瓊東南盆地深水區松南區塊新生代構造-沉積演化特征研究

周 欣, 曹俊興,1b, 王興建,1b, 王 俊, 廖萬平, 楊金海

(1.成都理工大學 a.地球物理學院， b.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室， 成都 610059;2.中海石油(中國)有限公司湛江分公司研究院，湛江 524000)

0 引言

瓊東南盆地是目前我國在南海地區油氣資源勘探開發的重點區域，勘探潛力巨大[1-5]。瓊東南盆地的天然氣勘探步伐已從20世紀的“初探階段”，邁向 “加快隱蔽油氣藏勘探階段”[6]，眾多學者對該區做出了一系列包括構造、沉積、成藏等方面的研究和探索。邵磊等[7]對瓊東南盆地沉積環境及物源演變的特征進行了研究，認為盆地漸新世崖城組沉積經歷了從淡水濱海岸環境到海灣環境的轉換，且東、西部沉積物源存在明顯差異；張亞雄等[8]繼續對南海瓊東南盆地展開漸新統陵水組層序地層與沉積特征的研究，發現構造作用是控制漸新統陵水組沉積體系展布的主要因素；左倩媚等[9]通過對盆地新近系海底扇沉積特征的研究，提出深水區新近系海底扇是由陸架區砂體滑塌并二次搬運形成；周杰等[10]對瓊東南盆地深水區寶南斷階帶斷裂特征及天然氣地質意義進行研究，認為由構造運動引發的寶南斷階帶斷裂活動對寶島凹陷南部烴源巖的形成和演化起著控制作用。通過文獻調研發現，針對瓊東南盆地深水區松南區塊構造演化及沉積相特征的研究卻鮮有見到。

隨著全球能源需求的增大和淺水區油氣勘探技術的成熟，深水盆地迅速成為近幾年油氣勘探的熱點[11-13]。但深水盆地往往構造演化十分復雜且發育多種沉積體系，勘探難度大。經研究認為瓊東南盆地深水區松南低凸起是被“多凹環抱”的古高地，是油氣長期側向運移的有利指向區。因此，在富油氣凹陷環抱的松南區塊進行新生代構造沉積演化—沉積相特征分析，具有十分重要的理論意義和應用價值。筆者從測井、巖芯、錄井及地震等資料綜合分析入手，對研究區塊的構造、沉積演化、沉積相類型、特征和扇三角洲沉積模式進行研究，以期對研究區下一步的油氣勘探有所裨益。

1 地質背景

瓊東南盆地地處南海北部大陸架西部邊緣，位于海南島以南、西沙群島以北海域，在地理上屬于太平洋構造域，是歐亞板塊、印支板塊和太平洋板塊三者之間相互碰撞引發的構造活動相互作用產生的結果[14]。瓊東南盆地整體構造格局呈北東向展布，西鄰鶯歌海盆地，東靠神狐隆起與珠江口盆地相隔，北鄰海南島，南界為西沙隆起區(圖1(a))。

圖1 瓊東南盆地區域地質圖[26]

瓊東南盆地東西長約290 km，南北寬約181 km，其海域面積約6.0×104km2[15]，主要由松南凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷、樂東凹陷、陵水凹陷及松南低凸起和嶺南低凸起組成，研究區位于盆地內松南低凸起中部(圖1(b))，其北部為松南凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷等富烴凹陷，東接陵水凹陷，南靠北礁凹陷，呈現“多凹環抱”的構造格局，烴源充足[16-18]。盆地新生代演化主要經歷了古近系斷陷期和新近系拗陷期兩大階段，研究區內沉積序列自下往上依次為古近系崖城組和陵水組，新近系三亞組、梅山組、黃流組和鶯歌海組以及第四系樂東組。本次研究區內YL-A井鉆遇崖城組三角洲與基地風化殼八十余米優質氣層，證實研究區及周緣古近系為一套新的潛力層系，且研究區是被“多凹環抱”的古高地，是油氣長期側向運移的有利指向，是深水區勘探獲的重大突破的重要勘探方向。

