東海盆地X凹陷天然氣成藏條件與成藏模式*

張迎朝 胡森清 劉金水 陳忠云 蔣一鳴 鄒 瑋 刁 慧

(中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

1 區域地質概況

東海盆地位于歐亞板塊東緣，其成盆演化與太平洋板塊俯沖、板塊間碰撞擠壓相關[1-11]。東海盆地西鄰浙閩隆起，自西向東為西部坳陷、釣魚島隆起和東部坳陷(圖1)。X凹陷位于東海盆地西部坳陷，呈北北東向展布，面積為5.9×104km2，凹陷內自西向東發育一系列擠壓背斜。X凹陷新生代經歷了古新世—始新世斷陷階段、漸新世—中中新世斷拗階段及晚中新世—第四紀拗陷階段三個構造演化階段。古新世—始新世斷陷階段，盆地內的邊界大斷裂控制了盆地形態和沉積充填，其中始新世平湖期是X凹陷主力烴源巖發育期，主要發育障壁濱岸沉積體系，以凹陷東部邊界斷裂上升盤釣魚島隆起為障壁島，其西側向凹陷方向發育潮坪、潟湖沉積，凹陷邊緣—西部斜坡帶以三角洲、潮坪沉積為主(圖2)，發育的烴源巖以Ⅲ型干酪根為主、部分Ⅱ2型干酪根，生氣為主；漸新世—中中新世斷拗階段，主要發育河流、三角洲及湖泊沉積體系[12-13]，發育了漸新統花港組區域性儲蓋組合，為X凹陷主力成藏組合、勘探開發層系；晚中新世—第四紀拗陷階段，X凹陷主要發育濱淺海沉積。

圖1 東海盆地X凹陷構造區劃及地層柱狀圖

2 天然氣成藏條件

2.1 烴源巖發育特征

古新世—始新世斷陷階段，始新世平湖期X凹陷呈“東斷西超”的構造樣式，發育有障壁濱岸沉積體系(圖2)。始新統平湖組煤、炭質泥巖和暗色泥巖為東海盆地X凹陷主力烴源巖。平湖組烴源巖以Ⅲ型干酪根為主、部分Ⅱ2型干酪根(圖3)，以生氣為主。相對于Ⅰ型、Ⅱ1型干酪根的湖相烴源巖，X凹陷平湖組烴源巖元素組成屬于“富氧貧氫”型，具有“生氣較晚、產烴率偏低”的生烴特點。

圖2 X凹陷始新世平湖期有障壁濱岸沉積體系

圖3 X凹陷始新統平湖組烴源巖干酪根類型

凹中擠壓背斜帶Y氣田測試產出凝析油與Y31-2井平湖組烴源巖對比分析表明,飽和烴均具有C27規則甾烷優勢，說明凹中擠壓背斜帶平湖組烴源巖含有一定量的低等水生生物母質來源；凝析油、烴源巖姥植比Pr/Ph分布在2.35～3.15(圖4)，中等偏低，反映了烴源巖沉積時弱還原—弱氧化的古環境特征，與前述凹中擠壓背斜帶潮坪、潟湖沉積相吻合；凹中擠壓背斜帶暗色泥巖較發育，煤層少，煤系烴源巖少量發育，呈現從斜坡帶到凹中擠壓背斜帶煤系烴源巖逐漸減少趨勢。同時，Y氣田天然氣甲烷碳同位素明顯偏重，分布在-27.7‰～-30.9‰，表明天然氣主要來自凹中高成熟烴源巖。

X凹陷邊緣—西部斜坡帶平湖組以三角洲、潮坪沉積為主(圖2)，煤層較發育，為一套煤系烴源巖。西部斜坡帶Y25-3油氣田平湖組的烴源巖生物標志物具有C29規則甾烷優勢，不同于凹中擠壓背斜帶C27規則甾烷優勢，說明其平湖組烴源巖主要為高等植物母質來源；同時，西部斜坡帶烴源巖姥植比Pr/Ph普遍大于7(圖4)，反映了沉積時偏氧化的古環境，與前述西部斜坡帶三角洲、潮坪沉積相吻合；西部斜坡帶天然氣甲烷碳同位素分布在-42.49‰～-35.51‰，表明天然氣成熟度低于凹中擠壓背斜帶，其油氣主要來自西部斜坡帶成熟—高成熟的平湖組烴源巖。

