南黃海盆地南五凹橫向背斜的油氣地質(zhì)意義

祁 鵬，王 鵬，崔 敏，郭 瑞

(中海油研究總院，北京 100028)

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南黃海盆地南五凹橫向背斜的油氣地質(zhì)意義

祁 鵬，王 鵬，崔 敏，郭 瑞

(中海油研究總院，北京 100028)

南黃海盆地一直未能取得商業(yè)性油氣發(fā)現(xiàn)，為了能在南五凹取得勘探突破，對(duì)重新處理的高精度地震剖面進(jìn)行了精細(xì)解釋。研究發(fā)現(xiàn)，南五凹中南部發(fā)育有大型橫向背斜，進(jìn)一步的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析表明，其形成機(jī)制主要受控于南部邊界斷層在空間上的幾何形態(tài)變化。這些橫向褶皺分布于南五凹深洼區(qū)，具有充足的油源供應(yīng)，其上覆的戴南組能夠形成多套有效儲(chǔ)蓋組合，邊界斷層及其上盤伴生的次級(jí)斷層能夠作為有利的油氣運(yùn)移通道，最終有可能形成規(guī)模可觀的油氣富集單元，具有重要的勘探實(shí)踐意義。

橫向背斜；構(gòu)造特征；油氣地質(zhì)；南五凹；戴南組；南黃海盆地

0 引 言

南黃海盆地位于東經(jīng)120°00′～126°00′，北緯32°00′～37°00′之間，橫跨中、韓兩國(guó)，西南與蘇北盆地相連。1979年至今，在南黃海鉆探了20余口井，其中2口探井已見(jiàn)到油氣顯示，表明南黃海盆地具備形成油氣藏的基本地質(zhì)條件，但尚未取得重要油氣突破。

構(gòu)造活動(dòng)是油氣成藏的重要控制因素之一，多年來(lái)，地質(zhì)工作者一直未曾放棄對(duì)南黃海盆地的基礎(chǔ)石油地質(zhì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的研究[1-4]。此次工作選擇南黃海盆地南部坳陷中比較有勘探前景的南五凹作為研究對(duì)象，通過(guò)精細(xì)構(gòu)造解釋，重點(diǎn)剖析南五凹典型構(gòu)造——橫向褶皺的構(gòu)造特征及其對(duì)沉積的控制作用，從而為該區(qū)的油氣勘探實(shí)踐提供一定的地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南五凹位于南黃海盆地南部坳陷的最南端，其東北部為南二復(fù)合低凸起，西北與南一凸起相接，西南與南二凹相鄰，南面和東面均被勿南沙隆起所圍限。該凹陷在東部表現(xiàn)為不對(duì)稱雙斷地塹式結(jié)構(gòu)，在西部表現(xiàn)為單斷式結(jié)構(gòu)；自南向北，該凹陷依據(jù)構(gòu)造特征可分為南部深洼陡斷帶、中部反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和北部緩坡帶。在平面上，南五凹整體走向?yàn)楸蔽髂蠔|向，但邊界斷層區(qū)段化嚴(yán)重，凹陷東部的邊界斷層走向差異不大，但是在中部發(fā)生了逆時(shí)針轉(zhuǎn)向，尤其是緊鄰南二復(fù)合凸起的邊界性質(zhì)變化較快。這種強(qiáng)烈的差異性凹陷邊界表明南五凹經(jīng)歷了多期強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)。凹陷內(nèi)斷層的主要走向以北西西向和近東西向?yàn)橹?，密集地分布在凹陷中部的背斜帶?圖1)。

地震、鉆井和生物地層等多項(xiàng)地質(zhì)資料揭示，南五凹地層由前白堊紀(jì)基底和晚白堊世—新生代蓋層構(gòu)成。蓋層地層自下而上分別是上白堊統(tǒng)赤山組及泰州組、古新統(tǒng)阜寧組、始新統(tǒng)戴南組及三垛組、新近系鹽城組及東臺(tái)組地層和第四系地層，缺失漸新統(tǒng)地層。

