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南海准被动陆缘深水油气与水合物共生意义

来源:西南石油大学学报(自然科学版)2010年 06期 日期:2011-04-21 浏览量:
【摘要】 南海北部准被动陆缘深水区处在欧亚、印-澳和太平洋-菲律宾三大板块相互作用之特殊大地构造位置,具有被动大陆边缘拉张裂陷的基本属性和典型断拗双层或三层盆地结构及沉积充填特征,与相邻的北部陆架浅水区一样具备基本油气成藏地质条件。南海北部准被动陆缘深水盆地油气运聚成藏地质条件与世界典型被动陆缘盆地深水油气富集区基本类似,但亦存在一定的差异和特殊性。南海北部深水油气运聚成藏及其空间分布与天然气水合物具有纵向上的共生组合关系及烃源供给上的成因联系,其油气地质意义在于其浅层油气及海底水合物显示可以指示深部油气藏的存在或作为深部油气藏勘探的指向和示踪,而这种空间上的共生叠置关系,亦拓宽了资源勘探领域,扩大了其资源规模及潜力。
【中文关键词】 南海北部深水盆地; 深水油气; 海底水合物; 共生组合关系; 油气指示与示踪;
 
引 言
 
世界深水油气资源丰富,近年来深水油气勘探已成为世界油气勘探开发的热点和油气增储上产的新亮点。迄今为止全球6 大洲18 个深水盆地中已发现多个大中型油气田,获得了300 亿吨石油地质储量。南美巴西近海、美国墨西哥湾沿岸、西非近海等被动大陆边缘富油气深水区,目前已成为全球深水油气勘探的“金三角”,亦是近几年大油气田发现的热点地区。2000—2007 年全球被动陆缘深水区( 水深>300 m) 共发现33 个大型油气田,其中油田18 个,气田15 个,占全球同期 79 个油气大发现的42% 。迄今为止,全球已有60 多个国家开展了深水油气勘探,获得潜在石油储量超过540 亿吨,预测未来油气勘探发现的油气总储量的40%将主要来自被动陆缘深水区[1 -4]。因此,深水油气勘探已成为当今海洋油气勘探的必然趋势[5]。
1 南海北部准被动陆缘区油气勘探概况
 
我国南海深水海域广阔,琼东南等13 个新生代沉积盆地位于深水区,均部分或全部为准被动大陆边缘盆地。南海北部准被动陆缘深水盆地主要包括琼东南盆地南部深水区、珠江口盆地南部深水区及台西南盆地南部拗陷深水区和中建南盆地、双峰盆地及笔架南盆地等( 图1) ,展布规模达20 × 104km2,本文仅以琼东南盆地和珠江口盆地深水区为研究重点。
近年来,在邻近陆坡深水区的南海北部陆架浅水盆地的油气勘探中,有6%的钻井获工业油气流,43%的钻井发现油气层,13%的钻井获油气显示,并且在邻近南海北部陆坡深水区的珠江口盆地白云凹陷北斜坡200 ~380 m外浅海海域,获得探明 +控制+预测的天然气地质储量达千亿立方米。尤其是近年来通过对外合作开展的深水油气勘探,亦先后在珠江口盆地南部白云深水区钻探的7 个构造中,获得了LW3-1、LH34-2 及LH29-1 等3 个重大天然气发现和LH16-2 重大石油发现,初步形成了南海北部深水油气富集区的雏形。
南海北部深水油气勘探与研究工作,自20 世纪90 年代中期开始,根据国家海洋油气资源地质调查专项和科技攻关工作的需要,国土资源部广州海洋地质调查局先后在南海北部深水区及南海南部南沙海域开展了16 个航次的综合地球物理调查,并在南海北部陆坡深水区实施完成了9 000 km的地震测线的调查工作量,其中有10 个航次是以陆坡深水盆地油气勘查为目的而进行的。在前期的油气地质调查与研究中,由于缺乏探井的地质地球物理资料,仅粗略地划分了层序地层,亦对该区新生代盆地地质构造特征及沉积充填特点进行了初步分析,但对中生界盆地的解释和认识尚存在诸多疑点和不确定性。
