中盧卡尼亞盆地中新世碳酸鹽巖建隆發(fā)育主控因素及其油氣意義

馬良濤，王春修，鄭求根，雷寶華

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;2.中海油研究總院 海外評(píng)價(jià)中心，北京 100027;3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京 100083;4.青島海洋地質(zhì)所，山東青島 266071)

Stanton于1967年提出碳酸鹽巖建隆(Carbonate Buildup)的概念[1］，與碳酸鹽巖臺(tái)地所不同的是，前者主要是從形態(tài)的角度來考慮，為一個(gè)三維空間的碳酸鹽集合體;后者則一般表示淺水碳酸鹽沉積物形成及堆積的海底地表，可發(fā)育在被動(dòng)大陸邊緣、克拉通盆地、弧后盆地及主動(dòng)大陸邊緣的前陸盆地等構(gòu)造環(huán)境[2］。

中盧卡尼亞盆地(Central Loconia Basin)位于南中國海域，盆地總面積5.76×104km2，是東南亞地區(qū)碳酸鹽巖最為發(fā)育的盆地之一。目前，在地震上已經(jīng)識(shí)別出200多個(gè)碳酸鹽巖建隆，其大小從幾平方米到200 km2不等，并已對(duì)其中的65個(gè)進(jìn)行了勘探和測試[3－4］。目前，已經(jīng)對(duì)盆地內(nèi)40多個(gè)碳酸鹽巖建隆進(jìn)行了鉆探。其中，有20多個(gè)被證明具商業(yè)性開采價(jià)值的天然氣。其天然氣儲(chǔ)量大于1.13 ×104m3，可采儲(chǔ)量超過8.5 ×103m3，約占馬來西亞天然氣資源的40%，具有很好的勘探開發(fā)前景[3－5］。本文主要從構(gòu)造、海平面變化、碎屑物質(zhì)的輸入等方面分析盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆發(fā)育的主要控制因素及其油氣意義。

圖1 中盧卡尼亞盆地位置及碳酸鹽巖分布[3］Fig.1 Location of Central Luconia Basin and distribution of carbonates

1 地質(zhì)背景

中盧卡尼亞盆地為一寬闊、穩(wěn)定的陸架地臺(tái)，其東、西邊界分別為西巴蘭(West Baram hinge line)和西巴林基安走滑斷層(West Balingian line);北部和南部分別與北盧卡尼亞盆地(North Luconia Basin)和巴林基安盆地(Balingian Basin)相鄰(圖1)。盆地的形成演化經(jīng)歷了基底形成期(漸新世以前)、裂陷期(漸新世—早中新世)、后裂陷期(中中新世至今)3個(gè)階段。盆地以上白堊統(tǒng)—上始新統(tǒng)拉讓組為沉積基底，該組由布拉加(Belaga)和魯巴(Lupar)2套地層構(gòu)成。上覆的漸新世至今的沉積地層可分為CyclesⅠ－Ⅷ8個(gè)巖性地層單元。盆地內(nèi)的碳酸鹽巖沉積開始于早中新世晚期(CycleⅢ沉積晚期)，中—晚中新世(CycleⅣ－Ⅴ沉積期)最為發(fā)育。晚中新世以后(CycleⅤ－Ⅷ沉積期)，大量硅質(zhì)碎屑物質(zhì)的輸入抑制了碳酸鹽巖建隆的生長，盆地此期間以硅質(zhì)碎屑沉積為主，只在局部深水區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖沉積[6］。

2 主控因素

影響碳酸鹽巖沉積的因素主要為經(jīng)緯度、溫度/鹽度、光照、盆地沉降速率、海平面變化、古地貌及碎屑物質(zhì)的供應(yīng)等[7］。本文主要討論構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面升降變化及碎屑物質(zhì)的輸入對(duì)該盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆發(fā)育的控制作用。

2.1 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

中中新世—晚中新世，中盧卡尼亞盆地內(nèi)廣泛發(fā)育碳酸鹽沉積，就構(gòu)造而言主要取決于2個(gè)因素:1)中中新世以前，盆地裂陷期內(nèi)地塹—地壘構(gòu)成的地形高地;2)中中新世—晚中新世盆地穩(wěn)定的構(gòu)造背景。

2.1.1 古地貌的控制作用

裂陷期(漸新世—早中新世)，受伸展和走滑作用的共同影響，盆地內(nèi)形成了一系列北東—南西向的地塹、地壘。早中新世以后，中盧卡尼亞盆地在區(qū)域上處于構(gòu)造沉靜期，進(jìn)而在早期地塹—地壘構(gòu)成的古地形高地上及其周圍發(fā)育碳酸鹽巖建隆(圖2)。根據(jù)其分布位置及形態(tài)，可將其分為以下2 種類型[8］:

