瓊東南盆地樂東凹陷梅山組海底扇沉積演化及油氣地質(zhì)意義

李安琪，胡 林，王真真，李勝勇，李 明

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

近年來，全球眾多地區(qū)均發(fā)現(xiàn)了與深水重力流海底扇有關(guān)的大型油氣田，如墨西哥灣、印度孟加拉灣、北海盆地［1-2］、中國南海珠江口盆地荔灣3-1氣田［3］、鶯歌海盆地東方13-1 和東方13-2 氣田［4-5］等，證實深水重力流海底扇為較好的油氣儲層類型，已經(jīng)成為全球深水沉積學(xué)研究及油氣勘探的熱點。

VAIL 等首先認(rèn)識到海底扇沉積體系與相對低海平面相關(guān)，重力流沉積主要發(fā)育在相對海平面下降期間，并建立了海底扇疊加模式［2］；BOUMA 等提出相對海平面下降對沉積物搬運到陸架邊緣的過程具有特別重要的作用，相對低海平面情況下沿岸沉積物向盆地方向遷移，更有利于海底扇發(fā)育［6-7］；MUNTINGH 等認(rèn)為高位沉積物的粒度和分布對海底扇沉積富砂或富泥具有直接影響，古地理重建需要考慮前期高位體系域［8］；龐雄提出重力流沉積受到陸架坡折、三級層序界面和低位體系域共同控制，強調(diào)重力流研究應(yīng)在三級層序界面等時的基礎(chǔ)上展開穿時性、跨層序界面的研究［3］；秦雁群等對大型峽谷單點物源背景下的被動大陸邊緣深水扇沉積構(gòu)型進行了研究［9］；姜超建立多物源條件下的斷陷湖盆斜坡帶重力流砂體沉積模式［10］。

瓊東南盆地為南海北部大陸邊緣新生代含油氣盆地，自2011 年以來在盆地西部樂東-陵水凹陷上中新統(tǒng)黃流組中央峽谷水道砂巖中連續(xù)發(fā)現(xiàn)陵水17-2、陵水25-1 等多個大型深水氣田，充分證實了瓊東南盆地所蘊含的巨大勘探潛力［10-11］。隨著勘探認(rèn)識程度的不斷深入，樂東凹陷中中新統(tǒng)梅山組海底扇砂巖已經(jīng)成為瓊東南盆地深水油氣勘探工作的又一重點，王振鋒等認(rèn)為充足的物源供給、區(qū)域性相對海平面的大幅下降、適宜的古地貌條件為鶯-瓊盆地中新統(tǒng)海底扇創(chuàng)造了有利條件［12］，范彩偉等認(rèn)為樂東-陵水凹陷梅山組發(fā)育斜坡水道型、盆底扇型和底流改造型3 種不同類型海底扇［13-14］，譚建財?shù)葎t針對樂東-陵水凹陷北部陸坡古溝谷及坡折帶類型與梅山組海底扇分布、規(guī)模的關(guān)系進行了研究［15］，但對于樂東凹陷梅山組海底扇內(nèi)部期次劃分及演化過程尚未進行精細(xì)研究落實。

基于區(qū)域海平面升降研究成果及三維地震、鉆井資料，建立了樂東凹陷梅山組T-R 層序格架，詳細(xì)闡述樂東凹陷梅山組海底扇沉積體系演化過程及物源方向遷移規(guī)律，并進一步論證樂東凹陷梅山組海底扇油氣成藏條件，指出與黃流組中央峽谷內(nèi)泥巖充填側(cè)向?qū)拥拿飞浇M海底扇巖性圈閉為最有利的圈閉類型。以上研究認(rèn)識已經(jīng)成功指導(dǎo)油氣勘探實踐，在梅山組晚期海底扇獲得探明儲量近100×108m3的商業(yè)性氣藏發(fā)現(xiàn)，從而揭示了瓊東南盆地大中型油氣田勘探又一重要新領(lǐng)域。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

