2017, Vol. 39
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2. 中国石油大学(北京)油气与资源探测国家重点实验室, 北京 昌平 102249;
3. 中海石油(中国)深圳分公司研究院, 广东 广州 510240
2. State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum, Changping, Beijing 102249, China;
3. Shenzhen Institute of CNOOC Limited, Guangzhou, Gaungdong 510240, China
长期以来，惠州凹陷的勘探发现主要集中于上构造层的珠海组、珠江组和韩江组中的海相砂岩储层，勘探类型单一，大型构造圈闭先后钻探完毕，且油田陆续进入生产高含水期，产量递减快，储量替补难以为继。下构造层的古近系文昌组、恩平组具有临近烃源岩灶、油气早期近距离运输聚集成藏的优越条件，是新一轮勘探的重点层系[1]，其中古近纪发育众多构造转换带，控制物源及水系入口，易于形成大套粗粒三角洲，是下构造层极具勘探潜力的目标区[2]。
构造转换带常常是物源和水系的优势入口，在转换带地区往往发育大套的粗粒三角洲，由于地势较高、临近生烃洼陷、地下水和裂缝较为发育，很多断陷湖盆构造转换带发现了大量的油气资源。长期以来，关于构造转换带构造特征及成藏分析一直是国内外石油地质学家研究的热点[3-9]。近20年来，国内外学者相继发现构造转换带为靶区的油田，如渤海湾、松辽、塔里木盆地等油气勘探实践中，均获得大量的油气资源[10-18]；然而，前人对珠江口盆地构造转换带的研究甚少，对该区的变换构造与油气成藏聚集的关系相对薄弱，制约了该区进一步的油气勘探。
本文以惠州凹陷HZ25构造转换带为例，利用地震解释成果、构造编图成果和位移-距离定量分析，结合地球化学分析数据，对构造转换带特征进行详细研究，并探讨其与油气聚集之间的关系，以期推动惠州凹陷乃至珠江口盆地古近系油气勘探。
1 区域地质概况惠州凹陷位于珠江口盆地的东北部(图 1a)、珠一拗陷的中部，北邻北部断阶带，南至中央隆起带的东沙隆起，东部与惠陆低凸起过渡，西部与西江凹陷相邻，凹陷整体呈NE走向，是珠江口盆地重要的油气富集区。受构造演化的控制，惠州凹陷新生代沉积充填经历了“先陆后海”的沉积环境变迁。裂陷期以陆相沉积为主，发育文昌组、恩平组两套地层，文昌组为湖相泥岩夹砂岩，为区域性优质的烃源岩；恩平组整体为河湖、沼泽和三角洲相砂泥岩夹煤层，是次要的烃源岩段；拗陷期，以海相沉积为主，发育有珠海组、珠江组、韩江组、粤海组和万山组等5套地层[1, 19](图 2)。文昌期，湖盆经历了开始沉降-强烈沉降-收缩沉降直至剥蚀的一次完整的裂陷过程。依据典型的地震接触关系，结合测井、岩芯和古生物资料，文昌组可划分为4套三级层序，自下而上分别命名为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4 (图 3)。
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| 图1 惠州凹陷构造位置和转换带位置图 Fig. 1 The tectonic location of study area and wells and faults distribution |
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| 图2 珠江口盆地惠州凹陷地层综合柱状图 Fig. 2 The comprehensive column of the eastern Pearl River Mouth Basin |
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| 图3 研究区文昌组层序划分及前积地震反射特征 Fig. 3 Seismic (upper) and interpreted (lower) profiles across the central part of study area illustrating the distribution of sequences and rifting stages in the Wenchang Formation |
HZ25构造转换带位于惠州凹陷西南部，南部毗邻东沙隆起，横跨HZ26洼和XJ30洼，研究面积约为400 km2。研究区共有4口钻探井，其分布位置如图 1b所示，其中3口井(HA1、HA2和HA3) 钻遇了文昌组SQ2厚层NA油层[20]，显示出重要的勘探和研究价值。
