臺西盆地地層沉積特征與成烴-成藏地質(zhì)條件

張 莉,雷振宇,許 紅,帥慶偉,駱帥兵,錢 星

(1. 國土資源部 海底礦產(chǎn)資源重點實驗室,中國地質(zhì)調(diào)查局 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣東 廣州 510760; 2. 國土資源部 海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室,青島海洋地質(zhì)研究所,山東 青島 266071)

臺灣島是中國油氣勘探最早地區(qū)之一,清朝初期,已在苗栗地區(qū)發(fā)現(xiàn)油苗。1951—1970年共完成166口探井和開發(fā)井,深約4 000～5 000 m,先后發(fā)現(xiàn)了鐵砧山、寶山、青草湖和白沙屯等氣田。隨后在臺灣海域鉆探,在臺西、鹿港、澎湖和新竹等鉆探均獲得成功。對臺西盆地油氣資源勘探始于20世紀50年代[注]蔣炳銓.臺灣海峽石油地質(zhì)和工作情況調(diào)研報告[R].福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1988.② 周昌范.臺灣海峽西部石油地球物理普查及詳查報告[R].廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,1991.,國內(nèi)許多學者對該盆地及其圍區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)條件及油氣地質(zhì)條件進行了探討[1-6],認為臺西盆地地層以新生界為主,在盆地東部坳陷局部存在中生界[7],新生界厚度最大接近1×104m[8]。古近紀繼承了白堊紀裂陷的基礎(chǔ)并進一步張裂形成了陸緣裂陷,新近紀后期受前陸作用影響而最終形成現(xiàn)今疊合盆地的構(gòu)造形態(tài)[9-10]。古近紀裂陷期沉積環(huán)境主要以湖相沉積為主,隨后逐漸轉(zhuǎn)化為海陸過渡相及濱淺海相環(huán)境。截止目前,中國在臺西盆地海峽中線西側(cè)尚未鉆井,臺灣中油公司在東側(cè)鉆井5口[11],其中C井于始新統(tǒng)鉆獲少量黑色重油,表明古近系具有一定的油氣潛力。但對該區(qū)地質(zhì)條件認識較薄弱,制約了油氣勘探進程。因此,在前人研究的基礎(chǔ)之上,本文重點針對已有地震資料進行綜合解釋,通過與福建陸域海陸對比研究,分析探討研究區(qū)地層、沉積特征及成烴成藏潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

臺西盆地是歐亞被動大陸邊緣的一部分,主體位于臺灣海峽,并東延至臺灣島西部陸域平原區(qū)(圖1),是一個中、新生代疊合沉積盆地,面積約4×104km2。臺西盆地的形成既受東海和南海盆地的影響,也與中央山脈碰撞造山帶密切相關(guān)[12-14];歷經(jīng)新生代斷陷-坳陷-前陸復雜演化過程,最終到達現(xiàn)今位置。盆地區(qū)域平均水深80 m,具有東西分帶的特征,構(gòu)造區(qū)劃為東部坳陷、西部坳陷兩個一級構(gòu)造單元,后者又分為晉江凹陷和九龍江凹陷(圖1)。

2 露頭、井-震地層沉積特征

2.1 綜合地層-沉積特征

綜合露頭、井-震資料進行福建東南沿海-臺西盆地-臺灣島綜合地層對比(圖2),可見中生界主要分布于福建陸域與臺西盆地東部坳陷,新生界分布廣泛且沉積厚度較大,可分為西部與東部兩大坳陷區(qū);西部坳陷位于大陸一側(cè),發(fā)育兩個沉積中心:分別是晉江凹陷和九龍江凹陷,二者由澎北凸起相隔,最大沉積厚度8 400 m;東部坳陷沉積中心位于新竹凹陷,最大沉積厚度也超過8 000 m。

