南海北部新生代盆地类型及油气勘探领域

南海北部新生代盆地类型及油气勘探领域

在南海北部的大陆边缘，有许多新生代沉积盆地和几个前三系盆地。该区油气勘探包括两大阶段:1979年以前原石油工业部、地质矿产部以及广东省有关部门等相关单位在该区陆地及滩海区做了一定数量的石油地质调查,在莺歌海盆地、琼东南盆地、珠江口盆地和北部湾盆地钻探发现含油气构造,并突破了出油气关,但都没有商业性发现。1979以来实现对外开放,其中早期以对外合作为主,利用国际大公司资金、技术和管理经验开展海上勘探,随着中方勘探能力的逐渐增强,目前各个盆地都已进入以自营为主的勘探阶段(各个盆地的转变时期不尽相同),在此阶段发现了大批商业性油气田。南海北部大陆边缘油气勘探取得了丰硕的成果,共发现油气田51个,其中油田39个,气田12个。自营勘探成果尤其突出,在一些国际大公司认为风险很大的领域或勘探未果的领域获得了重大商业发现。目前“北油(靠近华南地区的海域,主要在陆架区)南气(莺歌海盆地—南部陆坡区)”格局基本形成。北部油区的油田主要分布在珠江口盆地北部坳陷带的惠陆低凸起、西惠低凸起、琼海低凸起;中央隆起带的神狐隆起和东沙隆起;北部湾盆地涠西南凹陷和福山凹陷。南部气区的气田主要分布在大陆边缘外带陆坡区或陆架—陆坡过渡区,如莺歌海盆地中央凹陷、琼东南盆地崖南凹陷、珠江口盆地白云凹陷,呈横贯南海北部的东西向展布的外环带。此外,内带的福山凹陷、珠三坳陷文昌A洼、惠州凹陷也有天然气发现,只是其规模比油小。南海北部大陆边缘油气田规模各具特色。石油主要集中在中小型油田当中,探明储量超过1×108t的油田只有LH11-1一个,但中小型油田成群成带分布、油质轻,特别是珠江口盆地渐新统海相砂岩油田,采收率达60%以上,经济效益非常好,一个千万吨级油田相当于一个亿吨级稠油油田的经济价值。与油田相反,天然气储量主要分布在大气田当中,如YC13-1大气田、DF1-1大气田和LW3-1大气田,储量都在1000×108m3左右;LD22-1大气田、PY30-1大气田,储量都在300×108m3以上。南海北部大陆边缘累计生产石油16954.8×104t,占整个海域石油总产量的58%;累计生产天然气403.86×108m3,占整个海域天然气总产量的80%,在中国海域占据举足轻重的位置。南海北部大陆边缘总体勘探程度不高,且勘探工作量在空间上分布极不均衡,其中深水区(水深大于300m的区域)、深层、高温高压领域和非构造圈闭都有很大潜力。1陆相及海相层序分区南海北部大陆边缘是非典型被动大陆边缘,其发育规模与世界上典型被动大陆边缘相比小得多,且易于受到相邻板块或构造事件的影响,构造活动性大,火山活动强,构造差异性大,有明显的分区性。其沉积与我国东部第三纪裂谷盆地全部是陆相沉积不同,为先陆后海的沉积特征,但由于古地形差异,不同部位由陆相转为海相的时期不同。南海北部大陆边缘热流值较高,总体表现为西高东低,南高北低的特征。1.1南海北部大陆边缘断裂带的分区南海北部大陆边缘盆地构造受南海演化以及邻区构造事件的联合控制。南海是太平洋西部的边缘海,规模虽然比大西洋小得多,但也经历了大陆板块内部裂谷、陆间裂谷和大洋裂谷三大阶段,形成了现今中央为洋壳、四周边缘为过渡性地壳组成的陆坡和陆架。