北部湾盆地海中凹陷古近系流沙港组沉积演化及储盖组合特征

徐万兴,何卫军,刘 芳,刘 娟,夏 磊

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江 524057;2.中海石油(中国)有限公司海南分公司,海南海口 570100)

北部湾盆地位于南海北部大陆架西北,是前古近系基底之上发育起来的新生代裂谷盆地,至今已有40余年的勘探历程[1-5]。盆地的主要含油层系为古近系流沙港组、涠洲组,新近系下洋组、角尾组及前古近系基岩潜山[6-8]。目前,北部湾盆地的油气发现主要集中在涠西南及乌石凹陷,随着勘探程度的不断加深,二者内可供勘探的圈闭越来越少,而盆地内其余勘探程度较低的凹陷成为重点研究领域。海中凹陷作为北部湾盆地内面积最大的凹陷,勘探程度低,目前凹陷内共钻探了8口井,其中3口井获得油气发现或油气显示,并发现了W1含气构造和W8含油构造。

随着海中凹陷新钻探的W8井在古近系流沙港组获得了丰富的油气显示,并解释了多套油层,揭示了海中凹陷具有较大的勘探潜力。前人针对海中凹陷的研究主要集中在古近系烃源岩特征、古气候、构造及成藏特征分析等方面[9-14],并没有系统地针对古近系的沉积演化及储盖组合进行研究。本文结合前人研究成果,系统地开展海中凹陷古近系流沙港组沉积演化及储盖组合研究,从而为后续的进一步勘探评价提供借鉴及参考。

1 区域地质概况

海中凹陷位于北部湾盆地西南部,北部以涠西南断裂及北部湾盆地3号断裂为界,与粤桂隆起及涠西南低凸起相邻,南接企西隆起及乌石凹陷,整体上表现为北断南超的箕状断陷结构(图1)。古近系主要发育陆相沉积,地层可划分为长流组、流沙港组及涠洲组,其中,流沙港组为本次研究的主要目的层系,自下而上可划分为流沙港组三段、二段及一段。

图1 北部湾盆地海中凹陷区域构造位置

2 层序地层格架

2.1 层序界面特征

北部湾盆地处于华南板块的西南边缘,是一个新生代裂谷盆地,盆地的演化经历了裂陷及坳陷两个阶段[15-16]。古近系流沙港组处于盆地演化的裂陷阶段,自下而上可划分为3个三级层序[17],分别对应流沙港组三段、二段及一段(图2)。

图2 北部湾盆地海中凹陷古近系流沙港层序界面及层序充填特征(剖面位置见图1)

S90界面为流沙港组三段底界,为一套厚层砂砾岩底,与下伏地层呈不整合接触。海中凹陷该界面反射特征明显,主要为一套强反射同相轴的底,其下伏地层呈弱-杂乱反射。

S86界面为流沙港组二段与三段之间的分界面,为流沙港组二段的底界,该界面为整个北部湾盆地的标志层,为一套厚层页岩或油页岩的底。海中凹陷该界面之上呈连续、弱反射同相轴,见上超特征,局部与下伏地层呈削截接触。

S83界面为流沙港组一段与二段之间的分界,为流沙港组一段的底界面,常位于厚层泥岩及页岩的顶,界面之上砂岩较为发育。海中凹陷为连续、强反射同相轴,上覆为一套连续、中强振幅反射,界面之下表现为弱-空白反射特征。

S80界面为流沙港组一段顶界,也是始新统与渐新统的分界面,为深灰色泥岩的顶,上覆为含砾砂岩与棕色泥岩互层。海中凹陷该界面为连续的强反射负相位,界面之上为一套连续、中强反射同相轴,界面之下为一套平行、连续、中弱振幅反射同向轴。

2.2 层序充填特征

海中凹陷古近系始新统流沙港组为盆地裂陷扩张时期的产物,主要发育一套湖泊-(扇)三角洲沉积体系。其中流沙港组三段为盆地裂陷初期的产物,岩性以灰色泥岩与浅灰色细砂岩、粗砂岩不等厚互层为主,海中凹陷尚未钻遇该套地层;流沙港组二段发育于盆地裂陷鼎盛时期,该时期湖盆水体加深,沉积的地层厚度大,岩性以厚层页岩、油页岩及薄层细砂岩、粉砂岩为主,是盆地内主要的烃源岩层系;流沙港组一段发育于盆地裂陷末期,该时期盆地内断裂活动减弱,湖盆水体变浅,岩性以灰色泥岩、页岩与灰白色-浅灰色细砂岩、粉砂岩及含砾砂岩互层为主。

