断陷盆地斜坡带大型油气田成藏条件——西湖凹陷平北缓坡断裂与岩性控藏有利区

江东辉 蒲仁海 苏思羽 范昌育 周 锋 杨鹏程

1.中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司 2.西北大学地质学系

0 引言

东海陆架盆地始新世属于断陷盆地，西湖凹陷是该盆地内的一个大型凹陷，平湖构造带位于西湖凹陷的西缘，由平北缓坡、平中陡坡和平南缓坡组成，早年在平中陡坡发现了大型平湖背斜高产油气田。由于平北缓坡缺乏背斜圈闭，油气勘探主要针对平湖组的断鼻和断块圈闭，先后发现了孔雀亭、武云亭、宝云亭和团结亭等小型油气田[1]。随着评价井和开发井的增多，逐步发现这些与断裂有关的油气藏储层大多为三角洲分流河道或潮道微相，由于断裂密集且纵向和侧向封闭性变化大，导致大部分砂层为水层，油气层比例低。以孔雀亭油气田为例，单个油气藏天然气探明储量介于0.24×108～3.21×108m3之间，原油探明储量介于4.66×104～55.05×104t之间，具有“断、小、贫、散”的特点。虽然井井见油气，但圈闭规模小，产能衰减快，探明率低。从目前该地区的勘探成果看，平湖组煤层和暗色泥岩两类烃源岩厚度大、分布广，长期大面积生烃供烃，油气沿断裂和砂岩疏导层从三潭深凹带台阶状朝西部平湖构造带储层中运移聚集，多期充注成藏；三角洲和潮道砂岩储层发育较好，单层厚度介于5～30 m，砂地比介于20%～40%，孔隙度介于15%～20%，具有形成大型非背斜油气藏的地质条件。但是，由于断裂密集发育，断裂纵横向封闭性有限，控藏因素复杂，导致该区许多断块和岩性圈闭薄砂体成藏，而厚砂体为水层，油气藏规模小[2-4]。为此，为了提高该区油气勘探开发效益，寻找大型岩性和复合油气藏，应用研究区三维地震和探井资料，在储层预测、断裂分析、成藏规律和含烃检测等研究基础上，分析了断裂圈闭油气藏和岩性圈闭油气藏的控藏要素，并结合该区大型三角洲前缘砂体分布和地震波衰减异常，提出了孔雀亭构造南部平湖组中段（以下简称平中段）和平湖组下段上亚段（以下简称平下上亚段）大型三角洲岩性圈闭成藏带和武云亭构造西北部来自正西的平湖组下段下亚段（以下简称平下下亚段）大型三角洲与大断距断裂控制的大型复合圈闭成藏带的认识。

1 研究区地质概况

西湖凹陷位于东海陆架盆地，面积约5×104km2，是发育在古新世火成岩基底之上的一个始新世断陷盆地，主要油气勘探目的层为古近系始新统平湖组（E2p）浅海—三角洲含煤层系，其次为始新统宝石组（E2b）和渐新统花港组（E3h）海相碎屑岩。渐新统—第四系为坳陷—陆缘盆地海相砂泥岩互层，局部夹火山岩。西湖凹陷由西向东可划分为保俶斜坡带、三潭深凹、中央背斜带、白堤深凹和天屏断裂带5个次级构造单元。盆地共经历了3次构造运动，前两次构造运动与断陷层的断裂活动和终止有关，分别为距今45 Ma的瓯江运动和距今35 Ma的玉泉运动，表现为轻微的地层抬升和局部剥蚀。第3次构造运动为距今5.2 Ma的龙井运动，为区域构造挤压反转，地层最大剥蚀厚度约500 m，并形成了一系列背斜圈闭构造，成为该盆地的主要油气富集圈闭。烃源岩主要为平湖组煤层和暗色泥岩，厚度大，分布广，资源潜力大，储层为潮坪和三角洲有关的砂岩。近年来，油气勘探逐渐转向非背斜圈闭，本次研究区为平湖构造带平北缓坡，也是一个缺乏背斜构造的斜坡（图1）。