南海演化的各个阶段都有盆地形成,在纵向上不同阶段形成的盆地既有叠加(形成叠合盆地),也存在迁移,表现为不同构造区域的盆地有不同的特征。影响整个亚洲晚第三纪构造的印度板块与欧亚板块的碰撞事件、影响西南太平洋的菲律宾海板块的扩张事件从西、东两侧影响本区盆地的晚期形成与改造。这些因素共同作用导致了南海北部大陆边缘具有明显的分区性。南海北部大陆边缘按构造体系分成两个大区,西区为莺歌海盆地,盆地长轴走向为北西向;东区为北部湾盆地、琼东南盆地和珠江口盆地,盆地构造线为北东—北东东走向;东区和西区的界限大致为莺歌海盆地东界(图1)。西区莺歌海盆地为受红河断裂系控制的走滑拉分盆地。红河断裂系是印度板块向欧亚板块俯冲时在俯冲带以东形成的超大型调节走滑断层系,在莺歌海段受局部伸展作用控制,形成拉分盆地。东区主要受南海扩张的影响,具有显著的裂谷期、裂后沉降期和新构造活动期,不同期形成的地层被显著的区域不整合面分隔。东区因受到构造迁移作用影响,又分成北部陆架区和南部陆坡区。北部陆架区凹陷以裂谷期地层充填为主,裂后期地层为辅,形成“皮薄肉厚”的凹陷。南部陆坡区不仅裂谷期地层发育,而且裂后期地层也相当发育,形成“皮厚肉也厚”的凹陷。南海北部大陆边缘盆地在新构造期受到来自东西两侧的构造作用,形成了风格不同的变形样式。台湾岛以东的菲律宾海板块扩张产生向西的推挤作用,导致台湾岛也向西挤压,使珠江口盆地受到自东而西的挤压作用,形成了一系列走向北西西—东西向、近于等间距分布的断裂构造带。南海北部大陆边缘西侧受喜马拉雅山隆起事件影响,红河断裂带发生左旋走滑,在莺歌海盆地中央形成5~6排轴向走向南北、东西近等间距分布的反转背斜带。受1号断层限制,喜山作用未超出莺歌海盆地。1.2海侵开始时期南海北部大陆边缘盆地古新统分布局限,仅分布于珠江口盆地(神狐组)和北部湾盆地(长流组)。始新统,如珠江口盆地的文昌组、北部湾盆地的流沙港组,主要发育在裂谷期断陷内部,地层分布与沉积相受断裂控制,特别是规模大的断层控制,凹陷的沉积物源区主要是凹陷周边的凸起或隆起,属于近物源沉积,沉积类型主要是陆相沉积。在一些深洼槽里,可形成欠补偿沉积,中深湖相地层发育,如珠江口盆地的陆丰13北洼、惠州26洼、文昌B洼,北部湾盆地的涠西南凹陷、福山凹陷(图2和图3)。渐新世开始发生海侵,但不同盆地或凹陷海侵开始时期不同,其沉积作用受断裂活动、海平面变化、湖平面变化多个因素控制。渐新世早期(相当于莺歌海盆地—琼东南盆地崖城组、珠江口盆地恩平组、北部湾盆地涠洲组下部)仅琼东南盆地发生海侵。至渐新世晚期(相当于莺歌海盆地—琼东南盆地陵水组、珠江口盆地珠海组、北部湾盆地涠洲组上部)整个琼东南盆地、莺歌海盆地和珠江口盆地发生海侵,仅北部湾盆地为陆相。值得注意的是,该时期开始出现了大江大河为盆地提供沉积物,在东部有古珠江为珠江口盆地提供物源;西部有红河为莺歌海盆地提供物源,并一直延续到现今;琼东南盆地没有大江大河直接注入,只有北部的海南隆起和南部的永乐隆起为盆地提供物源。此外,渐新世期间,盆地内部的隆起、凸起也是重要的物源区(图2)。至晚第三纪全区发生整体沉降,陆坡显著形成,沉积和沉降主要发生在陆坡区。珠江口盆地主要由古珠江提供物源,在珠一坳陷形成大型海相三角洲沉积体系;东沙隆起处于欠补偿环境,基底埋藏浅,形成台地环境,适于生物礁发育;珠二坳陷发育深水沉积;珠三坳陷为浅海相沉积。