南海超深水区靖海凹陷沉积特征及烃源岩潜力预测.pdf

第30卷 第4期 2023年8月 Vol.30 No.4 Aug.,2023 收稿日期：2022-11-18 改回日期：2023-02-03 基金项目：国家科技重大专项“珠江口盆地陆缘深水区油气地质及勘探关键技术”（2016ZX05026-003）第一作者：刘贤来（1981），男，硕士，工程师，2008年毕业于中国地质大学（武汉）矿产普查与勘探专业，主要从事石油地质与油气勘探方面研究工作。E-mail： 23 世界石油工业World Petroleum IndustryG地质勘探Geology Exploration文章编号：10060030(2023)040023007 DOI:10.20114/j.issn.10060030.20221118001 南海超深水区靖海凹陷沉积特征及烃源岩潜力预测 刘贤来，刘军，陈兆明，张青林，郑金云（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000）摘要：珠江口盆地靖海凹陷是中、新生代叠合盆地，其中古近系具有典型断陷结构，文昌组和恩平组沉积的海湾泥岩是主要的烃源岩。利用地震反射内部结构，外部几何形态，结合地震反射同相轴的振幅、频率、连续性等参数，在靖海凹陷古近系识别出低频强振幅连续反射、低频弱振幅连续至空白反射、楔形杂乱前积反射和“S”型前积反射4种地震相。目前，靖海凹陷尚处在勘探初期，根据地震相分析原理，结合区域古地理背景，以及类比周边成熟凹陷地震相特征，将地震相转换为沉积相。研究认为，靖海凹陷古近系为半封闭海湾或封闭海湾沉积环境，发育扇三角洲、辫状河三角洲以及海湾泥岩等沉积相。初步评价烃源岩已进入成熟期，生烃规模大，具有较大的勘探前景。关键词：珠江口盆地；靖海凹陷；地震相；沉积相；海湾泥岩；烃源岩潜力 中图分类号：TE121.3 文献标识码：A Sedimentary characteristics and prediction of source rock potential of Jinghai Sag in ultra-deep water area of South China Sea LIU Xianlai,LIU Jun,CHEN Zhaoming,ZHANG Qinglin,ZHENG Jinyun(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518000,China)Abstract:Jinghai Sag is a meso-Cenozoic superimposed basin,in which the Paleogene has a typical fault structure,and the gulf mudstone deposited by the Wenchang and Enping formations is the main source rock.Based on the internal structure and external geometry of seismic reflection,combined with the amplitude,frequency and continuity of the in-phase axis of seismic reflection,four seismic phases of low-frequency strong amplitude continuous reflection,low-frequency weak amplitude continuous to blank reflection,wedge-shaped chaotic foreproduct reflection and S type foreproduct reflection are identified in the Paleogene of Jinghai depression.At present,Jinghai Sag is still in the early stage of exploration.Therefore,seismic facies are transformed into sedimentary facies mainly according to the principle of seismic facies analysis,combined with the regional palaeogeographical background and the analogy of seismic facies features in the surrounding mature depressions.It is believed that the Paleogene of