珠江口盆地西江南洼古近系構造演化與沉積特征

代一丁

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司）

珠江口盆地位于我國南海北部，是在加里東、海西、燕山期褶皺基底上形成的中、新生代含油氣盆地［1］，由北至南劃分為北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶［2-3］，北部坳陷帶可進一步劃分為珠一和珠三坳陷，西江南洼是珠一坳陷西部一個相對獨立的洼陷，屬于西江凹陷（圖1），面積約1 200km2。

西江南洼主要烴源巖古近系文昌組分布面積約700km2，已探明石油地質儲量超過億噸，是一個“小而肥”的富生烴洼陷。目前西江南洼勘探活動主要集中在凹陷周邊的隆起區，已發現的油氣藏均為源外成藏，洼陷內近源及烴源巖層系的勘探尚處于探索階段。據盆地模擬結果，西江南洼石油地質資源量為5.3×108m3，探明儲量發現程度還較低，應該有相當一部分油氣是以自生自儲型的油氣藏保留于古近系烴源巖層系。近期于北部次洼及南部次洼斜坡鉆探的2口井，鉆遇了非常好的烴源巖，但都沒有鉆遇儲層，在這樣的情況下，對該區生烴層系文昌組儲層發育程度和分布規律的研究就成為了勘探必須面對的問題。

1 西江南洼古近紀文昌期構造運動及其演化史

西江南洼古近紀文昌期發生的構造事件主要表現在地層剝蝕、沉積間斷、斷裂活動和巖漿活動等方面。通過對不整合面分布特征和構造變形特征的分析，認為西江南洼內存在 Tg、T85、T83、T81、T80等5個具有不整合性質的地震反射界面，其中Tg、T80界面屬于區域角度不整合界面，T85、T83、T81界面屬于局部不整合界面。西江南洼古近紀構造演化可劃分為早裂谷期、晚裂谷期、熱沉降期3個時期（包括6個階段）；根據構造變形樣式和局部不整合面的分布特征，其文昌期的構造演化可劃分為初始斷陷、強烈斷陷、弱斷陷、斷陷萎縮4個階段（圖2）。

圖2 西江南洼構造演化剖面圖（據代一丁、劉從印、吳建耀等，2012）

（1）初始斷陷階段 指文一段沉積時期，相當于地震反射界面Tg和T85之間地層沉積時期，也相當于珠瓊運動一幕開始的時期；沉積充填主要為河流、沖積扇、扇三角洲等環境下形成的粗碎屑巖建造，控制沉積的斷層主要為NW—SE向拉張應力作用下發育的NE向斷層和少量的伴生斷層。

（2）強烈斷陷階段 從文二段下亞段沉積開始到文二段上亞段沉積結束，相當于地震反射界面T85和T83之間地層沉積時期，也相當于珠瓊運動一幕強烈活動的時期；洼陷面積顯著增大，沉積充填轉變為河流三角洲和湖泊環境下形成的細碎屑巖建造，有大量巖漿順層侵入形成的巖床，為基性巖；斷層樣式以平面式、鏟式、坡-坪式為主，還發育階梯式、多米諾式、向心式等多種組合樣式。

（3）弱斷陷階段 從文三段下亞段沉積開始到文三段上亞段沉積結束，相當于地震反射界面T83和T81之間地層沉積時期；控洼的邊界斷層持續活動，但活動強度減弱，盆地沉降減緩，沉積范圍變小，沉積物厚度減薄。

（4）斷陷萎縮階段 指文四段沉積時期，相當于地震反射界面T80和T81之間地層沉積時期；沉積范圍明顯增大，以河流相沉積為主，地震反射特征表現為連續的弱反射特點；該時期構造線走向已經由早裂谷期的NE向轉變為NWW向，區域應力場已經轉變為近SN向伸展，形成的T81不整合界面與T80產狀一致但分布范圍較小，僅保留在文四段殘留厚度較大的洼陷區。因此認為，文四段在演化過程中起到了承上啟下的作用，文四段沉積時期是早裂谷期過渡到晚裂谷期的重要轉換時期。

