郭明剛，朱繼田，曾小宇，熊小峰，唐歷山

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引 言

“十二五”以來，位于南海北部新生代被動大陸邊緣的瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷淺層上新世—晚中新世鶯歌海組—黃流組濁積水道砂—海底扇領域的勘探獲得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了中國第1個超千億方深水大氣田[1]，由此打開了深水區(qū)油氣發(fā)現(xiàn)的序幕。目前，深水區(qū)勘探向峽谷外拓展，已經(jīng)在鄰區(qū)早—中中新世海底扇領域和漸新世(扇)三角州—海底扇領域中鉆探多口井，但效果均不理想，主要問題為油氣運移出現(xiàn)誤判。因此，必須加強油氣運移的研究，為后續(xù)區(qū)帶優(yōu)選和鉆探目標的選擇提供指導。流體勢是油氣運移的動力和研究關鍵之一，而構造對流體勢場的形成和演化產(chǎn)生了重大影響，但鮮有研究。因此，在梳理深水區(qū)新生代以來的構造演化及其動力機理的基礎上，開展了構造運動對流體勢各組成部分的控制作用解剖，最終明確了構造運動對流體勢場形成和演化的控制機理。在此基礎上，利用Petromod盆地模擬軟件進行精細建模和定量恢復，明確了深水區(qū)流體勢場演化過程及其與構造的耦合關系，結(jié)合關鍵時刻的流體勢低勢區(qū)分布與“源—運—圈”的配置關系，指出了深水區(qū)的有利區(qū)帶，指導了下一步油氣勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瓊東南盆地是在前新生代基底上發(fā)育起來的裂谷型含油氣盆地，總面積約為8.8×104km2，主要由北部坳陷帶、中部隆起、中央坳陷帶和南部隆起4個1級構造單元組成。盆地的構造演化主要受到歐亞板塊、太平洋板塊和印支板塊三者的共同影響[2]，可劃分為早期始新世的裂陷階段、漸新世—早中新世的“拗—斷”階段和之后的拗陷階段，由此發(fā)育了1套3層結(jié)構、由陸相到海相沉積演變的厚層新生代地層[3]，中中新世陸坡形成后，整體實現(xiàn)了淺海向深海的轉(zhuǎn)變。其中，斷陷期的始新統(tǒng)湖相地層和“斷—拗”期的漸新世崖城組海陸過渡相—陸源海相地層是區(qū)內(nèi)主要的烴源巖地層。

深水區(qū)主要位于盆地2號斷裂帶和神狐隆起以南地區(qū)，水深為500～3 000 m，總面積約為7.5×104km2，主要由中央坳陷帶和南部隆起2個1級構造單元組成，中央坳陷帶又包括7個大凹陷和2個低凸起 (圖1)。同時，由于深水區(qū)地幔上涌強烈，地層欠壓實嚴重，也是高溫和超壓發(fā)育的地區(qū)[4-6]。

圖1 瓊東南盆地深水區(qū)構造

2 深水區(qū)新生代構造演化及機制

前人已對瓊東南盆地深水區(qū)新生代的構造演化及其機制進行一定研究[7-8]。最新的研究成果表明，深水區(qū)從56.5 Ma開始拉張斷陷至今，共經(jīng)歷7期構造運動，在斷陷期和“斷—拗”期形成了NE、NEE和近EW向3組斷裂，相應的應力場發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)(表1)。新生代早期，太平洋板塊俯沖后撤、印度—歐亞板塊碰撞共同在華南大陸邊緣形成NW—SE向拉張應力場，南海北部開始了由北向南的“撕裂式拉張”，依次發(fā)育北部灣盆地、珠江口—瓊東南盆地和南海諸盆地，深水區(qū)與此對應的是神狐運動，主要發(fā)育NE向斷裂。早漸新世，太平洋板塊對華南大陸的俯沖由NNW向轉(zhuǎn)為NWW向，引起華南大陸邊緣快速向太平洋方向蠕撤，區(qū)內(nèi)對應的是珠瓊運動(一幕和二幕)，NEE向斷裂發(fā)育。晚漸新世末，印度—歐亞板塊的碰撞造成華南板塊地幔物質(zhì)向東南方向流動，區(qū)內(nèi)發(fā)生南海運動，EW向斷裂發(fā)育。中中新世末，菲律賓板塊的逆時針旋轉(zhuǎn)作用在南海北部形成壓扭應力場，區(qū)內(nèi)依次發(fā)育南沙運動和東沙運動。到中新世末，受紅河斷裂右旋走滑影響，盆地內(nèi)發(fā)生了新構造運動。

