气资源调查工作 [3-5] 本文在前人工作的基础上, 结合近几年的工作成果, 对万安盆地的石油地质条件进行 了较全面的分析, 并探讨了构造在盆地油气聚集中的作用 1 区域地质构造特征 1.1 区域地质与构造区划万安盆地位于南沙地块以西, 印支地块东南缘的陆架和陆坡区 根据重力资料计算的莫霍面深度,

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1 万安盆地油气地质特征及油气成藏控制因素 赵志刚, 刘世翔, 谢晓军, 阳怀忠, 王一博, 胡文博, 毕研坤, 董伟 ( 中海油研究总院, 北京 ) 摘要 : 本文通过对万安盆地构造演化 沉积充填特征的研究, 重点分析万安盆地烃源岩 储集层和圈闭等油气地质特征, 并系统总结构造对盆地油气成藏的控制作用 认为万安盆地新生代以来经历了渐新世 - 早中新世期间的伸展断拗 中中新世的走滑改造 晚中新世 - 现今的区域拗陷三大构造演化阶段 在盆地构造演化过程中, 盆地油气成藏要素受构造控制分布于不同的构造区域 ; 同时, 受不同时期构造作用的影响, 各构造区域内发育不同类型的成藏组合模式, 进而控制了盆地油气藏的形成与分布 关键词 : 万安盆地 ; 油气地质特征 ; 构造演化 ; 成藏控制因素 Hydrocarbon Geology in Wan an Basin and Controlling Factors on Hydrocarbon Accumulation ZHAO ZhiGang, LIU Shixiang, XIE Xiaojun, YANG Huaizhong WANG Yibo, HU Wenbo, BI Yankun, DONG Wei (CNOOC Research Institute, Beijing, , China) Abstract: By studying the structural evolution and disposition of Wan an Basin, this article focuses on analysis of oil and gas geological features of source rock, reservoir stratum and entrapment in Wan an Basin. It also systematically sums up the controlling functions of structure in hydrocarbon accumulation. From Genozoic, Wan an Basin experienced three regional depressions tectonic evolution stages, i.e. oligocene-early Miocene, Middle Miocene and Late Miocene. During the evolution, controlled by structure the key elements of reservoir in the basin are distributed in different structural regions. Also influenced by structural function in different times, the reservoir combination patterns are various in each structural regions, and then controll the formation and distribution of oil- gas reservoir of the basin. Keywords: Wan an Basin, hydrocarbon properties, structural evolution, controlling factors of accumulatio 万安盆地位于南海西南部海域, 东界以南海西缘断裂带与西雅隆起区分开, 西部以南北向的昆仑断裂带与昆仑盆地相隔, 北部 西北部连昆仑隆起区, 西南部为纳土纳隆起区 ( 图 1) [1] 盆地走向近 SN 向展布, 呈纺锤状, 面积约 km 2 盆地位于大陆架- 上陆坡上, 主体水深小于 500m, 最大水深约 m, 是叠置在较薄陆壳和高热流值背景下的一个新生代走滑拉张盆地 [2] 万安盆地油气资源丰富 截止至 2012 年, 越南及其它外国石油公司在万安盆地累计钻井 100 多口, 共发现油气田 30 个 而我国从 20 世纪 70 年代开始, 我国就开始投入力量在万安盆地进行地震采集和油 基金项目 : 国家科技重大专项 (No. 2011ZX05025) 作者简介 : 赵志刚, 男, 硕士, 高级工程师, 长期从事海洋地质和油气勘探研究工作 ; zhaozg@cnooc.com.cn 1