2 構造活動控制洼陷的演化和沉積

在文昌組發育時期，西江南洼總體上為受NE向邊界大斷層（1號斷層）控制走向NE且深而窄的長條狀箕狀斷陷，依據主裂陷期文一段至文三段洼陷沉積充填、殘存厚度、古地貌特征以及構造變形樣式組合特征，結合同沉積斷層的性質和產狀特征等，將西江南洼文昌組沉積時期構造單元劃分為北部次洼、中部變換帶、南部次洼、西北部次凸、西南部斜坡等5個次級構造單元（圖3）。斷陷盆地洼陷的規模（沉降幅度和寬度）與控凹邊界斷層的斷距、走向和拉張應力的關系十分密切［4-7］。Morley［8］認為：斜裂谷段的垂直斷距要比垂直拉伸方向的裂谷段小，一般斜拉伸方向成40°～50°時，其沉降（垂直斷距）要比純拉伸的情況減小20%。西江南洼文昌組沉積時期由早期NW—SE向拉伸轉化為晚期NNW—SSE向拉伸對洼陷的演化與沉積有著重要的控制作用。在珠瓊運動一幕的影響和控制下，文一段至文二段沉積時期NW—SE向張應力拉伸形成了NE向的張性正斷層1號斷層，洼陷開始發生裂陷并迅速進入強烈裂陷時期，洼陷范圍內均發育了文一段和文二段地層，沉積與沉降中心在北部次洼，其最大沉積厚度分別為450m和1 500m。文三段沉積時期因區域應力場開始由早期的NW—SE向向晚期的NNW—SSE向過渡，由前期的垂直拉伸漸變為斜拉伸，洼陷沉降變弱，進入弱裂陷時期，沉積與沉降中心南遷至中部變換帶，最大沉積厚度為700m。文四段沉積時期區域應力場已由早期的NW—SE向轉變為NNW—SSE向，此時已到珠瓊運動一幕末，區域應力場的拉伸強度大大減弱，再疊加上斜向拉伸的因素，洼陷的裂陷強度減小，進入斷陷萎縮期，沉積與沉降中心遷移至南部次洼和西南斜坡帶，最大沉積厚度為800m（圖3～5）。

圖3 西江南洼文昌期構造單元劃分及主要斷裂分布圖

2.1 北部次洼

北部次洼位于西江南洼東北部，東側邊界斷層為1號斷層，西北側以64號斷層和3號斷層與西北部次凸分界（圖3、6）。次洼內殘留地層有文一段、文二段、文三段和文四段，受珠瓊運動二幕影響，文三段和文四段遭受不同程度的剝蝕，總剝蝕厚度達600m，局部文四段被剝蝕殆盡。

2.1.1 構造特征

北部次洼是單斷凹陷，是在平衡式伸展活動作用下形成的一個單斷斷槽式斷陷［9］，東斷西超、東陡西緩，在邊界斷層（1號斷層）的對面發育3條（2、62、64號斷層）相向而掉呈“多米諾式”組合的同生斷層（圖3）。

控洼邊界斷層（1號斷層）為下陡上緩的坡坪式斷層，斷面自上而下由陡變緩再變陡，表現為斷坡-斷坪-斷坡式組合；在文昌期，斷層下盤為前古近紀花崗巖基巖，斷層上盤為充填在花崗巖基底上的文昌組，在T84與T85反射層之間發育斷坡洼陷和滾動背斜，地震反射層具有自背斜向向斜方向逐漸增厚的特點，體現了同沉積生長地層特征；在背斜的上部因文昌組沉積末期（T80）剝蝕而使坡坪式結構的整體受到破壞，同時使背斜和向斜的緊閉程度增大。斜坡上發育的2號、62號和64號一組斷裂，走向與斜坡的走向一致，斷層傾向與地層傾向相同，但與東側1號邊界主斷層傾向相反，它們是在平衡拉伸時于坡底產生的平衡斷層。2號斷層形成時間稍晚于1號邊界斷層，在文二段沉積時期活動強烈，對文二段的沉積有很強的控制作用，它與1號斷層一起共同作用使北部次洼形成深斷槽，為烴源巖的發育創造了有利條件。在平衡式伸展活動持續作用下，新產生的平衡調節斷層逐次向外推進，形成時間也依次變新，62號和64號斷層就具有這樣的特征，但其活動強度不大，對沉積的控制作用弱。

