南海北部新生代盆地演化與油氣運聚

南海北部新生代盆地演化與油氣運聚

自20世紀90年代以來，深度油氣勘探取得了迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在許多參與國和大型油公司。鉆井水域深水大，鉆井功能高，大型和大型氣田多，全球儲量大，產(chǎn)量高。深水油氣勘探的熱點區(qū)主要分布在西非、巴西和墨西哥灣,其次是挪威、英國北海和東南亞等地區(qū)。這些熱點探區(qū)具有以下特點:從盆地類型看,探區(qū)主要是被動大陸邊緣型盆地,且與中生代以來全球板塊的裂離事件有關(guān);從含油氣系統(tǒng)看,主要烴源巖是大陸裂谷早期陸內(nèi)裂谷階段形成的中深湖相泥巖和漂移階段的海陸過渡相泥巖,主要儲層是三角洲和各種扇體,主要的圈閉類型是鹽構(gòu)造、砂體和同生斷裂構(gòu)造;從勘探策略看,都是先在淺水區(qū)獲得成功以后再向深水區(qū)推進的結(jié)果,因為這樣可以極大地降低深水區(qū)勘探風險和提高勘探成功率。1深水區(qū)盆地油氣我國南海北部大陸邊緣屬于被動大陸邊緣,發(fā)育有一系列新生代盆地(個別地區(qū)有中生代殘留盆地)。按巴西等國家采用的以300m水深作為淺水區(qū)和深水區(qū)界限的標準,這些盆地可以分成3類:①全部發(fā)育在淺水區(qū)的盆地,包括北部灣盆地和鶯歌海盆地;②跨越淺水區(qū)和深水區(qū)的盆地,包括臺西南盆地、珠江口盆地和瓊東南盆地;③完全處于深水區(qū)的盆地,包括中建南盆地、中沙西南盆地和筆架南盆地等(圖1)。截至目前,我國的勘探活動主要集中在淺水區(qū),其地震、鉆井、研究及認識程度都比較高,并已獲得重要油氣發(fā)現(xiàn),建成了6大重要的油氣生產(chǎn)基地,即在珠江口盆地的珠一坳陷、珠三坳陷和北部灣建成3個原油生產(chǎn)基地,在瓊東南盆地的崖南凹陷、鶯歌海盆地的東方區(qū)和樂東區(qū)建成3個天然氣生產(chǎn)基地,年產(chǎn)油氣當量近2×107t。另外,臺西南盆地也有重要油氣發(fā)現(xiàn),并投入了開發(fā)。在經(jīng)過20多年的大規(guī)模勘探開發(fā)之后,在淺水區(qū)進一步勘探獲得發(fā)現(xiàn),特別是重大發(fā)現(xiàn)的難度越來越大,因此,需要開拓新領(lǐng)域。我國水深大于300m水域的油氣勘探始于20世紀80年代末,且研究歷史也較長,但勘探力度不夠。近年來,在國土資源部、中國海洋石油總公司及其合作伙伴的努力下,加大了對深水區(qū)勘探的投入,取得了許多新資料,并在深水區(qū)發(fā)現(xiàn)了荔灣3-1大氣田。特別是在珠江口盆地和瓊東南盆地這兩個跨越淺水和深水區(qū)的盆地的深水區(qū)采集、處理了大量的地震資料,研究工作也得到了相應(yīng)加強。2中新世以來南海邊緣海區(qū)盆地體系南海北部大陸邊緣盆地的形成和演化與南海的形成、發(fā)展和定型有密切的關(guān)系,也與菲律賓板塊、印度-歐亞板塊的碰撞事件有關(guān)。南海是在伸展作用下由南海古地臺發(fā)生陸內(nèi)裂谷、陸間裂谷和大洋裂谷作用形成的小洋盆。南海古地臺存在的證據(jù)是在西沙群島的永1井鉆遇了元古代的深變質(zhì)巖,這說明在南海形成之前該區(qū)存在一個以前寒武系結(jié)晶巖系為基底的古陸塊,其沉積蓋層是古生界—中生界地層。古近紀早期古南海地臺深部地幔隆起導致陸內(nèi)裂谷作用和陸間裂谷作用,并最終形成小洋盆,使得在白堊紀末位于現(xiàn)今珠江口盆地南側(cè)的禮樂地塊在晚漸新世時裂離大陸,至中中新世前漂移到目前的位置,并與加里曼丹島碰撞,形成了與我國東南大陸隔洋盆相望的格局。