南海北部珠江口盆地?zé)N源巖成因:陽(yáng)江凹陷的資源潛力

姜 衍 , 張向濤, 龍祖烈, 姜素華 *, 索艷慧 ,劉 澤 , 汪 剛 , 陸蕾蕾 , 王光增 , 李三忠

(1.深海圈層與地球系統(tǒng)教育部前沿科學(xué)中心, 海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 2 66100; 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266100; 3.中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518000)

0 引 言

陽(yáng)江凹陷位于珠江口盆地珠三坳陷東段, 油氣勘探始于1979 年, 但歷經(jīng)多輪勘探, 鉆井卻僅有少量油氣顯示, 一直未獲得商業(yè)性突破, 故長(zhǎng)久以來(lái)認(rèn)為其生烴能力有限, 不具備勘探價(jià)值(劉再生等,2014), 對(duì)其勘探程度較低。對(duì)比珠江口盆地成熟勘探區(qū), 發(fā)現(xiàn)陽(yáng)江凹陷與這些勘探區(qū)具很多相似性,故2012 年回歸自營(yíng)勘探, 在深入總結(jié)以往勘探經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)的基礎(chǔ)上, 針對(duì)凹陷生烴潛力評(píng)價(jià)進(jìn)行多輪科研攻關(guān), 明確了該區(qū)油氣資源潛力, 終于在2018年, 地質(zhì)認(rèn)識(shí)創(chuàng)新帶動(dòng)了沉寂40 年的陽(yáng)江凹陷研究,實(shí)現(xiàn)了其油氣勘探的重要突破, 區(qū)域內(nèi)已探明石油儲(chǔ)量超過(guò)3000×104m3(彭光榮等, 20 19; 田立新等,2020)。

前人研究認(rèn)為陽(yáng)江凹陷是始新世文昌組沉積期在區(qū)域伸展作用下形成的、由斷裂主控的半地塹(楊海長(zhǎng)等, 201 1; 張功成等, 2015)或拉張型的斷陷(Lin et al., 2009; 魯寶亮, 2011; Sun et al., 2014), 凹陷形成與南海北緣巖石圈裂解密切相關(guān)(Ru and Pi gott,1986)?；陉?yáng)江凹陷大量重磁震研究以及鉆井資料解析, 逐漸形成了一套伸展成盆、斷裂控盆以及內(nèi)源供盆的理論(楊海長(zhǎng)等, 201 1), 此外, 前人對(duì)珠江口盆地的構(gòu)造單元?jiǎng)澐?、沉積體系、盆地結(jié)構(gòu)、斷裂樣式的大量研究(Su et al., 1989; 姚伯初, 1 993;李文勇和李東旭, 2 006; 任建業(yè)和雷超, 201 1; 孫杰等, 2011; 于水明等, 2012; 解習(xí)農(nóng)等, 2012; Yang et al., 2018), 揭示了包括陽(yáng)江凹陷在內(nèi)的各個(gè)盆地的斷裂幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征, 識(shí)別出各盆地精細(xì)的構(gòu)造-沉積層序, 指出了古近系恩平組-文昌組陸相泥巖為主要的生烴源巖, 新近系珠江組、韓江組和粵海組海相三角洲及濱岸相砂巖是勘探開(kāi)發(fā)目的層。

由于過(guò)去對(duì)陽(yáng)江凹陷烴源巖形成條件與資源潛力缺乏系統(tǒng)研究, 對(duì)該區(qū)烴源巖形成機(jī)制及生烴潛力依然不清, 嚴(yán)重阻礙了油氣的進(jìn)一步勘探與開(kāi)發(fā)。因此, 有必要從走滑-拉分成盆的角度, 重新認(rèn)識(shí)盆地的結(jié)構(gòu)以及對(duì)烴源巖形成演化的控制。由于走滑成盆機(jī)制不僅對(duì)研究盆地的結(jié)構(gòu)具有重要的指導(dǎo)意義, 而且與烴源巖形成和演化也密切相關(guān), 為此, 本文在前人研究的基礎(chǔ)上, 結(jié)合對(duì)區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造和沉積特征的分析, 利用最新的三維地震和鉆井等資料對(duì)陽(yáng)江凹陷古近系烴源巖的形成條件與資源潛力進(jìn)行綜合研究和評(píng)價(jià), 分析了古近系文昌組烴源巖形成演化過(guò)程, 預(yù)測(cè)文昌組烴源巖的分布范圍,并利用盆地模擬技術(shù)對(duì)文昌組烴源巖的埋藏史、熱演化史和生烴史等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 對(duì)陽(yáng)江凹陷油氣勘探有重要的指導(dǎo)意義。

圖1 陽(yáng)江凹陷區(qū)域位置及構(gòu)造單元?jiǎng)澐?修改自彭光榮等, 2019; 田立新等, 2020)Fig.1 The location and tectonic units of the Yangjiang Sag

