南海北康盆地新生代重要不整合界面特征與沉積演化規(guī)律*

唐 武

(中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

多年的研究表明，南海北康盆地油氣地質(zhì)條件極為復雜[1-8]，大型儲集體及優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布規(guī)律尚未明確。南海北部深水區(qū)多年的勘探實踐表明，大型儲集體的分布規(guī)律不僅影響著油氣勘探方向，還是決定深水油氣勘探成敗的關(guān)鍵因素之一[9-12]。本文基于工區(qū)鉆井、測井及區(qū)域二維地震資料，從南海擴張及南沙地塊構(gòu)造演化角度入手，重點探討北康盆地新生代重要不整合界面特征以及南海擴張對北康盆地演化與沉積體系演化的控制作用，旨在明確該區(qū)沉積特征及有利儲集體分布特征，為該盆地油氣勘探戰(zhàn)略選區(qū)提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

新生代，南海受歐亞、印-澳、菲律賓-太平洋三大板塊的控制，區(qū)域動力學整體表現(xiàn) “北張南壓、東擠西滑、南沙裂離”的特點[13]，具有復雜的構(gòu)造演化歷史。其中,漸新世以前南沙地塊位于華南陸塊的南緣[5]；晚漸新世—早中新世，隨著古南海的俯沖及新南海的擴張[14-15]，南沙地塊逐漸與華南大陸分離而向南漂移，且呈“剪刀狀”逐步與加里曼丹地塊匯聚碰撞[8]；中中新世以后，南海擴張終止，南沙地塊處于現(xiàn)今位置，進入穩(wěn)定沉降階段。

北康盆地為發(fā)育于南海西南海域的新生代沉積盆地，位于南沙地塊西南緣，其形成與南海擴張及其伴隨的南沙地塊裂離、漂移、匯聚和碰撞等作用密切相關(guān)。北康盆地為一大型含油氣盆地，面積約6.4×104km2，主體水深200～2 000 m，新生界最大沉積厚度約11 000 m。依據(jù)重磁及斷層發(fā)育特征，該盆地可劃分為3個隆起(中部隆起、東北隆起、東部隆起)、3個坳陷(西部坳陷、東北部坳陷、東南坳陷)，共6個二級構(gòu)造單元(圖1)。盆地基底主體奠基于火成巖體之上，部分基底為前新生代變質(zhì)巖，新生代發(fā)育始新統(tǒng)—第四系[1]。

圖1 北康盆地構(gòu)造區(qū)劃

2 新生代重要不整合界面特征

與典型的大洋、邊緣海不同，南海經(jīng)歷了完整的洋中脊打開-閉合旋回[7]，導致南沙地塊自65 Ma以來經(jīng)歷了漂移前、漂移、碰撞及漂移后期等構(gòu)造演化階段。而世界上眾多被動大陸邊緣目前仍處于漂移階段，不發(fā)育碰撞及漂移后期層序，很顯然典型被動陸緣盆地以破裂不整合進行盆地階段劃分的方法并不十分適用于南沙地塊或北康盆地。因此，在北康盆地尋找與南海擴張相對應的有重要地質(zhì)意義的不整合界面對于劃分盆地演化階段、闡明沉積演化規(guī)律十分必要。

南沙地塊演化過程中經(jīng)歷了諸多構(gòu)造運動，如禮樂運動、西衛(wèi)運動、南海運動等[16]，并形成了一系列的不整合界面(圖2)。然而，這些構(gòu)造運動的響應在不同盆地中具有差異性[17]，并非所有構(gòu)造運動及形成的不整合界面對北康盆地的形成及演化均有控制作用，研究發(fā)現(xiàn)其中有3期構(gòu)造運動(禮樂運動、南海運動、南沙運動)以及4個不整合界面對北康盆地的構(gòu)造演化及沉積充填具有重要的控制作用(圖2、3)。

圖2 北康盆地地層及構(gòu)造-沉積演化(據(jù)文獻[17]修改)

圖3 北康盆地主要不整合界面地震反射特征(剖面位置見圖1)

2.1 裂開不整合面(T100)

白堊紀末，由于太平洋板塊俯沖方向和速率的改變導致區(qū)域構(gòu)造應力場由擠壓轉(zhuǎn)為拉張[18]，南海北部發(fā)生神狐運動，南部發(fā)生禮樂運動[16]。研究區(qū)T100界面響應于禮樂運動，為裂開不整合，標志大陸開始解體。該界面在南海中南部諸盆地是一個公認的重大構(gòu)造轉(zhuǎn)換面，區(qū)內(nèi)地震上響應于中—強振幅、中連續(xù)性反射。該界面之下為雜亂反射(圖3)，代表盆地基底；之上層狀反射結(jié)構(gòu)清晰，為沉積地層響應。

2.2 破裂不整合面(T70)

