热带海洋学报 JOURNAL OF TROPICAL OCEANOGRAPHY 2015年 第34卷 第1期: 30−41 doi:10.3969/j.issn.1009-5470.2015.01.005 http://www.jto.ac.cn

收稿日期：2013-12-29; 修订日期: 2014-05-21。林强编辑 基金项目：十二五油气重大专项子课题(2011ZX05025-003-005); 国家自然科学基金青年科学基金项目(41106055); 国家自然科学基金(41206038); 海洋地质国家重点实验室(MGK1213) 作者简介：谢志远(1990~), 男, 河南省南阳市人, 硕士生, 从事海洋地质和石油地质研究。Email: xiezhiyuan1990@hotmail.com *感谢中海油深圳分公司深水项目部的大力支持和帮助, 感谢审稿专家对本文的修改和建议！

海洋地质学 白云凹陷断裂活动与油气成藏耦合关系的盆地模拟研究* 谢志远1, 李元平2 , 孙珍1, 孙龙涛1, 邱宁1,4, 杨建民3 1. 中国科学院边缘海地质重点实验室 中国科学院南海海洋研究所, 广州 510301; 2. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司, 广州 510240; 3. 中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300452; 4. 同济大学海洋地质国家重点实验室, 上海 200092

摘要: 白云凹陷位于南海北部被动大陆边缘, 断裂发育, 对油气的运聚成藏具有重要意义。研究表明, 始新世至早渐新世的断陷活动控制了烃源岩的发育, 晚渐新世至中中新世的断层活动控制了储层的分布, 晚中新世后的断层活化则影响了盖层和圈闭的展布。综合考虑泥岩涂抹作用和断裂活动性, 并结合最新勘探研究成果, 运用盆地模拟系统模拟研究了两条过井剖面, 结果表明: 白云凹陷断裂活动期次与排烃期次形成了较好的耦合关系, 主要的耦合期为23.8~16.5Ma和13.8~10.5Ma; 其中, 生烃增压作用可能强化了18.5Ma时期的断裂活动; 当活动断裂处于开启状态时, 形成了良好的垂向运移通道; 平静期的断裂则倾向于封闭, 限制了油气的垂向运移; 与单独考虑断裂活动性相比, 泥岩涂抹作用能更好地反映静止期断层的封堵特性; 另外, 模拟预测显示白云深水区的南部断裂发育区具有更好的成藏条件, 易形成大型油气藏。 关键词: 断裂活动性分析; 盆地模拟; 泥岩涂抹; 油气运聚; 白云凹陷

中图分类号: P736.1; P744.4 文献标识码: A 文章编号: 1009-5470(2015)01-0030-12

A basin modeling study on the coupling of fault activity and hydrocarbon accumulation in the Baiyun Sag

XIE Zhi-yuan1, LI Yuan-ping2, SUN Zhen1, SUN Long-tao1, QIU Ning1,4, YANG Jian-min3 1. Key Laboratory of Marginal Sea Geology, Chinese Academy of Sciences/South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China; 2. Shenzhen Branch of China National Offshore Oil Corporation, Guangzhou 510240, China; 3. Tianjin Branch of China National Offshore Oil Corporation, Tianjin 300452, China; 4. State Key Laboratory of Marine Geology, Tongji University, Shanghai 200092, China

