南海北部古海流對瓊東南盆地中新世儲層發育的影響

劉昆　程鵬　宋鵬　任科英　李虎　劉博通

關鍵詞 瓊東南盆地；古海流；沉積特征；中新世；儲層發育

第一作者簡介 劉昆，男，1984年出生，碩士研究生，工程師，石油地質，E-mail： liukun1@cnooc.com.cn通信作者 程鵬，男，副研究員，油氣地球化學，E-mail： chengp@gig.ac.cn

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

瓊東南盆地是我國南海北部四大含油氣盆地之一，其油氣資源主要分布于中新世的砂巖儲層[1?5]。早期對瓊東南盆地的勘探主要集中在西北部的淺水區域，發現了YC13大型氣田。隨著淺水區勘探程度的增加，規模儲量的發現難度越來越大。因此，近些年瓊東南盆地的勘探逐漸向深水區擴展，先后發現了LS17，LS25和LS18等大型深水峽谷氣田，顯示出瓊東南盆地巨大的勘探潛力[6?10]。然而，目前對瓊東南盆地，尤其是對占比大于80%的深水區域，勘探程度還很低，對中新世優質儲層的分布規律和發育機制認識不清，阻礙了該盆地拓展勘探的進程。

瓊東南盆地規模優質儲層的發育不僅受控于盆地發育時期的構造和沉積環境，還會受到古海流作用的影響。海洋季風活動以及海水溫度、鹽度的差異會引起海水沿一定方向大規模地流動，形成不同類型的海流，主要包括表層海流、等深流、潮汐底流、沿岸流及黑潮等。海流是一種牽引流，與沉積發生交互作用后，會搬運或者改造原始沉積，因此古海流的研究對揭示儲層的發育機制和預測優質儲層的分布均具有重要的意義[11?15]。近年來，大量勘探實踐發現，瓊東南盆地中新統發育的優質含油氣儲層均與陸坡展布平行，如重力流海底扇、水道等，并且巖心中普遍含有牽引流成因的沉積構造，不同沉積構造交互疊置，這表明古海流對該區域儲層的形成和發育具有顯著的改造作用[16]。瓊東南盆地中新世儲層在陸架、陸坡、盆底區均有發育，不同構造區域可能存在不同類型的古海流，但目前對瓊東南盆地古海流的特征及其對儲層發育的影響還缺乏相關的研究。據此，通過分析不同構造區域典型儲層巖心樣品的沉積構造特征，結合地層成像測井和黏土礦物組分信息，以及現今的海流分布，厘定瓊東南盆地古海流的類型、分布和成因及其對儲層發育的影響，旨在為下一步探尋優質的油氣儲層提供地質依據。

1 區域地質背景

瓊東南盆地位于南海北部大陸邊緣（圖1a），是新生代的斷坳盆地，經歷了古近紀裂陷和新近紀裂后兩個構造演化階段。新近紀后，該盆地的沉積環境從濱海相逐漸過渡到深海相，油氣藏儲層主要發育于中新統的三亞組、梅山組和黃流組（圖1b）[1?2]。早中新世三亞組沉積時期（23 Ma），瓊東南盆地已經具有陸架—陸坡體系雛形，陸架地區為平緩的濱淺海沉積環境，主要發育三角洲沉積體及附近一系列平行坡折帶的沿岸砂壩。中中新世梅山組沉積時期（15.5 Ma），陸架坡折已基本演化成型，坡折帶之上的陸架區物源十分充足，在區域大海退背景下，陸架邊緣三角洲砂巖越過沉積坡折在坡角限制性的低洼區形成重力流斜坡扇及坡下海底扇。晚中新世黃流組沉積時期（10.5 Ma），盆地北部形成典型的地形坡折，南部是一個緩傾的大斜坡，同時，越南中部昆嵩隆起坡折推進到瓊東南盆地西南部，在盆地西部形成一個半環形的凹槽古地形，使得鶯歌海和瓊東南盆地結合部成為水流向瓊東南盆地加速流動的通道。因此，盆地西部上游地區黃流組發育早期短小發散型水道，而盆地東部中下游地區黃流組則匯聚形成中央峽谷型水道，峽谷水道穿過整個盆地并且一直延伸至西沙海槽。近些年，中央峽谷水道發現的LS17，LS18和LS25等大型天然氣田，證實了瓊東南盆地深水區為重要的油氣富集區。

