鶯歌海盆地東方1-1氣田上新統(tǒng)鶯二段源-渠-匯研究

周 偉,張磊崗,馬勇新,楊楷樂,管 琳,高 雨,陳 碩

(1.中國海洋石油集團(tuán)(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057;2.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，陜西 西安 710069)

“源-渠-匯”體系研究是當(dāng)今地球科學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題,已成為當(dāng)下全球沉積學(xué)的研究熱點(diǎn)[1-4]。美國國家自然科學(xué)基金會(NSF)和聯(lián)合海洋學(xué)協(xié)會(JOI)于1998年提出《洋陸邊緣科學(xué)計劃2004》,制定了從“源”到“匯”的復(fù)合體系科學(xué)計劃,開始將源-匯分析的概念和思想引入到沉積學(xué)研究當(dāng)中。目前，其已逐漸成為沉積學(xué)的前沿領(lǐng)域,源-匯分析已是研究熱點(diǎn)之一[5-8]。

鶯歌海盆地是全球8個海上超壓盆地之一,蘊(yùn)藏有豐富的天然氣資源[9]，20世紀(jì)90年代，在上新統(tǒng)常溫常壓鶯歌海組鶯二段地層中發(fā)現(xiàn)了DF1-1底辟背斜淺層氣田[10]。前人對鶯歌海盆地新生代以來的各含氣構(gòu)造區(qū)的物源及沉積體系等進(jìn)行了一定程度的研究[11-16]，對盆地邊部的嶺頭構(gòu)造區(qū)、蓮花構(gòu)造區(qū)的物源以及樂東區(qū)、海口構(gòu)造區(qū)鶯歌海組的物源比較清楚,但對盆地中心所在的東方構(gòu)造區(qū)東方1-1氣田區(qū)域的物源及渠-匯地質(zhì)背景還缺乏明確的認(rèn)識。

本研究運(yùn)用碎屑鋯石測年、重礦物物源分析及地震剖面渠匯分析技術(shù),系統(tǒng)研究鶯歌海盆地東方1-1氣田上新統(tǒng)鶯二段的物源與渠-匯地質(zhì)背景,結(jié)合上新統(tǒng)鶯二段的沉積背景分析,建立東方1-1氣田的鶯二段受限海盆源渠匯模式。

1 東方1-1氣田概況

鶯歌海盆地屬陸緣走滑伸展型盆地,盆地可劃分為3個一級構(gòu)造單元:中央拗陷帶、鶯東斜坡帶及鶯西斜坡帶[17](見圖1)。底辟構(gòu)造是鶯歌海盆地的一大特點(diǎn)，在中方探區(qū)內(nèi),北起臨高凸起南,南至崖城13-1構(gòu)造西的1號斷裂下降盤,底辟均發(fā)育,這些底辟大致沿北西—南東向展布,作為鶯歌海凹陷內(nèi)重要的正向構(gòu)造,是該盆地重要的油氣聚集帶[18-19]。

東方1-1氣田位于鶯歌海盆地的西北部,中央拗陷帶泥底辟構(gòu)造帶的北部,于1992年發(fā)現(xiàn)(見圖1),平均水深約67 m,是中國目前最大的海上自主開發(fā)氣田[20],其主要產(chǎn)層為鶯歌海上新統(tǒng)鶯二段,主力產(chǎn)層為Y2I氣組、Y2II上氣組、Y2II下氣組、Y2Ⅲ上氣組。

2 鶯二段物源分析

2.1 碎屑鋯石U-Pb年齡物源分析

2.1.1 碎屑鋯石U-Pb年齡分析 對研究區(qū)東方1-1氣田DF1-1-3井、DF1-1-5井、DF1-1-9井的上新統(tǒng)鶯二段3個碎屑鋯石樣品(Q3-29、Q5-17、Q9-01，井位位置見圖1)進(jìn)行了碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測試(見圖2A、B、C)。

對樣品Q3-29中的100粒鋯石進(jìn)行分析,獲得了86～2 585 Ma的年齡范圍,去掉諧和度<90%及諧和度>110%的年齡樣品后,得到了85個有效數(shù)據(jù);樣品具有93.8～105，246.4，455 Ma 3個主要峰值年齡或區(qū)間,以及309，749，947.8，2 402～2 520 Ma 4個次要峰值年齡或區(qū)間。

圖1 鶯歌海盆地東方1-1氣田位置、地震剖面位置及井位圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[19],有修改)Fig.1 Location, seismic profile position and well position map of Dongfang 1-1 Gas Field,Yinggehai Basin

