引用本文
Tian Yang,Ye Jiaren,Yang Baolin,et al.Hydrocarbon accumulation rule and exploration target optimization in Lishui Sag,East China Sea continental shelf basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(4):639-653.[田杨,叶加仁,杨宝林,等.东海陆架盆地丽水凹陷油气成藏规律及区带优选[J].天然气地球科学,2016,27(4):639-653.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.04.0639
东海陆架盆地丽水凹陷油气成藏规律及区带优选
中图分类号:TE122.2+3 文献标志码:A 文章编号:1672-1926(2016)04-0639-15
Hydrocarbon accumulation rule and exploration target optimizationin Lishui Sag,East China Sea continental shelf basin
Key words: Accumulation rule; Main control factor; Target optimization; Lishui Sag ;
引言
自20世纪80年代初丽水凹陷开始油气勘探以来,共钻探井15口,其中9口井见油气显示,6口井解释油气层,发现了丽水(LS)36-1气田,温州(WZ)13-1、南平(NP)5-2和LS35-33个含气构造,LS36-2和WZ26-12个含油构造[1,2]。10余年来,前人对东海陆架盆地台北坳陷丽水凹陷展开了卓有成效的油气地质综合研究和勘探工作,证实丽水凹陷为富生烃凹陷。葛和平等[3]探讨了丽水凹陷的油气成藏期次,认为丽水凹陷经历了2次油气成藏过程,且保存条件是制约丽水凹陷油成藏的关键因素;姜正龙等[4]根据成藏特点将该区划分出4种主要成藏模式;夏斌等[5]认为丽水凹陷空间上同一时期半地堑—地堑式盆地并存,时间上地堑逐渐向半地堑演化成多个孤立分布的断陷盆地,并提出构造活动有效控制圈闭的形成;梁建设等[6]综合分析地震属性和沉积相特征,认为丽水凹陷主力烃源岩月桂峰组是断陷型湖泊沉积环境,发育扇三角洲等多种沉积相类型;郝乐伟等[7]提出构造演化、热流和生烃作用及动态超压的积累与释放联合控制瓯江凹陷(即丽水凹陷)油气成藏。但丽水凹陷油气地质条件复杂,各种地质要素匹配关系认识不清,且勘探程度较低,制约了凹陷油气成藏研究的深入和勘探区带的优化选择。 本文采用宏观与微观相结合、动态和静态相结合、定性与定量相结合的研究方法,利用研究区实测地球化学、地球物理等资料,结合盆地模拟技术[8-11],重新认识凹陷油气成藏地质要素的耦合关系,总结丽水凹陷的油气成藏规律,并综合评价优选有利的油气成藏区带,以期为该地区的油气勘探决策提供成藏方面的依据。
1 油气成藏地质背景
丽水凹陷位于东海陆架盆地台北坳陷西南部,其西南以闽浙隆起带为界,北部以椒江凹陷相接,东边以雁荡低凸起、澎佳屿坳陷为界,总体呈NE—SW走向,为东断西超的断陷,被灵峰凸起和丽南凸起分成东、南、西3个次凹,具有“东西分带、南北分块”的构造格局[12,13]。据地震剖面Inline-W206地质构造解释自西向东划分为西次凹西部斜坡带、西次凹反转构造带、灵峰潜山凸起带、东次凹反转构造带和东次凹东部断阶带5个二级构造带(图1),以下把西次凹反转构造带及东次凹反转构造带统称为
图1 丽水凹陷位置及构造单元划分①
Fig.1 Position and division of tectonic units of Lishui Sag①
图2 丽水凹陷地层综合柱状图
Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Lishui Sag
2 油气成藏主控因素