2 儲層樣品的沉積特征

早中新世，瓊東南盆地向坡折體系演化，不同構造區域發育了各自有代表性的沉積體系：陸架區主要發育三角洲—濱淺海沉積體系，而坡折帶以下則主要發育斜坡扇、海底扇、峽谷水道沉積體系。通過研究瓊東南盆地陸架、陸坡、盆底三個代表性區域中典型儲層巖心樣品，發現不同構造區域儲層砂巖的沉積受到不同古海流的改造作用，呈現特定的沉積特征（表1）。

瓊東南盆地東北部的陸架區以ST34井為代表（圖1a、表1），其儲層為中新世三亞組砂巖。該套儲層發育于濱海沉積環境，以砂壩沉積為特征，細砂巖為主，局部發育中—細砂巖，分選中—好，次棱—次圓狀磨圓。ST34井儲層砂巖粒徑落入“C-M”（“C”值為砂巖樣品中前1%顆粒的平均粒徑，“M”值是前50%顆粒的平均粒徑）圖版中“QR”段，“C-M”圖版中N-O-PQ-R-S代表牽引流沉積中不同粒度組分的搬運特征，“QR”是牽引流中的遞變懸浮沉積搬運特征，表明ST34井砂巖沉積過程受牽引流作用（圖2）。巖心中呈現出大量的波狀層理，局部見交錯層理；普遍發育海綠石，并且含有大量來源于外陸架的生物化石與生物遺跡，見強烈的生物擾動對層理造成破壞。該井巖心在垂向上呈現明顯的反粒序特征，韻律頂部灰質增加，反映牽引力水動力條件逐漸增強（圖3a，b）。

瓊東南盆地陸坡區以LS13井為代表（圖1a、表1），其儲層為中新世梅山組砂巖，以陸坡區斜坡扇沉積為代表，以粉砂巖為主，分選好，其物源來自北部海南隆起三角洲。LS13井儲層砂巖粒徑落入“C-M”圖版中“SR”段（圖2），為均勻懸浮沉積特征，表明斜坡扇砂巖沉積過程受到垂直物源方向牽引流的改造作用。巖心以塊狀砂巖為特征，波狀層理與塊狀層理頻繁相互侵蝕，接觸關系削截，局部見交錯層理，下部為受強烈生物擾動的泥質粉砂巖；該井儲層段巖性組合特征與等深流成因巖相序列相似，在垂向上呈現明顯的反粒序（圖3c～e），這表明順坡向下的重力流受到平行于陸坡海流的改造作用。

瓊東南盆地盆底區主要發育水道沉積，西段早期水道與東段晚期水道沉積特征差異明顯，分別以YC35井和LS17井中新世黃流組砂巖儲層為代表（圖1a、表1）。盆底西段YC35井水道以細砂巖為主，分選中—好，儲層砂巖粒徑落入“C-M”圖版中“QR”段（圖2），表明砂巖沉積過程受到牽引流的改造作用。盆底區東段LS17水道也以細砂巖為主，分選中—好，但儲層砂巖粒徑在“C-M”圖版中的分布特征平行于“C-M”基線且距離基線較遠，表現為重力流成因，分選較差，局部落入不平行“C-M”基線的牽引流區域（圖2）。西段YC35井揭示的水道儲層巖心沉積結構非常豐富，包括重力流正粒序層理，表現為反映水流相對快速和靜滯的交替過程的脈狀層理，反映潮汐作用的雙泥巖條紋和反映平潮期的牽引流作用卸載的泥質條帶（圖3f～h）。東段LS17水道主要表現為正粒序層理和負載構造，包卷層理，塊狀層理，平行層理等重力流構造序列，局部見深水潮汐形成的“S”型交錯層理（圖3i，j）。瓊東南盆地盆底區西段和東段水道巖心沉積結構的差異，表明自西向東沉積儲層受牽引流和潮汐的改造作用減弱，東段逐漸以重力流特征為主。