图1 西湖凹陷平湖构造带平北缓坡平湖组顶界构造与地层柱状剖面图

平湖构造带位于西湖凹陷西部的保俶斜坡带内，整体东倾，东临三潭深凹[5-7]。研究区主要为平北缓坡，三维地震覆盖面积为1 200 km2，已钻探井29口。目前，自北向南在孔雀亭、武云亭、宝云亭和团结亭等构造已发现的平湖组油气藏主要为断鼻和断块圈闭，少数为小型断背斜和岩性圈闭[8-10]。平湖组分为4个地层段和12个层（P1、P2、P3…P12），自上而下分别为上段（P1—P4）、中段（P5—P8）和下段（P9—P12），下段又细分为平下上亚段（P9—P11）和平下下亚段（P12）。

2 平北缓坡油气成藏条件与断盖配置控藏

平湖构造带生储条件好，但盖层和断层纵、横向封堵能力有限。斜坡带及其以东的深凹带大面积长期生烃供烃，平湖组及宝石组所发育的煤和暗色泥岩厚度大、分布广、处于低—高成熟，保证了油气成藏充足的烃源基础[11-13]。平湖组平北缓坡高带的低熟油气和平北缓坡低带及深凹带的高熟油气台阶状朝西上倾方向运聚成藏（图2）。平湖组砂岩厚度大，砂地比介于20%～40%，分布广，两期溶蚀扩孔普遍，物性好，孔隙度可达20%[14-15]。但是，该区缺乏区域性盖层，绝大多数圈闭依靠局部盖层封闭形成油气藏[16]。平上段和花港组砂地比较高，华港组下段砂地比近80%，平上段砂地比为40%，大套块状砂体横向连通，成为向上倾方向油气运移散失的输导层，形成圈闭油气藏的概率较低。平中段和平下段的砂地比介于20%～30%，形成了相当多的小型零散的断块或岩性圈闭油气藏。斜坡带断裂十分密集，大部分断层向上断至平湖组顶面T30，沟通了烃源岩与平上段和华港组的大套砂岩疏导层，导致油气沿断层进入东倾斜坡的疏导层后散失。

图2 西湖凹陷平北缓坡油气成藏模式图

平中段顶部P5层以广泛分布的泥岩为主，是一个准区域盖层[16]。地震反演结果表明，该准区域盖层孔隙度小于5%，地震双程时间介于20～80 ms（厚度介于40～150 m），在孔雀亭—武云亭构造之间厚度较稳定（图3）。西湖凹陷平北缓坡25口探井附近断层的断盖配置与含油气性的关系统计结果表明，当断层断开平中段顶面（地震层位T31）的断距大于该盖层厚度1.8倍时，断层不具备纵向封闭性，对应井点所钻断块圈闭未成藏（图3、4）。目前平中段及其以下层段发现油气的井点的断距与盖层厚度之比（也称为断层的泥岩涂抹系数，Shale Smearing Factor，缩写为SSF）均小于1.8，多数未发现油气井点的SSF值大于1.8。平北缓坡有4口井（W10、W3、K1和K4井）油气穿过该准区域盖层在平上段成藏，这4口井点局部范围的准区域盖层厚度较薄，地震双程时间为20 ms（图3）。另外，L1、B4和W4井局部的准区域盖层太薄（地震双程时间介于10～20 ms，厚度介于20～30 m），这些井均未获得工业油气流。由于平中段顶部大部分区域存在较厚准区域盖层，所以，平北缓坡油气藏主要集中在平中段及其以下层段。

图3 西湖凹陷平北缓坡P5层准区域盖层分布图

图4 西湖凹陷平北缓坡P5层泥岩涂抹系数与成藏关系图

从以上错断P5层的断距与准区域盖层厚度相对大小对该区断裂纵向封闭性和成藏关系的统计结果来看，盖层越厚，断距越小，越有利于油气成藏。

此外，断块圈闭能否油气聚集成藏，还同时取决于断裂的横向封闭性。即使断层纵向封闭的条件下，由于侧向封闭性较差，也可能导致断块圈闭内的薄砂层为油气层、厚砂层为水层，油气层比例较低[17]。研究区断层断距一般介于0～200 m，断裂间水平间距介于1～3 km，分流河道单砂体储层宽度约1 km，长度数千米，大部分分流河道砂体被断成更小的储集单元。每个单砂体沿断裂方向随断距变化总是存在砂砂对接与砂泥对接交替的情况，完全砂泥对接的概率介于20%～30%，砂砂对接时断开砂层顶面向下断距内泥地比（Shale Gouge Ratio，缩写为SGR）较大才能侧向封闭成藏[18-21]，该区薄砂层侧封成藏的SGR值下限约30%，厚砂层侧封成藏的SGR值下限则达60%（图5）。薄砂层容易侧向封闭，厚砂层则不易侧向封闭[22-23]。

