北部灣盆地海中凹陷古近系流沙港組沉積演化及儲蓋組合特征

徐萬興,何衛軍,劉 芳,劉 娟,夏 磊

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057;2.中海石油(中國)有限公司海南分公司,海南海口 570100)

北部灣盆地位于南海北部大陸架西北,是前古近系基底之上發育起來的新生代裂谷盆地,至今已有40余年的勘探歷程[1-5]。盆地的主要含油層系為古近系流沙港組、潿洲組,新近系下洋組、角尾組及前古近系基巖潛山[6-8]。目前,北部灣盆地的油氣發現主要集中在潿西南及烏石凹陷,隨著勘探程度的不斷加深,二者內可供勘探的圈閉越來越少,而盆地內其余勘探程度較低的凹陷成為重點研究領域。海中凹陷作為北部灣盆地內面積最大的凹陷,勘探程度低,目前凹陷內共鉆探了8口井,其中3口井獲得油氣發現或油氣顯示,并發現了W1含氣構造和W8含油構造。

隨著海中凹陷新鉆探的W8井在古近系流沙港組獲得了豐富的油氣顯示,并解釋了多套油層,揭示了海中凹陷具有較大的勘探潛力。前人針對海中凹陷的研究主要集中在古近系烴源巖特征、古氣候、構造及成藏特征分析等方面[9-14],并沒有系統地針對古近系的沉積演化及儲蓋組合進行研究。本文結合前人研究成果,系統地開展海中凹陷古近系流沙港組沉積演化及儲蓋組合研究,從而為后續的進一步勘探評價提供借鑒及參考。

1 區域地質概況

海中凹陷位于北部灣盆地西南部,北部以潿西南斷裂及北部灣盆地3號斷裂為界,與粵桂隆起及潿西南低凸起相鄰,南接企西隆起及烏石凹陷,整體上表現為北斷南超的箕狀斷陷結構(圖1)。古近系主要發育陸相沉積,地層可劃分為長流組、流沙港組及潿洲組,其中,流沙港組為本次研究的主要目的層系,自下而上可劃分為流沙港組三段、二段及一段。

圖1 北部灣盆地海中凹陷區域構造位置

2 層序地層格架

2.1 層序界面特征

北部灣盆地處于華南板塊的西南邊緣,是一個新生代裂谷盆地,盆地的演化經歷了裂陷及坳陷兩個階段[15-16]。古近系流沙港組處于盆地演化的裂陷階段,自下而上可劃分為3個三級層序[17],分別對應流沙港組三段、二段及一段(圖2)。

圖2 北部灣盆地海中凹陷古近系流沙港層序界面及層序充填特征(剖面位置見圖1)

S90界面為流沙港組三段底界,為一套厚層砂礫巖底,與下伏地層呈不整合接觸。海中凹陷該界面反射特征明顯,主要為一套強反射同相軸的底,其下伏地層呈弱-雜亂反射。

S86界面為流沙港組二段與三段之間的分界面,為流沙港組二段的底界,該界面為整個北部灣盆地的標志層,為一套厚層頁巖或油頁巖的底。海中凹陷該界面之上呈連續、弱反射同相軸,見上超特征,局部與下伏地層呈削截接觸。

S83界面為流沙港組一段與二段之間的分界,為流沙港組一段的底界面,常位于厚層泥巖及頁巖的頂,界面之上砂巖較為發育。海中凹陷為連續、強反射同相軸,上覆為一套連續、中強振幅反射,界面之下表現為弱-空白反射特征。

S80界面為流沙港組一段頂界,也是始新統與漸新統的分界面,為深灰色泥巖的頂,上覆為含礫砂巖與棕色泥巖互層。海中凹陷該界面為連續的強反射負相位,界面之上為一套連續、中強反射同相軸,界面之下為一套平行、連續、中弱振幅反射同向軸。

