珠江口盆地HZ26-6构造“双古”领域油气成藏特点与富集规律

徐乐意,徐昉昊,牛胜利,熊万林,李智超

(1.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司,广东 深圳 518054;2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059)

近年来,随着中国近海海域油气勘探程度的不断增高,中浅层探明油气储量逐渐下降,勘探对象已经逐渐向深层及非常规等新领域拓展［1-2］。国内外勘探实践证明,前古近系是近海海域深层油气富集的一类储集体,其勘探潜力巨大［3-6］。从中国近海海域已发现的前古近系油气藏的特征来看,大部分都是前古近系与上覆古近系共同构成的复合油气藏。位于中国南海珠江口盆地的HZ凹陷,目前已在前古近系潜山发现了丰富的油气显示,表明在深层古近系勘探同时转变勘探思路,“立足富洼,聚焦双古”的勘探策略是可行的。因此,选择珠江口盆地最富生烃洼陷——HZ26洼,向前古近系潜山-古近系深层复式油气藏新领域开展油气勘探就显得尤为重要。

1 地质背景

珠江口盆地位于中国南海海域,其前古近系基底在西部由加里东褶皱带组成,在东部为印支期及燕山期褶皱带,燕山晚期大规模的中酸性岩浆活动在基底内留下了分布广泛的中酸性岩浆岩体。珠江口盆地正是一个在上述基底上发展起来的新生代被动大陆边缘盆地,先后经历了早期的裂陷期和晚期的拗陷期。裂陷期发育的古近系湖相烃源岩是其主力烃源岩,而拗陷期发育的三角洲沉积体系自北向南覆盖了大部分地区,并与下部的生烃层系耦合,具有下陆上海、陆生海储的石油地质特征［7-9］。

HZ凹陷位于珠江口盆地珠一拗陷中部(图1-A),东西毗邻LF凹陷和XJ凹陷,是该盆地已证实的最富烃凹陷之一,可进一步划分为HZ26洼、HZ21洼等11个洼陷。受不同走向断裂差异活动的影响,HZ凹陷边缘具有典型的转换断裂强烈活动特征,发育HZ26、HZ25等多个构造转换带(图1-B)。与此同时,在洼陷之间及凹陷周缘转换带位置,前古近系基底地层构造变形强烈,往往形成前古近系基底潜山。

图1 HZ26-6构造位置及地层综合柱状图Fig.1 Location of HZ26-6 structure and comprehensive stratigraphic histogram(A)珠江口盆地构造单元划分图;(B)HZ26-6构造位置图;(C)1号井综合柱状图

HZ26-6构造位于HZ26洼南部(图1-B),在HZ26洼油气向HX低凸起运移的必经之路上。目前该构造首口探井(1号井)在“古近系+前古近系古潜山联合勘探新模式”的指导下已于“双古”领域中发现了高产优质油气藏,证实了HZ26-6构造“双古”领域的勘探潜力(图1-C);但自1号井之后钻探的评价井效果并不理想,却又突显了HZ26-6构造“双古”领域油气分布的差异性与复杂性。为解决上述问题,在前人研究的基础上,结合目前实际的地质、钻井、测井、地震等资料,通过铸体薄片鉴定、包裹体均一温度测定等手段,对HZ26-6构造“双古”领域油气成藏条件进行了研究,总结成藏特点,揭示成藏规律,旨在为下一步油气勘探指明方向,并为HZ地区下一个商业性油田的发现提供强有力的技术支撑。

2 油气充注时间与期次

HZ26-6构造“双古”领域烃类包裹体薄片镜下观察结果显示,古潜山与古近系烃类包裹体岩相学特征较为相似,气烃包裹体较少,油包裹体和气-油两相包裹体较多,且在单偏光下呈现无色、淡黄色及褐色,在荧光下显示浅蓝色。其中,在古潜山中可观察到发浅蓝色荧光的轻质油痕迹(图2-A、B),主要捕获气-液烃包裹体,在单偏光下为褐色(图2-C),在荧光下为浅蓝色(图2-D)。而在古近系当中,文昌组粒间孔隙中普遍充填了发黑色荧光的沥青(图3-A、B),恩平组主要捕获液烃包裹体和气-液烃包裹体,在单偏光下呈现无色或淡黄色(图3-C),在荧光下显示浅蓝色(图3-D)。

图2 HZ26-6构造1号井前古近系古潜山烃类包裹体显微特征Fig.2 Microscopic characters of the hydrocarbon inclusions from the HZ26-6 structure of Prepaleogene buried hills(A、C)深度3 670.7 m,单偏光;(B、D)深度3 670.7 m,荧光

