南海北部新生代盆地演化与油气运聚

南海北部新生代盆地演化与油气运聚

自20世纪90年代以来，深度油气勘探取得了迅速发展，主要体现在许多参与国和大型油公司。钻井水域深水大，钻井功能高，大型和大型气田多，全球储量大，产量高。深水油气勘探的热点区主要分布在西非、巴西和墨西哥湾,其次是挪威、英国北海和东南亚等地区。这些热点探区具有以下特点:从盆地类型看,探区主要是被动大陆边缘型盆地,且与中生代以来全球板块的裂离事件有关;从含油气系统看,主要烃源岩是大陆裂谷早期陆内裂谷阶段形成的中深湖相泥岩和漂移阶段的海陆过渡相泥岩,主要储层是三角洲和各种扇体,主要的圈闭类型是盐构造、砂体和同生断裂构造;从勘探策略看,都是先在浅水区获得成功以后再向深水区推进的结果,因为这样可以极大地降低深水区勘探风险和提高勘探成功率。1深水区盆地油气我国南海北部大陆边缘属于被动大陆边缘,发育有一系列新生代盆地(个别地区有中生代残留盆地)。按巴西等国家采用的以300m水深作为浅水区和深水区界限的标准,这些盆地可以分成3类:①全部发育在浅水区的盆地,包括北部湾盆地和莺歌海盆地;②跨越浅水区和深水区的盆地,包括台西南盆地、珠江口盆地和琼东南盆地;③完全处于深水区的盆地,包括中建南盆地、中沙西南盆地和笔架南盆地等(图1)。截至目前,我国的勘探活动主要集中在浅水区,其地震、钻井、研究及认识程度都比较高,并已获得重要油气发现,建成了6大重要的油气生产基地,即在珠江口盆地的珠一坳陷、珠三坳陷和北部湾建成3个原油生产基地,在琼东南盆地的崖南凹陷、莺歌海盆地的东方区和乐东区建成3个天然气生产基地,年产油气当量近2×107t。另外,台西南盆地也有重要油气发现,并投入了开发。在经过20多年的大规模勘探开发之后,在浅水区进一步勘探获得发现,特别是重大发现的难度越来越大,因此,需要开拓新领域。我国水深大于300m水域的油气勘探始于20世纪80年代末,且研究历史也较长,但勘探力度不够。近年来,在国土资源部、中国海洋石油总公司及其合作伙伴的努力下,加大了对深水区勘探的投入,取得了许多新资料,并在深水区发现了荔湾3-1大气田。特别是在珠江口盆地和琼东南盆地这两个跨越浅水和深水区的盆地的深水区采集、处理了大量的地震资料,研究工作也得到了相应加强。2中新世以来南海边缘海区盆地体系南海北部大陆边缘盆地的形成和演化与南海的形成、发展和定型有密切的关系,也与菲律宾板块、印度-欧亚板块的碰撞事件有关。南海是在伸展作用下由南海古地台发生陆内裂谷、陆间裂谷和大洋裂谷作用形成的小洋盆。南海古地台存在的证据是在西沙群岛的永1井钻遇了元古代的深变质岩,这说明在南海形成之前该区存在一个以前寒武系结晶岩系为基底的古陆块,其沉积盖层是古生界—中生界地层。古近纪早期古南海地台深部地幔隆起导致陆内裂谷作用和陆间裂谷作用,并最终形成小洋盆,使得在白垩纪末位于现今珠江口盆地南侧的礼乐地块在晚渐新世时裂离大陆,至中中新世前漂移到目前的位置,并与加里曼丹岛碰撞,形成了与我国东南大陆隔洋盆相望的格局。古南海地台在新生代经历了多幕裂陷作用,其主体部位逐渐由地台内部裂谷演变成小洋盆。南海北部深水区作为被动大陆边缘的一部分也经历了全过程,其演化相应地可以划分为裂谷期、热沉降期和新构造期3个阶段。在上述不同的演化阶段形成了不同类型的沉积盆地,随着事件演化,不同时期的盆地在纵向上叠加形成叠合盆地。陆内裂谷期形成的盆地原型主要是古-始新世断陷,如茂明盆地、北部湾盆地、珠江口盆地北部坳陷等古近纪断陷,其充填地层是陆相的河流-湖泊型沉积。陆间裂谷期形成的盆地原型是渐新世断陷,充填的地层在空间上有一定的分区性,包括河流-湖泊型的陆相、海相和海陆过渡相地层。大洋裂谷阶段至今主要是新近纪到第四纪的被动大陆边缘型拗陷沉积,其中早—中中新世以热沉降为主,晚中新世以来叠加了喜山隆起与菲律宾板块碰撞而导致的快速沉降、沉积及其变形。在南海北部深水区及其邻区(在此仅限于珠江口盆地和琼东南盆地的深水部分,下同),盆地结构具有南北分带、东西分块的特征。