从世界第三纪生物礁的油气储集潜能看中国南海生物礁储层发育和分布的控制因素

吴熙纯 王权锋 陈斯忠 杨 霞

（1.成都理工大学能源学院； 2.成都理工大学数学地质四川省高校重点实验室；3.中海石油（中国）有限公司深圳分公司； 4.川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院）

从世界第三纪生物礁的油气储集潜能看中国南海生物礁储层发育和分布的控制因素

吴熙纯1王权锋2陈斯忠3杨 霞4

（1.成都理工大学能源学院； 2.成都理工大学数学地质四川省高校重点实验室；3.中海石油（中国）有限公司深圳分公司； 4.川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院）

在对世界第三纪生物礁的油气储集潜能、东南亚第三纪生物礁的主要成岩作用与油气储层形成机理以及中国南海第三纪生物礁储层发育和分布的控制因素进行分析的基础上，探讨了中国南海生物礁储层的油气勘探。世界第三纪生物礁发育的最鼎盛期是早中新世Burdigalian期至中中新世Serravalian期，油气主要产于晚渐新世至中中新世的生物礁储层中，以真礁的油气储集潜能为最好。东南亚第三纪生物礁－滩组合的主要成岩作用类型是近地表古岩溶、白垩化和白云化，分别形成古岩溶储层、白垩化储层及白云化储层。中国南海第三纪生物礁储层的发育和分布主要受控于洋流和海平面变化、地裂运动、礁的类型、礁的成岩相分区、礁的就地转移性和礁的沉积水深等因素，在深水区晚渐新世至中中新世地层中都有寻找礁型储层的前景，勘探时须将生物礁－滩组合作整体部署。

世界第三纪生物礁 油气储集潜能 中国南海生物礁 发育和分布 控制因素

1 世界第三纪生物礁的油气储集潜能

1.1 世界第三纪生物礁的油气储集时间段

据Perrin[1]研究，世界古新世至中渐新世的岩隆极少有储集潜能，晚渐新世至中新世岩隆储集性明显增加，早—中中新世岩隆储集潜能达最高峰，至晚中新世稍降低。世界上以东南亚的中新世礁储层最多，其次为苏伊士海湾的中中新世礁储层。据Greenlee和Lehmann[2]报道，全世界约90%的可采烃发现于15%的奥陶纪以后地层时代形成的储层中，而这些可采烃储量的43%存在于中新世岩隆中，究其原因与中新世生物礁生长的活跃性及富有机碳源岩层的广泛发育有关。早—中中新世热带礁相的全球膨胀，得利于全球气候变暖，与17.5 Ma至13.5 Ma时间段盆地沉积中反映大量有机碳埋藏的明显δ13C正峰值相吻合[3]。东南亚和红海—苏伊士海湾地区是当时大地构造极活跃地区，既利于生物礁发育，又利于烃的生成和储集。

1.2 世界第三纪生物礁类型与油气储集潜能的关系

图1 第三纪不同类型生物礁储层发育时期

由图1可见，世界第三纪各种类型的生物岩隆大都具有形成油气储层的潜能；礁储层主要含于（真）礁及礁丘中，在灰泥丘中极少，生物层以及与礁无关的滩则不含储层；晚始新世之后，有超过50%具油气潜能的储层含于生物礁中，而真礁则具有最好的储集潜能。

由图2可见，礁储层潜能与生物礁的造礁生物组合或生物集团亦有关系。自早中新世以来，造礁生物以六射珊瑚为主的储油气岩隆数最多。岩隆中的礁碎屑含量也是储层发育的决定性因素，含礁碎屑很少的第三纪生物建造不具储集潜能。岩隆大小与其储集潜能的关系也很明显，自早中新世以来，礁储层的厚度及宽度大于100 m的岩隆占优势。

图2 第三纪不同类型造礁生物形成的礁储层发育时期（据Perrin，2002。A～H时间段含义同图1）

1.3 东南亚第三纪生物礁的成岩作用及油气储层形成机理

1.3.1 成岩早期近地表古岩溶作用及古岩溶孔隙储层

在中新世特别是中—晚中新世碳酸盐岩台地发育期，产生过几期冰驱海平面下降，造成东南亚浅水碳酸盐岩台地短期暴露，接受广泛的大气水冲洗。中新世末的全球海退，导致许多较早形成的生物礁－滩组合暴露[1，4]。在生物礁发育过程中，礁－滩组合内许多准层序界面和各级层序界面常常是暴露面，产生成岩早期大气淡水淋滤。