图3 HZ26-6构造1号井古近系烃类包裹体显微特征Fig.3 Microscopic characters of the hydrocarbon inclusions from the HZ26-6 structure (A)文昌组,深度3 405 m,单偏光;(B)文昌组,深度3 405 m,荧光;(C)恩平组,深度3 305.8 m,单偏光;(D)恩平组,深度3 305.8 m,荧光

HZ26-6构造古潜山盐水包裹体均一温度相对最高,介于80～140 ℃,分布间隔最大且主要呈“单峰型”分布,主峰对应的均一温度为110～130 ℃(图4-A)。结合埋藏史可知古潜山油气充注时间持续较长,自20 Ma B.P.至今均有烃类包裹体被捕获,油气充注时间跨度最大,但由于盐水包裹体均一温度主峰对应的时间集中在13.8～5.3 Ma B.P.,故该时间段油气充注规模最大,为古潜山油气主力充注期(图4-D)。

图4 HZ26-6构造“双古”领域盐水包裹体均-温度分布及油气充注时间Fig.4 Homogenization temperature distribution and hydrocarbon charging time of brine inclusions in the Prepaleogene-Paleogene field of HZ26-6 structure (A)前古近系潜山盐水包裹体均一温度;(B)文昌组盐水包裹体均一温度;(C)恩平组盐水包裹体均一温度;(D)前古近系潜山油气充注时间;(E)文昌组油气充注时间;(F)恩平组油气充注时间

HZ26-6构造古近系文昌组包裹体均一温度介于108～127 ℃,主要呈“双(窄)峰型”分布,其中,前峰对应的温度范围为108～111 ℃,而后(主)峰对应的温度为117～120 ℃(图4-B)。结合埋藏史可知文昌组油气充注时间晚于古潜山,自12 Ma B.P.至今均有烃类包裹体被捕获。盐水包裹体均一温度“双(窄)峰型”的分布显示其具有两期主力油气充注事件,第1期为12 ～10 Ma B.P.,第2期为5.3 ～3 Ma B.P.(图4-E)。

HZ26-6构造古近系恩平组均一温度范围较大,介于92～129 ℃,主要呈典型的“单峰型”分布,峰值处于108～120 ℃(图4-C)。结合埋藏史可知恩平组油气充注时间与文昌组较为接近,自14 Ma B.P.至今始终有烃类包裹体被捕获。此外,不同于文昌组,恩平组油气包裹体被捕获的时间较为集中,自7 Ma B.P.至今为烃类包裹体主力捕获期,对应大规模油气充注事件(图4-F)。

综上所述,HZ26-6构造“双古”领域油气主力充注期主要在13.8 Ma B.P.以来,其中,古潜山主力充注期最早(13.8～5.3 Ma B.P.),恩平组主力充注期最晚(7～0 Ma B.P.),而文昌组主力充注期介于二者之间(12～10 Ma B.P.,5.3～3 Ma B.P.)。对比HZ26-6构造“双古”领域烃类流体成熟度可知,HZ26-6构造“双古”领域烃类流体成熟度分布特征与盐水包裹体主力充注期分布较为相似,烃类流体以天然气充注次序最晚,沥青(低熟油脱沥青产物)成熟度较低,充注时间较早,而正常原油成熟度分布区间较为广泛,指示多期原油充注的现象,即HZ26-6构造“双古”领域在成藏早期均有低熟原油充注。故可将HZ26-6构造“双古”领域油气充注期次划分为3期：第1期油气充注时间为13.8～10 Ma B.P.,充注的流体主要为低熟原油;第2期油气充注时间为10～5.3 Ma B.P.,主要为成熟原油大量充注;第3期为成熟原油与天然气混合充注,并以天然气充注为主,对应的充注时间为5.3～0 Ma B.P.(图5)。

图5 HZ26-6构造“双古”领域各类型烃类流体充注序列与油气充注期次划分Fig.5 The division of the oil-gas charging sequence and periods of various hydrocarbon fluids in the HZ26-6 structure Prepaleogene-Paleogene field

3 油气成藏关键条件

3.1 烃源条件

HZ26洼是中国南海海域珠江口盆地最富的生烃洼陷,该洼陷中文昌组发育的Ⅱ1腐泥型烃源岩处于低-中等成熟阶段(Ro值为0.5%～1.1%,图6-A、B),品质较好(wTOC为0.37%～6.87%,图6-C),具有“早期低熟缓慢生油,晚期高熟快速生气”的特点(图6-D、E)。

图6 HZ26洼文昌组烃源岩综合评价图Fig.6 Comprehensive evaluation diagram of the source rocks in the Wenchang Formation of HZ26 depression(A)烃源岩有机质类型;(B)烃源岩有机质成熟度;(C)烃源岩有机质丰度;(D)烃源岩生烃量;(E)烃源岩排烃量

