北部灣盆地潿西南凹陷始新統流一段湖底扇發育特征及成藏模式

滿 曉，胡德勝，吳 潔，宮立園，柳智萱，姜應德，趙 曄

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

南海北部灣盆地潿西南凹陷至今已歷經四十余年的勘探開發，相繼經歷了以大型背斜、斷鼻為主的勘探階段和以復雜斷塊為主的勘探階段，目前整體的鉆井密度大，部分油區可達2.5 口/km2，且有十余個油田在生產，勘探開發程度較高。隨著構造型圈閉的鉆探殆盡，現已進入以構造-巖性復合圈閉、巖性圈閉為主的勘探階段。湖底扇是有利于巖性圈閉發育的重要沉積類型之一，其發育條件及與油氣成藏的關系一直都是研究的熱點［1-2］。潿西南凹陷流沙港組一段（簡稱流一段）發育湖底扇沉積體，由于位于生烴中心之上，是當前勘探的重點目標。目前對于潿西南凹陷流一段湖底扇的報道多是針對B 洼［3-5］，B 洼流一段巖性圈閉已勘探多年，研究較為成熟，而勘探程度低、潛力大的A 洼研究成果相對較少。姜平等［6］提出流一段沉積期一號斷層陡坡帶扇體的發育具有明顯的分區性，西端發育較大規模的粗粒砂質碎屑流沉積，中、東段扇體發育規模小；金杰華等［7］認為A 洼一號斷層陡坡帶流一段下亞段發育異重流沉積，并指出強構造運動、陡坡折帶、濕潤—半濕潤氣候及低湖水密度是其發育程度的主控因素；譚卓等［8］提出A 洼一號斷層陡坡帶鏟式、坡坪和斷階3 種構造樣式控制著不同時期、類型和規模的砂體沉積，認為高位域大型前積扇三角洲是隱蔽油藏的主要勘探方向。以往的研究多側重于沉積體類型與區域分布的差異性，對巖性圈閉的發育條件及油氣成藏模式研究較少。

在以往研究成果的基礎上，依據高品質三維地震資料和鉆井資料，從物源供應和古地貌變化的研究入手，探討潿西南凹陷A 洼湖底扇的發育條件與沉積模式，明確該區巖性圈閉的發育模式，并針對洼中斷裂不發育、源上層系難以成藏的難題，開展油氣成藏條件研究，建立該區巖性油藏成藏模式，以期為指導該區后續勘探，并為國內其他探區陡坡帶巖性圈閉的勘探提供借鑒。

1 地質概況

潿西南凹陷位于南海北部灣盆地北部坳陷帶，整體呈北斷南超的結構，受一號、二號、三號斷層的分隔，分為A，B，C 共3 個次級洼陷，其中A 洼北側為一號斷層，斷層上升盤為灰巖基底，上覆新近系，南側與B 洼、C 洼通過二號斷層隔開（圖1a）。潿西南凹陷在新生代經歷了古近紀裂陷期（T100—T60）和新近紀裂后期（T60—現今）。其中，裂陷期可分為初始裂陷期（T100—T90）、強裂陷期（T90—T80）和裂陷消亡期（T80—T60）［9-11］，強裂陷期對應始新統流沙港組沉積時期，主要受北西—南東向拉張應力控制［12］，地層自下而上可劃分為流三段、流二段、流一段（圖1b）。其中流三段（T90—T86）沉積期，邊界斷裂活動速率較小，主要為濱—淺湖環境，發育受短軸方向物源影響的扇三角洲沉積［13］；流二段（T86—T83）沉積期，控凹斷層一號斷層活動強烈，最大活動速率可達250 m/Ma，湖平面快速上升，在洼中沉積了巨厚的中—深湖相地層，最大厚度可達2 800 m，為潿西南凹陷主力烴源巖層系；流一段沉積期（T83—T80），一號斷層活動速率明顯降低，洼內次級斷裂活動性增強，沉積、沉降中心均向洼中遷移，在洼陷邊緣發育多類型的坡折，沉積體可推進至洼中。流一段沉積時期，湖平面經歷了淺—深—淺的變化，可劃分為低位域、湖侵域、高位域3 個體系域，其中低位—湖侵期（T83—T82—T81）主要受短軸方向物源影響，發育扇三角洲沉積，高位期（T81—T80）由于基底區域隆升，相對湖平面下降，長軸方向物源供應增強，發育大規模建設性三角洲［14］。

