東海盆地X凹陷天然氣成藏條件與成藏模式*

張迎朝 胡森清 劉金水 陳忠云 蔣一鳴 鄒 瑋 刁 慧

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司 上海 200335)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東海盆地位于歐亞板塊東緣，其成盆演化與太平洋板塊俯沖、板塊間碰撞擠壓相關(guān)[1-11]。東海盆地西鄰浙閩隆起，自西向東為西部坳陷、釣魚島隆起和東部坳陷(圖1)。X凹陷位于東海盆地西部坳陷，呈北北東向展布，面積為5.9×104km2，凹陷內(nèi)自西向東發(fā)育一系列擠壓背斜。X凹陷新生代經(jīng)歷了古新世—始新世斷陷階段、漸新世—中中新世斷拗階段及晚中新世—第四紀(jì)拗陷階段三個(gè)構(gòu)造演化階段。古新世—始新世斷陷階段，盆地內(nèi)的邊界大斷裂控制了盆地形態(tài)和沉積充填，其中始新世平湖期是X凹陷主力烴源巖發(fā)育期，主要發(fā)育障壁濱岸沉積體系，以凹陷東部邊界斷裂上升盤釣魚島隆起為障壁島，其西側(cè)向凹陷方向發(fā)育潮坪、潟湖沉積，凹陷邊緣—西部斜坡帶以三角洲、潮坪沉積為主(圖2)，發(fā)育的烴源巖以Ⅲ型干酪根為主、部分Ⅱ2型干酪根，生氣為主；漸新世—中中新世斷拗階段，主要發(fā)育河流、三角洲及湖泊沉積體系[12-13]，發(fā)育了漸新統(tǒng)花港組區(qū)域性儲(chǔ)蓋組合，為X凹陷主力成藏組合、勘探開(kāi)發(fā)層系；晚中新世—第四紀(jì)拗陷階段，X凹陷主要發(fā)育濱淺海沉積。

圖1 東海盆地X凹陷構(gòu)造區(qū)劃及地層柱狀圖

2 天然氣成藏條件

2.1 烴源巖發(fā)育特征

古新世—始新世斷陷階段，始新世平湖期X凹陷呈“東斷西超”的構(gòu)造樣式，發(fā)育有障壁濱岸沉積體系(圖2)。始新統(tǒng)平湖組煤、炭質(zhì)泥巖和暗色泥巖為東海盆地X凹陷主力烴源巖。平湖組烴源巖以Ⅲ型干酪根為主、部分Ⅱ2型干酪根(圖3)，以生氣為主。相對(duì)于Ⅰ型、Ⅱ1型干酪根的湖相烴源巖，X凹陷平湖組烴源巖元素組成屬于“富氧貧氫”型，具有“生氣較晚、產(chǎn)烴率偏低”的生烴特點(diǎn)。

圖2 X凹陷始新世平湖期有障壁濱岸沉積體系

圖3 X凹陷始新統(tǒng)平湖組烴源巖干酪根類型

凹中擠壓背斜帶Y氣田測(cè)試產(chǎn)出凝析油與Y31-2井平湖組烴源巖對(duì)比分析表明,飽和烴均具有C27規(guī)則甾烷優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明凹中擠壓背斜帶平湖組烴源巖含有一定量的低等水生生物母質(zhì)來(lái)源；凝析油、烴源巖姥植比Pr/Ph分布在2.35～3.15(圖4)，中等偏低，反映了烴源巖沉積時(shí)弱還原—弱氧化的古環(huán)境特征，與前述凹中擠壓背斜帶潮坪、潟湖沉積相吻合；凹中擠壓背斜帶暗色泥巖較發(fā)育，煤層少，煤系烴源巖少量發(fā)育，呈現(xiàn)從斜坡帶到凹中擠壓背斜帶煤系烴源巖逐漸減少趨勢(shì)。同時(shí)，Y氣田天然氣甲烷碳同位素明顯偏重，分布在-27.7‰～-30.9‰，表明天然氣主要來(lái)自凹中高成熟烴源巖。