3.2 储层条件

HZ26-6构造储层主要发育于前古近系古潜山和古近系文昌组、恩平组。其中,古潜山储层主要形成于距今47.8 Ma之前,具有“裂缝带风化叠加改造成储”的特征,前古近纪早期因受先存断裂的影响,导致其内部的闪长岩、辉绿岩及花岗岩等岩浆岩体形成了不同程度的裂缝带(图7-A),这些发育程度不同的裂缝带晚期又在风化作用(图7-B)、多期流体改造等因素的影响下(图7-C),逐渐形成了现今的前古近系古潜山储层。古近系储层主要形成于距今33.9 Ma之前,整体上具有“转换带砂砾岩体规模成储”的特征,文昌组、恩平组围绕转换带发育大型“花朵状”三角洲体系沉积砂体,围绕陡坡带发育小型“裙边式”三角洲体系沉积砂体(图7-D、E),岩性多见砂砾岩,纵向沉积厚,横向展布大,具备了一定的沉积厚度和储集规模。

图7 HZ26-6构造前古近系古潜山及古近系储层条件Fig.7 Reservoir conditions of Prepaleogene buried hills and Paleogene in the HZ26-6 structure(A)前古近系先存断裂分布;(B)风化作用;(C)脉体充填;(D)文昌组沉积相;(E)恩平组沉积相

3.3 输导条件

输导条件包括输导类型和输导格架,是指油气在运移过程中所经历的所有通道,包括断层、裂缝、砂体、不整合面及其空间组合,其控制着油气在地下的运移方向、决定着油气的成藏位置及成藏类型。研究区输导类型主要为断层、裂缝、砂体,由断缝和断砂的空间组合构成了研究区的立体网状输导格架。

3.3.1 断层输导

前人研究认为,断层能垂向输导油气的关键在于其具有一定的活动性,即便是短暂的活化,也能为油气沿着断层大规模垂向运移提供足够的通道［10-13］。

HZ26-6构造北部的控洼油源断裂发育期次较长,自47.8 Ma B.P.至今均有不同程度的发育生长,其自下而上依次断穿Tg、T80、T70、T60、T50、T40、T35、T32、T30地震时间界面,是HZ26洼生成的油气向HZ26-6构造垂向运移的主要通道。通过对HZ26-6构造油源断裂在油气三大主力成藏期的短暂活动性进行分析后发现,在油气主力成藏期,HZ26-6构造油源断裂均以中段活动速率最高,西段次之,东段相对较低(图8)。综上所述,HZ26-6构造油源断裂在整个油气成藏期始终以中段为优势运移通道。

图8 HZ26-6构造油源断裂主成藏期活动性统计图Fig.8 Statistical chart of the activity of HZ26-6 structural oil source faults in the main reservoir-forming period

3.3.2 裂缝输导

裂缝输导是指裂缝将经油源断裂垂向运移的油气侧向分流至圈闭内的过程。

HZ26-6构造裂缝体系主要发育于前古近系,在前古近系顶部形成风化裂缝带、底部形成内幕裂缝带(图7-A)。由于前古近系受风化剥蚀、流体充填等多重因素的作用(图7-B、C),导致裂缝发育程度不同,最终造成了前古近系储集物性的非均质性,进而影响油气顺裂缝侧向分流的能力。

3.3.3 砂体输导

砂体输导是指沉积砂体可将经油源断裂垂向运移的油气横向运移至圈闭中的过程,主要受沉积砂体储集物性的控制［8,14-16］。

HZ26-6构造文昌组、恩平组发育多套沉积砂体,其储集物性主要受沉积相的控制,总体而言,处于转换带扇三角洲沉积相和受凝灰质影响较小的沉积砂体具有较好的储集物性,可以作为油气横向运移的优势通道。

3.3.4 输导体系耦合关系

HZ26-6构造前古近系古潜山的输导格架主要由油源断裂与裂缝组合构成,而文昌组、恩平组输导格架主要由油源断裂和沉积砂体组合构成。油气充注时期,HZ26洼生成的油气首先可经油源断裂垂向运移至HZ26-6构造“双古”领域各层系的接触处,此后通过裂缝和沉积砂体将油气横向运移至圈闭中位于高点位置的储层中聚集成藏。

总体而言,HZ26-6构造输导体系主要是由扇三角洲砂体、潜山裂缝体系及油源断裂组成,整体具有“通源断裂多期跨层输导,深缝浅砂侧向差异运移”的特点。

4 油气成藏过程

HZ26-6构造通源断裂深切HZ26洼主力烃源岩文昌组生烃灶,优质烃源岩与断面、古潜山有效组合,形成大规模供烃窗口,窗口宽度超过3 km,为油气进入古潜山及古近系储层创造了绝佳的源储对接条件(图9)。