琼东南盆地南部永乐隆起被海水淹没,发育碳酸盐岩台地沉积;主物源区为海南隆起,盆地中央明显处于欠补偿环境,晚期红河搬运来的沉积物经莺歌海盆地搬运到该盆地中央坳陷,形成深切谷。北部湾盆地没有大江大河注入,构造沉降弱,主要为浅海相沉积。莺歌海盆地因红河的贯通将粤桂隆起的沉积物大量搬运到盆地,加之盆地基底的快速沉降,导致该盆地高速充填了碎屑岩(图2和图3)。2油气的地质特征2.1渐新统地层与烃源岩南海北部大陆边缘盆地发育3套烃源岩,即主裂谷期始新统湖相烃源岩,晚裂谷期渐新统湖相、湖沼相及海陆过渡相源岩和拗陷期中新统海相烃源岩(图3)。始新世是湖泊发育的鼎盛时期,该期盆地稳定下沉,湖水宽广,藻类生物繁盛,有机质丰富,湖相烃源岩发育。该套烃源岩以北部湾盆地流沙港组和珠江口盆地文昌组为代表,是南海北部的主力油源岩,与渤海湾盆地的沙河街组三段烃源岩相当。琼东南盆地钻井未揭示始新统地层,但地震资料解释认为该套地层发育(其反射特征与珠江口盆地文昌组可比)。莺歌海盆地钻井未揭示始新统地层,地震资料亦未明确识别出该套地层。因此,在南海北部陆架区的东区始新统是主力的烃源岩。渐新世早期是古湖泊发育的萎缩期(珠江口盆地)或海相沉积的初始期(琼东南盆地),该期盆地沉降速率减缓,补偿大于沉降,出现大面积沼泽环境,陆源有机质富集,煤系烃源岩发育。该套地层在南海北部各盆地均已钻遇,但沉积及有机质特征不尽相同。北部湾盆地和珠江口盆地的珠一、珠三坳陷主要为河流、滨—浅湖相沉积,局部为中—深湖相沉积,有机质类型以Ⅱ2—Ⅲ型为主,部分为Ⅱ1型;琼东南盆地渐新统崖城组内已见到海相地层,说明此时琼东南盆地已开始受到海水影响,其有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型。珠二坳陷白云凹陷北部斜坡恩平组末期已有海侵迹象。莺歌海盆地中央底辟带未钻遇渐新世地层,但盆地北部及周边越南一侧有揭露。因此,该期烃源岩主要分布在东区南部陆坡区。中新世为裂后海相沉积阶段,各盆地沉降速率变化较大。中新统烃源岩主要限于莺歌海盆地(中中新统梅山组),其他盆地生烃能力差。莺歌海盆地的中新统烃源岩,有机质类型主要为Ⅲ型,少量Ⅱ2型,是重要的海相气源岩。总之,珠江口盆地珠一、珠三坳陷主要烃源岩为始新统文昌组湖相泥岩,次要烃源岩为渐新统恩平组湖沼相泥岩。北部湾盆地主要烃源岩为始新统流沙港组湖相泥岩,次要烃源岩为渐新统涠州组湖沼相泥岩。此外,最新的钻探成果表明,本区主要气源岩在珠江口盆地白云凹陷为渐新统恩平组湖沼相泥岩、煤系地层和珠海组海相泥岩,在琼东南盆地为渐新统崖城组海岸平原沼泽相泥岩以及渐新统崖城组和陵水组海相泥岩,在莺歌海盆地为中新统梅山组海相泥岩。2.2不同盆地的储盖组合南海北部大陆边缘经历了陆相—海陆过渡相—海相的环境变化,反映了从陆到海以及海水逐渐变深的特征,但由于物源、海平面变化和构造沉降在不同构造单元的差异,南海北部不同盆地的储盖组合也各有特色。根据形成储盖组合的沉积环境,可以划分为陆生陆储陆盖型、陆生海储海盖型和海生海储海盖型3种主要生储盖组合类型。2.2.1珠江口盆地内部含油气储集组合该类生储盖组合在纵向上主要限于始新统,平面上广泛分布。但由于水深、地层埋藏深度、勘探程度等多种因素的影响,该类组合勘探程度较低。该类组合在东区的北部陆架区已发现油气,其中发现油气比较多的是北部湾盆地涠西南凹陷和福山凹陷,珠江口盆地北部也有少量发现。