席敏紅,周興海,王 琳,余學(xué)兵
(中國石化上海海洋油氣分公司,上海 200120)
南海海域油氣資源豐富,自北向南發(fā)育有北部灣、鶯歌海和瓊東南等大小含油氣沉積盆地10余個,其中在南部南沙陸殼地塊和北部西沙陸殼地塊上均發(fā)現(xiàn)為大型的生物礁油氣富集區(qū)。晚漸新世至中新世,南海海域因其特定的古構(gòu)造、古隆起、古地理、古氣候及古海平面變化條件所營造出良好的生物礁形成的背景,廣泛發(fā)育生物礁。瓊東南盆地南部深水區(qū)是指水深大于500 m的海域,包括樂東、陵水凹陷以南的區(qū)域(圖1),該區(qū)域新生界地層發(fā)育完全(表1)。從南海海域生物礁生長發(fā)育背景分析,該區(qū)中新世也具備生物礁形成的良好條件,為深水區(qū)油氣富集提供了良好的儲集空間,并具有廣闊的勘探前景[1-14]。
通過大量淺水區(qū)鉆井資料揭示、二維和三維地震剖面的精細解剖,可以確定在瓊東南盆地南部深水區(qū)的南部、古隆起邊緣,尤其是北礁低隆起和永樂隆起邊緣,晚漸新世至中新世,具備與南海海域隆起邊緣生物礁生長類似的發(fā)育條件,主要表現(xiàn)在:(1)該時期構(gòu)造相對穩(wěn)定,大量二維剖面的沉積模擬結(jié)果顯示晚漸新世至中新世,南部深水區(qū)的南部隆起(包括北礁低隆起和永樂隆起北部邊緣)最大構(gòu)造沉降量僅50~60 m/Ma,最大總沉降量小于100 m/Ma,總體為構(gòu)造活動相對穩(wěn)定并逐漸遞減的演化過程,有利于碳酸鹽巖生物礁的生長發(fā)育;(2)瓊東南盆地南部深水區(qū)裂后期經(jīng)歷了從陸表海到深海環(huán)境的演變。尤其在晚漸新世至中新世,海平面變化相對穩(wěn)定并緩慢上升,南部隆起持續(xù)保持淺水碳酸鹽巖臺地環(huán)境,中新世晚期臺地快速淹沒形成深水陸架陸坡及深海環(huán)境;(3)從永樂隆起南翼的西琛1井和西永1井鉆孔揭示晚漸新世至中新世發(fā)育巨厚層生物礁,預(yù)示永樂隆起北翼及北礁低隆起同時期有臺緣生物礁存在[1-4]。
圖1 瓊東南盆地構(gòu)造單元劃分Fig.1 Tectonic units of Qiongdongnan Basin
表1 瓊東南盆地新生界地層簡表Table 1 Cenozoic strata of Qiongdongnan Basin
從上述分析可見,瓊東南盆地南部深水區(qū)中新世,即三亞組和梅山組沉積時期,發(fā)育有穩(wěn)定的碳酸鹽巖淺水臺地亞相。另外,晚漸新世至中新世漸進的海平面變化、適宜氣候條件及多類型的造礁生物等,為該區(qū)生物礁的廣泛發(fā)育創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。
近年來瓊東南盆地深水區(qū),特別是北礁低隆起西南傾伏端,處于其北部樂東陵水凹陷、南部華光礁凹陷和玉琢礁凹陷三大生烴凹陷的油氣運移方向,區(qū)域位置優(yōu)越,成為油氣勘探的熱點地區(qū)[11]。通過上述區(qū)域地質(zhì)資料分析認為,該區(qū)中新世發(fā)育生物礁,并且經(jīng)鉆井證實生物礁是該地區(qū)主要的儲集層之一[6-7]。同時,該區(qū)勘探程度低,石油地質(zhì)資料較少,為了研究該地區(qū)中新世生物礁的發(fā)育情況,本文從層序地層結(jié)構(gòu)模型研究入手,探討生物礁生長及演化模式,為油氣勘探提供依據(jù)。