X凹陷邊緣—西部斜坡帶平湖組以三角洲、潮坪沉積為主(圖2)，煤層較發(fā)育，為一套煤系烴源巖。西部斜坡帶Y25-3油氣田平湖組的烴源巖生物標(biāo)志物具有C29規(guī)則甾烷優(yōu)勢(shì)，不同于凹中擠壓背斜帶C27規(guī)則甾烷優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明其平湖組烴源巖主要為高等植物母質(zhì)來(lái)源；同時(shí)，西部斜坡帶烴源巖姥植比Pr/Ph普遍大于7(圖4)，反映了沉積時(shí)偏氧化的古環(huán)境，與前述西部斜坡帶三角洲、潮坪沉積相吻合；西部斜坡帶天然氣甲烷碳同位素分布在-42.49‰～-35.51‰，表明天然氣成熟度低于凹中擠壓背斜帶，其油氣主要來(lái)自西部斜坡帶成熟—高成熟的平湖組烴源巖。

圖4 X凹陷凝析油、平湖組烴源巖飽和烴甾、萜烷及姥植比特征圖

綜上所述，X凹陷平湖組發(fā)育兩類烴源巖：一類是凹中擠壓背斜帶弱還原—弱氧化環(huán)境、含一定低等水生生物母質(zhì)來(lái)源的潮坪—潟湖相暗色泥巖烴源巖；另一類是西部斜坡帶偏氧化環(huán)境、以高等植物母質(zhì)來(lái)源為主的三角洲—潮坪相煤系烴源巖。

2.2 花港組與平湖組儲(chǔ)蓋組合

漸新統(tǒng)花港組發(fā)育X凹陷區(qū)域性儲(chǔ)蓋組合，是油氣勘探開(kāi)發(fā)的主力層系；始新統(tǒng)平湖組發(fā)育西部斜坡帶潮坪環(huán)境下的局部?jī)?chǔ)蓋組合。

古水深研究表明，漸新世花港組沉積早期是X凹陷新生代古水深最小的時(shí)期[13]，凹陷區(qū)具有“軸向凹槽”的大型河流—湖泊沉積古地貌特征(圖5)。鋯石年譜、重礦物和電成像測(cè)井古水流信息等綜合分析認(rèn)為(表1、圖6、7)，北部虎皮礁隆起是X凹陷花港組下段的主物源區(qū)，風(fēng)化剝蝕的前寒武系碎屑物質(zhì)從北向南沿凹陷軸向搬運(yùn)、沉積卸載，形成了凹中擠壓背斜帶巨厚的河流、三角洲沉積[14]，凹陷東、西兩側(cè)輔以西部海礁隆起、東部釣魚島隆起多點(diǎn)物源扇三角洲沉積。在凹中擠壓背斜帶，花港組軸向、巨厚辮狀河—曲流河砂巖及三角洲砂巖為大中型氣田的形成提供了優(yōu)越的儲(chǔ)集條件，凹中擠壓背斜帶Y氣田花港組巨厚河流—三角洲砂巖儲(chǔ)層測(cè)試獲超百萬(wàn)方高產(chǎn)氣流。漸新世花港組沉積晚期，X凹陷受海侵影響，古水深加深，花港組上段砂地比顯著降低，為區(qū)域性蓋層。因此，漸新統(tǒng)花港組發(fā)育區(qū)域性儲(chǔ)蓋組合，是X凹陷油氣勘探開(kāi)發(fā)的主力層系(圖8)。

圖5 X凹陷花港組上段古地貌特征

圖6 X凹陷基底地質(zhì)圖

表1 X凹陷花港組上段氣組不同物源占比統(tǒng)計(jì)表

西部斜坡帶始新統(tǒng)平湖組發(fā)育緩坡—淺水背景的三角洲—潮坪沉積體系，儲(chǔ)層橫向變化大，砂地比30%～40%，單砂層厚度小于30 m，巖性組合以細(xì)砂巖、泥巖夾薄煤層為主。平湖組沉積早期、晚期相對(duì)富砂，發(fā)育西部海礁隆起點(diǎn)物源扇三角洲儲(chǔ)層及沖越扇儲(chǔ)層(Y19-6-1井、B-A8井區(qū))；平湖組沉積中期富泥，發(fā)育潮坪環(huán)境下的潮汐水道、潮汐砂壩等局部?jī)?chǔ)層(圖8)。