近10 年来,中海油、广州海洋地质调查局、中石化和中石油纷纷在南海北部陆坡深水区,开展了以油气勘探为目的的前期基础性和区域性的地球物理勘探与油气地质研究。2002 年国家自然基金委与中海油联合资助开展了“南海深水扇系统与油气资源”重点项目的研究; 2004 年中海油根据国土资源部下达的全国油气资源战略选区的评价研究任务,在琼东南盆地南部拗陷带深水区和珠江口盆地珠二拗陷、潮汕拗陷深水区率先开展了区域地质研究和油气资源调查与勘探评价工作,并在珠二拗陷白云凹陷北斜坡及琼东南盆地南部先后部署了25 000 km地震测线,钻探获得了天然气勘探的重大突破,展示了深水区巨大的油气资源潜力及勘探前景。同时,近年来国土资源部广州海洋地质调查局在白云深水区海底( 神狐调查区) 沉积物中亦钻获天然气水合物,且深水海底水合物与浅层气及深部油气在空间展布上具有共生组合的叠置关系,其烃源供给系统亦具有成因联系。因此,深水区海底水合物及浅层油气与深部油气的这种空间上的共生组合及叠置关系,可作为深部油气藏勘探的指向和重要示踪,进而指导深水油气勘探的决策与部署,同时亦使人们拓
 
宽了深水区资源勘探领域。
总之,我国南海北部陆坡深水区虽属油气勘探与研究的新区,油气勘探及研究程度甚低,探井及油气地质资料少,但处于准被动大陆边缘盆地的有利区域构造位置。从烃源岩、油气储盖组合、圈闭及油气运聚成藏条件等诸因素综合考量,其与全球典型被动大陆边缘深水富油气区虽然存在差异,但总体上基本相似,具备了形成大中型油气田和丰富的天然气水合物的有利地质条件,应是我国海洋油气资源接替的重要战略选区和增储上产的勘探新领域。
2 油气地质特征
 
南海北部准被动陆缘深水区属于特提斯与古太平洋两大构造域的混合叠置区,处在欧亚、印 -澳和太平洋-菲律宾3 大板块相互作用之特殊大地构造位置,其盆地形成演化不仅受到了中新生代周边不同板块的相互作用,而且还受到南海扩张裂解等地球动力学事件的深刻影响。与世界上典型被动陆缘深水盆地( 大西洋两侧被动大陆边缘盆地) 相比,在盆地构造属性上,南海北部准被动陆缘深水盆地与其存在一定的差异: ( 1) 南海北部大陆边缘经历了从晚中生代燕山期主动陆缘向新生代边缘海被动陆缘的转变,其演化过程和成盆机制较复杂; ( 2) 在盆地构成及发育演化史上,南海北部陆坡深水区以新生代盆地为主、展布规模大,中生代仅局部残留规模较小的盆地。故深水区以新生代沉积盆地为主体,其形成时代大大晚于大西洋两侧的典型被动陆缘盆地; ( 3) 在油气成藏地质条件上,南海北部陆坡深水盆地部分区域具有高温超压特征,尤其是西部深水区琼东南盆地南部陆架坡折带超压明显。必须指出的是,深水区大部分凹陷展布及沉积充填规模大,且存在始新统湖相、渐新统海陆过渡相及中新统海相3 套烃源岩,但由于存在高温超压环境,其生烃与成藏机制及油气分布均具有其特殊性。另一重要特点