古南海地臺在新生代經(jīng)歷了多幕裂陷作用,其主體部位逐漸由地臺內(nèi)部裂谷演變成小洋盆。南海北部深水區(qū)作為被動大陸邊緣的一部分也經(jīng)歷了全過程,其演化相應(yīng)地可以劃分為裂谷期、熱沉降期和新構(gòu)造期3個階段。在上述不同的演化階段形成了不同類型的沉積盆地,隨著事件演化,不同時期的盆地在縱向上疊加形成疊合盆地。陸內(nèi)裂谷期形成的盆地原型主要是古-始新世斷陷,如茂明盆地、北部灣盆地、珠江口盆地北部坳陷等古近紀斷陷,其充填地層是陸相的河流-湖泊型沉積。陸間裂谷期形成的盆地原型是漸新世斷陷,充填的地層在空間上有一定的分區(qū)性,包括河流-湖泊型的陸相、海相和海陸過渡相地層。大洋裂谷階段至今主要是新近紀到第四紀的被動大陸邊緣型拗陷沉積,其中早—中中新世以熱沉降為主,晚中新世以來疊加了喜山隆起與菲律賓板塊碰撞而導致的快速沉降、沉積及其變形。在南海北部深水區(qū)及其鄰區(qū)(在此僅限于珠江口盆地和瓊東南盆地的深水部分,下同),盆地結(jié)構(gòu)具有南北分帶、東西分塊的特征。在南北方向上具有兩隆夾一坳的構(gòu)造格局,即北部為珠江口盆地中央隆起帶(東沙隆起—番禺低隆起—神狐隆起)—瓊東南盆地松濤凸起—崖21-1低凸起,南部是西沙-中沙隆起區(qū)—一統(tǒng)暗沙隆起(圖2)。這些隆起的基底是前第三系,其上裂谷期的古近系地層缺失或者厚度很薄;中新世早—中期地層分布廣泛,但厚度較薄;上新世以來地層分布廣且厚度大。兩隆起帶之間的新生代坳陷具有東西分塊的特征,東面是白云凹陷,西部是瓊東南盆地中央坳陷(長昌凹陷、寶島凹陷、松南凹陷、陵水凹陷和樂東凹陷),都是繼承性坳陷,充填有南海3個演化發(fā)育階段的沉積,累積厚度超過10km;中間是順德凹陷、開平凹陷、西沙海槽凹陷等,其陸內(nèi)裂谷階段地層發(fā)育,但之后沉積、沉降較弱。3深水區(qū)油氣儲藏系統(tǒng)的特點3.1石油和天然氣的來源3.1.1深水區(qū)烴源巖的分布及演化南海北部深水區(qū)已經(jīng)證實的主力烴源巖是漸新世早期海陸過渡相煤系(包括瓊東南盆地崖城組和珠江口盆地恩平組)和海相泥巖(陵水組和珠海組)(圖3)。證據(jù)如下:①在白云凹陷北坡—番禺低隆起的淺水區(qū)發(fā)現(xiàn)了主要來自深水區(qū)白云凹陷恩平組的商業(yè)性天然氣聚集;②在瓊東南盆地淺水區(qū)發(fā)現(xiàn)的崖13-1等大氣田的天然氣來自漸新統(tǒng)崖城組煤系地層和海相泥巖;③鉆探證實,在白云凹陷恩平組發(fā)育多套煤系地層;④地震地層分析表明,瓊東南盆地中央坳陷區(qū)存在淺海相地層?。據(jù)推測,南海北部深水區(qū)存在中深湖相泥巖烴源巖(主要發(fā)育在瓊東南盆地始新統(tǒng)和珠江口盆地文昌組、恩平組)。雖然到目前為止在深水區(qū)還沒有鉆遇該套烴源巖,也沒有發(fā)現(xiàn)與其關(guān)系密切的油氣田,但據(jù)地震地層解釋,在深水區(qū)確實存在該套烴源巖??。區(qū)域的證據(jù)如下:①在陸架淺水區(qū)的珠一坳陷、珠三坳陷和北部灣盆地,始新統(tǒng)中深湖相烴源巖和恩平組湖沼相烴源巖被證實為主力烴源巖,來自于該套烴源巖的探明石油儲量大約為十幾億噸?，F(xiàn)今的深水區(qū)和淺水區(qū)在始新世同處于古南海地臺內(nèi)部斷陷,古氣候條件、古地理條件和沉積有機質(zhì)相同或相似,因此,預(yù)測深水區(qū)也發(fā)育該套主力烴源巖。