珠江口盆地西江南洼古近系構(gòu)造演化與沉積特征

代一丁

（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司）

珠江口盆地位于我國(guó)南海北部，是在加里東、海西、燕山期褶皺基底上形成的中、新生代含油氣盆地［1］，由北至南劃分為北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶［2-3］，北部坳陷帶可進(jìn)一步劃分為珠一和珠三坳陷，西江南洼是珠一坳陷西部一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的洼陷，屬于西江凹陷（圖1），面積約1 200km2。

西江南洼主要烴源巖古近系文昌組分布面積約700km2，已探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量超過億噸，是一個(gè)“小而肥”的富生烴洼陷。目前西江南洼勘探活動(dòng)主要集中在凹陷周邊的隆起區(qū)，已發(fā)現(xiàn)的油氣藏均為源外成藏，洼陷內(nèi)近源及烴源巖層系的勘探尚處于探索階段。據(jù)盆地模擬結(jié)果，西江南洼石油地質(zhì)資源量為5.3×108m3，探明儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)程度還較低，應(yīng)該有相當(dāng)一部分油氣是以自生自儲(chǔ)型的油氣藏保留于古近系烴源巖層系。近期于北部次洼及南部次洼斜坡鉆探的2口井，鉆遇了非常好的烴源巖，但都沒有鉆遇儲(chǔ)層，在這樣的情況下，對(duì)該區(qū)生烴層系文昌組儲(chǔ)層發(fā)育程度和分布規(guī)律的研究就成為了勘探必須面對(duì)的問題。

1 西江南洼古近紀(jì)文昌期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其演化史

西江南洼古近紀(jì)文昌期發(fā)生的構(gòu)造事件主要表現(xiàn)在地層剝蝕、沉積間斷、斷裂活動(dòng)和巖漿活動(dòng)等方面。通過對(duì)不整合面分布特征和構(gòu)造變形特征的分析，認(rèn)為西江南洼內(nèi)存在 Tg、T85、T83、T81、T80等5個(gè)具有不整合性質(zhì)的地震反射界面，其中Tg、T80界面屬于區(qū)域角度不整合界面，T85、T83、T81界面屬于局部不整合界面。西江南洼古近紀(jì)構(gòu)造演化可劃分為早裂谷期、晚裂谷期、熱沉降期3個(gè)時(shí)期（包括6個(gè)階段）；根據(jù)構(gòu)造變形樣式和局部不整合面的分布特征，其文昌期的構(gòu)造演化可劃分為初始斷陷、強(qiáng)烈斷陷、弱斷陷、斷陷萎縮4個(gè)階段（圖2）。

圖2 西江南洼構(gòu)造演化剖面圖（據(jù)代一丁、劉從印、吳建耀等，2012）

（1）初始斷陷階段 指文一段沉積時(shí)期，相當(dāng)于地震反射界面Tg和T85之間地層沉積時(shí)期，也相當(dāng)于珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕開始的時(shí)期；沉積充填主要為河流、沖積扇、扇三角洲等環(huán)境下形成的粗碎屑巖建造，控制沉積的斷層主要為NW—SE向拉張應(yīng)力作用下發(fā)育的NE向斷層和少量的伴生斷層。

（2）強(qiáng)烈斷陷階段 從文二段下亞段沉積開始到文二段上亞段沉積結(jié)束，相當(dāng)于地震反射界面T85和T83之間地層沉積時(shí)期，也相當(dāng)于珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕強(qiáng)烈活動(dòng)的時(shí)期；洼陷面積顯著增大，沉積充填轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿魅侵藓秃喘h(huán)境下形成的細(xì)碎屑巖建造，有大量巖漿順層侵入形成的巖床，為基性巖；斷層樣式以平面式、鏟式、坡-坪式為主，還發(fā)育階梯式、多米諾式、向心式等多種組合樣式。

（3）弱斷陷階段 從文三段下亞段沉積開始到文三段上亞段沉積結(jié)束，相當(dāng)于地震反射界面T83和T81之間地層沉積時(shí)期；控洼的邊界斷層持續(xù)活動(dòng)，但活動(dòng)強(qiáng)度減弱，盆地沉降減緩，沉積范圍變小，沉積物厚度減薄。

（4）斷陷萎縮階段 指文四段沉積時(shí)期，相當(dāng)于地震反射界面T80和T81之間地層沉積時(shí)期；沉積范圍明顯增大，以河流相沉積為主，地震反射特征表現(xiàn)為連續(xù)的弱反射特點(diǎn)；該時(shí)期構(gòu)造線走向已經(jīng)由早裂谷期的NE向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃N向伸展，形成的T81不整合界面與T80產(chǎn)狀一致但分布范圍較小，僅保留在文四段殘留厚度較大的洼陷區(qū)。因此認(rèn)為，文四段在演化過程中起到了承上啟下的作用，文四段沉積時(shí)期是早裂谷期過渡到晚裂谷期的重要轉(zhuǎn)換時(shí)期。