3 流沙港组沉积演化特征

3.1 沉积相类型及特征

海中凹陷古近系流沙港组沉积时期,经历了湖盆裂陷初期、鼎盛期及裂陷末期三个演化阶段,因此,湖盆的水体也经历了浅-深-浅的演化,本文结合钻井岩性组合、测井相、地震相、粒度及岩心等资料,识别出海中凹陷流沙港组发育的扇三角洲、三角洲、滨浅湖、中深湖及冲积平原五类沉积体系。

扇三角洲:主要分布在海中凹陷北部陡坡带,受边界断裂控制,地震相表现为弱连续、弱-中振幅或杂乱反射特征,顺物源发育前积下超反射;沉积微相以水下分流河道及水下分流间湾为主,前者岩性以灰色、浅灰色细砂岩、含砾砂岩为主,自然伽马曲线表现为钟形及齿化箱形;粒度曲线以二段式为主,可见三段式,其中滚动、跳跃次总体为主,悬浮次总体含量低;岩心上发育块状层理、正粒序层理及冲刷面等沉积构造。水下分流间湾岩性以灰色泥岩主,厚度较薄,自然伽马曲线呈齿形。

三角洲:主要分布在海中凹陷南部斜坡带,地震相表现为中-弱连续、中强振幅反射,顺物源具前积反射特征;沉积微相主要为水下分流河道、席状砂及水下分流间湾,其中水下分流河道岩性以浅灰色细砂岩及粉砂岩为主;自然伽马曲线表现为箱形、钟形组合,粒度曲线表现以二段式为主;岩心上发育正粒序层理、冲刷面等构造。席状砂岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主,自然伽马曲线表现为漏斗形,粒度曲线呈三段式,岩心上可见小型交错层理。水下分流间湾岩性以褐灰色泥岩、粉砂质泥岩为主,自然伽马曲线呈齿形。

滨浅湖:在海中凹陷广泛分布,地震特征以平行、连续、中-弱振幅反射为主。沉积微相以滩坝及滨浅湖泥为主,其中滩坝微相岩性以灰色、浅灰色粉砂岩、细砂岩为主;粒度曲线呈三段式,为一跳一悬夹过渡式,自然伽马曲线呈指性、漏斗形;岩心上发育波状层理,小型交错层理。滨浅湖岩性以灰色泥岩为主,厚度大,自然伽马曲线呈齿形,岩心上发育水平层理及生物扰动构造。

中深湖:主要受海中凹陷北部边界断裂控制,分布在北部边界断层下降盘沉降中心,地震相呈低频、连续、中-强振幅反射特征。沉积微相为中深湖泥,岩性以厚层深灰色泥岩、页岩为主,偶见薄层粉砂岩,泥岩、页岩厚度大;自然伽马曲线表现为低幅齿形,岩心上主要发育水平层理。

冲积平原:岩性以红色含砾砂岩、粗砂岩与红色泥岩互层为主;自然伽马曲线呈箱形,粒度曲线呈多段式,地震反射呈弱连续、中-弱振幅反射,主要分布在海中凹陷南部斜坡带。

3.2 流沙港组沉积演化特征

3.2.1 沉积体系分布特征

流沙港组三段沉积时期,作为湖盆裂陷初期的产物,主要发育(扇)三角洲-滨浅湖体系。扇三角洲主要分布在凹陷北部,受到边界断层控制,物源主要自来北部粤桂隆起及涠西南低凸起,前者因为物源充足,形成的扇三角洲规模较大,后者形成的扇三角洲规模较小,三角洲主要发育在南部斜坡带,物源来自南部的企西隆起,由于湖盆水体较浅,滨浅湖及冲积平原沉积广泛发育(图3a)。

图3 北部湾盆地海中凹陷古近系流沙港组沉积体系分布特征

流沙港组二段沉积时期,此时处于湖盆裂陷的鼎盛阶段,受边界断裂及继承性物源作用,凹陷北部陡坡带发育扇三角洲沉积,由于湖盆水体较深,扇体规模减小;南部斜坡带发育多个长源三角洲,规模有所减小。由于湖盆水体较深,滨浅湖沉积分布广泛,并且受到控凹断层影响,北部发育中深湖沉积,其巨厚的中深湖相泥岩为研究区的主力烃源岩(图3b)。

流沙港组一段沉积时期,为湖盆裂陷的末期,湖盆开始萎缩,水体开始变浅,北部陡坡带受持续物源影响发育扇三角洲,其中来自北部粤桂隆起物源的扇三角洲规模较大,南部斜坡带发育多个三角洲朵叶,其前端发育滨浅湖滩坝沉积,该时期湖盆水体相对变浅,滨浅湖大面积分布,中深湖只分布在北部控凹断层下降盘,面积较小,且分布局限(图3c)。