第三纪岩隆的主要造礁生物骨骼由文石和高镁方解石构成，易受地下水溶解形成次生孔隙。由大气水淋滤引起的次生孔隙度的大小取决于礁中文石及高镁方解石的含量和分布，也取决于礁相的结构。

第三纪岩隆在成岩早期近地表大气淡水形成的次生溶蚀孔隙储层在东南亚分布非常普遍，如印尼南、北Sumatra盆地，马来西亚滨外Sarawak盆地的礁油气田。在马来西亚Sarawak盆地中央Luconia地区的生物礁中次生溶蚀孔洞储层的孔隙度可达20%～40%，渗透率可达100～400 mD以上（图3a）。

由于造礁生物的障积作用和微生物作用，礁组合基质中常含有一定数量的微晶；礁组合经成岩早期暴露后，在大气渗流带及潜流带常因胶结作用形成亮晶，堵塞了部分孔隙。Perrin[1]认为，中新世礁储层具有适量的微晶和低量至适量的亮晶胶结物，礁体中微晶和亮晶含量与其储集潜能没有明显的负相关关系。早期胶结作用由于能够防止因埋藏压实而产生的孔隙损失，有利于孔隙保存[5]。

1.3.2 白垩化作用及白垩状孔隙储层

碳酸盐岩白垩化作用机理有以下2个过程[6]：第一个过程（或第一期白垩化）是指碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中的镁方解石和文石在不同成岩阶段通过新生变形而转变成低镁方解石微晶和微亮晶格架，并在其中产生和保存晶间微孔喉网络的过程。在这个过程中，自然界必须存在既能形成晶间微孔喉网络，又能杜绝胶结作用和泥质等杂基充填微孔的条件。第一期白垩化形成的微孔大小一般仅0.2～5.0μm，其孔隙度可达20%，而渗透率仅1 mD左右，不能形成很好的储层。第二个过程（或第二期白垩化）是上述碳酸盐岩的微孔喉格架通过接续的古岩溶作用产生强化白垩化，使微孔隙扩大、连通，形成次生溶蚀空隙网络，从而使岩石变得松软酥脆的过程。第二期白垩化形成的多微孔及显孔（洞）的白垩状孔隙灰岩储层，其平均孔隙度常大于20%，平均渗透率大于500 m D。

在地史中碳酸盐岩白垩化与白云化作用是2个独立而平行发展的成岩系列，白垩化在地史中的形成时间也分成准同生期、成岩早期、成岩中期（孔隙海水埋藏带）、成岩晚期及表生期。自然界每个成岩期的白垩化常领先于白云化，为白云化作用提供镁水通道及作用空间，但由于白垩化遗迹常被接续的胶结、白云化等作用掩盖，所以白垩化作用常被研究者忽视。

单纯古岩溶作用形成的储集岩虽然多孔洞，但是其岩石基质因受胶结等作用及异源物质充填仍然是致密的，没有白垩状储集岩的松软酥脆感。

自上世纪80年代至今，白垩化概念及作用机理一直在争论中。但是无论有何争论，世界各类大油田的4.5% 产自白垩状结构碳酸盐岩中[7]，而且这一数字在近30年来有很大增长。白垩状孔隙储层主要存在于全球中、新生界的一些碳酸盐岩油气田中，尤其在礁型油气田中，这是一个客观事实，值得我们给予极大关注。

图3 东南亚中新世典型生物礁储集岩的宏观微观特征

中国南海流花生物礁－滩组合的白垩化及白垩状孔隙储层是世界上成岩早期大气淡水白垩化的典型范例之一[8]。LH11－1－4井底水段（F 段）取心率较低，岩心中可见明显的白垩状组构（图3b），平均孔隙度达28.5%，平均渗透率达535 mD，表明流花油田底水段的珊瑚礁相是白垩状孔隙灰岩，这已得到Amoco及Shell公司同行的认可。然而，在该油田高产取心段可见生物礁－滩组合的岩心疏松酥脆（图3c），取心率很低，如 LH11－1－1A 井B段岩心平均孔隙度达29.6%，平均渗透率达595 mD，其孔渗性比油田底水段还高，可见流花油田产层是典型的白垩状孔隙储层。从流花油田白垩状孔隙储集岩的扫描电镜图像（图3d）可见，白垩状储集岩是由许多陡斜菱面体方解石微晶及微亮晶组成，含有大量晶间孔，含方解石胶结物极少，微晶方解石晶面上有许多溶蚀坑穴，表明礁储层是经过两期白垩化形成的。

