珠江口盆地番禺4洼新近系油氣成藏條件及成藏模式

李振升，彭光榮，吳靜，蔡國富，陶文芳，何金海

中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000

0 引言

番禺4洼位于珠江口盆地珠一坳陷東部，是最具典型的并且已經證實的“小而肥”的富生烴洼陷，歷經30余年的勘探，在面積僅為700 km2的洼陷上發現了2個大型油田和多個中小型油田，屬于珠一坳陷油氣富集分布區，其中在新近系三級石油地質儲量接近1.7億m3，揭示了新近系巨大的勘探潛力。番禺4洼新近系地層埋藏淺，儲層物性好，具有下生上儲的特點，是珠江口盆地最重要的含油層系[1-3]，但在番禺4洼不同構造區帶油氣運聚不均，油氣成藏差異大。

前人對番禺4洼的油氣成藏條件展開過較多的研究，如構造特征與演化[4]、烴源巖發育演化[5]、層序地層劃分及沉積特征分布[6-9]、油氣成藏條件及對油藏的控制關系[10-15]。這些研究集中在對洼陷烴源巖的預測和單個區帶成藏規律的分析，突出斷層的疏導對新近系局部構造油氣富集程度的重要作用，指導了番禺4洼早期的油氣勘探。隨著勘探程度的深入，番禺4洼新近系中淺層勘探面臨一系列難題，近源的目標面積小、數量少，圈閉規模較大的目標卻遠離洼陷，因此急需對新近系中淺層的油氣富集規律進行深入認識，總結油氣成藏模式和成藏機理，指導本地區未來的勘探方向。筆者在前人研究基礎上，以番禺4洼已經發現的新近系油藏作為研究對象，對其成藏條件進行系統解剖，建立適用本區的油氣成藏模式，以期為該區的新近系油氣藏提供理論指導，也對類似的小型富洼的油氣勘探實踐具有重要指導意義。

1 區域地質背景

番禺4洼位于珠江口盆地珠一坳陷中部，北鄰西江中低凸起，東側為東沙隆起，呈北東向展布，為典型的箕狀半地塹結構(圖1)。番禺4洼以新生代沉積為主，其基底為中生界花崗巖，沉積蓋層由古近系勘探的主要層系包括珠江組和韓江組。前人將珠江口盆地文昌組劃分為6個三級層序[16-17]，番禺4洼裂陷較晚，文昌組自下而上發育文五段、文四段、文三段、文二段和文一段，沉積相以半深湖-深湖亞相、濱淺湖相和扇三角洲相沉積為主，珠江組沉積相以海相和辮狀河三角洲相沉積為主。截止2020年底，共鉆探構造36個、鉆井53口，發現10個油田和 10個含油構造。累計獲得三級儲量1.70億m3，探明原油地質儲量1.66億m3，探明儲量占比為92%，表明番禺4洼是典型的“小而肥”富生烴洼陷。研究區目前發現的新近系油氣藏主要分布在珠江組中，珠江組儲量占番禺4洼儲量的92%，為珠江口盆地主要的勘探層系。

圖1 番禺4洼構造位置圖(區域位置圖據文獻[18]修改)Fig.1 Tectonic distribution of Panyu 4 Sag

2 油氣成藏條件

油氣成藏過程復雜，生、儲、蓋、運、圈、保等6大成藏地質要素的發育及匹配耦合關系共同控制油氣成藏過程[19]。珠江口盆地新生代古近系以陸相斷陷沉積為主，新近系及第四系以海相坳陷沉積為主，呈現出斷陷到坳陷的演化過程。油氣的生成、運移到聚集成藏均與古近系沉積展布特點，斷裂、砂體等輸導體系的溝通，新近系沉積地層的儲層發育、儲蓋組合樣式及圈閉匹配等成藏地質條件密切相關[20]。番禺4洼新近系油氣分布不均，成藏條件獨特，受控于構造、沉積充填特征，與其他洼陷相比，在烴源巖識別及評價、儲蓋組合以及油氣運移等方面具有特殊性(圖2)。

圖2 番禺4洼新近系油藏成藏要素Fig.2 Reservior-forming elements of Neogene reservoirs in Panyu 4 Sag

