馬良濤，王春修，鄭求根，雷寶華

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083;2.中海油研究總院 海外評(píng)價(jià)中心，北京 100027;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京 100083;4.青島海洋地質(zhì)所，山東青島 266071)

Stanton于1967年提出碳酸鹽巖建隆(Carbonate Buildup)的概念[1］，與碳酸鹽巖臺(tái)地所不同的是，前者主要是從形態(tài)的角度來(lái)考慮，為一個(gè)三維空間的碳酸鹽集合體;后者則一般表示淺水碳酸鹽沉積物形成及堆積的海底地表，可發(fā)育在被動(dòng)大陸邊緣、克拉通盆地、弧后盆地及主動(dòng)大陸邊緣的前陸盆地等構(gòu)造環(huán)境[2］。

中盧卡尼亞盆地(Central Loconia Basin)位于南中國(guó)海域，盆地總面積5.76×104km2，是東南亞地區(qū)碳酸鹽巖最為發(fā)育的盆地之一。目前，在地震上已經(jīng)識(shí)別出200多個(gè)碳酸鹽巖建隆，其大小從幾平方米到200 km2不等，并已對(duì)其中的65個(gè)進(jìn)行了勘探和測(cè)試[3－4］。目前，已經(jīng)對(duì)盆地內(nèi)40多個(gè)碳酸鹽巖建隆進(jìn)行了鉆探。其中，有20多個(gè)被證明具商業(yè)性開(kāi)采價(jià)值的天然氣。其天然氣儲(chǔ)量大于1.13 ×104m3，可采儲(chǔ)量超過(guò)8.5 ×103m3，約占馬來(lái)西亞天然氣資源的40%，具有很好的勘探開(kāi)發(fā)前景[3－5］。本文主要從構(gòu)造、海平面變化、碎屑物質(zhì)的輸入等方面分析盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆發(fā)育的主要控制因素及其油氣意義。

圖1 中盧卡尼亞盆地位置及碳酸鹽巖分布[3］Fig.1 Location of Central Luconia Basin and distribution of carbonates

1 地質(zhì)背景

中盧卡尼亞盆地為一寬闊、穩(wěn)定的陸架地臺(tái)，其東、西邊界分別為西巴蘭(West Baram hinge line)和西巴林基安走滑斷層(West Balingian line);北部和南部分別與北盧卡尼亞盆地(North Luconia Basin)和巴林基安盆地(Balingian Basin)相鄰(圖1)。盆地的形成演化經(jīng)歷了基底形成期(漸新世以前)、裂陷期(漸新世—早中新世)、后裂陷期(中中新世至今)3個(gè)階段。盆地以上白堊統(tǒng)—上始新統(tǒng)拉讓組為沉積基底，該組由布拉加(Belaga)和魯巴(Lupar)2套地層構(gòu)成。上覆的漸新世至今的沉積地層可分為CyclesⅠ－Ⅷ8個(gè)巖性地層單元。盆地內(nèi)的碳酸鹽巖沉積開(kāi)始于早中新世晚期(CycleⅢ沉積晚期)，中—晚中新世(CycleⅣ－Ⅴ沉積期)最為發(fā)育。晚中新世以后(CycleⅤ－Ⅷ沉積期)，大量硅質(zhì)碎屑物質(zhì)的輸入抑制了碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)，盆地此期間以硅質(zhì)碎屑沉積為主，只在局部深水區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖沉積[6］。

2 主控因素

影響碳酸鹽巖沉積的因素主要為經(jīng)緯度、溫度/鹽度、光照、盆地沉降速率、海平面變化、古地貌及碎屑物質(zhì)的供應(yīng)等[7］。本文主要討論構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面升降變化及碎屑物質(zhì)的輸入對(duì)該盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆發(fā)育的控制作用。

2.1 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

中中新世—晚中新世，中盧卡尼亞盆地內(nèi)廣泛發(fā)育碳酸鹽沉積，就構(gòu)造而言主要取決于2個(gè)因素:1)中中新世以前，盆地裂陷期內(nèi)地塹—地壘構(gòu)成的地形高地;2)中中新世—晚中新世盆地穩(wěn)定的構(gòu)造背景。

2.1.1 古地貌的控制作用

裂陷期(漸新世—早中新世)，受伸展和走滑作用的共同影響，盆地內(nèi)形成了一系列北東—南西向的地塹、地壘。早中新世以后，中盧卡尼亞盆地在區(qū)域上處于構(gòu)造沉靜期，進(jìn)而在早期地塹—地壘構(gòu)成的古地形高地上及其周?chē)l(fā)育碳酸鹽巖建隆(圖2)。根據(jù)其分布位置及形態(tài)，可將其分為以下2 種類(lèi)型[8］:

(1)塔型碳酸鹽巖建隆。如盆地內(nèi)的E6、E11兩個(gè)碳酸鹽巖建隆。規(guī)模較小，為幅度較高的正地形，外形呈錐形或丘形，主要位于盆地內(nèi)或區(qū)域地形高地邊緣沉降幅度較大的地方，以陡峭傾斜的翼部為特征。其頂部在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，底界為弱振幅，不易識(shí)別。其翼部由于坡度較大及內(nèi)部與碎屑沉積互層的異地碳酸鹽巖角礫層的存在而變得復(fù)雜(圖3a)。

(2)臺(tái)地型碳酸鹽巖建隆。如盆地內(nèi)的F23、F6兩個(gè)碳酸鹽巖建隆。規(guī)模較前者大，為大型、狹長(zhǎng)、頂平的碳酸鹽巖建隆，主要位于盆地內(nèi)由斷層控制的地形高地上，以不對(duì)稱傾斜的兩翼為特征(迎風(fēng)面較背風(fēng)面陡)，其頂部在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅連續(xù)反射，內(nèi)部為弱振幅平行反射(圖3b)。

2.1.2 穩(wěn)定構(gòu)造背景利于碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)

受盧卡尼亞塊體逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)影響，中中新世—晚中新世，盆地北部的北盧卡尼亞以伸展作用為主，發(fā)育北東—南西向正斷層;盆地南部的巴林基安則處于擠壓構(gòu)造背景，以北西—南東向褶皺為特征(圖4)。中盧卡尼亞盆地位于北部伸展區(qū)和南部擠壓區(qū)之間，且盆地東、西兩側(cè)又被西巴蘭和西巴林基安2條走滑斷層所限，從而使得盆地受北部伸展作用和南部擠壓作用的影響較小，盆地整體處于相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造背景，有利于中—晚中新世碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)[9］。

2.2 海平面升降

圖2 中盧卡尼亞盆地NNW－SSE地質(zhì)剖面據(jù)文獻(xiàn)[3，8］修改。Fig.2 NNW －SSE geologic cross-section through Central Luconia Basin

圖3 中盧卡尼亞盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆類(lèi)型[8］Fig.3 Types of carbonate buildups in Central Luconia Basin

海平面升降引起碳酸鹽產(chǎn)生速率及碳酸鹽沉積可容納空間等因素發(fā)生變化，進(jìn)而影響盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)。

2.2.1 海平面變化與碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)

與其他淺水碳酸鹽巖的沉積一樣，根據(jù)碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)與海平面升降的變化可將盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)劃分為:建造期、拓殖期、內(nèi)置期、停止期 4 個(gè)階段(圖5)[10－12］。

圖4 中盧卡尼亞盆地中中新世—晚中新世構(gòu)造背景Fig.4 Tectonic settings during Middle － Late Miocene in Central Luconia Basin

(1)碳酸鹽沉積速率與海平面上升速率相當(dāng)。此時(shí)，只要產(chǎn)生碳酸鹽的微生物的生長(zhǎng)速率與海平面上升速率保持一致，產(chǎn)生的礁碎屑就會(huì)被保存下來(lái)。海平面上升，早期發(fā)育的建隆由于海水的淹沒(méi)而停止生長(zhǎng)，而高部位則成為碳酸鹽巖建隆發(fā)育的有利區(qū)域。隨著海水的持續(xù)上升，碳酸鹽巖建隆以垂向發(fā)育為特征，為典型的碳酸鹽巖建隆建造期(圖5a)。該期發(fā)育的建隆以較陡的有機(jī)礁翼為特征。

(2)碳酸鹽沉積速率大于海平面上升速率。該時(shí)期，碳酸鹽巖建隆以橫向生長(zhǎng)為特征，為碳酸鹽巖建隆拓殖期。礁坪和礁前斜坡向海方向不斷遷移。由于早期碳酸鹽巖建隆的分割作用，形成多個(gè)封閉的水體環(huán)境而發(fā)育潟湖沉積，并且潟湖范圍不斷擴(kuò)大(圖5b)。此條件下，保存下來(lái)的碳酸鹽巖沉積體受水體的進(jìn)一步改造，從而構(gòu)成不同的沉積環(huán)境(如潮上坪、潮間坪)。

圖5 海平面變化與碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)關(guān)系據(jù)文獻(xiàn)[10－12］修改。Fig.5 Relationship between sea level change and carbonate buildup growth

(3)碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)停止期。目前，關(guān)于碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)的停止主要有2種觀點(diǎn):①海平面快速上升，碳酸鹽巖建隆因海水淹沒(méi)而停止生長(zhǎng);②海平面快速下降，碳酸鹽巖建隆因暴露出水面而停止生長(zhǎng)。