深、淺水區(qū)的區(qū)別在于淺水區(qū)后裂谷期層序不很發(fā)育,而深水區(qū)在多數(shù)情況下該層序很發(fā)育,導致烴源巖埋藏深度較大;②在與深水區(qū)相鄰的瓊東南盆地松濤凸起上發(fā)現(xiàn)了來自中央坳陷的油層和油氣顯示,其生物標志化合物含有較豐富的四甲基甾烷,推測來自中央坳陷帶的始新統(tǒng)中深湖相烴源巖;③沉積環(huán)境和沉積相分析表明,白云斷陷也存在廣泛的湖相地層。南海北部深水區(qū)可能發(fā)育中新統(tǒng)海相烴源巖。中新統(tǒng)為淺海相沉積,泥巖發(fā)育,但以往重視不夠。目前,在淺水區(qū)有較多的井鉆遇了該套地層,但其有機質(zhì)豐度和成熟度較低。預(yù)計在深水區(qū)由于有機質(zhì)保存環(huán)境變好,熱流值增大,有機質(zhì)豐度和成熟度會變好。3.1.2漸新統(tǒng)非煤系烴源巖油氣運移規(guī)律和成烴模式烴源巖的生、排烴產(chǎn)物與有機質(zhì)類型和烴源巖熱史有關(guān)。在深水區(qū)存在煤系和非煤系兩大類烴源巖,其中非煤系烴源巖又分為湖相泥巖和海相泥巖兩小類。這兩大類3小類烴源巖的有機質(zhì)類型及熱演化史各有特點,所以成烴產(chǎn)物也不相同。煤系油窗很窄,氣窗很寬,主要生成天然氣,同時生成一定數(shù)量的凝析油。煤系主要分布在下漸新統(tǒng),在珠江口盆地和瓊東南盆地相應(yīng)地被稱為恩平組和崖城組。煤層厚度小,煤系累計厚度也只有幾十米,但有機碳含量特別高,一般超過60%,因此生氣強度很大。非煤系烴源巖既可生油也可生氣,最終是生油還是生氣主要取決于其熱演化程度和油氣的再演化。非煤系烴源巖包括始新統(tǒng)湖相烴源巖(珠江口盆地深水區(qū),瓊東南盆地深水區(qū))、漸新統(tǒng)下部湖相烴源巖(珠江口盆地深水區(qū))、漸新統(tǒng)上部—中新統(tǒng)淺海相烴源巖和湖相烴源巖,有機質(zhì)類型以Ⅰ-Ⅱ1型為主,其成烴順序是先生油后生氣。能否達到生氣階段,關(guān)鍵在于烴源巖體所處封存箱的封閉性和熱演化程度。如果烴源巖埋藏深度持續(xù)增大,且所生的油未能及時排出,則很可能再次裂解成天然氣。即使排出聚集成藏,隨著油藏的持續(xù)埋深,其中的原油也可直接裂解成天然氣。但如果生成的原油在運移聚集后未達到裂解的深度,則還是以原油的相態(tài)存在。綜合分析認為,深水區(qū)白云凹陷主洼和瓊東南盆地中央坳陷以生氣為主,早期有油生成;白云凹陷主洼以外的洼陷、開平凹陷、順德凹陷和北礁凹陷以生油為主。3.2深水扇型油氣運移規(guī)律瓊東南盆地深水區(qū)有3套區(qū)域性儲蓋組合:①裂谷期儲蓋組合,儲層是陵三段砂巖,蓋層是陵二段區(qū)域性海相泥巖;②熱沉降期儲蓋組合,儲層是三亞組,蓋層是梅山組;③新構(gòu)造期儲蓋組合,儲層是黃流組或上新統(tǒng)碳酸鹽巖,蓋層是鶯歌海組。珠江口盆地也有3套儲蓋組合:①裂谷期文昌—恩平組自儲自蓋型;②熱沉降早期珠海組三角洲儲、珠江組蓋型;③熱沉降期—新構(gòu)造期深水扇型(圖4)。新構(gòu)造期菲律賓海擴張并向西俯沖,使得南海北部大陸邊緣因自東向西的擠壓而產(chǎn)生南北向拉張,形成近東西向斷層,這些斷層的活動導致沉積蓋層破裂,使油氣發(fā)生了垂向運移。但斷裂作用具有東強西弱的特點,在瓊東南盆地,斷裂作用僅在局部較為明顯(圖5)。斷裂是否發(fā)育及其發(fā)育時間對油氣運移起著顯著的控制作用。珠江口盆地深水區(qū)古近系烴源巖的生烴期為裂谷晚期和后裂谷期,其中裂谷晚期生成的是石油,但裂谷晚期斷裂不活動或活動性很弱,油氣縱向運移通道不暢,即油氣主要沿輸導層側(cè)向運移;后裂谷期以生氣為主,斷裂活動強烈,且由于泥巖蓋層發(fā)育,以及砂巖單層厚度小,因而天然氣以垂向運移為主,在洼陷內(nèi)運移到古近系三角洲及新近系的盆底扇或斷階帶成藏。瓊東南盆地深水區(qū)晚期斷裂活動性很弱,油氣以側(cè)向運移占絕對優(yōu)勢,凹陷周邊的低凸起及其傾沒端是油氣運聚的主要部位。