2 研究區新生代構造-沉積演化特征

2.1 研究區新生代構造演化

瓊東南盆地深水區松南低凸起新生代構造沉積演化，是在古南海消亡與新南海擴張導致盆地持續沉降的構造背景下完成的[19-20]，并在新生代發生了南海運動、白云運動、東沙運動及南沙運動等四次對構造沉積演化影響巨大的構造運動，使全球海平面顯著下降，進而對研究區及其周緣的構造沉積環境產生劇烈影響。新生代是瓊東南盆地的主要成盆時期，成盆以來，研究區內斷裂發育存在明顯的雙重構造，即古近系裂陷期形成的階狀正斷體系、新近系熱沉降期和第四系加速熱沉積期形成的大型滑塌正斷體系(圖2)。

圖2 研究區內過YL-A井Xline地震剖面(剖面位置見圖1(b)中 B-B’)

研究區古近系主要發育北東-南西向走向的正向控盆斷階，普遍表現出斷裂活動速率高的特征，并且控制盆地邊界、走向和構造的分帶性。研究區內斷層同時具備多期發育和同沉積性質，對沉積樣式及儲層分布具有一定的控制作用，此時研究區內發育類箕狀沉積層序序列，且伴生發育了一系列和主要控盆斷裂斜交的次生小斷裂(圖3)。由三亞組頂面三維可視化結果(圖3(d))構造特征分析可知，古近系發育的北東-南西向控盆斷裂在新近系仍持續發育，并控制著盆地沉積，但由于新近系裂陷活動減弱，盆地熱沉積作用加強，因此主控斷裂基本一致，但次生斷裂和早期地層發育情況有所改變，次生斷裂受差異沉降影響較大，主體呈北西-南東向。

圖3 研究區三維構造圖

新近系及第四系由于受熱沉降及海侵的影響，研究區由陸相轉為海相。受早期斷陷期形成的地貌環境影響，地層差異壓實程度不一，產生一系列北東-南西向大型滑脫斷裂，并且在滑脫斷層前方形成一系列的垮塌層(圖2)。從圖2可知，新近系熱沉降期和第四系加速熱沉積期形成的大型滑塌正斷體系自下而上可依次劃分出1-4四個構造層。其中，構造層1構造面貌受大型滑脫層控制，形成“階狀構造”，由于地層向下滑動，形成一系列的“滑塌槽”(圖4(a))；構造層2位于滑脫構造層中部，除了階狀構造層特征，斷層前方還有由滑塌體形成的明顯“壓力脊”構造(圖4(b))；構造層3層位于滑脫構造層上部，滑塌構造影響相對減弱，雖然“滑塌槽”和“壓力脊”都有發育，但特征不如前期明顯(圖4(c))；構造層4位于滑脫構造層頂部，構造繼承了滑塌體的影響，但沉積特征卻更趨于顯現平穩沉積的特征。“沉積物波”是深海環境中由于滑塌等變形導致的擠壓脊而呈現的一種波狀地形[21-22]，類似于淺海環境中的波痕，具有“似波狀”的外部形態特征 (圖4(d))。

2.2 研究區新生代沉積演化

筆者通過對研究區內YL-A井測井曲線、巖芯、錄井等資料進行研究，結合巖石學特征和沉積構造分析，完成研究區內YL-A井的單井相劃分(圖5)，并在YL-A井新生代共識別出扇三角洲、淺海沉積相，扇三角洲平原、陸棚等亞相，分流河道、分流河道間和陸棚泥等沉積微相。研究認為研究區新生代沉積體系大體可分為兩個大的演化階段：①古近系盆地斷陷期：崖城組沉積時期主要為填平補齊階段，于研究區內發育近物源的扇三角洲沉積體系為主，其物源來源即松南低凸起和南部隆起帶剝蝕區；②新近系盆地拗陷期：陵水組至梅山組沉積時期，受全球海侵影響，海平面整體上升，研究區內該時期主要發育淺海陸棚沉積體系。其中，古近系斷陷期可以進一步劃分為崖城組主斷陷期和陵水組斷拗轉換期兩個不同的沉積演化階段；新近系拗陷期亦可進一步劃分為三亞組、梅山組和黃流組熱沉降期和鶯歌海及樂東組加速沉降期兩個不同的沉積演化階段(圖6)。

