乌石凹陷“背形负花构造”成因及油气富集规律差异性研究*

满 晓 胡德胜 范彩伟 向 飞 吴 洁

(中海石油(中国)有限公司海南分公司 海南海口 570312)

乌石凹陷位于我国南海北部湾盆地，为已证实的富烃凹陷[1-2]。受益于高品质的三维地震资料，近十年来接连获得多个大中型油田发现，累计探明原油超过1亿m3。近几年针对浅层流沙港组一段及涠洲组大型“背形负花构造”部署钻探，多口井见油，但发现规模差别较大，勘探成功率不高，关键问题在于本区“背形负花构造”发育与演化机理认识不清，油气差异富集规律不明确，难以精准指导勘探，需要开展相关的研究。

“背形负花构造”亦称“复合型花状构造”，是一种区别于“正花状构造”和“负花状构造”的特殊构造样式，前人对该类构造的成因已有一些研究成果，刘晓峰 等[3]研究了南堡凹陷的“背形负花状构造”，认为是由转换伸展断层牵引塑性的盖层而形成的一种强制褶皱，詹润[4]、石砥石[5]等认为青东凹陷的“复合型花状构造”是早期张扭性活动与晚期压扭性活动叠加的结果，张宏国 等[6]研究了渤海海域蓬莱C构造的“复合型花状构造”，认为是早期断层受晚期走滑挤压反转形成的，该类构造对油气成藏控制作用的研究成果报道较少。此外，针对乌石凹陷的断裂系统，胡德胜 等[7]提出乌石东区经历了弱裂陷、强裂陷、走滑弱伸展3个演化阶段，并识别了伸展、走滑、反转3种构造样式，吴孔友 等[8]提出受板块相互作用产生的伸展-走滑-弱挤压联合叠加区域应力影响，乌石凹陷东区断裂形成演化经历了伸展萌芽、伸展主活动、走滑弱伸展、走滑弱挤压、定型保留5个主要阶段，胡林 等[9]根据伸展砂箱模型物理模拟实验结果，提出滑脱型断层影响了乌石东区断裂的发育格局。前人研究大多着眼于乌石凹陷整体的断裂发育样式、机制及演化过程，对于“背型负花构造”的侧重性研究不够聚焦和充分，且油气富集规律方面的研究较少，对勘探指导的针对性不足。

为此，本文结合区域应力背景，借助研究区三维地震资料，针对性地对本区“背形负花构造”的发育特征及成因机制进行了分析，在此基础上，根据钻井成果和断层发育特征分析，明确了油气富集的差异特征及控制因素，提出了针对性的勘探策略。

1 区域地质背景

北部湾盆地是我国南海北部发育的一个新生代陆内裂谷盆地[10-11]，是我国重要的海上原油勘探、开发、生产基地之一。其中，乌石凹陷为盆地内的一个次级凹陷，北侧为企西隆起，南侧为流沙凸起，面积约2 680 km2，分为东、西两洼，研究区位于东洼的油气发现集中区(图1)。

图1 乌石凹陷构造纲要

乌石凹陷具有典型的“下断上坳”的双层结构，新生代演化分为古近纪裂陷期和新近纪拗陷期[12-15](图2)。古新世至早始新世(T100—T86)为初始裂陷期，断层走向主要为NE向，凹陷内充填了长流组—流沙港组三段地层；中始新世(T86—T83)伸展应力场发生顺时针旋转，断层走向以NEE向为主[7]，⑦号控凹断层强烈活动，凹陷进入快速裂陷期，沉积了巨厚的流沙港组二段(T86—T83)中深湖泥岩，为乌石凹陷最重要的烃源层；晚始新世流沙港组一段(T83—T80)沉积时期为滨浅湖环境，凹陷内发育大规模辫状河三角洲、扇三角洲沉积；渐新世(T80—T60)为断拗转换期，伸展应力场继续顺时针旋转至SN向，多发育近EW向正断层，该时期⑥号断层和⑦号断层西段活动性增强，凹陷的沉降中心逐渐向西迁移，乌石东区呈“东高西低”的地貌特征，发育东物源大规模辫状河三角洲沉积，晚期凹陷整体抬升剥蚀，形成广泛分布的T60不整合面；新近纪拗陷期(T60至今)，乌石凹陷整体以沉降作用为主，伴随着海水的全面涌入，呈现为滨浅海的沉积环境，地层富砂。