3.2.2 沉积充填演化特征

基于海中凹陷古近系流沙港组沉积体系分布,结合湖盆演化特征,进一步明确各个三级层序发育时期的沉积充填演化特征。海中凹陷在古近系流沙港组三段(S86-S90)发育时期,整体处于盆地裂陷扩张阶段初期的背景之下,该时期海中凹陷湖盆范围较小,水体较浅,沉积、沉降中心均位于北部边界断裂下降盘W1井区附近。北部陡坡带下降盘地层厚度较大,向南逐渐超覆在企西隆起之上。陡坡带主要发育扇三角洲沉积体系,南部斜坡带发育三角洲-冲积平原体系。截至目前,海中凹陷尚未有井钻遇该套沉积地层。海中凹陷在流沙港组二段(S83-S86)沉积时期,整体处于盆地裂陷扩张阶段鼎盛期的背景之下,该时期凹陷内水体迅速加深,湖盆范围扩大,沉降中心位于北部陡坡带断裂下降盘。凹陷内发育巨厚的中深湖沉积,岩性以深灰色泥岩、页岩及油页岩为主,是海中凹陷内的主力烃源岩。北部陡坡带主要发育扇三角洲沉积,砂岩粒度较粗,以含砾砂岩、中细砂岩与泥岩互层为主,砂岩厚度大,为该时期的主要储层。南部发育三角洲及滨浅湖沉积,三角洲规模较大,岩性以细砂岩、粉砂岩与泥岩互层为主,发育三角洲前缘沉积;滨浅湖主要发育滨浅湖泥岩,是流沙港组二段沉积时期的区域盖层。流沙港组二段具备发育自生自储自盖的优越条件。海中凹陷流沙港组一段(S80-S83)沉积时期,处于盆地裂陷扩张阶段末期,边界断层活动性减弱,水体开始变浅,沉降中心依然位于北部断层下降盘,发育中深湖沉积,但分布局限,其余区带主要发育滨浅湖-(扇)三角洲沉积体系,其中,北部断层控制了扇三角洲的发育,扇三角洲规模有所变大,岩性以含砾细砂岩、细砂岩与泥岩互层为主,砂岩厚度大,粒度粗;南部斜坡带发育三角洲前缘和滨浅湖滩坝砂沉积,岩性主要以细砂岩、粉砂岩为主,埋深较浅,物性较好,为海中凹陷古近系流沙港组的优质储层。

通过对海中凹陷古近系流沙港组各个三级层序沉积充填特征的分析,认为研究区流沙港组沉积时期,水深从早期到晚期经历了浅-深-浅的变化,伴随着沉积环境由滨浅湖-中深湖-滨浅湖的演变,储集体则由早期的大型扇三角洲到晚期三角洲、滨浅湖滩坝的演变。纵向上扇三角洲及三角洲继承性发育,流沙港组三段沉积时期扇三角洲规模最大,而三角洲则是在流沙港组一段沉积时期规模达到最大。平面上由北至南,北部发育滨浅湖-扇三角洲至中深湖-扇三角洲体系,南部发育冲积平原-三角洲至滨浅湖-三角洲体系(图4)。

图4 北部湾盆地海中凹陷古近系流沙港组沉积充填演化特征地质剖面(剖面位置见图1)

3.3 储盖组合特征及分布

3.3.1 储集性能特征

海中凹陷古近系流沙港组沉积时期主要的砂体类型为(扇)三角洲及滨浅湖滩坝。北部扇三角洲储层埋深2 200～3 800 m,其中W1井区埋深较大,储层平均孔隙度11.2%,平均渗透率为0.38×10-3μm2,为低孔,特低渗储层;储层压实作用强,储集空间以粒内、粒间溶孔为主。W4井区埋深较浅,储层平均孔隙度13.6%,平均渗透率15.10×10-3μm2,为低孔、低渗储层;储集空间以原生粒间孔、粒间溶孔为主。南部三角洲及滩坝储层埋深2 000～2 800 m,埋深相对较浅,其中三角洲储层平均孔隙度14.6%,平均渗透率30.40×10-3μm2,为低孔、低渗储层,储集空间以原生粒间孔、铸模孔及粒间溶孔为主;滩坝储层平均孔隙度18.7%,平均渗透率71.20×10-3μm2,为中孔、中渗储层,储集空间以原生粒间孔为主(图5)。

3.3.2 区域储盖层特征

海中凹陷古近系流沙港组沉积充填演化特征控制了大型储集体及烃源岩的发育和分布。受北部边界断裂控制及粤桂隆起物源的影响,研究区发育大型扇三角洲沉积,形成了海中凹陷的第一类储层,该类储层岩性以含砾砂岩、中细砂岩为主,粒度粗,厚度大,上覆的直接盖层主要为滨浅湖、中深湖泥岩。受南部企西隆起影响发育大型三角洲沉积,形成了海中凹陷第二类储层。该类储层岩性以细砂岩、粉砂岩为主,砂岩粒度较细,但分选较好,砂岩厚度中等,与泥岩互层产出,上覆直接盖层以滨浅湖泥岩为主,局部为水下分流间湾泥岩,储盖组合配置优越。第三类储层为南部的三角洲前端受到湖流及沿岸流改造形成的滩坝砂体,该类储层岩性以细砂岩、粉砂岩为主,与泥岩成薄互层状,砂岩分选好,成熟度高,上覆的直接盖层为滨浅湖泥岩。

