南黄海盆地南五凹横向背斜的油气地质意义

祁 鹏，王 鹏，崔 敏，郭 瑞

(中海油研究总院，北京 100028)



南黄海盆地南五凹横向背斜的油气地质意义

祁 鹏，王 鹏，崔 敏，郭 瑞

(中海油研究总院，北京 100028)

南黄海盆地一直未能取得商业性油气发现，为了能在南五凹取得勘探突破，对重新处理的高精度地震剖面进行了精细解释。研究发现，南五凹中南部发育有大型横向背斜，进一步的几何学和运动学分析表明，其形成机制主要受控于南部边界断层在空间上的几何形态变化。这些横向褶皱分布于南五凹深洼区，具有充足的油源供应，其上覆的戴南组能够形成多套有效储盖组合，边界断层及其上盘伴生的次级断层能够作为有利的油气运移通道，最终有可能形成规模可观的油气富集单元，具有重要的勘探实践意义。

横向背斜；构造特征；油气地质；南五凹；戴南组；南黄海盆地

0 引 言

南黄海盆地位于东经120°00′～126°00′，北纬32°00′～37°00′之间，横跨中、韩两国，西南与苏北盆地相连。1979年至今，在南黄海钻探了20余口井，其中2口探井已见到油气显示，表明南黄海盆地具备形成油气藏的基本地质条件，但尚未取得重要油气突破。

构造活动是油气成藏的重要控制因素之一，多年来，地质工作者一直未曾放弃对南黄海盆地的基础石油地质和结构构造的研究[1-4]。此次工作选择南黄海盆地南部坳陷中比较有勘探前景的南五凹作为研究对象，通过精细构造解释，重点剖析南五凹典型构造——横向褶皱的构造特征及其对沉积的控制作用，从而为该区的油气勘探实践提供一定的地质依据。

1 区域地质背景

南五凹位于南黄海盆地南部坳陷的最南端，其东北部为南二复合低凸起，西北与南一凸起相接，西南与南二凹相邻，南面和东面均被勿南沙隆起所围限。该凹陷在东部表现为不对称双断地堑式结构，在西部表现为单断式结构；自南向北，该凹陷依据构造特征可分为南部深洼陡断带、中部反转构造带和北部缓坡带。在平面上，南五凹整体走向为北西南东向，但边界断层区段化严重，凹陷东部的边界断层走向差异不大，但是在中部发生了逆时针转向，尤其是紧邻南二复合凸起的边界性质变化较快。这种强烈的差异性凹陷边界表明南五凹经历了多期强烈的构造活动。凹陷内断层的主要走向以北西西向和近东西向为主，密集地分布在凹陷中部的背斜带上(图1)。

地震、钻井和生物地层等多项地质资料揭示，南五凹地层由前白垩纪基底和晚白垩世—新生代盖层构成。盖层地层自下而上分别是上白垩统赤山组及泰州组、古新统阜宁组、始新统戴南组及三垛组、新近系盐城组及东台组地层和第四系地层，缺失渐新统地层。

2 南五凹横向褶皱的构造特征

伸展环境下形成的断层相关褶皱，根据褶皱枢纽与断层走向的位置关系，可以分为2种：褶皱枢纽走向与断层走向平行的称之为纵向褶皱，褶皱枢纽走向与断层走向垂直的称之为横向褶皱[5-7]。横向褶皱在断层面强烈下凹处常常会形成横向向斜，在断层面强烈上凸处常常会形成横向背斜。南五凹发育北北西走向的大型背斜(图2)，其枢纽基本垂直于南部边界断层，该背斜可以归属为横向褶皱。在剖面上，该背斜近乎直立，两翼相对宽缓，背斜顶部发育晚期形成的断层，这些断层向下延伸较短，大多数终止于阜宁组之上。

