烏石凹陷“背形負花構造”成因及油氣富集規律差異性研究*

滿 曉 胡德勝 范彩偉 向 飛 吳 潔

(中海石油(中國)有限公司海南分公司 海南海口 570312)

烏石凹陷位于我國南海北部灣盆地，為已證實的富烴凹陷[1-2]。受益于高品質的三維地震資料，近十年來接連獲得多個大中型油田發現，累計探明原油超過1億m3。近幾年針對淺層流沙港組一段及潿洲組大型“背形負花構造”部署鉆探，多口井見油，但發現規模差別較大，勘探成功率不高，關鍵問題在于本區“背形負花構造”發育與演化機理認識不清，油氣差異富集規律不明確，難以精準指導勘探，需要開展相關的研究。

“背形負花構造”亦稱“復合型花狀構造”，是一種區別于“正花狀構造”和“負花狀構造”的特殊構造樣式，前人對該類構造的成因已有一些研究成果，劉曉峰 等[3]研究了南堡凹陷的“背形負花狀構造”，認為是由轉換伸展斷層牽引塑性的蓋層而形成的一種強制褶皺，詹潤[4]、石砥石[5]等認為青東凹陷的“復合型花狀構造”是早期張扭性活動與晚期壓扭性活動疊加的結果，張宏國 等[6]研究了渤海海域蓬萊C構造的“復合型花狀構造”，認為是早期斷層受晚期走滑擠壓反轉形成的，該類構造對油氣成藏控制作用的研究成果報道較少。此外，針對烏石凹陷的斷裂系統，胡德勝 等[7]提出烏石東區經歷了弱裂陷、強裂陷、走滑弱伸展3個演化階段，并識別了伸展、走滑、反轉3種構造樣式，吳孔友 等[8]提出受板塊相互作用產生的伸展-走滑-弱擠壓聯合疊加區域應力影響，烏石凹陷東區斷裂形成演化經歷了伸展萌芽、伸展主活動、走滑弱伸展、走滑弱擠壓、定型保留5個主要階段，胡林 等[9]根據伸展砂箱模型物理模擬實驗結果，提出滑脫型斷層影響了烏石東區斷裂的發育格局。前人研究大多著眼于烏石凹陷整體的斷裂發育樣式、機制及演化過程，對于“背型負花構造”的側重性研究不夠聚焦和充分，且油氣富集規律方面的研究較少，對勘探指導的針對性不足。

為此，本文結合區域應力背景，借助研究區三維地震資料，針對性地對本區“背形負花構造”的發育特征及成因機制進行了分析，在此基礎上，根據鉆井成果和斷層發育特征分析，明確了油氣富集的差異特征及控制因素，提出了針對性的勘探策略。

1 區域地質背景

北部灣盆地是我國南海北部發育的一個新生代陸內裂谷盆地[10-11]，是我國重要的海上原油勘探、開發、生產基地之一。其中，烏石凹陷為盆地內的一個次級凹陷，北側為企西隆起，南側為流沙凸起，面積約2 680 km2，分為東、西兩洼，研究區位于東洼的油氣發現集中區(圖1)。

圖1 烏石凹陷構造綱要

烏石凹陷具有典型的“下斷上坳”的雙層結構，新生代演化分為古近紀裂陷期和新近紀拗陷期[12-15](圖2)。古新世至早始新世(T100—T86)為初始裂陷期，斷層走向主要為NE向，凹陷內充填了長流組—流沙港組三段地層；中始新世(T86—T83)伸展應力場發生順時針旋轉，斷層走向以NEE向為主[7]，⑦號控凹斷層強烈活動，凹陷進入快速裂陷期，沉積了巨厚的流沙港組二段(T86—T83)中深湖泥巖，為烏石凹陷最重要的烴源層；晚始新世流沙港組一段(T83—T80)沉積時期為濱淺湖環境，凹陷內發育大規模辮狀河三角洲、扇三角洲沉積；漸新世(T80—T60)為斷拗轉換期，伸展應力場繼續順時針旋轉至SN向，多發育近EW向正斷層，該時期⑥號斷層和⑦號斷層西段活動性增強，凹陷的沉降中心逐漸向西遷移，烏石東區呈“東高西低”的地貌特征，發育東物源大規模辮狀河三角洲沉積，晚期凹陷整體抬升剝蝕，形成廣泛分布的T60不整合面；新近紀拗陷期(T60至今)，烏石凹陷整體以沉降作用為主，伴隨著海水的全面涌入，呈現為濱淺海的沉積環境，地層富砂。