樂東凹陷位于瓊東南盆地中央坳陷帶西部，北部為崖南低凸起，南部為陵南低凸起，東部為陵水凹陷，西部與中建凸起相接（圖1）。樂東凹陷面積約為1×104km2，新生代沉積層厚度超過12 km，其沉積充填過程與瓊東南盆地演化基本一致，主要經(jīng)歷斷陷—拗陷期（始新世和漸新世）、熱沉降期（中新世）和加速熱沉降期（新構(gòu)造運動期，上新世和更新世）3 大構(gòu)造演化階段，在斷陷—拗陷期沉積始新統(tǒng)嶺頭組、下漸新統(tǒng)崖城組、上漸新統(tǒng)陵水組；熱沉降期沉積下中新統(tǒng)三亞組、中中新統(tǒng)梅山組；加速熱沉降期沉積上中新統(tǒng)黃流組、上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系樂東組［16-17］。其中始新統(tǒng)嶺頭組以中深湖相沉積為主，漸新統(tǒng)崖城組、陵水組及下中新統(tǒng)三亞組主要為海陸過渡—濱淺海相沉積，中中新世后隨著瓊東南盆地陸架-陸坡體系形成，中新統(tǒng)梅山組、上中新統(tǒng)黃流組、上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系樂東組則表現(xiàn)為半深海-深海沉積特征。

2 層序地層格架

JOHNSON等提出T-R層序概念，將其定義為反映自一次水體加深事件的開始至下一次同等級別水體加深事件之初這段時間內(nèi)的沉積單元，并將1個旋回層序內(nèi)部劃分為海侵體系域（TST）與海退體系域（RST）［18］。T-R 層序可以更好地反映區(qū)域海平面變化對沉積盆地的影響，在受控于海平面變化的沉積盆地層序地層研究中較經(jīng)典層序地層學(xué)更為適用。

瓊東南盆地中中新世已經(jīng)進入穩(wěn)定熱沉降期，構(gòu)造運動微弱，沉積層序主要反映區(qū)域海平面變化的影響，因此較適宜使用T-R 層序模式進行層序格架劃分及對比研究。謝金有等利用鉆井古生物資料建立了鶯-瓊盆地新生代海平面變化曲線［19-20］，而王振峰等以近年鉆探的科學(xué)探井西科1井的地球化學(xué)指標(biāo)為基礎(chǔ)，建立中中新世以來瓊東南盆地高分辨率海平面變化曲線［21-22］，為基于海平面變化的層序地層研究提供了有效依據(jù)。

圖1 瓊東南盆地樂東凹陷構(gòu)造位置Fig.1 Structural map of Ledong Sag，Qiongdongnan Basin

樂東凹陷梅山組沉積地層時間跨度為11～16 Ma，按照層序地層學(xué)層序級別劃分原則，接近于三級層序的時間跨度為1～3 Ma。以最大海退面作為三級層序邊界，地震剖面表現(xiàn)為層序上下進積向退積轉(zhuǎn)換界面，并在凹陷邊緣伴有局部的削蝕不整合現(xiàn)象，而層序內(nèi)部的海侵體系域與海退體系域以最大海泛面（MFS）為界面，地震剖面表現(xiàn)為明顯的下超特征。根據(jù)上述層序界面特征，結(jié)合鉆井與三維地震資料，將樂東凹陷梅山組地層劃分為梅山組一段和梅山組二段2 個三級層序，并進一步劃分為5 個四級層序（SSQ1—SSQ5），其中SSQ1—SSQ3 屬于梅山組二段，SSQ4—SSQ5 屬于梅山組一段，每個四級層序均對應(yīng)梅山組沉積期間瓊東南盆地所經(jīng)歷的5次較為明顯的海侵-海退事件，并在四級層序內(nèi)部劃分海侵體系域與海退體系域，從而建立了樂東凹陷梅山組T-R 層序地層格架（圖2）。SSQ1—SSQ2層序主要為半深海相深色泥巖沉積，而SSQ3—SSQ5 層序中可識別3 期次物源方向、規(guī)模差異較大的海底扇沉積，其中SSQ3 和SSQ4 層序海底扇已經(jīng)被樂東凹陷中部的YC35-X 井鉆探揭示，而SSQ5 層序海底扇為新發(fā)現(xiàn)的一期海底扇。

3 沉積演化

瓊東南盆地自早中新世開始進入?yún)^(qū)域熱沉降階段，構(gòu)造活動趨于減弱，盆地內(nèi)的沉積體系受控于海平面升降、物源供應(yīng)等方面的因素，其規(guī)模、平面分布及時空遷移特征存在明顯的規(guī)律性。樂東凹陷梅山組沉積時期在SSQ3 層序海退體系域、SSQ4層序、SSQ5層序海侵體系域內(nèi)發(fā)育3期的海底扇沉積，其規(guī)模主要受控于各體系域沉積時期區(qū)域海平面旋回的升降幅度及持續(xù)時間，而物源方向則經(jīng)歷了由東北部海南隆起物源向西部越南方向物源的遷移過程。