图2 乌石凹陷新生代地层综合柱状图

始新统流沙港组三段、二段分别具有“源下”及“源内”成藏的特征，地层埋深较大，与流沙港组一段、涠洲组及下洋组等“源上”成藏层系具有显著的差异，本文重点针对中浅层流沙港组一段及涠洲组开展研究。

2 “背形负花构造”结构构造特征与成因机制

2.1 结构构造特征

从平面上看，研究区乌石凹陷东区流一段、涠洲组地层整体呈现为大型断背斜构造形态(图3)。断裂走向以近EW向为主，其次为NEE向，主断层水平断距最大可达1 km左右，大致以断背斜中轴线为界，南北两侧断层呈“对倾”的形态，北侧断层向南倾，南侧断层向北倾。平面上的断层多呈“人”字型组合样式。

图3 研究区流一段顶面时间构造图

从剖面上看，研究区地层呈现出“背形负花”的构造形态(图4)。地层向构造两侧下倾，形成一个大型“背斜”构造，一组“对倾”的正断层将背斜复杂化，在剖面上呈现为一个“似花状”构造。构造区“翼部”断层多为上陡下缓的“犁式”正断层，发育规模相对较大，平面延伸距离长，伴生的小断层较少，断距大，可断穿流二段、流一段、涠洲组的巨厚地层；“核部”主断层断距大，并伴生了大量的小断层，断距小、倾角大，地层十分破碎。所有的断层逐级向下收敛于一条具有滑脱性质的大断层之上。“背形”与正断层组是“背形负花构造”最典型的两个特征，与“正花状”“负花状”构造这两类走滑构造样式存在明显的区别[16-19]。

图4 乌石凹陷“背形负花构造”地震剖面(剖面位置见图3)

2.2 成因机制

1)断裂期次。

除滑脱断层Fd外，“背形负花构造”区内的断层向下断至流二段，向上断穿T60界面至下洋组地层，主要活动时间为中始新世至早中新世之间，根据断层断距的差异性，可见明显的期次性活动特征。以Fa、Fc断层为例，这两条断层比较陡直，具有水平断距小、垂向断距大的特点，T83—T72之间断层断距大，且不同层位断距基本一致，断层两盘地层厚度相差不大，不具有明显的控沉积特征；而在T70—T60之间，地层断距明显小于T83—T72之间的地层，表明在这个时期，断层活动性较弱。由此可知，断层的活动大约分为两个期次，第一期是在早渐新世末至中渐新世初，第二期是在中渐新世至早中新世。

2)应力背景。

北部湾盆地位于南海北部陆缘张裂区，受古新世到始新世太平洋-欧亚板块汇聚速率降低及渐新世到中中新世古南海向南俯冲的影响，主要受区域伸展应力场的作用，而印澳-欧亚的碰撞使区域伸展应力场具有明显的顺时针旋转的特征[20-22]。古新世—中始新世时期，凹陷主要呈NW—SE向伸展，伸展强度较大；晚始新世时期，NW—SE向伸展强度减弱，N—S向伸展强度增强；早渐新世时期，伸展应力持续顺时针旋转，整体以N—S向伸展为主；到中晚渐新世时期，伸展应力旋转至以NE—SW向为主。

乌石凹陷演化初期主要受NW—SE向伸展应力场影响，发育NE—SW走向的断裂系统，断裂发育规模大，控制了乌石凹陷新生代的构造格局，新生代伸展应力场的持续顺时针旋转作用于早期控凹断裂，则在很大程度上影响了凹陷内的构造样式。古新世至中始新世，伸展应力场与NE向控凹断裂接近垂直，拉张分量占主导，构造演化主要受伸展作用控制；晚始新世至中新世，伸展应力场与先存的NE向断裂夹角逐渐减小，剪切分量增强，构造演化主要受“斜向拉伸”作用影响。

3)演化过程。

“背形负花状构造”的形成是伸展应力场长期作用于本区的结果。

研究区呈现“南断北超”的箕状洼陷特征，古新世—中始新世，在NW—SE向张应力的作用下，⑦号控凹断层沿NE向展布，断层活动速率可达450 m/Ma，其长期剧烈活动导致下降盘充填了巨厚的中深湖相泥、页岩，为典型的塑性地层，凹陷北部则发育较陡的古斜坡(图5a)。