3 南海中新世海流分布和成因

3.1 現今海流

瓊東南盆地陸架—陸坡體系從早中新世開始形成并演化至今。中新世—上新世底部溫度和鹽度環流相對穩定，古今流體的特征具有一定的相似性。因此，現今南海海流在一定程度上能夠指示古海流的特征。南海作為西太平洋最大的邊緣海，緊鄰西太平洋島弧帶，具有復雜的海底地形和陸地邊界。南海北部大陸邊緣不僅受東亞季風的影響，還會受。北大西洋洋流的影響，尤其中新世后，由于澳洲板塊和歐亞板塊碰撞造成印尼海道的關閉，強化了太平洋的黑潮環流，促使南海海底流的活躍[17?19]。

根據水體深度范圍，海流一般分為表層海流（0～300 m）、中層海流（300～1 000 m）和深層海流（>1 000 m），南海現今存在多種海流作用，其中表層海流主要受東亞季風影響，冬季在東北風的驅動下形成逆時針表層海流，夏季在西南風的驅動下形成西南向表層海流，而靠近陸地的華南近岸流不隨季節的變化而改變[20?23]。中層海流主要受控于南海東北部通過呂宋海峽的黑潮影響，可能與臺灣東部黑潮中層水的最低鹽度值相對較高有關[24]。通過對大洋鉆探（ODP1144）高沉積速率堆積體的研究發現，南海北部陸坡區存在活躍的東北—西南向海流搬運作用，海流源頭可能是侵入南海的西太平洋海流在科氏力作用下演變而來，大致沿陸坡外緣等深線位置由北東向南西方向流動[25]。由于南海自身不具備形成深層海流的條件，其唯一驅動源是通過呂宋海峽的北太平洋深層水。根據海水含氧量和鹽度分布推測，深層水由呂宋海峽進入南海呈逆時針方向自東向西流動，不具季節性變化。南海北部大洋鉆探其他站位的巖心資料也表明，現代南海深層水的密度、底棲有孔蟲、碳氧同位素等特征與北太平洋深層水密切相關[26?29]（圖4）。

綜上所述，西太平洋的表層水和深層水經由呂宋海峽流入南海內部，受冬季季風，黑潮和深層海流等牽引流的作用，自東向西逆時針運移，經南海自身海流體系循環混合后，在夏季季風作用下，主要以表層水形式流出呂宋海峽返回西太平洋，構成一個完整的循環體系（圖4）。

3.2 地層成像測井特征

目前針對古海流方向的研究方法較少，根據地層成像測井數據分析交錯層理的傾向是判別古水流方向的常用方法。水流層理和順流加積常表現為藍模式，即地層傾向大體一致，地層傾角隨深度增加而逐漸減小的一組矢量，取其主要傾向代表古水流方向[30?31]。因此，利用瓊東南盆地三個典型區域代表性儲層砂巖段的成像測井資料，通過分析藍模式矢量的方向來識別研究區古海流的流向（圖5～7）。

陸架區以ST34井三亞組砂巖段為代表，其成像測井識別出大量交錯層理，主要為南西或西傾向，在2 565.0～2 570.0 m可見藍模式，代表古水流向為自東向西（圖5a）。該井處于外陸架邊緣，主要受到表層海流控制，從水流方向上看主要受東北季風逆時針環流影響，而夏季環流對瓊東南盆地的作用尚未在該區沉積構造中體現。

陸坡區以LS13井梅山組砂巖為代表，其成像測井未識別出明顯交錯層理（圖5b），層系傾向多為南西方向，其砂體大致沿等深線的北東—南西展布（圖6a）。由于處于陸坡環境，其古水流方向主要受控于黑潮分支入侵南海形成的等深流。