圖5 研究區YL-A井新生代沉積相劃分

圖6 研究區內過YL-A井Inline剖面沉積演化圖(剖面位置見圖1(b)中 A-A’)

2.2.1 古近系盆地斷陷期

始新世時期，瓊東南盆地處于裂陷初期，在早期斷裂格架控制之下呈現多隆多凹的構造格局，且各隆起與凹陷之間相互獨立[23]。此時沉積面積均較小，且有多個沉積中心，每個沉積中心發育中-深湖相沉積體系，沉積充填了一套陸相斷陷湖盆地層，濱-淺湖相在其外圍呈環帶展布，以多方向、近物源為主要特征，其物源為斷陷周緣區塊的凸起區。但由于早期盆地內部斷陷活動較強，致使研究區內缺失該套地層。

早漸新世時期，盆地進入主裂陷期，受南海海盆發生北東向海底擴張影響[23-24]，盆地內部斷裂活動加速，斷裂范圍擴大到盆地大部分范圍，在斷裂活動控制下盆地發生了首期快速沉降過程，此時研究區所在的松南低凸起構造轉換帶逐漸形成，研究區北部的松南凹陷、寶島凹陷和長昌凹陷聯通發育成一個凹陷。同時由于構造運動全球海平面迅速抬升，瓊東南盆地內部凹陷發生海侵作用，并沉積充填了崖城組海陸過渡相及半封閉淺海相地層，成為松南、寶島等凹陷內重要烴源巖層段。

晚漸新世時期，由于印支地塊旋轉減慢，盆地內部斷層活動減弱[23-25]，盆地進入斷拗轉換期。區內斷層主要以繼承發育為主，沉積中心由斷裂根部轉移至凹陷中心，沉積充填了一套由海陸過渡相演化為以淺海相為主的陵水組地層，該套地層自下往上呈現粗-細-粗的沉積旋回，主要發育自生自儲型和下生上儲型油氣藏。

2.2.2 新近系盆地拗陷期

中新世時期，隨著印支板塊運動間歇期的到來[23-25]，盆地內部構造沉—積演化也進入典型的裂后拗陷期。斷裂活動性明顯減弱，逐漸發展成為隱伏斷層。沉積充填逐步向開闊淺海相和半深海相轉化，沉積物以泥巖為主，物源主要來自北西向單方向物源。

上新世以來，由于南海海底擴張作用停止，且地慢熱激活產生的垂向動力，促使玄武巖火山活動發育并導致海底沉降加速[26]，盆地完全進入拗陷期，發育了一套完善的陸架-陸坡沉積體系，并快速沉積一套屬于上新世和第四系的厚層泥巖地層(圖6)。

2.3 研究區新生代構造-沉積演化特征研究

由于構造背景的差異，必然在橫向上控制沉積作用的分異，尤其表現在沉積地層厚度和地層結構兩大方面的差異，由構造運動產生的古隆起和古凹陷區地層的沉積厚度相差很大，一般在數百米，研究區西南部甚至在1 000 m以上；地層結構差異主要表現在古隆起區主要以淺水沉積為主，海侵時期沉積地層厚度相對較大，而凹陷區多以深水沉積為主，海退時期沉積厚度相對較大。通過對研究區構造-沉積演化與沉積相特征綜合分析，研究認為研究區內構造-沉積分異特征具體表現為以下兩點：①構造對沉積的控制作用，瓊東南盆地松南區塊新生代沉積演化是在古南海消亡與新南海擴張導致盆地持續沉降的構造背景下完成的，且研究區內多次構造運動對沉積環境影響劇烈，研究區在新生代古近系時期斷裂格架控制下形成多隆多凹的構造格局，為沉積提供了容納空間，同時也對沉積樣式與儲層分布具有一定的控制作用；②沉積對構造的改造作用，新近系及第四系由于受熱沉降及早期斷陷形成的沉積地貌環境影響，研究區地層差異壓實程度不一，致使區內很多斷裂重新活動，產生一系列北東-南西向大型滑脫斷裂，形成“階狀構造” ，由于沉積壓實作用地層向下滑動，于階狀構造前形成一系列的“滑塌槽”、“壓力脊”等特征構造。瓊東南盆地深水區松南區塊構造運動對沉積作用具有控制作用，可為沉積提供容納空間，同時由于沉積差異壓實亦可造成斷裂的重新活動，進而對研究區內構造進行改造。