Epting[9]研究了马来西亚中新世滨外Sarawak盆地中央Luconia台地礁后泻湖和点礁相灰泥岩、粒泥岩的白垩化（图3e），认为与成岩早期大气淡水有关。

Moshier[10]研究了印尼Sumatra岛北部的中新世Malacca灰岩中珊瑚藻礁组合形成的A油田，发现礁组合基质中含有丰富的白垩状微孔隙，认为该油田的白垩状孔隙储层是在“海水－埋藏”成岩环境（指成岩中期孔隙海水埋藏环境）形成的。

1.3.3 白云化作用及白云化孔隙储层

东南亚的白云化作用主要有以下3种情况[4]：

（1）台地基底或生物礁的生长基底白云化。是因其下伏火山热液水或盆地页岩相压释水上升作用形成，见于越南滨外及印尼北Sumatra滨外。

（2）岩隆翼白云化。形成于准同生期至成岩早期，见于印尼北Sumatra盆地Arun油田及Salawati盆地。

（3）晚中新世平顶状礁滩相白云化。造成块状白云岩，是由于轻度蒸发浓缩海水作用形成，具有硬石膏团块及假相，见于马来西亚中央Luconia台地，白云化储层孔隙度为9%～40%，渗透率为1～600 mD或更高，主要为砂糖状白云岩（图3f）；而过白云化白云岩孔隙度仅9%左右，渗透率仅1 mD左右。

在南海东沙台地流花生物礁－滩组合中，局部只见少量粉、细晶白云石，表明东沙台地没有产生明显的白云化，不含白云化储层。

2 中国南海生物礁储层发育和分布的控制因素

2.1 洋流和海平面变化

整个南海在中新世位于大陆的东侧，没有受到冷洋流的波及，特别是南海北部位于赤道以北至北纬22°热带及亚热带海域，有利于生物礁发育。图4为早中新世Burdigalian期至中中新世Serravallian期生物礁古地理分布图[1]，其中可见东南亚及中国南海生物礁分布纬度及洋流方向。

图4 早中新世Burdigalian期至中中新世Serravallian期生物礁古地理分布图（据Perrin，2002）

南海北部频繁的海平面变化是以长期持续的海进及高水位期间短暂的海退为特色，造成台地上筑及水淹以及生物礁的上筑和向台地内部或陆地方向的内筑，在高水位末期常出现生物礁－滩组合的短期暴露，有利于成岩早期礁－滩组合的古岩溶、白垩化及白云化和礁－滩型储层的发育。Erlich等[11－12]在论证东沙台地水淹时，据流花油田地震和钻井资料得出的结论是，流花油田礁－滩组合在统殖期没有发生暴露，整个礁－滩组合和东沙台地完全被凝缩层覆盖；假如该礁－滩组合没有产生最终暴露，则不可能产生礁－滩组合的白垩化，也不会产生流花油田。

由于南海第三纪洋流活跃，台地水淹频繁，低水位期短暂，南海北部滨海潮缘相（以潮间和潮上带为主的潮坪相）及鲕粒滩相不发育。

2.2 地裂运动

地裂运动是造成南海第三纪大小板块的抬升、下降和产生多岛屿的根本原因。对于正在生长中的珊瑚－珊瑚藻礁来说，其生长基底地块必须抬升至珊瑚及珊瑚藻的生长水深。Flügel[13]认为，与虫黄藻共生的造礁珊瑚生长在几十米深的浅水域，珊瑚藻可以生长在数十米至250 m的深水域。Scholle和Ulmer－Scholle[14]认为，造礁珊瑚生长水深一般在50 m以内，在极清洁海水中生长水深可达90 m。南海第三纪珊瑚与珊瑚藻共生成礁，其生长水深只能在十余米至50 m深的水域，所以受地裂运动抬升的地块必须上升至50 m以上的浅水域才有利于生物礁的发育。