2.2 層序充填特征

海中凹陷古近系始新統流沙港組為盆地裂陷擴張時期的產物,主要發育一套湖泊-(扇)三角洲沉積體系。其中流沙港組三段為盆地裂陷初期的產物,巖性以灰色泥巖與淺灰色細砂巖、粗砂巖不等厚互層為主,海中凹陷尚未鉆遇該套地層;流沙港組二段發育于盆地裂陷鼎盛時期,該時期湖盆水體加深,沉積的地層厚度大,巖性以厚層頁巖、油頁巖及薄層細砂巖、粉砂巖為主,是盆地內主要的烴源巖層系;流沙港組一段發育于盆地裂陷末期,該時期盆地內斷裂活動減弱,湖盆水體變淺,巖性以灰色泥巖、頁巖與灰白色-淺灰色細砂巖、粉砂巖及含礫砂巖互層為主。

3 流沙港組沉積演化特征

3.1 沉積相類型及特征

海中凹陷古近系流沙港組沉積時期,經歷了湖盆裂陷初期、鼎盛期及裂陷末期三個演化階段,因此,湖盆的水體也經歷了淺-深-淺的演化,本文結合鉆井巖性組合、測井相、地震相、粒度及巖心等資料,識別出海中凹陷流沙港組發育的扇三角洲、三角洲、濱淺湖、中深湖及沖積平原五類沉積體系。

扇三角洲:主要分布在海中凹陷北部陡坡帶,受邊界斷裂控制,地震相表現為弱連續、弱-中振幅或雜亂反射特征,順物源發育前積下超反射;沉積微相以水下分流河道及水下分流間灣為主,前者巖性以灰色、淺灰色細砂巖、含礫砂巖為主,自然伽馬曲線表現為鐘形及齒化箱形;粒度曲線以二段式為主,可見三段式,其中滾動、跳躍次總體為主,懸浮次總體含量低;巖心上發育塊狀層理、正粒序層理及沖刷面等沉積構造。水下分流間灣巖性以灰色泥巖主,厚度較薄,自然伽馬曲線呈齒形。

三角洲:主要分布在海中凹陷南部斜坡帶,地震相表現為中-弱連續、中強振幅反射,順物源具前積反射特征;沉積微相主要為水下分流河道、席狀砂及水下分流間灣,其中水下分流河道巖性以淺灰色細砂巖及粉砂巖為主;自然伽馬曲線表現為箱形、鐘形組合,粒度曲線表現以二段式為主;巖心上發育正粒序層理、沖刷面等構造。席狀砂巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖為主,自然伽馬曲線表現為漏斗形,粒度曲線呈三段式,巖心上可見小型交錯層理。水下分流間灣巖性以褐灰色泥巖、粉砂質泥巖為主,自然伽馬曲線呈齒形。

濱淺湖:在海中凹陷廣泛分布,地震特征以平行、連續、中-弱振幅反射為主。沉積微相以灘壩及濱淺湖泥為主,其中灘壩微相巖性以灰色、淺灰色粉砂巖、細砂巖為主;粒度曲線呈三段式,為一跳一懸夾過渡式,自然伽馬曲線呈指性、漏斗形;巖心上發育波狀層理,小型交錯層理。濱淺湖巖性以灰色泥巖為主,厚度大,自然伽馬曲線呈齒形,巖心上發育水平層理及生物擾動構造。

中深湖:主要受海中凹陷北部邊界斷裂控制,分布在北部邊界斷層下降盤沉降中心,地震相呈低頻、連續、中-強振幅反射特征。沉積微相為中深湖泥,巖性以厚層深灰色泥巖、頁巖為主,偶見薄層粉砂巖,泥巖、頁巖厚度大;自然伽馬曲線表現為低幅齒形,巖心上主要發育水平層理。