對樣品Q9-01中的100粒鋯石進(jìn)行分析,獲得了28.2～2454.5 Ma的年齡范圍,去掉諧和度<90%及和諧度>110%的年齡樣品后,得到了68個有效數(shù)據(jù);樣品具有98.8～153.4，253.5，417.3 Ma 3個主要峰值年齡或區(qū)間,以及28.6，733.2，834.6，587.6 Ma 4個次要峰值年齡或區(qū)間。

對樣品Q5-17中的100粒鋯石進(jìn)行分析,獲得了96.8～2 880.3 Ma的年齡范圍,去掉諧和度<90%及和諧度>110%的年齡樣品后,得到了79個有效數(shù)據(jù)。樣品具有144，432，102 Ma 3個主要峰值年齡,以及264，735～870，487.5，555，1 516.5～1 854 Ma 5個次要峰值年齡或區(qū)間。

對測試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了諧和度處理, 對小于1 000 Ma的點(diǎn)取206Pb/238U及1σ對應(yīng)年齡,對大于1 000 Ma的點(diǎn)取207Pb/206Pb及1σ對應(yīng)年齡,整理數(shù)據(jù)并依此計算諧和度,得到鶯歌二段樣品鋯石U-Th-Pb同位素分析結(jié)果,用Isoplot程序繪制鋯石U-Pb諧和圖(見圖2D、E、F)及鋯石U-Pb年齡頻率分布直方圖(見圖3A、B、C)。由圖3A、B、C可看出,研究區(qū)3個樣品的碎屑鋯石U-Pb年齡頻率分布曲線全部具有238～253，417～487，730～750 Ma區(qū)間的峰;但西部井區(qū)的Q5-17樣品有少量2 866.5 Ma的特征峰值鋯石，其他樣品沒有;Q9-01有28.6 Ma的特征峰值鋯石，其他樣品沒有。

(2) 內(nèi)側(cè)仿形陰極板的形狀與導(dǎo)流裝置橫截面的形狀相似，且材質(zhì)完全相同，避免了出現(xiàn)尖端效應(yīng)，消除了內(nèi)腔氧化膜厚度不均、電解著色存在色差等缺陷。

2.1.2 物源區(qū)年齡對比 王策對鶯歌海盆地上新統(tǒng)—更新統(tǒng)儲層的潛在物源區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜識別研究,分析了鶯歌海盆地潛在的3大物源區(qū)主要入海河流現(xiàn)代沉積物的年齡特征[14](見圖3D、E、F),認(rèn)為海南島物源具有99，238，1 280～1 600 Ma等主要年齡峰值,其中以99 Ma左右為主要標(biāo)志年齡峰;越南北部紅河物源主要具有30，241，752，1 550～1 980，2 100～2 580 Ma等多個年齡峰值,其中以752 Ma左右為越南北部紅河物源的標(biāo)志年齡峰;越南中部物源具有242，428，951，2 452 Ma等主要年齡峰值,其中以951 Ma左右為越南中部物源標(biāo)志年齡峰[14]。3物源區(qū)具有共性的238～242 Ma年齡,越南北部紅河物源與越南中部物源具有420 Ma左右及2 400～2 580 Ma左右的共性年齡(見圖3D、E、F)。整體來看,越南北部的物源碎屑鋯石年齡值既有30 Ma的年輕物源，也有2 580 Ma的較老年齡,比海南島和越南中部分布范圍更寬。

圖2 東方1-1氣田鶯二段碎屑鋯石陰極發(fā)光CL圖及U-Pb年齡諧和圖Fig.2 CL map of detrital zircon cathodoluminescence and U-Pb age harmony diagram from detrital zircons of the YingⅡ Member in Dongfang1-1 Gas Field

通過對3大潛在物源區(qū)鋯石特征年齡峰值作對比可知(見圖3),位于研究區(qū)最東部的DF1-1-3井采集的樣品Q3-29，受越南北部、西部、海南島混合物源影響;位于研究區(qū)西部的DF1-1-9井、DF1-1-5井采集的樣品Q9-01、Q5-17，主要受越南北部、西部物源影響,來自東部海南島物質(zhì)的非常有限。

綜上所述,鋯石U-Pb同位素定年分析結(jié)果表明，東方區(qū)塊整體表現(xiàn)出北部(越南北部)和西部(越南中部)物源的年齡特征,越靠近東部的井，如DF1-1-3井也出現(xiàn)了海南島的峰值年齡,不排除東部海南島物源影響,但研究區(qū)主體為北部及西部物源。