(1)塔型碳酸鹽巖建隆。如盆地內(nèi)的E6、E11兩個(gè)碳酸鹽巖建隆。規(guī)模較小，為幅度較高的正地形，外形呈錐形或丘形，主要位于盆地內(nèi)或區(qū)域地形高地邊緣沉降幅度較大的地方，以陡峭傾斜的翼部為特征。其頂部在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，底界為弱振幅，不易識(shí)別。其翼部由于坡度較大及內(nèi)部與碎屑沉積互層的異地碳酸鹽巖角礫層的存在而變得復(fù)雜(圖3a)。

(2)臺(tái)地型碳酸鹽巖建隆。如盆地內(nèi)的F23、F6兩個(gè)碳酸鹽巖建隆。規(guī)模較前者大，為大型、狹長、頂平的碳酸鹽巖建隆，主要位于盆地內(nèi)由斷層控制的地形高地上，以不對(duì)稱傾斜的兩翼為特征(迎風(fēng)面較背風(fēng)面陡)，其頂部在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅連續(xù)反射，內(nèi)部為弱振幅平行反射(圖3b)。

2.1.2 穩(wěn)定構(gòu)造背景利于碳酸鹽巖建隆生長

受盧卡尼亞塊體逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)影響，中中新世—晚中新世，盆地北部的北盧卡尼亞以伸展作用為主，發(fā)育北東—南西向正斷層;盆地南部的巴林基安則處于擠壓構(gòu)造背景，以北西—南東向褶皺為特征(圖4)。中盧卡尼亞盆地位于北部伸展區(qū)和南部擠壓區(qū)之間，且盆地東、西兩側(cè)又被西巴蘭和西巴林基安2條走滑斷層所限，從而使得盆地受北部伸展作用和南部擠壓作用的影響較小，盆地整體處于相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造背景，有利于中—晚中新世碳酸鹽巖建隆的生長[9］。

2.2 海平面升降

圖2 中盧卡尼亞盆地NNW－SSE地質(zhì)剖面據(jù)文獻(xiàn)[3，8］修改。Fig.2 NNW －SSE geologic cross-section through Central Luconia Basin

圖3 中盧卡尼亞盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆類型[8］Fig.3 Types of carbonate buildups in Central Luconia Basin

海平面升降引起碳酸鹽產(chǎn)生速率及碳酸鹽沉積可容納空間等因素發(fā)生變化，進(jìn)而影響盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆的生長。

2.2.1 海平面變化與碳酸鹽巖建隆生長

與其他淺水碳酸鹽巖的沉積一樣，根據(jù)碳酸鹽巖建隆的生長與海平面升降的變化可將盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆的生長劃分為:建造期、拓殖期、內(nèi)置期、停止期 4 個(gè)階段(圖5)[10－12］。

圖4 中盧卡尼亞盆地中中新世—晚中新世構(gòu)造背景Fig.4 Tectonic settings during Middle － Late Miocene in Central Luconia Basin

(1)碳酸鹽沉積速率與海平面上升速率相當(dāng)。此時(shí)，只要產(chǎn)生碳酸鹽的微生物的生長速率與海平面上升速率保持一致，產(chǎn)生的礁碎屑就會(huì)被保存下來。海平面上升，早期發(fā)育的建隆由于海水的淹沒而停止生長，而高部位則成為碳酸鹽巖建隆發(fā)育的有利區(qū)域。隨著海水的持續(xù)上升，碳酸鹽巖建隆以垂向發(fā)育為特征，為典型的碳酸鹽巖建隆建造期(圖5a)。該期發(fā)育的建隆以較陡的有機(jī)礁翼為特征。

(2)碳酸鹽沉積速率大于海平面上升速率。該時(shí)期，碳酸鹽巖建隆以橫向生長為特征，為碳酸鹽巖建隆拓殖期。礁坪和礁前斜坡向海方向不斷遷移。由于早期碳酸鹽巖建隆的分割作用，形成多個(gè)封閉的水體環(huán)境而發(fā)育潟湖沉積，并且潟湖范圍不斷擴(kuò)大(圖5b)。此條件下，保存下來的碳酸鹽巖沉積體受水體的進(jìn)一步改造，從而構(gòu)成不同的沉積環(huán)境(如潮上坪、潮間坪)。

圖5 海平面變化與碳酸鹽巖建隆生長關(guān)系據(jù)文獻(xiàn)[10－12］修改。Fig.5 Relationship between sea level change and carbonate buildup growth