图9 HZ26-6构造前古近系古潜山及古近系输导条件Fig.9 The transportation conditions of Prepaleogene buried hills and the Paleogene in the HZ26-6 structure

HZ26洼内文昌组充斥大规模超压现象,为油气成藏提供了强势的运移动力。据三维盆地模拟古流体压力恢复可知,HZ26洼文昌组在13.8 Ma B.P.便已经形成大规模超压,洼陷生烃灶中心压力系数最高可至1.5;13.8 Ma B.P.以来,压力系数最大增至1.8,油气运移的动力强劲。

具体而言,13.8 ～5.33 Ma B.P.为低熟油和成熟油的充注时期,最终在古近系及古潜山形成大规模古油藏;随着热演化程度不断升高,5.33 Ma B.P.至今为第3期天然气的主力充注期,大量的天然气随成熟油递进式进入储层,自下而上依次驱替古潜山、文昌组和恩平组的古油藏(图10),形成4套油气系统(图11),即油气系统1：天然气优先驱替潜山古油藏,形成气顶;油气系统2：天然气沿断层、砂体等陆续进入文昌组,驱替其中古油藏,形成气层;油气系统3：天然气进入恩平组,驱替其中古油藏,形成气层;油气系统4：恩平组顶部储层物性相对较差,天然气运聚量有限,未能充注驱替其中的古油藏,即天然气最终因运聚量不足而在恩平组顶部停止充注［1-2,17］。

图10 HZ26-6构造“双古”领域油气现今(5.33～0 Ma B.P.)成藏模式图Fig.10 Oil-gas accumulation process (5.33～0 Ma B.P.) in the HZ26-6 structure Prepaleogene-Paleogene field

图11 HZ26-6构造油气递进式充注模式图Fig.11 Progressive oil and gas filling pattern of HZ26-6 structure

形成如此油气分布格局,主要原因有：首先,晚期天然气会选择性优先进入物性条件好、易于被驱替的古油藏;而早期原油之所以能充满那些物性条件并不好的储层,是因为原油充注期的时间跨度较大,原油递进式缓慢充注,直到充满。其次,早期原油驱替原来储层中的水要比晚期天然气驱替储层中的原油容易,晚期生成的天然气充注时间短,加之部分储层物性差,导致天然气难以驱替这些储层中的原油,所以形成了现今HZ26-6构造上油下气的分布格局(图10)。

综上所述,HZ26-6构造双古领域具有“早油晚气,宽窗强供;扇加潜山,规模储集;断缝断砂,高效输导;递进充注,整装成藏”的油气成藏特点,总体遵循了“油型盆地早油晚气条件下,宽窗强势供烃、‘双古’整装成藏”的规律,由此指明了珠江口盆地向深层进军的油气勘探新方向,拓宽了油气并举的勘探新思路。

5 结 论

a.烃类流体成熟度与包裹体均一温度分析结果显示研究区储层经历了3期油气充注,第1和第2期以低熟-成熟原油大量充注为主,第3期为成熟原油与天然气混合充注期,并以天然气充注为主。HZ26-6构造供烃窗口超过3 km,HZ26洼陷中心与HZ26-6构造之间地史期始终存在较大的剩余压力,运移动力强劲。HZ26-6构造首先表现为“早油晚气,宽窗强供”的特点。

b.古近系转换带扇三角洲优质沉积相控制了优质储层的形成规模,具有典型的“优相控优储”的特点,古潜山裂缝风化叠加多期改造控制了风化裂缝带的成储规模。HZ26-6构造表现为“扇加潜山,规模储集”的特点。

c.HZ26-6构造“双古”领域输导格架主要由油源断裂、裂缝和沉积砂体组合构成。相对活动性较强的油源断裂,开启性良好且发育的裂缝和处于转换带扇三角洲沉积相并受凝灰质影响较小的沉积砂体共同控制了研究区油气的优势输导路径。HZ26-6构造表现为“断缝断砂,高效输导”特点。

d.HZ26-6构造 “双古”领域具有多期油气自下而上递进式充注的特点,最终形成了现今上油下气的分布格局。HZ26-6构造表现为“递进充注,整装成藏”的特点。

e.HZ26-6构造遵循“油型盆地早油晚气条件下,宽窗强势供烃、‘双古’整装成藏”的油气富集规律,由此指明了珠江口盆地向深层进军的油气勘探新方向,拓宽了油气并举的勘探新思路。