2 气资源调查工作 [3-5] 本文在前人工作的基础上, 结合近几年的工作成果, 对万安盆地的石油地质条件进行 了较全面的分析, 并探讨了构造在盆地油气聚集中的作用 1 区域地质构造特征 1.1 区域地质与构造区划万安盆地位于南沙地块以西, 印支地块东南缘的陆架和陆坡区 根据重力资料计算的莫霍面深度, 陆架区为 24-26km, 陆坡区为 20-24km, 属减薄的大陆型地壳 南沙地块莫霍面深度为 16-22km, 属过渡型地壳 [6] 万安盆地是在中生代晚期岩浆岩 火山岩和前始新世变质沉积岩的基底上形成的, 其成因除与万安走滑断裂有关外, 还受南海扩张作用的影响 [7] 受区域构造格架的影响, 将万安盆地划分为北部坳陷 北部隆起 中部坳陷 西部坳陷 西北断阶带 西南斜坡 中部隆起 南部坳陷 东部隆起和东部坳陷 10 个二级构造单元 ( 图 1) 图 1 万安盆地构造区划图 1.2 盆地构造演化渐新世 - 中中新世期间, 万安盆地前期受南海扩张作用 (32-16Ma) 的影响而发生拉张作用 ; 中中新世, 新南海扩张停止, 受南海西缘断裂带的走滑作用, 盆地发生走滑改造, 在这种构造应力的作用下形成扭性断拗型盆地 ; 晚中新世开始, 盆地整体进入区域沉降阶段 ; 总体上, 盆地新生代以来经历了伸展断拗期 走滑改造期和区域沉降期三大构造演化阶段 伸展断拗期 ( 渐新世 - 中中新世 ) 该时期, 万安盆地主要受南海北西 - 南东向扩张的影响 南海持续向西南方向扩张使得盆地处于北西向拉伸作用背景之下, 发育了大量北东向伸展断裂, 这种作用力强度表现为北强南弱的特征 在盆地北部, 伸展作用最强, 发育大规模的铲式正断层, 控制了北部坳陷和中部坳陷的发育 在盆地南部的南部坳陷和东部坳陷, 伸展作用逐渐减弱, 到盆地最南端即南部坳陷南侧, 地层厚度几乎不受断层影响, 表现为整体 2

3 沉降的特点 走滑改造期 ( 中中新世 ) 该时期, 万安盆地及周边区域构造背景发生了显著变化 [8-10] 南海停止了扩张, 区域不再遭受北西向拉伸作用, 盆地主要受盆地东部的万安断裂左旋走滑构造作用的影响, 派生出一组北东向拉分应力和一组北西向挤压应力, 使得盆地发育北西向张扭构造和北东向压扭构造 北西向张扭构造在盆地最南部形成了强烈的拉分沉降作用, 控制了中中新统沉积, 最大厚度可达 1200m 而北东向压扭构造则形成了大量的受北东向断层控制的反转背斜, 背斜顶部常发育削截剥蚀, 形成角度不整合 如在中部坳陷内部, 反转背斜形成了 坳中隆 结构 这些压扭构造形成反转背斜在平面上呈北东向条带状展布, 且主要分布于盆地的中东部 区域沉降期 ( 晚中新世 - 第四纪 ) 自晚中新世开始, 万安盆地及周边区域整体进入构造相对稳定的区域拗陷期 盆地经历了晚中新世的缓慢沉降和上新世以来的快速沉降, 但整体构造相对稳定, 以陆架 - 陆坡沉积环境为主 2 盆地沉积充填特征 2.1 地层划分万安盆地新生代以来经历了多期构造运动, 形成了多期不整合界面 根据收集到的钻井资料揭示, 盆地基底为中生代火山岩或变质岩, 新生代地层自上而下分别为第四纪 上新统 中新统 渐新统, 始新统与古新统暂未钻遇, 坳陷较深部位可能发育 根据井震标定, 识别出 5 个地震反射界面, 主要有 T30 T40 T50 T60 和 T100 其中 T40 和 T100 这两个不整合界面是盆地内最主要的两个区域不整合, 代表盆地遭受了两次强烈的构造运动的结果 T100 为盆地新生代基底不整合面, 为燕山运动末期形成的不整合 ;T40 对应万安运动, 是发生在中中新世与晚中新世期间的一次挤压运动, 在盆地内形成一系列背斜构造 [11] 2.2 沉积充填特征伸展断拗和走滑改造阶段 ( 渐新世 - 中中新世期间 ), 万安盆地物源体系以盆地周边隆起为主, 盆地西北侧的昆仑隆起和西南侧的纳土纳隆起均可提供物源 [12] 区域沉降阶段( 晚中新世 - 第四纪 ), 物源体系以远源大型河流输入为主, 物源主要来自西北方向的湄公河三角洲和西南方向的巽他陆架 [13] 盆地整体经历了从早渐新世的内陆湖泊, 晚渐新世 - 早中新世的半封闭海湾, 到中中新世 - 现今的正常开阔海的沉积演化 渐新世沉积期间, 盆地主要发育三角洲 - 滨浅湖 - 深湖沉积体系 该时期发育三个大型三角洲, 主要位于盆地北部 西部和西南部, 其中西南方向的三角洲规模最大 盆地主体发育滨浅湖亚相, 根据地层残余厚度和地震反射特征, 推测在中间深坳部位可能发育深湖亚相 早中新世沉积期间, 盆地主要发育三角洲 - 滨浅海沉积体系 盆地西南侧 西侧及西北侧发育三个三角洲, 其中西南侧三角洲面积最大, 并且与西部三角洲连片发育 靠近盆地西北侧的盆地边部三角洲之间发育海岸平原亚相 盆地东侧主体发育滨浅海亚相 中中新世沉积期间, 盆地主要发育三角洲 - 滨浅海 - 碳酸盐岩台地沉积体系 三角洲来自盆地西部, 面积较早渐新世有所减小 盆地主体发育滨浅海亚相, 该时期是碳酸盐台地的主要发育时期, 碳酸盐岩台地主要发育在滨浅海环境中, 分布在盆地的北部隆起 中部隆起和东部隆起之上 晚中新世沉积期间, 盆地主要发育三角洲 - 滨浅海 - 半深海沉积体系 三角洲来自盆地西边, 规模较中中新世有所扩大, 三角洲前缘局部出现滑塌浊积体, 碳酸盐岩台地主要发育在盆地中南部的滨浅海环境中, 随着海平面上升, 盆地东北部开始出现半深海沉积 上新世 - 第四纪沉积期间, 盆地主要发育陆架边缘三角洲 - 陆坡 - 半深海沉积体系 盆地西部发育陆架边缘三角洲, 陆架上发育下切水道 东部为陆坡带和半深海相沉积, 发育滑塌浊积体 3

