珠江口盆地白云深水区沉积充填演化及控制因素分析_柳保军

第23卷 第1期2011年2月中国海上油气CHIN A OF FSH OR E O IL A ND G A SV ol.23 N o.1Feb.2011*国家自然科学基金重点项目(40238060)和国家科技重大专项2008ZX 05025-03、2008ZX 05056-01资助。

第一作者简介:柳保军,男,工程师,2004年毕业于中国地质大学(武汉),现主要从事石油勘探研究。

地址:广州市海珠区江南大道中168号海洋石油大厦研究院(邮编:510240)。

E -mail:liu bj 2@ 。

珠江口盆地白云深水区沉积充填演化及控制因素分析*柳保军 庞 雄 颜承志 连世勇 刘 军 何 敏 申 俊 韩晋阳 李元平(中海石油(中国)有限公司深圳分公司)摘 要 白云深水区在新生代经历了裂谷断陷、断拗、热沉降拗陷等构造演化阶段,相应发育了裂谷断陷期文昌组多个半地堑陆相河湖沉积,断拗期恩平组大型湖盆沉积、从断拗向热沉降拗陷过渡的珠海组海相浅水陆架-陆坡深水沉积,以及2318Ma 之后的热沉降拗陷期海相陆坡内盆地深水沉积,形成了独特的多个盆地叠置的沉积充填模式和断陷-断坳-坳陷的三层盆地结构,从而在时间和空间上构成了有利的生储盖组合条件。

构造演化、古地理、物源供给条件和相对海平面变化等多种因素控制了白云深水区的沉积充填演化;发生于2318~2110M a 的白云运动,是白云深水区裂后海相沉积充填的主控因素,使得古珠江的物源体系和陆架坡折带发生迁移,形成了珠海组海退进积型与珠江组)韩江组海侵加积型层序组合,这两个层序组合均发育大规模深水扇砂岩。

关键词 珠江口盆地 白云深水区 沉积充填演化 控制因素 珠江口盆地白云深水区位于南海北部大陆边缘陆坡区(图1),主体为白云凹陷。

由于白云深水区处于减薄的过渡地壳上[1-6],凹陷结构和沉积充填演化具有特殊性。

长电缆地震剖面、古地磁资料和物理模拟揭示,白云凹陷经历了与珠一坳陷不同的构造演化[7-16]。

白云凹陷在中生代处于弧前盆地位置,为古特提斯的一部分[2,6],其东北部东沙隆起钻井已证实珠江口盆地南侧发育了中生代海相砂泥沉积,部分图1 白云深水区区域构造位置图钻井也揭示了火成岩基底的存在,因此白云凹陷发育中生代裂前海相沉积岩与伴随的岩浆岩构成的基底。

分析认为,白云凹陷经历了新生代断陷、断拗、热沉降拗陷及断块升降等构造演化阶段[2,8],相应发育了陆相断陷湖盆沉积、大型断坳湖盆沉积、海陆过渡相浅海三角洲沉积以及陆架陆坡海相深水沉积,形成了其独特的三层结构以及时间和空间上良好的生储盖组合条件。

笔者应用钻井、地球物理、古生物等资料并结合构造演化阶段,把白云深水区沉积充填序列从老到新分为断陷期文昌组河湖沉积、断拗期恩平组大型湖相沉积、过渡期浅海陆架三角洲-陆坡深水沉积和拗陷期陆坡深水沉积等4套层序组合,详细分析其充填演化特征和沉积背景,旨在从时间和空间上进一步明确白云深水区生储盖组合条件,从而为该地区成藏条件的综合评价提供依据。

1 沉积充填演化分析111 断陷期文昌组河湖相沉积充填根据白云凹陷地震相-沉积相解释并与珠一坳陷进行对比,发现白云深水区也发育与珠一坳陷T 70、T g 界面之间的大规模区域不整合界面T 80,对20中国海上油气2011年应珠琼二幕构造事件,T80界面以下地层中二级断裂构造带将NE) SW走向的白云凹陷分割成多个半地堑、宽地堑[9],而T80界面以上地层则是统一的凹陷范围整体沉积,这说明白云凹陷沉积了规模巨大的文昌组陆相断陷湖盆沉积。