图5 平北缓坡平湖组油气水层的断距内泥地比分布图

研究结果发现，断裂横向封闭性除与SGR值有关外，也受砂层厚度和断距大小控制。断距越大，砂层越薄越有利于断裂侧向封闭和成藏。根据1 131个油气水层的厚度与断距的数据统计结果表明，当断层圈闭的控圈断裂的断距（L）与该圈闭中单砂层厚度（H）之比（也称断裂控藏系数，Fcc）大于6时，则砂层全部为油气层，成藏概率（油气层数与总砂层数之比，Np）为1；当Fcc＝2.5时，成藏概率50%；当Fcc≤0.5时，油气不成藏，成藏概率为0；当0.5＜Fcc＜6时，Fcc与Np存在二次函数的关系（图6），判定系数R2为0.959，部分砂体成藏，断距越大，越利于砂体的侧向封闭和油气成藏。

图6 西湖凹陷平北缓坡断裂控藏概率与断裂控藏系数关系图

综上所述，断层是一把双刃剑，断距小有利于纵向封闭，断距大则有利于砂层侧向封闭。所以，在准区域盖层足够厚和满足纵向封闭的东倾斜坡构造背景下，大断距断裂的东侧是有利断层圈闭的成藏区。

3 有利断裂圈闭成藏区

砂岩厚度、准区域盖层的厚度、断距的大小、断开层位的高低和断裂密集程度等是控制平北缓坡砂岩是否成藏以及单个油气藏规模的关键因素。为了观察断距大小和断开层位高低对油气成藏的影响，制作了平北缓坡平湖组平上段顶面T30、平中段顶面T31、平下上亚段顶面T32和平下下亚段顶面T33断层断距平面图（图7）。从图7中可以看出，同一断层断开层位越低时，断距越大。以断距较大的孔雀亭构造西界断裂为例，T30、T31、T32、T33界面的时间域最大断距分别为40 ms、45 ms、52 ms、60 ms。部分小断裂则没有断穿T30，有些甚至没有断开T31，如孔雀亭与武云亭构造之间偏东部的大片区域（图7-a、b），说明这一区域油气纵向封闭和保存条件较好，有利于在平中段及其以下层段油气成藏。

图7 西湖凹陷平北缓坡平湖组不同界面断裂落差平面图

由图7-b可以看出，平北缓坡T31界面上大部分断裂的断距小于30 ms，其比例超过总断裂的80%。结合图3可以看出，平北缓坡大部分地区的准区域盖层的厚度不小于30 ms，面积约占平北缓坡总面积的85%。平北缓坡约80%区域的断层的泥岩涂抹系数为1，小于断层纵向封闭所要求的上限（1.8），即满足纵向封闭条件。因此，平北缓坡砂体能否油气成藏则主要取决于断裂的侧向封闭性，其值与断距成正比，断距越大，成藏概率越大。

目前，已发现的平中段和平下段油气藏基本上位于大断距断裂东侧附近，即地层上倾和侧倾方向被大断距断裂遮挡，如K1、K2、K3井油气层均位于孔雀亭构造大断裂有关的断鼻构造上；W1、W2、W3、B1、B3井油气层均位于北东东向延伸较大断距的东侧（图7-b～d）。干井则与准区域盖层较薄和SSF值大于1.8有关，如W4、W10、B2和B4等井（图3、7-b～d）。由此可见，大断距断裂是控制断层有关圈闭是否成藏的重要因素之一。据此可以推测目前尚未钻井的大断裂东侧是有利的断层圈闭有利成藏区，在图7中用充填红色的三角形表示。