晚始新世—早渐新世，受持续的沉积作用的影响，塑性地层负载逐渐增大，这一时期区域伸展应力场方向逐渐由NW—SE向转变为NS向，发育近NEE、EW走向的断层，长期、张性的应力环境为地层横向伸展创造了充足的空间，当上覆地层荷载达到一定程度，就会沿着塑性烃源层向下发生重力滑脱。乌石凹陷的滑脱断层特征比较典型，由图4可见，滑脱断层Fd表现为“上陡下缓”的犁式断层的特征，向下延伸直至消失在塑性烃源层内。靠近滑脱断层上部，流二段地层具有明显的因断缺而减薄的特点，同时由于地层塑性强受到明显的牵引，而上覆的流一段至涠洲组富砂的刚性地层(T83—T70)则表现为逆牵引的特征。靠近洼中的位置，滑脱体在运动前方受到挤压而被迫上拱，在一定程度上控制了背斜形态的形成。与此同时，由于凹陷南部⑦号控凹断层的持续性活动，造成其下降盘地层持续向下滑动，因此滑脱断层和⑦号控凹断层的活动共同控制了地层相向滑动，下挤上拱而具有了“背形”的形态，背形的核部受到引张而派生了倾向相反的一组张性断层，从而形成了“背形负花状”的雏形(图5b)。

图5 “背形负花构造”演化模式

到中渐新世—早中新世，区域伸展应力场以N—S向为主，凹陷演化呈现为斜向拉伸的应力背景，斜向拉伸产生的走滑分量使这个时期发育的东西向断层具有一定的张扭性质，在这种应力背景下，早期形成的“背形构造”持续接受改造，派生了大量的调节断层，并最终收敛于翼部主断层，形成了“背形负花状”构造(图5c)。

综上所述，乌石凹陷“背形负花状”构造的形成分为“背形”形成和“花状构造”形成两个阶段，地层因伸展滑脱受到重力牵引而形成背形，斜向拉伸的走滑分量使断层扭动并聚敛成“花”。

3 油气差异富集特征

从平面上看，大型“背形负花构造”的长轴方向为SWW—NNE向，低部位倾没于乌石凹陷主洼，形成了一个大型的构造脊，为油气汇聚提供了有利条件，钻探证实，构造区为凹陷内最有利的油气富集区。除深层之外，近几年又在中浅层流一段、涠洲组相继发现乌石X油田、乌石Y油田等几个中型规模的油田。

从钻井油气发现成果来看，“背形负花构造”油气富集特征在不同部位存在明显的差异性，主要体现在两个方面：

1)就油气运移活跃程度而言，“花心”部位运移更加活跃，成藏层系多，“花瓣”部位仅局部活跃，成藏层系单一。如位于“花心”部位的X4井和X7井，X4井在涠二段、涠三段、流一段总共见到110 m的油气显示，而X7井在流一段、涠洲组及中新统下洋组等多套层系见到180 m的油气显示，表明“花心”部位垂向运移通道更加顺畅。“花瓣”位于构造的侧翼，成藏层系相对单一，油气显示主要见于流一段，Y1、Y4、X11井在流一段见到20～80 m厚的油气显示，但涠三段以浅仅Y4、X11井有零星的油气。

2)就成藏规模而言，“花瓣”部位明显大于“花心”。对区域内已发现的流一段、涠洲组油藏的油柱高度进行了统计，统计结果呈现明显的规律性：横向上，油柱高度从“花心”到“花瓣”是逐渐增大的，“花心”部位尽管显示丰富，但X3、X4井揭示的油柱高度在20～30 m左右，原油探明规模只有几十万方,北“花瓣”X11、X12井油柱高度60～90 m，南“花瓣”X7、Y2、Y3、Y4等井油柱高度最大50～130 m，南、北“花瓣”部位均有中型规模以上的原油发现，油藏丰度为500～600万m3/km2；纵向上，流一段、涠洲组成藏也存在差异，已揭示的涠洲组成藏规模明显小于流一段，涠洲组油柱高度20～60 m，原油探明储量规模占比小于20%，流一段油柱高度30～130 m，为中浅层主力含油层系(图6)。