圖4 X凹陷凝析油、平湖組烴源巖飽和烴甾、萜烷及姥植比特征圖

綜上所述，X凹陷平湖組發育兩類烴源巖：一類是凹中擠壓背斜帶弱還原—弱氧化環境、含一定低等水生生物母質來源的潮坪—潟湖相暗色泥巖烴源巖；另一類是西部斜坡帶偏氧化環境、以高等植物母質來源為主的三角洲—潮坪相煤系烴源巖。

2.2 花港組與平湖組儲蓋組合

漸新統花港組發育X凹陷區域性儲蓋組合，是油氣勘探開發的主力層系；始新統平湖組發育西部斜坡帶潮坪環境下的局部儲蓋組合。

古水深研究表明，漸新世花港組沉積早期是X凹陷新生代古水深最小的時期[13]，凹陷區具有“軸向凹槽”的大型河流—湖泊沉積古地貌特征(圖5)。鋯石年譜、重礦物和電成像測井古水流信息等綜合分析認為(表1、圖6、7)，北部虎皮礁隆起是X凹陷花港組下段的主物源區，風化剝蝕的前寒武系碎屑物質從北向南沿凹陷軸向搬運、沉積卸載，形成了凹中擠壓背斜帶巨厚的河流、三角洲沉積[14]，凹陷東、西兩側輔以西部海礁隆起、東部釣魚島隆起多點物源扇三角洲沉積。在凹中擠壓背斜帶，花港組軸向、巨厚辮狀河—曲流河砂巖及三角洲砂巖為大中型氣田的形成提供了優越的儲集條件，凹中擠壓背斜帶Y氣田花港組巨厚河流—三角洲砂巖儲層測試獲超百萬方高產氣流。漸新世花港組沉積晚期，X凹陷受海侵影響，古水深加深，花港組上段砂地比顯著降低，為區域性蓋層。因此，漸新統花港組發育區域性儲蓋組合，是X凹陷油氣勘探開發的主力層系(圖8)。

圖5 X凹陷花港組上段古地貌特征

圖6 X凹陷基底地質圖

表1 X凹陷花港組上段氣組不同物源占比統計表

西部斜坡帶始新統平湖組發育緩坡—淺水背景的三角洲—潮坪沉積體系，儲層橫向變化大，砂地比30%～40%，單砂層厚度小于30 m，巖性組合以細砂巖、泥巖夾薄煤層為主。平湖組沉積早期、晚期相對富砂，發育西部海礁隆起點物源扇三角洲儲層及沖越扇儲層(Y19-6-1井、B-A8井區)；平湖組沉積中期富泥，發育潮坪環境下的潮汐水道、潮汐砂壩等局部儲層(圖8)。

圖7 X凹陷花港組上段鋯石特征圖

圖8 X凹陷沉積相連井剖面(剖面位置見圖1)

2.3 圈閉形成與油氣運移

中中新世龍井運動(13 Ma)對圈閉形成、油氣運移起了重要的控制作用。在板塊俯沖、島-弧碰撞構造體制下，菲律賓海板塊嵌入東海盆地，X凹陷區以擠壓構造作用為主，凹陷內自東向西，擠壓構造幅度和斷裂斷達高度具有依次遞減的規律性變化特征，控制了凹中擠壓背斜帶大批擠壓背斜圈閉和溝源斷裂的形成(圖9)，形成Y氣田和Y31-1等一批含氣構造[15]。

圖9 X凹陷龍井運動期活化通源斷裂和擠壓背斜圈閉剖面(剖面位置見圖1)

中中新世龍井運動除了控制凹中擠壓背斜帶大批背斜圈閉和溝源斷裂的形成外，還重塑了X凹陷的流體勢格局。龍井運動擠壓作用前，X凹陷內流體為從中心向邊緣的壓實流；龍井運動擠壓作用后，在凹中擠壓背斜帶形成了大批背斜圈閉，發育了大量溝源斷裂，同時，凹中擠壓背斜帶流體勢由擠壓作用前橫向運移的壓實流轉變為沿溝源斷裂垂向運移的縱向流，西部斜坡帶油氣流體在烴源巖內超壓驅動下短距離側向運移。因此，X凹陷凹中擠壓背斜帶以油氣垂向運移為流體勢降落的優勢方向，西部斜坡帶油氣在超壓驅動下，短距離側向運移成藏。

