珠江口盆地陽江東凹古近系構造特征與勘探潛力

梁 衛, 彭光榮, 朱定偉, 吳 靜 , 杜曉東 ,蔡國富, 汪曉萌, 何金海, 李三忠 , 索艷慧

(1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 5 18000; 2.深海圈層與地球系統教育部前沿科學中心,海底科學與探測技術教育部重點實驗室, 中國海洋大學 海洋地球科學學院, 山東 青島 26 6100; 3.青島海洋科學與技術國家實驗室 海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室, 山東 青島 266100)

0 引 言

珠江口盆地的陽江東凹處于珠一坳陷和珠三坳陷的交匯處, 始新世以來受多期構造運動影響, 經歷了多期裂陷-隆升復雜的構造演化, 且該地區受陽江-一統暗沙隱伏斷裂帶影響, 形成了極其復雜的斷裂系統。近年來, 在烴源巖發育、油氣運聚等方面理論創新指導下, 在陽江東凹地區連續發現多個商業油氣藏, 并且含油氣層段淺至韓江組、深至文昌組,勘探層系多, 成為珠江口盆地(東部)的熱點探區(彭光榮等, 2019; 田立新等, 2020; 杜曉東等, 2020)。

2018 年之前, 陽江東凹以對外合作勘探為主,早期研究基于二維地震測線和小范圍三維地震資料,主要在洼陷勘探潛力和區帶優選方面進行研究, 缺乏對凹陷構造、構造演化和沉積充填等地質特征的系統解剖, 近40 年來僅鉆探了3 口探井(彭光榮等,2019)。2018 年采集的三維地震資料使陽江凹陷的主體實現全三維覆蓋, 為該區的凹陷結構和沉積充填研究提供了可靠的資料保障, 目前鉆井數量已達15口, 勘探程度不斷加深。本次研究在連片三維地震基礎上, 結合新近鉆井和測井資料, 解剖陽江東凹的構造特征及其對沉積充填的控制, 并探討古近系的勘探潛力。

1 區域地質概況

陽江凹陷為珠江口盆地北部坳陷帶珠三坳陷的一個次級構造單元, 是在中生代花崗巖為主的基底上發育的新生代陸緣拉張型斷陷(魯寶亮等, 201 1;孫曉猛等, 2 014), 受陽江中低凸起分割, 陽江凹陷分為東西兩個次凹(圖1a)。其中陽江東凹北接海南隆起和陽春凸起, 南臨陽江低凸起, 西側為陽江中低凸起, 東側為珠一坳陷的恩平凹陷(彭光榮等,2019), 海水深80～100 m, 面積約940 k m2。陽江東凹歷經珠瓊、南海、東沙等多期次構造運動, 形成了復雜的斷裂系統, 發育不同走向、不同級別的斷裂(李平魯, 1993; 李輝等, 2014)。陽江東凹古近系自下而上發育始新統文昌組、恩平組和漸新統珠海組(圖1c, 楊海長等, 2011; 施和生等, 2014; 孫曉猛等,2014; 劉志峰等, 201 7), 其中研究區內的恩平組和珠海組以三角洲平原沉積為主, 含砂率達70%以上,缺乏有利的儲蓋組合, 不是重點勘探層系。

2 陽江東凹構造特征

2.1 構造單元劃分與斷陷結構特征

受不同控洼斷裂的影響, 陽江東凹自西向東發育陽江24 洼、恩平19 洼、恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 東洼。

陽江24 洼為受南傾斷裂F1控制的北斷南超半地塹, 整體呈NEE 走向, 面積約340 km2。形成于文二段沉積期, 古近系自下而上發育文二段、文一段和恩平組, 缺少文三段, 且恩平組厚度大于文昌組,呈“薄文昌、厚恩平”特征(圖2a), 古近系平緩, 洼陷處近似等厚, 箕狀斷陷特征不明顯。

恩平19 洼是受F2和F3控制的復式半地塹, 整體近E-W 向, 面積約130 k m2。裂陷開始時間與陽江24 洼相似, 為文二段沉積期(圖2b), 文昌組以南斷北超為主, 恩平組呈南、北雙斷特征。

恩平20 洼是受南傾斷裂F4控制的北斷南超半地塹, 呈E-W 走向, 面積約75 km2。與南側恩平21西洼形成對向半地塹組合。恩平20 洼古近系層序發育完整, 沉積沉降中心繼承性地位于F4斷裂的下降盤(圖2c)。