2.2 重礦物物源分析

對研究區(qū)10余口井的重礦物分析顯示,全區(qū)所有井中,其共性礦物白鈦礦和赤褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較高,所有井中白鈦礦、赤褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過了10%。同時，研究區(qū)顯示出明顯的不同物源方向特性重礦物差異性特征,西部物源特性重礦物為磁鐵礦,北部物源特性重礦物為磁鐵礦、簾石類,東部物源特性重礦物為鋯石、電氣石(見圖4)。

注：A，B，C為本次測試年齡;D，E，F(xiàn)物源區(qū)碎屑鋯石U-Pb年齡(據(jù)參考文獻(xiàn)[14])圖3 東方1-1氣田鶯二段碎屑鋯石U-Pb年齡頻率分布直方圖與物源區(qū)碎屑鋯石U-Pb年齡對比Fig.3 U-Pb age frequency distribution histogram of detrital zircons of study area and U-Pb ages from the provenance detrital zircons of the YingⅡ Member of Dongfang1-1 Gas Field

在西物源為主要物源的井中,其特性礦物磁鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,超過了25%;北物源為主要物源的井中,其特性礦物磁鐵礦與簾石類的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,磁鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了20%,簾石類質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了10%;東物源為主要物源的井中,其特性礦物鋯石和電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過了10%(見圖4)。

3 鶯二段渠-匯分析

3.1 渠-分析

研究區(qū)北側(cè)過DF1-4-1井的WE地震東西向大剖面,揭示存在北部來源南北向的水道渠(見圖5A);同時,研究區(qū)西側(cè)NS南北向大剖面,揭示存在東西方向水道渠(見圖5B),其特點(diǎn)是水道渠切割深，水道大小不一，且隨層位遷移。

3.2 匯分析

3.2.1 南北向地震剖面、東西向地震剖面的反射特征 東西向地震剖面A—A′、南北向B—B′ 地震剖面揭示,研究區(qū)由西向東(見圖6)、由北向南的前積反射明顯(見圖7),反映了西部物源及北部物源在研究區(qū)的匯聚及卸載沉積。

3.2.2 平面砂巖展布特征 根據(jù)13口探井及40余口開發(fā)井的鶯二段ⅢU氣組砂巖厚度數(shù)據(jù)統(tǒng)計做圖發(fā)現(xiàn),研究區(qū)砂巖分布呈近南北向條帶狀展布(見圖8)。造成砂體這種展布特征的原因是由于研究區(qū)鶯二段沉積時處于臨濱—濱外轉(zhuǎn)換帶,主要發(fā)育砂壩、灘砂砂體[22],使得西物源、北物源為主的砂體,由于波浪改造作用,東物源物質(zhì)被部分搬運(yùn)到研究區(qū)西部形成混合物源。

圖4 東方1-1氣田各方向物源代表井重礦物組分含量統(tǒng)計Fig.4 Heavy mineral component statistical ananlysis of the representative wells in each direction of Dongfang 1-1 gas field,Yinggehai Basin

圖5 研究區(qū)北部與西部地震剖面揭示存在供源的水道渠(地震剖面線EW、NS位置見圖1)Fig.5 Seismic profiles from the north and the west of the study area reveal the existence of water channels for provenances

圖6 過DF1-1-5—DF1-1-3井東西向地震剖面顯示由西向東的前積反射(剖面線位置見圖1)Fig.6 The east-west seismic profile from well DF1-1-5 to well DF1-1-3 shows the progradation reflection from west to east

圖7 DF1-1-15—DF1-1-8井南北向地震剖面顯示由北向南的前積反射(剖面線位置見圖1)Fig.7 The north-south seismic profile from well DF1-1-15 to well DF1-1-8 shows the progradation reflection from north to south

圖8 東方1-1氣田鶯二段ⅢU氣組砂巖厚度圖顯示不同物源匯聚沉積Fig.8 The sandstone thickness map which shows the converge and deposit from different provenances of the ⅢU gas formation in Dongfang 1-1 gas field, Yinggehai Basin