3 天然氣成藏模式

通過烴源巖、儲層、圈閉及運移等要素剖析，總結了X凹陷中西部兩種天然氣成藏模式，指導了天然氣勘探實踐。

3.1 凹中擠壓背斜帶花港組擠壓背斜“整裝”天然氣成藏模式

以凹中擠壓背斜帶始新統平湖組高成熟潮坪—潟湖相泥巖為主力烴源巖，生烴母質以腐殖型為主且含一定低等水生生物來源，前平湖組也是一套次要烴源巖；以漸新統花港組沿凹陷軸向分布的多期巨厚河流、三角洲砂巖為優質大型儲集體；中中新世龍井運動時期(13 Ma)，在太平洋板塊俯沖、島-弧碰撞構造背景下，菲律賓海板塊嵌入東海盆地，X凹陷區呈現典型的擠壓構造響應，凹中擠壓背斜帶漸新統花港組形成了大批擠壓背斜圈閉[16，17]，同時也發育了溝通深部烴源巖和擠壓背斜圈閉的斷裂，深部異常超壓平湖組烴源巖生成的高成熟天然氣沿斷裂垂向運移，優勢匯聚于以巨厚河流、三角洲砂巖為儲層的花港組下段大型背斜圈閉，形成了規模大、產能高的氣田，如凹中擠壓背斜帶Y、Z氣田。凹中擠壓背斜帶“平湖組主力烴源巖、花港組大型儲集體、花港組大背斜圈閉及優勢垂向運移”的四元時空耦合控制天然氣成藏，為凹中花港組擠壓背斜“整裝”天然氣成藏模式(圖10)。

3.2 西部斜坡帶平湖組“縱向疊置、橫向連片”天然氣成藏模式

以西部斜坡帶始新世平湖期三角洲—潮坪相、成熟—高成熟、腐殖型母質為主的煤系地層為主力烴源巖；西部斜坡帶始新統平湖組內還發育潮汐水道砂、潮汐砂壩儲集體，且西部斜坡帶地溫梯度低(約3.0 ℃/100 m)，低地溫場使西部斜坡帶有效儲層下限較凹中擠壓背斜帶深500 m以上，儲集物性良好、產能高；X凹陷西部斜坡帶平湖組砂地比低，加之斷裂和斷裂坡折發育，平湖組內潮汐水道砂、潮汐砂壩易于形成構造-巖性圈閉，西部斜坡帶展示出“縱向疊置、橫向連片”構造-巖性氣藏滾動勘探開發、增儲上產的良好潛力。西部斜坡帶“順坡斷階區”是油氣運移的“高速路”，一方面，順坡斷裂有利于接力凹陷中生成的油氣沿順坡斷裂爬升；另一方面，無論平湖組上段點物源扇三角洲砂體，還是平湖組中下段潮汐水道砂、潮汐砂壩砂體，都能借助順向斷階向凹陷方向延伸更遠，有利于抽吸凹陷中生成的油氣，P油氣田周邊、T氣田北、B氣田東和K氣田周邊是西部斜坡帶的四大順坡斷階天然氣運移指向區。以上認識，有力指導了西部斜坡帶X13-7天然氣勘探新發現與拓展評價、X13-4E和X14-5的勘探評價以及B氣田東和T氣田北等下步勘探部署。“平湖組組烴源巖，潮汐水道砂和潮汐砂壩儲集體，構造-巖性圈閉及斜坡帶短距離側向運移”的四元時空耦合控制天然氣成藏，為斜坡帶平湖組“縱向疊置、橫向連片”天然氣成藏模式(圖10)。目前X凹陷西部斜坡帶已發現了6個油氣田，展示了良好的勘探開發成效。

圖10 X凹陷兩種油氣成藏模式(剖面位置見圖1)

4 結論

1) “烴源巖、儲層、圈閉、運移”的四元時空耦合控制東海盆地X凹陷天然氣成藏。X凹陷中西部存在凹中“整裝”天然氣垂向優勢運移匯聚、背斜-巖性圈閉聚集成藏模式和斜坡超壓驅動、斜坡近距離側向運移匯聚、烴源巖內構造-巖性圈閉聚集成藏模式。

2) X凹陷中西部天然氣主要富集于凹中漸新統花港組擠壓背斜帶、西部斜坡帶始新統平湖組構造-巖性圈閉帶。這兩個領域是X凹陷中西部油氣勘探主要方向。