在南北方向上具有两隆夹一坳的构造格局,即北部为珠江口盆地中央隆起带(东沙隆起—番禺低隆起—神狐隆起)—琼东南盆地松涛凸起—崖21-1低凸起,南部是西沙-中沙隆起区—一统暗沙隆起(图2)。这些隆起的基底是前第三系,其上裂谷期的古近系地层缺失或者厚度很薄;中新世早—中期地层分布广泛,但厚度较薄;上新世以来地层分布广且厚度大。两隆起带之间的新生代坳陷具有东西分块的特征,东面是白云凹陷,西部是琼东南盆地中央坳陷(长昌凹陷、宝岛凹陷、松南凹陷、陵水凹陷和乐东凹陷),都是继承性坳陷,充填有南海3个演化发育阶段的沉积,累积厚度超过10km;中间是顺德凹陷、开平凹陷、西沙海槽凹陷等,其陆内裂谷阶段地层发育,但之后沉积、沉降较弱。3深水区油气储藏系统的特点3.1石油和天然气的来源3.1.1深水区烃源岩的分布及演化南海北部深水区已经证实的主力烃源岩是渐新世早期海陆过渡相煤系(包括琼东南盆地崖城组和珠江口盆地恩平组)和海相泥岩(陵水组和珠海组)(图3)。证据如下:①在白云凹陷北坡—番禺低隆起的浅水区发现了主要来自深水区白云凹陷恩平组的商业性天然气聚集;②在琼东南盆地浅水区发现的崖13-1等大气田的天然气来自渐新统崖城组煤系地层和海相泥岩;③钻探证实,在白云凹陷恩平组发育多套煤系地层;④地震地层分析表明,琼东南盆地中央坳陷区存在浅海相地层❶。据推测,南海北部深水区存在中深湖相泥岩烃源岩(主要发育在琼东南盆地始新统和珠江口盆地文昌组、恩平组)。虽然到目前为止在深水区还没有钻遇该套烃源岩,也没有发现与其关系密切的油气田,但据地震地层解释,在深水区确实存在该套烃源岩❶❷。区域的证据如下:①在陆架浅水区的珠一坳陷、珠三坳陷和北部湾盆地,始新统中深湖相烃源岩和恩平组湖沼相烃源岩被证实为主力烃源岩,来自于该套烃源岩的探明石油储量大约为十几亿吨。现今的深水区和浅水区在始新世同处于古南海地台内部断陷,古气候条件、古地理条件和沉积有机质相同或相似,因此,预测深水区也发育该套主力烃源岩。深、浅水区的区别在于浅水区后裂谷期层序不很发育,而深水区在多数情况下该层序很发育,导致烃源岩埋藏深度较大;②在与深水区相邻的琼东南盆地松涛凸起上发现了来自中央坳陷的油层和油气显示,其生物标志化合物含有较丰富的四甲基甾烷,推测来自中央坳陷带的始新统中深湖相烃源岩;③沉积环境和沉积相分析表明,白云断陷也存在广泛的湖相地层。南海北部深水区可能发育中新统海相烃源岩。中新统为浅海相沉积,泥岩发育,但以往重视不够。目前,在浅水区有较多的井钻遇了该套地层,但其有机质丰度和成熟度较低。预计在深水区由于有机质保存环境变好,热流值增大,有机质丰度和成熟度会变好。3.1.2渐新统非煤系烃源岩油气运移规律和成烃模式烃源岩的生、排烃产物与有机质类型和烃源岩热史有关。在深水区存在煤系和非煤系两大类烃源岩,其中非煤系烃源岩又分为湖相泥岩和海相泥岩两小类。这两大类3小类烃源岩的有机质类型及热演化史各有特点,所以成烃产物也不相同。煤系油窗很窄,气窗很宽,主要生成天然气,同时生成一定数量的凝析油。煤系主要分布在下渐新统,在珠江口盆地和琼东南盆地相应地被称为恩平组和崖城组。煤层厚度小,煤系累计厚度也只有几十米,但有机碳含量特别高,一般超过60%,因此生气强度很大。非煤系烃源岩既可生油也可生气,最终是生油还是生气主要取决于其热演化程度和油气的再演化。非煤系烃源岩包括始新统湖相烃源岩(珠江口盆地深水区,琼东南盆地深水区)、渐新统下部湖相烃源岩(珠江口盆地深水区)、渐新统上部—中新统浅海相烃源岩和湖相烃源岩,有机质类型以Ⅰ-Ⅱ1型为主,其成烃顺序是先生油后生气。能否达到生气阶段,关键在于烃源岩体所处封存箱的封闭性和热演化程度。如果烃源岩埋藏深度持续增大,且所生的油未能及时排出,则很可能再次裂解成天然气。即使排出聚集成藏,随着油藏的持续埋深,其中的原油也可直接裂解成天然气。但如果生成的原油在运移聚集后未达到裂解的深度,则还是以原油的相态存在。综合分析认为,深水区白云凹陷主洼和琼东南盆地中央坳陷以生气为主,早期有油生成;白云凹陷主洼以外的洼陷、开平凹陷、顺德凹陷和北礁凹陷以生油为主。