梅山組二段沉積早期（距今16～14.8 Ma）的兩期海平面升降旋回相對較為快速，其海平面升降幅度不大，整體海平面水平與早中新世三亞組時期較為接近，樂東凹陷內(nèi)部沉積環(huán)境基本繼承了三亞組晚期沉積體系發(fā)育特征。樂東凹陷梅山組沉積早期古地貌表現(xiàn)為整體向西南方向傾斜的廣海環(huán)境，鉆井資料顯示SSQ1—SSQ2 層序內(nèi)部均以半深海相灰色泥巖沉積為主，夾有少量薄層濁流成因粉-細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，GR曲線以穩(wěn)定的高GR泥巖背景夾局部的低幅指狀為典型特征，在地震剖面上SSQ1—SSQ2 層序均表現(xiàn)為較弱-中等的連續(xù)波狀反射特征，與上覆SSQ3—SSQ5 層序砂巖地層的中等-強反射特征形成鮮明對比。

圖2 瓊東南盆地樂東凹陷新近系層序地層格架Fig.2 Neogene sequence stratigraphic framework of Ledong Sag，Qiongdongnan Basin

SSQ2 層序海退體系域可見灰質(zhì)泥巖及薄層灰?guī)r沉積，與李安琪等所提出的樂東凹陷北部崖城凸起、崖南低凸起等區(qū)域同時期普遍發(fā)育的碳酸鹽沉積［23］具備較好的對比性，從而說明梅山組沉積早期（SSQ1—SSQ2）海南隆起及越南方向尚未形成對瓊東南盆地的大規(guī)模碎屑物源，凹陷內(nèi)的沉積物主要來自鄰近的物源區(qū)。

梅山組二段沉積晚期（距今14.8～13.8 Ma），瓊東南盆地海平面較梅山組二段沉積早期發(fā)生一定幅度的下降，形成以“下細(xì)上粗”正粒序巖性組合為典型特征的SSQ3層序沉積，其下部海侵體系域以灰色灰質(zhì)泥巖夾灰色薄層細(xì)砂巖為主要巖性特征，GR曲線反映為兩期鐘形正旋回的疊加，而泥巖含灰質(zhì)反映其物源供應(yīng)仍與SSQ1—SSQ2 層序接近，為鄰近低凸起物源的反映。SSQ3 層序上部海退體系域則發(fā)育厚度約為50～60 m 的細(xì)砂巖、中砂巖海底扇沉積，GR曲線呈穩(wěn)定的箱狀特征，地震剖面上反映為明顯的較強振幅連續(xù)反射，地震屬性可見明顯的NE—SW 走向朵葉狀平面分布。古地貌反映在梅山組沉積時期，樂東凹陷東北部存在明顯的NE—SW走向溝谷，瓊東南盆地北部陸架坡折之上由海南隆起提供物源的三亞組高位域時期三角洲富砂沉積可以通過溝谷地貌向樂東凹陷中心搬運沉積，從而成為SSQ3層序海底扇的主要碎屑物質(zhì)來源（圖3）。

梅山組沉積時期持續(xù)時間最長的一期海平面升降旋回出現(xiàn)在梅山組一段沉積早期（距今約13.8～12 Ma），持續(xù)時間約1.8 Ma，在樂東凹陷中央形成了瓊東南盆地中中新世時期分布范圍最廣、厚度最大的SSQ4層序海底扇沉積體系。鉆井揭示SSQ4層序海底扇砂巖厚度超過150 m，以細(xì)砂巖、含礫中砂巖為主，SSQ4 期海底扇在地震剖面上表現(xiàn)為中等-較強振幅的明顯丘狀反射特征，根據(jù)地震振幅屬性所刻畫的海底扇面積超過6 000 km2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SSQ3層序海底扇規(guī)模。

圖3 樂東凹陷梅山組各層序海底扇地震最小振幅屬性平面圖（疊加三亞組沉積末期古地貌）Fig.3 Minimum seismic amplitude attributes of Meishan Formation submarine fan in Ledong Sag（Paleogeomorphology at end of deposition of superimposed Sanya Formation）