層序地層結(jié)構(gòu)模型是在高精度層序地層格架內(nèi),以正確的沉積模式為指導(dǎo),對典型沉積體的三維幾何形態(tài)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行精細刻畫的過程,最終建立合理的層序地層結(jié)構(gòu)模型,以指導(dǎo)油氣儲層研究和勘探實踐。目前國內(nèi)外發(fā)展趨勢表明,層序地層學(xué)和地震沉積學(xué)是開展層序地層結(jié)構(gòu)模型研究最適用和有效的理論和方法,特別是地震沉積學(xué)為精細層序地層格架分析提供有效的理論和方法支持[11,15-18]。
從被動大陸邊緣盆地到陸相盆地的層序地層研究中,許多學(xué)者認識到坡折帶是一個層序結(jié)構(gòu)劃分中非常重要的依據(jù)。Van Wagooner等根據(jù)陸架陸坡的存在與否提出了經(jīng)典的被動大陸邊緣盆地的Ⅰ類、Ⅱ類層序結(jié)構(gòu)[19]。在低位體系域形成時期,當海平面下降到坡折帶(或陸坡)以下時,坡折帶之上成為剝蝕或暴露區(qū),形成不整合和下切谷,坡折帶以下則可能形成盆底扇或斜坡扇,而無坡折地區(qū)則低位體系域不發(fā)育。因此,坡折帶存在與否及其類型的識別是總結(jié)層序結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵所在。
瓊東南盆地裂后期經(jīng)歷了熱沉降(早—中中新世)和加速沉降(晚中新世—上新世)2個階段,每個階段的構(gòu)造活動強度在不同區(qū)域也存在明顯差別,因而其層序結(jié)構(gòu)特征也存在明顯差別[20-25]。根據(jù)不同構(gòu)造部位所發(fā)育層序剖面特征的不同,可以將研究區(qū)裂后期層序地層主體格架歸納為2種模型:(1)構(gòu)造坡折型層序。分布在盆地斷裂活動區(qū)域,根據(jù)斷層活動特性,又可進一步分為斷裂坡折型(圖2a)和撓曲坡折型(圖2b)2種樣式。斷裂坡折型主要是斷層活動時間較長,一直延伸至早中新世三亞組沉積時期,撓曲坡折則是在隱伏斷層控制下地層產(chǎn)生撓曲造成的;(2)緩坡型層序。主要發(fā)育在盆地構(gòu)造活動較弱的緩坡區(qū)域(圖2c)。
2.1.1 構(gòu)造坡折型層序結(jié)構(gòu)
圖2 瓊東南盆地南部深水區(qū)新近系層序發(fā)育樣式Fig.2 Development style of Neogene in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin
構(gòu)造坡折帶型層序受同沉積構(gòu)造長期活動形成的構(gòu)造坡折帶控制明顯,按照構(gòu)造坡折帶的成因可以進一步分為斷裂坡折帶和撓曲坡折帶。斷裂坡折帶是由于同生斷層活動而形成的地形坡折帶;撓曲坡折帶則是由于盆地中央和邊緣沉降速率差異較大而形成的地形坡折帶,有時受控于深部隱伏斷層。相對活躍的構(gòu)造活動,必然造成坡折帶兩側(cè)明顯的構(gòu)造沉降量差異,進而導(dǎo)致坡折帶上、下地層厚度差別較大,總體表現(xiàn)為自盆地中央向盆地邊緣地層厚度明顯變薄的楔形形態(tài)(圖2a,b)。構(gòu)造坡折帶型層序結(jié)構(gòu)主要出現(xiàn)于北礁低隆起西南端向華光礁凹陷過渡的構(gòu)造部位。
2.1.2 緩坡型層序結(jié)構(gòu)