4 上新統(tǒng)鶯二段源-渠-匯模式

關(guān)于鶯歌海盆地東方1-1氣田鶯歌海組二段的沉積背景，有學(xué)者進(jìn)行了大量研究[19-24]。呂明[21]對比國外相似背景的實例,認(rèn)為東方1-1氣田受東、西雙物源及長軸搬運(yùn)紅河物源的影響,發(fā)育發(fā)散型、匯聚型等多種類型的低位沉積體系;李勝利等[22]研究東1-1氣田泥質(zhì)重力流水道沉積時認(rèn)為，該氣田總體處于臨濱—濱外轉(zhuǎn)換帶,主要發(fā)育砂壩、灘砂砂體;姜平等[20]認(rèn)為，鶯二段自下而上主要發(fā)育下臨濱、濱外兩個沉積亞相,不發(fā)育前濱亞相;卓海騰等[23]研究了東方區(qū)上新統(tǒng)鶯歌海組二段發(fā)育的特殊側(cè)積復(fù)合體沉積,認(rèn)為在鶯歌海組沉積的中后期，在中央底辟西緣發(fā)育大型的重力流過路水道;王策[14]對鶯歌海盆地上新統(tǒng)—更新統(tǒng)儲層的潛在物源區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜識別研究,對鶯歌海盆地潛在的3大物源區(qū)主要入海河流現(xiàn)代沉積物的年齡特征與鶯歌海盆地中上新統(tǒng)—更新統(tǒng)砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡進(jìn)行對比,認(rèn)為鶯歌海盆地上新統(tǒng)存在西部、北部、東部3個物源方向。岳紹飛等[24]研究了東方1-1氣田沉積相形成的控制因素,提出Ⅲ、II氣組主要發(fā)育來自西部物源的海底扇外扇濁積席狀砂,而I氣組為濱外灘壩沉積,且認(rèn)為鶯二段“側(cè)積”復(fù)合體形成于淺海外陸架環(huán)境,高彎度型發(fā)育在泥流水道下游而低彎度型發(fā)育在泥流水道上游,具有不同的成因機(jī)制。

本研究根據(jù)巖心相標(biāo)志、測井相及地震相特征,結(jié)合前人對研究區(qū)沉積環(huán)境的認(rèn)識分析,確定了東方1-1氣田鶯二段沉積微相的主要類型有濱淺海背景下發(fā)育的浪控三角洲砂壩、濱淺海砂壩、淺海砂質(zhì)碎屑流、高彎度重力流側(cè)積水道、潮汐泥流水道(見圖9)。

圖9 東方1-1氣田鶯二段DF1-1-5—DF1-1-11—DF1-1-3井連井沉積相對比剖面Fig.9 Sedimentary facies correlation profile from well DF1-1-5—well DF1-1-11—DF1-1-3 of YingⅡ Member in Dongfang Gas Field

本研究在源-渠-匯研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合上新統(tǒng)鶯二段的沉積背景,建立了東方1-1氣田的多物源受限濱淺海盆沉積模式(見圖10)，明確了研究區(qū)鶯二段沉積相平面分布規(guī)律：鶯二段研究區(qū)西部主要發(fā)育南北向延伸的浪控砂壩,東部主要發(fā)育淺海砂質(zhì)碎屑流沉積,泥流水道沿南北向延伸的各期浪控砂壩界線或其與砂質(zhì)碎屑流沉積界線互補(bǔ)沉積。高彎度重力流水道主要發(fā)育在IIU氣組,沿南北向延伸的浪控三角洲砂壩與砂質(zhì)碎屑流沉積界線沖刷沉積。

5 結(jié)論

1)鋯石U-Pb同位素測年物源分析表明,研究區(qū)上新統(tǒng)主體表現(xiàn)出西部(越南中部)、北部(越南北部)混合物源的年齡特征,東物源(海南島物源)的峰值年齡微弱存在,僅在東部區(qū)域明顯;重礦物物源分析顯示，鶯歌海盆地上新統(tǒng)鶯二段西部、北部、東部3個方向物源都有發(fā)育,并顯示出明顯的不同方向特性重礦物差異性特征,西部物源特性重礦物為磁鐵礦,北部物源特性重礦物為磁鐵礦、簾石類,東部物源特性重礦物為鋯石、電氣石。

2)渠-匯分析揭示,東方1-1氣田鶯二段西側(cè)和北側(cè)都發(fā)育水道渠,西物源從西向東、北物源從北向南在研究區(qū)前積沉積,從東向西的前積不明顯,說明東方1-1氣田鶯二段以西部及北部混合物源為主,東部物源影響有限。

3)在源-渠-匯研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合上新統(tǒng)鶯二段沉積背景,建立了東方1-1氣田的受限海盆多物源匯聚沉積模式。

圖10 鶯歌海盆地東方1-1氣田上新統(tǒng)鶯二段綜合沉積模式圖Fig.10 Comprehensive sedimentary model of the YingⅡ member of the Pliocene in Dongfang 1-1 gas field, Yinggehai Basin