2.1.2 沉積特征

文昌組發育時期，區內湖盆呈狹長型，以低成熟度的陸源碎屑沉積為主，具相帶窄、東西分帶的特點。文一段沉積時期為初始斷陷期，以濱淺湖沉積為主，靠邊界斷層一側發育近岸水下扇和扇三角洲（圖4）。文二段沉積時期為強烈斷陷期和主成湖期，由于垂直拉伸的原因，洼陷斷陷深、范圍大，廣泛發育深湖—中深湖相沉積，在東側邊界斷層上盤發育垂向加積為主的近岸水下扇沉積，橫向推進不遠；在洼槽區以中深湖相泥巖沉積為主（圖4、5），發育了本區最好和最重要的烴源巖，鉆于北部次洼的PY5-8-1井揭示文二段泥巖：有機碳含量（TOC）平均值為4.9%，最高可達11.4%；熱解生烴潛量（S1＋S2）平均值為26mg／g，最高可達87mg／g；有機質類型以I型和II1型為主，根據陸相湖盆烴源巖評價標準可達到好—很好的級別。文三段沉積時期為弱斷陷期，沉積早期基本繼承了文二段沉積時期的特點，靠邊界斷層一側發育中深湖相沉積，烴源巖質量與文二段相當，但由于斷陷與沉降中心向南邊的中部變換帶遷移，北部次洼斷裂強度大大減弱，沉積范圍縮小，沉積厚度明顯減薄（最大厚度不足350m），無大的物源進入，粗碎屑沉積不發育。文四段沉積時期，隨著斷陷與沉降中心的進一步向南遷移，斷陷的強度和范圍大大減小，主要發育以濱淺湖沉積為主的一套地層，厚度不大。漸新世受珠瓊運動二幕的影響，北部次洼被強烈抬升，文三下段—文四段基本上被剝蝕殆盡，濱淺湖沉積向隆起方向的展布難以追溯。

2.2 中部變換帶

中部變換帶與其他4個次級構造單元都表現為逐漸過渡關系（圖3、7），洼陷內文一段—文四段都有發育，但受文昌組沉積末（T80）剝蝕作用的影響，在東側主邊界斷層上盤的文四段和文三段上部遭受剝蝕，主洼陷沉積受1號邊界斷層控制（圖5、7）。文昌組沉積結束后，受珠瓊運動二幕的影響，中部變換帶發生強烈抬升和反轉，形成NWW向與洼陷走向斜交的低隆起（圖3、7）。

圖7 中部變換帶構造地質剖面圖B—B′（據代一丁、劉從印、吳建耀等，2012；剖面位置見圖3）

2.2.1 構造特征

與北部次洼凹陷結構有所不同，中部轉換帶是在推進式伸展活動作用下形成的單斷斷超式斷陷［4］，為東斷西超的半地塹，由陡側主斷層的斷根向緩坡沉積逐層超覆、減薄、尖滅。

控洼邊界斷層（1號斷層）在這里表現為旋轉式平面斷層的特征，斷面陡峭平直，斷層傾角在60°以上（圖7）。

2.2.2 沉積特征

文一段沉積時期為初始斷陷期，以濱淺湖沉積為主，靠邊界斷層一側發育近岸水下扇和扇三角洲。文二段沉積時期本區與北部次洼已連通并形成一個統一的洼陷，沉積與沉降中心在北部次洼靠近陡坡一側，以深湖—中深湖相沉積和垂向加積的近岸水下扇沉積為主，在緩坡處有小型的辮狀河三角洲發育，三角洲進入湖區與深湖—中深湖相泥巖成指狀交互，易形成非常好的巖性地層圈閉。文三段沉積時期為弱斷陷期，斷裂活動強度減弱，整個西江南洼以濱淺湖沉積為主，但中部變換帶是斷陷作用最強烈的地區，水體相對較深，物源充足，以發育中深湖相和近岸水下扇沉積為主，在近岸水下扇遠端有小范圍的濁積沉積；這一時期沉積的中深湖相地層最大厚度有700m，疊加上文二段沉積，最大總厚度超過1 000m，它們與北部次洼文二段的深湖—中深湖相沉積一起共同構成了本區最主要的烴源巖。進入文四段沉積時期，隨著構造應力場的轉變和斷陷與沉降中心的遷移，裂陷強度和沉積作用都比較微弱，最大沉積厚度不足200m，并且由于后期珠瓊運動二幕引致的強烈抬升作用，文四段和文三段上部部分地層被剝蝕殆盡（圖4、5、7）。

2.3 南部次洼

南部次洼位于西江南洼東南部，東側以1號邊界斷層與東沙隆起分界，西側與西南斜坡逐漸過渡，大致在坡洼轉換處分界；次洼內文一段—文四段均有發育，文三段和文四段底界有削截現象（圖3、8）。

2.3.1 構造特征

南部次洼為單斷斷超式斷陷，是東斷西超的半地塹，由陡側主斷層的斷根向緩坡沉積逐層超覆、減薄、尖滅。控洼邊界斷層（1號斷層）在這里表現為旋轉式平面斷層的特征（圖8），在文一段—文三段沉積早期斷裂活動強度都不大，活動最強的時期在文三段沉積晚期—文四段沉積期，并派生出與主斷裂平行的同向同生斷層，對文三段上部—文四段的沉積起到次一級的控制作用。