福山凹陷的流沙港组是一套粗—细—粗的地层,流二段是区域性泥岩(也是烃源岩),其与下部流三段砂岩构成凹陷内区域性储盖组合,流二段生成的油气(油多气少)向下运移到流三段成藏。在珠江口盆地珠一坳陷发现的HZ25-4、EP17-3等含油气构造中,其文昌组烃源岩系内发育的储层,与该组顶部一套约80m厚的分布稳定的泥岩构成的储盖组合,是一套潜在的有利储盖组合,但目前尚无商业性发现。在西区、东区的南部陆坡区目前尚未钻遇该套组合。同时,在东区恩平组内部也可能存在该类组合,但受沉积相、成熟度因素影响,恩平组的该类组合主要限于珠江口盆地。另外,文昌组生成的油气在恩平组成藏也属于该组合类型。2.2.2层和盖层和盖层该类组合在东区广泛发育。油气主要来自始新统或(和)渐新统恩平组烃源岩。储层和盖层主要是渐新统上部到上第三系海相砂岩(或碳酸盐)与海相泥岩。北部湾盆地涠州组属这类储盖组合。珠江口盆地珠海组上部、珠江组底部砂岩与珠江组中上部泥岩构成的区域性储盖组合也属于此类。该组合在东沙隆起上储层相变为了生物礁。2.2.3混合烃源形成混合储集区南海北部大陆边缘盆地的海相烃源岩主要分布于西区和东区的南部陆坡亚区。西区莺歌海盆地有中中新统梅山组和渐新统下部崖城组两套烃源岩,均以生气为主,主要储层是上新统莺歌海组,盖层以莺歌海组泥岩为主。琼东南盆地陵三段的扇三角洲或滨岸砂岩与陵二段海侵泥岩构成的区域性组合,上第三系三亚组—梅山组储盖组合、黄流组—莺歌海组储盖组合也都属于这种类型。此外,还存在由混合烃源构成的混生海储海盖型生储盖组合。这类生储盖组合在东区的南部陆架区和北部陆架区的深凹陷都可能存在。白云凹陷LW3-1大气田可能属于这类生储盖组合。2.3西藏模式2.3.1大型构造单元运移成藏珠江口盆地具有“先断后拗”的双层结构,最有利的烃源岩发育于早第三纪主裂陷期,平面上烃源岩局限于分割性较强的几个主要深洼陷中。该盆地发育了古珠江三角洲,砂岩十分发育且区域分布稳定,既是良好储层,又是良好的油气输导渗透层,为油气长距离运移创造了条件。珠江口盆地的油气主要是沿着构造脊由烃源区向隆起方向运移成藏,在惠州凹陷-东沙隆起、文昌凹陷-琼海低凸起、白云凹陷主洼-番禺低隆起这3个大型的构造脊上油气田成串珠状分布(图4)。如文昌凹陷是一个富生烃凹陷,发育文昌组、恩平组两套烃源岩,有优良的储盖组合,油气有向凹中隆起带—琼海低凸起运移聚集的优越条件;在外国公司退出后两年,自营勘探发现了WC13-1等4个油气田,现已建成年产250×104t的石油生产区。白云凹陷在20世纪80~90年代相继钻探了十多个大构造,但都以失败告终。21世纪初,中国海洋石油总公司重上这一地区,在北东向展布的微幅度构造脊上钻探了一批构造,发现了PY30-1大气田等一批呈串珠状分布的气田群。但近年来勘探成效有所减低,这可能与偏离该汇聚型构造脊有关。2.3.2下地壳与底辟带莺歌海盆地是一个走滑伸展盆地,是我国第三系沉降速率最高、沉积厚度最大、地温梯度最高、最年轻的大型盆地之一。该盆地第三纪末至第四纪的沉积速率为750~1000m/Ma,第三纪最大沉积厚度达17km,大地热流值为84.1mW/m2,具备形成优良烃源岩的雄厚基础。