2 南五凹橫向褶皺的構(gòu)造特征

伸展環(huán)境下形成的斷層相關(guān)褶皺，根據(jù)褶皺樞紐與斷層走向的位置關(guān)系，可以分為2種：褶皺樞紐走向與斷層走向平行的稱之為縱向褶皺，褶皺樞紐走向與斷層走向垂直的稱之為橫向褶皺[5-7]。橫向褶皺在斷層面強(qiáng)烈下凹處常常會(huì)形成橫向向斜，在斷層面強(qiáng)烈上凸處常常會(huì)形成橫向背斜。南五凹發(fā)育北北西走向的大型背斜(圖2)，其樞紐基本垂直于南部邊界斷層，該背斜可以歸屬為橫向褶皺。在剖面上，該背斜近乎直立，兩翼相對(duì)寬緩，背斜頂部發(fā)育晚期形成的斷層，這些斷層向下延伸較短，大多數(shù)終止于阜寧組之上。

圖1 南黃海盆地南五凹構(gòu)造劃分和斷裂分布

顯然，盆地邊界對(duì)盆地的形成演化有著重要的影響，尤其是盆地內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征以及沉積沉降等多個(gè)方面。南五凹經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造變形過(guò)程，導(dǎo)致其凹陷邊界斷層具有差異化和區(qū)段性的特征。通過(guò)對(duì)南部邊界斷層的斷面空間形態(tài)解剖發(fā)現(xiàn)，斷面在4 000～7 000 m的深度發(fā)生隆起。一系列穿過(guò)該大型背斜及其周緣的剖面顯示，南部邊界斷層的幾何形態(tài)自西向東發(fā)生了明顯的改變，表現(xiàn)為陡直板狀—鏟式—椅式—陡直板狀的依次變化，而斷面隆起區(qū)正是南部邊界斷層椅式區(qū)段在空間上的表現(xiàn)。同時(shí)，大型橫向背斜在空間位置上基本上與南部邊界斷層表現(xiàn)為椅式形態(tài)的區(qū)段(也是斷面隆起區(qū))位置相當(dāng)，即南五凹大型橫向背斜的發(fā)育基本上受控于邊界斷層空間形態(tài)的變化。

圖2 南五凹橫向褶皺在三垛組底界面時(shí)間構(gòu)造圖上的幾何形態(tài)

3 橫向背斜對(duì)沉積的控制

盆地結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對(duì)沉積的控制主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是對(duì)物源入口的控制；二是對(duì)沉積物在盆地內(nèi)的搬運(yùn)路徑和過(guò)程的控制。這2個(gè)方面與盆地周緣及內(nèi)部的溝谷和坡折等古地貌密切相關(guān)，而構(gòu)造活動(dòng)又會(huì)對(duì)古地貌進(jìn)行改造或重建。一般認(rèn)為，伸展盆地中沉積物搬運(yùn)主要有4種路徑：沉積物通過(guò)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶搬運(yùn)[8]；沉積物從上升盤斷崖處做短距離垂向搬運(yùn)[9-10]；沉積物在下降盤沿?cái)鄬幼呦虬徇\(yùn)[11-12]；沉積物在下降盤沿褶皺軸向搬運(yùn)。

沉積物從南部邊界進(jìn)入南五凹時(shí)，可以沿著大型橫向背斜軸向進(jìn)行長(zhǎng)距離搬運(yùn)。橫向背斜在空間上表現(xiàn)為近似直立褶皺，其轉(zhuǎn)折端沿線將會(huì)是有利的輸送路徑。一方面，直立背斜的轉(zhuǎn)折端是張應(yīng)力釋放的部位，能夠形成一系列近平行于背斜軸向的張性節(jié)理，進(jìn)而構(gòu)成有利的溝谷系統(tǒng)，成為水道發(fā)育的理想場(chǎng)所，進(jìn)行沉積物的高效搬運(yùn)；另一方面，水體在背斜高點(diǎn)連線上容易保持較強(qiáng)的水動(dòng)力條件，由于慣性作用將沉積物搬運(yùn)到較遠(yuǎn)位置進(jìn)行沉積。