恩平21 洼是受F5、F6平行斷裂控制的南斷北超半地塹, 整體呈NEE 走向, 面積約255 km2。自西向東可進一步劃分為恩平21 西洼和恩平21 東洼, 西洼受F5控制, 東洼受F6控制(圖1b, 2c、d)。恩平21洼文昌組沉積期受巖漿底侵差異活動影響, 沉積中心自東向西發生遷移, 文三段沉積期沉積中心位于東洼, 文一段沉積期則位于西洼。恩平21 西洼古近系層序發育完整, 而恩平21 東洼因文昌組沉積末期巖漿底侵影響, 缺失文一段(圖2c、d)。

圖1 珠江口盆地及陽江東凹地區構造單元劃分(a、b)及地層柱狀圖(c)Fig.1 Simplified structural map (a, b) and stratigraphic column (c) of the eastern Yangjiang Sag of the Pearl River Mouth Basin

圖2 過陽江東凹各洼陷典型地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.2 Typical seismic profiles of depressions in the eastern Yangjiang Sag

2.2 主干斷裂活動時期與強度

斷裂是拉張盆地(凹陷)最主要的構造要素, 陽江東凹斷裂構造非常發育, 具有珠江口盆地典型的上、下雙層斷裂系統特征(許新明等, 2014; 張遠澤等,2019; 杜曉東等, 202 0), 根據其形成和活動時間可進一步分為裂陷期斷裂系統、坳陷期斷裂系統和長期活動斷裂系統?？刂乒沤o洼陷結構、沉積充填及烴源展布的是6 條延伸長、活動強度大的裂陷期斷裂和長期活動斷裂。

F1斷裂: 位于陽江東凹北側, 控制陽江24 洼的發育和展布。整體為NEE 走向, 斷面平直, 延伸長度約35 km, 為整個陽江凹陷規模最大的斷裂。F1在文二段沉積期開始發育, 之后活動性逐漸增強,恩平組沉積早期活動強度最大, 之后活動性減弱,新近紀繼承性活動(圖3a)。

F2斷裂: 控制恩平19 洼的北部邊界, 呈E-W 走向, 延伸較短, 為F1和F4之間的調節斷裂, 在恩平組沉積期開始活動, 新近紀仍具一定活動性(圖3b)。

F3斷裂: 位于陽江凹陷南側, 控制恩平19 洼的南部邊界。F3整體呈NEE 走向, 長約15 km。F3在文二段沉積期開始發育, 恩平組沉積早期活動強度最大, 恩平組沉積晚期基本停止發育(圖3c)。

F4斷裂: 為恩平20 洼控洼斷裂, 同樣為古近紀發育、新近紀繼承性活動的長期活動斷裂, 古近紀最大斷距達2500 m, 新近紀達500 m(圖3d)。平面上呈近E-W 走向, 長約15 k m, 剖面上呈上陡下緩的鏟式正斷層。

F5斷裂: 為恩平21 西洼控洼斷裂, 平面上呈“S”型展布, 整體呈NEE走向; 剖面上為上陡下緩的鏟式或坡坪式。F5自文三段沉積期發育以來活動強度自東向西逐漸增強, 活動持續時間也自東向西逐漸變長, 東段在恩平組沉積期停止活動, 西段持續活動到粵海組沉積期(圖3e)。

F6斷裂: 為恩平21 東洼控洼斷裂, 是陽江東凹古近紀最早活動的斷裂, 文三段和文二段沉積期活動強烈, 文一段沉積期僅西段活動。F6整體呈NEE走向和鏟式特征, 但在東段受文昌組沉積末期巖漿底侵作用和一組反向斷層切割影響(圖3f), 斷面變為低角度(38°), 平面上則為“S”形(圖2d)。

2.3 構造事件與原型盆地重建

陽江東凹古近紀歷經珠瓊運動一幕、珠瓊運動二幕和南海運動等多次構造事件, 控洼斷裂強烈活動造成緩坡帶斷塊旋轉, 同時受陽江-一統深大走滑斷裂影響, 巖漿活動異常活躍, 造成研究區的差異隆升和剝蝕。東部恩平21 東洼為受巖漿底侵改造強烈的箕狀半地塹, 在古近系內部各三級層序之間可見明顯的削截現象; 而西部陽江24 洼、恩平19洼、恩平20 洼和恩平21 西洼的削截特征不明顯, 以連續沉積為主。