2.1 烴源巖條件及油氣運移

番禺4洼古近系文昌組構造演化階段較為完整，從早到晚依次為初始斷陷期、強烈斷陷期、弱斷陷期和斷陷萎縮期[4]，根據區域層序地層發育特征，番禺4洼文昌組內部劃分了文五段至文一段等5套三級層序，分別對應強烈斷陷早期、強烈斷陷晚期、弱斷陷早期、弱斷陷晚期和斷陷萎縮期。利用地震沉積學分析方法結合單井相對番禺4洼文昌組沉積特征進行分析，強烈斷陷早期(文五段)以濱淺湖相沉積為主，靠近陡坡帶一側局部發育半深湖-深湖亞相沉積，局部發育小型近岸扇體；隨著裂陷強度增大，水體加深，番禺4洼文四段和文三段地層以半深湖-深湖亞相沉積為主，在湖盆中央發生火山侵入，發育一套火山侵入體。斷陷晚期(文二段和文一段)沉積中心繼續向西北方向遷移，半深湖-深湖亞相范圍縮小，僅發育在靠近控洼斷裂一側(圖3)。

圖3 番禺4洼文昌組沉積相模式圖Fig.3 Sedimentary facies model of Wenchang Formation in Panyu 4 Sag

結合以上分析，全區主要發育4套烴源巖，分別為文二段、文三段、文四段和文五段。文昌組上段烴源巖(WC2-WC3)TOC分布范圍為1.09%～10.13%，均值為3.83%，有機質類型為Ⅱ1-I型，屬于好-優質烴源巖；文昌組下段烴源巖(WC4-WC5)TOC分布范圍為2.47%～11.43%，均值為5.14%，有機質類型為Ⅱ1-I型，屬于優質烴源巖。生烴史分析表明，文昌組烴源巖在珠江組沉積晚期(15.97 Ma±)達到低成熟，開始進入生油階段，現今凹陷總體處于中等成熟階段。

結合原油和烴源巖的飽和烴色譜、色譜-質譜地化特征對比分析，以文昌組不同三級層序烴源巖中Ts/Tm、T化合物/C30Hop比值作為油源對比的指標，認為已發現油氣田(藏)油氣主要來自文昌組烴源巖，多為文三段、文四段供烴，少部分油氣藏為文二段供烴形成(圖4)。

圖4 番禺4洼新近系原油與古近系烴源巖對比Fig.4 Correlation between Neogene crude oil and Paleogene source rocks in Panyu 4 Sag

2.2 儲蓋層條件

番禺4洼新近系為辮狀河三角洲沉積，以發育粗砂巖、細砂巖為主，儲層主要發育河口壩、遠砂壩、水下分流河道和席狀砂等沉積微相，平均孔隙度為16.1%～29.6%，滲透率1 922.4～7 564.1 mD，以中-高孔、特高滲儲層為主。砂體埋藏淺，成巖作用較弱，孔隙度、滲透率高，為油氣儲集的有利層段。番禺4洼新近系地層整體位于古珠江三角洲前緣相帶，受海平面變化的影響，巖性組合呈現砂泥互層的特點。區域上，番禺4洼在珠江組上部和中段發育3層厚度較大的泥巖層，是番禺4洼主要的區域蓋層(圖5)，其封蓋能力強，油氣主要富集在區域蓋層之下，因此，珠江組成為油氣勘探的主要目的層系。

圖5 番禺4洼主要井連井對比圖Fig.5 Comparison of main wells in Panyu 4 Sag

2.3 輸導體系

輸導體系作為油氣成藏過程中重要的地質要素，溝通烴源巖和圈閉，其靜態要素主要包括砂體、層序界面(不整合面)、斷層及裂縫[21-22]。番禺4洼輸導介質有斷層、不整合面和砂體等多種類型，構成復雜的輸導體系，結合斷層、不整合面和砂體的組合特點，可將番禺4洼輸導體系劃分為斷層型、斷層-砂體型和不整合-斷層型3種主要類型，不同油氣藏輸導體系組合不同(圖6)。

