琼东南盆地深水海底扇岩性圈闭成藏主控因素与勘探突破

Main Controlling Factors of Accumulation and Exploration Breakthrough of Deep-Water Submarine Fan Lithologic Trap in the Qiongdongnan Basin

摘要

为研究琼东南盆地乐东-陵水凹陷中新统梅山组海底扇面临圈闭有效性与油气富集规律关键问题. 综合海底扇沉积储层特征、圈闭形成与侧封条件、天然气运聚分析，明确梅山组海底扇岩性圈闭成藏主控因素. 结果表明：（1）北物源海底扇主要分布于北斜坡区，凹陷带发育西部昆嵩隆起物源影响海底扇向凹推进远、储层物性较好； （2）发育对接水道泥岩、对接水道砂岩、岩性尖灭、断层侧封4种圈闭类型； （3）天然气为崖城组烃源岩供源的成熟-高熟天然气，具有“源内大型构造脊汇聚、沟源断裂/裂隙带垂向运移+砂岩侧向输导，有效圈闭富集”天然气成藏模式. 针对凹陷带尖灭型和对接水道泥岩型圈闭分别部署钻探，均获得勘探突破，明确了下步拓展方向.

关键词

琼东南盆地 / 乐东-陵水凹陷 / 深水 / 中新统 / 海底扇 / 圈闭条件 / 成藏主控因素 / 石油地质

Key words

Qiongdongnan Basin / Ledong-Lingshui sag / deep-water / miocene / submarine fan / Trap conditions / main factors controlling of accumulation / petroleum geology

0 引言

琼东南盆地深水区（现今水深大于300 m区域），经过多年的勘探，相继在中央峡谷发现了L17、L25、L18等大中型气田，证实上新统莺歌海组海底扇与上中新统黄流组浊积水道砂优质成藏组合（王振峰等，2011，2016）. 近年来，对上中新统黄流组水道勘探已趋向饱和、剩余潜力小，上新统莺歌海组由于远离烃源岩，天然气充注强度存在风险，拓展近烃源岩的中新统梅山-三亚组新层系是深水区天然气勘探的重要方向. 琼东南盆地深水区中新统主要发育重力流沉积的海底扇岩性圈闭，自西侧乐东-陵水凹陷向东侧松南-宝岛凹陷，沉积物源体系、坡折演化、烃源条件与断裂体系存在明显不同（张远泽等，2019），进而控制了西、东两侧不同成藏组合类型（谢玉洪等，2016）. 其中，西侧乐东-陵水凹陷多口井钻遇中新统梅山组海底扇，且在陵水凹陷北斜坡获得气层发现，但储层物性总体较差、储量规模较小；凹陷带钻井揭示厚层砂岩物性好，油气显示活跃，但仅在薄砂岩发现气层，厚层砂岩表现为含气水层或水层（范彩伟等，2016），圈闭侧封失效导致未规模成藏. 分析认为，圈闭有效性与天然气富集机制是乐东-陵水凹陷中新统梅山组海底扇岩性圈闭规模成藏的关键. 本文重点开展了西侧乐东-陵水凹陷中新统梅山组海底扇沉积体系、圈闭形成与侧封条件、天然气运聚研究，明确了天然气富集机制，对推动乐东-陵水凹陷中新统梅山组海底扇领域天然气勘探突破和确定未来油气勘探方向具有重要意义.

1 地质背景

琼东南盆地是发育在前古近系基底上的新生代盆地，北部与海南隆起相邻，西与莺歌海盆地以1号断裂相接，东与珠江口盆地以神狐隆起相隔（图1a）. 盆地受古太平洋板块俯冲及南海海底扩张、西部走滑作用等影响（雷超等，2013），具有“东西分块、南北分带”的构造格局，具有典型的“下断上坳”双层结构. “东西分块”指以松南低凸起为界（You et al.，2021）；“南北分带”指盆地自南向北依次为南部隆起、中央坳陷、中部隆起及北部坳陷一级构造单元，中央坳陷进一步分为乐东凹陷、陵水凹陷、松南凹陷、宝岛凹陷等二级构造单元. “下断上坳”双层结构指古近纪时期盆地主要处于裂陷期，沉积始新统岭头组与渐新统崖城组、陵水组地层，受边界断层控制，具有明显的断陷结构（雷超等，2011）；早中新世时期，盆地转为热沉降阶段，主要沉积中新统三亚-梅山组等地层，晚中新世-现今为加速热沉降阶段，主要沉积厚层晚中新统黄流组、上新统莺歌海组及第四系乐东组地层（能源等，2013）（图1b）. 主力烃源岩层为早渐新统崖城组海陆过渡相沉积，具有晚渐新-早中新世、中中新世至今两大生气高峰（徐新德等，2016）. 研究区乐东-陵水凹陷中新统梅山组发育海底扇砂体与上部半深海-深海相泥岩构成的有利储盖组合.

