海洋石油  2016, Vol. 36 Issue (3): 13-19
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西湖凹陷迎翠轩地区古新统沉积相及成藏条件探讨[PDF全文]
陈琳琳, 高月华, 李昆, 黄龙泽, 周静毅     
中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院, 上海 200120
摘 要: 东海陆架盆地西湖凹陷保俶斜坡北部迎翠轩地区古新统将成为深层勘探新领域,由于目前尚无直接的钻井资料,从地震资料出发,从构造控相角度并结合“再沉积化石群落”资料推测了该地区古新统沉积环境和三个主要相区:(1)凸起前缘冲积扇裙;(2)下切谷相区;(3)滨外浅滩相区;在此基础上既探讨了古新统成藏组合中烃源岩,成熟窗口以及有利圈闭;也提出两点不利因素,即高位断阶不利于油气藏封堵和古新统成藏组合的断裂活动期与成藏期之间的配置问题。综合有利和不利因素,探讨了古新统勘探新领域的成藏条件及勘探方向。
关键词成藏条件     沉积相     古新统     迎翠轩     西湖凹陷    
Discussion on Sedimentary Facies and Hydrocarbon Accumulation Conditions of Paleocene in Yingcuixuan Area, Xihu Sag
CHEN Linlin, GAO Yuehua, LI Kun, HUANG Longze, ZHOU Jingyi     
Institute of Exploration and Development, SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China
Abstract: The Paleocene in Yingcuixuan area of northern Baochu Slope will become a new field of deep exploration in Xihu Sag of East China Sea shelf basin. Due to the lack of drilling data, the authors infer the sedimentary environment and facies zones in Paleocene period based on the study of seismic data, relationship of sedimentary facies and tectonic setting, as well as the data of redeposited fossil communities. Three dominant facies zones are recognized and they are: (1) the alluvial fans along uplift front; (2) the incised valley facies zones; (3) the offshore shoal facies zone. Then the authors discuss the source rocks, the hydrocarbon generating window and trap conditions in the Paleocene plays. Meanwhile, two unfavorable factors i.e. the high risk of lateral sealing ability in the high part of the fault terrace and the match of fault activity period with hydrocarbon migration are pointed out. Taking into consideration of both the favorable and unfavorable factors, the authors summarize the reservoir forming conditions in the Paleocene plays in the study area and propose the exploration direction.
Keywords: Reservoir forming conditions     sedimentary facies     Paleocene     Yingcuixuan     Xihu Sag    

迎翠轩工区位于东海陆架盆地西湖凹陷的保俶斜坡北部(图 1),目前现有一口钻井J-1已完整揭示渐新统及以上地层。因此,迎翠轩工区已经落实的重要界面有:T20(中新统顶面)、 T24(渐新统顶面)、 T30(始新统顶面)。而始新统内部平湖组与宝石组分界面T34、古新统顶面T40以及基底面Tg尚未钻井证实。从地震资料分析,迎翠轩工区有可能在西湖凹陷首先进入深层古新统勘探阶段,这将成为西湖凹陷新的勘探领域。

图 1 西湖凹陷迎翠轩工区位置图

迎翠轩工区古新统埋深一般在3 000 m之下(图 2a),迎翠轩构造T40埋深3 200 m,吉庆构造T40埋深3 950 m,净寺构造T40埋深达到5 900 m。工区内地震资料所解释的古新统厚度在2 000~5 000 m之间(图 2b),向凹陷内部地层加厚。

图 2 迎翠轩工区古新统埋深情况及三维测线位置(a),工区内古新统厚度分布(b)

1 古新世盆地结构

从二维测线解释成果看(图 3图 4),T30、 T34、 T40、 Tg界面勾画出现今地层形态,虽然有后期挤压作用造成的形变,但断裂的断点清晰,地震界面相位追踪可靠,因此,T30之下的盆地结构解释可信。

图 3 西湖凹陷二维地震测线D706-2层序地层学解释

图 4 西湖凹陷二维地震测线D696-4层序地层学解释

古新统~宝石组发育在断陷结构中(地震界面T34~Tg),这与整个西湖凹陷的地质结构特征相同。

平湖组发育在断转坳盆地结构中(地震界面T30~T34),不仅区域认识如此,本地区断裂活动也具有这一特色。

而古新世断裂活动将盆地割据成地堑地垒复合结构,这样的地质结构使古新世沉积环境复杂化,既有边缘凸起控制,也存在盆地内部地垒高地对沉积相带的控制作用。

2 构造控相探讨

三维地震T30拉平的典型剖面(图 5)揭示古新统盆地工区内半地堑结构更为清晰,根据工区内断裂发育特点,可以看出整体的半地堑特征中,西侧斜坡由一系列NNE走向NEE倾向的张性断裂断阶带构成,而东侧为简单的地垒格局。构造控相体现在凸起和断裂两方面:

(T30拉平时间剖面,测线位置见图 2a 图 5 迎翠轩工区三维地震解释

(1)凸起

迎翠轩工区古新世凸起有两种类型,海礁凸起作为盆地边界古隆起,在古新统盆地各个低位域时期提供粗碎屑;而早期拉张形成的同期“地垒”构造则形成了洼内凸起,作为浅水高能带控制了砂体相对富集的岩相带。

(2)断裂

迎翠轩工区内断裂呈北东向展布,断鼻、断块发育,而T40构造图(图 2)表明古近纪凹陷结构为断陷特征。这些NNE向张性断裂发生于凹陷形成初期,是斜坡带主要的断裂系统,具有活动时期早、规模大、控制地层的沉积作用与局部构造的形成及分布等特点。而少数NWW倾向的断裂揭示了古新统沉积时期存在的地堑地垒复合结构,正是这样的NWW倾向的断裂构成了迎翠轩工区古新世半地堑结构的充填空间。

3 岩相概念模型

岩相模型是石油地质条件判断的基础,岩相决定了砂泥岩地层结构,埋深决定了成岩及物性,分布决定了生储盖配置。构造控相的探讨以及区域资料研究有助于岩相整体格局以及大相环境的认识。

(1)由于西侧断阶带背靠海礁凸起,因此,碎屑供给充足的背景下,低位域时期必然发育由多级断阶带控制的下盘冲积扇,而东侧地垒为水中或水下凸起,形成砂体富集的浅水高能岩相组合带。

(2)古构造只能推演碎屑分布格局,而大环境属于陆相还是海相则需要在区域背景中判断。

西湖凹陷平湖组、花港组、龙井组存在古新统“再沉积化石”群落[1],在PH3井花港组2 768 m已发现古新世钙质超微Fasciculithus等少量标本,这些超微化石在TWT1井平湖组3 863.5 m也有发现;而TWT1井龙井组1 835~1 958 m还发现大量古新世超微Heliolithus kleinpelliH.rieeleli

另据同属于东海陆架盆地西南部的瓯江凹陷资料,古新统(石门潭组二段,灵峰组)为海相环境,海相古生物属种丰富。

因此,可以推测位于东海陆架盆地东北部的西湖凹陷古新世为海相沉积环境。

综合上述两要点,可以推演迎翠轩工区古新世障壁海岸相沉积模式特点如下:

迎翠轩工区岩相特征可分出三个相区:

(1)海礁凸起控制了凸起前缘冲积扇裙;这一相区(图 6,L11050)地震相杂乱反射前积结构,反射弱、不连续,断裂控相,粗碎屑沉积体边界明显。

图 6 迎翠轩工区主要相区地震相特征

(2)海礁凸起与虎皮礁凸起之间是西湖凹陷与长江凹陷之间的通道,而古新世长江凹陷也受到海侵影响,因此,这一通道地区可视为下切谷相区。这一相区(图 6,L12000左侧,L11710左侧)地震相呈杂乱-楔状反射前积结构,近断裂反射杂乱,连续性较差,向洼内连续性明显变好。沉积体向洼内楔形减薄,厚度分布反映了同生断裂影响。

(3)地垒构造形成了滨外浅滩,主要发育滨外障壁砂坝,潮道以及潮口三角洲等微相。这一相区(图 6,L12000右侧,L11710右侧)地震相断裂控相明显,侧向上楔状前积反射结构、垂向上有向上增强反射结构的迹象,连续性较差振幅较弱。

而一系列三维测线层序地层学解释刻画了古新统内部层序特征及空间变化。L11050测线揭示了海礁凸起前缘地区同生断裂强烈控制粗碎屑分布的情况。巨大的断距形成西断东倾格局,每一个断阶的下降盘发育巨厚冲积扇体,间夹着海进域泥岩,高位域发育砂体透镜体,是潮汐改造的结果。

L11460测线表明西倾反向断裂形成的地垒形成了东倾西断的半地堑沉积格局。古新统巨厚,内部层序结构分明,上超、下超等终止关系清晰,反映出海平面升降对盆地充填的控相机制。