2.3.1 斷層型

斷層型為油氣成藏期活動的斷層，在正常生、儲、蓋組合條件下向上輸導油氣[23]。番禺4洼主要發育了早期斷裂、晚期斷裂和長期活動斷裂3種斷裂，其中長期活動斷裂主要發育在緩坡帶(圖1)，是油氣運移的主要通道，如A421、A108、A102、A101等油氣藏是油氣通過長期活動斷裂垂向輸導運移聚集形成的(圖6a)。

2.3.2 斷層-砂體型

番禺4洼砂體發育，其中珠江組砂體主要為辮狀河三角洲，在全區范圍內疊合連片，橫向展布范圍廣，孔滲性好，形成比較好的輸導通道體系。斷層-砂體型主要分布在洼陷帶，典型油氣藏為A105油田珠江組油藏。A105油田的油源為文三段，油氣的運移通道為緩坡帶大型油源斷裂和被該斷裂錯段的從緩坡帶伸入洼陷帶的珠江組大型三角洲砂體組成的復合輸導體系(圖6b)。

2.3.3 不整合-斷層型

不整合面的發育往往與構造事件有關。晚中生代以來，珠江口盆地的構造事件主要包括神狐運動、珠瓊運動一幕、珠瓊運動二幕、南海運動、白云運動和東沙運動等[24-25]，番禺4洼自下而上主要發育古近系/基底、文四段/文三段、文昌組/恩平組和恩平組/珠海組4個不整合面，其中古近系/基底不整合面暴露時間長，孔滲性較好，是陡坡帶重要的油氣輸導通道。如陡坡帶缺乏大型油源斷裂，文昌組烴源巖生產的油氣難以直接靠斷層運移至圈閉成藏，只能先經過初次運移進入砂體“中轉站”，后沿不整合面進行側向長距離運移，通過控圈斷裂垂向輸導運移至圈閉內成藏，在東沙隆起形成A511、A115和A116油田(圖6c)。

a.斷層型(A421、A411、A102、A101油藏)；b.斷層-砂體型(A104、A105、A108油藏);c.不整合-斷層型(A511、A115、A116油藏)。圖6 番禺4洼輸導體系示意圖Fig.6 Schematic diagram of transport system in Panyu 4 Sag

2.4 油氣成藏期次

油氣成藏期次受控于多種因素制約, 且每種因素的影響程度與時間不一樣, 但成藏期次劃分的主要原則是指導后續油氣勘探[26]。番禺4洼油氣運聚成藏期次級別不同，從前文分析可知，本區斷裂活動在韓江組末期最為活躍。在韓江組末期之前，烴源巖處于排烴初期，排烴和成藏可能并不活躍，成藏均以文昌組為烴源，成藏時間早，油氣聚集在文昌組等深部近源層位，可將其劃分為一個成藏期次，表中A581井文昌組砂巖樣品流體包裹體分析油氣充注時間為16.2～14.9 Ma，即為該期次成藏。

烴源巖大規模生排烴時期與晚期斷裂活動時間一致，有利于油氣的聚集成藏。斷裂活動強烈，其垂向輸導能力強，將油氣運移至淺層成藏。同時，斷裂活動促進油氣大規模從烴源巖中排出。番禺4洼的斷裂在韓江組末期活動性強，油氣運移量大，運移距離遠，分布范圍廣，珠江組廣泛成藏，表中24個油藏砂巖樣品流體包裹體分析數據表明存在兩期油氣充注，實測的油氣充注時間在13.0～4.2 Ma和3.7～0 Ma。目前番禺4洼發現的探明儲量約1.6億m3的油氣多以3.7～0 Ma這一期次成藏為主，且主要分布在珠江組。

綜合以上分析，番禺4洼整體存在3期油氣充注:第一期為下韓江期(16.2～14.9 Ma)，第二期為粵海期(13.0～4.2 Ma), 第三期為萬山組—第四紀沉積期(3.7～0 Ma)。淺層珠江組—韓江組儲層以第三期油氣充注為主，部分珠江組儲層存在第二充注；深層文昌組—珠海組普遍存在第二期和第三期油氣充注，個別井存在三期油氣充注(圖7)。

