西湖凹陷構(gòu)造演化特征及油氣運(yùn)聚單元?jiǎng)澐?/h1>
2018-12-04 09:11:14于仲坤
上海國土資源 2018年4期
于仲坤，丁 飛，趙 洪
（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）
油氣運(yùn)聚單元是盆地中具有共同的油氣生成、運(yùn)移和聚集歷史和特征的、具有成因聯(lián)系的一組油氣藏和遠(yuǎn)景圈閉以及為其提供烴源的有效烴灶的集合體[1]。前人針對油氣運(yùn)聚單元開展大量的研究表明每個(gè)運(yùn)聚單元中的油氣都會在流體勢控制下按一定的規(guī)律運(yùn)移和聚集在該運(yùn)聚單元的圈閉中，不同的油氣運(yùn)聚單元之間油氣不會相互溝通[2]。西湖凹陷目前尚未系統(tǒng)開展油氣運(yùn)聚單元的劃分，對區(qū)域成藏及勘探目標(biāo)優(yōu)選造成困擾。因此本文在開展剝蝕厚度恢復(fù)及古構(gòu)造演化等研究入手，探討西湖凹陷在油氣成藏關(guān)鍵時(shí)期的流體勢特征，劃分西湖凹陷油氣運(yùn)聚單元，從油氣運(yùn)移動(dòng)力角度分析西湖凹陷油氣富集分布規(guī)律及原因，為成藏研究及油氣勘探開發(fā)提供依據(jù)。
西湖凹陷位于東海陸架盆地浙東坳陷東部，構(gòu)造上屬于東海盆地浙東拗陷內(nèi)的三級構(gòu)造單元。西湖凹陷總體上呈東斷西超的箕狀結(jié)構(gòu)，由西往東總體上可劃分出三個(gè)構(gòu)造單元，即西部斜坡區(qū)、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部斷階區(qū)（圖1）[3-7]。沉積地層自下而上為古近系寶石組、平湖組、花港組，新近系龍井組、玉泉組、柳浪組、三潭組，第四系東海群組[8-9]，其中其主要含油氣層位為始新統(tǒng)平湖組與漸新統(tǒng)花港組（圖2）。
1 構(gòu)造格架及演化特征
西湖凹陷是在晚白堊世末期的構(gòu)造背景上沉積的新生代地層，總體以巨厚的中、上始新統(tǒng)和中新統(tǒng)為特征。西湖凹陷從成盆至今經(jīng)歷了多階段的構(gòu)造演化，新生代大體上演化經(jīng)歷下列三個(gè)階段（圖3）。
1.1 斷陷階段
晚白堊世—始新世由于受到太平洋板塊運(yùn)動(dòng)的影響，東海陸架區(qū)處于剪切拉張應(yīng)力狀態(tài)，受雁蕩運(yùn)動(dòng)和甌江運(yùn)動(dòng)作用，西湖凹陷斷陷沉積了下始新統(tǒng)地層和中、上始新統(tǒng)地層平湖組。平湖組地層沉積后期，晚始新世東海陸架區(qū)發(fā)生了以剪切擠壓作用為主的構(gòu)造事件（玉泉運(yùn)動(dòng)），西湖凹陷整體抬升，地層長期處于剝蝕階段，使得該區(qū)缺失了下漸新統(tǒng)地層，平湖組地層與上覆地層為不整合接觸，形成廣泛的區(qū)域不整合，為西湖凹陷油氣成藏構(gòu)筑了良好的輸導(dǎo)體系。
1.2 坳陷—反轉(zhuǎn)階段（龍井運(yùn)動(dòng)）
玉泉運(yùn)動(dòng)后，整個(gè)盆地處于應(yīng)力場相對松弛階段，西湖凹陷地層斷陷結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為坳陷結(jié)構(gòu)，接受沉積了花港組地層?；ǜ劢M地層沉積后期，晚漸新世西湖凹陷局部發(fā)生了以剪切擠壓作用為主的構(gòu)造事件（花港運(yùn)動(dòng)），西湖凹陷整體抬升，局部地層處于剝蝕階段，花港組地層與上覆地層為不整合接觸，形成局部不整合面。受區(qū)域運(yùn)動(dòng)菲律賓板塊的運(yùn)動(dòng)影響，整個(gè)東海陸架盆地再次受剪切拉分作用控制，盆地坳陷沉積，西湖凹陷坳陷沉積了巨厚的中新統(tǒng)地層（龍井組、玉泉組和柳浪組）。
中新世末至上新世早期，由于東側(cè)的強(qiáng)烈碰撞和仰沖導(dǎo)致了西湖凹陷內(nèi)壓扭或擠壓逆沖反轉(zhuǎn)。整個(gè)東海陸架區(qū)擠壓抬升，造成強(qiáng)烈隆升和剝蝕，形成廣泛的區(qū)域不整合面。西湖凹陷在中新世晚期玉泉組地層沉積后，龍井運(yùn)動(dòng)使得該區(qū)擠壓抬升，玉泉組地層大部分遭受剝蝕，僅在深凹中有殘留，形成不整合面。在此階段，有效烴源巖大量生排烴并有效成藏，是西湖凹陷含油氣系統(tǒng)關(guān)鍵時(shí)刻。