2.2 地震地層解釋

圖1 臺西盆地位置Fig.1 Location of the Taixi Basin

2.3 地層特征

前白堊系:北港四口井揭示深灰-灰綠色砂巖和頁巖,致密堅硬,部分含鈣,無化石,厚258 m。

白堊系:在澎湖-北港隆起邊緣鉆遇,稱云林組。巖性灰白-灰色長石砂巖、細砂巖、粉砂巖、暗灰色頁巖及褐色灰?guī)r等,夾少量火山碎屑巖;含早白堊世紐康姆期至阿普第期瓣鰓類、菊石以及鈣質(zhì)超微化石。鉆厚63～1 000 m,上覆古新世—上新世的不同時代地層。位于北港西側(cè)的WH-1井鉆厚約1 000 m下白堊統(tǒng),以深灰-黑色頁巖(厚約500 m)和砂巖為主,夾厚約87 m鮞狀灰?guī)r,見油跡。

福建陸域白堊系發(fā)育完整,下白堊統(tǒng)與下覆呈角度不整合接觸,受晚白堊世—古近紀早期的燕山Ⅲ幕運動及之后喜馬拉雅運動影響裸露地表,上部為巨厚紫紅色陸相火山巖系,自下而上為黃坑組、寨下組。上白堊統(tǒng)以麗水-政和-大浦斷裂為界分帶,西部發(fā)育赤石群(K2c),新城著名的丹霞地貌,自下而上為均口組、沙縣組、崇安組;東部火山為噴發(fā)沉積,發(fā)育石牛山組(K2sh)[注]張莉,林珍,易海,等.臺灣海峽西部與福建陸域油氣資源調(diào)查與評價成果報告[R].廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，2013。。

圖2 福建東南沿海-臺西盆地-臺灣島綜合地層對比Fig.2 Composite stratigraphic correlation along the southeast coast of Fujian-Taixi Basin-Taiwan Island

圖3 臺西盆地測線1地震地層格架及地震反射特征(測線位置見圖1)Fig.3 Seismic stratigraphic framework and seismic reflection features of the Taixi Basin seismic Line 1(seeFig.1 for the profile location)

新生代臺西盆地西部坳陷帶發(fā)育九龍江和晉江2個沉積中心,新生代地層厚度變化介于400～8 400 m;具有南、北部厚,中、西部薄特征。九龍江凹陷最大沉積厚度8 400m,東部厚、西部薄,由北西往南東方向逐漸變厚;局部受火成巖影響,地層厚度突變,最小沉積厚度小于1 400 m。晉江凹陷地層厚約1 200～7 200 m,最大沉積厚度超過7 600 m,由西往東逐漸變厚;局部受火成巖影響,地層厚度突變,最小沉積厚度小于800 m;澎北凸起新生代地層厚度較小,多介于400～1 200 m。

古新統(tǒng):在澎湖-北港隆起邊緣被揭示,稱為王功組。主要由淺海相的火山碎屑巖、頁巖、砂巖和少量灰?guī)r組成,局部夾熔巖。含有孔蟲化石(相當P4化石帶)和鈣質(zhì)超微化石(相當NP5-NP8化石帶)[13],鉆遇厚度為200～2 900 m。

圖4 臺西盆地C井及相鄰地震剖面對比綜合柱狀圖Fig.4 Composite column comparing the seismic profile of Well C in the Taixi Basin with those of adjacent areas

始新統(tǒng):在北港隆起及海峽東部坳陷的鉆井中見到,為一套伴有較多火山物質(zhì)的濱、淺海相沉積,由火山碎屑巖、頁巖、砂巖、夾基性熔巖和灰?guī)r組成,局部夾礫巖層,具有分選較好的砂巖層。在澎湖臺地周圍,可能由于火山物質(zhì)的大量增加,結(jié)果造成該區(qū)的始新統(tǒng)基本上變?yōu)榉呛Ｏ喑梢虻木藓窦t色頁巖和凝灰?guī)r沉積(雙吉組)。其中海相層含有NPl0-17帶的鈣質(zhì)超微化石[13]。鉆遇厚度為100～518 m。目前已在C井始新統(tǒng)砂巖中,鉆獲工業(yè)油氣流。