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 研究區(qū)概況

珠江口盆地是中國(guó)南海北部的大陸邊緣型盆地(Clift and Lin, 2001; Zhu o et al., 2014; 任建業(yè)等,2015; Zhang et al., 2016a; 張功成等, 2017; Lei et al.,2018a, 2018b; Ding et al., 2018), 位于歐亞板塊、印度-澳大利亞板塊的匯聚拼合地帶, 是太平洋構(gòu)造域和新特提斯構(gòu)造域相互作用的核心位置(Zhou e t al., 2008; 李三忠等, 2012a, 2012b; 姜素華等, 2017;Li et al., 2018; Gao et al., 2018)。珠江口盆地北接華南大陸, 南到南海海盆, 西接海南隆起和瓊東南盆地, 東跨東沙隆起與臺(tái)西南盆地相連。陽(yáng)江凹陷位于珠江口盆地內(nèi)的珠三坳陷, 北接陽(yáng)春凸起,南接陽(yáng)江低凸起, 凹陷可進(jìn)一步劃分為三個(gè)構(gòu)造單元, 自西向東分別為陽(yáng)江西凹(陽(yáng)江33 洼)、陽(yáng)江中低凸起和陽(yáng)江東凹(圖1)。其中陽(yáng)江東凹可分為陽(yáng)江24 洼、恩平19 洼、恩平20 洼、恩平21 洼等次級(jí)洼陷(圖1)。地震剖面解析發(fā)現(xiàn), 陽(yáng)江24 洼和恩平20 洼為北斷南超型洼陷, 控洼斷裂分別為F1和F4; 恩平19 洼和恩平21 洼為南北雙斷型洼陷, 其中恩平19 洼控洼斷裂為F2和F3, 恩平21 洼的控洼斷裂為F4、F5和F6。

1.2 構(gòu)造演化和層序劃分

珠江口盆地的構(gòu)造事件記錄了華南陸緣裂解到南海洋盆擴(kuò)張的全過(guò)程(安慧婷等, 2 012; 李三忠等, 2019; Lei et al., 2020), 盆地中新生代至少包括5 次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 從早到晚分別為神狐運(yùn)動(dòng)、珠瓊運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、白云運(yùn)動(dòng)和東沙運(yùn)動(dòng), 發(fā)育古近系神狐組、文昌組、恩平組、珠海組, 新近系珠江組、韓江組、粵海組、萬(wàn)山組和第四系瓊海組(Zhu et al., 2012; 楊勝雄等, 2013; Xie et al., 2013;鐘志洪等, 2014; Zhao et al., 2016; 朱明等, 2019)。陽(yáng)江凹陷文昌組是珠瓊一幕裂陷期內(nèi)(47.8～38 M a)的沉積地層(Lei et al., 2018 a; 米立軍等, 2019),裂陷期內(nèi)存在區(qū)域性抬升、剝蝕事件, 并伴有斷裂和巖漿活動(dòng), 導(dǎo)致文昌組三級(jí)層序之間發(fā)育削截、局部上超和下超等地層不整合現(xiàn)象(表1)?；诘卣鹌拭?、沉積層序結(jié)構(gòu)、巖漿演化和古生物研究,揭示了盆地中文昌組的頂面為T80, 底面為Tg; 文昌組可具體劃分為三段, 即文一段、文二段和文三段, 分界面分別為T81和T82(姜華等, 2009; 李輝等,2014)。

表1 陽(yáng)江凹陷古近系層序劃分Table 1 Division of Paleogene sequences of the Yangjiang Sag

1.3 沉積相展布特征

陽(yáng)江凹陷古近系文昌組烴源巖的沉積過(guò)程與區(qū)域構(gòu)造密切相關(guān)(夏斌等, 2007)。陽(yáng)江凹陷早期為右行右階走滑拉分, 晚期為左行左階走滑拉分, 不同機(jī)制的走滑拉分疊合作用于恩平20 洼, 使得該洼陷一直處于沉積沉降中心, 因此恩平20 洼發(fā)育了完整而深厚的古近紀(jì)地層。在氣候適宜但物源缺乏的條件下, 恩平20 洼形成一套泥巖含量高、有機(jī)質(zhì)豐富的深湖和半深湖相烴源巖。

陽(yáng)江凹陷文昌組3 個(gè)三級(jí)層序從下到上都發(fā)育有深湖和半深湖相沉積。以文二段為例, 沿?cái)嗔堰吘壈l(fā)育小規(guī)模扇三角洲和近岸水下扇, 辮狀河三角洲主要發(fā)育在超覆線和剝蝕線周圍。恩平20 洼和恩平21 洼均發(fā)育濱淺湖相、深湖相和半深湖相, 其中以恩平20 洼的深湖相面積最大(圖2), 這些深湖和半深湖相沉積為烴源巖形成提供了較好的物質(zhì)空間。

