麗水凹陷幔源CO2充注對油氣成藏的影響

馬文睿

（中海石油（中國）有限公司上海分公司研究院，上海 200338）

麗水凹陷古新統(tǒng)鉆井油氣顯示活躍，揭示凹陷具有良好的油氣成藏條件，已發(fā)現(xiàn)一個氣田，是東海陸架盆地重要的含油氣構(gòu)造地質(zhì)單元。但氣田發(fā)現(xiàn)之后始終未能再有商業(yè)性油氣突破，尤其是麗水西凹鉆井中CO2的出現(xiàn)嚴重制約了油氣勘探進程。對已發(fā)現(xiàn)CO2氣藏與巖漿活動、斷裂、砂體關系開展研究，厘清幔源CO2充注時期、充注方式，CO2氣藏分布特征與油氣藏間關系，避開CO2成藏區(qū)是油氣勘探取得成功的重要前提。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

麗水凹陷位于東海陸架盆地臺北坳陷西南端，呈北東—南西向展布，是在中生代殘留盆地基礎上發(fā)育起來的具有東斷西超特點的新生代斷陷構(gòu)造,凹陷面積約為1.4×103km2，沉積地層厚近萬米［1-2］。平面上，麗水凹陷被靈峰潛山構(gòu)造帶分割成東、西兩個次凹（圖1左）；縱向上，凹陷元古界片麻巖及中生界花崗侵入巖基底之上殘留有中生界上白堊統(tǒng)石門潭組地層，之上為新生界地層，自下而上分別為古新統(tǒng)月桂峰組（E1y）、古新統(tǒng)靈峰組（E1l）、明月峰組（E1m），始新統(tǒng)甌江組（E2o）、始新統(tǒng)溫州組下段（E2w）、中新統(tǒng)（N1），上新統(tǒng)（N2）及第四系（Q）。凹陷經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，包括晚白堊世末雁蕩運動、古新世末甌江運動、始新世中晚期至漸新世早期的玉泉運動、漸新世末的花港運動、中新世末的龍井運動及上新世末的沖繩海槽運動；其中玉泉-花港運動使麗水凹陷整體抬升剝蝕，溫州組部分缺失，平湖組、花港組全部缺失（圖1 右）。麗水凹陷自上世紀80 年代勘探以來油氣顯示豐富，已發(fā)現(xiàn)一個氣田和多個含油氣構(gòu)造，多口探井鉆探見CO2。

圖1 麗水凹陷構(gòu)造單元及地層、構(gòu)造運動

2 幔源CO2時空分布和充注路徑

2.1 麗水凹陷CO2時空分布和特征

麗水凹陷內(nèi)含CO2構(gòu)造有麗水SL1 氣田和SN2構(gòu)造、SL5 構(gòu)造、SW1 構(gòu)造（圖1）。平面上，含CO2構(gòu)造分布在麗水凹陷斜坡帶及凹中隆SL1 氣田、靈峰潛山帶SL2 構(gòu)造中，除靈峰潛山帶SL2 構(gòu)造上WL4井及WL6 井發(fā)現(xiàn)的微量CO2氣體經(jīng)證實為有機成因外，其余CO2碳同位素大于-8‰（表1），同時3He/4He＞10-5判別為幔源無機成因［3-9］?？v向上，CO2氣層分布在古新統(tǒng)各地層中，其中月桂峰組和靈峰組為高含CO2氣藏，明月峰組為含CO2氣藏（SL1 氣田）。麗水凹陷中有高含CO2氣藏（WN2 井、WW1 井、WL5 井等）；有含CO2氣藏（WL1 井、WL2井）；也有低CO2氣藏（WL4井、WL6井等）（表1）。

表1 麗水凹陷探井CO2體積百分數(shù)和碳同位素

2.2 麗水凹陷含CO2氣藏與深大斷裂、巖漿活動關系

麗水凹陷深大斷裂主要分布在麗水西凹靈峰潛山帶西側(cè)陡斷帶附近（圖1 紅虛線），為凹陷主要的控凹斷裂，凹陷基底斷裂在地震剖面上最深可至6 000 ms 附近，相當于10 km 左右深度，相較于東海陸架盆地的莫霍面30 km的深度［10］未能溝通幔源巖漿；其附近的鉆井，如靈峰潛山構(gòu)造帶上的WL4井、WL6 井以及SN1 構(gòu)造近年新鉆探的WN1 井等均未見有CO2。