图6 研究区已发现油藏油柱高度统计图

综上所述，“背形负花”构造区油气富集特征差异显著，尽管“花心”部位油气运移更加活跃，但富集区位于“花瓣”位置，这种差异主要是由构造特征、断层产状及发育程度在横向上的变化造成的。

对于该类型构造而言，“花心”为区域上的构造高部位，油气容易汇聚，整体的运移条件要优于侧翼的“花瓣”区。但是在构造形成演化的过程中，“花心”部位为应力集中区，张性断裂极为发育，地层破碎程度高，断距小，并且断层倾角大，最大可达45°，侧向封堵能力弱，油气进入圈闭后较难保存，容易向上漏失，所以钻探容易见到油气显示，但单个圈闭的成藏规模小；“花瓣”部位断层发育规模较大，断距大、倾角小，在10°～25°，次级断裂少，断块较为完整，圈闭保存条件好，垂向上越近油源的层系，油气越容易充注和保存，而离油源层较远的层系因为运移差，油气难以成藏，因此“花瓣”区成藏层系相对单一，但成藏规模较大。

4 成藏模式与勘探策略

乌石凹陷流一段、涠洲组为源上成藏层系，由流二段湖相源岩供烃。从构造图上看，研究区下伏流二段地层呈大型鼻状构造脊形态，一直伸向乌石凹陷生烃主洼，使研究区成为乌石凹陷最有利的汇油方向，且研究区“背形负花构造”发育张性断裂体系，可有效沟通烃源层及储集层。此外，流一段、涠洲组沉积时期，构造区均发育大型辫状河三角洲沉积，骨架砂体展布范围广。构造脊、断裂、骨架砂体形成了良好的配置关系，所以构造区内供烃充足，油气运移非常活跃，为构造区全域内的油气汇聚提供了基础。

构造区圈闭以断层遮挡形成的翘倾断块、断鼻为主，下倾方向的断层主要起运移作用，上倾方向的断层起封闭作用(图7)。流一段地层因为直接上覆在烃源层之上，油气优先充注，故而成藏区域广、成藏规模大。涠洲组及下洋组在近“花心”的位置有一定的油藏发现，这是因为“花心”构造位置高、断裂更加发育，油气更容易沿断层向浅层运移。

图7 乌石凹陷“背形负花构造”油气成藏模式

基于构造区油气富集特征的差异性，可采取针对性的勘探策略。“花瓣”部位可重点针对靠近烃源层的流一段进行勘探，综合考虑断层产状、油气运移等多因素对油柱高度进行预测，根据预测结果合理确定钻探靶点，提高钻探成效，北“花瓣”钻探的X11井在流一段7个油组全部钻遇油水界面，最大限度摸清了本井区的油藏规模，且钻前预测的储量规模与实际探明储量规模误差小于10%。“花心”部位断层侧封能力较弱，油柱高度较小，单层成藏规模小，但可以考虑兼探多套层系来扩大储量发现规模，采取将靶点设计在构造相对高点的策略，位于“花心”的X7井在流一段、涠二段、下洋组钻遇7套油层，尽管单层规模较小，但总的规模超过了300万m3。

5 结论

1)研究区发育大型“背形负花构造”，构造区地层呈背斜形态，断层以“对倾”正断层为主。本区“背形负花”构造是伸展应力场长期作用于本区并发生顺时针旋转的结果，分为“背形”形成和“花状构造”形成两个阶段，受重力滑脱作用和⑦号控凹断层持续活动的共同控制，形成了背斜构造及伴生的正断层组，斜向拉伸作用使断裂体系发生扭动并聚敛成“花”。

2)受断层产状及发育程度在横向上变化的影响，“背形负花状构造”区油气富集特征差异显著：“花心”部位断裂更加发育，且断距小、倾角大，圈闭保存条件差，油气运移更加活跃，多层见油，但成藏规模小；“花瓣”部位断层发育规模较大，断距大、倾角小，次级断裂少，圈闭保存条件好，成藏层系相对单一，但更加富集。

3)乌石凹陷东区内构造脊、断裂、骨架砂体组成了良好的油气输导体系，为区域油气优势汇聚方向，供烃充足。圈闭类型以断层遮挡形成的翘倾断块、断鼻为主，“花瓣”以近油源的流一段为主要勘探层系，“花心”部位单层成藏规模小，可以考虑兼探多套层系来扩大储量发现规模。