2 烴源巖形成條件

2.1 多期走滑拉分疊合與多層烴源巖分布

陽(yáng)江凹陷在古新世-始新世期間的構(gòu)造演化可分為三大階段(趙衛(wèi)等, 2013; 王鵬程等, 2017)。

古新世-早始新世, 由于太平洋板塊推動(dòng)伊澤奈崎板塊向歐亞大陸下俯沖, 同時(shí)印度-澳大利亞板塊沿NNE 向與歐亞大陸碰撞(李三忠等, 2013; 王洪才等, 2013; 王霄飛等, 2014; 張勇等, 2017; 趙斐宇等, 201 7b), 導(dǎo)致南海北部陸緣巖石圈處于NW-SE 向伸展背景下, 珠江口盆地發(fā)育NEE 向正斷體系(程世秀等, 201 2), 形成彌散狀寬裂谷, 同時(shí)在恩平20 洼、恩平21 洼發(fā)育F4、F6同沉積邊界斷裂, 控制文三段的沉積(圖3a)。

中始新世, 太平洋板塊俯沖方向轉(zhuǎn)為NWW 向,在南海北部陸緣發(fā)育一系列NE 向伸展斷層, 兼具右行走滑性質(zhì)(Wei and Chung, 1995; Dmitrienko et al.,2017)。NE 向斷裂不斷生長(zhǎng), 連接原本“斷而不連”的小斷裂, 逐漸形成右行走滑斷裂體系, 在空間上組合成右行右階走滑拉分盆地(索艷慧等, 2012, 2017;Wang et al., 2019)。陽(yáng)江凹陷F1、F2、F3和F5斷裂開(kāi)始形成, 并不斷生長(zhǎng)連接, 新生斷裂F5與先存斷裂F6組合交接, 組合斷裂交接位置正斷下陷強(qiáng)烈, 在恩平20 洼形成疊合型沉積中心, 接受文二段沉積(圖3b)。

晚始新世, 在太平洋板塊持續(xù)NWW 向俯沖背景下, 同時(shí)印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊匯聚速率降低以及深部地幔向東南逃逸, 導(dǎo)致南海北部陸緣向東、東南發(fā)育擠出構(gòu)造(夏斌, 2005 )。受擠出構(gòu)造影響, 區(qū)域NW 向大斷裂新生或繼承性活動(dòng),具左行走滑性質(zhì)(索艷慧等, 2012; Li u et al .,2016)。陽(yáng)江凹陷NW、NWW 向斷裂不斷貫通連接, 進(jìn)而切割了部分早期NE、NEE 向控洼邊界斷裂, 在空間上構(gòu)成左行左階走滑拉分盆地, 疊合在前期右行右階拉分盆地之上。同樣地, 在組合斷裂疊接部位正斷作用強(qiáng)烈, 使得盆地不斷下陷并接受文一段及恩平組沉積(圖3c)。

綜上, 陽(yáng)江凹陷古新世-始新世成盆機(jī)制可以劃分為寬裂谷發(fā)育(又稱為伸展階段)、右行右階走滑拉分成盆以及左行左階走滑拉分成盆三個(gè)階段, 這為烴源巖形成創(chuàng)造了物質(zhì)空間, 如恩平20 洼和恩平21 洼都具有形成烴源巖的物質(zhì)空間。

2.2 古氣候與古湖盆條件

(1) 古氣候特征

陽(yáng)江凹陷臨近恩平凹陷, 與恩平凹陷古氣候特征類似, 陽(yáng)江凹陷古近紀(jì)整體為溫暖潮濕古氣候(薛羅, 2013)。MgO/Al2O3值、MgO 值與Sr/Cu 值指示(程岳宏等, 2010), 文昌組沉積期古氣溫略低于恩平組沉積期。在溫暖、濕潤(rùn)氣候條件下, 湖平面較高,湖水深且湖域?qū)? 物源區(qū)以化學(xué)風(fēng)化作用為主, 物源中細(xì)碎屑組分及化學(xué)組分占主導(dǎo), 易形成湖相懸浮沉積作用及化學(xué)巖沉積。

(2) 古湖盆水介質(zhì)性質(zhì)

沉積巖中(泥質(zhì))MgO/Al2O3值與古湖盆水介質(zhì)條件密切相關(guān), 水體中MgO/Al2O3值與水體中的鹽度存在正比關(guān)系, 即水體鹽度越高, 比值越大, 沉積物吸附的Mg2+離子就越多(師晶等, 2 018; 林春明等, 20 19)。中基性火山巖水解后能提供豐富的Fe2+、Mg2+離子, 導(dǎo)致沉積巖中MgO/Al2O3值比一般沉積巖高。陽(yáng)江凹陷臨近恩平凹陷, 沉積特征相似, 參照恩平凹陷文昌組泥巖MgO/Al2O3值明顯比上覆恩平組高(薛羅, 20 13), 表明陽(yáng)江凹陷文昌組沉積期的湖水鹽度比恩平組沉積期高, 火山活動(dòng)的影響更明顯。

圖3 陽(yáng)江凹陷古近紀(jì)的控洼斷裂演化模式Fig.3 The model of the Paleogene faults that controlled the sags in the Yangjiang Sag