圖2 烏石凹陷新生代地層綜合柱狀圖

始新統流沙港組三段、二段分別具有“源下”及“源內”成藏的特征，地層埋深較大，與流沙港組一段、潿洲組及下洋組等“源上”成藏層系具有顯著的差異，本文重點針對中淺層流沙港組一段及潿洲組開展研究。

2 “背形負花構造”結構構造特征與成因機制

2.1 結構構造特征

從平面上看，研究區烏石凹陷東區流一段、潿洲組地層整體呈現為大型斷背斜構造形態(圖3)。斷裂走向以近EW向為主，其次為NEE向，主斷層水平斷距最大可達1 km左右，大致以斷背斜中軸線為界，南北兩側斷層呈“對傾”的形態，北側斷層向南傾，南側斷層向北傾。平面上的斷層多呈“人”字型組合樣式。

圖3 研究區流一段頂面時間構造圖

從剖面上看，研究區地層呈現出“背形負花”的構造形態(圖4)。地層向構造兩側下傾，形成一個大型“背斜”構造，一組“對傾”的正斷層將背斜復雜化，在剖面上呈現為一個“似花狀”構造。構造區“翼部”斷層多為上陡下緩的“犁式”正斷層，發育規模相對較大，平面延伸距離長，伴生的小斷層較少，斷距大，可斷穿流二段、流一段、潿洲組的巨厚地層；“核部”主斷層斷距大，并伴生了大量的小斷層，斷距小、傾角大，地層十分破碎。所有的斷層逐級向下收斂于一條具有滑脫性質的大斷層之上?！氨承巍迸c正斷層組是“背形負花構造”最典型的兩個特征，與“正花狀”“負花狀”構造這兩類走滑構造樣式存在明顯的區別[16-19]。

圖4 烏石凹陷“背形負花構造”地震剖面(剖面位置見圖3)

2.2 成因機制

1)斷裂期次。

除滑脫斷層Fd外，“背形負花構造”區內的斷層向下斷至流二段，向上斷穿T60界面至下洋組地層，主要活動時間為中始新世至早中新世之間，根據斷層斷距的差異性，可見明顯的期次性活動特征。以Fa、Fc斷層為例，這兩條斷層比較陡直，具有水平斷距小、垂向斷距大的特點，T83—T72之間斷層斷距大，且不同層位斷距基本一致，斷層兩盤地層厚度相差不大，不具有明顯的控沉積特征；而在T70—T60之間，地層斷距明顯小于T83—T72之間的地層，表明在這個時期，斷層活動性較弱。由此可知，斷層的活動大約分為兩個期次，第一期是在早漸新世末至中漸新世初，第二期是在中漸新世至早中新世。

2)應力背景。

北部灣盆地位于南海北部陸緣張裂區，受古新世到始新世太平洋-歐亞板塊匯聚速率降低及漸新世到中中新世古南海向南俯沖的影響，主要受區域伸展應力場的作用，而印澳-歐亞的碰撞使區域伸展應力場具有明顯的順時針旋轉的特征[20-22]。古新世—中始新世時期，凹陷主要呈NW—SE向伸展，伸展強度較大；晚始新世時期，NW—SE向伸展強度減弱，N—S向伸展強度增強；早漸新世時期，伸展應力持續順時針旋轉，整體以N—S向伸展為主；到中晚漸新世時期，伸展應力旋轉至以NE—SW向為主。

烏石凹陷演化初期主要受NW—SE向伸展應力場影響，發育NE—SW走向的斷裂系統，斷裂發育規模大，控制了烏石凹陷新生代的構造格局，新生代伸展應力場的持續順時針旋轉作用于早期控凹斷裂，則在很大程度上影響了凹陷內的構造樣式。古新世至中始新世，伸展應力場與NE向控凹斷裂接近垂直，拉張分量占主導，構造演化主要受伸展作用控制；晚始新世至中新世，伸展應力場與先存的NE向斷裂夾角逐漸減小，剪切分量增強，構造演化主要受“斜向拉伸”作用影響。

3)演化過程。

“背形負花狀構造”的形成是伸展應力場長期作用于本區的結果。

研究區呈現“南斷北超”的箕狀洼陷特征，古新世—中始新世，在NW—SE向張應力的作用下，⑦號控凹斷層沿NE向展布，斷層活動速率可達450 m/Ma，其長期劇烈活動導致下降盤充填了巨厚的中深湖相泥、頁巖，為典型的塑性地層，凹陷北部則發育較陡的古斜坡(圖5a)。