4 图 2 烃源岩生烃潜力综合图 3 油气地质条件 3.1 烃源岩勘探实践证实万安盆地主要发育 3 套烃源岩, 即渐新统湖湘泥岩以及三角洲煤系 下中新统半封闭海相泥岩以及三角洲煤系和中中新统浅海相泥岩 [14] 其中, 渐新统 - 下中新统烃源岩有机质含量高, 生烃潜力较大是万安盆地主力烃源岩层系 ( 图 2) 渐新统烃源岩富含有机质(Ⅱ1-Ⅱ2 型干酪根 ), 有机质含量在 1%-10% 之间, 地震资料显示这套生油层最厚在可达 m 下中新统烃源岩含 Ⅱ-Ⅲ 型干酪根, 有机质含量在 1%, 局部在 1%-10% 之间, 平均厚度为 1000m 中中新统烃源岩含 Ⅲ 型干酪根, 有机质含量大部分小于 1%, 是一套差的烃源岩 从烃源岩的地化分析来看, 渐新统 - 下中新统烃源岩是盆地主力烃源岩层, 即渐新世 - 早中新世伸展断拗期是万安盆地主力烃源岩发育期 3.2 储集层通过对万安盆地已发现油气田分析结果来看, 万安盆地主要发育砂岩 灰岩和基底风化壳花岗岩 3 类储层 根据已发现油气田勘探证实, 万安盆地渐新统和早中新统砂岩已有大量油气发现, 各大层序均有砂岩储层发育, 渐新统砂岩比率在 29%-82% 间, 一般约为 50%, 平均单层厚约 10m, 孔隙度达 15%-24%, 是最主要的储层 盆地内的继承性隆起和后期构造因素形成的水下高地, 在中 - 上中新世盆地发育一套台地相碳酸盐岩和礁灰岩储层, 碳酸盐岩和礁灰岩储层主要分布在盆地的中部低隆起和东部低隆起 这类储层多为颗粒灰岩和生物粘结灰岩, 储层物性非常好 盆地内还发育一套基岩储层, 孔隙度为 15%-20%, 岩性主要为前第三纪花岗岩和花岗闪长岩 [15], 基底构造经过地表风化淋滤作用, 形成裂缝性孔洞基岩储层 3.3 盖层万安盆地新生代是在海平面不断上升 海域逐渐扩大的过程中沉积的, 总体上发育良好盖层条件 上新世 - 第四纪时期, 万安盆地进入区域沉降阶段, 形成一套浅海 - 半深海相沉积, 这套沉积相分布稳定 厚度大 泥岩含量高, 后期也未受到构造运动的影响, 因而成为盆地内一套良好的区域盖层 [16] 除此之外, 4