漸新統(tǒng):在區(qū)內(nèi)東部坳陷缺失漸新統(tǒng)下部,漸新統(tǒng)上部稱五指山組,其巖性為灰、灰白色厚層粗粒石英砂巖,夾薄層深灰色頁巖和煤層,部分膠結(jié)疏松的砂巖為較好的油氣儲集層,已有油氣顯示。該組含NP23-25鈣質(zhì)超微化石,厚度為143～1 200 m,與下伏始新統(tǒng)或其它老地層呈不整合接觸,其上為中新統(tǒng)整合覆蓋。

中新統(tǒng):于全區(qū)廣泛分布,鉆井揭示其為一套厚度較大的濱海-淺海相含煤碎屑巖建造,全部厚度約在2 850～7 850 m。具有明顯的3個沉積旋回,每一個沉積旋回都由下部濱海相含煤地層和上部海相碎屑巖地層組成。每一個含煤地層厚度在300～700 m,其巖性由灰白色砂巖、砂巖-粉砂巖-頁巖薄互層、炭質(zhì)頁巖組成,含有厚度在0.3～0.6 m的可采煤層1～6層;每一個海相地層一般厚度為500～700 m,主要由深灰色頁巖、粉砂巖和淺青灰色細-中粒砂巖等組成,富含海相化石。三個沉積旋回,由下而上,分別劃分為野柳群、瑞芳群、三峽群3個地層單元,是目前臺灣地區(qū)重要的3個含煤地層和油氣儲層。

上新統(tǒng):為一套海相砂、泥巖互層沉積,按巖性組合和古生物特征,可劃分為下部錦水組和上部卓蘭組,上部地層時代已延至更新世早期。

第四系:為一套海相-海陸交互相碎屑沉積,可分為中-下更新統(tǒng)、中-上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

3 成烴-成藏地質(zhì)條件

臺西盆地東部坳陷帶、西部凹陷帶和福建陸域沉積盆地具有相似的地層-沉積演化特征,它們的油氣地質(zhì)與成藏地質(zhì)條件具有一定的橫向可比性,具體分析如下。

3.1 烴源巖特征

臺西盆地存在3套烴源巖,從老到新分別為白堊系-古新統(tǒng)、始新統(tǒng)、中新統(tǒng)-上漸新統(tǒng),這3套地層都是具有一定潛能的生油巖;它們的烴源巖地球化學特征見表1。

3.1.1 中生界烴源巖特征

據(jù)臺西盆地新竹坳陷北港西萬興1井資料,下白堊統(tǒng)深灰色-黑色頁巖Ro(鏡質(zhì)體反射率)為0.626%～1.69%,表明該井揭示早白堊世頁巖處于成熟-過成熟階段;該井下白堊統(tǒng)頂界深度1 420 m[15],推測生油門限深度1 400 m。

從福建陸域中生代盆地來看,暗色泥巖分布廣泛。其中早白堊世暗色泥頁巖主要發(fā)育于閩西的坂頭組(K1b)和閩東的小溪組(K1x)。巖性以灰、灰黑色(炭質(zhì))泥巖、泥頁巖夾砂巖為主(圖5)。坂頭組為斷陷盆地湖泊相沉積,小溪組主要為山間盆地河流-湖泊相沉積。早白堊世繼承了晚侏羅世的沉積格局,但局部也有較大變化。從有機地化指標來看,TOC(有機碳含量)含量變化較大,其中煤系地層TOC介于14.06%～45.49%,平均為31.25%;暗色(炭質(zhì))泥(頁)巖TOC

介于0.01%～1.22%,平均0.68%;干酪根類型多數(shù)為Ⅲ型,少部分為Ⅱ型。Ro總體分布在2.25%～3.42%,平均為2.61%,處于過成熟演化階段。生烴潛量(S1+S2)普遍較低,介于0.02～0.23 mg/g,平均為0.09 mg/g?？傮w來看,下白堊統(tǒng)烴源巖大部分屬中等-好烴源巖類型。

