唐 武

(中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

多年的研究表明，南海北康盆地油氣地質(zhì)條件極為復(fù)雜[1-8]，大型儲(chǔ)集體及優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布規(guī)律尚未明確。南海北部深水區(qū)多年的勘探實(shí)踐表明，大型儲(chǔ)集體的分布規(guī)律不僅影響著油氣勘探方向，還是決定深水油氣勘探成敗的關(guān)鍵因素之一[9-12]。本文基于工區(qū)鉆井、測(cè)井及區(qū)域二維地震資料，從南海擴(kuò)張及南沙地塊構(gòu)造演化角度入手，重點(diǎn)探討北康盆地新生代重要不整合界面特征以及南海擴(kuò)張對(duì)北康盆地演化與沉積體系演化的控制作用，旨在明確該區(qū)沉積特征及有利儲(chǔ)集體分布特征，為該盆地油氣勘探戰(zhàn)略選區(qū)提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

新生代，南海受歐亞、印-澳、菲律賓-太平洋三大板塊的控制，區(qū)域動(dòng)力學(xué)整體表現(xiàn) “北張南壓、東擠西滑、南沙裂離”的特點(diǎn)[13]，具有復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史。其中,漸新世以前南沙地塊位于華南陸塊的南緣[5]；晚漸新世—早中新世，隨著古南海的俯沖及新南海的擴(kuò)張[14-15]，南沙地塊逐漸與華南大陸分離而向南漂移，且呈“剪刀狀”逐步與加里曼丹地塊匯聚碰撞[8]；中中新世以后，南海擴(kuò)張終止，南沙地塊處于現(xiàn)今位置，進(jìn)入穩(wěn)定沉降階段。

北康盆地為發(fā)育于南海西南海域的新生代沉積盆地，位于南沙地塊西南緣，其形成與南海擴(kuò)張及其伴隨的南沙地塊裂離、漂移、匯聚和碰撞等作用密切相關(guān)。北康盆地為一大型含油氣盆地，面積約6.4×104km2，主體水深200～2 000 m，新生界最大沉積厚度約11 000 m。依據(jù)重磁及斷層發(fā)育特征，該盆地可劃分為3個(gè)隆起(中部隆起、東北隆起、東部隆起)、3個(gè)坳陷(西部坳陷、東北部坳陷、東南坳陷)，共6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。盆地基底主體奠基于火成巖體之上，部分基底為前新生代變質(zhì)巖，新生代發(fā)育始新統(tǒng)—第四系[1]。

圖1 北康盆地構(gòu)造區(qū)劃

2 新生代重要不整合界面特征

與典型的大洋、邊緣海不同，南海經(jīng)歷了完整的洋中脊打開(kāi)-閉合旋回[7]，導(dǎo)致南沙地塊自65 Ma以來(lái)經(jīng)歷了漂移前、漂移、碰撞及漂移后期等構(gòu)造演化階段。而世界上眾多被動(dòng)大陸邊緣目前仍處于漂移階段，不發(fā)育碰撞及漂移后期層序，很顯然典型被動(dòng)陸緣盆地以破裂不整合進(jìn)行盆地階段劃分的方法并不十分適用于南沙地塊或北康盆地。因此，在北康盆地尋找與南海擴(kuò)張相對(duì)應(yīng)的有重要地質(zhì)意義的不整合界面對(duì)于劃分盆地演化階段、闡明沉積演化規(guī)律十分必要。

南沙地塊演化過(guò)程中經(jīng)歷了諸多構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，如禮樂(lè)運(yùn)動(dòng)、西衛(wèi)運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)等[16]，并形成了一系列的不整合界面(圖2)。然而，這些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)在不同盆地中具有差異性[17]，并非所有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及形成的不整合界面對(duì)北康盆地的形成及演化均有控制作用，研究發(fā)現(xiàn)其中有3期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(禮樂(lè)運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、南沙運(yùn)動(dòng))以及4個(gè)不整合界面對(duì)北康盆地的構(gòu)造演化及沉積充填具有重要的控制作用(圖2、3)。

圖2 北康盆地地層及構(gòu)造-沉積演化(據(jù)文獻(xiàn)[17]修改)

圖3 北康盆地主要不整合界面地震反射特征(剖面位置見(jiàn)圖1)

2.1 裂開(kāi)不整合面(T100)