圖1 東海陸架盆地構(gòu)造區(qū)劃及西湖凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Simpli fied tectonic map of the East China Sea Shelf Basin and Tectonic units of Xihu Sag
圖2 西湖凹陷地層構(gòu)架Fig.2 Strata in Xihu Sag
1.3 區(qū)域性沉降階段
龍井運(yùn)動(dòng)后整個(gè)盆地再次處于應(yīng)力松弛階段。上新世至今，區(qū)域受印度板塊強(qiáng)烈作用影響，整個(gè)東海陸架區(qū)處于整體拉張下沉狀態(tài)，西湖凹陷開始接受了水平沉積上新
統(tǒng)三潭組和第四系東海群地層。
圖3 西湖凹陷地層剖面圖Fig.3 Stratigraphic section in Xihu Sag
2 流體勢等值圖的編制
2.1 流體勢計(jì)算公式
20世紀(jì)40年代，M. K. Hubbert 提出利用流體勢來闡述地下流體的運(yùn)聚規(guī)律[10]。他把單位質(zhì)量的流體所具有的機(jī)械總和定義為勢，并建立數(shù)學(xué)模型，目前仍然是流體勢研究的關(guān)鍵模型。
式中：Ф-流體勢，m2/s2；g-重力加速度，9.81m/s2；z-測點(diǎn)相對于基準(zhǔn)面的距離，m（基準(zhǔn)面以上為正）；p-測點(diǎn)流體壓力，Pa；ρ-流體密度，kg/m3；v-流速，m/s；其中z為相對基準(zhǔn)面的高度，基準(zhǔn)面可以選任意高程。
地下流體流動(dòng)速度緩慢，其動(dòng)能忽略不計(jì)。當(dāng) v≈0時(shí)，流體勢的定義就為單位質(zhì)量流體的勢能：
2.2 流體勢計(jì)算
由于西湖凹陷柳浪組沉積末期（5Ma即關(guān)鍵時(shí)刻）油氣運(yùn)移格局對油氣成藏影響較大，為了深入研究西湖凹陷的油氣運(yùn)聚特征，需要對柳浪組沉積末期流體勢進(jìn)行計(jì)算。
本文將通過回剝法恢復(fù)柳浪組沉積末期平湖組頂面構(gòu)造圖，其做法是：以現(xiàn)今構(gòu)造圖為基礎(chǔ)，按1km×1km的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)讀取該反射層的埋深，減去對應(yīng)結(jié)點(diǎn)上柳浪組現(xiàn)今上覆地層厚度，恢復(fù)柳浪組沉積末期平湖組頂面構(gòu)造圖（圖4(a)）。然后再通過公式2計(jì)算得到古構(gòu)造流體勢平面圖（圖4(b)）。
2.3 柳浪組沉積末期流體勢特征
由柳浪組沉積末期的古流體勢分布圖（圖4(b)）可以看出，其分布規(guī)律較強(qiáng)。在凹陷的沉積沉降中心部位的流體勢最高，在斜坡部位的流體勢較低。按照油氣運(yùn)移遵循的原則，流體由凹陷中央的高勢區(qū)向斜坡帶的低勢區(qū)運(yùn)移；在同一平面上，流體勢總體表現(xiàn)出由凹陷中央向斜坡逐漸降低的分布規(guī)律。整體來看，高勢區(qū)分布范圍較小，主體位于凹陷的中北部，處于生烴中心，只要存在有效的圈閉，就能夠形成油氣藏，是有利的油氣聚集區(qū)。
圖4 西湖凹陷平湖組(5Ma)頂面構(gòu)造圖(a)與流體勢等值圖(b)Fig.4 Top structure (a) and fluid potential contour(b) of Pinghu Formation (5Ma) in Xihu Sag
3 運(yùn)聚單元?jiǎng)澐?/h2>
以流體勢分析為基礎(chǔ)的油氣運(yùn)聚格局分析，是劃分油氣運(yùn)聚單元的基礎(chǔ)[1]。
本次研究中運(yùn)聚單元邊界的劃分是在含油氣系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。首先做出有效烴源巖大量生排烴期有效烴源巖系頂面（儲層底面）的流體勢圖，研究油氣疏導(dǎo)體系的分布；在流體勢圖上根據(jù)高勢面的分布劃出油氣運(yùn)移分割槽；以分割槽為邊界并考慮油氣輸導(dǎo)體系的分布確定油氣運(yùn)聚單元的邊界[11-12]。