在SSQ4 層序沉積時期海南隆起依然具備較強碎屑物供應(yīng)能力，因此在樂東凹陷北部SSQ4層序海底扇與SSQ3層序海底扇分布范圍、朵葉體特征均具有一定的繼承性。但地震屬性反映SSQ4 層序海底扇在樂東凹陷東南部的平面形態(tài)更接近于東西走向的長軸舌狀形態(tài)，并可識別出與樂東凹陷北部獨立的小型舌狀沉積體，顯然為另一物源體系的產(chǎn)物。

鉆井揭示的樂東凹陷南部SSQ4 層序海底扇砂巖重礦物組合多以較高的白鈦礦和鋯石含量、低石榴石及磁鐵礦為主要特征，母巖類型以沉積巖為主、含少量巖漿巖及變質(zhì)巖，與瓊東南盆地北部陸架區(qū)梅山組砂巖重礦組合較高的磁鐵礦及低白鈦礦含量，以巖漿巖為主的母巖特征存在明顯差異［23］。碎屑鋯石U-Pb 測年則反映SSQ4 層序海底扇砂巖主要存在印支期（距今255 Ma）和海西期（距今436 Ma）兩期年齡峰值（圖4），與越南中南半島東南部秋濱河沉積物印支期250 Ma 和海西期430 Ma年齡峰值十分接近［24-25］，而與海南島現(xiàn)代河流沉積物燕山期（距今100 Ma）和印支期（距今240～220 Ma）年齡峰值特征存在一定差異，反映在SSQ4 海底扇沉積時期越南方向中南半島已經(jīng)成為瓊東南盆地西部重要的碎屑物質(zhì)來源。

梅山組沉積時期最晚一期的海平面升降旋回距今12～11 Ma，在距今11.5～11 Ma 經(jīng)歷了瓊東南盆地中中新世時期海平面下降幅度最大、持續(xù)時間最短的一期海退事件，但由于海南隆起、越南物源在該時期均大幅萎縮，因此SSQ5層序海侵體系域主要以半深海相泥巖沉積為主，重力流海底扇沉積體系基本停止發(fā)育，僅在SSQ5層序海退體系域內(nèi)通過地震資料新識別出一期沿越南物源方向自西向東分布的海底扇沉積體系，但規(guī)模相較于SSQ3 和SSQ4層序海底扇已經(jīng)大幅縮小。該期次海底扇地震剖面上呈中等振幅，較連續(xù)反射特征，可進一步細(xì)分為四期海底扇朵葉體，各期次朵葉體之間的低幅度自西向東進積關(guān)系清晰可識別，并受到黃流組中央峽谷的切割形成南、北兩塊。由于地震振幅明顯減弱，因此該期次海底扇砂巖可能較SSQ3 和SSQ4 層序海底扇厚度減薄，砂巖粒度亦偏細(xì)。

圖4 樂東凹陷梅山組SSQ4層序海底扇碎屑鋯石U-Pb年齡譜圖（YC35-X井）Fig.4 Detrital zircon U-Pb age distribution of SSQ4 sequence of Meishan Formation submarine fan（Well YC35-X）

4 油氣地質(zhì)意義

瓊東南盆地樂東凹陷深水區(qū)已發(fā)現(xiàn)陵水25-1氣田，探明儲量超過500×108m3，其天然氣即源于樂東凹陷深部崖城組煤系烴源巖。油氣資源評價研究認(rèn)為樂東凹陷崖城組煤系烴源巖厚度大、面積廣、成熟度高，油氣潛在資源量規(guī)模巨大，為大中型油氣藏的形成提供了雄厚的資源基礎(chǔ)［26-28］。

樂東凹陷在上新世經(jīng)歷快速沉降過程，伴隨產(chǎn)生地層孔隙壓力系數(shù)超過2.0 的異常高壓，從而形成了區(qū)域性的微裂隙網(wǎng)絡(luò)。在浮力和異常高壓的驅(qū)動下，樂東凹陷崖城組烴源巖生成的天然氣可以沿區(qū)域性微裂隙網(wǎng)絡(luò)向淺層梅山組海底扇、黃流組中央峽谷砂巖儲層高效率垂向運移［29-30］。厚層海相泥巖所包裹的梅山組海底扇砂巖則形成異常高壓體系中的欠壓實帶，有利于海底扇原生孔隙結(jié)構(gòu)的保存。鉆井已揭示的SSQ3和SSQ4層序梅山組海底扇砂巖粒度均以細(xì)砂巖、中砂巖為主，孔隙度可達(dá)16%～22%，滲透率約為30～50 mD，為天然氣的聚集成藏提供了較好的儲層條件，有利于形成“下生上儲”型巖性油氣藏（圖5）。

