南海中南部主要盆地新生代沉積充填及烴源巖發(fā)育特征*

王一博 趙志剛 謝曉軍 郭 佳 唐 武 蘭 蕾

(中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

南海是西太平洋最大的邊緣海之一，面積約350×104km2。南海中南部指北緯17°以南的海域，包括禮樂、萬安、曾母、文萊-沙巴等盆地(圖1)，油氣資源豐富，自20世紀初勘探至今已發(fā)現(xiàn)可采儲量近60億t油當量，是巨型油氣產(chǎn)區(qū)。

圖1 南海中南部盆地分布

多年來，國內(nèi)外學者多是針對南海中南部單個盆地進行沉積體系研究，鮮有從區(qū)域角度對整個南海中南部作為整體進行綜合分析，區(qū)域沉積體系分布規(guī)律認識有待深化。本文以南海構造演化為依托，結合區(qū)域古地理背景，利用古生物、鉆井、露頭、地震等資料，明確南海中南部盆地不同演化階段沉積體系展布特征，系統(tǒng)分析烴源巖類型及分布規(guī)律，以期對未來的南海中南部油氣勘探起到重要的指導作用。

1 區(qū)域沉積背景

南海新生代經(jīng)歷了新南海擴張和古南海消亡以及南沙地塊的裂離漂移與重新定位[1-3]。依據(jù)古南海和新南海兩大邊緣海構造旋回，將南海新生代劃分為3個階段，分別為擴張前期、擴張期和擴張后期，不同階段具有不同的沉積背景。

1.1 擴張前期(始新世—早漸新世)

晚白堊世—早始新世，歐亞大陸東緣及東南緣區(qū)構造應力場由擠壓作用轉為晚白堊世之后的伸展作用[4]，古南海裂陷；中始新世—早漸新世，拉伸作用進一步加強，古南海以北地區(qū)主要為華南大陸及南部的被動大陸邊緣，古南海以南地區(qū)主要為婆羅洲大陸及其北側的被動大陸邊緣。該時期南沙地塊之上的盆地(主要包括禮樂盆地、北康盆地、南薇西盆地和巴拉望盆地)位于古南海北部的被動大陸邊緣位置，隨著拉伸作用形成一系列斷陷或斷坳型盆地，盆地持續(xù)斷陷與擴展，物源主要來自于華南大陸及盆地周緣隆起(圖2a)；西部的萬安盆地在拉張作用下發(fā)育大量北東向伸展斷裂，形成大規(guī)模地塹或半地塹，物源來自盆地西部的隆起；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地受古南海向婆羅洲俯沖影響，與婆羅洲發(fā)生碰撞，受到碰撞擠壓而抬升，形成擠壓型前陸盆地，婆羅洲遭受多期擠壓持續(xù)隆升，為盆地提供豐富的物質(zhì)來源。

圖2 南海中南部盆地新生代區(qū)域構造演化模式

1.2 擴張期(晚漸新世—中中新世)

始新世以后，受印度板塊與歐亞板塊碰撞作用影響，產(chǎn)生地幔柱上升流，南海中央海盆開始形成[5]，眾多中—小型斷陷或者斷坳型盆地進一步復合、聯(lián)合成為大—中型斷陷、斷坳或者坳陷。隨著新南海擴張，南沙地塊與北部大陸邊緣分離，向南漂移；古南海洋殼向婆羅洲之下俯沖，自西向東開始消亡；中中新世末，南沙地塊與婆羅洲碰撞停止漂移，古南海消亡[6-7](圖2b—d)。南沙地塊在漂移過程中缺乏沉積物源補給，物源主要來自盆地周緣和內(nèi)部隆起；西部的萬安盆地受新南海擴張和印支地塊向東擠入影響，發(fā)育大量北東向伸展斷裂，伴隨大型走滑斷裂，物源仍來自盆地西部的隆起；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地由于古南海持續(xù)向南俯沖，婆羅洲遭受碰撞擠壓，河流攜帶大量沉積物向盆地進積，形成大型三角洲盆地[8-9]。