平北缓坡成藏期和油气运移研究结果表明，平北缓坡大量凝析气藏为距今3 Ma至今的晚期高熟油气充注形成[9]，来自东部深凹带或斜坡低带的高熟油气在沿断裂和砂体向上倾方向台阶状运移过程中，大断距断裂对斜坡带油气的富集与分布具有截流作用。油气运移地球化学示踪研究结果表明，与平北缓坡东部大断裂有关的断块圈闭油气藏由于具有充足的油气运移增压和聚集，往往具备超高压（压力系数介于1.5～1.8）和气侵（高熟轻质组分较多）现象；与平北缓坡西部大断裂有关的断块圈闭油气藏则具有常压到低异常高压（压力系数介于1.1～1.3）和气洗（高熟轻质组分较少）现象。平北缓坡存在多条大断距断裂，东部断裂比西部断裂的圈闭更易捕获油气成藏，较大断距的断裂比较小断距的断层圈闭更易侧向封闭成藏；当斜坡东部断裂较少时，斜坡西部大断裂的断层圈闭更易获得远距离运移的油气成藏（图7）。

4 三角洲前缘与有利成藏区

勘探开发实践表明，平北缓坡断裂有关的油气藏多呈“断、小、贫、散”的特点，复合和岩性圈闭油气藏在研究区占有一定的比例。大型岩性油气藏是平北缓坡重要勘探方向，但大型岩性油气藏需满足两个条件：①单砂体规模较大。如三角洲前缘席状砂或河口坝砂体规模较大，面积一般是分流河道砂体的3倍以上[24]。②断裂不发育或断裂间距大，即单个断块面积大。前者可以通过沉积相和砂体展布研究预测，后者则可以从断裂落差图上直接识别出来，图7-b～d中用黄色充填的方块直接标注的区域为有利岩性圈闭成藏区。

前人对西湖凹陷平湖构造带平湖组沉积相做过大量研究，除下斜坡和深凹带存在较深水浅海沉积外，普遍认为上斜坡具有三角洲和潮坪沉积特点[25-26]。熊斌辉等[11,27-31]等认为，西湖凹陷平湖组为潮坪及潮控三角洲沉积。杨彩虹等[32]认为西湖凹陷平湖斜坡构造带平湖组接近浅水环境下辫状三角洲的沉积特征。

测井资料显示，西湖凹陷平湖斜坡构造带砂岩速度略大于泥岩速度，二者界线介于4 000～4 300 m/s，通过测井约束的地震速度反演和提取平湖组各段层速度大于4 000 m/s岩性的百分比，可看出砂岩和粉砂岩的平面展布规律。以平下上亚段为例，砂岩及粉砂岩平面图表现出典型的鸟足状分叉特征，应属于河控三角洲沉积类型（图8-a、b）。根据该方法编制平北缓坡各层沉积相和砂体展布图，平中段、平下上亚段、平下下亚段等砂体分布均显示出喇叭状分流河道分叉或三角洲前缘朵状分布特点（图8-b～d）。朵状三角洲前缘砂体具有面积较大的连片分布特点，是形成大型岩性圈闭的有利相带。

图8 西湖凹陷平北缓坡平湖组沉积相平面分布图

综合对比图7-b和图8-b、c可以看出，孔雀亭与武云亭构造之间的偏东地区是平中段和平下上亚段三角洲前缘大型砂体分布区，断裂不发育，T31断距小，断层对砂体的切割作用较小，有利于形成大型岩性圈闭。另外，图8-a、b显示，在W10井—L1井之间，平下上亚段是三角洲前缘大面积砂体分布区，W2、W5等井的平下上亚段和平下下亚段块状厚层砂体均与该三角洲前缘有关。

W10井以西约8 km的位置存在一条北北东向大断距断裂（图7），切割了该三角洲前缘砂体，W10井—L1井连线以东不存在阻挡油气横向远距离运移的大断距断层，斜坡低带和深凹带的高熟油气沿砂体和断裂向西台阶状运移至该三角洲前缘砂体中聚集可形成大型复合圈闭油气藏。

综上所述，平北缓坡K4井—W10井之间的平中段三角洲前缘和W10井—L1井之间的平下段三角洲前缘是两个重要的岩性油气藏有利区，后者上倾方向存在大断距断裂，也是断层圈闭有利成藏区。