2 構(gòu)造活動(dòng)控制洼陷的演化和沉積

在文昌組發(fā)育時(shí)期，西江南洼總體上為受NE向邊界大斷層（1號(hào)斷層）控制走向NE且深而窄的長(zhǎng)條狀箕狀斷陷，依據(jù)主裂陷期文一段至文三段洼陷沉積充填、殘存厚度、古地貌特征以及構(gòu)造變形樣式組合特征，結(jié)合同沉積斷層的性質(zhì)和產(chǎn)狀特征等，將西江南洼文昌組沉積時(shí)期構(gòu)造單元?jiǎng)澐譃楸辈看瓮荨⒅胁孔儞Q帶、南部次洼、西北部次凸、西南部斜坡等5個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元（圖3）。斷陷盆地洼陷的規(guī)模（沉降幅度和寬度）與控凹邊界斷層的斷距、走向和拉張應(yīng)力的關(guān)系十分密切［4-7］。Morley［8］認(rèn)為：斜裂谷段的垂直斷距要比垂直拉伸方向的裂谷段小，一般斜拉伸方向成40°～50°時(shí)，其沉降（垂直斷距）要比純拉伸的情況減小20%。西江南洼文昌組沉積時(shí)期由早期NW—SE向拉伸轉(zhuǎn)化為晚期NNW—SSE向拉伸對(duì)洼陷的演化與沉積有著重要的控制作用。在珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕的影響和控制下，文一段至文二段沉積時(shí)期NW—SE向張應(yīng)力拉伸形成了NE向的張性正斷層1號(hào)斷層，洼陷開始發(fā)生裂陷并迅速進(jìn)入強(qiáng)烈裂陷時(shí)期，洼陷范圍內(nèi)均發(fā)育了文一段和文二段地層，沉積與沉降中心在北部次洼，其最大沉積厚度分別為450m和1 500m。文三段沉積時(shí)期因區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)開始由早期的NW—SE向向晚期的NNW—SSE向過渡，由前期的垂直拉伸漸變?yōu)樾崩?，洼陷沉降變?nèi)酰M(jìn)入弱裂陷時(shí)期，沉積與沉降中心南遷至中部變換帶，最大沉積厚度為700m。文四段沉積時(shí)期區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)已由早期的NW—SE向轉(zhuǎn)變?yōu)镹NW—SSE向，此時(shí)已到珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕末，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的拉伸強(qiáng)度大大減弱，再疊加上斜向拉伸的因素，洼陷的裂陷強(qiáng)度減小，進(jìn)入斷陷萎縮期，沉積與沉降中心遷移至南部次洼和西南斜坡帶，最大沉積厚度為800m（圖3～5）。

圖3 西江南洼文昌期構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨爸饕獢嗔逊植紙D

2.1 北部次洼

北部次洼位于西江南洼東北部，東側(cè)邊界斷層為1號(hào)斷層，西北側(cè)以64號(hào)斷層和3號(hào)斷層與西北部次凸分界（圖3、6）。次洼內(nèi)殘留地層有文一段、文二段、文三段和文四段，受珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕影響，文三段和文四段遭受不同程度的剝蝕，總剝蝕厚度達(dá)600m，局部文四段被剝蝕殆盡。

2.1.1 構(gòu)造特征

北部次洼是單斷凹陷，是在平衡式伸展活動(dòng)作用下形成的一個(gè)單斷斷槽式斷陷［9］，東斷西超、東陡西緩，在邊界斷層（1號(hào)斷層）的對(duì)面發(fā)育3條（2、62、64號(hào)斷層）相向而掉呈“多米諾式”組合的同生斷層（圖3）。

