中国深水油气勘探始于20世纪80年代末，经历了“对外合作为主-自营合作并举-以自营为主”的发展历程，取得了多个大中型油气田的发现，拥有以“海洋石油981”（世界上最先进的第六代深水半潜式钻井平台）为代表的深水油气勘探装备、配套技术和作业队伍，具备深水-超深水自营作业能力，累计探明储量超过4×108 t油当量。
然而，南海北部深水油气仍处于勘探初期，待发现的资源潜力巨大。
什么样的地质条件才能够形成深水石油？什么奠定了南海深水油气资源的物质基础？储藏油气的储集体是如何形成发育的？又是什么因素在阻碍南海深水油气的勘探？朱伟林和郑金云的研究揭示南海北部陆缘深水油气勘探的机遇与挑战。
21世纪以来，全球海上油气重大发现有一半位于深水区，已成为常规油气发现最重要的战略接替领域。“深水油气”主要用来区别于油气勘探开发装备、技术、成本等不同的浅水区。
目前，一般认为水深大于500 m为深水，大于1500 m为超深水，中国以300 m水深为界划定深水区，中国深水油气勘探主要集中在南海北部陆缘的珠江口盆地和琼东南盆地，面积约20×10 4 km 2 。
南海海域深水盆地及油气分布
南海北部深水油气勘探虽历经30余年，却仍处于勘探初期，待发现的资源潜力巨大。对其基础石油地质条件的研究和认识，主要围绕着3个关键问题：是否发育大型盆地、是否具备大规模烃源基础以及是否存在大型有效储层。
深水盆地形成、分布及演化特征
“深水盆地”地域概念早已出现，但近几年才认识到其特殊性。
深水盆地结构与演化、沉积充填、热演化等均与陆缘地壳的伸展-变薄-破裂过程密切相关，显著不同于浅水区及陆上发育的典型裂陷盆地。
对南海北部被动陆缘伸展-破裂过程及盆地结构的认识，大致经历了3个阶段：
（1）20世纪80年代以前，认为大陆地壳的伸展是均匀的纯剪切模式，破裂是瞬间的地质过程，时间上对应破裂不整合面，浅水区与深水区无本质区别。
（2）20世纪80年代以来，构建了2种端元模式：贫岩浆型和富岩浆型，认识到地壳明显变薄的深水区，盆地结构及充填样式不同于浅水区。南海北部被动陆缘在很长的时间里都被认为是贫岩浆型。
（3）2017—2018年，针对南海北部陆缘伸展-破裂过程的大洋钻探，揭示了其伸展-破裂过程兼具贫、富岩浆的双重性，表现出“先贫后富”的特征。
01
深水大型盆地的形成受控于地壳的强烈伸展减薄。
多种研究证实，南海北部陆缘地壳在伸展过程被强烈减薄，现今地壳厚度最薄可达10 km。
据Airy均衡理论模型，陆缘深水区地壳的强烈伸展薄化，必然催生出大型沉积盆地，这与目前在南海北部陆缘观察到的现象基本吻合。
02
深水盆地发育大型宽深断陷。
就凹陷结构而言，深水区凹陷的结构受控于大型低角度 断裂系统，表现出“多阶断控、早断晚拗”的特征，且整体规模大、既宽且深。
依据凹陷结构和充填特征，裂陷期地层可以分为3个构造层（对应于3个演化阶段）：均衡裂陷期、拆离裂陷期、断拗期。演化过程中，伴有沉积中心迁移、岩浆的侵入导致的隆升，由陆向洋，岩浆活动显著增强，相关的韧性变形、凹陷改造更加明显。
成因机制上，裂陷期凹陷结构的演化反 映了不同时期地壳减薄方式有所不同。 伴随地壳厚度减薄、温度上升，地壳的流变性质发生变化，应变方式随之不同。此外，地壳中韧性剪切层所处的位置越深，低角度断层的拆离面随之变深，控制的凹陷规模越大。
基于断裂系统和凹陷结构特征，在南海北部陆缘深水区识别出的深水盆地群，总面积约11.7万km2。
南海北部陆缘深水盆地，岩浆侵入作用在裂陷的中、晚期逐渐增强，既加速了地壳由脆性向韧性的转变，也改造了凹陷结构。
南海北部陆缘深水盆地裂陷期演化模式图
03
深水盆地裂后沉降量大、热流高。
深水盆地裂后沉降量显著大于浅水区，形成了牵引流主控的浅水区沉积环境和重力流主控的深水沉积环境。
裂后沉降量的大小主要受控于地壳的变薄程度，随着地壳变薄程度增加，岩石圈等温面抬高，地壳热流贡献减弱，而地幔热流占主导，盆地的热流随之增大，进而成为热盆-超热盆。
南海北部陆缘深水盆地的形成和演化与南海边缘海复杂板块构造背景下的发育过程密切相关。
随着南海的破裂、扩张，陆缘裂陷盆地逐步进入裂后热沉降阶段，而地壳变薄程度的差异导致沉降量不同，从而形成浅水和深水沉积环境。
高热流背景下，
深海烃源岩的再评价
大型烃源岩体是深水油气生成的物质基础。经过近十年深水油气地质的深入研究，并结合勘探实践，认识到深水区可以发育大型烃源岩体，且类型多样。
01
“盆-源-热”共控奠定油气生成的物质基础。
南海北部陆缘深水区的低角度断裂系统控制了区内大型盆地群的发育，为大规模烃源岩的形成提供了广阔空间。