圖7 X凹陷花港組上段鋯石特征圖

圖8 X凹陷沉積相連井剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)

2.3 圈閉形成與油氣運(yùn)移

中中新世龍井運(yùn)動(dòng)(13 Ma)對(duì)圈閉形成、油氣運(yùn)移起了重要的控制作用。在板塊俯沖、島-弧碰撞構(gòu)造體制下，菲律賓海板塊嵌入東海盆地，X凹陷區(qū)以擠壓構(gòu)造作用為主，凹陷內(nèi)自東向西，擠壓構(gòu)造幅度和斷裂斷達(dá)高度具有依次遞減的規(guī)律性變化特征，控制了凹中擠壓背斜帶大批擠壓背斜圈閉和溝源斷裂的形成(圖9)，形成Y氣田和Y31-1等一批含氣構(gòu)造[15]。

圖9 X凹陷龍井運(yùn)動(dòng)期活化通源斷裂和擠壓背斜圈閉剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)

中中新世龍井運(yùn)動(dòng)除了控制凹中擠壓背斜帶大批背斜圈閉和溝源斷裂的形成外，還重塑了X凹陷的流體勢(shì)格局。龍井運(yùn)動(dòng)擠壓作用前，X凹陷內(nèi)流體為從中心向邊緣的壓實(shí)流；龍井運(yùn)動(dòng)擠壓作用后，在凹中擠壓背斜帶形成了大批背斜圈閉，發(fā)育了大量溝源斷裂，同時(shí)，凹中擠壓背斜帶流體勢(shì)由擠壓作用前橫向運(yùn)移的壓實(shí)流轉(zhuǎn)變?yōu)檠販显磾嗔汛瓜蜻\(yùn)移的縱向流，西部斜坡帶油氣流體在烴源巖內(nèi)超壓驅(qū)動(dòng)下短距離側(cè)向運(yùn)移。因此，X凹陷凹中擠壓背斜帶以油氣垂向運(yùn)移為流體勢(shì)降落的優(yōu)勢(shì)方向，西部斜坡帶油氣在超壓驅(qū)動(dòng)下，短距離側(cè)向運(yùn)移成藏。

3 天然氣成藏模式

通過(guò)烴源巖、儲(chǔ)層、圈閉及運(yùn)移等要素剖析，總結(jié)了X凹陷中西部?jī)煞N天然氣成藏模式，指導(dǎo)了天然氣勘探實(shí)踐。

3.1 凹中擠壓背斜帶花港組擠壓背斜“整裝”天然氣成藏模式

以凹中擠壓背斜帶始新統(tǒng)平湖組高成熟潮坪—潟湖相泥巖為主力烴源巖，生烴母質(zhì)以腐殖型為主且含一定低等水生生物來(lái)源，前平湖組也是一套次要烴源巖；以漸新統(tǒng)花港組沿凹陷軸向分布的多期巨厚河流、三角洲砂巖為優(yōu)質(zhì)大型儲(chǔ)集體；中中新世龍井運(yùn)動(dòng)時(shí)期(13 Ma)，在太平洋板塊俯沖、島-弧碰撞構(gòu)造背景下，菲律賓海板塊嵌入東海盆地，X凹陷區(qū)呈現(xiàn)典型的擠壓構(gòu)造響應(yīng)，凹中擠壓背斜帶漸新統(tǒng)花港組形成了大批擠壓背斜圈閉[16，17]，同時(shí)也發(fā)育了溝通深部烴源巖和擠壓背斜圈閉的斷裂，深部異常超壓平湖組烴源巖生成的高成熟天然氣沿?cái)嗔汛瓜蜻\(yùn)移，優(yōu)勢(shì)匯聚于以巨厚河流、三角洲砂巖為儲(chǔ)層的花港組下段大型背斜圈閉，形成了規(guī)模大、產(chǎn)能高的氣田，如凹中擠壓背斜帶Y、Z氣田。凹中擠壓背斜帶“平湖組主力烴源巖、花港組大型儲(chǔ)集體、花港組大背斜圈閉及優(yōu)勢(shì)垂向運(yùn)移”的四元時(shí)空耦合控制天然氣成藏，為凹中花港組擠壓背斜“整裝”天然氣成藏模式(圖10)。