Jinghai Depression is a semi-closed bay or closed bay sedimentary environment,with fan delta,braided river delta and bay mud-stone sedimentary facies.The preliminary evaluation is that the source rock has entered the mature stage,the scale of hydrocarbon generation is large,and it has great exploration prospect.Keywords:Pearl River Mouth Basin;Jinghai depression;seismic facies;sedimentary facies;bay mudstone;potential of source rock 中国南海是世界海洋油气聚集中心之一，油气资源极其丰富，其中70%蕴藏深水区及超深水区，但深水区及超深水区油气勘探的高投入、高技术、高风险性制约了该领域的油气勘探步伐。近些年，中国海油公司响应国家号召，建设海洋强国，在钻采设备和技术创新上取得长足进步，特别是自主设计建造了世界最先进的3 000 m深水半潜式钻井平台“海洋石油981”及陵水17-2-1井的成功钻探实践，表明中国海油已具备超深水区油气勘探和钻采能力。中国海洋石油勘探已全面进入超深水时代，南海将成为主战场。如果南海超深水区有规模油气藏Vol.30 No.4 Aug.,2023 24 世界石油工业World Petroleum IndustryG地质勘探 Geology Exploration 发现，对于推动增储上产，缓解中国能源紧张，有力支持粤港澳大湾区经济建设，保障国家能源安全有重大意义。珠江口盆地靖海凹陷是中、新生代叠合盆地，其中古近系具有典型断陷结构，文昌组和恩平组沉积的海湾泥岩是主要的烃源岩。本文主要根据地震相分析原理，古近系区域古地理背景，以及类比周边成熟凹陷（白云凹陷）的地震相特征，将地震相转化为沉积相，通过类比法，判断烃源岩的有机质成熟度、生烃规模及估算凹陷的远景资源量。研究认为，靖海凹陷古近系为半封闭海湾或封闭海湾沉积环境，发育扇三角洲、辫状河三角洲以及海湾泥岩等沉积相。初步评价烃源岩已进入成熟期，生烃规模大，具有较大的勘探前景。1 靖海凹陷地质概况 靖海凹陷位于珠江口盆地的东北端，东接揭阳凹陷，北临东沙隆起，西连兴宁凹陷，是一个发育在中生代残留坳陷之上的新生代叠合盆地。区域上，东沙隆起南部的潮汕坳陷与靖海凹陷分别位于一个大型北东向正断层（潮汕南断裂）上下盘1。位于上升盘的潮汕坳陷，属于中生代的坳陷，主要发育晚侏罗世白垩纪地层，上覆新生代地层很薄。靖海凹陷位于潮汕南断裂的下降盘，基底（Tg）之下残余部分中生代地层，之上发育新生代典型的断陷盆地。靖海凹陷整体呈现三“隆”两“洼”的构造格局，依次为东沙隆起、靖海主洼、靖海凸起、靖海南洼和南部隆起，同时靖海南洼东面存在一个低凸起。靖海南洼为典型的箕状半地堑，具有北断南超的结构，靖海主洼为南北双断的地堑。靖海凹陷新生代经历了断陷盆地（TgT70）、断陷-拗陷转换（T70T60）和大陆边缘盆地(T60至今)3个演化阶段。靖海凹陷裂陷期发育了断距很大的控凹断层，其伸展量可达14.3%2，有利于形成与古南海沟通的海槽或海湾，因此，古近系的文昌组和恩平组沉积环境极可能为海湾相沉积，该时期也是靖海凹陷烃源岩形成的重要时期。目前，全区没有钻井，地震资料已实现二维地震全覆盖，测网密度3 km3 km，局部1.5 km1.5 km，三维地震覆盖面积达2 400 km2.。2 地震相类型及分布规律 2.1 地震相类型与特征 地震相是指由沉积环境所形成的地震特征，是沉积相或地质体的地震响应。地震相分析主要是通过地震内部反射结构，外部单元几何形态及地震反射同相轴的振幅、频率、连续性等来描述地震相类型，进行地震相解释。针对靖海凹陷古近系文昌组（TgT80）和恩平组（T80T70）地层，共识别出4种地震相类型（见图1）。（1）低频强振幅连续反射。从二维、三维地震剖面上看，低频强振幅连续反射在研究区分布范围较广且主要分布在文昌组地层中。该地震相一般由一组平行或互相近于平行的地震反射同相轴构成，其外部几何形态为席状。该地震相反映了在一个沉积区域内相对稳定的、沉积水动力能量中等偏低的沉积相组合，一般代表盆地中央均匀沉积作用。（2）低频弱振幅连续至空白反射。从二维、三维地震剖面上看，低频弱振幅连续至空白反射分布范围也较广，但分布层段主要集中在恩平组地层中。该地震相通常由一组平行或亚平行的地震反射同相轴构成，其外部几何形态多为席状，其地震同相轴以低频弱振幅连续反射为主，局部见空白反射。该地震相反映了沉积环境相对稳定、沉积水动力能量偏低，以泥岩与粉砂质泥岩沉积为主。