晚始新世—早漸新世，受持續的沉積作用的影響，塑性地層負載逐漸增大，這一時期區域伸展應力場方向逐漸由NW—SE向轉變為NS向，發育近NEE、EW走向的斷層，長期、張性的應力環境為地層橫向伸展創造了充足的空間，當上覆地層荷載達到一定程度，就會沿著塑性烴源層向下發生重力滑脫。烏石凹陷的滑脫斷層特征比較典型，由圖4可見，滑脫斷層Fd表現為“上陡下緩”的犁式斷層的特征，向下延伸直至消失在塑性烴源層內?？拷摂鄬由喜?，流二段地層具有明顯的因斷缺而減薄的特點，同時由于地層塑性強受到明顯的牽引，而上覆的流一段至潿洲組富砂的剛性地層(T83—T70)則表現為逆牽引的特征?？拷葜械奈恢?，滑脫體在運動前方受到擠壓而被迫上拱，在一定程度上控制了背斜形態的形成。與此同時，由于凹陷南部⑦號控凹斷層的持續性活動，造成其下降盤地層持續向下滑動，因此滑脫斷層和⑦號控凹斷層的活動共同控制了地層相向滑動，下擠上拱而具有了“背形”的形態，背形的核部受到引張而派生了傾向相反的一組張性斷層，從而形成了“背形負花狀”的雛形(圖5b)。

圖5 “背形負花構造”演化模式

到中漸新世—早中新世，區域伸展應力場以N—S向為主，凹陷演化呈現為斜向拉伸的應力背景，斜向拉伸產生的走滑分量使這個時期發育的東西向斷層具有一定的張扭性質，在這種應力背景下，早期形成的“背形構造”持續接受改造，派生了大量的調節斷層，并最終收斂于翼部主斷層，形成了“背形負花狀”構造(圖5c)。

綜上所述，烏石凹陷“背形負花狀”構造的形成分為“背形”形成和“花狀構造”形成兩個階段，地層因伸展滑脫受到重力牽引而形成背形，斜向拉伸的走滑分量使斷層扭動并聚斂成“花”。

3 油氣差異富集特征

從平面上看，大型“背形負花構造”的長軸方向為SWW—NNE向，低部位傾沒于烏石凹陷主洼，形成了一個大型的構造脊，為油氣匯聚提供了有利條件，鉆探證實，構造區為凹陷內最有利的油氣富集區。除深層之外，近幾年又在中淺層流一段、潿洲組相繼發現烏石X油田、烏石Y油田等幾個中型規模的油田。

從鉆井油氣發現成果來看，“背形負花構造”油氣富集特征在不同部位存在明顯的差異性，主要體現在兩個方面：

1)就油氣運移活躍程度而言，“花心”部位運移更加活躍，成藏層系多，“花瓣”部位僅局部活躍，成藏層系單一。如位于“花心”部位的X4井和X7井，X4井在潿二段、潿三段、流一段總共見到110 m的油氣顯示，而X7井在流一段、潿洲組及中新統下洋組等多套層系見到180 m的油氣顯示，表明“花心”部位垂向運移通道更加順暢。“花瓣”位于構造的側翼，成藏層系相對單一，油氣顯示主要見于流一段，Y1、Y4、X11井在流一段見到20～80 m厚的油氣顯示，但潿三段以淺僅Y4、X11井有零星的油氣。

2)就成藏規模而言，“花瓣”部位明顯大于“花心”。對區域內已發現的流一段、潿洲組油藏的油柱高度進行了統計，統計結果呈現明顯的規律性：橫向上，油柱高度從“花心”到“花瓣”是逐漸增大的，“花心”部位盡管顯示豐富，但X3、X4井揭示的油柱高度在20～30 m左右，原油探明規模只有幾十萬方,北“花瓣”X11、X12井油柱高度60～90 m，南“花瓣”X7、Y2、Y3、Y4等井油柱高度最大50～130 m，南、北“花瓣”部位均有中型規模以上的原油發現，油藏豐度為500～600萬m3/km2；縱向上，流一段、潿洲組成藏也存在差異，已揭示的潿洲組成藏規模明顯小于流一段，潿洲組油柱高度20～60 m，原油探明儲量規模占比小于20%，流一段油柱高度30～130 m，為中淺層主力含油層系(圖6)。