5 渐新统 - 中新统中的泥岩夹层又构成了构造圈闭的局部盖层 3.4 生储盖组合万安盆地经历了三期构造演化, 发育了渐新统和下中新统两套主要烃源岩, 渐新统 - 中新统碎屑岩和中新统碳酸盐岩两大类主要储集层以及渐新统 - 中新统层内局部盖层和上新统 - 第四系区域性盖层 在沉积上表现出多旋回韵律性特点, 纵向上烃源岩层 储层和盖层相互配合, 由老到新形成了四套良好的生储盖组合 第一套 : 烃源岩为渐新统的泥岩和炭质泥岩, 储层为渐新统砂岩, 盖层为渐新统层内泥岩, 形成一套自生自储式的成藏组合 第二套 : 烃源岩为下中新统泥岩 炭质泥岩和煤, 储层为下中新统三角洲相砂岩, 盖层为下中新统层内泥岩, 形成自生自储的成藏组合 第三套 : 烃源岩为渐新统的泥岩 炭质泥岩和下中新统泥岩 炭质泥岩和煤, 储层为中中新统砂岩和碳酸盐岩, 盖层为上中新统 - 第四系泥岩, 形成下生上储的成藏组合 第四套 : 烃源岩为下中新统页岩 炭质泥岩和煤, 储层为上中新统浊积砂和碳酸盐岩 / 生物礁, 盖层为上新统和第四系的泥岩, 形成下生上储的成藏组合 图 3 万安盆地主要圈闭类型 (b) 及分布 (a) 图 3.5 圈闭类型万安盆地的圈闭极为发育 [17], 既有构造类圈闭, 又有地层岩性圈闭 ( 图 3) 渐新世 - 早中新世伸展断拗期和中中新世走滑改造期形成断块 披覆背斜和滚动背斜等构造圈闭是万安盆地主要的圈闭类型, 主要分布在盆地西侧和中部坳陷的 坳中隆, 构造圈闭面积和闭合幅度都比较大, 为长期继承性发育 此外, 盆地内岩性圈闭主要有台地灰岩 生物礁和潜山基岩, 主要分布在北部隆起和中部隆起 4 构造对成藏的控制作用 油气藏是盆地形成演化过程中的产物, 其形成严格受盆地构造演化的控制, 体现在构造演化作用控制烃源岩 储盖层的发育特征 圈闭形成及油气运移的地质条件上 4.1 对烃源岩形成的控制万安盆地发育的三套烃源岩, 主要受控于构造的作用 其中, 渐新统与下中新统烃源岩的形成和展布受盆地伸展断陷活动及断陷结构控制, 而中中新统烃源岩除了受到走滑改造作用的影响, 主要受区域性热沉降控制 从烃源岩的地化分析来看, 渐新统 - 下中新统烃源岩是盆地主力烃源岩层, 即渐新世 - 早中新世的伸展断拗期是万安盆地主力烃源岩发育期 ; 从盆地的演化过程来看, 渐新世 - 早中新世期间是盆地伸展 5