（3）“S”型前积反射。前积反射通常是三角洲体系向盆地方向迁移的地震响应。该地震相由一组向同一方向倾斜的同相轴构成，与上覆和下伏的平坦同相轴呈角度或者切线相交，振幅一般为中等，连续性为中等或差，在地震剖面上易于识别。根据倾斜同相轴的形态、相互之间的关系以及倾斜同相轴与其上、下层的相交关系，可将前积地震相分为“S”型前积、斜交前积、复合前积和叠瓦状前积4种类型。在研究区，古近系文昌组和恩平组地层都见到前积反射，多表现为“S”型前积，且主要分布在靖海主洼西侧的缓坡及靖海东低凸起上。第30卷 第4期 2023年8月 刘贤来 等：南海超深水区靖海凹陷沉积特征及烃源岩潜力预测 25 图1 靖海凹陷文昌组、恩平组地震相类型 Fig.1 Seismic facies types of Wenchang formation and Enping formation in Jinghai depression （4）楔形杂乱前积反射。该地震相一般指示高能的沉积环境，多为近岸水下扇或扇三角洲沉积，发育在盆地边界靠陡坡断裂一侧的下降盘。楔形杂乱前积地震相具有楔状地震反射外形及杂乱的内部反射结构，其地震同相轴的连续性向凹陷中心方向变好，反映出由物源向凹陷中心方向沉积速率变小、沉积物粒度变细的特点。从二维、三维地震剖面上看，楔形杂乱前积反射在凹陷文昌组和恩平组地层都有分布，分布面积广泛，且呈多期叠置的特征。在研究区，楔形杂乱前积地震相主要分布在靖海主洼和靖海南洼两侧陡坡上。2.2 地震相平面分布特征 在古近系文昌组沉积时期，低频强振幅连续反射占据了靖海主洼和靖海南洼的大部分区域，而在靖海主洼和靖海南洼的两侧，则分布楔形杂乱前积反射和“S”型前积反射2类地震相。“S”型前积反射主要分布在靖海主洼北部的西侧，这可能与西侧的坡度小、地势相对平缓有关；楔形杂乱前积反射则分布在靖海主洼北部的东侧、靖海主洼南部及靖海南洼东西两侧的陡坡带上。楔形杂乱前积反射规模明显大于“S”型前积反射，且沿洼陷两侧的陡坡带依次间隔分布。在古近系恩平组沉积时期，凹陷的大部分地区被低频弱振幅连续反射覆盖，局部地区见空白反射。“S”型前积反射分布在靖海主洼北部的西侧缓坡和靖海东低凸起上，其中，靖海主洼北部的西侧缓坡上分布规模明显比文昌组时期增加，同时靖海东低凸起上首次出现低频弱振幅连续至空白反射地震相。楔形杂乱前积反射分布在靖海主洼北部的东侧、靖海主洼南部和靖海南洼东西两侧的陡坡带上，同时，靖海东低凸起靠近南洼的一侧也有分布。恩平组时期，楔形杂乱前积反射分布的位置出现变化，分布规模也明显增大（见图2）。Vol.30 No.4 Aug.,2023 26 世界石油工业World Petroleum IndustryG地质勘探 Geology Exploration 图2 靖海凹陷文昌组、恩平组地震相平面图 Fig.2 Seismic facies plan of Wenchang formation and Enping formation in Jinghai Depression 3 沉积相转换及古近系沉积充填特征 3.1 地震相向沉积相转换 靖海凹陷尚无钻井，目前阶段为勘探初期，因此，本文主要根据地震相分析原理，古近系区域古地理背景，以及类比周边成熟凹陷（白云凹陷）的地震相特征3-5（见图3），将地震相转换为沉积相，恢复凹陷古近系时期的沉积环境。研究发现，古近系沉积时期，靖海凹陷可能为封闭或半封闭的海湾相沉积。对比周边白云凹陷地震相特征，靖海凹陷文昌期低频强振幅连续反射和恩平期低频弱振幅连续至空白反射分别类似于白云凹陷的深湖与浅湖，可能为海湾泥岩沉积；楔形杂乱前积反射为洼陷陡坡带带扇三角洲沉积；“S”型前积反射为洼陷缓坡带辫状河三角洲沉积。图3 白云凹陷地震相类型及其对应沉积相 Fig.3 Seismic facies types and corresponding sedimentary facies in Baiyun depression 第30卷 第4期 2023年8月 刘贤来 等：南海超深水区靖海凹陷沉积特征及烃源岩潜力预测 27 3.2 古近系沉积充填特征 靖海凹陷古近系沉积时期，总体沉积环境是半封闭海湾或封闭海湾。具体而言，文昌组时期，靖海主洼为半封闭海湾，靖海南洼为封闭海湾；恩平组时期，靖海主洼与靖海南洼为互相连通的半封闭海湾（见图4）。3.2.1 文昌组沉积充填特征 文昌组沉积时期，靖海主洼为三面连接陆地，一面与海相通的半封闭海湾，其北面为东沙隆起，南面为靖海凸起，西面为兴靖低凸起（兴宁凹陷与靖海凹陷之间的低凸起），东面为古南海，类似现在的墨西哥湾或渤海湾；靖海南洼为封闭海湾，可能是通过靖海凸起或靖海东低凸起上的峡谷水道与古南海连通，类似现在的地中海或黑海。靖海主洼南部与北部陡坡带发育规模不等的数个扇三角洲，分别由东沙隆起和靖海凸起供给的粗碎屑物质近距离搬运进入海湾而成；靖海主洼北部的西侧发育一个规模较大的辫状河三角洲，可能与西侧的坡度小，地势平缓有关。