3.1.2 新生界烴源巖特征

1) 古新統(tǒng)烴源巖特征

鉆井資料表明,晉江凹陷東南邊界外緣CCT-1井古新統(tǒng)王功組烴源巖產(chǎn)氣為主,厚約500 m,Ro為1.0%,已處于成熟階段,有機質(zhì)類型為Ⅲ型[11,16]。類比推測研究區(qū)古新統(tǒng)可能烴源巖有機質(zhì)也為Ⅲ型,總體評價烴源巖中等-較好。

從調(diào)查區(qū)地震剖面看,古新統(tǒng)地震反射總體呈中高頻、平行-亞平行、中-高連續(xù)、弱-中強反射地震相特征。在九龍江和晉江凹陷中央局部出現(xiàn)的中低頻、亞平行、中連續(xù)、中-弱反射(圖3),推測其可能為湖相泥巖或粉砂質(zhì)泥巖,這類泥巖較純,應(yīng)被視為較好烴源巖。

表1 臺灣島及臺西盆地烴源巖地化特征統(tǒng)計Table 1 Statistics of source rock geochemical features for Taiwan Island and Taixi Basin

注:TOC數(shù)據(jù)為最大值-最小值(平均值)

圖5 福建永安吉圖山下白堊統(tǒng)暗色泥頁巖Fig.5 Dark shale of the Lower Cretaceous in Yong’anjitu,Fujian provincea.野外露頭全景照片;b.局部放大照片

2) 始新統(tǒng)烴源巖特征

九龍江凹陷南部的C和D井烴源巖有機地化評估指標表明(圖6),始新統(tǒng)泥巖TOC為0.07%～7.9%,變化范圍較大;其中2 100～2 500 m深度TOC為2.11%～7.90%,S2為8.13～24.92 mg/g,Ro為0.46%～0.59%,生產(chǎn)指數(shù)(PI)為0.02～0.08。根據(jù)HI(氫指數(shù))與Tmax(熱解峰溫)圖版投點可以看出,該烴源巖以產(chǎn)油為主(圖7)。在地震剖面上,始新統(tǒng)最大厚度超過古新統(tǒng),底部為中振幅較連續(xù)地震反射,可能是本區(qū)重要的生油巖之一。

3.2 儲層

3.2.1 中生界儲集條件

福建中生代主要為碎屑巖沉積(包括火山巖碎屑),因此,儲層性能判別主要依據(jù)油氣儲層評價方法(SY/T 6285—2011)中碎屑巖孔滲類型劃分標準(表2)。

福建中生代各類巖石(主要為碎屑巖)的孔隙度都很低,多為超低孔(<5%),個別為特低孔或低孔。從滲透率看,多數(shù)為超低滲,少數(shù)為特低滲,個別達到中滲。

下白堊統(tǒng)坂頭組中段砂巖為湖相薄-中層細砂巖,厚度穩(wěn)定,磨圓度、分選性良好,以鐵、泥質(zhì)膠結(jié)為主,平均有效孔隙度4.082%,平均滲透率1.333×10-3μm2,油氣顯示普遍良好,可作為良好孔隙型儲油層。下段砂巖層、砂礫巖層與泥巖成互層出現(xiàn),系河流相砂礫巖,磨圓度中等,分選差,有效孔隙度5.626%,滲透率0.189×10-3μm2,油氣顯示良好,可作為良好儲油層。

3.2.2 新生界儲集條件

1) 古新統(tǒng)儲層特征

調(diào)查區(qū)古新統(tǒng)主要為湖相沉積,儲集層以斜坡扇、沖積扇和滑塌體為主。

斜坡扇類型儲集體主要發(fā)育在九龍江凹陷和晉江凹陷邊緣斜坡,具有較明顯雙向下超特征(圖8),局部被斷層切穿。該類儲集體通常距烴源巖較近,在斷層溝通的情況下,油氣容易向砂體內(nèi)輸送和聚集;而在隆起邊緣,由于斷層作用,在斷層上下兩盤活動過程中,地層發(fā)生滑塌變形,下降盤常見滑塌體發(fā)育,剖面為斷續(xù)、雜亂反射、前積終止特征。該類儲集體緊鄰斷層,有著良好的油氣運移條件,油氣易向此儲集體內(nèi)輸送。