6 断拗期, 由于受到南海持续向西南推进的作用, 盆地整体受到伸展拉张作用, 这一作用力表现为北东强南西弱的特征, 从而在盆地形成了向东北开口的海湾沉积环境, 有利于烃源岩的沉积 在此期间盆地的沉降沉积中心位于盆地中北部 ( 北部坳陷和中部坳陷 ), 烃源岩层系也表现为北厚南薄的特征 同时, 构造作用控制了盆地地温场 ; 与南部相比, 盆地中北部的北部坳陷和中部坳陷更靠近南海扩张中心, 伸展作用更强, 地温梯度更高, 更利于烃源岩的成熟 [18] 4.2 对储层形成的控制在伸展断拗期, 盆地沉积充填受断裂控制, 由于伸展构造作用由北东向南西减弱, 在盆地的西南侧形成了大规模的向北东方向倾斜的斜坡沉积背景, 从而在盆地西部缓坡发育了大量的冲积扇和三角洲沉积体系砂体 这些砂体与泛滥平原相泥岩 浅湖相和滨海相泥岩组成了一套自生自储自盖的成藏组合模式 这套砂岩的储集性能好, 其孔隙度平均为 18%, 渗透率平均为 200mD 该组合的储集体分布规律复杂, 且分布不稳定 这类油气田具有产层多 产能不稳定的特点, 如大熊油气田 ( 图 4) 图 4 大熊油气田成藏剖面图在走滑改造期, 受东强西弱走滑构造变形的影响, 在盆地中东部发育大量的隆起构造 ( 北部隆起和中部隆起 ), 在隆起背景之上发育碳酸盐岩建造 ; 碳酸盐岩储集体与其上的半深海相泥岩组成的储盖组合具有储集体分布稳定 厚度大 物性好, 以及盖层分布稳定 封盖能力强等特点 这类油气田多为产层厚度较大 产量规模较大 产能较稳定的块状油气田, 如西兰花气田 ( 图 5) [19] 而在盆地西侧, 由于构造作用较弱, 继续发育斜坡背景之下的三角洲沉积砂体 这些砂体与滨浅海相泥岩组成的储盖组合具有储集体分布稳定 物性较好 盖层分布较稳定的特点, 如海蓝宝石气田 ( 图 6) 图 5 西兰花气田成藏剖面图 6

7 图 6 海蓝宝石气田成藏剖面图 4.3 对圈闭形成的控制伸展断拗期 ( 渐新世 - 早中新世 ) 较为强烈的断裂活动在全盆地形成了大量断块和断背斜圈闭在盆地内广泛分布 中中新世的走滑改造, 由于其构造变形具有东强西弱的特点, 在盆地中部和东部较低的区域形成了一系列滚动背斜和披覆背斜圈闭, 而在较高的区域形成了一系列碳酸盐岩圈闭 ( 图 7) 因此, 盆地中东部构造圈闭定型于中中新世末, 而在盆地西部, 构造圈闭在早中新世末基本定型 图 7 万安盆地圈闭类型分布模式图 4.4 对盖层分布的控制盆地进入区域沉降阶段之后, 盆地内发育一套厚层 分布广泛的浅海 - 半深海相泥岩地层 该地层为盆地的良好区域盖层, 为本区油气藏的保存提供了良好的条件, 一般厚度较大, 变化范围为 1-5km, 具有较好的封盖油气的能力 钻探结果显示, 所有油气发现都位于上新统以下, 充分说明了盖层对油气纵向分布的控制作用 4.5 对油气运移的控制对万安盆地主要油气田的解剖表明, 伸展断拗期和走滑改造期形成的断层是油气运移的主要通道 由于走滑改造期构造活动东强西弱, 因此在盆地中东部, 中中新世发育的深断裂利于沟通下部渐新统 - 下中新统烃源岩和上部中 - 上中新统碳酸盐岩储层, 形成 下生上储 油气藏 而在盆地西部, 中中新世构造活动较弱, 断裂大部分终止于下中新统, 因此以渐新统 - 下中新统 自生自储 油气藏为主 7