圖1 北部灣盆地潿西南凹陷構造綱要（a）及古近系巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Structural outline（a）and stratigraphic column of Paleogene（b）in Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2 湖底扇沉積特征與巖性圈閉發育模式

目前已在潿西南凹陷A 洼流一段發現潿洲X和潿洲Y 共2 個巖性（或構造-巖性）油藏。其中，潿洲X 油藏位于一號斷層下降盤，為低位域巖性油藏，油藏規模較小，油柱高度為200 m；潿洲Y 油藏位于A 洼南坡，為東西向巖性尖滅、南側被二號斷層遮擋形成的湖侵域構造-巖性油藏，多套油層垂向疊置，油藏規模較大，探明原油儲量大于1 500×104m3。

潿西南凹陷A洼位于一號斷層下降盤，主要受到北部粵桂隆起物源的影響，已鉆井揭示流一段沉積時期沉積體的展布呈現規律性變化（圖2）。低位期（T83—T82），扇體主要分布在東側的WZX-1，WZX-2，WZX-4 等井區，薄層砂體（厚度為20～40 m）的地震響應為低頻-連續-強振幅反射特征，厚層砂體（厚度為120～150 m）的地震響應為連續-弱振幅、透鏡狀反射特征，西側的WZY-1 和WZX-3 井區為厚層頁巖、泥巖；湖侵期（T82—T81），東側的WZX-1，WZX-2，WZX-4 等井區以厚層泥巖為主，局部夾薄層粉砂巖，而西側的WZY-1 和WZX-3 井區則為厚層的扇三角洲沉積，地震響應為連續-強振幅、丘狀反射特征，反映扇體垂向加積；高位期（T81—T80）為自西向東發育的大規模建設性三角洲，可見明顯的“S”形前積地震響應特征。

圖2 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼始新統流一段地層連井對比Fig.2 Well-tie profile correlation of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.1 沉積構造與粒度特征

潿西南凹陷A 洼在WZX-2，WZY-2，WZY-3 這3 個井區獲取了流一段巖心。其中，WZX-2 井取心段為流一段低位域（T83—T82）層段，這套砂巖直接上覆于流二段烴源層，錄井可見油跡或熒光級別的顯示，砂巖發育段埋深約為2 900 m，厚度約為50 m，為淺灰色細砂巖與褐灰色頁巖、泥巖的不等厚互層，砂巖最大單層厚度為8.8 m，平均孔隙度為17%，平均滲透率為27 mD。巖心上段呈塊狀構造，而中下段可見正遞變粒序，厚層砂巖中間夾薄層泥巖，泥巖厚度為10～15 cm，局部還可見沖刷面、泥巖撕裂屑（圖3a，3b）。WZY-2 井和WZY-3 井取心段為流一段湖侵域（T82—T81）油層段，油氣顯示可達到油浸級別，含油性好，已有生產平臺在進行開發，砂巖段毛厚度可達200～250 m，主要為（淺）灰色細砂巖與褐灰色泥巖不等厚互層，砂巖凈厚度為40～70 m，單層最大厚度可達25 m，孔隙度為16%～20%，滲透率為60～600 mD。巖心沉積現象豐富，多種類型的事件沉積層互相疊置，反映其為非均一、非持續性的沉積體。取心段泥巖顏色以褐灰色為主，表明水體較深，局部可見明顯的泥巖滑塌變形，變形與未變形巖層疊置，各類巖性明顯攪渾（圖3c）。取心段可見砂巖塊狀構造，與上、下巖層呈明顯的突變接觸，內部可見泥巖撕裂屑，為典型的砂質碎屑流沉積（圖3d）［15-18］；還可見自下而上逐漸變細的正韻律富砂段，局部具有高密度濁流特征（圖3e）；此外，可見從高密度濁流向低密度濁流逐漸變化的垂向沉積序列（圖3f）。從C-M圖上可見，WZX-2 井樣品點C值為400～1 000 μm，M值為90～200 μm，樣品點集中分布區間大致平行于C=M基線，指示為重力流事件性沉積的特征；WZY-2 井和WZY-3井樣品點C值為100～3 000 μm，M值為20～1 000 μm，C值和M值的變化范圍均較大，且樣品點集中分布區間大致平行于C=M基線，指示為重力流事件性沉積（圖3g）。