1.3 擴張后期(晚中新世—現(xiàn)今)

中中新世末，新南海南北向擴張?zhí)幱谕顟B(tài)，古南海消亡，盆地出現(xiàn)聯(lián)合跡象，沉降作用減小，斷裂不發(fā)育，總體上以披覆式沉積為特點(圖2e)。南沙地塊停止漂移，靜止于現(xiàn)今位置；西部的萬安盆地斷裂活動弱，形成現(xiàn)今陸架-陸坡體系，以遠源大型河流輸入為主；南部的曾母盆地和文萊沙巴盆地進入?yún)^(qū)域沉降階段，婆羅洲隆起區(qū)持續(xù)提供物源致使三角洲發(fā)育。

在新南海擴張和古南海消亡的構造背景下，南海中南部盆地總體表現(xiàn)為西部的拉張-走滑、南沙地塊的伸展-漂移和南部的伸展-擠壓構造動力學特征[2]。西部的萬安盆地受新南海擴張和萬安-越東斷裂共同作用，經(jīng)歷了漸新世—早中新世的斷拗期、中中新世的走滑改造期和晚中新世—第四紀的拗陷期三大構造演化階段；南沙地塊之上的禮樂盆地受新南海擴張影響，經(jīng)歷了始新世—早漸新世的斷拗期、晚漸新世—中中新世的漂移期和晚漸新世—第四紀的拗陷期三大構造演化階段；南部的文萊-沙巴盆地受古南海消亡影響，經(jīng)歷了始新世—早中新世的俯沖增生期和晚中新世—第四紀的快速沉降期兩大構造演化階段(圖3)。

圖3 南海中南部盆地典型地質(zhì)剖面(剖面位置見圖1)

2 新生代沉積充填特征

利用古生物、鉆井，地震等資料，結合區(qū)域沉積背景，對南海中南部盆地新生代沉積體系進行綜合分析，識別出三角洲、河流、濁積體、碳酸鹽巖臺地、湖泊、濱淺海、淺?！肷詈Ｒ约鞍肷詈！詈５瘸练e相類型(圖4)。在此基礎上，明確南海中南部主要盆地新生代不同時期沉積體系展布及沉積充填演化規(guī)律。

圖4 南海中南部盆地沉積相標志綜合圖

2.1 擴張前期(始新世—早漸新世)

1) 始新世。始新世沉積時期，南海中南部盆地受古南海海侵影響，南側以深海沉積為主，北側(南沙地塊之上的盆地)以海陸過渡相和濱淺海相沉積為主，從北向南沉積環(huán)境逐漸變深。此時南沙地塊位于南海北部，靠近華南大陸，禮樂盆地發(fā)現(xiàn)的古生物化石主要為溝鞭藻、鈣質(zhì)超微和有孔蟲，證實盆地在古新世—始新世為海相沉積，該時期主要發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系，三角洲成朵葉狀分布在古隆起和火山的周緣，向盆地內(nèi)部延展，物源來自盆地周緣隆起和盆地內(nèi)部凸起；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地以半深海和深海沉積為主，在南部的婆羅洲野外露頭可見始新世深海環(huán)境形成的砂泥巖并伴隨變形構造。

2) 早漸新世。早漸新世沉積時期，海侵作用增強，區(qū)域沉積范圍擴大，古南海尚未波及萬安盆地，該時期主要發(fā)育三角洲—濱淺海—半深海沉積體系，僅萬安盆地發(fā)育湖相沉積。南沙地塊位于古南海北部大陸邊緣，之上沉積的盆地以三角洲和濱淺海沉積為主，三角洲規(guī)模較小，多分布于邊界斷層附近；西部的萬安盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺湖—深湖沉積體系，物源來自盆地西部的昆侖隆起和呵叻隆起，盆地西部發(fā)育的三個大型三角洲。南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地，由于古南海向南俯沖消減導致婆羅洲持續(xù)隆升，為盆地沉積提供了豐富的物質(zhì)來源，曾母盆地發(fā)育的兩個大型三角洲均位于盆地南部，文萊-沙巴盆地則繼承早期深水環(huán)境，盆地南部發(fā)育海底扇(圖5a)。