1992年以来,以泥底辟带为中心,开展天然气勘探,发现了DF1-1等3个气田,探明储量1600×108m3,还发现了7个高含CO2的构造,估计混合气储量超过5000×108m3。区域地质、地震、重磁资料的分析研究表明:莺歌海盆地具有快速沉降和強超压特征,边界大断裂晚期的右旋走滑在盆地中央形成雁行排列的南北向剪切断裂,诱发了深部泥质岩类的塑性流动和拱张活动,形成莺歌海盆地规模巨大的泥底辟活动,打破了盆地平衡,造成了油气的运聚。由此,开展了对泥底辟带与油气成藏关系的研究。结果表明,盆地中央的泥底辟活动在成藏中具有决定性作用(图5):①在地层中形成了相应的拱张背斜,成为天然气成藏的主要圈闭类型;②产生了许多高角度的断裂、裂隙,沟通了烃源,成为天然气的主运移通道,使深部气向上运移;③导致深部的高温超压向上传递,使盆地中央泥底辟带出现高温、超压异常;④促成了盆地天然气的幕式排烃和幕式成藏;⑤使天然气成藏过程至今仍处于供聚大于逸散的动平衡过程。2.3.3垂向成藏模式南海北部也有相当多的油气田是近距离运移成藏的,最典型的就是琼东南盆地YC13-1大气田。该气田属于短距离侧向运移成藏(图6)。又如北部湾盆地,油气主要在凹陷内成藏,即从流沙港组二段运移到三段、一段,甚至在二段内部成藏,或运移到与其相邻的涠州组成藏。珠江口盆地白云凹陷LW3-1气田属于短距离垂向运移成藏。盆地中的扭动构造、边界大断层为油气垂向运移提供了通道,如文昌A洼中央花状断裂带、涠西南凹陷1号、2号、3号断裂带,惠州26—西江30洼边界大断层、珠三南断层等。相信随着勘探从凸起向凹陷转移、从浅层向深层转移、从源外向源内转移,这类油气田会越来越多。2.4不同盆地构造成带分布的构造意义南海北部大陆边缘经历了三大构造演化阶段,由于东区盆地结构主要受裂谷期构造格局控制,西区盆地结构主要受裂后期反转构造控制,因此裂谷期伸展构造、热沉降期重力构造、新构造期扭动构造的叠加在不同盆地形成了各具特色的成群成带分布的二级构造带和圈闭。2.4.1低凸高(1)构造圈闭与强化受(低)凸(隆)起基底高的影响,后期的断拗期及其以上地层,在差异压实作用下,可形成幅度不同的背斜或被断层复杂化的构造圈闭。如珠江口盆地中央隆起带、琼东南盆地北部隆起和南部隆起上发育的圈闭(图4)。(2)有利储层的岩、生物礁储层在东沙隆起上,发育了大片生物礁,泥岩、砂岩、生物礁呈复杂的互层关系,其中的渗透性灰岩构成了有利的储层。这类储层可以形成岩性圈闭,与构造叠合也可以形成背斜圈闭(图4)。(3)层被关闭在(低)凸(隆)起带上背斜构造被削顶,就可形成地层圈闭,如YC13-1气田(图6)。2.4.2斜坡带的圈闭陡坡带位于凹陷和凸起之间,它既可能是一条简单的断层,也可能是一个复杂的断裂带。每一个凹陷都至少有一个陡坡带。陡坡带的断层可能终止于破裂不整合,也可能延伸到拗陷期地层甚至海底。陡坡带圈闭有滚动背斜、断鼻、断块、岩性体等。目前在西江凹陷、惠州凹陷、涠西南凹陷、文昌凹陷、宝岛凹陷的陡坡带都发现了不同规模的油气聚集。2.4.3凹中龙凹中隆有两种基本类型,一种是同生构造带,另一种是反转构造带。从构造类型上也可以分为断裂带和底辟构造带两种。(1)s10-2等构造如文昌A洼发育的WC9-1、WC9-2、WC9-3和WC10-2等构造,涠西南凹陷中央2号和3号断裂构造带,每个带都可能形成成串分布的油气藏(图7);又如乌石凹陷中央反转构造带、迈陈凹陷反转构造带等也属于这种类型。