圖7 番禺4洼油氣充注時間圖Fig.7 Oil and gas filling periods of Panyu 4 Sag

2.5 油氣分布

總體上，番禺4洼油氣縱向分布跨度大，從古近系文昌組到新近系韓江組都有油氣發現，其中珠江組、韓江組發現的油層數量多、規模大，古近系次之，粵海組最少。平面上，番禺4洼現今發現的油氣絕大多數都分布在緩坡帶A421油田和陡坡帶的A511油田，其圈閉形態好，具有基底古隆起背景，是最有利的油氣富集區，這兩個油田的儲量占全區的75.5%。從圈閉類型上看，番禺4洼新近系斷裂發育，油藏類型主要為斷塊油藏和逆牽引背斜油藏，且發育在斷層的下降盤(表1)。其中逆牽引背斜分布廣泛，多分布于活動性較強的斷裂下降盤，圈閉面積大，油氣資源豐度高；而斷塊油藏數量少，多分布在活動性弱的斷裂下降盤，含油面積小，油氣富集程度較低。

表1 番禺4洼典型油氣藏特征表

3 油氣成藏模式

番禺4洼新近系油氣成藏條件具有一定的特殊性，相應地，其成藏模式也具有獨特性，總結其成藏模式和成藏機理對于下一步的油氣勘探具有十分重要的借鑒意義?；谏鲜稣J識，根據油氣成藏要素等的具體分析，可將番禺4洼的油氣成藏模式分為源-斷耦合成藏模式和源-面-斷立體成藏模式。這兩種模式代表了番禺4洼新近系油氣成藏的主要機理，決定了新近系油氣的分布特征。

源-斷耦合成藏模式是番禺4洼緩坡帶油氣成藏的主要模式，以番禺04斷裂帶為典型代表。該模式的特點是新近系油氣藏的下面或臨近的優質烴源巖可規模生烴，具備有利的烴源條件；油氣藏的控圈斷層即為長期油源斷裂，輸導通道為斷層或者斷-砂組合，且油源斷裂在關鍵成藏期(韓江組末期)活動性強(斷層生長指數>1.1)，具備較強的垂向輸導能力，油氣可以沿油源斷裂直接進入圈閉或者沿砂體橫向運移至圈閉成藏。該模式中上伏泥巖蓋層的厚度和斷層活動的強度決定了油氣的富集程度和分布層系，油氣往往分布在上伏泥巖蓋層厚度大、斷層斷距小的地層段內。在該模式的指導下，下一步將在臨近優質烴源巖、油源斷裂晚期活動性強的位置尋找新近系油氣藏(圖8a)。

源-面-斷立體成藏模式是番禺4洼另一種油氣成藏的模式，是番禺4洼陡坡帶油氣成藏的主要模式，在其指導下發現的油氣規模與前者相當。該模式的特點是油氣來自臨近的番禺4洼文昌組優質烴源巖，文昌組烴源巖生成的油氣在古近系“中轉站”砂體的溝通下到達基底不整合面，再沿不整合面長距離側向運移至控圈斷層，經過一系列斷層的不斷向淺層調節，油氣最終在新近系儲層中聚集成藏，屬于旁生側儲式成藏模式?！爸修D站”砂體與不整合面匹配決定了油氣能否發生長距離的側向運移(圖8b)。

圖8 油氣成藏模式圖Fig.8 Hydrocarbon accumulation model

4 結論

(1)番禺4洼油氣成藏條件優越，烴源巖層系主要為文昌組文二段、文三段、文四段和文五段，儲蓋組合類型包括珠江組上段和下段2套，已發現的油氣藏類型以構造型為主，輸導體系組合包括斷層型、斷層-砂體型和不整合-斷層型；油氣縱向分布跨度大，以珠江組最為富集，橫向上主要分布在緩坡帶和陡坡帶。

(2)番禺4洼已發現油藏主要來自文昌組文三段、文四段烴源巖，少部分油藏來自文二段烴源巖。整體存在三期油氣充注，第一期為下韓江期(16.2～14.9 Ma)，第二期為粵海期(13.0～4.2 Ma)，第三期為萬山組—第四紀沉積期(3.7～0 Ma)。

(3)綜合分析新近系油藏形成條件，建立了兩種新近系油氣成藏模式：源-斷耦合成藏模式和源-面-斷立體成藏模式，兩者在油氣分布規律上存在明顯的差異。