是,深水区一般在深部油气藏之上的浅层及海底普遍存在浅层气及天然气水合物。如珠江口盆地白云深水区东南部荔湾—流花天然气富集区( 神狐水合物调查区) 海底及浅层已钻获浅层气及天然气水合物[6],而深部则获得了重大天然气和石油发现,表明南海北部准被动陆缘深水区存在深部常规油气资源与浅层及海底非常规油气资源———天然气水合物空间分布上的共生组合关系及成因联系; ( 4) 南海北 部陆坡深水区沉积物源供给主要来自北部古珠江流域和西北部古红河流域及海南岛物源体系,由于深水区距离物源区甚远,加之又缺乏世界级大河流、大三角洲物源供给体系的注入,故具有明显的远源深水沉积特征,其储集层发育、展布规模及物性条件则是深水油气富集成藏的关键控制因素之一; ( 5) 南海北部被动陆坡深水区地形地貌崎岖,海底坡度变化大,海底火山活动频繁,具有复杂海底的地质地貌特征,因此,该区尚存在深水地震采集、处理及成像、
复杂的地球物理解释及地质成图的难题。总之,南海北部陆坡深水区不仅存在准被动大陆边缘盆地的成盆—成烃—储盖组合及圈闭—运聚成藏等油气地质问题,而且尚面临着崎岖海底复杂地质地貌条件下的地震采集、处理和成像等严重影响勘探目标落实与地质评价等一系列的地球物理难题[7]。因此,南海北部准被动陆缘深水盆地油气勘探具有一定的特殊性及复杂性,且在一定程度上增加了深水油气勘探的风险和难度,进而直接影响和
制约着深水油气勘探进程。
3 深水油气成藏条件与水合物成矿特征
世界深水大型/巨型油气田主要集中分布于大西洋两侧典型被动大陆边缘的断陷裂谷盆地。根据大西洋被动陆缘两侧的东巴西裂谷系和西非沿岸裂谷系深水盆地油气勘探实践及研究成果[8],这些深水油气田的主要烃源岩多为裂陷期沉积的巨厚湖相暗色泥岩,其展布规模大、生烃能力强; 深水环境下沉积的深水扇及浊积砂为主要储层,且规模大、储集物性好;普遍发育的盐层及盐底辟既构成了其下伏储集层的封盖层,亦是盐上构造圈闭形成的重要因素,同时盐底辟上侵活动还沟通了从盐下烃源供给系统输送到盐上圈闭聚集成藏的油气运移通道。因此,在这些典型被动陆缘裂谷盆地中,其深水油气运聚成藏的烃源、运聚通道系统与圈闭聚集场所的时
空配置关系甚佳,有利于减少油气运聚散失及损耗而促进其高效富集成藏。前已论及,南海北部新生代准被动陆缘深水盆地区域地质背景较复杂,盆地结构及沉积充填特征受多种复杂地质因素的影响和制约。根据地震解释
及层序地层学分析,结合相邻北部陆架浅水区推测及少量深水探井揭示,该区深水盆地不同发育演化阶段均沉积充填了不同类型的烃源岩,但仍以盆地 断陷发育阶段沉积的始新统湖相泥岩及下渐新统近海湖沼相/河沼相煤系泥岩为主[9 -13],这些烃源岩分布稳定、展布规模大、生烃潜力强。由于南海北部深水区属洋陆过渡区,靠近洋壳一侧的薄地壳大地热流值比相邻北部陆架浅水区高,故这些断陷期沉积的古近系烃源岩已成熟,生烃可能以天然气为主。
盆地海相拗陷阶段沉积的上渐新统及中新统海相泥岩在深水区大部分可能已成熟,亦具有一定的生烃潜力,但能否成为有效的烃源灶尚须进一步勘探与研究证实。南海北部深水区纵向上继承性烃源断裂的活动、横向展布的区域不整合面及与之连通的各种类型砂体则构成了深水油气运聚成藏的主要烃源供给输导格架,当其与烃源供给系统———有效烃源灶、油气富集场所———该区低凸起上发育的大中型披覆型构造圈闭———形成之时空配置良好时,即可构成良好的油气运聚系统而富集成藏[14]。但必须强调指出的是,深水区纵向继承性烃源断裂在平面上的时空发育展布特征,往往具有东强西弱、北强南弱的展布规律及特点( 图2) 。其中,深水区西部琼