控洼邊界斷層（1號(hào)斷層）為下陡上緩的坡坪式斷層，斷面自上而下由陡變緩再變陡，表現(xiàn)為斷坡-斷坪-斷坡式組合；在文昌期，斷層下盤為前古近紀(jì)花崗巖基巖，斷層上盤為充填在花崗巖基底上的文昌組，在T84與T85反射層之間發(fā)育斷坡洼陷和滾動(dòng)背斜，地震反射層具有自背斜向向斜方向逐漸增厚的特點(diǎn)，體現(xiàn)了同沉積生長(zhǎng)地層特征；在背斜的上部因文昌組沉積末期（T80）剝蝕而使坡坪式結(jié)構(gòu)的整體受到破壞，同時(shí)使背斜和向斜的緊閉程度增大。斜坡上發(fā)育的2號(hào)、62號(hào)和64號(hào)一組斷裂，走向與斜坡的走向一致，斷層傾向與地層傾向相同，但與東側(cè)1號(hào)邊界主斷層傾向相反，它們是在平衡拉伸時(shí)于坡底產(chǎn)生的平衡斷層。2號(hào)斷層形成時(shí)間稍晚于1號(hào)邊界斷層，在文二段沉積時(shí)期活動(dòng)強(qiáng)烈，對(duì)文二段的沉積有很強(qiáng)的控制作用，它與1號(hào)斷層一起共同作用使北部次洼形成深斷槽，為烴源巖的發(fā)育創(chuàng)造了有利條件。在平衡式伸展活動(dòng)持續(xù)作用下，新產(chǎn)生的平衡調(diào)節(jié)斷層逐次向外推進(jìn)，形成時(shí)間也依次變新，62號(hào)和64號(hào)斷層就具有這樣的特征，但其活動(dòng)強(qiáng)度不大，對(duì)沉積的控制作用弱。

2.1.2 沉積特征

文昌組發(fā)育時(shí)期，區(qū)內(nèi)湖盆呈狹長(zhǎng)型，以低成熟度的陸源碎屑沉積為主，具相帶窄、東西分帶的特點(diǎn)。文一段沉積時(shí)期為初始斷陷期，以濱淺湖沉積為主，靠邊界斷層一側(cè)發(fā)育近岸水下扇和扇三角洲（圖4）。文二段沉積時(shí)期為強(qiáng)烈斷陷期和主成湖期，由于垂直拉伸的原因，洼陷斷陷深、范圍大，廣泛發(fā)育深湖—中深湖相沉積，在東側(cè)邊界斷層上盤發(fā)育垂向加積為主的近岸水下扇沉積，橫向推進(jìn)不遠(yuǎn)；在洼槽區(qū)以中深湖相泥巖沉積為主（圖4、5），發(fā)育了本區(qū)最好和最重要的烴源巖，鉆于北部次洼的PY5-8-1井揭示文二段泥巖：有機(jī)碳含量（TOC）平均值為4.9%，最高可達(dá)11.4%；熱解生烴潛量（S1＋S2）平均值為26mg／g，最高可達(dá)87mg／g；有機(jī)質(zhì)類型以I型和II1型為主，根據(jù)陸相湖盆烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到好—很好的級(jí)別。文三段沉積時(shí)期為弱斷陷期，沉積早期基本繼承了文二段沉積時(shí)期的特點(diǎn)，靠邊界斷層一側(cè)發(fā)育中深湖相沉積，烴源巖質(zhì)量與文二段相當(dāng)，但由于斷陷與沉降中心向南邊的中部變換帶遷移，北部次洼斷裂強(qiáng)度大大減弱，沉積范圍縮小，沉積厚度明顯減?。ㄗ畲蠛穸炔蛔?50m），無大的物源進(jìn)入，粗碎屑沉積不發(fā)育。文四段沉積時(shí)期，隨著斷陷與沉降中心的進(jìn)一步向南遷移，斷陷的強(qiáng)度和范圍大大減小，主要發(fā)育以濱淺湖沉積為主的一套地層，厚度不大。漸新世受珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕的影響，北部次洼被強(qiáng)烈抬升，文三下段—文四段基本上被剝蝕殆盡，濱淺湖沉積向隆起方向的展布難以追溯。

2.2 中部變換帶

中部變換帶與其他4個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元都表現(xiàn)為逐漸過渡關(guān)系（圖3、7），洼陷內(nèi)文一段—文四段都有發(fā)育，但受文昌組沉積末（T80）剝蝕作用的影響，在東側(cè)主邊界斷層上盤的文四段和文三段上部遭受剝蝕，主洼陷沉積受1號(hào)邊界斷層控制（圖5、7）。文昌組沉積結(jié)束后，受珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕的影響，中部變換帶發(fā)生強(qiáng)烈抬升和反轉(zhuǎn)，形成NWW向與洼陷走向斜交的低隆起（圖3、7）。

圖7 中部變換帶構(gòu)造地質(zhì)剖面圖B—B′（據(jù)代一丁、劉從印、吳建耀等，2012；剖面位置見圖3）

2.2.1 構(gòu)造特征

與北部次洼凹陷結(jié)構(gòu)有所不同，中部轉(zhuǎn)換帶是在推進(jìn)式伸展活動(dòng)作用下形成的單斷斷超式斷陷［4］，為東斷西超的半地塹，由陡?jìng)?cè)主斷層的斷根向緩坡沉積逐層超覆、減薄、尖滅。