白堊紀(jì)末，由于太平洋板塊俯沖方向和速率的改變導(dǎo)致區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)由擠壓轉(zhuǎn)為拉張[18]，南海北部發(fā)生神狐運(yùn)動(dòng)，南部發(fā)生禮樂(lè)運(yùn)動(dòng)[16]。研究區(qū)T100界面響應(yīng)于禮樂(lè)運(yùn)動(dòng)，為裂開(kāi)不整合，標(biāo)志大陸開(kāi)始解體。該界面在南海中南部諸盆地是一個(gè)公認(rèn)的重大構(gòu)造轉(zhuǎn)換面，區(qū)內(nèi)地震上響應(yīng)于中—強(qiáng)振幅、中連續(xù)性反射。該界面之下為雜亂反射(圖3)，代表盆地基底；之上層狀反射結(jié)構(gòu)清晰，為沉積地層響應(yīng)。

2.2 破裂不整合面(T70)

前人關(guān)于南海擴(kuò)張的成因看法不一[19]，但是對(duì)南海擴(kuò)張的時(shí)間卻爭(zhēng)議不大，大多數(shù)學(xué)者贊同Briais等[15]通過(guò)南海磁異常條帶分析所提出的南海洋中脊在32 Ma打開(kāi)的觀點(diǎn)，而2014年IODP349航次大洋鉆探取心的測(cè)年結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)南海擴(kuò)張的時(shí)間為16～32 Ma[20]，具有東早西晚的特點(diǎn)，且在23Ma左右擴(kuò)張脊由東部次海盆躍遷到西南次海盆。南海的打開(kāi)導(dǎo)致區(qū)域性拉張應(yīng)力在洋中脊處釋放，同時(shí)受洋中脊側(cè)向擴(kuò)張力的影響造成區(qū)域性隆升，形成了一個(gè)重要的區(qū)域不整合界面，即破裂不整合，在研究區(qū)對(duì)應(yīng)于T70界面，地震上響應(yīng)于中強(qiáng)振幅、中高連續(xù)地震反射，下部可見(jiàn)明顯削截特征(圖3)。該界面形成之后南沙地塊進(jìn)入漂移期，碳酸鹽巖臺(tái)地開(kāi)始逐漸發(fā)育。

2.3 碰撞不整合面(T50)

T50不整合面為全區(qū)最重要的不整合面，響應(yīng)于南沙運(yùn)動(dòng)，為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用的結(jié)果。該界面地震上響應(yīng)于中—強(qiáng)振幅、高連續(xù)地震反射，界面上下地層結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀、地震相特征發(fā)生突變：界面之下斷裂體系發(fā)育，地層發(fā)生不同程度變形和褶皺；之上地層未變形或輕微變形，斷裂不發(fā)育(圖3)。與曾母盆地、文萊-沙巴盆地的地震剖面[8,21-22]類(lèi)比可以發(fā)現(xiàn)，該界面在南沙西南海域各盆地具有相似的地震反射特征，充分體現(xiàn)了南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用這一重要構(gòu)造事件的重大影響。在區(qū)域構(gòu)造背景上，南沙運(yùn)動(dòng)標(biāo)志著南海海底擴(kuò)張終止[22]。鉆井證實(shí)該不整合形成于中中新世，與國(guó)外公司在南海南部深水區(qū)解釋的中中新世不整合(MMU)相當(dāng)[23]。

2.4 超覆不整合面(T40)

中中新世，南沙地塊與婆羅洲地塊的碰撞導(dǎo)致研究區(qū)大面積隆升剝蝕，盆地內(nèi)鉆井也證實(shí)局部缺失中中新統(tǒng)[24]。前人對(duì)該區(qū)9口虛擬井的模擬表明中中新世隆升剝蝕厚度巨大(最厚約2 600 m)[8]。雖然關(guān)于該區(qū)剝蝕持續(xù)的具體時(shí)間尚存在一定爭(zhēng)議[8,24-25]，但均認(rèn)為抬升剝蝕作用長(zhǎng)期存在，導(dǎo)致中中新統(tǒng)僅發(fā)育于局部低洼處，故中中新統(tǒng)頂界面T40僅局部可見(jiàn)，超覆于T50之上(圖3)，前人所公布的剖面也表明此特征[8,24]。該界面標(biāo)志著碰撞作用終止，隨后盆地整體進(jìn)入深水沉積環(huán)境。