近年对白云凹陷北坡天然气区的有机地化、流体包裹体、古油藏等综合分析表明,虽然番禺地区以天然气充注为主,但早期存在来自文昌组的石油充注[2]。

文昌组沉积时期,白云凹陷沉积明显受到断裂作用控制,凹陷被多组正向和反向断裂分割成西南区多个半地堑、中部宽地堑和东北部多个半地堑,由此组成了若干洼陷(图2、3)。

这些半地堑、宽地堑的形成演化受拉张强度控制,成为白云深水区的主要沉积单元,总面积超过13700km2,最大沉积厚度大于5000m。

通过全区的地震连片解释,文昌组地震相可分为3部分:下部地震反射较杂乱,可能是在始新世张裂初期高能环境下的充填沉积,包括粗粒、分选差、快速堆积的河流相及洪积冲积相;中部地震反射为中)强振幅、连续、平行、低频特征,可以和珠一坳陷陆丰13洼中深湖相泥岩的地震相类比,可能反映低能中深湖环境下砂泥互层的沉积特征;上部地震反射为弱振幅、连续、平行特征,可能反映晚期断裂作用减弱和半地堑中水体较小的浅湖相沉积。

同时,在二级控凹断裂带下降盘靠近边界断层的部位基底沉降最深、沉积最厚,发育丘形、杂乱、中)弱振幅、连续性差的扇三角洲沉积楔状反射(图2),至洼陷的中央部位表现为近连续、平行、强振幅反射,反映靠近边界断层部位冲积扇或扇三角洲向洼陷中央迅速过渡为半深湖、深湖相沉积的特征;而远离边界断层的缓坡上倾方向基底逐渐抬高,沉积减薄并依次超覆在隆起上,揭示该时期沉积充填明显受半地堑边界断层的控制。

112断拗期恩平组大型湖盆沉积充填晚始新世,珠江口盆地发生珠琼二幕运动,进一步张裂导致地壳减薄、塑性增加,使得白云凹陷在发生断裂活动的同时产生不均衡性沉降,凹陷范围大大扩展,凹陷沉积面积达20000km2,最大沉积厚度为3500m,沉积速率达270m/M a,基本上结束了文昌组沉积时/断陷分隔0的现象,成为统一的大断坳湖盆,成为珠江口盆地的沉积和沉降中心。

白云凹陷北部缓坡区钻遇恩平组的井有PY27-2-1、PY28-2-1、PY33-1-1、KP6-1-1和BY7-1-1等,第23卷第1期柳保军等:珠江口盆地白云深水区沉积充填演化及控制因素分析21普遍为河流平原、泛滥平原煤系地层和滨浅湖相沉积,同时在反映凹陷内沉积的地震剖面上识别出大规模的前积斜层或/S0型反射,并从凹陷西北坡向凹陷中心推进(图4a),基本覆盖了白云凹陷主洼大部分地区。

由此可见,恩平组沉积期沉积物主要来自西北面的番禺低隆起,早期具前积反射的三角洲发育在凹陷西侧,而位于三角洲前方的凹陷主体区应为湖相沉积环境,并随着三角洲向凹陷中心区的推进,湖相沉积环境逐渐演变为三角洲相至河流相。

此外,多套三角洲前积反射亦揭示了多个次级张裂期形成的拉张-沉降-沉积的多个沉积充填旋回。

从PY33-1-1井恩平组岩性变化可明显看出上述演化过程。

该井恩平组下部4700~5103m为厚层砂岩和含砾砂岩,沉积环境为高能冲积平原上的低曲度辫状河;而恩平组上部4200~4700m段为一明显的向上变细层序,泥岩含量可达50%,沉积从图5所示的白云凹陷NW)SE向地震剖面解释图来看,地震反射结构由近平行、弱连续、中)强振幅、低频反射逐渐过渡到复合S斜交型前积反射,体现了三角洲沉积体系逐步向海推进的演化过程。

层序地层研究表明,白云凹陷珠海组可分为6个三级层序(ZH SQ3)ZH SQ6)。

初期发育的2个层序(ZH SQ1)ZH SQ2)无明显的陆架坡折,以区域海侵形成的上超沉积充填为主,在凹陷中部T70之上可见到一定规模的三角洲前积体(图4a),多为向上变细的正旋回组合;受周边局部隆起影响,此时期主要为局限海湾环境,仅在南部隆起带中段与海相通。