3.3.3 储盖组合特征

综上所述,海中凹陷古近系流沙港组主要发育三类储盖组合,本次研究结合钻井储层物性将储盖组合进行了分类评价。

第一类储盖组合:主要为扇三角洲砂体与上覆滨浅湖、中深湖泥岩储盖组合。该类储盖组合中储层厚度大、粒度粗,但埋深较大,压实作用强,储层物性以低孔,低-特低渗为主。储集空间以次生粒内、粒间溶孔为主,主要分布在海中凹陷北部陡坡带,储层物性较差。

第二类储盖组合:主要为三角洲前缘砂体与上覆滨浅湖及水下分流间湾泥岩储盖组合。该类储盖组合储层厚度中等,粒度较细,埋深较浅,储层物性以中低孔,低渗为主,储集空间以原生粒间孔、铸模孔及粒间溶孔为主,主要分布在海中凹陷南部斜坡带,储层物性较好。

第三类储盖组合:主要为滨浅湖滩坝砂体与上覆滨浅湖泥岩组合。该类组合储层厚度较薄,岩性以细砂岩、粉砂岩为主,粒度较细,埋深浅,分选好,储层物性以中孔、中渗为主,储集空间以原生粒间孔为主,主要分布在海中凹陷南部斜坡带大型三角洲前端,储层物性最好。

4 有利区带划分及展布

结合沉积充填演化、储盖组合分布及储层物性特征,将海中凹陷古近系流沙港组有利区带进行了划分,并明确其展布特征,为研究区下一步区带评价提供依据(表1)。

表1 北部湾盆地海中凹陷流沙港组有利区带分类评价

Ⅰ类有利区:该区主要分布在南部斜坡带滩坝发育区,储盖组合为滩坝砂与滨浅湖泥岩,岩性以细砂岩、粉砂岩为主,储层物性以中孔、中渗为主;构造上位于南部斜坡带靠近凹陷深部主体一侧,邻近北部生油洼陷,油气运聚条件好,是下一步获得商业油气突破的最有利区带。

Ⅱ类有利区:该区带主要分布在南部斜坡带三角洲发育区,储盖组合为三角洲前缘水下分流河道、席状砂与滨浅湖及水下分流间湾泥岩,岩性以中、细砂岩为主,为中-低孔,低渗储层;构造上位于北部斜坡带,其储层规模大,且W8井区已获得油气发现,是油气运聚的有利区带,也是发现大中型油田的现实区。

Ⅲ类有利区:该区带主要分布在北部陡坡带扇三角洲发育区,储盖组合为扇三角洲前缘水下分流河道砂与滨浅湖、中深湖泥岩。岩性以含砾砂岩、中细砂岩为主,砂岩厚度大,粒度粗,埋深较大,储层物性较差,以低孔、低-特低渗为主;构造上位于北部生油洼陷内,具备大型沟源断裂,油气运聚活跃,但由于物性较差,难以形成商业性油气藏。

5 结论

1)海中凹陷古近系流沙港组沉积时期,主要发育扇三角洲、三角洲、滨浅湖、中深湖及冲积平原沉积体系,不同时期,其沉积体系的分布具有一定的继承性。

2)海中凹陷流沙港组三段沉积时期,为湖盆裂陷初期,湖盆水体较浅,为滨浅湖环境。北部陡坡带发育扇三角洲体系,南部斜坡带发育三角洲沉积;流沙港组二段发育于湖盆裂陷鼎盛时期,水体较深,发育中深湖沉积,为研究区的主要烃源岩层系;流沙港组一段发育于湖盆裂陷末期,水体变浅,凹陷北部及南部继承性发育大型扇体及滨浅湖滩坝沉积。

3)海中凹陷古近系流沙港组发育三类储盖组合,其中第一类为扇三角洲砂体与滨浅湖、中深湖泥岩组合,主要分布在北部陡坡带,储层物性较差;第二类为三角洲砂体与滨浅湖泥岩组合,主要分布在南部斜坡带,储层物性较好;第三类为滩坝砂体与滨浅湖泥岩组合,主要分布在北部斜坡带三角洲前端,储层物性最好。

4)结合沉积充填演化、储盖组合分布及储层物性特征,把海中凹陷古近系流沙港组有利区带划分为三类,其中第Ⅰ、Ⅱ类有利区带储层物性较好,油气运聚条件优越,是下一步获得油气突破的有利区。