圖6 臺西盆地C井與D井烴源巖地化指標對比(據(jù)文獻[14]修改)Fig.6 Geochemistry comparison diagram between sources rock samples from Well C and Well D in Taixi Basin(modified from reference[14])

圖7 臺西盆地C井有機質(zhì)類型及成熟度HI與Tmax 關(guān)系(據(jù)文獻[11]修改)Fig.7 Relationship of organic matter types and maturity HI with Tmax of Well C in Taixi Basin(modified from reference[11])

在斷陷盆地陡坡帶,當物緣供給充足時,在凹陷底部容易形成沖積扇,剖面上看,扇根和扇端反射特征類似,主要為空白、雜亂反射,扇中呈亞平行或發(fā)散狀反射,該類儲集體靠近經(jīng)緩坡帶搬運而來的前三角洲泥巖,在斷層的溝通下,油氣可向儲集體內(nèi)部輸送。在渤海灣盆地東營凹陷中常發(fā)育此種類型的儲集層。

表2 碎屑巖儲層孔隙度、滲透率類型劃分Table 2 Category classification of porosity and permeability forclastic reservoirs in Taixi Basin

2) 始新統(tǒng)儲層特征

鉆井揭示,調(diào)查區(qū)始新統(tǒng)儲層為中孔低滲儲層。主要為三角洲砂體、濱岸砂壩以及隆起區(qū)周緣的斜坡扇等儲集體。此外,三角洲朵體內(nèi)的水道砂巖亦可作為儲集層(圖9)。這類儲集體受斷層及構(gòu)造活動的改造,在剖面上常呈現(xiàn)被斷層切斷的透鏡狀形態(tài)。

3.3 生儲蓋組合特征

臺西盆地古新統(tǒng)泥巖TOC為1.26%～1.52%,Ro為0.6%～1.0%,已處于成熟階段[16];始新統(tǒng)泥巖TOC為0.07%～7.9%,變化范圍較大,其中2 100～2 500 m深度TOC為2.11%～7.90%,S2為8.13～24.92 mg/g,Ro為0.46%～0.70%,生產(chǎn)指數(shù)(PI)為0.02～0.08[15]。因此,具備了形成良好烴源巖的物質(zhì)條件。古新統(tǒng)和始新統(tǒng)砂巖孔隙度可達10%以上[11],巖性主要為巖屑砂巖,與上覆泥巖可形成有效的儲蓋組合。九龍江凹陷為東斷西超、東深西淺的典型箕狀斷陷結(jié)構(gòu),其古近系可能存在以古新統(tǒng)、始新統(tǒng)湖相泥巖為烴源巖或蓋層,扇三角洲或濁積砂巖為儲層的下生上儲或自生自儲的油氣成藏模式,這類成藏組合在北部灣盆地、瓊東南盆地和珠江口盆地均有發(fā)育[16]。

圖8 九龍江凹陷斜坡扇儲集體地震反射特征Fig.8 Seismic reflection signatures of slope fan reservoirs in Jiulongjiang Sag

圖9 九龍江凹陷水道砂巖儲集體地震反射特征Fig.9 Seismic reflection signatures of channel sandstone reservoirs in Jiulongjiang Sag

4 臺西盆地油氣勘探遠景預測評價

4.1 油氣成藏模式預測

臺灣海峽盆地晉江凹陷主力烴源巖主要為古新統(tǒng)的湖相烴源巖,其成熟度較高;始新統(tǒng)的海灣相烴源巖由于未達到成熟階段,可作為次要烴源巖。儲層集中在始新統(tǒng),類型以三角洲及水下扇最優(yōu)。油氣藏以斷塊油氣藏及斷背斜油氣藏為主,其次為不整合遮擋油氣藏，油氣分布受構(gòu)造擠壓影響較大。油氣藏主要受巖性(砂體)、背斜和斷層所控制,其次為地層不整合控制。凹陷斷層發(fā)育,斷層為主要的油氣運移通道,生成的油氣沿斷裂、砂體、不整合面運移至西與斷裂相關(guān)的斷背斜、斷塊圈閉和不整合圈閉中聚集成藏(圖10)。