(2)背斜带形成储盖组合主要分布在莺中凹陷中央,总体上呈北西走向,局部构造为长轴呈南北走向的背斜,共有5~6个背斜带。每个背斜在上第三系都发育有多套储盖组合。但目前仅在浅层的常温常压层中发现了商业性天然气藏(如DF1-1气田、LD15-1气田和LD22-1气田)及一批含气构造(图5)。2.4.4半地堑内半地堑内缓坡带沙柳河地区的油气缓坡带是重要的油气聚集区。如北部湾盆地福山凹陷是北断南超的箕状半地堑,其南部缓坡带流沙港组二段泥岩层上、下发育了两套产状相反的断层,其中在下部反向断层形成的多个反向屋脊断块中发现了大量油气聚集。类似的实例还有涠西南南斜坡、白云凹陷北坡等。3勘探领域的分析3.1油气资源及开发潜力经过20多年的勘探,在南海北部大陆边缘发现了陆丰13N、惠州26、西江、番禺4、文昌A、涠西南和福山7个有商业性油田发现的富油凹(洼)陷,以及莺中、崖南和白云凹陷3个富生气凹陷。这些凹(洼)陷虽然勘探成效显著,但总体勘探程度还不高。这些凹(洼)陷的资源潜力大。如在南海北部边缘凹陷中发现石油储量最多的惠州凹陷,以前资源评价层位少,资源量只有108t,最近按7个层系重新评价,发现其资源量与东营凹陷相当,这为该凹陷的进一步勘探提供了物质基础。其他富烃凹(洼)陷也存在资源评价程度低,资源量评价偏少的情况。这些凹(洼)陷已发现油气层分布层位局限,主要分布于浅层。如勘探程度比较低的珠江口盆地陆丰13N、惠州26、西江、番禺4、文昌A等洼陷油气层主要分布于珠海组—珠江组底部,而文昌—恩平组深层和浅层韩江组等油气层很少,前第三系基底没有发现。北部湾盆地涠西南凹陷油气主要分布于涠州组,始新统长流组和流沙港组很少发现;福山凹陷的油气主要分布于始新世流沙港组,涠州组及潜山尚待查明。莺歌海盆地莺中凹陷中央底辟带的天然气主要分布于上新统莺歌海组,其下的中新统和渐新统也还没有发现。崖南凹陷除在渐新统陵水组发现YC13-1大气田之外,在其他层位尚无大气田发现。但是南海北部油气藏与断裂关系密切,都应是复式油气藏,因此预计其他层位也应有油气藏分布。此外,目前成熟区已发现圈闭的类型也比较单一,除YC13-1气田是地层油气藏以外,其他都是构造油气藏。目前非构造圈闭勘探刚刚起步,其勘探前景十分广阔,如珠江口盆地珠一坳陷惠州凹陷及其邻区中新世三角洲—浅海沉积体系中的各类砂体就是较有利的勘探目标。以“富油气凹(洼)陷满凹(洼)含油论”、“复式油气聚集带理论”、“复式油气成藏理论”为指导,从立体勘探的角度进行综合分析,这些领域的勘探潜力仍十分广阔。3.2南海区域地质分区新区是油气勘探获得重大突破的重要领域,在南海北部大陆边缘尚有多种类型的新区。新盆地目前主要限于超深水区,如笔架南盆地、双峰南盆地、双峰北盆地、中沙西南盆地等。这些盆地只有少量的地震测线,认识程度都比较低。新坳陷(新隆起)主要指潮汕坳陷。新凹陷(新凸起)主要是指已发现油气盆地内的深水区、新洼陷等,大致可以分成有油无田型、有井无油型、无井型等。这类新区在北部湾盆地、莺歌海盆地、珠江口盆地、琼东南盆地都有分布。虽然它们肯定不都是富油气凹陷,但一旦突破,就会发现成群成带的油气田。因此,可对新盆地、新坳陷(隆起)、新凹陷(凸起)进行综合评价,优选勘探富洼、富带、富成藏组合和骨干目标,实现新区突破。3.3似海底反射层地震剖面的地