深水区发育有3套烃源岩：始新世早-中期湖相烃源岩、始新世晚期海陆过渡相烃源岩、早渐新世海相烃源岩。其 中，始新世裂陷期是其主要烃源岩。
在热盆-超热盆的高地温场条件下，烃源岩呈现出生烃早、成熟快、生烃窗口变浅变窄的高温快速演化特征。
在南海北部陆缘深水区内，大型宽深断陷盆地、广泛分布的多套烃源岩、高热流三者耦合，共同奠定了深水油气生成的物质基础。
烃源岩相关图件
02
始新世从南向北的海侵导致烃源岩类型多样化。
由已有研究推测，在南海破裂扩张之前，始新世可能发育古南海，并在南海北部陆缘形成了陆架-深水陆坡的地貌格局。
另一种可能是，南海的破裂扩张由东向西渐进式发育，东部海盆扩张时间较早，向西延伸形成了较窄的海槽。
无论如何，始新世从南向北的逐渐海侵必然导致多种不同类型烃源岩的发育。由浅水-深水-超深水区，始新世烃源岩必须结合南海构造演化背景，分类研究。
03
高热流背景下渐新世海相烃源岩可以成为重要烃源岩。
在南海北部陆缘的超深水区，渐新世多处于陆坡深水沉积环境，若有大型水系注入，提供较为充足的有机质，就具有发育优质烃源岩的条件。
超深水区5℃/100 m以上的超热盆条件，可降低生烃门限的埋深（约2000 m），弥补埋藏深度较浅的不足。
因此，沉积环境、有机质供给、热演化三者耦合较好的区域，渐新世海相烃源岩可以成为重要的烃源岩。
大型有效储层特征
南海北部陆缘深水盆地在演化过程中，垂向上发育了3套沉积层：裂陷期大型宽深断陷所发育的大型三角洲-湖相沉积层，裂后拗陷期陆架边缘三角洲沉积层和深水重力流沉积层，后两者为目前勘探的主力层系。
01
宽陆架、大型供给水系控制下的陆架边缘三角洲-深水扇沉积体系。
珠江口盆地深水区渐新统珠海组和中新统珠江组下部是典型代表，目前已发现的大-中型油气田的储层属于这两套地层。
来自华南陆缘的古珠江供给水系提供了充足的物源，宽广平缓的陆架和海平面的升降为沉积物推进至陆架边缘形成大型陆架边缘三角洲提供了条件，构造差异沉降形成了陆架坡折带，为深水重力流的发育提供了地貌条件，大型陆架边缘三角洲砂体为深水扇沉积提供物源，二次搬运使得深水扇储层的结构成熟度和成分成熟度更高，为优质储层的发育奠定了基础。
珠江口盆地河流-三角洲-陆坡峡谷-海底扇示意
珠海组形成时期物源供给条件较强，构造沉降差异相对较小，形成海退进积型陆架边缘三角洲-深水扇组合。
02
窄陆架、轴向供给水系控制下的大型峡谷水道深水扇沉积体系。
琼东南盆地深水区晚中新世大型中央峡谷水道是其典型代表。
古红河轴向物源供给水系、琼东南盆地中央坳陷带的沉降所形成的峡谷地貌，为该体系的深水扇发育提供了条件。这一认识为窄陆架、无大型供给水系地区深水扇储层的发育提供了新思路。
同时，在合适物源供给和地貌条件下，深水扇砂体的搬运距离可超过400 km。
03
延伸至陆架区大型峡谷水道供给的深水扇沉积体系。
珠江口盆地晚中新世以来的白云大峡谷-南海西北次海盆深水扇沉积体系是其典型代表。
研究表明，随着白云凹陷沉降减弱，在~10 Ma后形成开放陆坡，陆架区沉积物得以沿大型峡谷水道，搬运至西北次海盆沉积区，形成大型深水扇。
由此可见，在物质供给条件和古地貌的控制下，深水重力流搬运能力很强劲。
深水盆地的高热流加快了储层的压实速率，成岩演化作用提前，使得储层快速低渗化，经济有效储层的埋深下限随着低温梯度的增加而明显变浅，成为深水油气勘探的又一挑战。
因而，在不同的地温梯度、埋深、压力条件下，深水经济有效储层的研究需要有不同的对策。
结论
南海北部陆缘深水盆地区别于浅水区的不仅是水深，其石油地质条件更具有独特性，这与南海的发育、演化过程密切相关。
（1）陆缘地壳伸展-变薄-破裂过程中发育的大型低角度断裂系统，控制了大型深水盆地群的形成与演化，由此产生的大型宽深断陷，具备发育大型烃源岩的条件；随着地壳的强烈伸展变薄，形成高地温场，有利于烃源岩的生烃演化。“盆-源-热”耦合共控，奠定了深水油气生成的物质基础。
（2）始新世从南向北的逐渐海侵，有利于形成多种类型的烃源岩，其发育、分布规律有别；在地温梯度较高、有机质输入及保存条件较好的地区，渐新世海相烃源岩可以成为重要烃源岩。
（3）受控于物源供给条件、沉积地貌、相对海平面变化，南海北部陆缘深水区发育3种类型的陆架边缘三角洲-深水重力流沉积体系，可为深水油气田形成提供大型储积体；但高地温场使得沉积物压实作用增强、成岩作用提前，从而加大了油气勘探中预测经济有效储层分布的难度。
本文作者：朱伟林，郑金云作者简介：朱伟林，同济大学海洋地质国家重点实验室，教授，研究方向为石油地质。
论文全文发表于《科技导报》第18期
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