控洼邊界斷層（1號(hào)斷層）在這里表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)式平面斷層的特征，斷面陡峭平直，斷層傾角在60°以上（圖7）。

2.2.2 沉積特征

文一段沉積時(shí)期為初始斷陷期，以濱淺湖沉積為主，靠邊界斷層一側(cè)發(fā)育近岸水下扇和扇三角洲。文二段沉積時(shí)期本區(qū)與北部次洼已連通并形成一個(gè)統(tǒng)一的洼陷，沉積與沉降中心在北部次洼靠近陡坡一側(cè)，以深湖—中深湖相沉積和垂向加積的近岸水下扇沉積為主，在緩坡處有小型的辮狀河三角洲發(fā)育，三角洲進(jìn)入湖區(qū)與深湖—中深湖相泥巖成指狀交互，易形成非常好的巖性地層圈閉。文三段沉積時(shí)期為弱斷陷期，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度減弱，整個(gè)西江南洼以濱淺湖沉積為主，但中部變換帶是斷陷作用最強(qiáng)烈的地區(qū)，水體相對(duì)較深，物源充足，以發(fā)育中深湖相和近岸水下扇沉積為主，在近岸水下扇遠(yuǎn)端有小范圍的濁積沉積；這一時(shí)期沉積的中深湖相地層最大厚度有700m，疊加上文二段沉積，最大總厚度超過1 000m，它們與北部次洼文二段的深湖—中深湖相沉積一起共同構(gòu)成了本區(qū)最主要的烴源巖。進(jìn)入文四段沉積時(shí)期，隨著構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)變和斷陷與沉降中心的遷移，裂陷強(qiáng)度和沉積作用都比較微弱，最大沉積厚度不足200m，并且由于后期珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕引致的強(qiáng)烈抬升作用，文四段和文三段上部部分地層被剝蝕殆盡（圖4、5、7）。

2.3 南部次洼

南部次洼位于西江南洼東南部，東側(cè)以1號(hào)邊界斷層與東沙隆起分界，西側(cè)與西南斜坡逐漸過渡，大致在坡洼轉(zhuǎn)換處分界；次洼內(nèi)文一段—文四段均有發(fā)育，文三段和文四段底界有削截現(xiàn)象（圖3、8）。

2.3.1 構(gòu)造特征

南部次洼為單斷斷超式斷陷，是東斷西超的半地塹，由陡?jìng)?cè)主斷層的斷根向緩坡沉積逐層超覆、減薄、尖滅?？赝葸吔鐢鄬樱?號(hào)斷層）在這里表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)式平面斷層的特征（圖8），在文一段—文三段沉積早期斷裂活動(dòng)強(qiáng)度都不大，活動(dòng)最強(qiáng)的時(shí)期在文三段沉積晚期—文四段沉積期，并派生出與主斷裂平行的同向同生斷層，對(duì)文三段上部—文四段的沉積起到次一級(jí)的控制作用。

圖8 南部次洼構(gòu)造地質(zhì)剖面圖C—C′（據(jù)代一丁、劉從印、吳建耀等，2012；剖面位置見圖3）

2.3.2 沉積特征

文一段—文三段沉積時(shí)期南部次洼一直處在主斷裂的末梢部位，斷陷作用不強(qiáng)烈，因此區(qū)內(nèi)水體淺、沉積薄，除發(fā)育個(gè)別小型辮狀河三角洲外，主要以濱淺湖沉積為主。從PY10-2-1井的地化分析數(shù)據(jù)來看，主成湖期形成的文二段—文三段泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于北部次洼的PY5-8-1井，TOC平均值分別為0.7%和0.3%，S1＋S2為8mg／g和3mg／g。雖然文四段沉積時(shí)期這里體現(xiàn)出比其他地方更強(qiáng)的張裂作用，但由于已處于此期張裂幕的晚期，拉張作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于其主張裂期，再疊加上斜向拉伸的效應(yīng)，斷陷的強(qiáng)度非常有限，洼陷內(nèi)最大沉積厚度也僅有600m，以濱淺湖背景下發(fā)育的近岸水下扇沉積為主，局部有中深湖相沉積（圖4、5）。