2 转换带构造特征综合国内外学者对转换带构造特征的研究，结合研究区实际资料和地质情况，本次进行HZ25转换带构造特征的分析基于以下3个方面：(1) 断裂平面分布和剖面特征；(2) 位移-距离曲线；(3) 应力场机制分析。
2.1 转换带断裂特征通过地震及地层综合解释，可以看出研究区有两条以NE走向为主的大断层，自西向东分别为F2断层和F1断层，具有位移量大且沿着走向发生变化的特征，平面上呈雁列式排布，在断层末端具有叠覆段(图 4a)，除此之外，还有许多小位移的断层(带)，其中，F3断层和F4断层位于叠覆带内。F3断层呈NNE走向，断距较小，延伸长度不大，约3.0 km；F4断层呈EW走向延伸约2.5 km，与F2断层相交。
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| 图4 HZ25构造转换带地震解释断层分布 Fig. 4 Fault polygon distribution of seismic interpretation |
地震相干体切片可以来识别和判断断裂、裂缝、地层尖灭等地质现象。通过地震数据体的相干处理，一般来讲，地震信息在横向上表现出“弱相关”的特征，可以用来识别和检验断层的存在。地震数据体的相干处理方法可以提高复杂构造的解释精度[21-22]，本次研究采用的是第三代相干体计算方法，该方法是在第二代算法的基础上通过计算协方差矩阵的特征值来计算相干属性，并充分考虑了不同倾角方位角及统计方式，具有更佳的横向分辨率[23-24]。
从相干体中获取T83地震轴沿层相干切片分析发现，相干体切片能够清楚地反映断层平面组合和展布规律(图 5)。大规模的F2断层带和F1断层，以及小断层F3和F4等，在相干体切片上都显示出地震变化曲率大(普遍大于0.7) 及地震信息弱相干的特征，且上述断层在走向、延伸和侧接形态都能够清晰识别，与三维地震断层解释的平面图一致，为地震剖面的人工解释提供了准确的佐证。
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| 图5 HZ25构造转换带的相干体切片及解释图 Fig. 5 HZ25 transfer zone seismic coherence time slice and its interpretation |
一系列地震剖面显示，断层的构造样式和断距从西向东具有规律性的变化特征，如图 4b所示(地震剖面Section4-Section9)，在断层叠覆区以西，F2断层是控制XJ30洼半地堑的边界断层，断距可达2.5 km。在叠覆区向西南延伸，F1断层的断距逐步增大，并逐渐控制HZ26洼的沉降中心，而F2断层受到北东向构造脊(古潜山)的影响，断层角度由缓变陡，断距逐渐减小。经过平面和剖面上的断层研究，认为HZ25转换带为控制洼陷级别的构造应力变换带，按照Moley[25]的分类，属于一个典型同向叠覆型构造转换带，连接F1断层的下盘和F2断层的上盘，伴生发育规模较小的两条次级断裂--NNE走向的F3断裂和EW走向的F4断裂，由于先存潜山的影响，使得该转换带地貌特征较为复杂。
2.2 位移-距离关系断层调节带是主断层间运动学和动力学的过渡区，两条断层相互接近，为在三维空间上保持应变平衡，会发生由于应力传递和断层位移变化。其中，位移-距离曲线是研究断层发育历史的重要方法[13, 26]。其方法是：将沿着断层走向测量的距离和不同时期的断面的位移分别作为$X$和$Y$轴，绘制位移-距离曲线，可以明显地反映断层沿走向活动强弱的变化(图 4c)。
断层的位移与距离的关系表明，F2断层从西向东垂直位移逐渐减小，直至位移为零；相反地，F1断层的垂直位移逐渐增大，但两个断层的位移总量基本保持一致，都保持在位于位移减小的叠覆段组成构造转换带，其内部断层的垂直位移变化梯度大，断层之间的交互作用增强，是变换带的指示标志[27]。F2断层的总位移量明显小于F1断层，可能是F2断层两侧多个次级断层分散了总位移量，假如把两侧的多个次级断层的垂直位移相加，则沿断层走向的总位移变化不大，区域范围内的总应变基本保持守恒。构成转换带的两条断层之间的叠覆段长约7 km，距离长4~6 km，其比率约1.2。
2.3 转换带形成机制珠江口盆地的形成和演化一直受到来自印度板块和太平洋板块对欧亚板块的双重构造应力的控制和影响，始新世-渐新世，盆地处于裂谷阶段，主要受到NW-SE的拉张作用，形成一系列的NNE向裂谷盆地[28-29]，惠州凹陷就是一个呈NEE向带状展布的复式半地堑、地堑组合，边界大断裂呈右旋斜列式展布[30]。