2.3 內(nèi)源沉積發(fā)育機(jī)制

陽(yáng)江凹陷古近系文昌組總體處于物源欠補(bǔ)償狀態(tài), 沉積充填過(guò)程主要依靠斷裂控制斷陷, 因此,陽(yáng)江凹陷各洼陷沉積過(guò)程與控洼斷裂活動(dòng)性密切相關(guān)。在嚴(yán)重欠補(bǔ)償?shù)奈镌礂l件下, 陽(yáng)江凹陷各洼陷沉積充填過(guò)程強(qiáng)烈受控于區(qū)域斷裂演化。利用Badlands 盆地模擬技術(shù)(劉澤等, 2020)恢復(fù)了陽(yáng)江凹陷古近紀(jì)古地貌, 并結(jié)合沉積相和斷裂系統(tǒng)來(lái)分析物源體系特征。

Badlands 是研究地質(zhì)演化過(guò)程及機(jī)制的數(shù)值模擬手段, 通過(guò)使用有限體積方法定義連續(xù)性方程,應(yīng)用三角形不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的方式來(lái)求解地貌方程, 通過(guò)對(duì)古地貌特征的分析, 可以很清楚地識(shí)別出研究區(qū)的古隆起、古湖泊、溝谷、河道、水系以及沉積區(qū)。模擬結(jié)果顯示, 研究區(qū)東北部最深區(qū)最先接受沉積, 之后沉降中心向西遷移(圖4)。在此期間, 河流水系發(fā)育, 沉積物的展布范圍也隨之變大。文一段沉積期模型預(yù)測(cè)研究區(qū)東北部出現(xiàn)古隆起與沉積間斷, 使得文一段在東北部未接受沉積或沉積后被剝蝕, 這和文一段厚度變化一致, 可能是斷裂或巖漿作用的結(jié)果。整體而言, 模型預(yù)測(cè)的古環(huán)境特征與沉積區(qū)的分布范圍具有很好的一致性, 并且很好的反映了內(nèi)源沉積的特征。

系統(tǒng)分析古地貌與沉積相和斷裂分布的關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)文昌組沉積物源均為內(nèi)源沉積。以文二段為例, 文二段沉積期間, 斷裂活動(dòng)增強(qiáng), 新斷裂F3成為恩平19 洼南部的主控洼斷裂。F3南部緊靠陽(yáng)江低凸起, 文二段沉積初期斷裂活動(dòng)較強(qiáng)烈, 由低凸起提供物源, 在恩平19 洼南側(cè)發(fā)育扇三角洲沉積,北部也在F2的控制下發(fā)育小規(guī)模的扇三角洲。F1北靠陽(yáng)春凸起, 坡度陡, 很少發(fā)育河道, 物源供給非常欠缺, 控制陽(yáng)江24 洼發(fā)育較大面積的半深湖相和淺湖相沉積, 僅在局部地區(qū)發(fā)育近源垮塌堆積形成的近岸水下扇。F4、F5、F6在文二段沉積期繼續(xù)活動(dòng), 其陡坡帶都無(wú)法供應(yīng)足夠物源, 在恩平20 洼北部、南部、東部以及恩平21 洼南部控制發(fā)育一套連片的半深湖相沉積。文二段沉積期, 陽(yáng)江低凸起作為內(nèi)源, 為陽(yáng)江24 洼、恩平19 洼和恩平20 洼規(guī)模有限的辮狀河提供物源(圖5)。

圖4 陽(yáng)江東凹古地貌重建Fig.4 Paleo-topographic reconstruction of the eastern Yangjiang Sag

2.4 巖漿作用與區(qū)域地?zé)釄?chǎng)特征

2.4.1 局部巖漿作用與基底巖性

巖漿作用對(duì)烴源巖形成、油氣的運(yùn)移及儲(chǔ)存有非常重要影響(Jin et al., 2004; Zhu et al., 2007, 2017;Wang et al., 2012; Hu et al., 2018), 因?yàn)閹r漿活動(dòng)伴隨的深部物質(zhì)和能量能夠影響淺部烴源巖有機(jī)質(zhì)降解排烴、儲(chǔ)層礦物組成和空間分布以及油氣裂解的過(guò)程。研究區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)發(fā)育, 古近紀(jì)早期的巖漿活動(dòng)以中酸性為主, 古近紀(jì)晚期轉(zhuǎn)化為以堿性玄武巖和拉斑玄武巖為主的裂陷盆地火山序列, 10 Ma 以后珠江口地區(qū)斷裂活動(dòng)加劇, 源于深部堿性玄武巖和拉斑玄武巖有較大規(guī)模噴發(fā)活動(dòng)(鄒和平等, 1995;李思田等, 19 98; Yan et al., 2014; Hui et al., 2016;Zhang et al., 2016b)。這些巖漿活動(dòng)可能導(dǎo)致局部熱流高值異常, 如地震層析成像結(jié)果揭示珠江口盆地西北部的雷瓊火山下存在一個(gè)P 波低速區(qū), 并有學(xué)者將其解釋為地幔柱通道(Lei et al., 2009; 夏少紅等,2017; 呂作勇等, 201 7; 陳梅等, 2 019), 這與珠三坳陷與北部灣盆地之間的高熱流區(qū)吻合(圖6)。再如珠江口盆地南部順德凹陷與瓊東南盆地東部也存在一個(gè)高熱流區(qū), 高值異常與始新世-漸新世的基性巖侵入和噴發(fā)位置相吻合, 但是莫霍面深度揭示南部的高熱流區(qū)為地殼強(qiáng)烈減薄區(qū)(姜素華等, 20 19), 說(shuō)明兩個(gè)區(qū)域的高熱流成因不同。

