斷陷盆地斜坡帶大型油氣田成藏條件
——西湖凹陷平北緩坡斷裂與巖性控藏有利區

江東輝 蒲仁海 蘇思羽 范昌育 周 鋒 楊鵬程

1.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司 2.西北大學地質學系

0 引言

東海陸架盆地始新世屬于斷陷盆地，西湖凹陷是該盆地內的一個大型凹陷，平湖構造帶位于西湖凹陷的西緣，由平北緩坡、平中陡坡和平南緩坡組成，早年在平中陡坡發現了大型平湖背斜高產油氣田。由于平北緩坡缺乏背斜圈閉，油氣勘探主要針對平湖組的斷鼻和斷塊圈閉，先后發現了孔雀亭、武云亭、寶云亭和團結亭等小型油氣田[1]。隨著評價井和開發井的增多，逐步發現這些與斷裂有關的油氣藏儲層大多為三角洲分流河道或潮道微相，由于斷裂密集且縱向和側向封閉性變化大，導致大部分砂層為水層，油氣層比例低。以孔雀亭油氣田為例，單個油氣藏天然氣探明儲量介于0.24×108～3.21×108m3之間，原油探明儲量介于4.66×104～55.05×104t之間，具有“斷、小、貧、散”的特點。雖然井井見油氣，但圈閉規模小，產能衰減快，探明率低。從目前該地區的勘探成果看，平湖組煤層和暗色泥巖兩類烴源巖厚度大、分布廣，長期大面積生烴供烴，油氣沿斷裂和砂巖疏導層從三潭深凹帶臺階狀朝西部平湖構造帶儲層中運移聚集，多期充注成藏；三角洲和潮道砂巖儲層發育較好，單層厚度介于5～30 m，砂地比介于20%～40%，孔隙度介于15%～20%，具有形成大型非背斜油氣藏的地質條件。但是，由于斷裂密集發育，斷裂縱橫向封閉性有限，控藏因素復雜，導致該區許多斷塊和巖性圈閉薄砂體成藏，而厚砂體為水層，油氣藏規模小[2-4]。為此，為了提高該區油氣勘探開發效益，尋找大型巖性和復合油氣藏，應用研究區三維地震和探井資料，在儲層預測、斷裂分析、成藏規律和含烴檢測等研究基礎上，分析了斷裂圈閉油氣藏和巖性圈閉油氣藏的控藏要素，并結合該區大型三角洲前緣砂體分布和地震波衰減異常，提出了孔雀亭構造南部平湖組中段（以下簡稱平中段）和平湖組下段上亞段（以下簡稱平下上亞段）大型三角洲巖性圈閉成藏帶和武云亭構造西北部來自正西的平湖組下段下亞段（以下簡稱平下下亞段）大型三角洲與大斷距斷裂控制的大型復合圈閉成藏帶的認識。

1 研究區地質概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地，面積約5×104km2，是發育在古新世火成巖基底之上的一個始新世斷陷盆地，主要油氣勘探目的層為古近系始新統平湖組（E2p）淺海—三角洲含煤層系，其次為始新統寶石組（E2b）和漸新統花港組（E3h）海相碎屑巖。漸新統—第四系為坳陷—陸緣盆地海相砂泥巖互層，局部夾火山巖。西湖凹陷由西向東可劃分為保俶斜坡帶、三潭深凹、中央背斜帶、白堤深凹和天屏斷裂帶5個次級構造單元。盆地共經歷了3次構造運動，前兩次構造運動與斷陷層的斷裂活動和終止有關，分別為距今45 Ma的甌江運動和距今35 Ma的玉泉運動，表現為輕微的地層抬升和局部剝蝕。第3次構造運動為距今5.2 Ma的龍井運動，為區域構造擠壓反轉，地層最大剝蝕厚度約500 m，并形成了一系列背斜圈閉構造，成為該盆地的主要油氣富集圈閉。烴源巖主要為平湖組煤層和暗色泥巖，厚度大，分布廣，資源潛力大，儲層為潮坪和三角洲有關的砂巖。近年來，油氣勘探逐漸轉向非背斜圈閉，本次研究區為平湖構造帶平北緩坡，也是一個缺乏背斜構造的斜坡（圖1）。