研究區(qū)有效烴源巖大量生排烴時(shí)刻為柳浪組沉積末期（距今5Ma），參考古流體勢特征（圖4(b)），根據(jù)西湖凹陷油氣輸導(dǎo)體系分布，將凹陷劃分為三大油氣運(yùn)聚區(qū)，即西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)、中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)和東部斷階油氣運(yùn)聚區(qū)。同時(shí)參考構(gòu)造、流體勢變化情況等，在三大油氣運(yùn)聚區(qū)的基礎(chǔ)上又劃分出9個(gè)油氣運(yùn)聚單元。運(yùn)聚單元I、II、III、IV屬于西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)；運(yùn)聚單元V、VI、VII屬于中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)；運(yùn)聚單元VIII、IX屬于東部斷階油氣運(yùn)聚區(qū)（圖5）。
3.1 西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)
I—IV號運(yùn)聚單元：位于西湖凹陷西部，該區(qū)域斷裂發(fā)育，為油氣縱向和橫向運(yùn)移提供良好輸導(dǎo)條件；發(fā)育的圈閉類型主要有斷背斜、斷鼻、斷塊圈閉[13]。其中I、II、III號運(yùn)聚單元部分處于高勢區(qū)，有利于流體向斜坡低勢區(qū)運(yùn)移、成藏，是較好的油氣聚集單元。
3.2 中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)
V—VII運(yùn)聚單元：位于西湖凹陷中部，該區(qū)域油氣以砂巖、斷層輸導(dǎo)體系為主；發(fā)育的圈閉類型主要有背斜、斷背斜、斷鼻、斷塊圈閉。其中V、VI號運(yùn)聚單元整體處于高勢區(qū)，只要存在有效的圈閉，就能夠形成油氣藏，是較好的油氣聚集單元。
圖5 西湖凹陷平湖組(5Ma)流體勢及運(yùn)聚單元?jiǎng)澐諪ig.5 Fluid potential and migration-accumulation unit partition of Pinghu Formation (5Ma) in Xihu Sag
3.3 東部斷階油氣運(yùn)聚區(qū)
VIII—IX運(yùn)聚單元：位于西湖凹陷東部，VIII、IX號運(yùn)聚單元整體處于低勢區(qū)，不利于流體運(yùn)移、成藏，是比較差的油氣聚集單元。
4 結(jié)論
（1）流體勢總體表現(xiàn)出由凹陷中央向斜坡逐漸降低的分布規(guī)律，西湖凹陷中央為主要供流區(qū)，斜坡帶為泄流區(qū)。高勢區(qū)分布范圍較小，主體位于凹陷的中北部，處于生烴中心，只要存在有效的圈閉，就能夠形成油氣藏，是有利的油氣聚集區(qū)。
（2）結(jié)合流體勢特征將西湖凹陷劃分出3個(gè)油氣運(yùn)聚區(qū)9個(gè)油氣運(yùn)聚單元。其中西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)的I、II、III號運(yùn)聚單元和中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)的V、VI號運(yùn)聚單元是較好的油氣聚集單元。
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1 構(gòu)造格架及演化特征
西湖凹陷是在晚白堊世末期的構(gòu)造背景上沉積的新生代地層，總體以巨厚的中、上始新統(tǒng)和中新統(tǒng)為特征。西湖凹陷從成盆至今經(jīng)歷了多階段的構(gòu)造演化，新生代大體上演化經(jīng)歷下列三個(gè)階段（圖3）。