圖3 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼始新統流一段重力流巖心沉積構造特征與沉積粒度特征Fig.3 Sedimentary structure and grain size characteristics of gravity flow cores of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.2 地震相特征

潿西南凹陷A 洼WZX-1 井和WZX-2 井鉆遇的低位域扇體直接上覆于流二段頂面（T83），在三維地震剖面上呈現為一套頂面強波峰響應的地震異常體。這套地質體分布在靠近一號斷層的位置，向物源區方向上傾尖滅特征明顯，在更靠近物源區的位置未見大型近源扇體的發育，可判斷為碎屑物質直接入湖形成的近岸水下扇（圖4a）。在扇體側緣出現的弱振幅地震響應體鉆井證實為泥巖，在整體富泥的地質條件下，應用地震沉積學方法可有效實現巖性體的精細刻畫［19-20］。研究區勘探實踐表明，常規的振幅屬性即可較為容易地識別出同一時期發育的扇體，在低位體系域早期，A 洼發育多個扇體，面積為2～23 km2，整體上靠近一號斷層下降盤展布（圖4b）。

圖4 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼始新統流一段低位域扇體展布特征Fig.4 Distribution of fans in LST of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

研究區WZY-2 井和WZY-3 井鉆遇的湖侵域湖底扇體分布在靠近洼中的位置，整體沉積厚度大。在垂直于物源方向的地震剖面上可見明顯的丘狀外形，堆積過程表現出分期次、垂向疊置、側向遷移的特征（圖5a）。在順物源方向的地震剖面上表現為扇三角洲—湖相泥巖—湖底扇沉積類型的變化：近物源區發育大型扇三角洲沉積，WZY-1 井在流一段湖侵域鉆遇厚度為500 m 的淺灰色砂礫巖；扇三角洲向湖盆方向，地震相表現為平行、連續、弱振幅反射特征，圍區鉆井揭示為湖相泥巖；到WZY-3 井區，地震相變為弱連續、中—強振幅反射，可見丘狀外形、雙向下超的特征，鉆井揭示為湖底扇沉積體（圖5b）。

圖5 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼潿洲Y 構造始新統流一段湖底扇地震剖面Fig.5 Seismic sections of sublacustrine fans of the first member of Eocene Liushagang Formation of Weizhou Y structure in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.3 控制因素

2.3.1 物源供應

潿西南凹陷流三段—流二段沉積時期為強裂陷期，主要受北西—南東向拉張應力的影響，一號斷層沿北東向展布，活動強烈，凹陷整體呈現為“北斷南超”的結構，受短軸方向物源的影響，北部陡坡帶和南部斜坡帶分別發育近源扇三角洲和三角洲沉積體。流一段沉積時期為強斷陷向斷坳轉換的變化時期，拉張應力由北西—南東向轉變為南北向，凹陷整體發生右行扭動，造成東西兩側抬升，長軸方向物源供應顯著增大，尤其在流一段沉積晚期，潿西南凹陷發育大規模軸向沉積體系［21］。

流一段沉積時期，A 洼的物源方向也表現為由短軸到長軸方向轉變的特征。低位期，在一定程度上繼承了流二段相對平靜的水體環境，水體較深，鉆井揭示以沉積厚層褐灰色頁巖為特征，該時期主要接受陡坡帶上盤物源的供應，扇體分布局限且規模較小，在WZX-1，WZX-2，WZX-4 等井區，低位域早期發育小規模近岸水下扇，晚期發育扇三角洲沉積，鉆井揭示的扇體厚度為130～200 m，順物源方向推進距離為2.1 km，橫向展布寬度為2.4 km；湖侵期，由于東側基底逐漸隆升，物源供應規模增大，在近物源區的WZY-1 和WZX-3 井區發育大規模扇三角洲沉積，鉆井揭示扇體厚度為500 m，順物源方向推進距離為4.8 km，橫向展布寬度為7.5 km，而在扇三角洲前端則發育湖底扇沉積；高位期，A 洼主要受長軸方向物源的影響，發育自西向東推進的大規模高建設性三角洲，順物源方向推進距離大于30 km，橫向展布寬度為7～10 km。