油气藏形成及油气富集是受多种地质因素综合影响的结果,烃源岩、储集层、盖层、上覆岩层等基本地质要素与圈闭形成及油气生成、运移、聚集等成藏作用均对油气系统的发育具有重要的影响作用[16-19],丽水凹陷也不例外,油气成藏组合也受控于烃源岩、油气运移、储层、盖层、圈闭和其形成时间等诸地质因素,而主要控制因素是烃源岩的多样性、储层的非均质性、输导体系的复杂性及构造运动对油气的改造性。
2.1 烃源岩
丽水凹陷发育多种类型的烃源岩,不同烃源岩的分布特征、生排烃历史和强度存在较大差异,从而导致凹陷内油气性质和分布的复杂性。 统计丽水凹陷11口单井(图1)地球化学资料发现,凹陷内自下而上发育古新统月桂峰组、灵峰组和明月峰组3套烃源层,又可分为湖相(月桂峰组)和海相(灵峰组、明月峰组)2种类型(表1)。有机地球化学特征分析表明,灵峰组和明月峰组海相烃源岩的有机质丰度(TOC)属中等—较好级别(均值为1%左右),但其生烃潜力较差(均值为1.7mg/g左右)。同时,由于明月峰组和灵峰组烃源岩的成熟度均不高,有机质类型为Ⅲ型,所以凹陷内海相烃源岩以生成正常原油和低熟天然气为主。而月桂峰组湖相泥质烃源岩的成熟度明显高于明月峰组和灵峰组,有机碳(均值为2.1%左右)和热解生烃潜量(均值为3.5%左右)也高于明月峰组和灵峰组,有机质类型以Ⅱ2型为主,以生成高成熟的凝析油和湿气为主。 现有钻探成果揭示,丽水凹陷既产油,也产气,且油气类型多样,性质复杂,但以凝析油和天然气为主,月桂峰组湖相烃源岩对凹陷的油气起决定性的贡献作用。丽水凹陷中WZ26-1-1井、LF-1井、LS36-1-1井、LS36-1-2井均见到了油气,前人对WZ26-1-1井、LF-1井轻质原油及LS36-1构造的凝析油的油源进行了多轮研究对比,研究结论存在差异。
烃源岩类型 | TOC含量评价 | 生烃潜力评价 | 有机质类型 | 有机质成熟度 | 生成油气主要类型 |
湖相(月桂峰组) | 好 | 中 | Ⅱ2 | 成熟或过成熟阶段 | 凝析油、湿气 |
海相(灵峰组、明月峰组) | 中等—较好 | 差 | Ⅲ | 低成熟—中等成熟 | 正常原油、天然气 |
图4 丽水凹陷烃源岩饱和烃气相色谱图
Fig.4 Gas chromatograms of saturated hydrocarbons in source rocks in Lishui Sag
井号 | 层位 | 井深/m | δ13C/‰ |
LS36-1-1 | E1m | 2 380 | -24.4 |
LS36-1-1 | E1m | 2 574 | -24.1 |
LS36-1-1 | E1l | 3 150 | -24.7 |
LS36-1-1 | E1l | 3 265 | -25.3 |
WZ13-1-1 | E1m | 2 588 | -25.2 |
WZ13-1-1 | E1l | 3 055 | -25.2 |
WZ13-1-1 | E1l | 3 750 | -25.5 |
WZ26-1-1 | E1m | 2 895 | -25.8 |
WZ26-1-1 | E1l | 3 072 | -25.2 |
WZ26-1-1 | E1l | 3 181 | -25.5 |
WZ26-1-1 | E1l | 3 488 | -26.2 |
WZ26-1-1 | E1y | 3 647.25 | -27 |
WZ26-1-1 | E1y | 3 775 | -27.8 |
WZ26-1-1 | E1y | 3 887 | -28.1 |
2.2 储集层
储层的非均质性导致了丽水凹陷油气聚集的不均一性。前人研究表明,丽水凹陷月桂峰组主要储集体类型为近源扇三角洲、三角洲;灵峰组主要储集体类型为滨岸砂坝、扇三角洲、三角洲;明月峰组主要储集体类型为三角洲、扇三角洲、滨岸砂坝、浊积扇[22,23]。统计所有单井岩性和沉积相资料发现,三角洲前缘砂体物性较好,平均孔隙度为17.5%,平均渗透率为176×10-3μm2,属中孔中渗储层;扇三角洲砂体的孔隙度平均为17.36%,基本与三角洲前缘相当,但渗透率却远低于三角洲前缘,平均为12.3×10-3μm2,属中孔低渗储层。 由于本区钻井较少,地震资料品质较差,本文主要依据构造背景、沉积相类型、实测或测井预测物性、钻遇砂体厚度、油气显示、相邻地层岩石热解有机质丰度及物源区条件等,将丽水凹陷储集体分为Ⅰ和Ⅱ两大类(表7)。Ⅰ类区主要为分布在邻近WZ26-1-1井区扇三角洲砂体、东次凹南端扇三角洲砂体、LS36-1-2井东侧扇三角洲砂体、LS36-1-1井西北侧水下扇砂体、WZ13-1-1井西侧三角洲前缘砂体,其余为Ⅱ类区(图5)。