东南盆地新近纪以来发育的断裂非常有限、断裂活动强度较弱,剖面上大部分地区尚未切穿中新统地层,进而控制了该区域油气纵向上运聚分布,且主要聚集于该地层以下的圈闭及储集层之中; 而深水区东部珠江口盆地白云深水区则断裂发育且断裂活动强烈,剖面上大部分地区均切穿了中新统地层甚至第四系乃至海底,油气及其他流体通过断裂通道可以在不同层位的圈闭及储层中运聚成藏。因此,这些油气成藏地质条件导致白云深水区油气分布颇具规律性,形成了深部富集常规天然气、浅层聚集生物 气与热成熟气的混合气,而超浅层及深水海底则富集大量天然气水合物的纵向分布格局,构成了深部
深水油气与浅层生物气-热解气混合气及海底天然气水合物纵向叠置的空间共生组合的分布规律。
总之,南海北部准被动陆缘深水盆地不同发育演化阶段与烃源岩成熟生烃、储盖组合及运聚系统,以及各种类型构造圈闭和非构造圈闭形成时间等一
系列控制油气运聚成藏的地质因素时空配置关系良好。无论深水区还是浅水区,迄今已证实的主要烃源岩仍然是深部的古近系陆相烃源岩( 始新统中深湖相烃源岩及下渐新统煤系烃源岩) ,虽然其上覆新近系海相沉积体系在深水区可能具有生烃潜力,但仍不能成为主要烃源供给系统及有效烃源灶,上覆新近系海相沉积体系发育的储集层及圈闭捕集的烃气源,仍然主要来自深部的古近系湖相及煤系烃源岩[15 -20]。因此,深水区亦与相邻北部陆架浅水区类似,构成陆生海储、下生上储及古生新储的成藏组合类型,而古近系陆相烃源供给系统及其运聚通道格架和路径与上覆新近系海相储盖组合及圈闭的有效时空配置,则是该区深水油气运聚成藏的关键控制因素。
天然气水合物形成主要取决于气源的供给与特定的控制其稳定带形成之高压低温地质环境的有效配置。因此,气源成因类型及供给方式,往往决定了天然气水合物成因类型及其成矿特征,而天然气水合物形成所需的高压低温条件和气源输送供给方式则决定了其区域分布特征及其与常规油气藏的成因联系和空间展布上的共生关系。南海北部准被动陆缘广阔的深水区即琼东南盆地南部、珠江口盆地南部及台西南盆地南部拗陷和中建南盆地、双峰盆地及笔架南盆地等深水区( 水深>500 m) ,不仅具备高压低温的地质环境,而且存在充足的油气源及良好的供给输导条件,已被近年来在珠江口盆地白云深水区勘探中获得油气显示和天然气发现证实。必须强调指出的是,在钻井气测录井过程中,自上而下、由浅至深均见到强烈的天然气显示,地化分析表明这些天然气的气源构成,不仅有深部输送上来的大
量热成因气,亦有浅层原地生物气或两者的混合气。同时在该区深水海底浅层( 即神狐深水调查区) 进行的地球物理调查及钻探亦获得大量天然气水合物样品( 取自深水海底以下160 ~300 m 未成岩沉积物中) ,地化分析证实亦主要属生物气成因类型的自源扩散型水合物,但也存在热成因渗漏型他源水合物 类型的混入( 图3) ,这亦充分表明该区深部的深水油气与海底浅层沉积物中天然气水合物在烃气源供
给及空间分布上存在较密切的成因联系,具有一定
的共生组合及耦合叠置关系。
4 深水油气与浅层油气及水合物空间
共生组合关系
世界上被动陆缘深水油气富集区处在广阔的海洋深水环境,具有天然气水合物形成所必须具备的高压低温条件,加之异常发育的纵向断裂及泥底辟、泥火山或盐底辟沟通了深部烃气源向浅层储集层及深水海底沉积物中输送的运聚通道,深部油气在运聚过程中,由于受不同温压条件和储盖组合及圈闭保存等成藏地质条件的控制,往往可在深水区的深部形成常规油气藏,中部及浅层形成次生油气藏,深水海底沉积物中则可形成非常规油气资源———天然气水合物。阿拉斯加北部斜坡普拉德霍湾和库帕勒克河油气及天然气水合物富集区即为其典型实例( 图4) ,该区浅层富集的天然气水合物,主要为来自深部热成因气和浅部生物气的混合气源,通过 Ei-