沖積平原:巖性以紅色含礫砂巖、粗砂巖與紅色泥巖互層為主;自然伽馬曲線呈箱形,粒度曲線呈多段式,地震反射呈弱連續、中-弱振幅反射,主要分布在海中凹陷南部斜坡帶。

3.2 流沙港組沉積演化特征

3.2.1 沉積體系分布特征

流沙港組三段沉積時期,作為湖盆裂陷初期的產物,主要發育(扇)三角洲-濱淺湖體系。扇三角洲主要分布在凹陷北部,受到邊界斷層控制,物源主要自來北部粵桂隆起及潿西南低凸起,前者因為物源充足,形成的扇三角洲規模較大,后者形成的扇三角洲規模較小,三角洲主要發育在南部斜坡帶,物源來自南部的企西隆起,由于湖盆水體較淺,濱淺湖及沖積平原沉積廣泛發育(圖3a)。

圖3 北部灣盆地海中凹陷古近系流沙港組沉積體系分布特征

流沙港組二段沉積時期,此時處于湖盆裂陷的鼎盛階段,受邊界斷裂及繼承性物源作用,凹陷北部陡坡帶發育扇三角洲沉積,由于湖盆水體較深,扇體規模減小;南部斜坡帶發育多個長源三角洲,規模有所減小。由于湖盆水體較深,濱淺湖沉積分布廣泛,并且受到控凹斷層影響,北部發育中深湖沉積,其巨厚的中深湖相泥巖為研究區的主力烴源巖(圖3b)。

流沙港組一段沉積時期,為湖盆裂陷的末期,湖盆開始萎縮,水體開始變淺,北部陡坡帶受持續物源影響發育扇三角洲,其中來自北部粵桂隆起物源的扇三角洲規模較大,南部斜坡帶發育多個三角洲朵葉,其前端發育濱淺湖灘壩沉積,該時期湖盆水體相對變淺,濱淺湖大面積分布,中深湖只分布在北部控凹斷層下降盤,面積較小,且分布局限(圖3c)。

3.2.2 沉積充填演化特征

基于海中凹陷古近系流沙港組沉積體系分布,結合湖盆演化特征,進一步明確各個三級層序發育時期的沉積充填演化特征。海中凹陷在古近系流沙港組三段(S86-S90)發育時期,整體處于盆地裂陷擴張階段初期的背景之下,該時期海中凹陷湖盆范圍較小,水體較淺,沉積、沉降中心均位于北部邊界斷裂下降盤W1井區附近。北部陡坡帶下降盤地層厚度較大,向南逐漸超覆在企西隆起之上。陡坡帶主要發育扇三角洲沉積體系,南部斜坡帶發育三角洲-沖積平原體系。截至目前,海中凹陷尚未有井鉆遇該套沉積地層。海中凹陷在流沙港組二段(S83-S86)沉積時期,整體處于盆地裂陷擴張階段鼎盛期的背景之下,該時期凹陷內水體迅速加深,湖盆范圍擴大,沉降中心位于北部陡坡帶斷裂下降盤。凹陷內發育巨厚的中深湖沉積,巖性以深灰色泥巖、頁巖及油頁巖為主,是海中凹陷內的主力烴源巖。北部陡坡帶主要發育扇三角洲沉積,砂巖粒度較粗,以含礫砂巖、中細砂巖與泥巖互層為主,砂巖厚度大,為該時期的主要儲層。南部發育三角洲及濱淺湖沉積,三角洲規模較大,巖性以細砂巖、粉砂巖與泥巖互層為主,發育三角洲前緣沉積;濱淺湖主要發育濱淺湖泥巖,是流沙港組二段沉積時期的區域蓋層。流沙港組二段具備發育自生自儲自蓋的優越條件。海中凹陷流沙港組一段(S80-S83)沉積時期,處于盆地裂陷擴張階段末期,邊界斷層活動性減弱,水體開始變淺,沉降中心依然位于北部斷層下降盤,發育中深湖沉積,但分布局限,其余區帶主要發育濱淺湖-(扇)三角洲沉積體系,其中,北部斷層控制了扇三角洲的發育,扇三角洲規模有所變大,巖性以含礫細砂巖、細砂巖與泥巖互層為主,砂巖厚度大,粒度粗;南部斜坡帶發育三角洲前緣和濱淺湖灘壩砂沉積,巖性主要以細砂巖、粉砂巖為主,埋深較淺,物性較好,為海中凹陷古近系流沙港組的優質儲層。