图1 南黄海盆地南五凹构造划分和断裂分布

显然，盆地边界对盆地的形成演化有着重要的影响，尤其是盆地内部的结构和构造特征以及沉积沉降等多个方面。南五凹经历了复杂的构造变形过程，导致其凹陷边界断层具有差异化和区段性的特征。通过对南部边界断层的断面空间形态解剖发现，断面在4 000～7 000 m的深度发生隆起。一系列穿过该大型背斜及其周缘的剖面显示，南部边界断层的几何形态自西向东发生了明显的改变，表现为陡直板状—铲式—椅式—陡直板状的依次变化，而断面隆起区正是南部边界断层椅式区段在空间上的表现。同时，大型横向背斜在空间位置上基本上与南部边界断层表现为椅式形态的区段(也是断面隆起区)位置相当，即南五凹大型横向背斜的发育基本上受控于边界断层空间形态的变化。

图2 南五凹横向褶皱在三垛组底界面时间构造图上的几何形态

3 横向背斜对沉积的控制

盆地结构和构造对沉积的控制主要体现在2个方面：一是对物源入口的控制；二是对沉积物在盆地内的搬运路径和过程的控制。这2个方面与盆地周缘及内部的沟谷和坡折等古地貌密切相关，而构造活动又会对古地貌进行改造或重建。一般认为，伸展盆地中沉积物搬运主要有4种路径：沉积物通过构造转换带搬运[8]；沉积物从上升盘断崖处做短距离垂向搬运[9-10]；沉积物在下降盘沿断层走向搬运[11-12]；沉积物在下降盘沿褶皱轴向搬运。

沉积物从南部边界进入南五凹时，可以沿着大型横向背斜轴向进行长距离搬运。横向背斜在空间上表现为近似直立褶皱，其转折端沿线将会是有利的输送路径。一方面，直立背斜的转折端是张应力释放的部位，能够形成一系列近平行于背斜轴向的张性节理，进而构成有利的沟谷系统，成为水道发育的理想场所，进行沉积物的高效搬运；另一方面，水体在背斜高点连线上容易保持较强的水动力条件，由于惯性作用将沉积物搬运到较远位置进行沉积。

与横向褶皱正对的南部地震测线上可以清晰地观察到下切特征，表明可能发育大量的河谷或沟槽，是南部勿南沙物源进入南五凹的重要通道。虽然没有三维资料能够清晰刻画这些沟谷或者河道是否能够直接延伸到横向背斜之上，但是在穿过横向背斜的剖面上发现了沉积物搬运的地震反射特征。在纵穿横向背斜的剖面上可以观察到明显的前积反射，而且前积延伸距离较远，表明沉积物能够沿着背斜轴部作长距离输入；在横穿横向背斜的剖面上可以观察到同相轴相互交错叠置、双向下超的地震反射，这种特征性反射延伸距离较短，表明沉积物在背斜两翼作相对短距离输入。

4 横向背斜的油气地质意义

4.1 横向背斜具有充足的油气供给

南五凹及其周缘钻探的4口井中，有3口揭示阜宁组四段和二段均有中深湖相沉积，地球化学分析表明，其干酪根类型以I型和Ⅱ1为主，有机碳(TOC)含量平均为1.75%，生烃潜量(S1+S2)平均为6.3 mg/g，氢指数(HI)平均为343 mg/g，综合评价其属于中等—好烃源岩。刘志峰等对该套烃源岩最新研究表明，南五凹在阜宁组沉积时期受到海侵的影响，微量元素分析确认了其咸化的特征，而咸化烃源岩具有“生排烃早”的特征。烃源岩和原油分析结果表明，南五凹阜宁组湖相烃源岩成熟度(Ro)为0.53%～0.65%，与苏北油田阜四段烃源岩Ro介于0.5%～0.7%的情况相当，因此，南五凹具有大量油气生成的潜力。大型横向背斜主要位于南五凹深洼区，而深洼区中阜宁组最大厚度约为2 500 m，阜四段和阜二段的中深湖相面积超过230 km2，具有相当可观的生油潜力，将会给凹陷内横向背斜提供充足的油气供给。