3 研究區沉積相特征研究

瓊東南盆地深水區松南區塊崖城組沉積期以填平補齊為特征，主要發育近物源的扇三角洲-淺海陸棚沉積體系，物源主要來自松南低凸起和南部隆起剝蝕區；陵水組-梅山組沉積期，由于構造沉降疊加全球海平面上升，海侵擴大，研究區主要發育淺海陸棚沉積。均方根振幅(RMS Amplitude)是將振幅平方的平均值開平方。由于振幅值在平均前進行了平方運算，因此，它對特別大的振幅非常敏感，可用于識別振幅異常或描述層序，追蹤地層地震異常等(如三角洲、河道及含氣砂巖引起的振幅異常，區分整合沉積物、丘狀沉積物、雜亂的沉積物等)。因此，可將均方根振幅屬性用于沉積相描述。圖7為研究區崖城組均方根振幅屬性圖(時窗為T70-T100之間)，由圖7可見研究區內存在多物源和多個沉積體系，且各沉積體系之間也有可能出現相互疊置現象。

圖7 研究區崖城組沉積體系(底圖為均方根振幅屬性圖)

3.1 扇三角洲

瓊東南盆地松南區塊于研究區內古近系崖城組沉積時期發育扇三角洲-淺海陸棚沉積體系。扇三角洲是指由沖積扇作為物源，在活動的扇體與穩定的水體交界地帶沉積的沿岸沉積體系，可劃分出扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲等三個亞相。

扇三角洲平原是扇三角洲的陸上部分，屬于沖積扇扇中-扇緣沉積，其沉積主要分布于研究區西南部以及YL-A井周緣等相對高勢區，且YL-A井鉆遇該套沉積，通過鉆井巖芯觀察可識別出砂礫質沉積為主的分流河道和以泥質沉積為主的分流河道間兩個沉積微相(圖7)。分流河道沖積扇扇面上的辮狀河道，其特點為顆粒粒度較粗，如礫石、粗砂等。研究區YL-A井崖城組分流河道巖性以砂礫巖為主要構成部分，其主要成分為石英、長石等，次要成分為礫石、花崗巖碎屑等，次圓-次棱，分選性較差，可見棱角狀(圖5)。YL-A井崖城組分流河道間巖性則主要為泥巖，夾細砂巖薄層。

扇三角洲前緣和前扇三角洲都位于海平面以下，其中扇三角洲前緣為扇三角洲沉積主體部分，砂體較為發育，其粒度與扇三角洲平原相比存在明顯變細的特征，于研究區西南部可見分布，由地震相分析可知其地震反射特征為席狀外形、楔形外形等，中頻、弱振幅、連續性較差。前扇三角洲則處于扇三角洲向淺海陸棚方向最前端，是扇三角洲向淺海陸棚的過渡帶，其巖性主要為泥巖夾薄層砂巖，研究區內西側偶見分布，其地震相特征表現為席狀反射、亞平行結構、低頻、弱振幅、不連續等。

3.2 淺海

淺海位于浪基面之下，從前扇三角洲到陸坡內邊緣的陸架區，地形平坦開闊，水深可由數十米至二百米左右。巖性主要以灰巖和泥巖為主。淺海沉積相可劃分出陸棚和混積陸棚等亞相。研究區內新生代古近系崖城組發育扇三角洲-淺海陸棚沉積體系，至陵水組、三亞組和梅山組沉積時期則大面積分布淺海陸棚沉積體系。