表1 深水區(qū)構造事件劃分

3 構造運動對流體勢場的控制作用

流體勢場由重力能、彈性能和界面能3部分組成。重力能是物體因為重力而擁有的能量，彈性能是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢能，界面能是來自界面張力所具備的位能。流體勢對應的主要表征變量為巖性—孔隙結(jié)構、埋深、地層壓力和流體密度等。

油氣的運移和聚集是在含油氣系統(tǒng)中由流體勢驅(qū)動完成的，而構造作用對流體勢具有控制作用。一方面引發(fā)構造運動的構造應力場可以直接作為運移的驅(qū)動力；另一方面構造運動還可以通過對流體勢場關鍵地質(zhì)參數(shù)的控制，從而間接控制流體勢場。每一次的構造運動都是外圍構造應力場對盆地內(nèi)的物質(zhì)體及其內(nèi)部能量場的再調(diào)整，會嚴重影響油氣運聚整個過程。因此，構造運動對深水區(qū)的流體勢場的控制作用可以簡單分為直接影響和間接影響2類。

構造運動對流體勢場的直接影響從機理上看，主要體現(xiàn)為對彈性能的形成和演化的控制。構造應力場除了直接改變孔隙流體壓力，還對后期孔隙流體壓力的形成產(chǎn)生持續(xù)性影響，最終導致彈性能發(fā)生變化。油氣圈閉有時也是應力圈閉的一種反映，被高應力包圍的低應力區(qū)，一般也是有利的儲油儲氣構造[9]。深水區(qū)多期的構造運動也伴隨著構造應力的周期性變化，并引發(fā)深水區(qū)孔隙流體壓力發(fā)生相應的周期性調(diào)整，最終形成了凹陷中心為彈性能高勢區(qū)，斜坡—低凸起—凸起區(qū)為彈性能低勢區(qū)的格局。

構造運動對流體勢場的間接影響，從機理上體現(xiàn)為對界面能和重力能的形成和演化的控制。一方面，構造運動對輸導通道的形成與品質(zhì)產(chǎn)生控制，影響界面能，控制流體勢。具體來說，在構造運動控制下，形成了異于深水泥巖背景下(低孔喉)由斷層、底辟、砂體和構造脊構成的輸導體系和圈閉(高孔喉)，影響界面能，并成為流體勢場能量優(yōu)先釋放或含烴流體保存的場所。前人研究表明，斷裂的開啟和關閉、砂體分布的連續(xù)性均可表現(xiàn)為孔喉的變化，從而影響界面能大小，最終使得流體勢發(fā)生改變[10-11]。另外，當構造應力作用于非均質(zhì)的地層多孔介質(zhì)時，會導致原介質(zhì)孔隙度、滲透率發(fā)生不均衡變化，從而改變界面能。總體來看，深水區(qū)由于從凹內(nèi)到斜坡—低凸起—凸起，砂泥比增大，砂巖逐漸變粗，成巖作用逐漸降低，物性逐漸變好，界面能也逐漸降低。

另一方面，構造運動還控制了區(qū)內(nèi)古地貌的形成，造成“源—圈”之間的高程差，從而間接影響了重力能，最終形成了深水區(qū)凹陷中心為重力能高勢區(qū)，斜坡—低凸起—凸起區(qū)是重力能低勢區(qū)的格局。