通過對海中凹陷古近系流沙港組各個三級層序沉積充填特征的分析,認為研究區流沙港組沉積時期,水深從早期到晚期經歷了淺-深-淺的變化,伴隨著沉積環境由濱淺湖-中深湖-濱淺湖的演變,儲集體則由早期的大型扇三角洲到晚期三角洲、濱淺湖灘壩的演變。縱向上扇三角洲及三角洲繼承性發育,流沙港組三段沉積時期扇三角洲規模最大,而三角洲則是在流沙港組一段沉積時期規模達到最大。平面上由北至南,北部發育濱淺湖-扇三角洲至中深湖-扇三角洲體系,南部發育沖積平原-三角洲至濱淺湖-三角洲體系(圖4)。

圖4 北部灣盆地海中凹陷古近系流沙港組沉積充填演化特征地質剖面(剖面位置見圖1)

3.3 儲蓋組合特征及分布

3.3.1 儲集性能特征

海中凹陷古近系流沙港組沉積時期主要的砂體類型為(扇)三角洲及濱淺湖灘壩。北部扇三角洲儲層埋深2 200～3 800 m,其中W1井區埋深較大,儲層平均孔隙度11.2%,平均滲透率為0.38×10-3μm2,為低孔,特低滲儲層;儲層壓實作用強,儲集空間以粒內、粒間溶孔為主。W4井區埋深較淺,儲層平均孔隙度13.6%,平均滲透率15.10×10-3μm2,為低孔、低滲儲層;儲集空間以原生粒間孔、粒間溶孔為主。南部三角洲及灘壩儲層埋深2 000～2 800 m,埋深相對較淺,其中三角洲儲層平均孔隙度14.6%,平均滲透率30.40×10-3μm2,為低孔、低滲儲層,儲集空間以原生粒間孔、鑄模孔及粒間溶孔為主;灘壩儲層平均孔隙度18.7%,平均滲透率71.20×10-3μm2,為中孔、中滲儲層,儲集空間以原生粒間孔為主(圖5)。

3.3.2 區域儲蓋層特征

海中凹陷古近系流沙港組沉積充填演化特征控制了大型儲集體及烴源巖的發育和分布。受北部邊界斷裂控制及粵桂隆起物源的影響,研究區發育大型扇三角洲沉積,形成了海中凹陷的第一類儲層,該類儲層巖性以含礫砂巖、中細砂巖為主,粒度粗,厚度大,上覆的直接蓋層主要為濱淺湖、中深湖泥巖。受南部企西隆起影響發育大型三角洲沉積,形成了海中凹陷第二類儲層。該類儲層巖性以細砂巖、粉砂巖為主,砂巖粒度較細,但分選較好,砂巖厚度中等,與泥巖互層產出,上覆直接蓋層以濱淺湖泥巖為主,局部為水下分流間灣泥巖,儲蓋組合配置優越。第三類儲層為南部的三角洲前端受到湖流及沿岸流改造形成的灘壩砂體,該類儲層巖性以細砂巖、粉砂巖為主,與泥巖成薄互層狀,砂巖分選好,成熟度高,上覆的直接蓋層為濱淺湖泥巖。

3.3.3 儲蓋組合特征

綜上所述,海中凹陷古近系流沙港組主要發育三類儲蓋組合,本次研究結合鉆井儲層物性將儲蓋組合進行了分類評價。

第一類儲蓋組合:主要為扇三角洲砂體與上覆濱淺湖、中深湖泥巖儲蓋組合。該類儲蓋組合中儲層厚度大、粒度粗,但埋深較大,壓實作用強,儲層物性以低孔,低-特低滲為主。儲集空間以次生粒內、粒間溶孔為主,主要分布在海中凹陷北部陡坡帶,儲層物性較差。