緩坡型層序主要發(fā)育在構(gòu)造活動相對穩(wěn)定,地勢比較平緩的古地貌背景下。自盆地邊緣向盆地內(nèi)部構(gòu)造沉降速率差異較小,基本表現(xiàn)為略微向盆地方向下傾的均勻熱沉降特征。低位體系域時期,隨著海平面的下降,會在這些緩坡上形成一些低位三角洲進積體,受物源供給的影響,這些低位三角洲沉積體可以是經(jīng)物源區(qū)向下的連續(xù)的臺階式分布,也可以表現(xiàn)微弱物源供給背景下的不連續(xù)斑點狀分布。從發(fā)育區(qū)域看,這類層序主要發(fā)育于北礁低隆起西南端東北部、靠近陵水凹陷處;從發(fā)育層位看,這類層序主要發(fā)育于梅山組沉積期之后(圖2c)。
從層序地層結(jié)構(gòu)分析,臺緣坡折是臺地邊緣向臺前斜坡明顯彎折的地帶,它是區(qū)分臺前斜坡體系和臺地及臺緣礁灘體系的明顯沉積邊界線。不同的臺緣坡折可導(dǎo)致其臺緣結(jié)構(gòu)內(nèi)的礁灘體系和生物礁幾何形態(tài)及臺前斜坡體系產(chǎn)生明顯的不同。其發(fā)育的碳酸鹽巖沉積體系類型、生物礁生長方式、礁體時空展布及其演化也會有很大的差異。因此,深入研究和認識碳酸鹽巖臺地邊緣的結(jié)構(gòu)特征及差異性,并準確確定臺緣坡折,將對碳酸鹽巖臺緣生物礁的預(yù)測和油氣勘探起到有針對性的指導(dǎo)作用,因此具有非常重要的理論和實踐意義。
研究認為,盆地不同構(gòu)造部位的層序地層構(gòu)型控制了碳酸鹽巖臺地邊緣結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)前述層序地層結(jié)構(gòu)模型研究認為,瓊東南深水區(qū)中南部主要發(fā)育2種類型臺緣生物礁:即由構(gòu)造坡折層序結(jié)構(gòu)控制的斷控型臺緣生物礁和由緩坡層序結(jié)構(gòu)控制的緩坡型臺緣生物礁(圖3)。由于斷控型臺緣主要受控于斷層,而緩坡型臺緣主要受控于差異沉積,導(dǎo)致這2種臺緣類型的生物礁不論是在外部形態(tài)、發(fā)育特征上,還是在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上均存在明顯的差異。
圖3 瓊東南盆地南部深水區(qū)斷控型、緩坡型臺緣結(jié)構(gòu)模式Fig.3 Structure mode of fault-controlled and slope platform margins in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin
2.2.1 斷控型臺緣結(jié)構(gòu)
斷控型臺緣結(jié)構(gòu)主要發(fā)育在北礁低隆起西部傾伏端,該臺緣坡折早期斷陷和斷拗期同生斷層落差大,斷層面相對較陡而且在熱沉降期(漸新世以后)仍有強烈的滯后沉降作用,導(dǎo)致其陡斷坡的上、下巨大的沉積差異(圖3a)。其臺緣結(jié)構(gòu)特征、沉積體系和生物礁分布、生物礁沉積構(gòu)成特征如下:
(1)臺緣結(jié)構(gòu)特征
該臺緣結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在臺緣坡折主要受控于隱伏牽引斷裂,從而導(dǎo)致臺緣坡折上、下的地形地貌的巨大差異。通常坡折下為臺緣陡斜坡發(fā)育區(qū),斜坡較陡較窄,坡折上為較寬緩平坦的臺緣發(fā)育區(qū)(圖3a)。
(2)沉積體系和生物礁分布