L11710,L11720测线表明海礁凸起影响已经趋向“缓坡”,同生断裂活动减弱,底部(Tg)粗碎屑分布很广,但中上古新统内低位域冲积扇活动明显减弱。

L12000,L12140测线出现了下切谷相区的复杂断裂关系,出现局部反向断裂。

迎翠轩工区古新统岩相特征还可以借鉴瓯江凹陷同期地层之认识[2]。可以推测,由海礁凸起控制的断阶带上,每套层序由低位域滨岸冲积扇,或潮汐改造的砂砾质滨滩构成,海进域、高位域发育潮间泻湖或沼泽,因此每个层序都具有垂向正韵律特征,底部砂砾岩成熟度低,不稳定碎屑增多使深层物性改造可能性增多,潮汐改造使砂砾岩分布受海岸和断裂控制,而海进域和高位域泥岩多深灰至黑色,沉积地化环境偏还原,粉砂岩泥岩互层中发育波状层理、透镜状层理。而滨外地垒构造带控制的浅水沙滩则砂岩成分成熟度较高,板状层理发育,由多套潮道层序叠加而成,中粗砂岩中常含菱角状黑色泥岩,是泻湖泥岩再沉积碎屑。

因此,从构造控相观点出发,结合T40~Tg层间均方根振幅资料,推测古新统沉积模式如图 7所示,图中突出三个相区:(1)海礁凸起控制作用形成凸起前缘冲积扇裙;(2)下切谷相区中同生断裂控制着下盘沿岸分布的低位域冲积扇;(3)盆内地垒结构控制了滨外浅滩富砂岩相带。

图 7 迎翠轩工区古新统障壁海岸沉积模式图(左图为层间均方根振幅)

4 成藏要素分析

基础地质决定石油地质,石油地质条件控制成藏。迎翠轩古新统成藏潜力和油气藏分布的有利因素有:

(1)烃源岩及成熟窗口

虽然,目前迎翠轩地区缺少古新统烃源岩直接证据探讨资源潜力、成熟度、热演化等问题,但从区域资料看,位于西湖凹陷西南方向的相邻凹陷瓯江凹陷已揭示古新世近海断陷盆地有障壁海岸含煤碎屑充填,古新世中期为海进最强时期,瓯江凹陷钻井揭示了古新统底部两米厚的生物灰岩,而古新世末海平面震荡下降,发育了含煤砂泥岩。这一地层特征对具有相似断陷结构、相同海相背景的西湖凹陷而言,具有类比价值。因此,可以推测迎翠轩工区内亦存在海相暗色泥岩以及滨海沼泽相煤系地层可作为烃源岩,而烃源岩在层序格架中集中发育在海进体系域以及高位体系域内。

瓯江凹陷烃源岩具有近岸浅水的岩相特点,如:明月峰组为滨海沼泽相含煤沉积(埋深1 500~2 500 m,晚古新世-早始新世)烃源岩评价:中-好,灵峰组虽属浅海相(埋深2 200~3 000 m,中古新世~晚古新世),却富含陆源高等植物,有机质丰度一般。因此,迎翠轩古新统烃源岩品质固然需要钻井确认,但瓯江凹陷的特点亦可以借鉴。

回顾前人研究,早在1989年即已关注了西湖凹陷平湖组混有深源干气的问题[3]。西湖凹陷平湖构造带某深井中各层天然气的C2+组分为11.09%~15.6%,属于湿气范畴,但各层天然气的甲烷碳同位素比值皆为-37‰左右(表 1),但CO2含量不高,显然不是煤层气,因此,蒋俊等人认为系“深层干气”与平湖组原油伴生气混合所致。而苏奥等人[4]从甲烷碳同位素演化二阶段分馏模式、 iC4/nC4值的角度、碳同位素系列倒转现象、煤成气δ13C1-Ro、 δ13C2-Ro、 δ13C3-Ro关系图以及烃源岩样品热模拟实验多方面论证均说明西湖凹陷天然气有两种来源,部分来源于渐新统花港组和中上始新统平湖组烃源岩,部分来源于下部深凹部位的烃源岩。

表 1 平湖某深井平湖组天然气组分及甲烷碳同位素资料

纵上分析,西湖凹陷古新统烃源岩是存在的,品质如何需要勘探确认。而从热演化角度推测,古新统烃源岩成熟于始新世末。

(2)源内成藏

层序地层学格架特点表明,古新统内低位域、海进域、高位域垂向上叠置成多套层序,低位域下切谷充填砂体与潮道砂体切割在海进期黑色泥岩中,因此,这样的砂泥岩交互地层型式有利于古新统成藏组合形成源内成藏。