圖8 南部次洼構造地質剖面圖C—C′（據代一丁、劉從印、吳建耀等，2012；剖面位置見圖3）

2.3.2 沉積特征

文一段—文三段沉積時期南部次洼一直處在主斷裂的末梢部位，斷陷作用不強烈，因此區內水體淺、沉積薄，除發育個別小型辮狀河三角洲外，主要以濱淺湖沉積為主。從PY10-2-1井的地化分析數據來看，主成湖期形成的文二段—文三段泥巖的有機質豐度遠遠低于北部次洼的PY5-8-1井，TOC平均值分別為0.7%和0.3%，S1＋S2為8mg／g和3mg／g。雖然文四段沉積時期這里體現出比其他地方更強的張裂作用，但由于已處于此期張裂幕的晚期，拉張作用遠遠弱于其主張裂期，再疊加上斜向拉伸的效應，斷陷的強度非常有限，洼陷內最大沉積厚度也僅有600m，以濱淺湖背景下發育的近岸水下扇沉積為主，局部有中深湖相沉積（圖4、5）。

2.4 西北部次凸

西北部次凸與中部變換帶逐漸過渡，與北部次洼以斷層分界，在古近紀一直處于隆升狀態，缺失文昌組沉積（圖3～7）。

2.5 西南部斜坡

西南部斜坡與南部次洼逐漸過渡，在文四段沉積以前一直為平緩的斜坡地貌，只在文二段強烈斷陷期有少量沉積，在文一段和文三段沉積期處于被剝蝕狀態；文四段沉積時期因構造應力場轉換為近SN向伸展，形成北斷南超的半地塹，但斷陷的深度和范圍都不大，最大沉積厚度800m，范圍局限在邊界斷層附近，并以濱淺湖和扇三角洲相沉積為主（圖3、4、5、8）。

3 有利的勘探方向

3.1 中部變換帶

中部變換帶先凹后隆的構造演化史使其成為最易成藏的地區。首先，在文二段—文三段沉積時期（主成湖期），該區一直為斷陷作用最強烈的地區，沉積了最厚、最好的烴源巖，以及垂向加積的近岸水下扇、辮狀河三角洲沉積，它們在平面上相互交叉、垂向上交替疊置，形成理想的生、儲、蓋組合；后期的反轉隆起又使其成為各方向油氣運移與匯聚的方向，同時褶皺反轉后的強烈抬升與剝蝕使得儲層埋藏深度相對較淺，儲層物性會相對較好。目前在西江南洼地區發現的2個大油田番禺4-2和番禺5-1油田就分別位于中部變換帶的西側和東側，這2個油田雖然是新近系油田，而且位置不在中部變換帶而是位于洼陷外的隆起上，但從油源對比分析來看，番禺5-1和番禺4-2油田原油飽和烴生物標志化合物與鉆于北部次洼內的PY5-8-1井文昌組烴源巖有著很好的對比關系（表1），原油顯然是來自洼陷中的湖相烴源巖，洼陷中生成的油氣首先為中部變換帶匯聚輸導，之后再被新構造運動形成的晚期斷裂重新分配調整至上部運載層系直至最后成藏；中部變換帶對這2個大油田的形成起到油氣集輸和中轉的作用，那么，在這樣一個中轉帶上發育的構造圈閉和巖性地層圈閉將是有利的勘探目標。

表1 番禺5-1、番禺4-2油田原油與PY5-8-1井文昌組烴源巖飽和烴生物標志化合物的對比

3.2 北部次洼

北部次洼是文昌組形成時主成湖期文二段—文三段沉積時期的裂陷中心和沉積中心，以發育生油條件極好的深湖—中深湖相泥巖和沿邊界大斷層分布沉積厚度大的近岸水下扇為特色，目前在周邊隆起上以新近系為目的層的探井未鉆遇油氣層，油氣顯示也不活躍，但這一結果是由本區構造演化的特點所決定的。北部次洼受新構造運動的影響非常微弱，洼陷內新近系斷層不發育，垂向輸導體系缺乏，洼陷內生成的油氣難以運移到淺部運載層系并進一步運移到周邊的凸起或隆起上聚集成藏。

中國東部斷陷盆地的勘探經驗指出，在一個富生油凹（洼）陷內，其油氣資源在空間上的分布具有“互補性”［10-11］。淺層資源少的地區，必然有大量的資源被分配到深層，油氣資源總量守恒。北部次洼不具備向淺部輸導層系輸送油氣的條件，那么在它深部的生烴層系內就一定保留著大量的油氣資源。在文昌組，優質烴源巖與近岸水下扇粗碎屑沉積相互交叉與疊置，形成了良好的生儲蓋組合，具備了形成自生自儲型油氣藏的優越條件，再加上后期，尤其是主生排烴期以來構造活動非常平靜，為油氣的保存創造了很好的條件，因此該區以近岸水下扇沉積為主的儲集層系具有很大的勘探潛力。

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