5 地震波衰减指示的有利含气区

平湖构造带油气藏气油比一般介于1 000～10 000 m3/m3，属于典型的凝析油气藏[2]。含气层容易造成地震波高频能量相对衰减、低频能量相对升高、主频降低等地震响应特征[33]。应用短时傅里叶变换、连续小波变换、S变换等谱分解和广义低频伴影等方法均能在平北缓坡识别出存在衰减异常的较厚气层，尤其是对于厚度超过20 m的气层，存在明显的低频能量增大的响应特征。通过地震处理，平北缓坡平中段、平下上亚段和平下下亚段可识别出较明显的连片地震波衰减异常区（图9）。其中，平中段和平下上亚段的衰减响应主要分布于K4井—K5井连线以南的三角洲前缘相带（图9-a、b），平下下亚段的衰减异常则主要分布在L1井—W10井之间的三角洲前缘相带（图9-c）。衰减异常的层位主要在准区域盖层之下的平中段、平下上亚段和平下下亚段（图10）。衰减含气异常分布与有利相带吻合，指示三角洲前缘存在厚的油气层。综合图3与图9可以看出，平中段和平下上亚段含气衰减区的分布与较厚的准区域盖层分布区吻合。图9-c中W10井与L1井之间的平下下亚段连片显著的衰减异常与该区位于平北缓坡西部大断距断裂东侧附近，以及其东部地区缺乏截流油气运移的大断裂有关（图7）。

图9 西湖凹陷平北缓坡平湖组各段地震波衰减异常平面图

图10 过L1井的地震波衰减含气异常剖面图

6 油气成藏有利区预测

根据平北缓坡准区域盖层、断裂的断距和砂岩储层展布3大主要控藏因素，结合油气台阶状运聚成藏规律，对平北缓坡平湖组有利断层岩性复合圈闭成藏区进行了预测，并采用地震波衰减含气检测方法进行了佐证。首先，把图3展示的准区域盖层厚度大于30 ms区域（厚度为60 m，绿色和蓝色区域）作为断裂纵向封闭区。根据图7-c上T32断距大于40 ms（距离约80 m）的断裂作为横向封闭断裂，大断距断裂东侧附近为有利的断层圈闭成藏区。其次，把图8平中段、平下上亚段和平下下亚段的三角洲前缘朵状砂体作为形成大型岩性圈闭油气藏有利区。第三，把断裂与岩性圈闭重叠区作为有利复合圈闭成藏区。最后，结合地震波衰减法，把以上有利成藏区与含气检测异常区叠合，完全重叠区为Ⅰ类有利区，面积为90 km2，叠合区无衰减异常为Ⅱ类有利区，面积为80 km2（图11）。根据该预测结果，在K5井以南Ⅰ类有利区的断层岩性复合圈闭中部署的Jy1井钻获厚度超过30 m的含气层，测试日产气量为41×104m3、日产凝析油量为160 m3，证实采用以上地质—地震、构造与沉积的综合方法预测复合圈闭油气藏的有效性和可靠性。

图11 西湖凹陷平北缓坡有利成藏区预测结果图

7 结论

1）西湖凹陷平北缓坡生储层条件好，但断层发育，断层纵横向封闭性影响大型油气藏的形成。当平中段顶部P5层准区域盖层厚度较大，泥岩涂抹系数小于1.8时，断层具纵向封闭性。断距大，砂层薄，有利于断层横向封闭。当断距与砂层厚度比大于6时，则砂体横向封闭条件好，可全部成藏；当断距与砂层厚度比等于2.5时，成藏概率50%；当断距与砂层厚度比小于0.5时，成藏概率为0。目前已发现的断块圈闭油气藏均位于较厚盖层下大断距断裂的东侧附近。

2）大型岩性油气藏或断层岩性复合圈闭油气藏位于地震岩性反演指示的大型三角洲前缘朵状砂体分布区，分别位于K4与W4井之间的平中段和平下上亚段三角洲前缘、L1和W10井之间的平下下亚段三角洲前缘。两个大型三角洲岩性圈闭上覆的准区域盖层厚度均大于30 ms，且其以东地区没有阻挡深凹带高熟油气向西上倾方向运移的大断距断裂。

3）地震波衰减异常指示较厚的含气区与较厚准区域盖层分布区、三角洲前缘砂体储层分布区、位于大断距断裂东侧附近区域等吻合较好，多种成藏控制因素预测的有利成藏区具有较高的可信度。开展地震—地质综合研究，抓住关键控藏要素对于预测评价复合圈闭具有重要的借鉴意义。