當(dāng)海平面快速上升時(shí)，碳酸鹽產(chǎn)生速率小于海平面上升速率。早期，不斷生長(zhǎng)的礁坪伴隨海平面的上升逐漸向碳酸鹽巖建隆內(nèi)的地形高地遷移(圖5c1)，為碳酸鹽巖建隆內(nèi)置期;后期，隨著海平面的繼續(xù)上升，碳酸鹽巖沉積體逐漸被海水淹沒(méi)，大量碎屑物質(zhì)的輸入抑制了碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)，并在早期高地附近形成較淺的碳酸鹽巖海岸(圖5c2)。

而當(dāng)海平面快速下降，碳酸鹽巖建隆因暴露出水面而停止生長(zhǎng)(圖5d)。此時(shí)，礁坪不再發(fā)生遷移，珊瑚/藻群落也由于海平面的下降而停止生長(zhǎng)或被限制在早期礁體邊緣。受海平面下降的影響，礁體暴露到大氣中而遭受侵蝕，在早期的礁坪上發(fā)育砂礫沉積。同時(shí)，潟湖也被潮上坪、潮間坪的沉積物所充填，而暴露于大氣中的碳酸鹽巖沉積體將發(fā)生淡水淋濾和各種成巖作用(如早期膠結(jié)、白云石化等)。

2.2.2 碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)的旋回性

海平面周期性變化與碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)的旋回性表現(xiàn)為:一個(gè)由海侵—海退層序構(gòu)成的沉積旋回，記錄了碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)的建造期、拓殖期、內(nèi)置期和生長(zhǎng)停止期4個(gè)階段。建造期主要出現(xiàn)在相對(duì)海平面上升速度中等時(shí)期;內(nèi)置期發(fā)生在相對(duì)海平面上升速度最大時(shí)期;而拓殖期則與相對(duì)海平面緩慢上升或緩慢下降期相對(duì)應(yīng);當(dāng)相對(duì)海平面快速下降時(shí)，碳酸鹽巖建隆因暴露到大氣中而停止生長(zhǎng)。

以盆地內(nèi)的F23碳酸鹽巖建隆為例。以GR曲線識(shí)別出的侵蝕不整合面為層序邊界[13］，可將F23碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)發(fā)育劃分為2個(gè)完整的沉積旋回，每個(gè)沉積旋回包含一個(gè)海侵—海退旋回，一個(gè)海侵—海退旋回包括碳酸鹽巖建隆發(fā)育的4個(gè)階段(圖6)。

2.3 碎屑物質(zhì)的輸入

大量碎屑物質(zhì)的輸入使水體變混濁，水體透光性變差，不利于生物生長(zhǎng)，產(chǎn)生的碳酸鹽減少，進(jìn)而影響碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)[14－17］。中中新世晚期，來(lái)自抬升的拉讓褶皺—逆沖帶的硅質(zhì)碎屑物質(zhì)進(jìn)入盆地，并將盆地分為2個(gè)性質(zhì)不同區(qū)域:南部區(qū)域以低幅碳酸鹽巖建隆與硅質(zhì)碎屑沉積成指狀接觸為特征，而中部和北部區(qū)域則表現(xiàn)為高幅碳酸鹽巖建隆。

圖6 中盧卡尼亞盆地內(nèi)F23碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)旋回與海平面變化關(guān)系據(jù)文獻(xiàn)[13］修改。Fig.6 Relationship between sea level change and F23 carbonate buildup growth in Central Luconia Basin

南部碳酸鹽巖沉積體經(jīng)短期暴露后就被晚中新世—上新世上升海水所攜帶的碎屑物質(zhì)所覆蓋;而中部和北部碳酸鹽巖建隆在被碎屑物質(zhì)覆蓋之前，遭受了長(zhǎng)期淡水淋濾作用，進(jìn)而改善了碳酸鹽巖建隆的儲(chǔ)集物性。由此，盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆頂部與上覆碎屑巖沉積底部之間的時(shí)間間隔及碳酸鹽巖建隆的儲(chǔ)集物性出現(xiàn)了平面上的差異，即中部和北部的時(shí)間間隔與滲透率較南部大。