Abstract: The Baiyun Sag is located in the northern passive continental margin of the South China Sea. The widespread faults around the sag affect the migration and accumulation of hydrocarbon profoundly. Faults control the sedimentation of source rocks from the Eocene to the Early Oligocene, regulate the range of reservoirs from the Late Oligocene to the Middle Miocene and dominate the seals and traps during the reactivation period in the Late Miocene. We attempt to study the controls of fault activity on hydrocarbon migration and accumulation through faults sealing analysis and basin modeling. Results are as follows. (1) The episodes of fault activity couple well with the generation of hydrocarbon. (2) Overpressure due to hydrocarbon generation may accelerate faulting activity at ~18.5 Ma. (3) Active faults act as perfect conduits for vertical migration of hydrocarbon. (4) Shale smear is much more credible in reflecting the sealing ability of motionless faults than the simple fault activity analysis. (5) The southern faulted area in the deep water tends to be more favorable for hydrocarbon accumulation than the northern area. Key words: fault activity analysis; basin modelling; shale smear; hydrocarbon accumulation; the Baiyun Sag 谢志远等: 白云凹陷断裂活动与油气成藏耦合关系的盆地模拟研究 31 深水油气勘探的钻井成本高昂, 因此在钻井稀少的低勘探程度区开展油气运移聚集研究, 对于评价生烃凹陷资源潜力及预测有利勘探区至关重要。断层作为含油气盆地的基本构造, 在油气成藏过程中发挥着重要作用, 它既可以作为油气运移的通道, 也可以阻挡油气运移形成圈闭(Knipe, 1997)。断层的这种双重性质由其启闭性决定, 不同的断层可能具有不同的启闭特性, 同一条断层在其发育过程中, 也可能会经过多次开启与封闭的旋回。因此, 正确认识断层的启闭性, 对于研究断层在油气的运移、聚集、保存等过程中发挥的作用具有重要意义。 断层并不是一个简单的断裂面, 而是一个充满填隙物质的破裂带, 受断层的错动作用, 断面两侧地层的物质被卷入破裂带中, 因此充填物的物性和地层物性密切相关(付广 等, 1998; 孙龙涛 等, 2007)。断层活动时生成大量裂缝, 形成类似地震泵的抽吸作用(Hooper, 1991), 成为流体运移的高孔渗性通道, 因此处于活动期的断层对流体具有垂向输导能力。当断层活动趋于平静时, 随着裂隙的逐渐愈合, 破裂带内物质的孔渗性降低, 疏导能力下降, 从而遮挡流体的运移形成封堵。封堵作用的程度可以通过指示泥岩涂抹作用强弱的“断层泥岩比率”(shale gouge ratio, SGR)来衡量, 它表示了通过各种机理挤入断裂带的泥页岩的比例, 围岩中的泥页岩含量越高则泥岩涂抹的可能性越大, 孔渗性越差, 形成封闭的可能性越大(Yielding et al, 1997)。实测钻井压力数据揭示断层两侧地层压力差与断层泥岩比率呈现正相关关系, 这说明SGR是反映断层封堵性

能的重要指标(Harris et al, 2002)。前人在成藏模拟的研究中没有考虑断层(Kuhn et al, 2012)或将断层统一考虑为全部开启(Caillet et al, 2003)或全部封闭(Johannesen et al, 2002), 这对于裂陷后期油气运聚阶段断裂活动极为发育的白云凹陷并不适用。因此, 本文通过断层活动性分析和泥岩涂抹作用等方法, 细化分析断层的启闭性, 并进一步利用盆地模拟技术, 结合测井资料研究白云深水区断裂在油气成藏过程中的作用及其相关关系, 总结油气成藏规律, 评价油气勘探前景, 为后续勘探工作提供借鉴。

1 区域地质背景 白云凹陷位于珠江口盆地深水区, 它呈NEE向展布, 北侧与番禺低隆起毗邻, 西侧为神狐暗沙隆起和珠二坳陷西段, 中间以一条北西走向的基底断裂和岩浆活动带为界线, 东侧是东沙隆起区, 南临南部隆起带(图1)。位于减薄过渡地壳上的白云凹陷, 经历了新生代的断陷、断拗、拗陷热沉降及块断升降等构造演化阶段(陈长民 等, 2003), 发育了始新统文昌组断陷分割的半地堑河湖相沉积、中上渐新统珠海组海陆过渡—浅海陆架—三角洲沉积、中下中新统珠江组—韩江组深水陆坡—深水扇沉积、上中新统以来的深水陆坡欠补偿沉积(柳保军 等, 2011a)(图2)。文昌组—恩平组的巨厚河湖相烃源岩, 珠海组的浅海三角洲沉积和珠江组的深水扇系统构成了白云凹陷有利的生储盖组合, 其资源潜力蔚为可观(庞雄 等, 2007a)。白云凹断裂数量众多, 大多属于在沉积过程中发育的生长断层。与典型的被动

图1 白云深水区构造区划 Fig. 1 Geological map of the Baiyun deep water area