4.2 横向背斜具有良好的油气运聚条件

戴南组是苏北油田的主力勘探层系，为陆相湖泊沉积，发育三角洲、扇三角洲、浅湖—半深湖沉积体系，有利储层的孔隙度为15%～25%，渗透率主要分布范围为0.01～0.10 μm2。与之对比，南五凹戴南组发育三角洲、扇三角洲和滨浅湖沉积体系，砂岩孔隙类型以次生孔隙为主，钻遇井揭示戴南组平均孔隙度和平均渗透率均与苏北油田相类似。因此，南五凹戴南组砂岩存在与苏北油田相当的储集性能。同时，戴南组发育的滨浅湖泥岩层最大厚度达到240 m，且分布稳定，可以作为良好的盖层。

高邮凹陷陡断带控制了将近一半的油田分布，主力储层是戴南组三角洲，其次是三垛组河流体系，两者探明储量占比达83%。研究表明，真武断裂带对油气聚集有较强的促进作用，在始新世时期，真武断裂带主要活动期活动速率均大于50 m/Ma，最大可超过200 m/Ma，并且活动强度与油气富集程度呈近似正相关。与之对比，南五凹边界断层在深洼区的活动性也呈现出始新世时期活动较强的特征，活动速率普遍在50 m/Ma以上，最大可达250 m/Ma；该区次级断裂在主要活动时期的速率普遍大于30 m/Ma，最大可达90 m/Ma。同时，南部边界断层在该区域表现为上凸的特征，是油气向上运移的有利指向区，而且其下陡上缓的几何学特征决定了该断层不仅有利于将深部油气向上高效运移，还能促使油气在其上盘的背斜型储盖组合中成藏。

4.3 横向背斜的构造成藏模式

南五凹深洼区发育的大型横向背斜(图3)，不仅形成机制与边界断层密切相关，而且油气聚集成藏也受到重要影响：①边界断层强烈活动控制了陡坡带深洼区的形成，并沉积了巨厚的阜宁组烃源岩，为深洼区中的正向构造提供了充足的油气供给；②南部物源利用勿南沙隆起上的沟谷体系穿过南部边界断层与大型横向背斜对接，横向背斜的独特构造特征能够将沉积物源源不断地长距离搬运到凹陷内，在背斜上部形成砂体的富集，能够提供良好的储集空间；③边界断层及其上盘发育的次级断层在始新世较强的活动能够起到高效的油气运移通道作用，将阜宁组生成的油气运送到戴南组储集体中，而戴南组富集的砂岩所形成的低势区也能进一步辅助油气的向上运移；④断层活动丰富了油气藏的类型，但以断背斜型油气藏和断块型油气藏为主。另外，岩性油气藏也可以作为远景目标。因此，南五凹的大型横向背斜具备了十分优越的油气地质条件，是一种潜在的富油气构造类型。

图3 横向背斜的构造成藏预测模式

5 结 论

(1) 通过对重新处理的高精度二维地震数据的精细解释以及几何学特征分析，揭示南五凹发育典型的大型横向背斜，在平面上表现为整体走向与南部边界断层正交，在剖面上表现为被断层复杂化的宽缓的直立背斜，其形成机制受控于南五凹南部边界断层空间几何形态的突变。大型横向背斜与南部边界断层控制的物源入口相对接，能够控制戴南组和三垛组沉积时期的砂体长距离输入，并在横向背斜顶部富集。

(2) 大型横向背斜主要位于南五凹的南部深洼区，能够得到充足的油气供应，其上覆的戴南组能够形成多套有效储盖组合，边界断层及其上盘伴生的次级断层能够作为有利的油气运移通道，最终形成规模可观的油气富集带。

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编辑 张 雁

20150708；改回日期：20150928

国家科技重大专项“近海富烃凹陷资源潜力再评价和新区、新领域勘探方向”(2011ZX05023-001)及“近海大中型油气田形成条件与分布”(2011ZX05023-006)

祁鹏(1983-)，男，工程师，2006年毕业于中国地质大学(武汉)矿产普查与勘探专业，2011年毕业于该校能源地质工程专业，获博士学位，现从事石油天然气综合地质研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.003

TE121

A

1006-6535(2015)06-0010-04