圖3 陽江東凹始新世控洼斷裂落差統計Fig.3 Statistics of throws of the Eocene sag-controlled faults in the eastern Yangjiang Sag

表1 陽江東凹控洼斷裂幾何學參數Table 1 Geometric p arameters of th e sag-con trolled faults of the eastern Yangjiang Sag

受限于鉆至深層鉆井數量和資料的限制, 本次研究采用地層厚度對比法對文昌組內部三級層序的剝蝕量進行恢復。該方法理論基礎是在同一構造層內地層的沉積具有繼承性和遞變性, 根據該特點,可依據保存完整的相鄰層厚度比值及下伏層厚度估算上覆層的沉積厚度, 將要恢復剝蝕厚度的地層與鄰區未被剝蝕的相同地層(或雖有剝蝕但通過其他方法能獲得剝蝕數據的地層)進行對比, 求出其沉積厚度, 再減去該地層的殘余厚度即可得到剝蝕量(朱定偉等, 2013)。

剝蝕量恢復結果顯示, 文昌組各三級層序的剝蝕范圍、剝蝕厚度差異明顯, 以文二段沉積末期剝蝕范圍最廣, 達287 k m2, 幾乎包括整個恩平21 東洼, 剝蝕厚度最大達500 m(圖4a、b)。原盆恢復后的地層厚度圖顯示, 恩平21 東洼文三段和文二段原始沉積厚度更大, 分布范圍更廣(圖4c、d、e), 結合洼陷內兩口鉆井揭示厚達400 m 的灰黑色泥巖, 認為恩平21 東洼烴源潛力巨大。

2.4 構造演化過程及機制

在對構造格局、主干斷裂特征和原型盆地等認識基礎上, 采用平衡剖面法對陽江東凹古近紀構造演化過程進行探討。

文三段沉積期, 為珠瓊運動一幕的初始裂陷期,凹陷東段的恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 東洼最先發生裂陷作用, 由彌散狀窄小湖盆逐漸發展為水體連通的深湖洼陷。同時, 與控洼斷裂傾向相同的次級斷裂開始發育, 控制了局部地層的沉積厚度。在南北兩側對傾的控洼斷裂控制下, 恩平20 洼和恩平21 西洼對傾、恩平21 東洼南斷北超的半地塹格架基本形成。文三段沉積末期, 受局部巖漿底侵影響, 恩平21東洼緩坡帶被小范圍抬升、剝蝕。位于凹陷西段的陽江24 洼和恩平19 洼此時尚未發生裂陷作用(圖5)。

圖4 文昌組沉積期剝蝕厚度恢復與原型盆地重建Fig.4 Restoration of denudation thicknesses and reconstruction of the prototype basins in the depositional period of the Wenchang Formation

文二段沉積期, 裂陷作用增強, 凹陷西段的F1、F2和F3斷裂開始活動, 控制陽江24 洼和恩平19 洼文二段的沉積, 但斷裂活動強度相對較弱, 且南側陽江低凸起物源供應充足, 呈廣盆淺水特征。此時恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 東洼繼續沉降, 恩平21 東洼北部緩坡帶已整體沉降至水下, 與北側凹陷的水體連通, 呈“廣湖深水”的格局。文二段沉積末期巖漿底侵強度較文三段沉積末期更大, 剝蝕范圍和厚度明顯變大, 造成恩平21 東洼整體抬升剝蝕(圖5)。

文一段沉積期, 裂陷作用明顯減弱, 受東部巖漿底侵進一步增強影響, 恩平21 東洼隆升至地表,未接受沉積, 形成文昌組與恩平組之間大規模的不整合。此時沉降中心向西遷移, 特別是陽江24 洼,沉積了厚層的文一段(圖5)。

恩平組沉積期, 整個珠江口盆地東部進入斷拗轉換階段, 斷陷作用減弱, 拗陷作用逐漸增強, 恩平組沉積范圍大幅增加, 此時沉積中心位于西段的陽江24 洼和恩平19 洼(圖5)。恩平組沉積末期, 拗陷作用進一步增強, 除凹陷北側控洼斷裂F1、F2和F4外, 其他斷裂對恩平組沉積基本無控制作用, 沉積范圍進一步擴大。

圖5 陽江東凹各洼陷構造演化模式Fig.5 Tectonic evolutionary model of sub-sags in the eastern Yangjiang Sag