由于地裂运动的活跃性，上升地块支离破碎，南海地区只有中小型台地。由于抬升地块形状与海底地形的不同，以及洋流、风浪的方向差异，地块上可以发育台缘镶边礁、堡礁、点礁或环礁。广义的流花油田礁－滩组合可能是东沙台地上的一个马蹄形环礁或堡礁带，目前只勘探了礁带的北段，在其西南方向及正南方向因断裂带影响而发生台地下沉，没有发现该马蹄礁带的南段，推测南段礁带也许尚埋于深水区。

2.3 礁的类型及古地理分布

据世界第三纪礁的油气勘探经验，真礁（指生态礁或骨架礁）具有最好的油气储集潜能，第三纪的真礁主要是珊瑚－珊瑚藻礁[13]。东南亚和中国南海有油气潜能的礁大都是真礁。生物礁在碳酸盐陆棚或台地上的分布与古地理因素有关。

东南亚的陆棚边缘礁带之后的开阔海台地上常有一个抬升地块，其上发育大型点礁－礁滩组合，在盆地边缘常分布有塔礁[4]（图5）。

南海东沙台地也有与东南亚相同的沉积模式。流花台缘礁后的LH11－1礁构造是一个大型礁－滩组合（图6），却成为流花油田的主体，曾鼎乾先生称之为块礁（指大型点礁）。LH4－1礁是台缘礁，而HZ33－1礁则是盆地边缘一个受水淹而夭折的雏塔礁。

东南亚地区有些知名气田或油田，如F6气田、Malampaya气田、Arum气田、L气田、Mumbai油田等都是塔礁[15]，可见南海北部须重视寻找塔礁，但在勘探中须善于识别真塔礁和地震礁[13]，后者可能是地下火山等，而不是礁。另外，在广海陆架一些抬升的小地块上也要注意寻找桌礁、台礁和小环礁。

根据世界第三纪生物礁的勘探经验，优质孔隙储层不但存在于生物礁中，而且存在于与礁关系密切的滩中，包括礁基滩、礁顶滩、礁后滩。因此，中国南海勘探中须将生物礁－滩组合作为整体进行考虑。

2.4 礁的成岩相分区

东南亚不同成岩相区存在不同的礁型储层，该地区各类礁－滩组合在成岩早期近地表古岩溶作用比较普遍，发现的所有礁油气田的储层（包括印尼Palawan盆地Nido B油田早中新世塔礁裂缝性储层）都产生过近地表古岩溶作用。可以认为，东南亚和中国南海具有一个统一的近地表古岩溶成岩相区，相区内各类礁－滩组合中都可能发现近地表古岩溶储层。

此外，东南亚生物礁的白垩化作用只发现于少数礁油气田中，目前尚划不出一个成岩相区。而东南亚的白云化成岩相区目前主要见于南纬热带地区，南海北部尚不明确。

2.5 生物礁的就地转移性

据第三纪各世、期生物礁发育的时空分布可知，东南亚第三纪生物礁发育和分布的就地转移特点明显。礁的勘探可以遵循将今论古的原则，由现代礁或第三纪晚期的礁分布追索地下更早期生物礁的发育踪迹。例如，现代礁在海南岛的东南侧和西沙很发育，据此可以追索附近中中新世和早中新世的深部地下礁，所以琼东南盆地是有找礁前景的地区[15－16]。

白垩纪和第三纪之间虽然存在生物大绝灭事件，如造成恐龙的大绝灭，然而此刻在世界上却不存在生物礁的绝灭事件[13]，所以在深水海域深层位古近纪生物礁发育的地区有望追索晚白垩世的厚壳蛤生物礁。

2.6 生物礁的沉积水深

东南亚及南海北部中小碳酸盐岩台地上的生物礁－滩组合发育于古地貌高地浅水区，容易产生成岩早期暴露和大气淡水淋滤，优先产生近地表古岩溶、白垩化，形成孔隙储层。成岩早期白垩化形成的白垩状孔隙为白云化提供了镁溶液作用空间及通道，利于产生白云化，形成白云化孔隙储层。浅水生物礁－滩型储层形成后因构造沉降而转入深水域。

东南亚及南海北部古深水沉积区广海盆地或台缘斜坡下的生物礁，如塔礁、环礁、桌礁、台礁、小环礁，都是在追逐不断上升海平面的浅水条件下成长的，其分布主要受盆地内构造运动控制，与古海底地貌高点有关。这些深水域的礁并不是真正的深水礁，都容易产生近地表古岩溶、白垩化和白云化，形成孔隙储层。在东南亚已发现深水灰泥丘油气田（图1），尚没有发现深水真礁油气田。