3.2深水扇型油气运移规律琼东南盆地深水区有3套区域性储盖组合:①裂谷期储盖组合,储层是陵三段砂岩,盖层是陵二段区域性海相泥岩;②热沉降期储盖组合,储层是三亚组,盖层是梅山组;③新构造期储盖组合,储层是黄流组或上新统碳酸盐岩,盖层是莺歌海组。珠江口盆地也有3套储盖组合:①裂谷期文昌—恩平组自储自盖型;②热沉降早期珠海组三角洲储、珠江组盖型;③热沉降期—新构造期深水扇型(图4)。新构造期菲律宾海扩张并向西俯冲,使得南海北部大陆边缘因自东向西的挤压而产生南北向拉张,形成近东西向断层,这些断层的活动导致沉积盖层破裂,使油气发生了垂向运移。但断裂作用具有东强西弱的特点,在琼东南盆地,断裂作用仅在局部较为明显(图5)。断裂是否发育及其发育时间对油气运移起着显著的控制作用。珠江口盆地深水区古近系烃源岩的生烃期为裂谷晚期和后裂谷期,其中裂谷晚期生成的是石油,但裂谷晚期断裂不活动或活动性很弱,油气纵向运移通道不畅,即油气主要沿输导层侧向运移;后裂谷期以生气为主,断裂活动强烈,且由于泥岩盖层发育,以及砂岩单层厚度小,因而天然气以垂向运移为主,在洼陷内运移到古近系三角洲及新近系的盆底扇或断阶带成藏。琼东南盆地深水区晚期断裂活动性很弱,油气以侧向运移占绝对优势,凹陷周边的低凸起及其倾没端是油气运聚的主要部位。3.3构造成藏单元—深水区油气聚集单元类型及圈闭特点深水区油气聚集单元主要是低凸起、凸起和凹中隆。盆地的构造演化、沉积旋回、断裂发育等多个因素决定了深水区油气聚集单元的主要类型及其圈闭特征。裂谷期(古近纪)断裂非常活跃,特别是一些大型断层的活动使之形成凸起-凹陷结构;新近纪—第四纪不同程度地继承了这种凸起-凹陷格局,总体上凹陷区沉降幅度大,凸起区沉降幅度小,进而形成更大规模的隆坳格局,同时,凹陷内的分隔性和后期构造活动形成了一系列凹中隆。低凸起、凸起和凹中隆地层埋藏浅,压力低,是油气运聚的主要方向。特别是由于生烃作用和新构造期快速沉降,凹陷内往往处于超压状态,而低凸起、凸起和凹中隆上为常压,更有利于油气运聚。如在白云凹陷和琼东南盆地中央坳陷的凹陷内,古近系烃源岩都有超压或强超压现象,而白云凹陷渐新统及其以上地层和琼东南盆地深水区的北礁西凸起、北礁东凸起与永乐隆起区都处于常压或过渡压力区,是油气聚集成藏的有利部位(图6)。新构造期的断裂活动调整了深水区的优势成藏单元。新构造期断裂活动强的单元油气易发生垂向运移,并在凹中隆构造圈闭中成藏。如白云凹陷新构造期形成了数千条大大小小的断层,同时部分老断层也再次活动,沟通了文昌组、恩平组烃源岩与凹陷内部珠海和珠江组储集层,导致油气向上运移,并形成聚集,如荔湾3-1大气田。凹陷内的岩性圈闭和地层圈闭也因油源断层的沟通而易于成藏。在新构造期断裂活动弱或没有断裂活动的单元,油气主要发生侧向运移。如琼东南盆地深水区新构造期几乎没有断层活动,始新统和渐新统下部生成的油气沿着输导体向南运移到凸起上成藏,甚至可能在凸起上沿不整合运移到新近系成藏;凹陷内尽管有背斜构造,但由于缺少油源断层而未能成藏。这类区域成藏单元主要是低凸起和凸起,如琼东南盆地深水区的北礁西凸起、北礁东凸起与永乐隆起区,其圈闭类型主要是披覆背斜和生物礁。4深水区是海洋大陆架的枢纽,有利于形成大型地质条件,为油气的聚集及成藏提供支撑南海海域总共有21个盆地全部或部分属于我国传统疆界以内,其中有19个盆地全部或部分处于深水区。处于浅水区的部分多数都经历了20～30年的高强度勘探,其中除南海北部大陆边缘由中国海洋石油总公司勘探开发以外,南海西部大陆边缘、南部大陆边缘和东部大陆边缘盆地中属于我国传统疆界以内的陆架部分多被邻国勘探开发,其勘探程度较高,油气储量丰富,年产量也很高。目前南海海域油气勘探态势已经从浅水区向深水区延伸,且已获得多个重要发现。估计未来30年的重大发现和储产量增长主要在深水区,但总体而言,目前深水区勘探仍处于初始阶段,因此必须抓住这一时机,积极勘探。南海北部深水区紧邻广东、海南和台湾三省以及香港和澳门两个特别行政区,与大陆距离近,交通、运输、作业条件好。且琼东南盆地、珠江口盆地和台西南盆地在浅水区都已经获得重要发现,从区域上