2 海底扇岩性圈闭天然气地质特征

琼东南盆地乐东-陵水凹陷由于受北部海南隆起、西部昆嵩隆起两大物源体系与多期海平面变化等因素影响，发育多期、多类型海底扇储集体，其以厚层半深海-深海相泥岩封盖或黄流组水道侧封，形成岩性或构造+岩性复合型圈闭. 钻井证实，在凹陷带发现L25含气构造（王振峰等，2016），在斜坡带发现L13含气构造，也揭示了中新统梅山组纵向多套储盖组合，进而证实了梅山组多套海底扇岩性圈闭有利成藏组合. 已钻井对比，中新统梅山组海底扇砂岩厚度变化较大，发育厚层箱状砂岩与砂、泥岩互层组合，岩性以粉砂岩、细砂岩为主，储层物性变化不等，表现为中-低孔、中-低渗特征. 天然气地球化学分析表明，凹陷带L25区梅山组天然气甲烷碳同位素约在-38‰~-37‰，乙烷碳同位素约在-27‰~-26‰，为高成熟煤型气，与凹陷带黄流组峡谷水道已发现的L17、L25等气田天然气甲、乙烷同位素接近，L17、L25等气田天然气甲烷碳同位素在-39.5‰~-35.5‰，推测是同一气源；北部斜坡带L13区梅山组天然气甲烷碳同位素约在-45‰~-37‰，乙烷碳同位素约在-27‰~-25‰，较凹陷带已钻井成熟度相对偏低，为成熟~高成熟天然气（图2），推测与凹陷带气源存在不同. 凹陷带主要来自下部烃源岩，其整体埋深较大，成熟度较高；而斜坡带主要来自下部斜坡近凹带烃源岩，其整体埋深相对较浅，成熟度相对较低.

3 深水海底扇岩性圈闭规模成藏主控因素

3.1　大型重力流海底扇优质储层

乐东-陵水凹陷在中新统梅山-三亚组沉积期由陆向盆，依次发育陆架、陆坡、盆底沉积区（Han et al.，2016；Gong et al.，2019）. 三亚组沉积期，仅由海南隆起供源，沉积中心位于陵水凹陷，在北部斜坡区发育海底扇沉积储层（范彩伟等，2016），乐东凹陷沉积坡折较缓，仅在近物源端发育小规模海底扇沉积体. 在梅山组沉积期，乐东-陵水凹陷受北部海南隆起和西部昆嵩隆起两大物源的影响，钻井重矿物、元素地球化学分析显示，研究区的母岩主要为花岗岩和沉积岩（尤丽等，2017）. 其中，北坡区储层重矿物组合为磁铁矿+锆石+电气石+白钛矿，母岩以岩浆岩为主，含部分变质岩、沉积岩，与海南隆起宁远河沉积物重矿特征表现一致；凹陷带储层重矿物组合为白钛矿+锆石+电气石，母岩以沉积岩为主，含有部分岩浆岩、变质岩，受昆嵩隆起物源影响较大（尤丽等，2017）. 结合碎屑锆石年龄分析（图3），L13区碎屑锆石年龄主要集中于150、240、450 Ma左右峰值，对比认为主要是北部海南隆起物源供给（左倩媚等，2015）；L25区碎屑锆石年龄分布范围广，除具有上述年龄峰值外，也具有昆嵩隆起中段典型特征的800~1 000 Ma峰值（左倩媚等，2015），体现其受西部昆嵩隆起物源影响明显，也受北部海南隆起物源的影响. 梅山组沉积时期，北斜坡沉积坡折由东北部的加积型向西部的进积型演化，控制着北部海南隆起的物源供给，进而控制海底扇自东向西向凹陷中心迁移，同时东、西段下切谷发育，且西侧下切谷延伸较远、东侧下切谷延伸较短，形成凹陷西段发育受北部海南隆起物源影响的大型海底扇储集体，东段仅在北部斜坡区发育小型海底扇体；凹陷带主要受西部昆嵩隆起物源影响，西部昆嵩隆起物源供给形成的三角洲，为凹陷带大型海底扇的形成提供充足的碎屑物质，海底扇自西向东延伸广、分布范围大（图4a），表现为明显前积下超特点，Y35井揭示海底扇主体区为厚层含砾砂岩，体现物源供给充足的特点，在海底扇扇体前端发育相对孤立分布的浊积砂沉积体，地震相表现为透镜状体特征，与海底扇主体区分割（图4b）.