井号 | 井深/m | 层位 | 颜色 | 饱和烃/% | 芳烃/% | 非烃/% | 沥青质/% | δ13C/‰ |
LS36-1-1 | 2 276 | E1m | 黄色凝析油 | 79.97 | 7.33 | 7.99 | 4.71 | -26.2 |
LS36-1-2 | 2 251 | E1m | 无色凝析油 | 83.25 | 4.82 | 8.98 | 2.95 | -26.8 |
LF-1 | 2 524 | Pt | 浅棕色蜡质原油 | 90.4 | 4.28 | 3.11 | 2.21 | -27.6 |
WZ26-1-1 | 3 910 | E1y | 棕黑色原油 | 90.1 | 6.5 | 2 | 1.4 | -28.4 |
井号 | 井深/m | 层位 | Pr/nC17 | Ph/nC18 | Pr/Ph | CPI | C21-/C22+ |
LS36-1-1 | 2 276 | E1m | 1.54 | 0.40 | 4.43 | 1.27 | 10.02 |
LS36-1-2 | 2 251 | E1m | 1.61 | 0.41 | 4.89 | 1.25 | 13.02 |
LF-1 | 2 524 | Pt | 0.35 | 0.09 | 3.75 | 0.99 | 1.52 |
WZ26-1-1 | 3 910 | E1y | 0.24 | 0.09 | 2.9 | 1.07 | 1.83 |
井号 | 井深/m | 层位 | 类型 | C27重排 /规则甾烷 | C29重排 /规则甾烷 | C27/C29 甾烷 | C29甾烷 20S/(20S+20R) | 规则甾烷 /藿烷 |
LS36-1-1 | 2 276 | E1m | 凝析油 | 0.42 | 0.17 | 0.96 | 0.46 | 0.5 |
LS36-1-2 | 2 251 | E1m | 凝析油 | 0.99 | 0.25 | 1.22 | 0.47 | 0.55 |
LF-1 | 2 524 | Pt | 原油 | 0.31 | 0.1 | 0.41 | 0.45 | 0.46 |
WZ26-1-1 | 3 910 | E1y | 原油 | 0.15 | 0.13 | 0.84 | 0.48 | 0.93 |
分类 | 沉积相 类型 | 物性条件 | 相邻地层岩石热 解有机质丰度 | 油气显示情况 | 物源区条件 | |
孔隙度/% | 渗透率/(×10-3μm2) | |||||
Ⅰ类 | 三角洲前缘 | 17.5 | 176 | 较好 | 好或无数据 | 闽浙隆起带 |
扇三角洲 | 17.36 | 12.3 | 较好 | 好或无数据 | 灵峰凸起带、雁荡低凸起 | |
水下扇 | 16.7 | 9.3 | 较好 | 好或无数据 | 闽浙隆起带、雁荡低凸起 | |
Ⅱ类 | 三角洲平原 | <10 | <1 | 较差 | 无油气显示或无数据 | 闽浙隆起带 |
滨浅湖 | <10 | <1 | 较差 | 无油气显示或无数据 | 灵峰凸起带、雁荡低凸起 |
2.3 输导体系
输导体系是控制丽水凹陷油气富集的重要因素之一,其决定了油气藏的多样性。丽水凹陷的宏观结构为东断西超的半地堑,不同构造单元由于其所处的构造位置和沉积—构造发育历史等不同而具有各异的油气输导条件。 典型单井盆地模拟研究(图6)揭示,丽水凹陷月桂峰组主力烃源岩自灵峰组沉积早期(距今约56Ma)开始排烃,至明月峰组沉积末期(距今约53Ma)进入第一次排烃高峰,古新世末期构造抬升剥蚀,至始新世中期(距今约40Ma)进入第二次排烃高峰,始新世末期挤压反转后,排烃量较少,仅丽水东次凹有少量烃类生成运移。 统计凹陷内主测线Inline-W155、Inline-W181、Inline-W2063条剖面主要断裂的活动强度发现,丽水凹陷断裂活动从晚白垩世盆地拉张开始,活动强度在灵峰组沉积时期(T50—T42)达到高峰,明月峰组沉积期(T42—T40)断层活动明显减弱;不同次级构造单元也存在差异,西次凹西南部最强,西次凹西北部次之,东次凹最弱(图7)。后期的构造反转也形