(3)碳酸鹽巖建隆生長停止期。目前，關(guān)于碳酸鹽巖建隆生長的停止主要有2種觀點(diǎn):①海平面快速上升，碳酸鹽巖建隆因海水淹沒而停止生長;②海平面快速下降，碳酸鹽巖建隆因暴露出水面而停止生長。

當(dāng)海平面快速上升時(shí)，碳酸鹽產(chǎn)生速率小于海平面上升速率。早期，不斷生長的礁坪伴隨海平面的上升逐漸向碳酸鹽巖建隆內(nèi)的地形高地遷移(圖5c1)，為碳酸鹽巖建隆內(nèi)置期;后期，隨著海平面的繼續(xù)上升，碳酸鹽巖沉積體逐漸被海水淹沒，大量碎屑物質(zhì)的輸入抑制了碳酸鹽巖建隆的生長，并在早期高地附近形成較淺的碳酸鹽巖海岸(圖5c2)。

而當(dāng)海平面快速下降，碳酸鹽巖建隆因暴露出水面而停止生長(圖5d)。此時(shí)，礁坪不再發(fā)生遷移，珊瑚/藻群落也由于海平面的下降而停止生長或被限制在早期礁體邊緣。受海平面下降的影響，礁體暴露到大氣中而遭受侵蝕，在早期的礁坪上發(fā)育砂礫沉積。同時(shí)，潟湖也被潮上坪、潮間坪的沉積物所充填，而暴露于大氣中的碳酸鹽巖沉積體將發(fā)生淡水淋濾和各種成巖作用(如早期膠結(jié)、白云石化等)。

2.2.2 碳酸鹽巖建隆生長的旋回性

海平面周期性變化與碳酸鹽巖建隆生長的旋回性表現(xiàn)為:一個(gè)由海侵—海退層序構(gòu)成的沉積旋回，記錄了碳酸鹽巖建隆生長的建造期、拓殖期、內(nèi)置期和生長停止期4個(gè)階段。建造期主要出現(xiàn)在相對(duì)海平面上升速度中等時(shí)期;內(nèi)置期發(fā)生在相對(duì)海平面上升速度最大時(shí)期;而拓殖期則與相對(duì)海平面緩慢上升或緩慢下降期相對(duì)應(yīng);當(dāng)相對(duì)海平面快速下降時(shí)，碳酸鹽巖建隆因暴露到大氣中而停止生長。

以盆地內(nèi)的F23碳酸鹽巖建隆為例。以GR曲線識(shí)別出的侵蝕不整合面為層序邊界[13］，可將F23碳酸鹽巖建隆的生長發(fā)育劃分為2個(gè)完整的沉積旋回，每個(gè)沉積旋回包含一個(gè)海侵—海退旋回，一個(gè)海侵—海退旋回包括碳酸鹽巖建隆發(fā)育的4個(gè)階段(圖6)。

2.3 碎屑物質(zhì)的輸入

大量碎屑物質(zhì)的輸入使水體變混濁，水體透光性變差，不利于生物生長，產(chǎn)生的碳酸鹽減少，進(jìn)而影響碳酸鹽巖建隆的生長[14－17］。中中新世晚期，來自抬升的拉讓褶皺—逆沖帶的硅質(zhì)碎屑物質(zhì)進(jìn)入盆地，并將盆地分為2個(gè)性質(zhì)不同區(qū)域:南部區(qū)域以低幅碳酸鹽巖建隆與硅質(zhì)碎屑沉積成指狀接觸為特征，而中部和北部區(qū)域則表現(xiàn)為高幅碳酸鹽巖建隆。

圖6 中盧卡尼亞盆地內(nèi)F23碳酸鹽巖建隆生長旋回與海平面變化關(guān)系據(jù)文獻(xiàn)[13］修改。Fig.6 Relationship between sea level change and F23 carbonate buildup growth in Central Luconia Basin

南部碳酸鹽巖沉積體經(jīng)短期暴露后就被晚中新世—上新世上升海水所攜帶的碎屑物質(zhì)所覆蓋;而中部和北部碳酸鹽巖建隆在被碎屑物質(zhì)覆蓋之前，遭受了長期淡水淋濾作用，進(jìn)而改善了碳酸鹽巖建隆的儲(chǔ)集物性。由此，盆地內(nèi)碳酸鹽巖建隆頂部與上覆碎屑巖沉積底部之間的時(shí)間間隔及碳酸鹽巖建隆的儲(chǔ)集物性出現(xiàn)了平面上的差異，即中部和北部的時(shí)間間隔與滲透率較南部大。