珠三坳陷鉆遇基底的井有18 口, 鉆厚6～179.5 m,鉆井資料揭示本區(qū)前古近系基底巖性復(fù)雜, 有花崗巖、流紋巖、火山碎屑巖、石英巖和變質(zhì)巖等。陽(yáng)江凹陷基底鉆遇花崗巖(Y10-1 井、Y11-1 井和Y8-1井), 北部陽(yáng)春凹陷和陽(yáng)春凸起基底為流紋巖(課題組未發(fā)表數(shù)據(jù))和侵入巖(Y1-1 井), 中部的陽(yáng)江低凸起、文昌A 凹陷和瓊海凹陷基底巖性為石英巖和變質(zhì)巖, 南部的文昌B 凹陷和瓊海凸起基底巖性為流紋巖和火山碎屑巖?；讕r性從北向南由巖漿巖轉(zhuǎn)變?yōu)樽冑|(zhì)巖, 又轉(zhuǎn)變?yōu)閹r漿巖, 巖漿活動(dòng)與區(qū)域地?zé)釄?chǎng)高值區(qū)域的分布基本一致(圖6)。因此, 陽(yáng)江凹陷及其周緣巖漿活動(dòng)是弱化該地區(qū)基底巖性的重要因素, 并且對(duì)區(qū)域地?zé)釄?chǎng)也有一定的影響。

2.4.2 區(qū)域地?zé)釄?chǎng)特征

影響地?zé)釄?chǎng)的因素很多, 其中, 巖漿活動(dòng)導(dǎo)致的深部熱液侵入是改變地表熱流分布的重要影響因素。研究區(qū)熱流數(shù)據(jù)由鉆孔資料分析和海底熱流探針測(cè)量獲得(圖6), 前者主要分布在水深小于300 m的區(qū)域, 后者主要位于水深超過(guò)1000 m 的海域。珠三坳陷北側(cè)與廣東西部沿海存在一個(gè)高熱流區(qū)(趙斐宇等, 20 17a; 姜素華等, 2019), 盡管該高熱區(qū)僅有少數(shù)熱流站位分布, 但該區(qū)域與地震層析成像揭示的雷瓊地區(qū)及其東側(cè)海域深部低速區(qū)和陽(yáng)江地?zé)崽镂恢靡恢?施小斌等, 2017)。陽(yáng)江凹陷雖然總體熱流值小于70 mW/m2, 但處于南、北兩大高熱流值圈閉之間(圖6), 因此, 周邊深部地?；驇r漿提供的高熱流可能為陽(yáng)江凹陷低地溫場(chǎng)下的額外巖漿熱來(lái)源,進(jìn)而推測(cè)局部的巖漿熱增強(qiáng)了該區(qū)熱流, 加速了烴源巖的熱演化進(jìn)度。

圖5 陽(yáng)江東凹文二段物源體系特征Fig.5 Provenances of the Wen-2 Member in the eastern Yangjiang Sag

3 烴源巖分布特征

3.1 烴源巖的地震資料識(shí)別

地震反射剖面上, 大致可以根據(jù)反射波的形態(tài)(反射振幅、頻率和連續(xù)性等)識(shí)別烴源巖。珠江口盆地?zé)N源巖(如典型的深湖和半深湖相烴源巖)的地震反射特征常呈現(xiàn)強(qiáng)振幅、低頻率且連續(xù)性較好的平行、亞平行反射構(gòu)型, 外部形態(tài)呈一定規(guī)模的席狀分布; 但陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖的地震相特征比較特別, 強(qiáng)振幅、低頻率的平行、亞平行反射構(gòu)型非常少, 反而中振幅、中低頻的波狀反射構(gòu)型較多。根據(jù)地震反射特征, 并結(jié)合沉積相分析, 發(fā)現(xiàn)恩平20 洼深湖和半深湖沉積的地震相體現(xiàn)在文二段和文三段, 為中振幅、連續(xù)中低頻波狀發(fā)射, 且文二段與文三段都為開(kāi)闊湖盆, 洼陷可容納空間非?？捎^,相比于其他生烴洼陷體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)(圖7)。

恩平21 洼深湖和半深湖相地震相主要分為以下兩種: ①弱振幅、中低頻波狀反射, 該類型主要發(fā)育在恩平21 洼深洼帶, 主體位于文三段和文二段中;②弱振幅、低頻波狀反射, 主體位于文二段內(nèi)(圖8)。通過(guò)分析恩平20 洼與恩平21 洼的文昌組烴源巖地震反射特征, 總結(jié)出陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖為中-弱振幅、中低頻連續(xù)波狀反射特征, 并可據(jù)此定性識(shí)別并圈定烴源巖分布范圍。

圖6 陽(yáng)江凹陷及其鄰區(qū)熱流分布(修改自施小斌等, 2017)Fig.6 Heat flow in the Yangjiang Sag and its adjacent areas