圖1 西湖凹陷平湖構造帶平北緩坡平湖組頂界構造與地層柱狀剖面圖

平湖構造帶位于西湖凹陷西部的保俶斜坡帶內，整體東傾，東臨三潭深凹[5-7]。研究區主要為平北緩坡，三維地震覆蓋面積為1 200 km2，已鉆探井29口。目前，自北向南在孔雀亭、武云亭、寶云亭和團結亭等構造已發現的平湖組油氣藏主要為斷鼻和斷塊圈閉，少數為小型斷背斜和巖性圈閉[8-10]。平湖組分為4個地層段和12個層（P1、P2、P3…P12），自上而下分別為上段（P1—P4）、中段（P5—P8）和下段（P9—P12），下段又細分為平下上亞段（P9—P11）和平下下亞段（P12）。

2 平北緩坡油氣成藏條件與斷蓋配置控藏

平湖構造帶生儲條件好，但蓋層和斷層縱、橫向封堵能力有限。斜坡帶及其以東的深凹帶大面積長期生烴供烴，平湖組及寶石組所發育的煤和暗色泥巖厚度大、分布廣、處于低—高成熟，保證了油氣成藏充足的烴源基礎[11-13]。平湖組平北緩坡高帶的低熟油氣和平北緩坡低帶及深凹帶的高熟油氣臺階狀朝西上傾方向運聚成藏（圖2）。平湖組砂巖厚度大，砂地比介于20%～40%，分布廣，兩期溶蝕擴孔普遍，物性好，孔隙度可達20%[14-15]。但是，該區缺乏區域性蓋層，絕大多數圈閉依靠局部蓋層封閉形成油氣藏[16]。平上段和花港組砂地比較高，華港組下段砂地比近80%，平上段砂地比為40%，大套塊狀砂體橫向連通，成為向上傾方向油氣運移散失的輸導層，形成圈閉油氣藏的概率較低。平中段和平下段的砂地比介于20%～30%，形成了相當多的小型零散的斷塊或巖性圈閉油氣藏。斜坡帶斷裂十分密集，大部分斷層向上斷至平湖組頂面T30，溝通了烴源巖與平上段和華港組的大套砂巖疏導層，導致油氣沿斷層進入東傾斜坡的疏導層后散失。

圖2 西湖凹陷平北緩坡油氣成藏模式圖

平中段頂部P5層以廣泛分布的泥巖為主，是一個準區域蓋層[16]。地震反演結果表明，該準區域蓋層孔隙度小于5%，地震雙程時間介于20～80 ms（厚度介于40～150 m），在孔雀亭—武云亭構造之間厚度較穩定（圖3）。西湖凹陷平北緩坡25口探井附近斷層的斷蓋配置與含油氣性的關系統計結果表明，當斷層斷開平中段頂面（地震層位T31）的斷距大于該蓋層厚度1.8倍時，斷層不具備縱向封閉性，對應井點所鉆斷塊圈閉未成藏（圖3、4）。目前平中段及其以下層段發現油氣的井點的斷距與蓋層厚度之比（也稱為斷層的泥巖涂抹系數，Shale Smearing Factor，縮寫為SSF）均小于1.8，多數未發現油氣井點的SSF值大于1.8。平北緩坡有4口井（W10、W3、K1和K4井）油氣穿過該準區域蓋層在平上段成藏，這4口井點局部范圍的準區域蓋層厚度較薄，地震雙程時間為20 ms（圖3）。另外，L1、B4和W4井局部的準區域蓋層太薄（地震雙程時間介于10～20 ms，厚度介于20～30 m），這些井均未獲得工業油氣流。由于平中段頂部大部分區域存在較厚準區域蓋層，所以，平北緩坡油氣藏主要集中在平中段及其以下層段。

圖3 西湖凹陷平北緩坡P5層準區域蓋層分布圖

圖4 西湖凹陷平北緩坡P5層泥巖涂抹系數與成藏關系圖

從以上錯斷P5層的斷距與準區域蓋層厚度相對大小對該區斷裂縱向封閉性和成藏關系的統計結果來看，蓋層越厚，斷距越小，越有利于油氣成藏。

此外，斷塊圈閉能否油氣聚集成藏，還同時取決于斷裂的橫向封閉性。即使斷層縱向封閉的條件下，由于側向封閉性較差，也可能導致斷塊圈閉內的薄砂層為油氣層、厚砂層為水層，油氣層比例較低[17]。研究區斷層斷距一般介于0～200 m，斷裂間水平間距介于1～3 km，分流河道單砂體儲層寬度約1 km，長度數千米，大部分分流河道砂體被斷成更小的儲集單元。每個單砂體沿斷裂方向隨斷距變化總是存在砂砂對接與砂泥對接交替的情況，完全砂泥對接的概率介于20%～30%，砂砂對接時斷開砂層頂面向下斷距內泥地比（Shale Gouge Ratio，縮寫為SGR）較大才能側向封閉成藏[18-21]，該區薄砂層側封成藏的SGR值下限約30%，厚砂層側封成藏的SGR值下限則達60%（圖5）。薄砂層容易側向封閉，厚砂層則不易側向封閉[22-23]。