4 深水區(qū)流體勢場的恢復與特征

流體勢場恢復的工區(qū)范圍是②號斷裂以南的中央拗陷帶和南部隆起(圖2)。通過已鉆井和區(qū)域沉積成果，明確深水區(qū)不同巖性的分布和砂巖孔隙結(jié)構特征，最終獲得區(qū)內(nèi)界面能參數(shù)平面分布的模型。通過區(qū)域速度場和鉆井壓力的研究，建立區(qū)域壓力場，由此獲得彈性能參數(shù)分布模型。通過古地貌恢復，建立不同歷史時期的重力能參數(shù)模型。最后，基于這些控制流體勢場的實際地質(zhì)參數(shù)模型，利用Petromod軟件恢復了深水區(qū)的流體勢場發(fā)育史。

深水區(qū)的關鍵時刻為5.5 Ma至現(xiàn)今。從現(xiàn)今的流體勢場來看，深水區(qū)流體勢總體呈現(xiàn)出橫向上從凹內(nèi)到斜坡—低凸起—凸起區(qū)逐漸降低，縱向上從深部早漸新世烴源巖地層到淺層地層逐漸降低的特征。但是部分凹陷中心及其附近的陵水組和崖城組流體勢出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，原因為陵水組地層欠壓實程度最大，為區(qū)域超壓中心。可以預測，如果沒有垂向通道打破這一平衡，凹陷中心的崖城組生成的油氣會在陵水組“天花板”的阻擋下優(yōu)先向兩側(cè)的斜坡區(qū)運移(圖2、3)。

圖2 崖城組頂面(T70)天然氣流體勢平面(0 Ma)

圖3 深水區(qū)天然氣流體勢典型剖面(0 Ma)

從流體勢史來看，新生代以來的流體勢場與熱流場的變化趨勢相似，總體表現(xiàn)為階段性變化，每一次流體勢場的劇變與構造運動爆發(fā)時間耦合，二者其實都是構造運動控制下系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)節(jié)的不同表征跡象(表2)。構造運動也是流體勢能量場調(diào)節(jié)過程的誘發(fā)因素，每一次構造運動都是流體勢能量場 “緩慢積累”至“短時爆發(fā)”這一重復循環(huán)過程的誘因，伴隨著地下油氣的集中大量運移和新的大中型油氣田的形成。目前鶯瓊盆地內(nèi)的大多數(shù)氣田，包括區(qū)內(nèi)的中央峽谷大氣田都是新構造運動背景下的產(chǎn)物。另外，流體勢場在斷裂(底辟)、大規(guī)模砂體附近出現(xiàn)了明顯畸變，表明疏導通道對流體勢場的影響。特別是在開啟的深大溝源斷裂(②號斷裂等)和凹陷邊緣大規(guī)模優(yōu)質(zhì)疏導砂體(松南低凸起的崖城組濱?！侵萆绑w等)附近，深部的高流體勢場是有效的泄勢通道，如果發(fā)育垂直于凹陷長軸構造脊，可以形成長期持續(xù)的泵吸效應，并造成與圍區(qū)不同的長期相對低勢區(qū)。因此，輸導通道的品質(zhì)控制局部流體勢場畸變的程度。深大溝源斷裂深層的活動程度和時間均比淺層大，瞬時爆發(fā)且伴隨大量微裂隙的底辟垂向輸導性能強、斜坡—低凸起—凸起區(qū)疏導砂體物性比凹內(nèi)好，這些通道附近流體勢場的畸變比較明顯，同時也是相對優(yōu)勢的運移通道。

表2 崖城組頂面(T70)A點處天然氣流體勢史

5 流體勢場影響下的有利區(qū)帶預測

5.1 成藏要素配置特征

深水區(qū)的主力氣源巖是海陸過渡相煤系烴源巖—陸源海相烴源巖[12-13]。成熟烴源巖主要分布在凹陷中心及其附近，大部分斜坡—低凸起—凸起區(qū)還未進入生氣窗。由于凹內(nèi)水熱增壓和烴源巖生烴增壓顯著，成熟烴源巖分布范圍與高流體勢場區(qū)具有耦合關系。