3 油氣意義

3.1 碳酸鹽巖儲(chǔ)集物性

研究表明，盆地碳酸鹽巖建隆內(nèi)發(fā)育的孔隙主要為溶蝕作用和白云石化作用形成的次生孔隙。前者是海平面下降，碳酸鹽巖建隆長期暴露于大氣中，因淡水淋濾作用而發(fā)生碳酸鹽巖溶蝕引起的;后者為白云石交代方解石所致，其形成的巖石類型與碳酸鹽巖的沉積古環(huán)境密切相關(guān)。在閉塞、礁環(huán)境下，碳酸鹽巖常轉(zhuǎn)變?yōu)榘讏踪|(zhì)灰?guī)r、印模白云巖、糖粒白云巖或印?！橇０自茙r，這類巖石孔隙發(fā)育，可作為較好的儲(chǔ)集層。而在開闊海的礁外和濱岸上形成的碳酸鹽巖含有大量非碳酸鹽巖雜質(zhì)沉積，其內(nèi)部孔隙常由于機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用(形成縫合線)而遭到破壞，從而形成致密型碳酸鹽巖。此外，白云石化和淡水淋濾作用主要發(fā)生在建隆的中部，向兩側(cè)則逐漸減弱，這就使得碳酸鹽巖建隆中部的儲(chǔ)集物性好于兩側(cè)。

3.2 儲(chǔ)蓋組合

巖心資料分析表明，中盧卡尼亞盆地內(nèi)每個(gè)碳酸鹽巖建隆至少經(jīng)歷了2次由海平面下降引起的區(qū)域性陸上暴露，長時(shí)期的淡水淋濾侵蝕作用改造了其儲(chǔ)集物性，進(jìn)而形成了良好的儲(chǔ)集空間。另外，建造期發(fā)生的白云石化作用也改善儲(chǔ)集層質(zhì)量;而形成致密儲(chǔ)層的機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用主要發(fā)生在內(nèi)置期、拓殖期。這樣周期性發(fā)育的致密性儲(chǔ)層就可作為孔隙性儲(chǔ)層的蓋層，從而在垂向上形成良好的儲(chǔ)蓋組合。此外，碳酸鹽巖建隆的頂部和側(cè)翼常常被海侵時(shí)的頁巖所覆蓋，進(jìn)而在垂向上和側(cè)向上與碳酸鹽巖儲(chǔ)集層形成較好的儲(chǔ)蓋組合。

3.3 油氣聚集和分布

碳酸鹽巖建隆所處的位置往往地形相對(duì)較高，與其他部位的圈閉相比而言，具有近水樓臺(tái)先得月的優(yōu)勢(shì)。低部位凹陷中烴源巖生成的油氣在源儲(chǔ)壓差的作用下，沿早期斷裂向上運(yùn)移并聚集成藏，使其成為油氣勘探的重要目標(biāo)。

此外，值得注意的是，碳酸鹽巖建隆內(nèi)油氣的聚集主要取決于斷層的發(fā)育及其內(nèi)部壓力2個(gè)因素。沿早期斷層或輸導(dǎo)層進(jìn)入碳酸鹽巖建隆內(nèi)的油氣，常沿著碳酸鹽巖建隆頂部或翼部發(fā)育的后期斷層發(fā)生再次運(yùn)移;而如果碳酸鹽巖建隆內(nèi)部存在的超壓突破上覆蓋層的封蓋壓力，也將會(huì)使早期聚集的油氣發(fā)生再次運(yùn)移。發(fā)生再次運(yùn)移的油氣將進(jìn)入晚期有利的圈閉中聚集成藏或運(yùn)移至地表而散失。所以在碳酸鹽巖建隆的油氣勘探中應(yīng)關(guān)注其頂部后期斷裂的發(fā)育情況及其內(nèi)部壓力的大小。

4 結(jié)論

1)中中新世—晚中新世，盆地穩(wěn)定的構(gòu)造背景為碳酸鹽巖建隆的發(fā)育提供了有利條件;受早期地塹—地壘形成的古地貌的影響，碳酸鹽巖建隆在地震剖面上表現(xiàn)為塔型和臺(tái)地型2種類型，并且分布于盆地不同位置。

2)海平面周期性變化控制了碳酸鹽巖建隆生長旋回，即一個(gè)海進(jìn)—海退沉積旋回包含了碳酸鹽巖建隆生長的建造期、內(nèi)置期、拓殖期和生長停止期4個(gè)階段。

3)中中新世晚期，大量碎屑物質(zhì)的輸入抑制了碳酸鹽巖建隆的生長，并且形成了盆地南部與中部、北部碳酸鹽巖建隆儲(chǔ)集物性的差異。

4)內(nèi)置期、拓殖期的致密性儲(chǔ)層和海侵、海退時(shí)的碎屑巖沉積與暴露地表時(shí)形成的孔滲性儲(chǔ)集層在垂向上和側(cè)向上形成較好的儲(chǔ)蓋組合。

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