白云凹陷以南的荔湾凹陷区在珠海组沉积中)晚期发生强烈沉降(最大海泛期约2815 M a[2]),使白云凹陷区开始发育陆架坡折带,逐渐由局限海湾演化为大陆边缘型盆地,并接受深水陆坡沉积,凹陷周边各井普遍钻遇一套稳定的泥质沉环境为曲流河和低地沼泽[2,7]。

113过渡期珠海组浅海陆架三角洲-陆坡深水沉积充填渐新世早期的南海运动(T70)结束了盆地张裂期,珠江口盆地开始接受海相沉积。

晚渐新世珠海组沉积期为盆地从张裂断陷期向拗陷期转化的过渡阶段,发育了一套海陆过渡相到浅海陆架相-陆坡深水沉积体系。

在白云凹陷,珠海组顶界面(T60)和底界面(T70)均为不整合面(和或沉积转换面),代表白云凹陷经历了2次较大规模的构造运动及沉积体系域的变化,为重要的沉积-构造转换面[2,14-16]。

白云凹陷北部PY33-1-1、KP6-1-1和BY7-1-1等井钻遇的珠海组主要为高位三角洲平原-河流相-前缘砂储层,具有砂岩单层厚度大、砂泥岩互层的特点,砂岩百分含量50%~80%;自然伽马曲线多呈漏斗状,反映粒度向上变粗,这与地震剖面的前积反射结构相对应(图4b)。

22中国海上油气2011年积;同时,古珠江水系沉积物供给充足,三角洲强烈进积,在相对海平面周期性升降的影响下发育具有陆架坡折、峡谷水道的I型三级层序边界(ZH SB3),导致ZH SQ3)ZH SQ6等4个层序形成海退型进积层序组合,以三角洲前缘为主的陆架坡折带也由北西向东南方向迁移,到达了南部隆起带附近,并在各层序坡折下方发育了一定规模的深水扇,末期(2318 Ma左右)在陆架坡折的东南侧荔湾凹陷区发育一大型的深水盆底扇复合体(图5)。

总之,珠海组可能经历了2个沉积演化阶段,初期受古隆起控制发育局限海湾)浅海沉积体系,而中)晚期受海退型陆架边缘坡折带控制发育被动大陆边缘三角洲-陆坡半深海及深水扇沉积充填组合。

114拗陷期珠江组)韩江组陆坡深水沉积充填白云运动(2318M a的重要事件)使得曾经是弧前盆地和断坳盆地软弱带的白云地区深部地幔上隆并再度产生沉降[15],由渐新世晚期的浅海陆架环境演变成为中新世以来的陆坡深水环境。

ODP1148钻孔资料以及白云凹陷周边PY33-1-1井的地球化学元素和古生物资料分析表明,在2318M a界面(T60)上下所有的测试数据曲线都发生了转折[2,14-16],再结合地球物理资料对比追踪,逐步认识到该界面为一重大事件面,并在白云凹陷产生强烈沉降,使沉积作用发生重大变化;2318M a以后,南海大规模的海侵开始,相对海平面开始上升,陆架坡折带由南部隆起带附近向北跃迁;2110Ma 以来陆架坡折带稳定在白云凹陷北坡,白云凹陷成为稳定陆坡深水环境。

分析认为,强烈的热沉降导致白云凹陷成为一个大的统一的坳陷区,深水沉积物基本上被限制在凹陷之内,这是白云凹陷沉积速率比周边高出许多并一直维持深水环境的重要原因。

2318M a以来白云凹陷的沉降演化存在阶段性:2318~1615M a沉降强度不大;1515~1015M a沉降强烈,沉降对沉积有明显的控制作用。

经过系统的层序地层学研究[1-4,8-10,15],在2318 ~1015M a的珠江组)韩江组中共划分出7个三级层序(图5),并在白云凹陷识别出各层序低位体系域的大型盆底扇和斜坡扇等沉积体,具有强烈下切特征的峡谷水道主要发育在凹陷的北缘和西部断裂发育区,其侵蚀特征和峡谷沉积充填方式呈现出明显的差异性:北缘发育的水道具有强烈的削截深切(可达100~200m s)、侧向迁移和垂向叠加,以及从/V0谷向/U0谷变化的特点;西部断裂区发育的水道则表现为侵蚀强度不大、峡谷发育宽缓、分布面积广的特征。