2.3.2 古地貌

古地貌是形成物源區、沉積中心及物源搬運路徑的控制因素［22］。潿西南凹陷A 洼古地貌變遷主要受一號斷層演化的控制。流一段沉積期是潿西南凹陷區域伸展應力場由北西—南東向轉變為南北向、沉降中心由一號斷層下降盤向南遷移至二號斷層下降盤的構造變革期［23］。

潿西南凹陷A 洼流二段地層最大厚度出現在一號斷層下降盤，向洼中逐漸減薄，而流一段地層最大厚度出現在靠近洼中的位置，向一號斷層逐漸收斂減薄，反映了因斷層活動性變化造成的凹陷堆積中心的變化（圖6a）。流二段沉積期是一號邊界斷層活動性最強的時期，最大活動速率可達250 m/Ma，凹陷整體為“北斷南超”的半地塹，一號斷層下降盤為凹陷的堆積中心，沉積了巨厚的流二段烴源巖層。流一段沉積期，一號斷層活動性明顯減弱，活動速率約為50 m/Ma，在低位期，一定程度上繼承了流二段的古地貌特征，受到陡坡帶物源影響，發育近岸水下扇體（圖6b）；在湖侵期，由于邊界斷層活動性減弱，堆積中心逐漸遷移至洼陷中心位置（圖6c），在靠近陡坡帶的位置形成沉積斜坡，伴隨著物源供應規模的增大，近源區發育大型扇三角洲沉積，在洼中則發育湖底扇體。

圖6 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼始新統流一段沉積期地層格架（a）、低位期古地貌（b）及湖侵期古地貌（c）Fig.6 Stratigraphic framework（a），paleogeomorphology of LST（b）and TST（c）of the first member of Eocene Liushagang Formation in subasg A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

2.4 巖性圈閉發育模式

潿西南凹陷A洼流一段湖底扇的發育主要受控于物源供應的變化和古地貌的變遷。在低位域到湖侵域早期繼承了強裂陷期的古地貌特征，一號斷層下降盤為洼陷的堆積中心。在該時期，主要的物源供應區仍然是鄰近的陡坡帶上盤，且碎屑物質供應量有限，在一號斷層下降盤的狹長地帶發育一系列小規模的近岸水下扇體。由于一號斷層坡降較大，扇體直接入湖，隨著后期洼陷中央不斷沉降，最終形成向物源區方向上傾尖滅的巖性圈閉（圖7a）。

圖7 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼始新統流一段巖性圈閉發育模式Fig.7 Lithologic trap development model of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

在湖侵域，由于一號邊界斷層活動性減弱，洼陷堆積中心逐漸遷移至洼中。隨著長軸方向物源供應能力的不斷增強，近物源區發育規模較大的扇三角洲沉積，同時受沉積斜坡的控制，在扇三角洲前端發育湖底扇沉積體，伴隨著后期A 洼中心的不斷沉降，以及二號斷層持續活動造成位于其上盤的A洼南斜坡抬升，最終形成2 類巖性圈閉，一類是發育在洼中、向南斜坡翹傾尖滅的純巖性圈閉，另一類是被二號斷層遮擋形成的構造-巖性復合圈閉（圖7b）。

3 成藏模式

由于流二段沉積期一號斷層活動強烈，潿西南凹陷A 洼沉積了巨厚的湖相泥巖、頁巖及油頁巖，烴源層最大厚度為2 400 m。根據已鉆井、泥巖熱解等數據分析，A 洼流二段烴源巖有機質類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，TOC為2%～10%，S1+S2（生烴潛量）為10～100 mg/g，為好—優質烴源巖。A洼烴源巖生烴門限約在埋深為2 400 m［24-25］，現今已大面積成熟并排烴，具備大中型油田形成的基礎。根據A洼鉆井過程中的地層壓力監測及電纜測壓、測試數據，流二段烴源層存在明顯超壓，下部地層壓力系數可以達到1.8，而流一段地層壓力系數約為1.2。因此，油氣在烴源層超壓的驅動下，可高效向上覆的流一段低勢區垂向運聚成藏。