2.2 擴張期(晚漸新世—中中新世)

1) 晚漸新世。晚漸新世沉積時期，新南海開始擴張，古南海持續(xù)向南俯沖消亡，南海中南部盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系，半深海范圍有所擴大，三角洲主要分布在西部的萬安盆地和南部的曾母盆地(圖5b)。南沙地塊由于新南海擴張向南漂移，之上沉積的盆地在漂移過程中缺乏物源補給，主要以濱淺海沉積為主，三角洲規(guī)模有所減小，禮樂盆地北部和巴拉望盆地發(fā)育碳酸鹽巖臺地；萬安盆地的西部和曾母盆地的南部持續(xù)發(fā)育大規(guī)模三角洲，文萊-沙巴盆地發(fā)育海底扇。

2) 早中新世。早中新世沉積時期，新南海持續(xù)擴張，古南海向南俯沖，南海中南部盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系。南沙地塊仍處于漂移階段，缺乏物源補給，以濱淺海沉積為主，三角洲不發(fā)育，北康盆地和南薇西盆地東部高地開始發(fā)育碳酸鹽巖臺地；萬安盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系，鉆井發(fā)現(xiàn)中新世的地層中有孔蟲、超微化石等海相化石伴生出現(xiàn)，證實該時期為濱淺海環(huán)境，三角洲在盆地西南側、西側及西北側發(fā)育；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地除局部發(fā)育深水沉積外，總體處于濱淺海沉積，曾母盆地三角洲持續(xù)在南部發(fā)育，文萊-沙巴盆地早期的海底扇沉積中止，被多期的三角洲覆蓋(圖5c)。

圖5 南海中南部盆地新生代沉積相

3) 中中新世。中中新世沉積時期，南沙地塊與婆羅洲地塊發(fā)生碰撞停止漂移，定位于現(xiàn)今的位置，自盆地邊緣向盆地內(nèi)依次發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系。南沙地塊之上沉積的盆地以濱淺海為主，三角洲在局部凸起邊緣零星分布，碳酸鹽巖臺地和生物礁在相對遠離碎屑物源的地區(qū)廣泛發(fā)育；萬安盆地西部的三角洲規(guī)模有所減小，盆地淺海區(qū)水下高地之上發(fā)育大規(guī)模碳酸鹽巖臺地；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地三角洲自北向南推進，曾母盆地遠離物源區(qū)的構造高部位碳酸鹽巖臺地廣泛分布，文萊-沙巴盆地在東北部發(fā)育濁積扇砂體(圖5d)。

2.3 擴張后期(晚中新世—現(xiàn)今)

1) 晚中新世。晚中新世沉積時期，新南海擴張停止、古南海消亡，南?？傮w進入熱收縮與穩(wěn)定沉降階段，水體進一步加深，主要發(fā)育三角洲—濱淺海—碳酸鹽巖臺地—半深海沉積體系，碳酸鹽巖臺地仍持續(xù)大量發(fā)育(圖5e)。南沙地塊之上的北康盆地和南薇西盆地進入深水環(huán)境；萬安盆地三角洲規(guī)模變大，碳酸鹽巖臺地主要發(fā)育在盆地中南部的濱淺海環(huán)境中；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地繼承了之前的沉積格局，自盆地邊緣向盆地內(nèi)部由三角洲轉變?yōu)闉I淺海、碳酸鹽巖臺地和半深海沉積。

2) 上新世—第四紀。上新世—第四紀沉積時期，南海中南部盆地發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系，水體進一步加深，整體進入半深海環(huán)境。南沙地塊之上的禮樂盆地北部大型碳酸鹽巖臺地繼承性發(fā)育，隨水體加深逐步被淹沒；萬安盆地西部發(fā)育陸架邊緣三角洲，陸架上發(fā)育下切水道，東部為陸坡帶和半深海相沉積，發(fā)育滑塌濁積體；南部的曾母和文萊-沙巴盆地沉降速度加快，三角洲持續(xù)發(fā)育。