3.2 烴源巖特征的鉆井資料揭示

3.2.1 地球化學(xué)剖面

珠江口盆地?zé)N源巖分為泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤三類, 其中, 炭質(zhì)泥巖和煤中有機(jī)質(zhì)豐度均很高(TOC>5%), 制約其生烴能力的主要地化指標(biāo)是生烴潛量(S1+S2)和氫指數(shù)(HI); 而制約泥巖生烴能力的主要指標(biāo)則是有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)及生烴潛量, 氫指數(shù)和裂解烴熱解峰值溫度(Tmax)對(duì)其生烴能力的制約能力相對(duì)較小。本次研究的TOC、HI、S1+S2和Tmax資料直接來(lái)源于鉆井資料(本課題組未發(fā)表數(shù)據(jù)), 這些數(shù)據(jù)對(duì)烴源巖評(píng)價(jià)非常重要, 并為預(yù)測(cè)烴源巖平面分布特征提供參考。

根據(jù)陽(yáng)江凹陷鉆遇文昌組的Y11-1 井地球化學(xué)剖面(圖 9), 文昌組烴源巖 TOC 值主要分布在2%～3%之間, 最大值可達(dá)3.25%左右;S1+S2主要分布在3～12 mg/g 之間, 最大值可達(dá)13 mg/g;HI大致在200～400 mg/g 之間, 而裂解烴熱解峰值溫度基本上在450 ℃左右。綜合Y11-1 井和陽(yáng)江凹陷其他鉆井地球化學(xué)資料, 獲得陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖(S1+S2)-TOC 交匯圖(圖10), 并根據(jù)中國(guó)陸相湖泊泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(張寬, 2003 ; 朱光有等, 2005), 確定陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖為好的烴源巖。

圖7 恩平20 洼烴源巖地震相剖面特征Fig.7 Seismic facies of the source rocks in the Enping 20 Sub-sag

圖8 恩平21 洼烴源巖地震相剖面特征Fig.8 Seismic facies of the source rocks in the Enping 21 Sub-sag

3.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)沉積環(huán)境, 文昌組沉積期為裂陷期, 水體封閉, 湖泊藻類(盤星藻等)繁盛, 為有機(jī)質(zhì)的沉積提供了良好的條件。此外,HI和Tmax是評(píng)價(jià)的烴源巖的可靠指標(biāo), 利用HI和Tmax交匯圖可判別有機(jī)質(zhì)類型。綜合陽(yáng)江凹陷鉆井HI-Tmax交匯圖(圖11), 發(fā)現(xiàn)文昌組的氫指數(shù)(HI)一般為200～400 m g/g, 最高不超過(guò)500 m g/g,Tmax一般為410～460 , ℃ 基本確定文昌組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ-Ⅱ1型(腐泥型或腐殖-腐泥型)。

3.3 烴源巖分布的地震屬性預(yù)測(cè)

在對(duì)地震烴源巖的預(yù)測(cè)過(guò)程中, 通常引入與烴源巖預(yù)測(cè)有關(guān)的各種地震屬性, 利用經(jīng)驗(yàn)公式或數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法, 優(yōu)選出對(duì)所求解問(wèn)題最敏感(或最有效、最有代表性)的、屬性個(gè)數(shù)最少的地震屬性或地震屬性組合, 能有效提高地震烴源巖層等預(yù)測(cè)精度,改善與地震屬性有關(guān)的處理及解釋效果。在對(duì)10 余種與烴源巖厚度、TOC 和HI等關(guān)系較密切的地震屬性進(jìn)行反演處理結(jié)果的對(duì)比下, 優(yōu)選了平均幅度和循環(huán)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差這兩種屬性來(lái)定量預(yù)測(cè)陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖TOC 和HI的平面分布, 并在此基礎(chǔ)上, 利用鉆井和區(qū)域地質(zhì)資料等, 預(yù)測(cè)文昌組烴源巖厚度分布。

圖10 陽(yáng)江凹陷(S1+S2)-TOC 交匯圖Fig.10 ( S1+S2) versus TOC plot for the Yangjiang Sag

3.3.1 平均幅度屬性預(yù)測(cè)TOC

平均幅度屬性與沉積相帶具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此, 可以將平均幅度屬性的分布特征作為初始模型, 以井點(diǎn)TOC 值為約束條件, 選取區(qū)域TOC 的極大值作為邊界條件, 并合理選取函數(shù)模型, 對(duì)TOC進(jìn)行反演。但是平均幅度屬性反演的TOC 值反映的是區(qū)域分布趨勢(shì), 局部會(huì)有一定的偏差。因此這里引入了沉積厚度這一參數(shù), 利用鉆井TOC 與平均幅度屬性和沉積厚度關(guān)系, 擬合出文昌組烴源巖TOC與平均幅度屬性和地層厚度之間的多變量關(guān)系(用z表示TOC,x表示平均幅度,y表示沉積厚度):