钻井揭示，梅山组二段下，凹陷带受西物源影响的Y35井，下部以薄层粉、细砂岩与泥灰岩互层组合，特低孔的物性特征，向上部过渡为厚层箱状细、中砂岩，为中-低孔的物性特征；北斜坡区受北物源影响的L13井区，下部以粉砂岩为主，为中孔、中-低渗的物性特征，向上由于物源供给减弱，以厚层泥岩为主. 梅山组一段下部，凹陷带受西物源影响为主的Y35、L25S、L25E等井，以厚层箱状砂岩储集为主，相对远物源的海底扇水道区的L25E井在埋深3 947~4 032 m间，发育粒间孔与粒间溶孔（图5a），储层连通性好，实测孔隙度为6.6%~23.9%，平均孔隙度为19.9%，实测渗透率为0.16~78.7 mD，平均渗透率为32 mD，明显好于近物源端的Y35井；梅山组一段上部，近物源端的Y35井以分选极差的厚层箱状砂砾岩储集为主，砂岩厚度55.4 m，最大单层厚度12.8 m，以粒间孔为主（图5b），实测孔隙度2.3%~13.1%，平均孔隙度8.7%，实测渗透率0.001~10.7 mD，平均渗透率0.75 mD，扇体前端浊积砂沉积区的L25W井以分选好的粉砂岩为主，砂岩厚度44.9 m，最大单层厚度5.8 m，粒间孔为主（图5c），中孔、中渗的物性特征，实测孔隙度20%~26%，平均23.6%，渗透率9.5~49 mD，平均31.6 mD.

3.2　厚层深海-半深海泥岩封盖或晚期水道侧封

中新世梅山组沉积期经历多期海平面变化，发育多套海底扇与海侵泥岩储盖组合. 已钻井揭示，直接泥岩盖层厚度在20~180 m之间. 其中，近物源的Y35井在梅山组二段厚层砂岩顶部发育14 m的泥岩盖层，而远物源端的L25E井泥岩盖层厚度增加至50 m以上，梅山组一段顶部整体以分布稳定的厚层半深海-深海泥岩，盖层条件好.

梅山组海底扇水道砂与前端浊积砂后被晚期黄流组水道切割（图4b），形成梅山组海底扇水道砂、浊积砂与黄流组水道共同控制的岩性圈闭. 根据海底扇体与接触地层关系，划分了对接水道泥岩型、对接水道砂岩型、岩性尖灭型、断层侧封型等4种圈闭类型（图6）. 对接水道泥岩型圈闭是指海底扇砂体被晚期黄流组峡谷水道切割所形成的圈闭类型，黄流组水道早期以泥岩充填为主，局部发育孤立水道滞留砂，梅山组海底扇砂体对接水道以泥岩充填为主，可形成良好的侧封；对接水道砂岩型圈闭是指峡谷内部局部发育的浊积水道砂与峡谷两侧海底扇砂体对接，可能形成连通整体，水道内砂岩及水道外砂岩尖灭，共同控制此类圈闭的有效性，或不能形成连通体，可能以水道壁进行侧封；岩性尖灭型圈闭主要指海底扇砂体上倾方向尖灭于半深海-深海相泥岩中，此类圈闭侧封条件好；断层侧封型圈闭是指海底扇砂岩受断层影响，断层下盘砂岩与上盘泥岩，形成砂、泥对接，形成有效圈闭，断层封闭性是此类圈闭的关键. 乐东-陵水凹陷北部斜坡区主要发育岩性尖灭型、断层侧封型岩性圈闭类型；凹陷带发育岩性尖灭型、对接水道泥岩型与对接水道砂岩型岩性圈闭类型.

3.3　优质烃源、多期充注、高效富集

早渐新统崖城组海陆过渡相与陆源海相烃源岩，是乐东-陵水凹陷已证实的主力烃源岩（黄保家等，2014），烃源条件优越，生烃潜力大. 崖城组沉积时期，凹陷边缘发育海陆过渡相、陆源海相烃源岩，凹陷斜坡与凹陷带主要发育陆源海相烃源岩. 海陆过渡相烃源岩陆源有机质占绝对优势，水生生物含量低，不超过5%，具有中-高有机质丰度的陆源有机质富集段（朱伟林等，2008），主要发育Ⅲ型干酪根；陆源海相烃源岩在发育陆源高等植物有机质的同时，低等水生生物含量相对要高，达到5%~15%，陆源有机质呈分散状，中等有机质丰度，干酪根类型表现为Ⅱ₂和Ⅲ型. 已钻井揭示，中新统梅山组较上新统莺歌海组（已发现L18气田）、上中新统黄流组（已发现L17气田）天然气成熟度更高，更近崖城组烃源岩，天然气充注强度大、具有多期充注的特点. 凹陷带L25W井在梅山组储层石英、长石颗粒裂隙中见黄色、蓝色荧光液态烃包裹体与气烃包裹体，L25W、L25E井储层包裹体均一温度分布在60~80 ℃、110~130 ℃、130~160 ℃（图7a），记录了早、中、晚3期天然气充注，结合井点埋藏史特征（图7b），确定梅山组天然气充注时间为3.9~3.2 Ma、0.9~0.4 Ma、0.4 Ma~现今，主力成藏期为上新世-更新世.