樂東凹陷梅山組海底扇沉積背景以半深海-深海相富泥環(huán)境為主，整體的“泥包砂”沉積背景有利于巖性圈閉形成。SSQ3 和SSQ4 層序海底扇圈閉類型以海底扇側(cè)翼超覆尖滅形成的巖性-地層圈閉為主，存在保存條件以及海底扇邊緣砂巖儲層可能較薄、物性變差的風(fēng)險，而SSQ5 層序海底扇受到黃流組中央峽谷的切割，形成多個依靠峽谷側(cè)封的巖性圈閉，成藏條件較好，其圈閉有效性成為影響油氣成藏的關(guān)鍵性因素［30-32］。黃流組中央峽谷內(nèi)已經(jīng)有多口鉆井證實峽谷底部主要為滑塌塊體流泥巖充填，地震剖面上呈現(xiàn)為弱振幅雜亂反射特征，與已發(fā)現(xiàn)的氣藏砂巖強振幅“亮點”特征差異明顯，可以形成梅山組海底扇巖性圈閉有效側(cè)向封堵。此外，峽谷水道內(nèi)存在的部分孤立“亮點”砂巖即便與梅山組海底扇砂巖連通，由于“亮點”砂巖周邊被泥巖包裹，可以形成梅山組海底扇-黃流組水道砂巖復(fù)合型巖性圈閉，具備有效的圈閉條件。利用地震振幅屬性、疊后阻抗反演等地球物理方法可以有效區(qū)分峽谷內(nèi)部不同沉積充填類型，從而進一步完成梅山組晚期海底扇巖性圈閉的有效性評價（圖6）。

分析認(rèn)為SSQ5 層序梅山組海底扇由黃流組中央峽谷切割而成，并與峽谷內(nèi)泥巖充填側(cè)向?qū)?。?yōu)選該巖性圈閉，投入鉆探并獲得成功，發(fā)現(xiàn)探明天然氣儲量約為100×108m3，證明樂東凹陷梅山組海底扇油氣成藏條件十分優(yōu)越，目前在該領(lǐng)域已經(jīng)落實多個相同類型有利勘探目標(biāo)，合計天然氣潛在資源量規(guī)模超過1 000×108m3，從而使其成為黃流組中央峽谷之后的瓊東南盆地大中型油氣藏實現(xiàn)勘探突破又一重要目標(biāo)領(lǐng)域。

5 結(jié)論

圖5 樂東凹陷梅山組海底扇油氣成藏模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation of submarine fan of Meishan Formation in Ledong Sag

圖6 樂東凹陷梅山組SSQ5層序海底扇圈閉有效性評價Fig.6 Evaluation of effective traps of SSQ5 sequence of Meishan Formation submarine fan in Ledong Sag

樂東凹陷梅山組層序特征主要受區(qū)域海平面變化控制，因此以瓊東南盆地中中新世高分辨率海平面變化曲線為基礎(chǔ)，以最大海退面、最大海泛面為層序界面，可將梅山組地層劃分為與5 期海平面升降旋回對應(yīng)的梅山組一段和梅山組二段2個三級層序和5 個四級層序（SSQ1—SSQ5）。樂東凹陷SSQ3層序海退體系域、SSQ4層序、SSQ5層序海退體系域內(nèi)可識別出3 期海底扇沉積體系，其規(guī)模主要受控于各體系域沉積時期區(qū)域海平面旋回的升降幅度及持續(xù)時間，而物源方向則經(jīng)歷由東北部海南隆起物源向西部越南方向物源的遷移過程。樂東凹陷梅山組SSQ5 層序海退體系域海底扇受到黃流組中央峽谷的切割，形成依靠中央峽谷內(nèi)部泥巖充填側(cè)封的巖性圈閉，可通過底辟、裂隙溝通崖城組成熟烴源巖，形成“下生上儲”型巖性油氣藏，并已經(jīng)鉆探獲得油氣發(fā)現(xiàn)。SSQ5 層序海底扇相同類型圈閉仍存在超過1 000×108m3的天然氣資源潛力，為下步瓊東南盆地大中型油氣藏勘探突破的重點目標(biāo)領(lǐng)域。