leen断层运聚通道运移到 West Sak 和 Ugnu 组上覆浅层沉积岩中所形成,该区断裂带不仅是游离气和石油从深部烃聚集带即油气藏运移上来的纵向运聚通道,也是提供天然气水合物的烃气源的通道和运聚输导系统,其深部油气藏作为两者的烃气源供给者,主要通过纵向断裂运聚系统输送到浅层形成浅层次生油藏、游离气藏和天然气水合物,在剖面上构成了深部原生油气藏、浅层次生油气藏及超浅层天 然气水合物的共生组合关系。
前已述及珠江口盆地白云深水区海底沉积物中 的天然气水合物及浅层天然气与深部油气,在空间 分布上往往具有共生组合及叠置关系,而在烃气源构成及供给输送系统方面则存在更为密切的成因联系。因此,珠江口盆地白云深水区深部油气与浅层气及深水海底天然气水合物的空间分布,在剖面上构成了一个由深水海底非常规资源( 水合物) 及浅层常规天然气与深部常规资源( 深水油气) 所组成的纵向共生叠置展布序列( 图5) 。
剖面上天然气水合物分布在陆坡深水区( 500 ~3 000 m水深) 海底以下160 ~300 m 未成岩沉积物中,其形成的天然气水合物稳定带可作为下伏常规油气藏的区域封盖层,由于天然气水合物稳定带在地质条件下为固体冰状物,其渗透率为零,故能够有效遏止油气渗漏与扩散损耗; 而其下则分布有浅层游离天然气和气藏( 主要为500 ~1 500 m 生物气或深部运移上来的热成因天然气) ;在其更深部则存在常规油气藏或天然气藏,即富集常规油气资源。换言之,在广阔的深水( 水深>500 m) 海底天然气水合物稳定带之下一般都存在浅层次生油气藏和深部原生油气藏。这种天然气水合物与常规油气资源纵向上相互叠置的共生组合关系在世界范围均具有普遍
性,且具有一定的规律性。
5 油气地质意义
 
南海北部准被动陆缘深水区油气运聚成藏及其空间分布与天然气水合物存在纵向上的共生组合关系及烃源供给上的成因联系,在深水区具体表现为深部往往富集常规油气藏,中浅层则形成次生油气藏,超浅层及深水海底沉积物中富集天然气水合物,且自下而上构成了深部常规油气藏、浅层次生油气藏及游离气,超浅层及海底富集天然气水合物的共生组合及叠置分布规律。因此,这种深水油气常规油气资源与深水海底天然气水合物非常规油气资源空间分布上的共生耦合关系与烃源供给上的成因联系,不但可以指示深部油气藏的存在,亦可作为深部油气藏勘探部署的指向和重要示踪,故能为深水油气勘探部署及油气地质综合评价提供决策依据和借
鉴。其油气地质意义在于以下3 点:
( 1) 深部常规油气藏与浅层次生油气藏及深水海底天然气水合物形成分布上的共生组合关系及成因联系,拓宽了资源勘探领域,扩大了资源规模,增强了资源潜力;
( 2) 油气藏与浅层次生油气藏及海底天然气水合物的空间分布及浅层次生油气藏的出现,可以指示深部常规油气藏存在的可能性,亦可作为深部油气藏勘探的重要指向和示踪,进而指导深水油气勘探部署及有利勘探目标评价与优选;
 
( 3) 深水海底沉积物中天然气水合物稳定带,在地质条件下为一种渗透率为零的冰状固体物质所 组成的封隔层,可以作为一种能够有效封盖油气的非常好的局域性封盖层,对该区下伏的深部常规油气藏及浅层次生油气藏,具有极好的封盖作用,能够有效遏止深部油气运聚过程中的渗漏与散失损耗。