图6 LS36-1-1井生烃史(a)及排烃史(b)
Fig.6 Resource rocks generation and expulsion history of Well LS36-1-1
图7 丽水凹陷主要断裂活动强度统计曲线[注:横坐标(断距/m)]
Fig.7 Strength of main faults statistical in Lishui Sag
图8 丽水凹陷Inline-W155测线现今油势分布特征(位置见图1)
Fig.8 Nowadays oil potential distribution of the Inline-W155 in Lishui Sag
2.4 构造运动
丽水凹陷自晚白垩世以来,经历了多次构造运动,这些构造运动对凹陷内部构造演化、构造格局、 构造形态、断裂组合、油气聚集等均有着重要作用。尤其以古新世至中新世的2期构造运动(瓯江运动、玉泉运动)对丽水凹陷油气成藏影响最大,影响了烃源岩的演化,而且导致了油气藏的破坏,成为制约油气成藏的主要因素。 丽水西次凹月桂峰组以及部分灵峰组下段烃源岩在晚古新世开始大量生烃,油气沿早期形成的正断层运移到上部储盖组合中聚集成藏或者就近在生烃层自身聚集成藏。该时期成熟烃源岩集中在西次凹沉积中心周围,油气藏也围绕此生烃中心形成,如LS36-1构造。而此时丽东次凹烃源岩仅月桂峰组底部进入成熟门限,生烃量(特别是排烃量)特别少,如WZ26-1构造。古新世末期,区域遭受挤压抬升,古油藏遭到破坏,在明月峰组以下地层发现的黑色残余沥青包裹体证实了这点。 始新世开始丽水凹陷沉积了一套厚度近3 000m的滨浅海相地层,使得丽水东、西次凹古新统烃源岩都在该时期达到生排烃高峰,大部分油气在该阶段大规模运移聚集成藏,同时将所测包裹体均一温度投影到单井埋藏史图上确定部分井油气充注时间(图9)并结合前人研究成果(如孙玉梅等[24-27]),统计该区各构造带油气成藏时间(图10),
图9 LS36-1-1井油气充注时间分析
Fig.9 Hydrocarbon charging time analysis of Well LS36-1-1
3 成藏规律
前文所述,丽水凹陷发育月桂峰组、灵峰组2套成熟—中等成熟烃源岩以及明月峰组低成熟烃源岩,其中月桂峰组沉积中心分别位于各次凹中北部,被灵峰潜山凸起带所分隔,油气供给条件较好;凹陷发育月桂峰组、灵峰组、明月峰组多套三角洲砂体及多个不整合面,并存在深入湖区的扇三角洲,裂陷期盆地早期拉张状态下断裂发育,这些都可为油气提供良好的侧向和垂向输导条件,并以垂向输导为主;油气先在古新统内部聚集形成自生自储型油气藏,如WZ26-1含油气构造,然后油气就近直接沿主断层进行垂向运移到上部储层聚集形成下生上储型油气藏,如LS36-1凝析气田、WZ13-1CO2气田,还可以穿越断层面沿不整合面侧向运移到盆地基底变质岩层中形成新生古储的潜山型油气藏,如LS36-2含油气构造(图11)。 本文研究采用油气运移的距离、油气来源、油气运移的主要输导介质以及成藏期次来划分油气成藏模式[28],总结丽水凹陷典型构造带的油气成藏模式主要有3种:①中部反转构造带和西次凹西部斜坡带的近距离—混源—垂向—侧向运聚多期成藏;②东次凹东部断阶带的近距离—单源—侧向—垂向运聚多期成藏;③灵峰潜山凸起带的远距离—混源—侧向—垂向运聚多期成藏。
3.1 近源成藏
虽然凹陷内主力烃源岩仅个别井钻遇,但是在最主要的生烃中心丽水西次凹深层还未真正钻遇,通过烃源岩的综合评价和油气源对比研究,并结合生烃动力学的分析可知,月桂峰组是该区生烃潜力最大的烃源岩。位于生烃中心上方的中部反转构造带是最有利的油气成藏带,其构造位置好,油源断层发育,油气短距离垂向运移,且上方区域盖层发育,构造圈闭形成与油气运聚时空匹配好,并已得到LS36-1构造勘探实践证实。因此,邻近生烃中心短距离运聚成藏是丽水凹陷油气成藏的一大规律。
3.2 储层物性制约成藏