盆底區西段和東段分別以LS25井和LS17井黃流組砂巖為代表，西段LS25井砂巖成像測井圖像中見雙向交錯層理，多處可識別藍模式（圖5c），表現出南東—北西雙向水流的特征，LS25井未取巖心，但其西部相鄰的YC35井巖心見大量潮汐層理（圖3f～h），與LS25井成像測井顯示雙向水流模式吻合，西段水道平面為北西—南東向相互平行展布，地震方差切片可見受潮汐作用的重力流水道平面展布形態（圖6b）。黃流組沉積期，崖城凸起與南部中建凸起形成限制性負地形，使得盆地西部成為潮汐通道的入口，這是LS25井及其以西受強烈潮汐作用的主要原因。東段LS17井砂巖成像測井未見交錯層理，且層系無固定傾向，整體表現為重力流特征，底流作用較弱，成像測井圖像未見交錯層理，地層傾向雜亂，重力流成因占主導（圖5d）。

此外，由于盆底深水區鉆井少，缺乏測井、巖心等古水流方向指示標志，因此通過對沉積地震相特征，如沉積厚度、展布形態、前積方向的變化來進一步推測古水流的方向（圖7）。瓊東南盆地深水區中新世發育大型盆底扇沉積，主體垂直于盆地軸展布，具有經典的扇狀外形，雙向下超丘狀反射結構，地震相具有中—強振幅、同相軸連續特征，但扇體遠端橫截面顯示東邊厚度小于西邊，扇體邊緣在平面上沿著盆地長軸呈長條形分布，且與東部相鄰海底扇朵連片，表明該扇體明顯受到深層海流的作用（圖7）。由于目前深水區鉆井數量還相對較少，獲取的信息有限，瓊東南盆地深水區大型盆底扇與海流的相互作用范圍和類型有待進一步研究。

3.3 黏土礦物組分

南海是西太平洋低緯地區最大的邊緣海，由于緊鄰亞洲大陸和西太平洋島弧帶，新生代漸新世以來，陸源碎屑顆粒在南海沉積物中的占比達80%。由于黏土礦物粒徑細，易于通過海流作用搬運后在海洋中沉積，沉積物中顯著富含黏土礦物。由于被運移的黏土礦物含有指示物源區的信息，因此通過對比瓊東南盆地不同構造區域和潛在物源區的黏土礦物來間接示蹤海流方向[32?35]。需要注意的是，本研究中儲層樣品的埋深介于1 500～2 500 m，處于早成巖階段，早期沉積的蒙皂石由于伊利石化作用形成伊蒙混層，而早期沉積的高嶺石也存在輕微的降解作用，成巖作用會造成蒙皂石和高嶺石含量的降低[36?41]。盡管如此，黏土礦物組分在一定程度上保留了沉積時的物源信息，可輔助推斷古海流的信息。依據南海周緣物源區主要河流與近岸流的黏土礦物組分圖版（圖8），進一步研究了瓊東南盆地不同構造區域中新世地層沉積時期的海流特征。

陸架ST34區儲層樣品的黏土礦物組分與珠江水系最為接近（圖8），表明該區域可能存在由北東—南西向海流攜帶珠江水系黏土礦物運移至松濤所在的大陸架區域。結合現今南海近岸流的特征，該海流最有可能是由冬季風引發的北東—南西向逆時針表層海流[42?43]。陸坡LS13區儲層樣品黏土礦物組分與臺灣近岸水系吻合（圖8），指示該區域存在由東向西的海流攜帶臺灣水系黏土礦物運移至陵水陸坡區。結合北太平洋洋流特征，該海流主要是由穿越呂宋海峽的黑潮引發的北東—南西向中層海流。盆底西段LS25區儲層樣品中的黏土礦物組分與紅河水系相似（圖8），這表明該區域存在由北東—南西向海流攜帶紅河水系黏土礦物運移至盆地西部[44?45]。結合所處的限制負地形，認為盆底西段存在西南—東北向強烈的潮汐底流；而盆底東段LS17區儲層樣品的黏土礦物組分與各端元組分均不對應（圖8），局部落入海南水系，可能為多方海流攜帶的黏土礦物的混合成因。