陸棚可分為內陸棚和外陸棚兩種:①陸表海為海侵淹沒的陸地，分布與大陸內，以大陸型地殼為基底；②陸緣海，從濱海浪基面至水深三百余米處，分布在大陸邊緣，基底屬大陸—大洋型地殼過渡帶。顯而易見，研究區內陸棚屬于內陸棚，YL-A井三亞組、梅山組沉積了大套灰色泥巖，灰質較多，局部含有粉砂質，發育陸棚泥微相。

4 扇三角洲沉積模式

通過對研究區內YL-A井單井沉積相、剖面沉積相結合研究區地震資料等進行綜合分析，對瓊東南盆地松南區塊新生代沉積相特征加以高度概括及推廣，可進一步了解其空間組合及分布特征，并建立該區西南方向物源條件下扇三角洲沉積模式圖(圖8)。

圖8 研究區扇三角洲沉積模式圖

研究區新生代始新世時期在新南海第一期擴張的大地構造背景之下，區內逐漸開始隆起形成低凸起，至漸新世時期繼續受海侵影響，于研究區內發育扇三角洲-淺海陸棚沉積體系(圖8)。由于搬運沉積物載負差異及水動力條件與沉積環境的影響，河道入海之后發育多條水下分流河道。研究區扇三角洲平原沉積物主要以砂礫巖為主，粒度較粗，主要成分為石英、長石等，磨圓分選性較差，多呈棱角狀；扇三角洲前緣則以砂體為主，其粒度相比于扇三角洲平原明顯變小，磨圓分選性亦較差；扇三角洲前緣巖性主要為泥巖夾薄層砂巖，磨圓分選性較好；至淺海陸棚沉積由于水動力減弱，研究區內主要發育一套較厚泥巖沉積，磨圓好，分選性好。研究區內古近系崖城組水下分流河道微相是扇三角洲中占比最大的微相類型，其在自然電位和自然伽馬曲線上表現為箱形特征，表明其垂向粒度基本均一，為短期快速沉積產物。該沉積模式圖能較直觀地展現研究區內新生代扇三角洲沉積相扇體發育特征與各沉積微相發育位置等特點，對該區塊的下一步儲層預測及評價具有一定的指示意義。

5 結論

筆者通過對瓊東南盆地深水區松南低凸起新生代構造沉積演化及沉積相特征研究分析，得出以下結論：

1)瓊東南盆地深水區松南低凸起新生代構造演化，是在古南海消亡與新南海擴張導致盆地持續沉降的構造背景下完成的，同時受南海海盆擴張的影響，研究區內斷裂發育體系存在明顯的雙重構造：①古近系裂陷期形成的階狀正斷體系；②新近系熱沉降期和第四系加速熱沉積期形成的大型滑塌正斷體系。研究區構造運動對沉積具有控制作用，可為沉積作用提供容納空間，也對沉積樣式與儲層分布具有一定的控制作用；同時由于沉積差異壓實亦可造成斷層的重新活動，產生一系列北東-南西向大型滑脫斷裂，形成“階狀構造”，進而對研究區內構造進行再次改造。

2)通過對研究區內測井、巖芯、地震等資料進行綜合研究，認為研究區新生代沉積體系大體可分為兩大類：①瓊東南盆地松南區塊古近系崖城組沉積時期主要為填平補齊階段，于研究區內發育近物源的扇三角洲沉積體系；②古近系陵水組至新近系梅山組沉積時期，受全球海侵影響，海平面整體上升，研究區內該時期主要發育淺海陸棚沉積體系。

3)通過對研究區內YL-A井單井沉積相、剖面沉積相、研究區地震資料等進行綜合分析，建立了研究區西南方向物源條件下的扇三角洲沉積模式，該圖能較直觀地展現研究區內新生代扇三角洲沉積相扇體發育特征與各沉積微相發育位置等特點，對該區油氣藏的進一步開發具有一定的借鑒。