于水明等[30]通过沙箱模拟实验来进行裂陷作用的分段性和动力学机制研究，经过实验模拟发现斜交60 ℃裂谷模型(张扭性应力作用)极为相似，验证了惠州凹陷是一个典型的张扭性断陷湖盆。珠江口盆地形成之前，基底结构以NE向大断裂切割为特征，受NW主伸展应力方向与先存NE向基底构造斜交的控制，惠州凹陷边界断裂带发生右旋走滑，正交分量导致NEE向断陷形成，走滑分量造成右旋雁列式正断层组合[31-32]，最终形成F1和F2张扭性正断层，应力方向如图 1a所示。
2.4 转换带的地貌特征复杂化的转换带决定了构造格局和水系入湖的分散方向，并在转换带内部形成多个级别的源-汇体系，进而控制了沉积体系分布、砂体类型和厚度。构成转换带的主边界断层F1和F2及内部调节的F3和F4等断裂发生走滑及位移调整，形成断坡带、构造脊、转换斜坡、沟槽等地貌单元，与南部东沙隆起和HZ26洼一起构成了研究区的构造-古地貌格局，这种独特的空间配置关系控制和决定了物源分散方向和沉积特征。
通过地震解释、地层回剥等绘制的三维地貌图显示，研究区呈现出北低南高的地貌特征，东沙隆起高部位为主要物源区，坡折带及洼陷区为沉积区。构造应力转换形成的沟谷和斜坡地貌等低部位是东沙隆起物源进入HZ26洼的重要搬运通道，水流沿着地势较低的断层连接处向转换带低部位运输，具体路径如图 6a所示。其中作为先存潜山的HZ25构造脊，不仅是XJ30和HZ26洼陷之间的地貌分隔带，也是水流的一个分水岭，其对水流具有阻隔和重新分配作用(图 6a，图a中箭头代表物源优势方向，图b来源于中海油(中国)深圳分公司科研报告《HZ25-7及周边地区低孔低渗岩石学及沉积学研究》，2014)。
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| 图6 HZ25转换带的地貌特征及物源方向和沉积体系平面分布图 Fig. 6 HZ25 transfer zone topographical features and map of sedimentary system distribution |
如图 6a所示，HZ25转换带在断层交互连接过程中发生应力调节，在断层叠覆段形成一个地貌低势区，东沙隆起物源区分支水系通过转换带斜坡、沟谷等输送大套碎屑，发育大套辫状河三角洲沉积体系，该三角洲以大面积展布的前缘砂体为特征[20]。辫状河三角洲砂体主要分布于斜坡区及次洼地区，整体上呈扇状，展布面积近45 km2，在地震上以多组相对高角度倾斜的地震前积反射结构为特征(图 4b)，测井曲线上以高幅度的箱型、钟型曲线形态组合为特征，沉积地层厚度大[20]。
研究区主要发育两类盖层，第一类是文昌组上部的中深湖相泥岩，第二类是多个期次三角洲砂体间的薄层泥岩。前者可以作为研究区区域性盖层，后者作为局部盖层。在不同期次三角洲砂体之间，钻遇多层薄泥岩，厚2~5 m，录井显示该泥岩具有深灰色、质纯、坚硬等特点，且埋藏深度大，突破压力高，可作为有效的油气遮挡层。此外，有些胶结很致密的砂岩，渗透率非常低，有部分可以起到遮挡作用。综合所述，研究区文昌组大套的辫状河三角洲和湖相相伴生，构成砂泥频繁互层形成多套优质的储盖组合。
3.2 充足的油气供给在惠州凹陷，发育众多NE-SW向张扭性断层控制的洼陷，断层上盘沿走向在分段活动连接部位发育一系列变换构造，限制了各个洼陷水体循环，发育多个富烃洼陷[2](图 1a)，提供丰富的油源。研究区的原油主要来自于HZ26洼文昌组湖相烃源岩(图 7a)，3口井的地化资料揭示，文昌组烃源岩有机质含量较高(0.5%~3.6%)，其中，SQ1烃源岩有机质丰度高于SQ2和SQ3，一般大于2.00%。烃源岩热演化程度中等，现今实测Ro为0.65%~0.88%，处于成熟生油阶段。烃源岩规模大，泥岩分布范围广，覆盖整个洼陷，厚度几十米至上百米，且烃源岩已进入成熟阶段，为油气成藏提供充足的油气来源。
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| 图7 研究区文昌组HZ25转换带构造特征 Fig. 7 The HZ25 transfer zone and hydrocarbon accumulation model of Wenchang Formation |