乐东-陵水凹陷古近系崖城组烃源岩内发育多个大型构造脊，凹陷带天然气通过源内大型构造脊汇聚（图8），后沿裂隙带发生垂向运移，在梅山组连片海底扇砂体中侧向输导，在扇体前端构造高部位汇聚成藏，源内构造脊规模及供烃范围、圈闭有效性控制了凹陷带海底扇岩性圈闭天然气的富集程度；北部斜坡带天然气通过大型沟源断裂垂向运移，后沿中新统梅山组海底扇砂岩侧向输导，在构造高部位聚集成藏，断裂活动性、圈闭有效性与保存条件控制了斜坡带海底扇岩性圈闭天然气的富集程度. 研究认为，梅山组海底扇具有“源内大型构造脊汇聚、沟源断裂/裂隙带垂向+砂岩侧向输导，有效圈闭控富集”天然气成藏模式，凹陷带表现为“源内构造脊汇聚、裂隙带垂向运移与海底扇砂体侧向输导、扇体前端高部位汇聚”天然气富集模式；斜坡带表现为“沟源断裂垂向运移与海底扇侧向输导、扇体高部位汇聚”天然气富集模式（图9）.

4 深水海底扇岩性圈闭勘探突破与勘探潜力

在中新统海底扇沉积体系、圈闭有效性与天然气富集规律认识下，指导在乐东-陵水凹陷落实了中新统海底扇岩性圈闭成群、成带分布，资源潜力大，分布在凹陷带与北部斜坡带. 在此认识的指导下，针对凹陷带海底扇前端浊积砂和海底扇前端上倾尖灭型圈闭分别部署钻探，均获得突破. 围绕凹陷带梅山组一段海底扇前端浊积砂对接水道泥岩侧封的陵水A构造，部署钻探的L25W井获得规模优质天然气层发现，首获乐东-陵水凹陷梅山组海底扇领域规模性商业突破（徐长贵和范彩伟，2021），开拓了勘探新领域，也证实了中新统梅山组远物源端浊积砂沉积区的砂、泥互层岩性组合，对接水道内泥岩地层，侧封有效（尤丽等，2021），可规模成藏（图10a）；围绕凹陷带梅山组二段海底扇前端岩性尖灭型圈闭崖城B构造部署的Y36井，也获得气层发现，也证实了海底扇前端岩性尖灭型以深海泥岩侧封，圈闭有效，可成藏（图10b）. 下一步继续围绕乐东-陵水凹陷富生烃凹陷勘探，分带分类型整体评价实施，首选油气运移可靠、储集体发育的凹陷带，主攻海底扇前端砂体尖灭于深海相泥岩中的上倾尖灭型或对接水道泥岩型圈闭可靠性高，侧封条件优越；后进一步扩展北斜坡带上倾尖灭型、断层侧封型海底扇，落实不同类型海底扇圈闭有效性与含气性特征.

5 结论

（1）乐东-陵水凹陷中新统梅山组时期在北斜坡发育北物源影响的早期海底扇，受由东加积型向西进积型坡折演化影响，扇体规模变大，发育岩性尖灭型、断层侧封型圈闭类型；凹陷带受西部昆嵩隆起物源影响的大型海底扇，发育对接水道泥岩型、对接水道砂岩型、岩性尖灭型岩性圈闭类型.

（2）乐东-陵水凹陷中新统梅山组天然气为崖城组烃源岩供源的成熟-高熟天然气，凹陷带表现为“源内构造脊汇聚、裂隙带垂向运移与海底扇砂体侧向输导、扇体前端高部位汇聚”天然气富集模式；斜坡带表现为“沟源断裂垂向运移与海底扇侧向输导、扇体高部位汇聚”天然气富集模式.

（3）凹陷带海底扇前端浊积砂对接水道泥岩型陵水A构造部署的L25W井，获规模优质天然气发现，证实了对接水道泥岩圈闭侧封有效可规模成藏；海底扇前端岩性尖灭型崖城B构造部署的Y36井，获得气层发现，证实了海底扇前端岩性尖灭以深海泥岩侧封圈闭有效可成藏.

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基金资助

中海石油（中国）有限公司科技项目“南海大中型天然气田形成条件、勘探潜力与突破方向”(KJZH-2021-0003-00)