4 海流—沉積交互作用

中新世，瓊東南盆地陸架北部發育寬廣的濱海沉積，波浪向岸流與回流作用將濱海砂搬運到陸架邊緣，在陸架區形成濱外砂壩。濱外砂壩呈透鏡狀或丘狀充填，局部侵蝕充填，平面呈條帶狀展布，并且典型巖心中見大量完整生物化石及各種遺跡，反映了沉積時水動力條件強，牽引流占主導；同時，測井相顯示北東向交錯層流，表明陸架區的濱外砂壩相沉積受到冬季風引起的表層海流改造（圖9）。陸坡區沉積主體早期為北部物源重力流海底扇，受等深流作用呈窄、直的平面形態，下切幅度普遍較小，沉積時期相對較短，砂體在槽內主要呈北東長條形分布。等深流主要作用于陸坡平緩區，越靠近坡腳位置作用越強，靠近上陸坡地區經常有滑塌沉積侵入，儲層泥質含量普遍較高，以泥粉砂巖為主，等深流改造作用弱，而等深流對斜坡扇的改造作用主要集中于下陸坡近流端，形成優質粉細砂巖儲層（圖9）。盆底區重力流水道表現出明顯不同的水動力條件，這與東西地貌差異有關。中新世后坡折開始發育，中央坳陷各凹陷逐漸連片呈條帶狀，東寬西窄，尤其在西部相互串連呈窄而深的海槽?，F代海洋中這種海底地形會有較強的潮流作用，形成特有的高能環境，造成沉積物的改造再搬運。因此，瓊東南盆地西部恰好由于處于鶯歌海的納潮口，盆底區受到潮汐作用最為強烈，呈現大量潮汐相關的沉積構造。由于地形向東變為寬緩，潮汐流作用向東逐漸減弱，盆底東段重力流的作用加強，水道規模大，空間發育穩定，匯聚為一條中央峽谷，平面水道形態較為平直（圖9）。

中新世，南海北部陸架坡折形成后的古海流表現活躍，存在表層季風海流、內潮汐、等深流等多種海流，并且不同構造區域的海流—沉積交互作用的程度不同。古海流顯著影響中新世儲層的發育和分布，對瓊東南盆地油氣資源的勘探具有重要的意義。古海流的改造作用使得儲層中的泥質被大量沖刷淘洗，與一般的重力流形成的儲層相比，泥質含量低、砂巖粒度分選好的特征，鉆井已證實水道砂巖泥質含量普遍低于10%，平均滲透率為30×10^-3μm²，部分優質儲層中的泥質含量小于1%，滲透率達5 000×10^-3μm²。目前發現的商業高產氣田如ST34區、LS13區及LS25區都與古海流改造有關。因此，瓊東南盆地中新世古海流活躍區如深水區中央峽谷及周邊區域，是下一步油氣勘探的有利方向。

5 結論

（1） 瓊東南盆地不同構造區域中新統儲層發育均受古海流的影響，存在明顯的海流—沉積交互作用：陸架區主要為表層海流作用，陸坡區主要為中層黑潮等深流，盆底西段和東段分別主要為潮汐底流和深海底流。

（2） 不同區域古海流的成因機制不同，陸架區受控于冬季風引發的北東—南西向逆時針表層海流；陸坡區受控于穿越呂宋海峽的黑潮引發的北東—南西方向中層海流；盆底西段由于位于鶯歌海的納潮口，引發西南—東向強潮汐底流，而盆底東段由于北太平洋深層海水的侵入產生深海底流。

（3） 中新世沉積時期，瓊東南盆地通過不同古海流作用與周緣廣海區域進行流體交換，古海流不僅改變了儲層特征和區域分布，還顯著減少了砂巖中的泥質含量，改善了儲層物性，古海流改造后的儲層是瓊東南盆地油氣勘探的重要目標。