3 斷裂構造對沉積體系及烴源的控制作用

3.1 沉積相類型

物源和溝谷分布對沉積體系具有重要控制作用(鐘安寧和周翔, 2 020), 溝谷是低位域時期從物源區到洼陷進行沉積物搬運的重要通道。陽江東凹有三個主要物源: 北部的陽春凸起、南部的陽江低凸起和東北方向的恩平15-1 低凸起(圖1b)。陽江24 洼、恩平19 洼和恩平20 洼以陽江低凸起物源為主, 恩平21 洼以恩平15-1 低凸起物源為主, 陽春凸起對陽江東凹的物源作用不明顯, 一方面是其位于陡坡帶,另一方面是其地形整體向北傾。恩平15-1 低凸起受基底地形和裂陷早期斷裂影響, 發育一系列溝谷,地震剖面上表現為與下伏地層不協調的接觸, 在垂直溝谷走向的地震剖面上表現為頂平底凹的“U”型或“V”型特征, 溝谷內表現為充填型沉積結構, 向上呈明顯上超或發散充填地震相特征(圖6)。

在區域構造背景分析、井壁心觀察、測井相分析、地震相和地震屬性分析的基礎上, 開展了陽江東凹古近系的沉積特征研究, 共識別出四種沉積相類型: 近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲和半深湖相。近岸水下扇在地震剖面上表現為中頻、弱振幅、弱連續性, 內部為低角度發散結構; 測井曲線呈較高幅度的齒化特征; 巖性主要為細砂巖與泥巖互層。扇三角洲在地震剖面上表現為中頻、弱振幅、連續性較差, 整體呈丘形; 垂直物源方向呈雜亂透鏡狀或亂崗狀反射, 順物源方向呈疊瓦狀或斜交前積反射; 測井曲線呈厚層齒化箱型特征; 巖性為厚層砂礫巖, 礫石成分主要為花崗斑巖、流紋巖等; 主要發育在恩平21 東次洼東部陡坡帶的恩平組。辮狀河三角洲在地震剖面上表現為中低頻、中–強振幅、連續性較好; 測井曲線局部呈反粒序的漏斗狀, 但整體呈正韻律, 頂底幅度變化大, 反映沉積時期水體逐漸加深; 巖性主要為細砂巖和泥質細砂巖, 主要發育在裂陷初始期的緩坡帶。研究區半深湖相存在兩種地震相特征, 一種是低頻、較連續、中-弱振幅, 主要發育在文二段; 另一類是低頻、連續、中-強振幅, 主要發育在文三段, 伽馬曲線呈高值特征,局部有齒狀薄層砂巖發育, 巖性為巨厚灰黑色、灰褐色泥巖(圖6)。

3.2 沉積相展布與時空變遷

構造是控制盆地或洼陷內沉積體系發育與展布的根本因素, 長期活動的控洼斷裂控制洼陷的構造沉降與可容空間的變化, 進而控制洼陷內沉積中心的位置、沉積體系的類型、有利砂體的展布和烴源巖的分布范圍與層位(張強等, 2017)。陽江東凹古近系構造對沉積的控制作用體現在兩個方面: 一是斷裂的差異活動控制了洼陷可容納空間的大小; 二是巖漿底侵造成的差異隆升控制了沉積中心的遷移和有利砂體的展布。不同時期不同斷裂活動性差異明顯, 總體具有“東早西晚、東強西弱”的特點, 即裂陷作用從東部恩平21 洼最先拉開, 西邊陽江24 洼最后拉開; 裂陷作用和巖漿底侵對東部恩平21 洼的作用均強于西側陽江24 洼和恩平19 洼。從沉積相縱、橫向演化來看, 陽江東凹文昌組沉積期湖平面先升后降, 整體表現為一個完整的沉積構造旋回。

文三段沉積早期, 裂陷從東邊恩平21 洼和恩平20 洼開始形成, 湖平面較低, 周緣物源供應充足,在恩平21 東洼緩坡帶發育一組NE 向溝谷, 是恩平15-1 低凸起物源向洼陷的良好輸砂通道, 沉積了一套辮狀河三角洲。在恩平20 洼和恩平21 西洼的長軸方向上受西南方向陽江中低凸起物源影響, 發育另一支辮狀河三角洲。恩平20 洼和21 洼的陡坡帶物源面積較小, 地形坡度大, 沿著控洼斷裂沉積了一組扇三角洲, 多個扇三角洲側向相連, 呈裙邊狀分布, 向洼陷延伸距離短(圖7a)。洼陷中心為欠補償環境, 發育半深湖相。