靖海南洼短轴方向上两侧的陡坡带也发育数个扇三角洲，但规模明显比靖海主洼的扇三角洲规模小。3.2.2 恩平组沉积充填特征 恩平组沉积时期，靖海主洼仍为半封闭海湾，其沉积类型与文昌组一致，主要有海湾泥岩、扇三角洲和辫状河三角洲。但与文昌组时期相比，扇三角洲和辫状河三角洲发育的规模明显增大，而发育的位置则具有一定的继承性和迁移性。具体而言，在靖海主洼北部，东西两侧发育的扇三角洲和辫状河三角洲的位置没有变化，但规模增加数倍；而在靖海主洼南部，扇三角洲的数量明显减少，且发育的位置发生迁移。同时，靖海东凸起完全被海水淹没，靖海南洼与古南海连通，此时沉积环境变为半封闭海湾沉积环境。靖海南洼沉积范围进一步扩大，并且洼陷两侧陡坡带上的扇三角洲规模也明显增大。靖海东凸起两侧也见有扇三角洲和辫状河三角洲沉积。图4 靖海凹陷文昌组、恩平组沉积相平面图 Fig.4 Plan of sedimentary facies of Wenchang formation and Enping formation in Jinghai depression 4 烃源岩潜力预测 靖海凹陷古近系发育海湾相沉积，新近系为浅海陆棚-深海沉积。靖海凹陷烃源岩有3套，分别为古近系文昌组、恩平组的海湾泥岩烃源岩，以及新近系珠海组的浅海泥岩烃源岩。初步认为文昌组、恩平组烃源岩类型为主力烃源岩，珠海组烃源岩为次要烃源岩。目前，靖海凹陷没有钻井资料，因此，无法直接判别烃源岩的有机质类型和丰度，主要是通过类比法，判断烃源岩的有机质成熟度、生烃规模及估算凹陷的远景资源量。Vol.30 No.4 Aug.,2023 28 世界石油工业World Petroleum IndustryG地质勘探 Geology Exploration 洋陆转换带研究成果揭示6-7，靖海凹陷和周边的荔湾凹陷均位于陆缘结构单元中的细颈化带或远端带，具有相同的岩石圈背景和大地热流值，因此，靖海凹陷可以类比借鉴荔湾凹陷的模拟结果。荔湾凹陷生烃模拟显示（见图5），当埋深达到2 200 m时，镜质体反射率达到0.7%，烃源岩成熟，进入生烃期；当埋深达到3 200 m时，RO达到1.3%，进入生油高峰期；当埋深达到3 900 m时，RO达到2.0%，进入干气阶段。通过计算靖海凹陷古近系厚度（见图6），可以发现靖海主洼和靖海南洼已达生烃门限，靖海主洼和靖海南洼成熟烃源岩面积可达4 200 km2和450 km2，其中进入生油高峰期的烃源岩面积为1 560 km2和60 km2。靖海凹陷烃源岩规模大，同时，借鉴国内外海湾泥岩有机质类型和TOC8-9，初步估算靖海凹陷的油气远景资源量为11.87108 t油当量，勘探潜力巨大。图5 荔湾凹陷有机质热演化过程模拟图 Fig.5 Simulation of organic matter thermal evolution in Liwan Sag 图6 靖海凹陷古近系(T70Tg)厚度图 Fig.6 Paleogene thickness map of Jinghai Sag 5 结论 （1）利用地震反射内部结构、外部几何形态及地震反射同相轴的振幅、频率、连续性等，在靖海凹陷古近系共识别出4种主要的地震相类型：低频强振幅连续反射、低频弱振幅连续至空白反射、楔形杂乱前积反射、“S”型前积反射。（2）根据地震相分析原理，古近系区域古地理背景，以及类比周边成熟凹陷地震相特征，将地震相转换为沉积相。低频强振幅连续反射和低频弱振幅连续至空白反射为海湾泥岩沉积、楔形杂乱反射为为扇三角洲沉积、“S”型前积反射为辫状河三角洲沉积。（3）综合凹陷沉积充填史研究表明，古近系沉积时期，靖海凹陷总体沉积环境为半封闭海湾或封闭海湾。沉积类型主要有海湾泥岩、陡坡带的扇三角洲和缓坡带的辫状河三角洲。（4）文昌组、恩平组的海湾泥岩是靖海凹陷主要的烃源岩。初步评价烃源岩已进人成熟期，生烃规模大，同时估算油气远景资源量为11.87108 t油当量，勘探前景大。参考文献：1 汪瑞良,董马超,蒲仁海,等.珠江口盆地靖海凹陷火成岩发育特征及其地质意义J.海洋地质与第四纪地质,第30卷 第4期 2023年8月 刘贤来 等：南海超深水区靖海凹陷沉积特征及烃源岩潜力预测 29 2018,38(2):96-105 WANG R L,DONG M C,PU R H,et al.Igneous rocks in Jinghai Sag,Pearl River Mouth Basin and their geological significancJ.Marine Geology and Quaternary Geology,2018,38(2):96-105.2 张江阳,孙珍,张素芳.珠江口盆地潮汕拗陷中生代构造变形分析J.