綜合分析認為，南海中南部盆地在擴張前期主要發(fā)育三角洲—濱淺?！肷詈３练e體系，僅萬安盆地發(fā)育湖湘沉積；擴張期發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系，中—晚中新世碳酸鹽巖臺地在淺海區(qū)大規(guī)模發(fā)育；擴張后期水體變深，以濱淺海和半深海沉積為主，三角洲分布于南部和西部。西部的萬安盆地受西部隆起物源供給，三角洲主要發(fā)育在漸新世—晚中新世；南沙地塊之上的盆地始新世—早漸新世位于古南海北部，晚漸新世—現(xiàn)今從北部陸緣裂離漂移至現(xiàn)今位置，物源來自盆地周緣和內(nèi)部隆起，三角洲主要發(fā)育在始新世和早漸新世，規(guī)模較小；南部的曾母和文萊-沙巴盆地由于婆羅洲隆升供給物源，三角洲主要發(fā)育在漸新世和中新世，規(guī)模較大(圖6)。

圖6 南海中南部典型盆地沉積相剖面(剖面位置見圖1)

3 烴源巖發(fā)育特征

3.1 地球化學特征

南海中南部盆地發(fā)育湖相、海陸過渡相和陸源海相烴源巖，以海陸過渡相和陸源海相烴源巖為主。

南沙地塊之上的盆地以濱淺海沉積為主，三角洲規(guī)模相對較小，主要發(fā)育陸源海相烴源巖。禮樂盆地發(fā)育始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烴源巖，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，少數(shù)為Ⅱ2型(圖7a)，有機碳含量在0.15%～3.53%，絕大多數(shù)樣品有機碳含量在0.5%左右，少數(shù)大于1.0%；個別樣品為好烴源巖，多數(shù)樣品為中—差烴源巖(圖7b)。

圖7 禮樂盆地烴源巖有機質(zhì)類型(a)和豐度分布(b)

萬安盆地總體呈“早湖晚海”的充填特征，受西部隆起物源供給，三角洲持續(xù)在西部發(fā)育[10-11]，發(fā)育湖相、海陸過渡相和陸源海相烴源巖，以過渡相和陸源海相烴源巖為主，主要發(fā)育在漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)，有機質(zhì)類型為Ⅱ—Ⅲ型(圖8a)。漸新統(tǒng)TOC大部分大于1%，主體位于1%～10%，氫指數(shù)為200～300 mg/g，有機質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅱ2為主；下中新統(tǒng)TOC大部分在1%附近，局部大于10%，氫指數(shù)為200 mg/g，有機質(zhì)類型以Ⅱ2—Ⅲ型為主；中中新統(tǒng)TOC基本小于0.5%，氫指數(shù)基本在100 mg/g左右，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主。從TOC與S1+S2交會圖(圖8b)上可以看出，漸新統(tǒng)、下中新統(tǒng)烴源巖為中—好烴源巖，中中新統(tǒng)烴源巖為差烴源巖。萬安盆地發(fā)育湖相原油、河流—三角洲相原油和兩者的混合相原油，其中大多數(shù)為混合相原油，生物標志化合物表現(xiàn)出較高的奧利烷和雙杜松烷，表現(xiàn)為陸源高等植物輸入的特征。

圖8 萬安盆地烴源巖有機質(zhì)類型(a)和豐度分布(b)