圖5 平北緩坡平湖組油氣水層的斷距內泥地比分布圖

研究結果發現，斷裂橫向封閉性除與SGR值有關外，也受砂層厚度和斷距大小控制。斷距越大，砂層越薄越有利于斷裂側向封閉和成藏。根據1 131個油氣水層的厚度與斷距的數據統計結果表明，當斷層圈閉的控圈斷裂的斷距（L）與該圈閉中單砂層厚度（H）之比（也稱斷裂控藏系數，Fcc）大于6時，則砂層全部為油氣層，成藏概率（油氣層數與總砂層數之比，Np）為1；當Fcc＝2.5時，成藏概率50%；當Fcc≤0.5時，油氣不成藏，成藏概率為0；當0.5＜Fcc＜6時，Fcc與Np存在二次函數的關系（圖6），判定系數R2為0.959，部分砂體成藏，斷距越大，越利于砂體的側向封閉和油氣成藏。

圖6 西湖凹陷平北緩坡斷裂控藏概率與斷裂控藏系數關系圖

綜上所述，斷層是一把雙刃劍，斷距小有利于縱向封閉，斷距大則有利于砂層側向封閉。所以，在準區域蓋層足夠厚和滿足縱向封閉的東傾斜坡構造背景下，大斷距斷裂的東側是有利斷層圈閉的成藏區。

3 有利斷裂圈閉成藏區

砂巖厚度、準區域蓋層的厚度、斷距的大小、斷開層位的高低和斷裂密集程度等是控制平北緩坡砂巖是否成藏以及單個油氣藏規模的關鍵因素。為了觀察斷距大小和斷開層位高低對油氣成藏的影響，制作了平北緩坡平湖組平上段頂面T30、平中段頂面T31、平下上亞段頂面T32和平下下亞段頂面T33斷層斷距平面圖（圖7）。從圖7中可以看出，同一斷層斷開層位越低時，斷距越大。以斷距較大的孔雀亭構造西界斷裂為例，T30、T31、T32、T33界面的時間域最大斷距分別為40 ms、45 ms、52 ms、60 ms。部分小斷裂則沒有斷穿T30，有些甚至沒有斷開T31，如孔雀亭與武云亭構造之間偏東部的大片區域（圖7-a、b），說明這一區域油氣縱向封閉和保存條件較好，有利于在平中段及其以下層段油氣成藏。

圖7 西湖凹陷平北緩坡平湖組不同界面斷裂落差平面圖

由圖7-b可以看出，平北緩坡T31界面上大部分斷裂的斷距小于30 ms，其比例超過總斷裂的80%。結合圖3可以看出，平北緩坡大部分地區的準區域蓋層的厚度不小于30 ms，面積約占平北緩坡總面積的85%。平北緩坡約80%區域的斷層的泥巖涂抹系數為1，小于斷層縱向封閉所要求的上限（1.8），即滿足縱向封閉條件。因此，平北緩坡砂體能否油氣成藏則主要取決于斷裂的側向封閉性，其值與斷距成正比，斷距越大，成藏概率越大。

目前，已發現的平中段和平下段油氣藏基本上位于大斷距斷裂東側附近，即地層上傾和側傾方向被大斷距斷裂遮擋，如K1、K2、K3井油氣層均位于孔雀亭構造大斷裂有關的斷鼻構造上；W1、W2、W3、B1、B3井油氣層均位于北東東向延伸較大斷距的東側（圖7-b～d）。干井則與準區域蓋層較薄和SSF值大于1.8有關，如W4、W10、B2和B4等井（圖3、7-b～d）。由此可見，大斷距斷裂是控制斷層有關圈閉是否成藏的重要因素之一。據此可以推測目前尚未鉆井的大斷裂東側是有利的斷層圈閉有利成藏區，在圖7中用充填紅色的三角形表示。