凹陷內(nèi)古新世—中新世巖漿活動頻繁，尤其是麗水西凹內(nèi)鉆井和地震剖面上均留有巖漿噴發(fā)或侵入體證據(jù)，位于巖漿活動區(qū)的鉆井，如麗水凹陷西南部WN2 井、WL5 井，中央反轉(zhuǎn)帶WL1 井、WL2 井及西北斜坡帶高部位WW1 井、WW5 井周邊均見有順斷裂的巖漿侵入或中心式噴發(fā)證據(jù)。故認為深大斷裂并不是麗水凹陷幔源CO2運移的通道。巖漿活動區(qū)附近的圈閉多見高含量CO2高壓氣藏。

3 巖漿活動期次對油氣成藏的影響

3.1 麗水凹陷巖漿活動期次

結(jié)合CO2碳同位素（表1）及鉆井周邊巖漿活動，認為凹陷CO2氣體來自幔源巖漿熱液上涌攜帶的CO2。麗水凹陷地震剖面和鉆井均有巖漿活動（噴發(fā)及侵入）證據(jù)，井上可依據(jù)鉆遇巖性特征來識別巖漿活動，如鉆遇安山巖、凝灰?guī)r層；地震剖面上可依據(jù)具有雜亂反射特征的縱向或高角度斜交的火山通道、噴發(fā)后呈中心塌陷沉降式的破火山口、火山口附近的錐丘狀噴溢相、橫向具層狀強反射特征的火山溢流相組合識別火山噴發(fā)相，或正常沉積巖層中突然出現(xiàn)的斜交（順層）強反射—中低頻反射識別巖漿侵入體。

巖漿上涌受能量大小不同及上覆地層差異的影響，分為侵入和噴發(fā)兩種模式。侵入的時間晚于被侵入地層形成時間，如麗水凹陷主洼內(nèi)T88 界面之下存在高角度斜交（順層）巖漿侵入強反射體（圖2 中紅圈處）不能代表其活動時期；在無沉積間斷的情況下噴發(fā)-溢流相出露地表的時間可近似等同于地層形成的時間［11］，代表該期巖漿活動時間，如地震剖面上見多條巖漿通道反射自基底沿先存斷裂薄弱面垂直或斜列式上涌，終止于漸新統(tǒng)與中新統(tǒng)界面（T20）附近，結(jié)合花港運動期不整合面形成時間，確定噴發(fā)時間約為23.03 Ma左右（圖3）。

圖2 過麗水凹陷巖漿侵入現(xiàn)象（位置見圖1中a線）

圖3 過麗水凹陷主洼巖漿通道和刺穿層位（位置見圖1中b線）

將火山噴發(fā)期次與主要構(gòu)造活動、地質(zhì)界面對應，將本區(qū)巖漿活動劃分為4 期（圖4）：Ⅰ期為古新世晚期，約56 Ma，巖漿噴發(fā)相零星發(fā)育，主要分布在西次凹南部和潛山中南段；Ⅱ期為始新世，約為47.8 Ma，巖漿活動向北遷移至麗水凹陷邊緣西北高部位；Ⅲ期為始新世—漸新世，約為37.8—23.03 Ma，在西次凹北部廣布式發(fā)育；Ⅳ期為中新世末,約為5.33 Ma，火山活動區(qū)向南遷移，主要集中在西次凹南端及近斜坡帶，且數(shù)量變多。四期火山噴發(fā)分別為雁蕩運動期、甌江運動期、花港運動期、龍井運動期四幕。

圖4 麗水凹陷噴發(fā)相火山活動分期平面分布

3.2 麗水凹陷油氣成藏時間

前人對麗水凹陷的油氣成藏史做過分析，認為麗水凹陷在裂谷盆地斷陷期高地熱流和快速埋深的作用下，于古新世末期干酪根進入成熟階段，開始大量生烴，整體具有早期成藏的特征［12-15］，后期凹陷經(jīng)歷平湖運動—花港運動發(fā)生整體抬升，在始新世末—漸新世發(fā)生第二次油氣運聚。通過對凹陷中央的SL1 氣田埋藏生烴分析史可知，構(gòu)造在埋藏作用后，漸新世發(fā)生過擠壓抬升反轉(zhuǎn)，具有兩期成藏的特征，SL1 氣田古新世末進入生排烴高峰（圖5），在古新統(tǒng)下部發(fā)生大規(guī)模油氣運聚成藏；SL1 構(gòu)造在始新世末—漸新世發(fā)生抬升反轉(zhuǎn)，原先形成的油氣藏發(fā)生調(diào)整，在古新統(tǒng)上部成藏。