3 油氣意義

3.1 碳酸鹽巖儲(chǔ)集物性

研究表明，盆地碳酸鹽巖建隆內(nèi)發(fā)育的孔隙主要為溶蝕作用和白云石化作用形成的次生孔隙。前者是海平面下降，碳酸鹽巖建隆長(zhǎng)期暴露于大氣中，因淡水淋濾作用而發(fā)生碳酸鹽巖溶蝕引起的;后者為白云石交代方解石所致，其形成的巖石類(lèi)型與碳酸鹽巖的沉積古環(huán)境密切相關(guān)。在閉塞、礁環(huán)境下，碳酸鹽巖常轉(zhuǎn)變?yōu)榘讏踪|(zhì)灰?guī)r、印模白云巖、糖粒白云巖或印?！橇０自茙r，這類(lèi)巖石孔隙發(fā)育，可作為較好的儲(chǔ)集層。而在開(kāi)闊海的礁外和濱岸上形成的碳酸鹽巖含有大量非碳酸鹽巖雜質(zhì)沉積，其內(nèi)部孔隙常由于機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用(形成縫合線)而遭到破壞，從而形成致密型碳酸鹽巖。此外，白云石化和淡水淋濾作用主要發(fā)生在建隆的中部，向兩側(cè)則逐漸減弱，這就使得碳酸鹽巖建隆中部的儲(chǔ)集物性好于兩側(cè)。

3.2 儲(chǔ)蓋組合

巖心資料分析表明，中盧卡尼亞盆地內(nèi)每個(gè)碳酸鹽巖建隆至少經(jīng)歷了2次由海平面下降引起的區(qū)域性陸上暴露，長(zhǎng)時(shí)期的淡水淋濾侵蝕作用改造了其儲(chǔ)集物性，進(jìn)而形成了良好的儲(chǔ)集空間。另外，建造期發(fā)生的白云石化作用也改善儲(chǔ)集層質(zhì)量;而形成致密儲(chǔ)層的機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用主要發(fā)生在內(nèi)置期、拓殖期。這樣周期性發(fā)育的致密性儲(chǔ)層就可作為孔隙性儲(chǔ)層的蓋層，從而在垂向上形成良好的儲(chǔ)蓋組合。此外，碳酸鹽巖建隆的頂部和側(cè)翼常常被海侵時(shí)的頁(yè)巖所覆蓋，進(jìn)而在垂向上和側(cè)向上與碳酸鹽巖儲(chǔ)集層形成較好的儲(chǔ)蓋組合。

3.3 油氣聚集和分布

碳酸鹽巖建隆所處的位置往往地形相對(duì)較高，與其他部位的圈閉相比而言，具有近水樓臺(tái)先得月的優(yōu)勢(shì)。低部位凹陷中烴源巖生成的油氣在源儲(chǔ)壓差的作用下，沿早期斷裂向上運(yùn)移并聚集成藏，使其成為油氣勘探的重要目標(biāo)。

此外，值得注意的是，碳酸鹽巖建隆內(nèi)油氣的聚集主要取決于斷層的發(fā)育及其內(nèi)部壓力2個(gè)因素。沿早期斷層或輸導(dǎo)層進(jìn)入碳酸鹽巖建隆內(nèi)的油氣，常沿著碳酸鹽巖建隆頂部或翼部發(fā)育的后期斷層發(fā)生再次運(yùn)移;而如果碳酸鹽巖建隆內(nèi)部存在的超壓突破上覆蓋層的封蓋壓力，也將會(huì)使早期聚集的油氣發(fā)生再次運(yùn)移。發(fā)生再次運(yùn)移的油氣將進(jìn)入晚期有利的圈閉中聚集成藏或運(yùn)移至地表而散失。所以在碳酸鹽巖建隆的油氣勘探中應(yīng)關(guān)注其頂部后期斷裂的發(fā)育情況及其內(nèi)部壓力的大小。

4 結(jié)論

1)中中新世—晚中新世，盆地穩(wěn)定的構(gòu)造背景為碳酸鹽巖建隆的發(fā)育提供了有利條件;受早期地塹—地壘形成的古地貌的影響，碳酸鹽巖建隆在地震剖面上表現(xiàn)為塔型和臺(tái)地型2種類(lèi)型，并且分布于盆地不同位置。

2)海平面周期性變化控制了碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)旋回，即一個(gè)海進(jìn)—海退沉積旋回包含了碳酸鹽巖建隆生長(zhǎng)的建造期、內(nèi)置期、拓殖期和生長(zhǎng)停止期4個(gè)階段。

3)中中新世晚期，大量碎屑物質(zhì)的輸入抑制了碳酸鹽巖建隆的生長(zhǎng)，并且形成了盆地南部與中部、北部碳酸鹽巖建隆儲(chǔ)集物性的差異。

4)內(nèi)置期、拓殖期的致密性儲(chǔ)層和海侵、海退時(shí)的碎屑巖沉積與暴露地表時(shí)形成的孔滲性儲(chǔ)集層在垂向上和側(cè)向上形成較好的儲(chǔ)蓋組合。

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