HZ25构造转换带在地貌上属于相对高的构造部位，是油气运移的优势聚集区，SQ1和SQ2的烃源岩成熟生成油气，主要通过砂体侧向输导和不整合面侧向输导，在高部位聚集成藏。大套的辫状河三角洲内部发育多套储层，有利于油气在砂体内部运移。SQ2发育辫状河三角洲砂体，砂岩厚度大，多套砂体相互叠置，SQ1以泥岩为主，砂岩不发育，油气主要沿砂体上倾方向疏导；同时，SQ1底部与基底呈不整合接触，SQ1排出的油气有一部分可以沿不整合面疏导，然后在构造高部位聚集成藏。另外，构造转换带内部发育多个小断层系统(图 5)，沟通油源，是有利的油气运移通道，同时在油气聚集之后可以调整其分布。
3.4 优越的圈闭条件HZ25文昌组含油气构造是惠南断裂复合带勘探取得油气突破的代表[1]。该圈闭的西南部直接超覆在东沙隆起的花岗岩基岩上，东南侧对接惠州凹陷边缘大断层上升盘基岩，致密的基岩对油气实现了侧向的封堵；在该圈闭的西侧，下降盘直接对接恩平组，虽然恩平组砂岩百分含量较高，但因埋藏较深，压实作用强而容易形成较致密层从而形成封堵，砂岩顶部上覆文昌组中深湖相泥岩，优越的顶、底、侧封条件是HZ25含油层系发现的基础。因此HZ25转换带含油气构造是在非常好的构造背景下，三角洲靠近物源砂体上倾尖灭的大型地层-岩性圈闭(图 7b)，研究区文昌组油藏属于自源型近源油气成藏，具有“自生、内运、自储”的特点。
埋藏史、地热史、烃源岩成熟史和成岩演化史等“四史匹配”分析表明，油气充注之前，储层物性得到改善，文昌组储层的平均孔隙度约15%[33]，使得油气容易在砂体内部运移和聚集成藏，成藏期与储层演化匹配关系好。以上有利的地质条件，促成了HZ25油田的发现，目前部署的HA1、HA2及HA3井均获得了油气显示和工业油气流，为惠州凹陷深部文昌组的油气勘探打开了局面，在HZ25转换带地区文昌组发现了十多个油层(2~5 m)，经资源量评价，三级储量可观。
4 油气勘探意义惠州凹陷是一个已经证实的富生烃凹陷，各洼陷文昌组烃源岩均有发育，平均厚度多在1 000 m以上，其中西江24、惠州26、惠州08、惠州24、陆丰13洼陷有效烃源岩体积在100 km3以上，烃源岩规模大。文昌组广泛发育的中深湖相烃源岩，TOC平均为3.8%，S1+S2平均为26.87 mg/g，HI平均为660 mg/g，有机质来源于藻类，干酪根类型以Ⅰ、Ⅱ1型为主，有机质已达到成熟状态($R_{\rm o}$均值为0.76)，以产油为主，油气供给充分[34]。惠州凹陷古近纪不仅烃源岩条件好，而且凹陷边界断层发生应力调节形成多个构造转换带，发育大套粗粒三角洲及优质储层，储集体与构造转换带的配置为构造-岩性及地层-岩性圈闭的形成创造了有利的条件，显示出惠州凹陷文昌组极佳的油气成藏条件和勘探潜力。
过去的20多年，普遍认为珠江口盆地惠州凹陷古近系的埋深大(大于3 000 m)，深部储层物性差，难以获取工业油气流，油气勘探主要以新近系古珠江三角洲砂体为目标储层；另外，深部油气勘探开发技术要求更高，钻探成本高，地震资料品质差，分析化验资料缺乏，这些现状限制了古近系油气地质认识及深部地层的勘探[35-36]。研究区文昌组辫状河三角洲大型地层-岩性圈闭的发现(3 500~4 000 m)，突破了古近系储层有效勘探深度界限，显示出文昌组巨大的勘探潜力，为珠江口盆地下构造组合的油气勘探带来充足的信心。
5 结论（1）呈雁列式排列的F1和F2两条主断层发生连接同向叠置，形成HZ25同向叠置转换带，发育一个向NE向倾斜的复杂斜坡型地貌特征，并控制发育大套辫状河三角洲储层。
（2）HZ25构造转换带对油气聚集和分布具有重要的控制作用。HZ25构造转换带分割洼陷形成富生烃洼陷，并控制了古地貌和入湖水系分布，沉积期发育大套优质的储集体，生排烃时期砂体、斜坡和断层是油气优势的通道，形成地层-岩性复合圈闭。
（3）惠州文昌组厚层的中深湖相泥岩既是主力的烃源岩段，同时又是优质的区域盖层，泥岩夹大套的转换带粗粒三角洲砂体，构成了优质的生储盖黄金组合和油气配置关系，为形成大规模油气圈闭打下良好基础。以文昌组为勘探层系，围绕构造转换带进行精细解剖，寻找大型油气圈闭，是以后惠州凹陷古近系值得关注的勘探领域。
（4）古近纪，惠州凹陷发育多个不同类型的构造转换带(变换构造)，不同的变换构造具有其特殊的地貌特征及成因机制，对油气成藏的控制作用也具有差异性。因此，下一步工作重点应该是建立针对构造转换带勘探的技术流程，明确不同类型转换带的地质特征和勘探思路；由于深部地震频率低(通常在20 Hz左右，最高到25 Hz)，分辨率较低，多期次粗粒三角洲砂体及其沉积微相的研究还存在一定的技术难度，如何采用先进的地球物理技术预测砂体分布，是获取高产能油气流的关键，在进一步取得分析化验资料的情况下，加强对优质储层的成因机理及分布预测的研究，是惠州凹陷文昌组勘探需要研究的重点。
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