圖5 SL1氣田埋藏史-熱演化史

3.3 CO2氣體充注對油氣成藏影響

根據(jù)前文所述，麗水凹陷深大斷裂附近未見有含幔源無機CO2氣藏，主要與幔源巖漿活動相關［16-17］，因此厘清巖漿活動和油氣生排烴高峰的時間空間關系對分析幔源巖漿相關CO2氣具有重要作用。通過凹陷生排烴高峰分析可知，麗水凹陷第一次生排烴高峰期后（56 Ma）的巖漿活動中（第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期巖漿活動）CO2充注對油氣藏可能帶來較大的影響，甚至對油氣進行驅(qū)替和破壞。根據(jù)前述幾期火成巖的發(fā)育部位可知，僅發(fā)育在凹陷內(nèi)部的巖漿活動區(qū)可能對油氣成藏具有破壞作用，故第Ⅲ、Ⅳ期巖漿活動對油氣藏產(chǎn)生的風險相對較大。

與巖漿通道直接搭接或通過斷裂輸導體系（縱向輸導體系）和砂體輸導體系（橫向輸導體系）充注是CO2間接充注的重要途徑。以SL1含CO2-烴類氣氣田為例，依據(jù)氣田測試數(shù)據(jù)，其含烴量約66%，含CO2約34%，氣田南約5 km 處的地震方差體切片（1 800 ms）見有火山口存在（圖6），巖漿活動時間對應第Ⅲ期，即始新世末—漸新世前。

圖6 麗水氣田中南部1 800 ms方差體切片（圖1中c線）

SL1 構(gòu)造處于第Ⅲ期火山口高部位，南部附近少量發(fā)育的NEE 向斷裂是CO2和油氣運移的縱向通道，平面上發(fā)育的砂巖儲層可作為CO2橫向運移通道（圖7），在兩種運移通道的共同作用下，最終形成了當前SL1氣田含CO2-烴類氣的格局。

圖7 過SL1氣田南部巖漿通道剖面（位置見圖1中c線）

位于凹陷西北部的WW5 井在月桂峰組鉆遇了含油氣顯示的高壓CO2氣藏，其下傾方向約3 km 處發(fā)育第Ⅳ期巖漿活動，切穿了與目標搭接的斷裂和砂體運移通道（圖8），構(gòu)造與巖漿活動通道上的砂體厚度大、物性好，在上覆厚層泥巖的封蓋下使CO2氣體進入圈閉得以保存。

圖8 過WW5井地震剖面（位置見圖1中d線）

位于麗水凹陷中南部的SL3 構(gòu)造的WL3 井下傾方向約4 km 處發(fā)育第Ⅱ期巖漿活動（圖9），但因砂體側(cè)向尖滅，物性變差，CO2運移通道存在可能性小，CO2無法進入圈閉聚集成藏，因此，該構(gòu)造不含CO2。

圖9 過WL5井地震剖面（位置見圖1中e線）

依據(jù)巖漿活動區(qū)與已發(fā)現(xiàn)的含油氣圈閉距離、充注先后次序可建立起油氣、CO2二者之間的兩種關系：一是圈閉距離巖漿通道較近（0～5 km），CO2含量高，烴類含量低。具體又有以下幾種情況：同時充注CO2和油氣，油氣充注弱而緩，爆發(fā)式巖漿活動決定CO2含量高；CO2先充注，油氣后充注，烴類氣體部分驅(qū)替CO2氣體，CO2為主，烴類氣體少；油氣先充注，CO2后充注，CO2氣體大量驅(qū)替烴類氣體，CO2含量高。二是圈閉距離巖漿通道較遠（＞5 km），CO2含量低，烴類含量高。具體有以下幾種情況：同時充注CO2和油氣，CO2充注距離遠，能量衰減快，充注亦少；CO2先充注，油氣后充注，捕獲少量CO2，烴類氣體為主；油氣先充注，CO2后充注，捕獲烴類多，受運移距離影響，CO2含量低。

4 結(jié)論與認識

（1）麗水凹陷內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的CO2氣藏為幔源無機成因，包括低含、中含和高含CO2三種類型，中、高含CO2圈閉氣源與巖漿上涌活動相關。

（2）麗水凹陷油氣主成藏期為56 Ma，油氣成藏高峰期后的第Ⅲ、Ⅳ期巖漿活動集中在洼陷內(nèi)部，對早先形成的油氣藏具有一定的破壞性，油氣成藏具有CO2充注風險；

（3）CO2充注風險與圈閉形成及巖漿活動先后關系、圈閉與巖漿通道空間距離、巖漿活動區(qū)運移通道溝通圈閉關系密切，距離火山通道越近、有斷裂搭接圈閉或與巖漿活動通道溝通的圈閉存在較高的CO2充注風險，反之，則風險越小。