深水區(qū)主要的4種輸導通道構成了2種疏導格架樣式：以中央峽谷(樂東—陵水段)和寶南斷階帶為代表的底辟(斷裂)近源垂向輸導體系格架樣式[14-15]；以松南低凸起區(qū)為代表的”斷—砂—脊”復式輸導體系格架樣式[16]。前者主要位于凹陷內(nèi)，后者主要位于斜坡—低凸起—凸起區(qū)。

目前深水區(qū)的區(qū)帶分為2類。一類是具有本地成熟烴源巖，位于凹陷內(nèi)的中央峽谷巖性圈閉帶、陵水—寶島凹中反轉(zhuǎn)構造帶、寶南斷階帶和長昌環(huán)A洼圈閉帶等4個區(qū)帶；另一類是不具有本地烴源，位于凹陷斜坡—低凸起—凸起區(qū)，有長南鼻狀構造帶、陵南低凸起披覆背斜構造帶、陵南斜坡反向斷階構造帶和松南低凸起披覆背斜構造帶等4個區(qū)帶。

流體勢場控制下的深水區(qū)，“源—運—圈”的空間配置特征已經(jīng)反映出位于油氣運移方向上的有利區(qū)帶(圖2)。

5.2 有利區(qū)帶

(1) 凹內(nèi)近源垂向就近成藏有利區(qū)帶。這類區(qū)帶多屬于早—中中新統(tǒng)海底扇新領域，主要位于凹內(nèi)深部高流體勢烴源地層上方淺層低勢區(qū)，溝源斷裂或底辟發(fā)育，油氣垂向運移距離短，成藏要素配置好，含油氣信息明顯，資源潛力大。除了中央峽谷外的有利區(qū)帶為陵水—寶島凹中反轉(zhuǎn)構造帶。

(2) 凹陷邊緣(垂向+側(cè)向)長距離側(cè)向成藏有利區(qū)帶。這類區(qū)帶屬于漸新統(tǒng)(扇)三角州—海底扇新領域，主要位于凹陷邊緣斜坡—低凸起—凸起區(qū)，是側(cè)向上緊鄰高流體勢的低流體勢區(qū)，主要供源的凹內(nèi)崖城組烴源巖地層與頂部陵水組蓋層具有流體勢場反轉(zhuǎn)特征，并且部分區(qū)帶還被四周凹內(nèi)高流體勢區(qū)包圍。帶內(nèi)目標含油氣信息明顯，勘探潛力大。

同時這類有利區(qū)帶還應該滿足遠距離側(cè)向運移4個必備條件：充足的油氣源和動力、優(yōu)質(zhì)的輸導通道和蓋層、穩(wěn)定發(fā)育的古斜坡、“源—圈”之間沒有大型圈閉或油氣田攔截和聚油[17-19]。有利區(qū)帶為松南低凸起披覆背斜構造帶(圖4)。

圖4 松南低凸起披覆背斜構造帶成藏模式

6 結(jié) 論

(1) 構造運動影響深水區(qū)流體勢場的彈性能、界面能、重力能的形成和演化，從而控制區(qū)內(nèi)的油氣運聚，是流體勢能量場不斷調(diào)整的誘因，并導致地下油氣的集中大量運移和油氣田的形成。

(2) 深水區(qū)流體勢橫向上從凹內(nèi)到凹陷邊緣斜坡—低凸起—凸起區(qū)逐漸降低，垂向上從早漸新世烴源巖地層向上整體逐漸降低，部分凹陷中心附近的陵水組和崖城組流體勢大小出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。

(3) 陵水—寶島凹中反轉(zhuǎn)構造帶和松南低凸起披覆背斜構造帶，為深水區(qū)繼中央峽谷外的最有利區(qū)帶。