大量排烃前形成,才能保证油气的充注度高,否则构造的油气量较少,不具备商业性成藏的条件,圈闭形成期早于油气运移期是使其成为有效圈闭的重要条件[16]。

恩平凹陷南部构造带的油源主要来自于EP17洼E2wc烃源岩,根据烃源岩热成熟模拟史结果表明, EP17洼E2wc地层沉积后,有机质热演化程度随埋深增加逐渐增高,晚始新世-早渐新世(39.5Ma)进入生烃门限,晚渐新世(34Ma)进入有机质热演化的高成熟阶段,至N1zj沉积时期全部成熟。生排烃史模拟结果表明,E2wc的生油期为39～17Ma,生气期为37～4Ma;排油期与排气期为33～14Ma;生烃速率最大的时期即生烃高峰期为32Ma左右。利用流体包裹体测试方法确定恩平凹陷南部构造带油气成藏期次为一期,时间为8.0Ma以后,结合烃源岩生排烃史认为T23时期为该地区油气成藏关键时期。

由于在油气大规模运移、充注的时候,A7、A5、A2构造圈闭均未形成,圈闭形成时间晚于油气运聚高峰期,油气运移到这些构造后,沿着断层垂向运移,未能遇到圈闭聚集成藏,因此这些构造油气充满度低,不具备商业价值,而A1、A2、A4和A3构造的圈闭形成期与油气大规模运聚期基本匹配。

3.3 后期构造调整

油藏形成之后往往还会受到后期构造运动的影响,构造调整可能制约油气藏的形成与改造[17,18],破坏早期油藏,导致油气的散失或者氧化降解,这些都会影响油藏的储量和商业价值。例如A1构造在油气运聚的高峰期,井点位置没有处于构造范围内,经历过后期构造调整,使构造高点发生偏移,才使得该井点成为现今的构造高点,这导致了一定的油气散失;A5构造所经历的构造调整使圈闭的定型较晚,捕获的油气资源量有限;A3构造中因后期构造运动影响,古油藏遭到破坏,致使原油发生氧化,油质变重; A4构造受晚期构造运动的影响导致断圈内基本不成藏,以自圈成藏为主。可以看出,南部构造带的圈闭并不是一个模式,有些构造经过后期的构造调整作用,而另一些基本不受影响,因此构造调整对油藏的破坏也是导致恩平凹陷南部隆起断裂构造带内各局部构造成藏规模差异巨大的关键因素之一。

4 结论

1)恩平凹陷南部断裂构造带油气主要来自北侧EP17洼E2wc中深湖相烃源岩,主要目的层段N1zjL、N1zju及N1hjL砂岩储层物性好,EP17洼生成的油气沿不整合面和砂体进入南部断裂构造带上的E3ep和E3zh后,再沿控圈断层进入N1zj和N1hj圈闭中聚集成藏,东沙运动时期为油气充注的主要时期。

2)恩平凹陷南部构造带的油气成藏主要受断层活动性、圈闭形成期与成藏关键期的相互匹配、后期构造调整等因素的控制。

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[编辑] 龚丹

TE122.1

A

1000-9752(2014)09-0043-06

2014-03-06

国家科技重大专项(2011ZX05023-001)。

何清吟(1991-),女,2012年中国地质大学 (武汉)毕业,硕士生,现主要从事油气成藏动力学方面的学习和研究工作。