文三段沉積晚期, 裂陷作用增強, 湖盆擴張,恩平15-1 低凸起物源面積減小, 辮狀河三角洲規模減小, 洼陷中心半深湖相繼承性發育。文三段沉積末期巖漿底侵使洼陷北部和東部抬升, 三角洲平原主體遭受剝蝕, 保留文三段沉積早期的辮狀河三角洲前緣砂體。

文二段沉積期是裂陷的高峰期, 裂陷作用范圍擴大到西邊陽江24 洼和恩平19 洼(圖7b)。此時基準面上升到最大位置, 為湖泊最大發育時期, 無論水體深度還是范圍都達到了珠瓊一幕裂陷期的最大,不僅陽江東凹的4 個洼陷連為整體, 還與北邊的恩平14 洼水體相連。恩平15-1 低凸起物源面積進一步減小, 東部恩平20 洼、恩平21 洼半深湖相的范圍占到兩個洼陷的一大半, 西部陽江24 洼、恩平19洼以濱淺湖相為主。

文二段沉積末期至文一段沉積期, 整個珠江口盆地處于珠瓊運動一幕裂陷作用的末期(施和生等,2014), 在陽江東凹地區表現為巖漿底侵造成的差異隆升作用進一步加強, 東側恩平21 東洼隆升剝蝕,成為物源區, 西側陽江24 洼、恩平19 洼、恩平20洼和恩平21 西洼為沉積沉降中心, 發育湖相沉積(圖7)。裂陷末期, 控洼斷裂整體活動性較弱, 陽江東凹以廣水淺盆為主, 僅恩平20 洼和恩平21 西洼發育小范圍的半深湖相。各洼陷緩坡帶受陽江中低凸起物源影響, 繼承性地發育辮狀河三角洲沉積。

4 古近系勘探潛力與方向

陽江東凹地區文昌組雖然廣泛發育半深湖相沉積, 但洼陷面積和資源規模相比珠一坳陷的惠州、陸豐、恩平等富烴凹陷要小很多(朱明等, 20 20), 缺乏油氣大規模長距離運移的資源條件, 以源內古近系和近源新近系成藏為主。

多期構造運動形成多期斷裂系統, 恩平20 洼和恩平21 西洼長期活動斷裂發育, 利于油氣向淺層新近系運移; 恩平21 東洼裂陷期斷裂未斷至淺層(圖2c、d), 坳陷期斷裂系統未斷至深層, 使油氣難以運移至新近系。

古近系有利勘探區帶應具備發育有效圈閉、優質砂體、優質蓋層以及位于有利匯聚區等基本條件。綜合分析陽江東凹地區文昌組古近系的構造特征和成藏條件, 認為古近系的勘探潛力主要集中在恩平21 東洼, 以文三段沉積早期的低位三角洲砂體為主要勘探層系, 以文三段沉積末期-文二段沉積期湖相泥巖為主要蓋層。

圖7 陽江東凹文昌組沉積相分布Fig.7 Distribution of sedimentary facies of the Wenchang Formation in the eastern Yangjiang Sag

5 結 論

(1) 陽江東凹發育5 個次級洼陷, 古近紀控洼斷裂頻繁轉換, 斷裂活動和演化的差異性控制了各次洼三級層序的展布和厚度。巖漿底侵作用控制各次洼的差異隆升, 恩平21 東洼在文三段沉積末期和文二段沉積末期存在明顯的隆升剝蝕, 其中文二段沉積末期剝蝕厚度達500 m。

(2) 陽江東凹文昌組各三級層序的沉積充填受控洼斷裂活動強度、物源大小和溝谷展布的控制。西部陽江24 洼和恩平19 洼的控洼斷裂活動強度整體偏弱, 且物源供給充足, 文昌組以濱淺湖相和辮狀河三角洲沉積為主。恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 東洼以半深湖相和辮狀河三角州沉積為主。

(3) 受斷塊旋轉和巖漿活動影響, 研究區存在差異隆升和剝蝕, 其中在東部恩平21 東洼最明顯。原盆恢復顯示恩平21 東洼文三段和文二段原始沉積厚度大, 分布范圍廣, 烴源潛力巨大。

(4) 陽江東凹地區文昌組古近系勘探潛力主要集中在恩平21 東洼, 具備發育有效圈閉、優質砂體、優質蓋層以及位于有利匯聚區等基本條件, 以文三段沉積早期的低位三角洲砂體為主要勘探層系, 以文三段沉積末期-文二段湖相泥巖為主要蓋層。