平北緩坡成藏期和油氣運移研究結果表明，平北緩坡大量凝析氣藏為距今3 Ma至今的晚期高熟油氣充注形成[9]，來自東部深凹帶或斜坡低帶的高熟油氣在沿斷裂和砂體向上傾方向臺階狀運移過程中，大斷距斷裂對斜坡帶油氣的富集與分布具有截流作用。油氣運移地球化學示蹤研究結果表明，與平北緩坡東部大斷裂有關的斷塊圈閉油氣藏由于具有充足的油氣運移增壓和聚集，往往具備超高壓（壓力系數介于1.5～1.8）和氣侵（高熟輕質組分較多）現象；與平北緩坡西部大斷裂有關的斷塊圈閉油氣藏則具有常壓到低異常高壓（壓力系數介于1.1～1.3）和氣洗（高熟輕質組分較少）現象。平北緩坡存在多條大斷距斷裂，東部斷裂比西部斷裂的圈閉更易捕獲油氣成藏，較大斷距的斷裂比較小斷距的斷層圈閉更易側向封閉成藏；當斜坡東部斷裂較少時，斜坡西部大斷裂的斷層圈閉更易獲得遠距離運移的油氣成藏（圖7）。

4 三角洲前緣與有利成藏區

勘探開發實踐表明，平北緩坡斷裂有關的油氣藏多呈“斷、小、貧、散”的特點，復合和巖性圈閉油氣藏在研究區占有一定的比例。大型巖性油氣藏是平北緩坡重要勘探方向，但大型巖性油氣藏需滿足兩個條件：①單砂體規模較大。如三角洲前緣席狀砂或河口壩砂體規模較大，面積一般是分流河道砂體的3倍以上[24]。②斷裂不發育或斷裂間距大，即單個斷塊面積大。前者可以通過沉積相和砂體展布研究預測，后者則可以從斷裂落差圖上直接識別出來，圖7-b～d中用黃色充填的方塊直接標注的區域為有利巖性圈閉成藏區。

前人對西湖凹陷平湖構造帶平湖組沉積相做過大量研究，除下斜坡和深凹帶存在較深水淺海沉積外，普遍認為上斜坡具有三角洲和潮坪沉積特點[25-26]。熊斌輝等[11,27-31]等認為，西湖凹陷平湖組為潮坪及潮控三角洲沉積。楊彩虹等[32]認為西湖凹陷平湖斜坡構造帶平湖組接近淺水環境下辮狀三角洲的沉積特征。

測井資料顯示，西湖凹陷平湖斜坡構造帶砂巖速度略大于泥巖速度，二者界線介于4 000～4 300 m/s，通過測井約束的地震速度反演和提取平湖組各段層速度大于4 000 m/s巖性的百分比，可看出砂巖和粉砂巖的平面展布規律。以平下上亞段為例，砂巖及粉砂巖平面圖表現出典型的鳥足狀分叉特征，應屬于河控三角洲沉積類型（圖8-a、b）。根據該方法編制平北緩坡各層沉積相和砂體展布圖，平中段、平下上亞段、平下下亞段等砂體分布均顯示出喇叭狀分流河道分叉或三角洲前緣朵狀分布特點（圖8-b～d）。朵狀三角洲前緣砂體具有面積較大的連片分布特點，是形成大型巖性圈閉的有利相帶。

圖8 西湖凹陷平北緩坡平湖組沉積相平面分布圖

綜合對比圖7-b和圖8-b、c可以看出，孔雀亭與武云亭構造之間的偏東地區是平中段和平下上亞段三角洲前緣大型砂體分布區，斷裂不發育，T31斷距小，斷層對砂體的切割作用較小，有利于形成大型巖性圈閉。另外，圖8-a、b顯示，在W10井—L1井之間，平下上亞段是三角洲前緣大面積砂體分布區，W2、W5等井的平下上亞段和平下下亞段塊狀厚層砂體均與該三角洲前緣有關。

W10井以西約8 km的位置存在一條北北東向大斷距斷裂（圖7），切割了該三角洲前緣砂體，W10井—L1井連線以東不存在阻擋油氣橫向遠距離運移的大斷距斷層，斜坡低帶和深凹帶的高熟油氣沿砂體和斷裂向西臺階狀運移至該三角洲前緣砂體中聚集可形成大型復合圈閉油氣藏。

綜上所述，平北緩坡K4井—W10井之間的平中段三角洲前緣和W10井—L1井之間的平下段三角洲前緣是兩個重要的巖性油氣藏有利區，后者上傾方向存在大斷距斷裂，也是斷層圈閉有利成藏區。