與橫向褶皺正對(duì)的南部地震測(cè)線上可以清晰地觀察到下切特征，表明可能發(fā)育大量的河谷或溝槽，是南部勿南沙物源進(jìn)入南五凹的重要通道。雖然沒(méi)有三維資料能夠清晰刻畫(huà)這些溝谷或者河道是否能夠直接延伸到橫向背斜之上，但是在穿過(guò)橫向背斜的剖面上發(fā)現(xiàn)了沉積物搬運(yùn)的地震反射特征。在縱穿橫向背斜的剖面上可以觀察到明顯的前積反射，而且前積延伸距離較遠(yuǎn)，表明沉積物能夠沿著背斜軸部作長(zhǎng)距離輸入；在橫穿橫向背斜的剖面上可以觀察到同相軸相互交錯(cuò)疊置、雙向下超的地震反射，這種特征性反射延伸距離較短，表明沉積物在背斜兩翼作相對(duì)短距離輸入。

4 橫向背斜的油氣地質(zhì)意義

4.1 橫向背斜具有充足的油氣供給

南五凹及其周緣鉆探的4口井中，有3口揭示阜寧組四段和二段均有中深湖相沉積，地球化學(xué)分析表明，其干酪根類型以I型和Ⅱ1為主，有機(jī)碳(TOC)含量平均為1.75%，生烴潛量(S1+S2)平均為6.3 mg/g，氫指數(shù)(HI)平均為343 mg/g，綜合評(píng)價(jià)其屬于中等—好烴源巖。劉志峰等對(duì)該套烴源巖最新研究表明，南五凹在阜寧組沉積時(shí)期受到海侵的影響，微量元素分析確認(rèn)了其咸化的特征，而咸化烴源巖具有“生排烴早”的特征。烴源巖和原油分析結(jié)果表明，南五凹阜寧組湖相烴源巖成熟度(Ro)為0.53%～0.65%，與蘇北油田阜四段烴源巖Ro介于0.5%～0.7%的情況相當(dāng)，因此，南五凹具有大量油氣生成的潛力。大型橫向背斜主要位于南五凹深洼區(qū)，而深洼區(qū)中阜寧組最大厚度約為2 500 m，阜四段和阜二段的中深湖相面積超過(guò)230 km2，具有相當(dāng)可觀的生油潛力，將會(huì)給凹陷內(nèi)橫向背斜提供充足的油氣供給。

4.2 橫向背斜具有良好的油氣運(yùn)聚條件

戴南組是蘇北油田的主力勘探層系，為陸相湖泊沉積，發(fā)育三角洲、扇三角洲、淺湖—半深湖沉積體系，有利儲(chǔ)層的孔隙度為15%～25%，滲透率主要分布范圍為0.01～0.10 μm2。與之對(duì)比，南五凹戴南組發(fā)育三角洲、扇三角洲和濱淺湖沉積體系，砂巖孔隙類型以次生孔隙為主，鉆遇井揭示戴南組平均孔隙度和平均滲透率均與蘇北油田相類似。因此，南五凹戴南組砂巖存在與蘇北油田相當(dāng)?shù)膬?chǔ)集性能。同時(shí)，戴南組發(fā)育的濱淺湖泥巖層最大厚度達(dá)到240 m，且分布穩(wěn)定，可以作為良好的蓋層。