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1.2 坳陷—反轉(zhuǎn)階段（龍井運(yùn)動(dòng)）
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中新世末至上新世早期，由于東側(cè)的強(qiáng)烈碰撞和仰沖導(dǎo)致了西湖凹陷內(nèi)壓扭或擠壓逆沖反轉(zhuǎn)。整個(gè)東海陸架區(qū)擠壓抬升，造成強(qiáng)烈隆升和剝蝕，形成廣泛的區(qū)域不整合面。西湖凹陷在中新世晚期玉泉組地層沉積后，龍井運(yùn)動(dòng)使得該區(qū)擠壓抬升，玉泉組地層大部分遭受剝蝕，僅在深凹中有殘留，形成不整合面。在此階段，有效烴源巖大量生排烴并有效成藏，是西湖凹陷含油氣系統(tǒng)關(guān)鍵時(shí)刻。
圖1 東海陸架盆地構(gòu)造區(qū)劃及西湖凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Simpli fied tectonic map of the East China Sea Shelf Basin and Tectonic units of Xihu Sag
圖2 西湖凹陷地層構(gòu)架Fig.2 Strata in Xihu Sag
1.3 區(qū)域性沉降階段
龍井運(yùn)動(dòng)后整個(gè)盆地再次處于應(yīng)力松弛階段。上新世至今，區(qū)域受印度板塊強(qiáng)烈作用影響，整個(gè)東海陸架區(qū)處于整體拉張下沉狀態(tài)，西湖凹陷開始接受了水平沉積上新
統(tǒng)三潭組和第四系東海群地層。
圖3 西湖凹陷地層剖面圖Fig.3 Stratigraphic section in Xihu Sag
2 流體勢等值圖的編制
2.1 流體勢計(jì)算公式
20世紀(jì)40年代，M. K. Hubbert 提出利用流體勢來闡述地下流體的運(yùn)聚規(guī)律[10]。他把單位質(zhì)量的流體所具有的機(jī)械總和定義為勢，并建立數(shù)學(xué)模型，目前仍然是流體勢研究的關(guān)鍵模型。
式中：Ф-流體勢，m2/s2；g-重力加速度，9.81m/s2；z-測點(diǎn)相對于基準(zhǔn)面的距離，m（基準(zhǔn)面以上為正）；p-測點(diǎn)流體壓力，Pa；ρ-流體密度，kg/m3；v-流速，m/s；其中z為相對基準(zhǔn)面的高度，基準(zhǔn)面可以選任意高程。
地下流體流動(dòng)速度緩慢，其動(dòng)能忽略不計(jì)。當(dāng) v≈0時(shí)，流體勢的定義就為單位質(zhì)量流體的勢能：
2.2 流體勢計(jì)算
由于西湖凹陷柳浪組沉積末期（5Ma即關(guān)鍵時(shí)刻）油氣運(yùn)移格局對油氣成藏影響較大，為了深入研究西湖凹陷的油氣運(yùn)聚特征，需要對柳浪組沉積末期流體勢進(jìn)行計(jì)算。
本文將通過回剝法恢復(fù)柳浪組沉積末期平湖組頂面構(gòu)造圖，其做法是：以現(xiàn)今構(gòu)造圖為基礎(chǔ)，按1km×1km的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)讀取該反射層的埋深，減去對應(yīng)結(jié)點(diǎn)上柳浪組現(xiàn)今上覆地層厚度，恢復(fù)柳浪組沉積末期平湖組頂面構(gòu)造圖（圖4(a)）。然后再通過公式2計(jì)算得到古構(gòu)造流體勢平面圖（圖4(b)）。
2.3 柳浪組沉積末期流體勢特征
由柳浪組沉積末期的古流體勢分布圖（圖4(b)）可以看出，其分布規(guī)律較強(qiáng)。在凹陷的沉積沉降中心部位的流體勢最高，在斜坡部位的流體勢較低。按照油氣運(yùn)移遵循的原則，流體由凹陷中央的高勢區(qū)向斜坡帶的低勢區(qū)運(yùn)移；在同一平面上，流體勢總體表現(xiàn)出由凹陷中央向斜坡逐漸降低的分布規(guī)律。整體來看，高勢區(qū)分布范圍較小，主體位于凹陷的中北部，處于生烴中心，只要存在有效的圈閉，就能夠形成油氣藏，是有利的油氣聚集區(qū)。
圖4 西湖凹陷平湖組(5Ma)頂面構(gòu)造圖(a)與流體勢等值圖(b)Fig.4 Top structure (a) and fluid potential contour(b) of Pinghu Formation (5Ma) in Xihu Sag