輸導體系是源外巖性油氣藏能否規模成藏的關鍵要素之一［26］。除一號斷層之外，A 洼的斷裂體系主要在流三段與流二段沉積早期活動，在流二段上部基本不發育明顯的斷層，因此，油氣如何突破泥巖蓋層垂向運移是流一段巖性圈閉成藏的關鍵問題。研究發現，流二段上部地層局部存在較為明顯的錯斷，可能是小斷層/微裂隙的響應，斷距較小，斷面傾角大（圖8a）。在地震地層切片可以清楚地看到，流二段上部地層存在一組沿著北西—南東向展布的微裂隙（圖8b），初步研究認為，這組微裂隙的形成主要受早期斷層和晚期構造差異沉降2 個方面因素的影響。流三段沉積期，洼中發育一組北西—南東向次級斷裂，這組斷裂在流二段沉積早期即停止活動，在流一段沉積之后，二號斷層強烈活動形成洼中隆起帶，使得A 洼南斜坡帶和洼中發育差異沉降，在早期斷層發育區地層發生膝折彎曲變形，進而形成一組向上張開的微裂隙（圖9），為油氣突破泥巖蓋層垂向運移提供了通道［27］。

圖8 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼微裂隙剖面（a）和平面分布特征（b）Fig.8 Section（a）and plane distribution characteristics（b）of microfractures in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

圖9 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼微裂隙發育模式Fig.9 Development model of microfractures in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

綜上所述，A 洼流一段巖性圈閉具有良好的油源和垂向運移條件，油氣成藏模式可以總結為“超壓驅動，微裂隙垂向運移，低勢區巖性圈閉匯聚成藏”（圖10）。在斜坡區找油一直是A 洼的主要勘探方向，根據此次對該區油氣成藏模式的研究，認為近洼區或洼中是巖性圈閉的有利發育區，而且下伏烴源層成熟度高，且具備良好的垂向運移條件，可以據此轉變勘探思路，將近洼帶或洼中作為重點勘探方向加以探索。此外，可以根據巖性圈閉平面分布位置與微裂隙發育區的匹配關系，指導勘探井位的選擇，提高勘探鉆井的成功率。

圖10 北部灣盆地潿西南凹陷A 洼始新統流一段巖性油藏成藏模式Fig.10 Lithologic reservoir accumulation model of the first member of Eocene Liushagang Formation in subsag A of Weixinan Sag，Beibuwan Basin

4 結論

（1）潿西南凹陷A 洼在流一段低位域和湖侵域發育湖底扇沉積體，其中，低位域湖底扇分布在靠近一號斷層的位置，地震上表現為連續、強反射的特征；湖侵域湖底扇分布在靠近洼中的位置，地震上具有明顯的丘狀反射外形。

（2）潿西南凹陷A 洼流一段湖底扇的發育主要受控于物源供應的變化和古地貌的變遷。在低位域到湖侵域早期，一號斷層下降盤為洼陷的堆積中心，受鄰近的陡坡帶上盤物源影響，在下降盤發育一系列直接入湖的小規模的湖底扇體。在湖侵域，洼陷堆積中心逐漸遷移至洼中，洼陷長軸方向物源供應能力不斷增強，同時受沉積斜坡的控制，發育扇三角洲-湖底扇沉積體組合，湖底扇沉積體分布在靠近洼中的位置。

（3）潿西南凹陷A 洼流一段發育2 類巖性圈閉，一類是發育在洼中、向斜坡區翹傾尖滅的純巖性圈閉，另一類是被斷層遮擋形成的構造-巖性復合圈閉。

（4）潿西南凹陷A 洼受早期斷層和晚期構造差異沉降兩方面因素的影響，在烴源層上部發育微裂隙，為油氣突破泥巖蓋層運移至巖性圈閉內聚集成藏提供了良好的條件，具有“超壓驅動，微裂隙垂向運移，低勢區巖性圈閉匯聚成藏”的巖性油藏成藏模式。