圖6 研究區已發現油藏油柱高度統計圖

綜上所述，“背形負花”構造區油氣富集特征差異顯著，盡管“花心”部位油氣運移更加活躍，但富集區位于“花瓣”位置，這種差異主要是由構造特征、斷層產狀及發育程度在橫向上的變化造成的。

對于該類型構造而言，“花心”為區域上的構造高部位，油氣容易匯聚，整體的運移條件要優于側翼的“花瓣”區。但是在構造形成演化的過程中，“花心”部位為應力集中區，張性斷裂極為發育，地層破碎程度高，斷距小，并且斷層傾角大，最大可達45°，側向封堵能力弱，油氣進入圈閉后較難保存，容易向上漏失，所以鉆探容易見到油氣顯示，但單個圈閉的成藏規模??；“花瓣”部位斷層發育規模較大，斷距大、傾角小，在10°～25°，次級斷裂少，斷塊較為完整，圈閉保存條件好，垂向上越近油源的層系，油氣越容易充注和保存，而離油源層較遠的層系因為運移差，油氣難以成藏，因此“花瓣”區成藏層系相對單一，但成藏規模較大。

4 成藏模式與勘探策略

烏石凹陷流一段、潿洲組為源上成藏層系，由流二段湖相源巖供烴。從構造圖上看，研究區下伏流二段地層呈大型鼻狀構造脊形態，一直伸向烏石凹陷生烴主洼，使研究區成為烏石凹陷最有利的匯油方向，且研究區“背形負花構造”發育張性斷裂體系，可有效溝通烴源層及儲集層。此外，流一段、潿洲組沉積時期，構造區均發育大型辮狀河三角洲沉積，骨架砂體展布范圍廣。構造脊、斷裂、骨架砂體形成了良好的配置關系，所以構造區內供烴充足，油氣運移非?；钴S，為構造區全域內的油氣匯聚提供了基礎。

構造區圈閉以斷層遮擋形成的翹傾斷塊、斷鼻為主，下傾方向的斷層主要起運移作用，上傾方向的斷層起封閉作用(圖7)。流一段地層因為直接上覆在烴源層之上，油氣優先充注，故而成藏區域廣、成藏規模大。潿洲組及下洋組在近“花心”的位置有一定的油藏發現，這是因為“花心”構造位置高、斷裂更加發育，油氣更容易沿斷層向淺層運移。

圖7 烏石凹陷“背形負花構造”油氣成藏模式

基于構造區油氣富集特征的差異性，可采取針對性的勘探策略。“花瓣”部位可重點針對靠近烴源層的流一段進行勘探，綜合考慮斷層產狀、油氣運移等多因素對油柱高度進行預測，根據預測結果合理確定鉆探靶點，提高鉆探成效，北“花瓣”鉆探的X11井在流一段7個油組全部鉆遇油水界面，最大限度摸清了本井區的油藏規模，且鉆前預測的儲量規模與實際探明儲量規模誤差小于10%?！盎ㄐ摹辈课粩鄬觽确饽芰^弱，油柱高度較小，單層成藏規模小，但可以考慮兼探多套層系來擴大儲量發現規模，采取將靶點設計在構造相對高點的策略，位于“花心”的X7井在流一段、潿二段、下洋組鉆遇7套油層，盡管單層規模較小，但總的規模超過了300萬m3。

5 結論

1)研究區發育大型“背形負花構造”，構造區地層呈背斜形態，斷層以“對傾”正斷層為主。本區“背形負花”構造是伸展應力場長期作用于本區并發生順時針旋轉的結果，分為“背形”形成和“花狀構造”形成兩個階段，受重力滑脫作用和⑦號控凹斷層持續活動的共同控制，形成了背斜構造及伴生的正斷層組，斜向拉伸作用使斷裂體系發生扭動并聚斂成“花”。

2)受斷層產狀及發育程度在橫向上變化的影響，“背形負花狀構造”區油氣富集特征差異顯著：“花心”部位斷裂更加發育，且斷距小、傾角大，圈閉保存條件差，油氣運移更加活躍，多層見油，但成藏規模小；“花瓣”部位斷層發育規模較大，斷距大、傾角小，次級斷裂少，圈閉保存條件好，成藏層系相對單一，但更加富集。

3)烏石凹陷東區內構造脊、斷裂、骨架砂體組成了良好的油氣輸導體系，為區域油氣優勢匯聚方向，供烴充足。圈閉類型以斷層遮擋形成的翹傾斷塊、斷鼻為主，“花瓣”以近油源的流一段為主要勘探層系，“花心”部位單層成藏規模小，可以考慮兼探多套層系來擴大儲量發現規模。