(3)有利圈闭

从地层型式看,由于古新世处于凹陷初始拉张阶段,这一阶段粗碎屑供给充分,沉积模式中三个相区比较而言,海礁凸起前缘冲积扇裙预示着地层中砂泥比偏高,不利于断层侧向封堵;下切谷相区可能发育砂泥比较为平衡的地层型式而有利于断层侧向封堵;滨外浅滩相区处于有利构造发育区,高能带砂体侧向分布稳定,分选良好,是有利成藏相带。

从断块构造圈闭看,只有砂泥比平衡地区配合断裂封堵才构成有利圈闭条件,从这一分析出发,吉庆构造比迎翠轩构造有利,而净寺构造虽然具有“洼中隆”生储盖有利条件,但埋深过深,物性条件不利。

不利因素也很清楚,主要有两点:

(1)断裂封堵期与成藏期的匹配关系仍有疑问

根据西湖凹陷烃源岩研究成果,古新统成藏组合在始新世末即出现成熟窗口,而这一时刻T30以下的断裂系统仍处于张性状态,挤压形变为中新世末龙井运动所致,因此,从渐新世到中新世,这些正断裂始终保持开启状态,成为垂向疏导通道,这一点已经为平湖组天然气混源特征所证实(表 1)。

(2)高位断阶厚砂体不利于断块圈闭侧向封堵成藏

由于古新统处于盆地初始拉张阶段,低位域粗碎屑分布较广,其展布特征由凸起前缘巨厚向凹陷内减薄,延伸很远。砂泥比很高的砂泥岩交互地层中,有利于油气侧向运移,但断层不能完全错断储盖组合,从而不利于成藏。

1992年8~11月间,迎翠轩工区在1 300 km2范围内采集化探样品159个,各种化探指标显示出海礁凸起边缘异常和高断阶断裂异常[5],这种化探异常类型,经平湖构造带高断阶钻探证实不利于油气成藏。

5 勘探方向选择

(1)构造圈闭

迎翠轩工区内古新统构造圈闭要素差异较大(图 2),圈闭面积以吉庆最大(T40),达41.6 km2;吉庆东、迎翠轩次之。高点埋深以迭翠构造最浅,T40深度2 780 m,迎翠轩、吉庆渐深。从构造幅度看,吉庆东最大,达到520 m,吉庆、迎翠轩次之。而竹径、竹径东,净寺,白鹤东T40构造高点均埋深4 500 m之下,圈闭面积5~15 km2之间,构造幅度65~210 m之间。

根据斜坡带深部储层物性认识,4 500 m埋深之上的成藏组合仍发育良好的储层物性条件,之下则物性条件明显变差。因此,从T40埋深看,迭翠、迎翠轩、吉庆、吉庆东构造古新统可能具有良好的储层物性条件,应作为勘探决策一个依据。

而迎翠轩构造南部,吉庆构造南部,以及竹径,竹径东构造比较靠近海礁凸起,应注意高断阶断块圈闭的有效性。

因此,断块构造圈闭的选择应该考虑远离海礁凸起。

(2)岩性圈闭

从二维和三维地震剖面的层序地层学解释看,古新统内部由多套层序构成,因此,层序格架内部蕴藏着多种岩性成藏可能。

下切谷相区:下切谷下游方向上,低位域下切谷水道砂体切割在深水海相泥岩中,形成近源,或源内成藏的条件。而潮汐或波浪的改造使砂体发育在断阶构造控制下趋向于沿岸分布,海进期深水泥岩覆盖在砂岩之上形成最佳生储盖关系。

滨外浅滩相区:由潮道、障壁砂坝以及潮口三角洲组成,多种微相虽然在垂向、侧向上的相迁移构成了复杂的微相组合,砂体分选磨圆较好,与侧翼海相泥岩指状交互,因此,每一套层序内部都存在良好的生储侧向配置关系,从岩性成藏角度看,这是极为有利的岩性圈闭发育区。

参考文献
[1] 王乃文, 刘宗芸.东海陆架盆地重点凹陷早第三纪地层划分对比及其古环境、古气候研究[R]. 1990(内部资料). (0)
[2] 钱荣焕, 周平.东海陆架盆地下第三系重点凹陷沉积特征研究[R]. 1989(内部资料). (0)
[3] 蒋俊, 张韫. 东海平湖一井天然气成因探讨[J]. 东海油气地质研究(内刊),1989 (3) : 175-183. (0)
[4] 苏奥, 陈红汉, 王存武, 等. 东海盆地西湖凹陷天然气来源探讨[J]. 地质科技情报,2014, 33 (1) : 157-162. (0)
[5] 王飞, 张建培. 油气化探在东海平湖和迎翠轩地区的应用[J]. 东海油气地质研究(内刊),1994 (1) : 142-152. (0)