九龍江凹陷C井始新統(tǒng)地層見油氣顯示，主要儲集層在始新統(tǒng),類型以三角洲及水下扇為主。主力烴源巖主要為古新統(tǒng)的湖相烴源巖以及下始新統(tǒng)的海灣相烴源巖,中始新統(tǒng)Ro為0.5%～0.7%,為低成熟-成熟階段,可作為次要烴源巖。儲層集中油氣藏以斷塊油氣藏為主,其次為不整合遮擋油氣藏及斷背斜油氣藏。油氣分布受構(gòu)造擠壓影響較大，油氣藏受斷層和背斜所控制,其次為地層不整合控制。凹陷斷層發(fā)育,斷層為主要的油氣運移通道,生成的油氣沿斷裂、砂體、不整合面運移至凹陷西部斜坡帶與斷裂相關(guān)的斷背斜、斷塊圈閉和不整合圈閉中聚集成藏。

4.2 油氣資源評價

根據(jù)潛在烴源巖分布狀況、有利儲層分布范圍、油氣成藏預測與盆地數(shù)值模擬,認為晉江凹陷東南部和九龍江凹陷東南部(圖11),緊鄰生烴中心,古新世—始新世,該區(qū)為半深湖相帶,發(fā)育古新統(tǒng)和始新統(tǒng)兩套烴源巖,且始新統(tǒng)烴源巖現(xiàn)今埋深超過生油門限(深度2 150 m);中新世,該區(qū)烴源巖已處于生排烴高峰。區(qū)內(nèi)河道砂體、三角洲砂體、深水扇和近岸水下扇等有利儲集體較為發(fā)育,且局部構(gòu)造發(fā)育,面積較大;廣泛存在的斷層和區(qū)域性不整合界面為油氣的垂向和側(cè)向運移提供了良好的通道;新近系廣泛發(fā)育的濱淺海相泥巖可作為良好區(qū)域蓋層?？傮w上,區(qū)內(nèi)生儲蓋匹配關(guān)系良好,該區(qū)為臺灣海峽盆地西部坳陷進一步勘探的最有利地區(qū)。

5 結(jié)論

1) 臺西盆地主要發(fā)育白堊系、古新統(tǒng)、始新統(tǒng)和中新統(tǒng)-第四系,中生界主要出現(xiàn)在臺西盆地東部坳陷;新生界在盆地均有發(fā)育,厚度變化在400～8 400 m,具有東厚西薄的特征,最大沉積中心位于九龍江凹陷,厚度超過8 400 m。總體上經(jīng)歷了古新世-始新世湖相和中新世-第四紀海相的沉積環(huán)境演變過程。

圖10 九龍江凹陷油氣成藏模式(測線位置見圖1)Fig.10 Prediction for the hydrocarbon accumulation pattern of Jiulongjiang Sag(seeFig.1 for profile location)

2) 臺西盆地主要發(fā)育下白堊統(tǒng)、古新統(tǒng)和始新統(tǒng)3套烴源巖。儲層類型以碎屑巖為主,古近系主要發(fā)育湖相、三角洲、水下扇和河道砂體等多種類型的儲集體。始新統(tǒng)泥巖以及中新世以來的海相泥巖構(gòu)成了調(diào)查區(qū)良好的區(qū)域性蓋層。

3) 預測了臺西盆地潛在油氣成藏模式,認為晉江凹陷東南部和九龍江凹陷東南部是油氣有利分布區(qū)域。

致謝:感謝中國地質(zhì)調(diào)查局研究項目海洋保障工程專項GZH002-25;科技部2017FY201407課題,國家基金委員會41872114項目資助;感謝廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局資料支持,感謝福建省地礦局在野外露頭調(diào)查時的大力支持。