2.4 西北部次凸

西北部次凸與中部變換帶逐漸過渡，與北部次洼以斷層分界，在古近紀(jì)一直處于隆升狀態(tài)，缺失文昌組沉積（圖3～7）。

2.5 西南部斜坡

西南部斜坡與南部次洼逐漸過渡，在文四段沉積以前一直為平緩的斜坡地貌，只在文二段強(qiáng)烈斷陷期有少量沉積，在文一段和文三段沉積期處于被剝蝕狀態(tài)；文四段沉積時(shí)期因構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)換為近SN向伸展，形成北斷南超的半地塹，但斷陷的深度和范圍都不大，最大沉積厚度800m，范圍局限在邊界斷層附近，并以濱淺湖和扇三角洲相沉積為主（圖3、4、5、8）。

3 有利的勘探方向

3.1 中部變換帶

中部變換帶先凹后隆的構(gòu)造演化史使其成為最易成藏的地區(qū)。首先，在文二段—文三段沉積時(shí)期（主成湖期），該區(qū)一直為斷陷作用最強(qiáng)烈的地區(qū)，沉積了最厚、最好的烴源巖，以及垂向加積的近岸水下扇、辮狀河三角洲沉積，它們?cè)谄矫嫔舷嗷ソ徊妗⒋瓜蛏辖惶姣B置，形成理想的生、儲(chǔ)、蓋組合；后期的反轉(zhuǎn)隆起又使其成為各方向油氣運(yùn)移與匯聚的方向，同時(shí)褶皺反轉(zhuǎn)后的強(qiáng)烈抬升與剝蝕使得儲(chǔ)層埋藏深度相對(duì)較淺，儲(chǔ)層物性會(huì)相對(duì)較好。目前在西江南洼地區(qū)發(fā)現(xiàn)的2個(gè)大油田番禺4-2和番禺5-1油田就分別位于中部變換帶的西側(cè)和東側(cè)，這2個(gè)油田雖然是新近系油田，而且位置不在中部變換帶而是位于洼陷外的隆起上，但從油源對(duì)比分析來看，番禺5-1和番禺4-2油田原油飽和烴生物標(biāo)志化合物與鉆于北部次洼內(nèi)的PY5-8-1井文昌組烴源巖有著很好的對(duì)比關(guān)系（表1），原油顯然是來自洼陷中的湖相烴源巖，洼陷中生成的油氣首先為中部變換帶匯聚輸導(dǎo)，之后再被新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的晚期斷裂重新分配調(diào)整至上部運(yùn)載層系直至最后成藏；中部變換帶對(duì)這2個(gè)大油田的形成起到油氣集輸和中轉(zhuǎn)的作用，那么，在這樣一個(gè)中轉(zhuǎn)帶上發(fā)育的構(gòu)造圈閉和巖性地層圈閉將是有利的勘探目標(biāo)。

表1 番禺5-1、番禺4-2油田原油與PY5-8-1井文昌組烴源巖飽和烴生物標(biāo)志化合物的對(duì)比

3.2 北部次洼

北部次洼是文昌組形成時(shí)主成湖期文二段—文三段沉積時(shí)期的裂陷中心和沉積中心，以發(fā)育生油條件極好的深湖—中深湖相泥巖和沿邊界大斷層分布沉積厚度大的近岸水下扇為特色，目前在周邊隆起上以新近系為目的層的探井未鉆遇油氣層，油氣顯示也不活躍，但這一結(jié)果是由本區(qū)構(gòu)造演化的特點(diǎn)所決定的。北部次洼受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響非常微弱，洼陷內(nèi)新近系斷層不發(fā)育，垂向輸導(dǎo)體系缺乏，洼陷內(nèi)生成的油氣難以運(yùn)移到淺部運(yùn)載層系并進(jìn)一步運(yùn)移到周邊的凸起或隆起上聚集成藏。

中國(guó)東部斷陷盆地的勘探經(jīng)驗(yàn)指出，在一個(gè)富生油凹（洼）陷內(nèi)，其油氣資源在空間上的分布具有“互補(bǔ)性”［10-11］。淺層資源少的地區(qū)，必然有大量的資源被分配到深層，油氣資源總量守恒。北部次洼不具備向淺部輸導(dǎo)層系輸送油氣的條件，那么在它深部的生烴層系內(nèi)就一定保留著大量的油氣資源。在文昌組，優(yōu)質(zhì)烴源巖與近岸水下扇粗碎屑沉積相互交叉與疊置，形成了良好的生儲(chǔ)蓋組合，具備了形成自生自儲(chǔ)型油氣藏的優(yōu)越條件，再加上后期，尤其是主生排烴期以來構(gòu)造活動(dòng)非常平靜，為油氣的保存創(chuàng)造了很好的條件，因此該區(qū)以近岸水下扇沉積為主的儲(chǔ)集層系具有很大的勘探潛力。

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