热带海洋学报,2014,33(5):41-49.ZHANG J Y,SUN Z,ZHANG S F.Analysis of Mesozoic tectonic deformation in the Chaoshan depression of Pearl River Mouth BasinJ.Journal of Tropical Oceanography,2014,33(5):41-49.3 李成海,王家豪,柳保军,等.珠江口盆地白云凹陷古近系沉积相类型J.沉积学报,2014,32(6):1162-1170.LI C H,WANG J H,LIU B J,et al.Types and distribution of the Paleogene sedimentary facies in Baiyun depression of Pearl River Mouth BasinJ.Acta Sedimentologica Sinica,2014,32(6):1162-1170 4 罗泉源,王家豪,柳保军,等.白云凹陷东部古近系层序格架及结构模式J.科学技术与工程,2017,17(22):1671-1815.LUO Q Y,WANG J H,LIU B J,et al.Sequence stratigraphic framework and sequence textures pattern of the paleogene in the Eastern Baiyun Sag,the South China SeaJ.Science Technology and Engineering,2017,17(22):1671-1815.5 郭伟,徐国强,柳保军,等.珠江口盆地白云凹陷文昌组构 造 沉 积 响 应 关 系 J.地 球 科 学,2022,47(7):1560-1582.GUO W,XU G Q,LIU B J,et al.Tectonic-sedimentary response relationship of Wenchang formation in Baiyun Sag,Pearl River Mouth BasinJ.Earth Science,2022,47(7):1560-1582.6 任建业,庞雄,雷超,等.被动陆缘洋陆转换带和岩石圈伸展破裂过程分析及其对南海陆缘深水盆地研究的启示J.地学前缘,2015,22(1):102-114.REN J Y,PANG X,LEI C,et al.Ocean and continent transition in passive continental margins and analysis of lit hosp heric extension and breakup process:Implication for research of the deepwater basins in the continental margins of South China SeaJ.Earth Science Frontiers,2015,22(1):102-114.7 庞雄,郑金云,梅廉夫,等.先存俯冲陆缘背景下南海北部陆缘断陷特征及成因J.石油勘探与开发,2021,48(5):1069-1080.PANG X,ZHENG J Y,MEI L F,et al.Characteristics and genesis of continental margin fault depression in the northern South China Sea under the background of pre-existing subduction continental marginJ.Petroleum Exploration and Development,2021,48(5):1069-1080.8 魏恒飞,陈践发,陈晓东,等.西湖凹陷平湖组滨海型煤系烃源岩发育环境及其控制因素J.中国地质,2013,40(2):487-497.WEI H F,CHEN J F,CHEN X D,et al.The controlling factors and sedimentary environment for developing coastal coal-bearing source rock of Pinghu formation in Xihu depressionJ.Geology in China,2013,40(2):487-497.9 王嘹亮,刘振湖,吴进民,等.万安盆地沉积发育史及其与油气生储盖层的关系J.中国海上油气,1996,10(3):144-152.WANG L L,LIU Z H,WU J M,et al.Depositional history and its relationship to hydrpcarbon of Wanan basinJ.China Offshore Oil and Gas,1996,10(3):144-152.（编辑:李丽君）