8 5 结论 (1) 万安盆地受到南海扩张 万安断裂走滑作用以及婆罗洲挤压等作用的共同影响, 经历了三大演化阶段 : 渐新世 - 早中新世伸展断拗阶段 中中新世走滑改造阶段 晚中新世以来的区域拗陷阶段 (2) 渐新统 - 下中新统是万安盆地最主要的烃源岩, 伸展断拗期和走滑改造期发育了河流 - 三角洲 滨岸 - 浅海 碳酸盐岩台地等多种沉积体系, 形成了多种有利的储盖组合 区域坳陷期稳定的区域沉降形成了良好的盖层 (3) 盆地构造演化阶段对油气聚集成藏有着主要的控制作用 伸展断拗期主要控制盆地主力烃源岩发育, 主要分布于北部坳陷和中部坳陷 ; 伸展断拗期控制盆地西侧砂岩储层和构造类圈闭形成, 走滑改造期控制盆地中东部碳酸盐岩储层和碳酸盐岩建隆的形成 参考文献 [1] 姚伯初, 刘振湖. 南沙海域沉积盆地及油气资源分布 [J]. 中国海上油气,2006, 18(3): [2] 金庆焕, 刘振湖, 陈强. 万安盆地中部坳陷 一个巨大的富生烃坳陷 [J]. 地球科学 ( 中国地质大学学报 ),2004, 29(5): [3] 金庆焕, 刘振湖, 陈强. 万安盆地中部坳陷 一个巨大的富生烃坳陷 [J]. 地球科学 ( 中国地质大学学报 ),2004, 29(5): [4] 刘振湖. 南沙海域沉积盆地与油气地质条件 [J]. 南海地质研究,2003, [5] 梁金强, 杨木壮, 张光学, 等. 南海万安盆地中部油气成藏特征 [J]. 南海地质研究,2003, [6] 吴峧岐, 高红芳, 孙桂华. 南沙海域万安盆地地质构造与沉积体系特征 [J]. 海洋地质与第四纪地质,2012, 32(5): [7] 钱光华, 樊开意. 万安盆地地质构造及演化特征 [J]. 中国海上油气,1997, 11(2): [8] Robert H. Cenozoic geological and plate tectonic evolution of SE Asia and the SW Pacific: computer-based reconstructions, model and animations[j]. Journal of Asian Earth Sciences, 2002, 20: [9] Lee GH, Lee K, Joel S. Watkins. Geologic evolution of the Cuu Long and Nam Con Son basins, offshore southern Vietnam, South China Sea[J]. AAPG Bulletin, 2001, 85(6): [10] Harry DH. Scott S. Petroleum systems in rift basins-a collective approach in Southeast Asian basins[j]. Petroleum Geoscience, 2007, 13: [11] 刘振湖. 南海南沙海域沉积盆地与油气分布 [J]. 大地构造与成矿学,2005, 29(3): [12] 杨楚鹏, 姚永坚, 李学杰, 等. 万安盆地新生代层序地层格架与岩性地层圈闭 [J]. 地球科学 中国地质大学学报,2011, 36(5): [13] Pugh A. Structural evolution of the Nam Con Son Basin:quantitative fault analysis applied to a 3-simensional seismic dataset. Durham theses, Durham University Available at Durham E-Theses Online: [14] Shoup RC, Morley RJ, Swiecicki T et al. Tectono-stratigraphic Framework and Tertiary Paleogeography of Southeast Asia: Gulf of Thailand to South Vietnam Shelf. AAPG International Conference and Exhibition, Singapore, 2012, [15] 刘振湖. 南海万安盆地油气充载系统特征 [J]. 中国海上油气,2000, 14(5): [16] 刘振湖, 吴进民. 南海万安盆地油气地质特征 [J]. 中国海上油气,1997, 11(3): [17] 金庆焕, 刘宝明. 南沙万安盆地油气分布特征 [J]. 石油实验地质,1997, 19(3): [18] 张光学, 杨木壮. 南海万安盆地的构造样式与构造圈闭 [J]. 热带海洋,1999, 18(1): 1-6. [19] 杨木壮, 王明君, 梁金强, 等. 南海万安盆地构造沉降及其油气成藏控制作用 [J]. 海洋地质与第四纪地质,2003, 23(2): [20] 贺清, 仝志刚, 胡根成. 万安盆地沉积物充填演化及其对油气藏形成的作用 [J]. 中国海上油气,2005, 17(2): ( 责任编辑张海洋, 曾小宇 ) 8

¹ º» ¼

¹ º» ¼ 何登发 李德生 童晓光 赵文智 隆起是沉积盆地中的大型正向构造单元 对于沉积盆地的构造演化 沉积体系及流体活动都有较大的制约作用 隆起具有 多种成因机制 伸展 聚敛与走滑环境都可以形成隆起 随着地球动力学环境的变化 各种动力机制的复合可以使不同初始成因的 隆起发生叠加 从而形成结构形态更加复杂的隆起 隆起的演化可以划分为形成期 或雏形期 发展期 高峰期 继承期 改造期和消亡期 个基本阶段 而现今所见的隆起可能仅停留在某些阶段上

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