5 地震波衰減指示的有利含氣區

平湖構造帶油氣藏氣油比一般介于1 000～10 000 m3/m3，屬于典型的凝析油氣藏[2]。含氣層容易造成地震波高頻能量相對衰減、低頻能量相對升高、主頻降低等地震響應特征[33]。應用短時傅里葉變換、連續小波變換、S變換等譜分解和廣義低頻伴影等方法均能在平北緩坡識別出存在衰減異常的較厚氣層，尤其是對于厚度超過20 m的氣層，存在明顯的低頻能量增大的響應特征。通過地震處理，平北緩坡平中段、平下上亞段和平下下亞段可識別出較明顯的連片地震波衰減異常區（圖9）。其中，平中段和平下上亞段的衰減響應主要分布于K4井—K5井連線以南的三角洲前緣相帶（圖9-a、b），平下下亞段的衰減異常則主要分布在L1井—W10井之間的三角洲前緣相帶（圖9-c）。衰減異常的層位主要在準區域蓋層之下的平中段、平下上亞段和平下下亞段（圖10）。衰減含氣異常分布與有利相帶吻合，指示三角洲前緣存在厚的油氣層。綜合圖3與圖9可以看出，平中段和平下上亞段含氣衰減區的分布與較厚的準區域蓋層分布區吻合。圖9-c中W10井與L1井之間的平下下亞段連片顯著的衰減異常與該區位于平北緩坡西部大斷距斷裂東側附近，以及其東部地區缺乏截流油氣運移的大斷裂有關（圖7）。

圖9 西湖凹陷平北緩坡平湖組各段地震波衰減異常平面圖

圖10 過L1井的地震波衰減含氣異常剖面圖

6 油氣成藏有利區預測

根據平北緩坡準區域蓋層、斷裂的斷距和砂巖儲層展布3大主要控藏因素，結合油氣臺階狀運聚成藏規律，對平北緩坡平湖組有利斷層巖性復合圈閉成藏區進行了預測，并采用地震波衰減含氣檢測方法進行了佐證。首先，把圖3展示的準區域蓋層厚度大于30 ms區域（厚度為60 m，綠色和藍色區域）作為斷裂縱向封閉區。根據圖7-c上T32斷距大于40 ms（距離約80 m）的斷裂作為橫向封閉斷裂，大斷距斷裂東側附近為有利的斷層圈閉成藏區。其次，把圖8平中段、平下上亞段和平下下亞段的三角洲前緣朵狀砂體作為形成大型巖性圈閉油氣藏有利區。第三，把斷裂與巖性圈閉重疊區作為有利復合圈閉成藏區。最后，結合地震波衰減法，把以上有利成藏區與含氣檢測異常區疊合，完全重疊區為Ⅰ類有利區，面積為90 km2，疊合區無衰減異常為Ⅱ類有利區，面積為80 km2（圖11）。根據該預測結果，在K5井以南Ⅰ類有利區的斷層巖性復合圈閉中部署的Jy1井鉆獲厚度超過30 m的含氣層，測試日產氣量為41×104m3、日產凝析油量為160 m3，證實采用以上地質—地震、構造與沉積的綜合方法預測復合圈閉油氣藏的有效性和可靠性。

圖11 西湖凹陷平北緩坡有利成藏區預測結果圖

7 結論

1）西湖凹陷平北緩坡生儲層條件好，但斷層發育，斷層縱橫向封閉性影響大型油氣藏的形成。當平中段頂部P5層準區域蓋層厚度較大，泥巖涂抹系數小于1.8時，斷層具縱向封閉性。斷距大，砂層薄，有利于斷層橫向封閉。當斷距與砂層厚度比大于6時，則砂體橫向封閉條件好，可全部成藏；當斷距與砂層厚度比等于2.5時，成藏概率50%；當斷距與砂層厚度比小于0.5時，成藏概率為0。目前已發現的斷塊圈閉油氣藏均位于較厚蓋層下大斷距斷裂的東側附近。

2）大型巖性油氣藏或斷層巖性復合圈閉油氣藏位于地震巖性反演指示的大型三角洲前緣朵狀砂體分布區，分別位于K4與W4井之間的平中段和平下上亞段三角洲前緣、L1和W10井之間的平下下亞段三角洲前緣。兩個大型三角洲巖性圈閉上覆的準區域蓋層厚度均大于30 ms，且其以東地區沒有阻擋深凹帶高熟油氣向西上傾方向運移的大斷距斷裂。

3）地震波衰減異常指示較厚的含氣區與較厚準區域蓋層分布區、三角洲前緣砂體儲層分布區、位于大斷距斷裂東側附近區域等吻合較好，多種成藏控制因素預測的有利成藏區具有較高的可信度。開展地震—地質綜合研究，抓住關鍵控藏要素對于預測評價復合圈閉具有重要的借鑒意義。