第二類儲蓋組合:主要為三角洲前緣砂體與上覆濱淺湖及水下分流間灣泥巖儲蓋組合。該類儲蓋組合儲層厚度中等,粒度較細,埋深較淺,儲層物性以中低孔,低滲為主,儲集空間以原生粒間孔、鑄模孔及粒間溶孔為主,主要分布在海中凹陷南部斜坡帶,儲層物性較好。

第三類儲蓋組合:主要為濱淺湖灘壩砂體與上覆濱淺湖泥巖組合。該類組合儲層厚度較薄,巖性以細砂巖、粉砂巖為主,粒度較細,埋深淺,分選好,儲層物性以中孔、中滲為主,儲集空間以原生粒間孔為主,主要分布在海中凹陷南部斜坡帶大型三角洲前端,儲層物性最好。

4 有利區帶劃分及展布

結合沉積充填演化、儲蓋組合分布及儲層物性特征,將海中凹陷古近系流沙港組有利區帶進行了劃分,并明確其展布特征,為研究區下一步區帶評價提供依據(表1)。

表1 北部灣盆地海中凹陷流沙港組有利區帶分類評價

Ⅰ類有利區:該區主要分布在南部斜坡帶灘壩發育區,儲蓋組合為灘壩砂與濱淺湖泥巖,巖性以細砂巖、粉砂巖為主,儲層物性以中孔、中滲為主;構造上位于南部斜坡帶靠近凹陷深部主體一側,鄰近北部生油洼陷,油氣運聚條件好,是下一步獲得商業油氣突破的最有利區帶。

Ⅱ類有利區:該區帶主要分布在南部斜坡帶三角洲發育區,儲蓋組合為三角洲前緣水下分流河道、席狀砂與濱淺湖及水下分流間灣泥巖,巖性以中、細砂巖為主,為中-低孔,低滲儲層;構造上位于北部斜坡帶,其儲層規模大,且W8井區已獲得油氣發現,是油氣運聚的有利區帶,也是發現大中型油田的現實區。

Ⅲ類有利區:該區帶主要分布在北部陡坡帶扇三角洲發育區,儲蓋組合為扇三角洲前緣水下分流河道砂與濱淺湖、中深湖泥巖。巖性以含礫砂巖、中細砂巖為主,砂巖厚度大,粒度粗,埋深較大,儲層物性較差,以低孔、低-特低滲為主;構造上位于北部生油洼陷內,具備大型溝源斷裂,油氣運聚活躍,但由于物性較差,難以形成商業性油氣藏。

5 結論

1)海中凹陷古近系流沙港組沉積時期,主要發育扇三角洲、三角洲、濱淺湖、中深湖及沖積平原沉積體系,不同時期,其沉積體系的分布具有一定的繼承性。

2)海中凹陷流沙港組三段沉積時期,為湖盆裂陷初期,湖盆水體較淺,為濱淺湖環境。北部陡坡帶發育扇三角洲體系,南部斜坡帶發育三角洲沉積;流沙港組二段發育于湖盆裂陷鼎盛時期,水體較深,發育中深湖沉積,為研究區的主要烴源巖層系;流沙港組一段發育于湖盆裂陷末期,水體變淺,凹陷北部及南部繼承性發育大型扇體及濱淺湖灘壩沉積。

3)海中凹陷古近系流沙港組發育三類儲蓋組合,其中第一類為扇三角洲砂體與濱淺湖、中深湖泥巖組合,主要分布在北部陡坡帶,儲層物性較差;第二類為三角洲砂體與濱淺湖泥巖組合,主要分布在南部斜坡帶,儲層物性較好;第三類為灘壩砂體與濱淺湖泥巖組合,主要分布在北部斜坡帶三角洲前端,儲層物性最好。

4)結合沉積充填演化、儲蓋組合分布及儲層物性特征,把海中凹陷古近系流沙港組有利區帶劃分為三類,其中第Ⅰ、Ⅱ類有利區帶儲層物性較好,油氣運聚條件優越,是下一步獲得油氣突破的有利區。