3 沉積演化規(guī)律

通過(guò)上述主要不整合面成因分析，結(jié)合地層發(fā)育特征，以T50、T40為界將北康盆地新生代演化劃分為斷拗、轉(zhuǎn)換、拗陷等3個(gè)階段(圖2)。其中，斷拗期斷裂體系發(fā)育，地層厚度整體變化不大；轉(zhuǎn)換期地層厚度較薄，局部發(fā)育，超覆于下構(gòu)造層之上；而拗陷期斷裂活動(dòng)微弱，呈現(xiàn)均衡沉降作用(圖3)。雖然T70界面對(duì)應(yīng)于南海擴(kuò)張這一重大區(qū)域構(gòu)造事件，但當(dāng)時(shí)僅東部次海盆擴(kuò)張，尚未影響到研究區(qū)，故區(qū)內(nèi)該界面上下地層結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀并未發(fā)生明顯改變，僅表現(xiàn)為盆地?cái)噢制诓煌A段形成的界面，這也從另一個(gè)側(cè)面反映了南海擴(kuò)張東早西晚的特點(diǎn)。然而，從整個(gè)南沙地塊發(fā)育的角度而言，盆地?cái)噢蛛A段以T70為界可劃分為2幕，即斷拗I幕和II幕，分別與南沙地塊漂移前和漂移期相當(dāng)；而轉(zhuǎn)換階段對(duì)應(yīng)于碰撞期；拗陷階段與漂移后期相當(dāng)(圖2)。

3.1 斷拗期(T100—T50)

斷拗I幕，在古南海的俯沖及區(qū)域拉張應(yīng)力的作用下，盆地陸緣開(kāi)裂，形成一系列地塹-半地塹結(jié)構(gòu);該時(shí)期北康盆地物源主要來(lái)自于周緣隆起，三角洲、濱淺海沉積體系發(fā)育(圖4a),其中三角洲在地震上呈前積反射，在測(cè)井GR曲線上呈漏斗形，反映其不斷進(jìn)積的特點(diǎn)(圖5)。斷拗II幕，隨著南海擴(kuò)張及南沙地塊的漂移而發(fā)生海侵，盆地完全處于海相沉積環(huán)境，物源供給減少，三角洲規(guī)模減小，且隨著遠(yuǎn)離大陸物源供給，形成了清水環(huán)境，碳酸鹽巖臺(tái)地開(kāi)始發(fā)育(圖4b)；該時(shí)期碳酸鹽巖臺(tái)地主要發(fā)育灰?guī)r和泥灰?guī)r，在測(cè)井GR曲線上呈微齒化箱形，在地震上呈丘狀反射(圖6)。整個(gè)斷拗期內(nèi)濱淺海相相對(duì)富砂，在測(cè)井GR曲線上呈箱形或鐘形，在地震上呈波狀反射(圖5)。

圖4 北康盆地新生界沉積相

圖5 北康盆地?cái)噢制谒樾紟r典型井-震特征(剖面位置見(jiàn)圖1)

圖6 北康盆地碳酸鹽巖臺(tái)地典型井-震特征(據(jù)文獻(xiàn)[22]修改；剖面位置見(jiàn)圖1)

3.2 轉(zhuǎn)換期(T50—T40)

該時(shí)期由于南沙地塊與婆羅洲地塊的碰撞，導(dǎo)致盆地內(nèi)大面積隆升剝蝕，局部缺失中中新統(tǒng)[24]。同時(shí)，剝蝕區(qū)兩側(cè)發(fā)育多個(gè)短距離搬運(yùn)三角洲；隆起之上碳酸鹽巖臺(tái)地暴露于海平面之上，遭受剝蝕，發(fā)生白云巖化作用(圖4c)。盆地南部邊緣繼承早期沉積環(huán)境，碳酸鹽巖臺(tái)地繼續(xù)向上生長(zhǎng)(圖6)；而西部受擠壓作用的影響，與曾母盆地的康西坳陷相互連通，局部開(kāi)始出現(xiàn)深水沉積環(huán)境。

3.3 拗陷期(T40—現(xiàn)今)

該時(shí)期隨著構(gòu)造沉降速率加快，相對(duì)海平面迅速上升，盆地的沉積環(huán)境與前期相比已發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，除南部邊緣古隆起之上發(fā)育小規(guī)模碳酸鹽巖臺(tái)地、濱淺海沉積外(圖6)，盆地整體進(jìn)入深水沉積環(huán)境，海底扇、水道、塊體搬運(yùn)、披覆泥等深水沉積體系發(fā)育(圖4d)。其中，海底扇發(fā)育于陸坡之下，呈強(qiáng)振幅高連續(xù)平行—亞平行反射(圖7)，其物源主要來(lái)自西南部進(jìn)積的三角洲，是低位時(shí)期通過(guò)斜坡上的海底峽谷或水道將碎屑物質(zhì)輸送到盆底堆積而成；水道在盆地西部沿斜坡向下發(fā)育，地震上呈明顯的V形或U形反射，水道底部以砂質(zhì)充填為主，上覆塊體搬運(yùn)和披覆泥沉積，反映了后期重力流活動(dòng)持續(xù)減弱的特點(diǎn)(圖4)。而塊體搬運(yùn)沉積在地震上呈疊瓦狀逆沖反射，深水披覆泥則表現(xiàn)弱振幅平行—亞平行地震反射特征(圖7)。