根據(jù)反演結(jié)果(圖12), 文二段TOC 基本上在2%以上, 最大值達(dá)4.5%。TOC 高值(>4%)主要分布在恩平20 洼, 恩平21 洼也有少量分布, 說(shuō)明恩平20 洼與恩平21 洼的部分區(qū)域烴源巖為很好的烴源巖。

3.3.2 循環(huán)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差屬性預(yù)測(cè)HI

循環(huán)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差屬性的平面分布與泥巖分布和埋深有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 因此, 可以將循環(huán)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差屬性的分布特征作為初始模型, 選取井點(diǎn)的HI值作為約束條件, 以研究區(qū)各洼陷的極值作為邊界條件, 對(duì)HI進(jìn)行反演。利用鉆井HI與循環(huán)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 擬合出反演文昌組烴源巖HI所需要的基本公式(b表示HI,a表示循環(huán)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差):

圖11 陽(yáng)江凹陷HI-Tmax 交匯圖Fig.11 HI versus Tmax plot for the Yangjiang Sag

圖12 陽(yáng)江東凹文二段TOC 空間分布預(yù)測(cè)圖Fig.12 Predicted TOC isopleth map of the Wen-2 Member in the eastern Yangjiang Sag

根據(jù)擬合結(jié)果(圖13), 文二段HI通常在100～300 m g/g 之間, 最高值達(dá)380 m g/g, 分布在恩平20洼和恩平21 洼。根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),HI平面分布說(shuō)明文昌組為好的烴源巖層。

3.3.3 烴源巖厚度分布

本次研究對(duì)烴源巖厚度的計(jì)算, 分為4 步: ①根據(jù)地震相和沉積相的分布特征, 定性確定烴源巖的分布范圍和大致厚度; ②結(jié)合井資料和波阻抗反演剖面確定泥巖百分含量; ③以井點(diǎn)值為約束, 設(shè)定邊界條件, 用TOC 值剔除泥巖中不能生烴的部分(即減掉TOC 小于或等于0.5%的泥巖厚度); ④結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、井資料、TOC 資料和地震屬性等對(duì)烴源巖厚度進(jìn)行反演, 即根據(jù)已知點(diǎn)的烴源巖厚度為基礎(chǔ), 選擇合理的函數(shù)模型進(jìn)行反演。

根據(jù)反演結(jié)果(圖14), 文二段烴源巖最厚達(dá)520 m,分布在恩平21 洼, 在恩平20 洼厚度也可達(dá)500 m。因此, 陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖泥巖含量非常可觀,巨厚的泥巖層創(chuàng)造了良好的生烴條件。

根據(jù)地震屬性和鉆井、區(qū)域地質(zhì)等資料, 對(duì)烴源巖TOC、HI和厚度的反演結(jié)果進(jìn)行綜合分析, 可以看到陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度較好,具有很好的生烴潛力, 且恩平20 洼較其他次洼有機(jī)質(zhì)豐度更高, 生烴潛力最大。

圖13 陽(yáng)江東凹文二段HI 空間分布預(yù)測(cè)圖Fig.13 Pr edicted HI isopleth map of the Wen-2 Member in the eastern Yangjiang Sag

圖14 陽(yáng)江東凹文二段烴源巖厚度分布預(yù)測(cè)圖Fig.14 Predicted thickness isopleth map for the source rocks of the Wen-2 Member in the eastern Yangjiang Sag

4 生烴潛力評(píng)價(jià)

對(duì)陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)是通過(guò)Petromod 盆地模擬技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 通過(guò)輸入地層和巖性信息、地球化學(xué)信息、古熱流、古地溫和古水深等數(shù)據(jù), 模擬得到烴源巖成熟度和生烴潛力各項(xiàng)指標(biāo)。主要模擬過(guò)程包括: ①沉積埋藏史模擬, 重建盆地的沉積史和構(gòu)造史(Jiang et al., 2 016); ②熱演化史模擬, 重建盆地的烴類成熟度史; ③生烴史模擬, 重建盆地?zé)N源巖生強(qiáng)度史或生烴量史。

4.1 模型參數(shù)分析

模型參數(shù)主要包括: ①地層信息與巖性特征。采用的地層劃分方案是依據(jù)地震和測(cè)井綜合解釋結(jié)果, 并利用測(cè)井資料與預(yù)測(cè)烴源巖厚度結(jié)果, 計(jì)算各層段地層的巖性組成及其百分含量; ②地球化學(xué)參數(shù), 包括: 氫指數(shù)(HI), 參考預(yù)測(cè)HI空間分布(圖13); 總有機(jī)碳(TOC), 參考預(yù)測(cè)TOC 空間分布(圖12); 生儲(chǔ)蓋類型, 文昌組即生油層; 生烴動(dòng)力學(xué)方程, 即干酪根類型的選取。根據(jù)鉆井資料揭示的烴源巖特征(圖11), 選取干酪根類型為Ⅰ-Ⅱ1型; ③邊界條件, 包括古水深、古地表溫度與古熱流值。其中, 古水深從區(qū)域地質(zhì)背景資料中獲取(Gao et al.,2015; 張孟然和姜正龍, 2016), 古地溫采用的是Wygrala (1989)建立的全球平均古地表溫度模型, 古熱流值從區(qū)域地?zé)釄?chǎng)資料中獲取(圖6); ④烴源巖成熟度模型的選取和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用的中國(guó)陸相湖泊泥質(zhì)烴源巖成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn), 在Petromod 中對(duì)應(yīng)的是EASY%Ro模型。