3 结论

（1）世界第三纪岩隆的油气储层拥有世界最多的可采烃储量，各类礁型油气储层主要产于晚渐新世Chattian期至中中新世Serravallian期，其次见于晚中新世Tortonian期至Messinian期。中国南海在深水区晚渐新世至中中新世地层中都有寻找礁型储层的前景。

（2）中国南海深水海域须探寻中小型碳酸盐岩台地、广海陆架、斜坡及盆地中的各类生物礁，包括台缘礁、台内块礁、点礁、环礁、塔礁、桌礁、台礁及小环礁。在地震勘探解释中则要注意区别真礁和“地震礁”，如不长礁的海底火山等。

（3）中国南海滨海潮缘相不发育，大面积鲕粒滩相也不发育，第三纪虽然发育与生物礁无关的生物滩，但是不具备油气储集潜能。根据流花油田的勘探经验，优质孔隙储层不但存在于生物礁中，而且存在于与礁关系密切的生屑滩中，包括礁基滩、礁顶滩、礁后滩，因此勘探时须将生物礁－滩组合作整体部署。

（4）中国南海已发现了古浅水沉积区流花礁－滩组合中的白垩状孔隙储层，是礁－滩组合早期暴露和大气淡水白垩化机理形成的。南海北部尚未发现古深水沉积区，如台缘下斜坡及盆地相区深水碳酸盐岩的白垩状孔隙储层，这在东南亚已有先例。

（5）中国南海尚未发现生物礁－滩型的白云化储层，可能是因为在南海北部含镁地下水作用不活跃，而这种储层在东南亚存在较多。估计随着对于中新世碳酸盐岩勘探区向本区西南部转移，在西沙至南沙之间可望发现白云化礁－滩型储层。

（6）在中国南海碳酸盐岩层系的油气勘探中，须注意研究控制生物礁的发育、分布及其储集潜能的各种因素，包括洋流和海平面变化、地裂运动、礁的类型及古地理分布、礁的成岩相区、礁的就地转移性、生物礁的沉积水深等。

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Considering controls on development and distribution of reef reservoirs in South China Sea from the hydrocarbon accumulation potential of Tertiary reefs in the world

Wu Xichun1Wang Quanfeng2Chen Sizhong3Yang Xia4
（1.College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu，610059；2.Sichuan Province Key Laboratory of Mathematical Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu，610059；3.Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.，Guangzhou，510240；4.Institute of Geology Ex ploration and Development，Chuanqing Drilling Engineering Ltd.，Chengdu，610051）

After analyzing the hydrocarbon accumulation potential of Tertiary reefs in the world，the main diageneses and reservoir forming mechanisms of Tertiary reefs in Southeast Asia and the controls on development and distribution of Tertiary reef reservoirs in South China Sea，the hydrocarbon exploration for reef reservoirs is discussed in South China Sea.In the world，Tertiary reef development peaked from Early Miocene Burdigalian to Middle Miocene Serravalian，and hydrocarbon has mainly produced from Late Oligocene to Middle Miocene reef reservoirs，with the true reefs being the greatest in hydrocarbon accumulation potential.For Tertiary reefbeach complexes in Southeast Asia，the major types of diagenesis are near－surface karstification，chalkification and dolomization，resulting in paleo－karst reservoirs，chalkified reservoirs and dolomized reservoirs respectively.In South China Sea，the development and distribution of Tertiary reef reservoirs are controlled by such factors as the changes of ocean current and sea level，the taphrogenic movements，the reef types，the diagenetic facies zones of reef，the on－site shifting of reef development，and the water depth of reef.It is possible to find reef reservoirs in the deep－water deposional sequences from Late O－ligocene to Middle Miocene，and an overall deployment should be made for the reef－beach complexes during exploration.

Tertiary reefs in the world；hydrocarbon accumulation potential；South China Sea reef；development and distribution；control

吴熙纯，男，德国DAAD访问学者，教授，毕业于原北京地质学院，主要从事石油地质学研究。E－mail：wuxichun66＠126.com。

2010－08－13改回日期：2010－10－25

（编辑：崔护社）