3 運(yùn)聚單元?jiǎng)澐?/h2>
以流體勢分析為基礎(chǔ)的油氣運(yùn)聚格局分析，是劃分油氣運(yùn)聚單元的基礎(chǔ)[1]。
本次研究中運(yùn)聚單元邊界的劃分是在含油氣系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。首先做出有效烴源巖大量生排烴期有效烴源巖系頂面（儲層底面）的流體勢圖，研究油氣疏導(dǎo)體系的分布；在流體勢圖上根據(jù)高勢面的分布劃出油氣運(yùn)移分割槽；以分割槽為邊界并考慮油氣輸導(dǎo)體系的分布確定油氣運(yùn)聚單元的邊界[11-12]。
研究區(qū)有效烴源巖大量生排烴時(shí)刻為柳浪組沉積末期（距今5Ma），參考古流體勢特征（圖4(b)），根據(jù)西湖凹陷油氣輸導(dǎo)體系分布，將凹陷劃分為三大油氣運(yùn)聚區(qū)，即西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)、中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)和東部斷階油氣運(yùn)聚區(qū)。同時(shí)參考構(gòu)造、流體勢變化情況等，在三大油氣運(yùn)聚區(qū)的基礎(chǔ)上又劃分出9個(gè)油氣運(yùn)聚單元。運(yùn)聚單元I、II、III、IV屬于西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)；運(yùn)聚單元V、VI、VII屬于中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)；運(yùn)聚單元VIII、IX屬于東部斷階油氣運(yùn)聚區(qū)（圖5）。
3.1 西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)
I—IV號運(yùn)聚單元：位于西湖凹陷西部，該區(qū)域斷裂發(fā)育，為油氣縱向和橫向運(yùn)移提供良好輸導(dǎo)條件；發(fā)育的圈閉類型主要有斷背斜、斷鼻、斷塊圈閉[13]。其中I、II、III號運(yùn)聚單元部分處于高勢區(qū)，有利于流體向斜坡低勢區(qū)運(yùn)移、成藏，是較好的油氣聚集單元。
3.2 中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)
V—VII運(yùn)聚單元：位于西湖凹陷中部，該區(qū)域油氣以砂巖、斷層輸導(dǎo)體系為主；發(fā)育的圈閉類型主要有背斜、斷背斜、斷鼻、斷塊圈閉。其中V、VI號運(yùn)聚單元整體處于高勢區(qū)，只要存在有效的圈閉，就能夠形成油氣藏，是較好的油氣聚集單元。
圖5 西湖凹陷平湖組(5Ma)流體勢及運(yùn)聚單元?jiǎng)澐諪ig.5 Fluid potential and migration-accumulation unit partition of Pinghu Formation (5Ma) in Xihu Sag
3.3 東部斷階油氣運(yùn)聚區(qū)
VIII—IX運(yùn)聚單元：位于西湖凹陷東部，VIII、IX號運(yùn)聚單元整體處于低勢區(qū)，不利于流體運(yùn)移、成藏，是比較差的油氣聚集單元。
4 結(jié)論
（1）流體勢總體表現(xiàn)出由凹陷中央向斜坡逐漸降低的分布規(guī)律，西湖凹陷中央為主要供流區(qū)，斜坡帶為泄流區(qū)。高勢區(qū)分布范圍較小，主體位于凹陷的中北部，處于生烴中心，只要存在有效的圈閉，就能夠形成油氣藏，是有利的油氣聚集區(qū)。
（2）結(jié)合流體勢特征將西湖凹陷劃分出3個(gè)油氣運(yùn)聚區(qū)9個(gè)油氣運(yùn)聚單元。其中西部斜坡油氣運(yùn)聚區(qū)的I、II、III號運(yùn)聚單元和中央洼陷油氣運(yùn)聚區(qū)的V、VI號運(yùn)聚單元是較好的油氣聚集單元。
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