圖7 北康盆地拗陷期深水沉積體系地震反射特征(剖面位置見(jiàn)圖1)

4 有利儲(chǔ)集體分布

南海北部多年勘探實(shí)踐表明，深水油氣勘探中烴源巖是基礎(chǔ)，大型儲(chǔ)集層是關(guān)鍵[9,11-12]。通過(guò)對(duì)北康盆地沉積演化的分析，可以發(fā)現(xiàn)其新生代總體表現(xiàn)為一個(gè)海侵的過(guò)程，沉積相類(lèi)型十分豐富，從三角洲、濱淺海、半深海—深海的海底扇、下切水道到碳酸鹽巖臺(tái)地，從碎屑巖沉積體到碳酸鹽沉積體均有發(fā)育，可以形成三角洲-濱淺海砂體、碳酸鹽巖臺(tái)地及深水重力流砂體等3類(lèi)有利儲(chǔ)層(圖4)，這3類(lèi)儲(chǔ)層也是目前世界上深水油氣勘探的重要目標(biāo)。然而，研究區(qū)不同類(lèi)型儲(chǔ)層分布規(guī)律的差異導(dǎo)致勘探方向有所不同。其中，斷拗期發(fā)育的三角洲、濱淺海相砂體廣泛分布，構(gòu)成了研究區(qū)內(nèi)的主力儲(chǔ)層，且目前已有一定的油氣發(fā)現(xiàn)[24]，可作為首選勘探目標(biāo)，應(yīng)沿著盆緣及盆內(nèi)大型隆起兩側(cè)尋找；斷拗晚期發(fā)育的碳酸鹽巖臺(tái)地經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換期碰撞隆升所引起的白云化作用而形成良好儲(chǔ)層，可作為重要勘探目標(biāo)，應(yīng)沿著構(gòu)造古隆起發(fā)育的方向在盆地中部及南部邊緣尋找大型碳酸鹽巖臺(tái)地；拗陷期盆地西部發(fā)育的大規(guī)模海底扇及下切水道可作為潛在勘探目標(biāo)，對(duì)其應(yīng)采取縱向勘探的思路，在盆地西部垂直于陸坡方向向下尋找有利勘探目標(biāo)。

5 結(jié)論

1) 北康盆地新生代發(fā)育4個(gè)重要的不整合面，其形成與南海擴(kuò)張及南沙地塊的演化密切相關(guān)。其中，裂開(kāi)不整合面(T100)與禮樂(lè)運(yùn)動(dòng)所引起的大陸開(kāi)裂相關(guān)；破裂不整合面(T70)標(biāo)志著南海洋中脊打開(kāi)，南沙地塊開(kāi)始漂移；碰撞不整合面(T50)響應(yīng)于南沙運(yùn)動(dòng)，為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用的結(jié)果；超覆不整合面(T40)對(duì)應(yīng)于碰撞作用終止期。

2) 北康盆地新生代經(jīng)歷了斷拗、轉(zhuǎn)換、拗陷等3個(gè)演化階段，其中斷拗期以T70為界可分為2幕，其中斷拗I幕主要發(fā)育三角洲、濱淺海沉積，斷拗II幕三角洲規(guī)模減小，碳酸鹽巖臺(tái)地開(kāi)始發(fā)育。轉(zhuǎn)換期盆地繼承早期沉積環(huán)境，而盆地內(nèi)部受碰撞作用影響隆升并遭受剝蝕，提供物源。拗陷期盆地整體進(jìn)入深水沉積環(huán)境，主要發(fā)育海底扇-水道-塊體搬運(yùn)-深水披覆泥的沉積組合。

3) 斷拗期發(fā)育的三角洲-濱淺海砂巖儲(chǔ)層是北康盆地首選的勘探目標(biāo)，應(yīng)沿著盆緣及盆內(nèi)大型隆起兩側(cè)尋找；斷拗晚期發(fā)育的碳酸鹽巖臺(tái)地儲(chǔ)層是北康盆地重要勘探目標(biāo)，應(yīng)沿著構(gòu)造古隆起發(fā)育的方向在盆地中部及南部邊緣尋找；而拗陷期的深水重力流砂體可作為北康盆地潛在勘探目標(biāo)，應(yīng)采取縱向勘探思路，在盆地西部垂直于陸坡方向向下尋找。

致謝：課題研究中得到了中海油研究總院有限責(zé)任公司勘探研究院趙志剛地質(zhì)總師、謝曉軍項(xiàng)目經(jīng)理、劉世翔項(xiàng)目經(jīng)理，以及宋雙、王一博、王龍等的大力支持與幫助，在此一并表示衷心感謝！

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