由于斷控型臺緣坡折斷坡較陡且窄,而斷層上盤臺地上地形較為寬緩,上下落差大。這就使得斷控型臺緣帶對海平面升降變化不是很敏感,隨著海平面緩慢上升到達臺緣坡折并達到適宜礁灘生長的水深條件時,生物礁才在該臺地之上生長。發(fā)育于斷控型臺緣上的生物礁礁體的外部輪廓清晰(圖3),整體形態(tài)呈丘形,丘體較為對稱,迎風(fēng)面、背風(fēng)面坡度差別不大;其內(nèi)部反射趨于成層(由于礁發(fā)育過程中有間歇,內(nèi)部有夾層等,形成一層或多層連續(xù)性較好、層理較清楚的反射界面),但大多數(shù)不連續(xù)、強弱不一,與丘體外部的地震反射結(jié)構(gòu)有明顯差異。兩相鄰礁丘之間為地層雙向上超現(xiàn)象明顯,說明在礁體的生長過程中海平面亦不斷上升。丘體上部是一明顯的連續(xù)性強軸反射,說明海平面上升到最大,礁體停止生長,其后上部地層披覆在下伏礁體上。
(3)生物礁內(nèi)部沉積構(gòu)成
在臺緣階地上生長的、呈下平上凸的丘狀生物礁體,其礁脊和礁溝發(fā)育,地震剖面顯示(圖3a),礁脊兩翼和礁溝均比較對稱并呈間互分布特征,礁脊內(nèi)部的地震反射表現(xiàn)為下部呈強同相軸的上凸的丘狀,上部披覆向斜坡呈前積的反射特征,礁溝內(nèi)部為向礁翼雙向上超的反射結(jié)構(gòu),指示生物礁生長時先形成溝道、后期再填充的特征。
(4)生物礁外部形態(tài)
通過地震剖面可以看出,研究區(qū)臺緣生物礁具明顯的沉積地貌隆起,外形呈丘狀、透鏡狀;頂?shù)纵喞逦斀缑嫱ǔ橐徽龢O性強反射同相軸;生物礁上部具有披覆現(xiàn)象,底部呈現(xiàn)下凹現(xiàn)象,翼間具有雙向上超。
斷控型臺緣受同生斷層及底部隆起的影響形成一個局部高地,生物礁在此之上呈丘狀獨立生長,在地震剖面上易于識別(圖4)。
2.2.2 緩坡型臺緣結(jié)構(gòu)
沉積緩坡型臺緣結(jié)構(gòu)主要發(fā)育在研究區(qū)北部,早期深部斷裂消失,或斷層落差相當小,尤其在熱沉降期(中新世)為一緩傾斜的沉積斜坡地貌,生物礁沿該緩傾斜沉積斜坡退積生長(圖3b)。其臺緣結(jié)構(gòu)特征、沉積體系和生物礁分布、生物礁沉積構(gòu)成特征如下:
(1)臺緣結(jié)構(gòu)特征
圖4 瓊東南盆地南部深水區(qū)斷控型臺緣生物礁外部形態(tài)Fig.4 External form of bioherm developed in fault-controlled platform margin in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin
該臺緣結(jié)構(gòu)發(fā)育于北礁低隆起南部,主要表現(xiàn)在無明顯的臺緣坡折,為低起伏的沉積斜坡,隨著海平面的階段上升,沿斜坡面形成臺緣生物礁(圖3b)。
(2)沉積體系和生物礁分布
緩坡型臺地邊緣斷層不發(fā)育,礁體外部形態(tài)清晰,呈丘形,但不對稱,礁前礁后坡度差別較大,迎風(fēng)面陡,背風(fēng)面緩,進積現(xiàn)象明顯;丘體內(nèi)部反射多為雜亂或空白弱反射,成層性不好;相鄰礁丘之間地層雙向上超。由于沉積斜坡坡度較緩,隨著海平面的階段上升,呈丘狀的生物礁體沿沉積斜坡向隆起區(qū)退積生長,而礁前的斜坡滑塌沉積不發(fā)育,同時也不發(fā)育斜坡扇和盆底扇體系。每期丘狀生物礁體具有向深凹內(nèi)的礁翼坡度更緩,向臺內(nèi)礁翼更陡的外形特點;礁基為沿斜坡面發(fā)育的碳酸鹽巖礁基,地震剖面上顯示為強同相軸平行反射的地震波組。
(3)生物礁內(nèi)部沉積構(gòu)成
沿沉積斜坡退積生長的生物礁的礁脊和礁溝也相當發(fā)育。地震剖面顯示(圖5),礁脊內(nèi)部前積結(jié)構(gòu)發(fā)育,礁溝形態(tài)和分布均不對稱且間互分布也不規(guī)則,礁脊內(nèi)部的地震反射表現(xiàn)為下部呈強同相軸的上凸的丘狀,上部披覆前積層的反射特征不發(fā)育,礁溝仍為先成溝道后填充的特征。