3.3構(gòu)造成藏單元—深水區(qū)油氣聚集單元類型及圈閉特點深水區(qū)油氣聚集單元主要是低凸起、凸起和凹中隆。盆地的構(gòu)造演化、沉積旋回、斷裂發(fā)育等多個因素決定了深水區(qū)油氣聚集單元的主要類型及其圈閉特征。裂谷期(古近紀)斷裂非?；钴S,特別是一些大型斷層的活動使之形成凸起-凹陷結(jié)構(gòu);新近紀—第四紀不同程度地繼承了這種凸起-凹陷格局,總體上凹陷區(qū)沉降幅度大,凸起區(qū)沉降幅度小,進而形成更大規(guī)模的隆坳格局,同時,凹陷內(nèi)的分隔性和后期構(gòu)造活動形成了一系列凹中隆。低凸起、凸起和凹中隆地層埋藏淺,壓力低,是油氣運聚的主要方向。特別是由于生烴作用和新構(gòu)造期快速沉降,凹陷內(nèi)往往處于超壓狀態(tài),而低凸起、凸起和凹中隆上為常壓,更有利于油氣運聚。如在白云凹陷和瓊東南盆地中央坳陷的凹陷內(nèi),古近系烴源巖都有超壓或強超壓現(xiàn)象,而白云凹陷漸新統(tǒng)及其以上地層和瓊東南盆地深水區(qū)的北礁西凸起、北礁東凸起與永樂隆起區(qū)都處于常壓或過渡壓力區(qū),是油氣聚集成藏的有利部位(圖6)。新構(gòu)造期的斷裂活動調(diào)整了深水區(qū)的優(yōu)勢成藏單元。新構(gòu)造期斷裂活動強的單元油氣易發(fā)生垂向運移,并在凹中隆構(gòu)造圈閉中成藏。如白云凹陷新構(gòu)造期形成了數(shù)千條大大小小的斷層,同時部分老斷層也再次活動,溝通了文昌組、恩平組烴源巖與凹陷內(nèi)部珠海和珠江組儲集層,導致油氣向上運移,并形成聚集,如荔灣3-1大氣田。凹陷內(nèi)的巖性圈閉和地層圈閉也因油源斷層的溝通而易于成藏。在新構(gòu)造期斷裂活動弱或沒有斷裂活動的單元,油氣主要發(fā)生側(cè)向運移。如瓊東南盆地深水區(qū)新構(gòu)造期幾乎沒有斷層活動,始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)下部生成的油氣沿著輸導體向南運移到凸起上成藏,甚至可能在凸起上沿不整合運移到新近系成藏;凹陷內(nèi)盡管有背斜構(gòu)造,但由于缺少油源斷層而未能成藏。這類區(qū)域成藏單元主要是低凸起和凸起,如瓊東南盆地深水區(qū)的北礁西凸起、北礁東凸起與永樂隆起區(qū),其圈閉類型主要是披覆背斜和生物礁。4深水區(qū)是海洋大陸架的樞紐,有利于形成大型地質(zhì)條件,為油氣的聚集及成藏提供支撐南海海域總共有21個盆地全部或部分屬于我國傳統(tǒng)疆界以內(nèi),其中有19個盆地全部或部分處于深水區(qū)。處于淺水區(qū)的部分多數(shù)都經(jīng)歷了20～30年的高強度勘探,其中除南海北部大陸邊緣由中國海洋石油總公司勘探開發(fā)以外,南海西部大陸邊緣、南部大陸邊緣和東部大陸邊緣盆地中屬于我國傳統(tǒng)疆界以內(nèi)的陸架部分多被鄰國勘探開發(fā),其勘探程度較高,油氣儲量豐富,年產(chǎn)量也很高。目前南海海域油氣勘探態(tài)勢已經(jīng)從淺水區(qū)向深水區(qū)延伸,且已獲得多個重要發(fā)現(xiàn)。估計未來30年的重大發(fā)現(xiàn)和儲產(chǎn)量增長主要在深水區(qū),但總體而言,目前深水區(qū)勘探仍處于初始階段,因此必須抓住這一時機,積極勘探。南海北部深水區(qū)緊鄰廣東、海南和臺灣三省以及香港和澳門兩個特別行政區(qū),與大陸距離近,交通、運輸、作業(yè)條件好。且瓊東南盆地、珠江口盆地和臺西南盆地在淺水區(qū)都已經(jīng)獲得重要發(fā)現(xiàn),從區(qū)域上