凹陷内不同储集体的发育决定了储层分布范围,构造运动的抬升剥蚀改变了储层结构。综合储层物性、分布范围和影响因素等各方面的研究成果可知,紧邻扇三角洲、三角洲前缘及水下扇三类储集体的明月峰组中下部砂岩是丽水凹陷最有利的储集层。灵峰潜山凸起带上LS36-2构造基底潜山储层的非均质性制约了油气成藏,东次凹WZ26-1构造月桂峰组储层物性较差也影响其油气成藏与富集。因此,在有利成藏带内寻找最有利的储层发育位置是该凹陷油气勘探需要解决的关键问题。
3.3 断裂活动决定成藏
凹陷内月桂峰组和灵峰组烃源岩生排烃时间早,约在古新统沉积晚期,至中晚始新世时期进入排烃高峰,始新世末期的挤压反转后,排烃量较少,仅丽水东次凹有少量烃类生成运移。在始新世末期构造挤压反转作用下,凹陷内形成了反转背斜、断背斜、披覆背斜等一系列良好的构造圈闭,且早期的断裂活动与排烃期匹配较好,油气很容易通过断裂进入构造圈闭形成油气藏。构造圈闭基本在始新世定型或同期形成,也就是说油气的大量运移期发生在断裂构造基本定型以后或与反转背斜同时期,这些圈闭的存在成为捕获油气藏的有利条件。因此,存在沟通烃源岩与储层的通道并具有良好圈闭类型的构造是丽水凹陷油气成藏的决定性因素。
4 有利区带评价优选
依据成藏主控因素分析,总结油气成藏规律,认为丽水凹陷的油气勘探应该从有利生烃中心(以月桂峰组烃源岩为主)出发,结合有利储层分布(以明月峰组砂体分布为主),寻找近源、有烃源通道的构造进行优先勘探,预测最有利的勘探区带为凹陷中部反转构造带及西次凹西斜坡反向断裂带(图12)。
4.1 中部反转构造带
中部反转构造带位于丽水东、西次凹反转构造带内,主要由古新统末与始新世末形成的一系列反转背斜构造组成,构造条件好。这一构造带位内古新统烃源岩沉积厚度大且均进入生烃门限,普遍发育沟通古新统生、储层的油源断层,其上方发育良好的区域盖层,且构造圈闭形成与油气运聚时空配置好。中部反转构造带是一种短距离垂向运移成藏模式,只要储层发育,勘探成功率将会很高。丽水西次凹以明月峰组下部及上灵峰组上部为主要目的层,丽水东次凹应以月桂峰组及下灵峰组下部为主要目的层。其主要风险是储集条件,前文论述凹陷中心以盆底扇、扇三角洲砂体为主要储集体,LS36-1构造正是因为钻遇明月峰组低位盆底扇和海进扇三角洲而获得了成功;WZ26-1-1井上古新统也不发育此类储集体而未能发现油气层,而下古新统钻遇扇三角洲才见到了油气层。
4.2 西次凹西斜坡反向断裂带
西次凹西斜坡反向断裂带位于丽水西次凹西部斜坡带中北部,由一系列反向屋脊断块构造组成。该区发育多期大型三角洲,储层发育良好,且埋藏浅,物性好,勘探目的层系多,以明月峰组中部以下为主,白垩统及古潜山为潜在目的层。生烃区在其东侧,是油气长期运移指向区,油气沿广泛分布的三角洲前缘砂体侧向运移,加上不整合面、断层的存在,形成了良好的运移通道体系。此外,凹陷“先洼后斜”,特别是明月峰组海泛时期沉积的区域盖层已分布至该区,它们成为油气运移及保存的良好遮挡。此带是以近距离垂向与侧向运移成藏模式为主,并可形成构造—岩性油气藏。主要风险是上倾方向断层的封堵性和幔源CO2气体的影响。
5 结论
(1)丽水凹陷烃源岩类型多样,生排烃过程复杂,月桂峰组湖相烃源岩是丽水凹陷的主力烃源岩,且凹陷内油气多分布于生烃中心上方;储集体类型多样,储层非均质性强,油气主要聚集在三角洲前缘相和扇三角洲相的砂质储层中;输导体系发育时间与油气生排聚的时空匹配关系良好,但是不同构造单元输导介质存在差异,导致不同类型油气藏的差异分布;构造运动的幕式演化直接影响了油气的生、排、运、聚,改造和破坏了油气藏。 (2)丽水凹陷发育以LS36-1凝析气田为代表的近距离—混源—垂向—侧向运聚多期成藏,LS36-2含油气构造为代表的远距离—混源—垂向—侧向运聚多期成藏,WZ26-1含油气构造为代表的近距离—单源—侧向—垂向运聚多期成藏等多种油气成藏模式;总结成藏规律为近源成藏,储层物性制约成藏,断裂活动决定成藏,且凹陷中部反转构造带和西斜坡反向断裂带为两个最有利油气成藏带。
图12 丽水凹陷有利勘探区带划分
Fig.12 Division of the promising exploration belts in Lishui Sag
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