(4)生物礁外部形態(tài)特征
緩坡型臺緣生物礁由于地貌坡度小,對海平面變化反應(yīng)敏感,多期礁體整體上呈退積式疊置生長,但每期生物礁的丘狀頂界面可識別(圖5)。
2種類型的臺緣結(jié)構(gòu)由于形成機制不同,斷控型臺緣主要受控于斷層,而緩坡型臺緣主要受控于差異沉積,從而導(dǎo)致2類臺緣上發(fā)育的生物礁在演化上同樣具有明顯的差異性。
斷控型臺緣受斷層影響明顯,臺緣較為平緩,臺緣斜坡較陡,生物礁生長對海平面變化敏感度不強,梅山組二段沉積期主要為成灘期,該時期生物個體的抗浪性較差,難以形成固著的生物礁,因此形成大量的生屑灘。梅山組一段沉積期,隨著海平面不斷上升,生物在生屑灘的基礎(chǔ)上不斷生長,其抗浪性不斷增強,逐漸形成固著的生物礁(圖6a)。
緩坡型臺緣未受斷裂控制,坡度較緩,但其對海平面變化更為敏感,因此其上臺緣生物礁的演化與斷控型生物礁演化略有不同,主要表現(xiàn)在梅山組二段沉積期可分為成灘期和成礁期,但該時期生物礁發(fā)育規(guī)模較小;梅山組一段沉積期為主成礁期,且生物礁呈退積疊置方式不斷生長,生物礁沿緩坡臺緣大面積展布(圖6b)。
圖5 瓊東南盆地南部深水區(qū)緩坡型臺緣生物礁外部形態(tài)Fig.5 External form of bioherm developed in slope platform margin in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin
圖6 瓊東南盆地南部深水區(qū)梅山組臺緣生物礁演化Fig.6 Evolution of platform margin bioherm in Meishan Formation in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin
(1)晚漸新世至中新世,瓊東南盆地南部深水區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定、海平面變化相對穩(wěn)定并緩慢上升,結(jié)合南海海域特定的古構(gòu)造及古隆起、古地理、古氣候變化條件分析,該區(qū)中新世生物礁具備良好的形成條件。
(2)根據(jù)層序地層結(jié)構(gòu)特征分析,瓊東南盆地深水區(qū)南部發(fā)育斷控臺緣和緩坡臺緣2種臺緣結(jié)構(gòu)生物礁發(fā)育模式。其中,斷控臺緣結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在臺緣坡折主要受控于牽引斷裂,從而導(dǎo)致臺緣坡折上下的地形地貌的巨大差異。通常坡折下為臺緣陡斜坡發(fā)育區(qū),斜坡較陡較窄,坡折上為較寬緩平坦的臺緣發(fā)育區(qū)。斜坡臺緣結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在無明顯的臺緣坡折,為低起伏的沉積斜坡,隨著海平面的階段上升,沿斜坡面形成臺緣生物礁。
(3)斷控型臺緣和緩坡型臺緣2種發(fā)育模式的生物礁在演化上差異性明顯。斷控型臺緣梅山組二段沉積期主要為成灘期,梅山組一段沉積期主要為成礁期;緩坡型臺緣表現(xiàn)為梅山組二段沉積期可分為成灘期和成礁期,但生物礁發(fā)育規(guī)模較小,梅山組一段沉積期為主成礁期。瓊東南盆地南部深水區(qū)生物礁相發(fā)育模式的研究為該區(qū)生物礁儲層的分布和有利勘探區(qū)帶的評價提供了理論依據(jù)。
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