高郵凹陷陡斷帶控制了將近一半的油田分布，主力儲(chǔ)層是戴南組三角洲，其次是三垛組河流體系，兩者探明儲(chǔ)量占比達(dá)83%。研究表明，真武斷裂帶對(duì)油氣聚集有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，在始新世時(shí)期，真武斷裂帶主要活動(dòng)期活動(dòng)速率均大于50 m/Ma，最大可超過(guò)200 m/Ma，并且活動(dòng)強(qiáng)度與油氣富集程度呈近似正相關(guān)。與之對(duì)比，南五凹邊界斷層在深洼區(qū)的活動(dòng)性也呈現(xiàn)出始新世時(shí)期活動(dòng)較強(qiáng)的特征，活動(dòng)速率普遍在50 m/Ma以上，最大可達(dá)250 m/Ma；該區(qū)次級(jí)斷裂在主要活動(dòng)時(shí)期的速率普遍大于30 m/Ma，最大可達(dá)90 m/Ma。同時(shí)，南部邊界斷層在該區(qū)域表現(xiàn)為上凸的特征，是油氣向上運(yùn)移的有利指向區(qū)，而且其下陡上緩的幾何學(xué)特征決定了該斷層不僅有利于將深部油氣向上高效運(yùn)移，還能促使油氣在其上盤的背斜型儲(chǔ)蓋組合中成藏。

4.3 橫向背斜的構(gòu)造成藏模式

南五凹深洼區(qū)發(fā)育的大型橫向背斜(圖3)，不僅形成機(jī)制與邊界斷層密切相關(guān)，而且油氣聚集成藏也受到重要影響：①邊界斷層強(qiáng)烈活動(dòng)控制了陡坡帶深洼區(qū)的形成，并沉積了巨厚的阜寧組烴源巖，為深洼區(qū)中的正向構(gòu)造提供了充足的油氣供給；②南部物源利用勿南沙隆起上的溝谷體系穿過(guò)南部邊界斷層與大型橫向背斜對(duì)接，橫向背斜的獨(dú)特構(gòu)造特征能夠?qū)⒊练e物源源不斷地長(zhǎng)距離搬運(yùn)到凹陷內(nèi)，在背斜上部形成砂體的富集，能夠提供良好的儲(chǔ)集空間；③邊界斷層及其上盤發(fā)育的次級(jí)斷層在始新世較強(qiáng)的活動(dòng)能夠起到高效的油氣運(yùn)移通道作用，將阜寧組生成的油氣運(yùn)送到戴南組儲(chǔ)集體中，而戴南組富集的砂巖所形成的低勢(shì)區(qū)也能進(jìn)一步輔助油氣的向上運(yùn)移；④斷層活動(dòng)豐富了油氣藏的類型，但以斷背斜型油氣藏和斷塊型油氣藏為主。另外，巖性油氣藏也可以作為遠(yuǎn)景目標(biāo)。因此，南五凹的大型橫向背斜具備了十分優(yōu)越的油氣地質(zhì)條件，是一種潛在的富油氣構(gòu)造類型。

圖3 橫向背斜的構(gòu)造成藏預(yù)測(cè)模式

5 結(jié) 論

(1) 通過(guò)對(duì)重新處理的高精度二維地震數(shù)據(jù)的精細(xì)解釋以及幾何學(xué)特征分析，揭示南五凹發(fā)育典型的大型橫向背斜，在平面上表現(xiàn)為整體走向與南部邊界斷層正交，在剖面上表現(xiàn)為被斷層復(fù)雜化的寬緩的直立背斜，其形成機(jī)制受控于南五凹南部邊界斷層空間幾何形態(tài)的突變。大型橫向背斜與南部邊界斷層控制的物源入口相對(duì)接，能夠控制戴南組和三垛組沉積時(shí)期的砂體長(zhǎng)距離輸入，并在橫向背斜頂部富集。

(2) 大型橫向背斜主要位于南五凹的南部深洼區(qū)，能夠得到充足的油氣供應(yīng)，其上覆的戴南組能夠形成多套有效儲(chǔ)蓋組合，邊界斷層及其上盤伴生的次級(jí)斷層能夠作為有利的油氣運(yùn)移通道，最終形成規(guī)?？捎^的油氣富集帶。

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編輯 張 雁

20150708；改回日期：20150928

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“近海富烴凹陷資源潛力再評(píng)價(jià)和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向”(2011ZX05023-001)及“近海大中型油氣田形成條件與分布”(2011ZX05023-006)

祁鵬(1983-)，男，工程師，2006年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，2011年畢業(yè)于該校能源地質(zhì)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事石油天然氣綜合地質(zhì)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.003

TE121

A

1006-6535(2015)06-0010-04