南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地為海相沉積，隨著古南海自西向東逐漸關閉，婆羅洲向盆地提供大量物源形成大型三角洲盆地，發(fā)育海陸過渡相和陸源海相烴源巖，主要發(fā)育在漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)。以曾母盆地為例，曾母盆地發(fā)育漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)烴源巖，有機質(zhì)類型為Ⅱ—Ⅲ型(圖9a)，漸新統(tǒng)烴源巖TOC主要在1%～2%，局部在40%～60%，氫指數(shù)主體在10～300 mg/g，局部大于300 mg/g，以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根為主，多為中等—好烴源巖(圖9b)；下中新統(tǒng)烴源巖TOC大部分在1%附近，局部在30%～60%，氫指數(shù)在10～300 mg/g，局部大于300 mg/g，以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根為主，多為中等—好烴源巖。曾母盆地生物標志化合物表現(xiàn)出明顯的高Pr/Ph(Pr/Ph=3.5)和Tm/Ts特征，指示偏氧化的沉積環(huán)境；較高的C24四環(huán)萜烷，C29甾烷優(yōu)勢，中—高含量雙杜松烷和適中的奧利烷特征，均指示為高等植物來源。

圖9 曾母盆地烴源巖有機質(zhì)類型(a)和豐度分布(b)

3.2 分布特征

南海中南部盆地無論海陸過渡相烴源巖還是海相烴源巖其有機質(zhì)主要來源于陸生高等植物，盆地周緣的三角洲有利于高等植物生長，海陸過渡相煤系烴源巖發(fā)育;盆地內(nèi)部淺海地區(qū)，淺海相泥巖有機質(zhì)供給中等，水體較安靜而利于有機質(zhì)保存，陸源海相烴源巖發(fā)育。隨著離岸距離增大，陸生高等植物有機質(zhì)的數(shù)量減少，烴源巖有機質(zhì)類型變差，有機質(zhì)豐度降低[12-14]。曾母盆地漸新世沉積時期主要發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系(圖10a)，從鉆井上看，位于曾母盆地三角洲平原上的D35井，烴源巖巖性主要為煤和炭質(zhì)泥巖，有機質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，部分Ⅲ型，有機質(zhì)豐度較高；位于三角洲前緣上的North Acis井，烴源巖巖性主要為泥巖，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，少量Ⅱ2型，有機質(zhì)豐度中等—好；位于濱淺海的Sompotton-1井，烴源巖巖性主要為泥巖，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，有機質(zhì)豐度中等(圖10b)。

圖10 曾母盆地漸新世沉積相平面圖(a)及3口井TOC與IH交會圖(b)

就油氣勘探而言，南海中南部盆地或凹陷周緣的三角洲及其周邊區(qū)域是最為有利的烴源巖發(fā)育區(qū)，其上的煤系、炭質(zhì)泥巖是主要烴源巖，烴源巖有機質(zhì)豐度高，有利于形成油氣田，具有較好的油氣勘探前景。

4 結論

1) 依據(jù)南海區(qū)域動力學背景，將南海新生代劃分為擴張前期、擴張期和擴張后期三個演化階段。擴張前期(始新世—早漸新世)，古南海發(fā)育，該時期南沙地塊位于古南海北部的被動大陸邊緣位置；擴張期(晚漸新世—中中新世)，新南海打開，古南海向南俯沖，南沙地塊與北部大陸邊緣分離，向南漂移，中中新世末，南沙地塊與婆羅洲碰撞，停止漂移，古南海消亡；擴張后期(晚中新世—現(xiàn)今)新南海處于停滯狀態(tài)，南海進入?yún)^(qū)域沉降階段。

2) 南海中南部主要盆地新生代不同構造演化階段發(fā)育不同沉積體系。擴張前期主要發(fā)育三角洲—濱淺?！肷詈３练e體系，僅萬安盆地發(fā)育湖相沉積；擴張期主要發(fā)育三角洲—濱淺海—碳酸鹽巖臺地—半深海沉積體系，中—晚中新世碳酸鹽巖臺地在淺海水下高地之上大規(guī)模發(fā)育；擴張后期水體變深，以濱淺海和半深海沉積為主，三角洲分布于南部和西部。

3) 南海中南部主要盆地新生代沉積體系控制湖相、海陸過渡相和陸源海相3類烴源巖發(fā)育，以海陸過渡相和陸源海相烴源巖為主。海陸過渡相和海相烴源巖有機質(zhì)主要來源于陸生高等植物，盆地或凹陷周緣的三角洲及其周邊區(qū)域是有利的烴源巖發(fā)育區(qū)。