3.2 西部斜坡帶平湖組“縱向疊置、橫向連片”天然氣成藏模式

以西部斜坡帶始新世平湖期三角洲—潮坪相、成熟—高成熟、腐殖型母質(zhì)為主的煤系地層為主力烴源巖；西部斜坡帶始新統(tǒng)平湖組內(nèi)還發(fā)育潮汐水道砂、潮汐砂壩儲(chǔ)集體，且西部斜坡帶地溫梯度低(約3.0 ℃/100 m)，低地溫場(chǎng)使西部斜坡帶有效儲(chǔ)層下限較凹中擠壓背斜帶深500 m以上，儲(chǔ)集物性良好、產(chǎn)能高；X凹陷西部斜坡帶平湖組砂地比低，加之?dāng)嗔押蛿嗔哑抡郯l(fā)育，平湖組內(nèi)潮汐水道砂、潮汐砂壩易于形成構(gòu)造-巖性圈閉，西部斜坡帶展示出“縱向疊置、橫向連片”構(gòu)造-巖性氣藏滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)、增儲(chǔ)上產(chǎn)的良好潛力。西部斜坡帶“順坡斷階區(qū)”是油氣運(yùn)移的“高速路”，一方面，順坡斷裂有利于接力凹陷中生成的油氣沿順坡斷裂爬升；另一方面，無(wú)論平湖組上段點(diǎn)物源扇三角洲砂體，還是平湖組中下段潮汐水道砂、潮汐砂壩砂體，都能借助順向斷階向凹陷方向延伸更遠(yuǎn)，有利于抽吸凹陷中生成的油氣，P油氣田周邊、T氣田北、B氣田東和K氣田周邊是西部斜坡帶的四大順坡斷階天然氣運(yùn)移指向區(qū)。以上認(rèn)識(shí)，有力指導(dǎo)了西部斜坡帶X13-7天然氣勘探新發(fā)現(xiàn)與拓展評(píng)價(jià)、X13-4E和X14-5的勘探評(píng)價(jià)以及B氣田東和T氣田北等下步勘探部署?！捌胶M組烴源巖，潮汐水道砂和潮汐砂壩儲(chǔ)集體，構(gòu)造-巖性圈閉及斜坡帶短距離側(cè)向運(yùn)移”的四元時(shí)空耦合控制天然氣成藏，為斜坡帶平湖組“縱向疊置、橫向連片”天然氣成藏模式(圖10)。目前X凹陷西部斜坡帶已發(fā)現(xiàn)了6個(gè)油氣田，展示了良好的勘探開(kāi)發(fā)成效。

圖10 X凹陷兩種油氣成藏模式(剖面位置見(jiàn)圖1)

4 結(jié)論

1) “烴源巖、儲(chǔ)層、圈閉、運(yùn)移”的四元時(shí)空耦合控制東海盆地X凹陷天然氣成藏。X凹陷中西部存在凹中“整裝”天然氣垂向優(yōu)勢(shì)運(yùn)移匯聚、背斜-巖性圈閉聚集成藏模式和斜坡超壓驅(qū)動(dòng)、斜坡近距離側(cè)向運(yùn)移匯聚、烴源巖內(nèi)構(gòu)造-巖性圈閉聚集成藏模式。

2) X凹陷中西部天然氣主要富集于凹中漸新統(tǒng)花港組擠壓背斜帶、西部斜坡帶始新統(tǒng)平湖組構(gòu)造-巖性圈閉帶。這兩個(gè)領(lǐng)域是X凹陷中西部油氣勘探主要方向。