4.2 模擬結(jié)果

(1) 沉積埋藏史

對(duì)沉積埋藏史采取一維模擬。由于Y11-1 井位于恩平21 洼內(nèi), 是研究區(qū)內(nèi)鉆遇前古近系基底的井,因此, 選取該井作為初始模型進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果揭示恩平21 洼文昌組沉積期經(jīng)歷了三期抬升運(yùn)動(dòng),造成文一段、文二段和文三段不同程度的剝蝕, 其中, 文一段被完全剝蝕, 其次為文三段, 文二段剝蝕厚度最小。

(2) 熱演化史

熱演化史模擬的是烴源巖Ro值隨埋深或者時(shí)間的變化, 以此來(lái)判斷有機(jī)質(zhì)成熟度。一維(Y11-1 井)和二維模擬結(jié)果均揭示文三段和文二段烴源巖約23 Ma 進(jìn)入成熟階段, 文一段烴源巖約16 Ma 進(jìn)入成熟階段, 且文昌組烴源巖現(xiàn)今總體已經(jīng)達(dá)到高成熟階段。三維模擬結(jié)果揭示文三段和文二段烴源巖23 Ma后在恩平20 洼局部進(jìn)入成熟階段, 現(xiàn)今總體進(jìn)入高成熟階段。根據(jù)熱演化史模擬結(jié)果, 文三段和文二段烴源巖在恩平20 洼的成熟度最高。此外, 文二段烴源巖厚、范圍大、成熟度高, 且鉆井揭示有機(jī)質(zhì)豐度和類型好, 應(yīng)為文昌組中生烴潛力最大的層段。

(3) 生烴史

生烴史模擬利用了化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理(黃健全等,1993), 綜合利用了干酪根生油、干酪根生氣和油裂解氣三個(gè)不同的生烴動(dòng)力學(xué)方程。模擬結(jié)果表明:文三段和文二段烴源巖在23 Ma 開(kāi)始生烴, 16 Ma 生烴強(qiáng)度大幅增加, 現(xiàn)今恩平21 洼和恩平20 洼生烴強(qiáng)度最高; 文一段烴源巖在16 Ma 開(kāi)始生烴, 10 Ma生烴強(qiáng)度大幅增加, 現(xiàn)今恩平20 洼的生烴強(qiáng)度最高。將文昌組三段的生烴強(qiáng)度疊加分析, 發(fā)現(xiàn)恩平20 洼為現(xiàn)今生烴強(qiáng)度最高的洼陷, 其次是恩平21洼。此外, 在恩平20 洼的北部與東部已鉆遇3 口油流井, 進(jìn)一步說(shuō)明恩平20 洼為生烴潛力最大的洼陷。

5 結(jié) 論

本次系統(tǒng)研究揭示陽(yáng)江凹陷資源潛力較大, 其構(gòu)造演化也是整個(gè)珠江口盆地演化的一個(gè)縮影, 對(duì)珠江口盆地其他凹陷構(gòu)造研究和油氣勘探突破具有重要借鑒意義。綜合以上研究, 獲得以下新認(rèn)識(shí):

(1) 結(jié)合沉積相和區(qū)域構(gòu)造背景分析, 陽(yáng)江凹陷古近系烴源巖主要分布在文昌組, 是在伸展-走滑背景下形成的, 具體劃分為三個(gè)階段, 即寬裂谷發(fā)育、右行右階走滑拉分成盆和左行左階走滑拉分成盆階段。

(2) 陽(yáng)江凹陷文昌組總體處于物源欠補(bǔ)償狀態(tài),各洼陷的沉積充填過(guò)程強(qiáng)烈受控于區(qū)域構(gòu)造演化,恩平20 洼一直位于沉降中心。文昌組物源主要為內(nèi)源沉積, 即來(lái)自陽(yáng)江低凸起、陽(yáng)春凸起和恩平15-1古隆起, 特殊的物源機(jī)制使文昌組烴源巖的發(fā)育有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

(3) 鉆井資料顯示陽(yáng)江凹陷文昌組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度好, 有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ-Ⅱ1型。地震屬性反演得到的烴源巖分布特征顯示文昌組烴源巖具有很好的生烴潛力, 恩平20 洼和21 洼部分區(qū)域TOC 達(dá)到4%以上,HI達(dá)到300 g/m g 以上, 烴源巖在恩平20 洼最厚。

(4) 模擬結(jié)果表明: 文三段和文二段烴源巖在23 M a 進(jìn)入成熟階段, 文一段烴源巖在16 M a 進(jìn)入成熟階段, 文二段烴源巖是生烴潛力最大的層段。綜合文昌組三段的生烴強(qiáng)度, 發(fā)現(xiàn)恩平20 洼是生烴潛力最好的洼陷, 未來(lái)的勘探應(yīng)圍繞恩平20 洼。