前人關(guān)于南海擴張的成因看法不一[19]，但是對南海擴張的時間卻爭議不大，大多數(shù)學者贊同Briais等[15]通過南海磁異常條帶分析所提出的南海洋中脊在32 Ma打開的觀點，而2014年IODP349航次大洋鉆探取心的測年結(jié)果進一步確認南海擴張的時間為16～32 Ma[20]，具有東早西晚的特點，且在23Ma左右擴張脊由東部次海盆躍遷到西南次海盆。南海的打開導致區(qū)域性拉張應力在洋中脊處釋放，同時受洋中脊側(cè)向擴張力的影響造成區(qū)域性隆升，形成了一個重要的區(qū)域不整合界面，即破裂不整合，在研究區(qū)對應于T70界面，地震上響應于中強振幅、中高連續(xù)地震反射，下部可見明顯削截特征(圖3)。該界面形成之后南沙地塊進入漂移期，碳酸鹽巖臺地開始逐漸發(fā)育。

2.3 碰撞不整合面(T50)

T50不整合面為全區(qū)最重要的不整合面，響應于南沙運動，為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用的結(jié)果。該界面地震上響應于中—強振幅、高連續(xù)地震反射，界面上下地層結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀、地震相特征發(fā)生突變：界面之下斷裂體系發(fā)育，地層發(fā)生不同程度變形和褶皺；之上地層未變形或輕微變形，斷裂不發(fā)育(圖3)。與曾母盆地、文萊-沙巴盆地的地震剖面[8,21-22]類比可以發(fā)現(xiàn)，該界面在南沙西南海域各盆地具有相似的地震反射特征，充分體現(xiàn)了南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用這一重要構(gòu)造事件的重大影響。在區(qū)域構(gòu)造背景上，南沙運動標志著南海海底擴張終止[22]。鉆井證實該不整合形成于中中新世，與國外公司在南海南部深水區(qū)解釋的中中新世不整合(MMU)相當[23]。

2.4 超覆不整合面(T40)

中中新世，南沙地塊與婆羅洲地塊的碰撞導致研究區(qū)大面積隆升剝蝕，盆地內(nèi)鉆井也證實局部缺失中中新統(tǒng)[24]。前人對該區(qū)9口虛擬井的模擬表明中中新世隆升剝蝕厚度巨大(最厚約2 600 m)[8]。雖然關(guān)于該區(qū)剝蝕持續(xù)的具體時間尚存在一定爭議[8,24-25]，但均認為抬升剝蝕作用長期存在，導致中中新統(tǒng)僅發(fā)育于局部低洼處，故中中新統(tǒng)頂界面T40僅局部可見，超覆于T50之上(圖3)，前人所公布的剖面也表明此特征[8,24]。該界面標志著碰撞作用終止，隨后盆地整體進入深水沉積環(huán)境。

3 沉積演化規(guī)律

通過上述主要不整合面成因分析，結(jié)合地層發(fā)育特征，以T50、T40為界將北康盆地新生代演化劃分為斷拗、轉(zhuǎn)換、拗陷等3個階段(圖2)。其中，斷拗期斷裂體系發(fā)育，地層厚度整體變化不大；轉(zhuǎn)換期地層厚度較薄，局部發(fā)育，超覆于下構(gòu)造層之上；而拗陷期斷裂活動微弱，呈現(xiàn)均衡沉降作用(圖3)。雖然T70界面對應于南海擴張這一重大區(qū)域構(gòu)造事件，但當時僅東部次海盆擴張，尚未影響到研究區(qū)，故區(qū)內(nèi)該界面上下地層結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀并未發(fā)生明顯改變，僅表現(xiàn)為盆地斷拗期不同階段形成的界面，這也從另一個側(cè)面反映了南海擴張東早西晚的特點。然而，從整個南沙地塊發(fā)育的角度而言，盆地斷拗階段以T70為界可劃分為2幕，即斷拗I幕和II幕，分別與南沙地塊漂移前和漂移期相當；而轉(zhuǎn)換階段對應于碰撞期；拗陷階段與漂移后期相當(圖2)。

3.1 斷拗期(T100—T50)

斷拗I幕，在古南海的俯沖及區(qū)域拉張應力的作用下，盆地陸緣開裂，形成一系列地塹-半地塹結(jié)構(gòu);該時期北康盆地物源主要來自于周緣隆起，三角洲、濱淺海沉積體系發(fā)育(圖4a),其中三角洲在地震上呈前積反射，在測井GR曲線上呈漏斗形，反映其不斷進積的特點(圖5)。斷拗II幕，隨著南海擴張及南沙地塊的漂移而發(fā)生海侵，盆地完全處于海相沉積環(huán)境，物源供給減少，三角洲規(guī)模減小，且隨著遠離大陸物源供給，形成了清水環(huán)境，碳酸鹽巖臺地開始發(fā)育(圖4b)；該時期碳酸鹽巖臺地主要發(fā)育灰?guī)r和泥灰?guī)r，在測井GR曲線上呈微齒化箱形，在地震上呈丘狀反射(圖6)。整個斷拗期內(nèi)濱淺海相相對富砂，在測井GR曲線上呈箱形或鐘形，在地震上呈波狀反射(圖5)。

圖4 北康盆地新生界沉積相

圖5 北康盆地斷拗期碎屑巖典型井-震特征(剖面位置見圖1)

圖6 北康盆地碳酸鹽巖臺地典型井-震特征(據(jù)文獻[22]修改；剖面位置見圖1)

3.2 轉(zhuǎn)換期(T50—T40)

該時期由于南沙地塊與婆羅洲地塊的碰撞，導致盆地內(nèi)大面積隆升剝蝕，局部缺失中中新統(tǒng)[24]。同時，剝蝕區(qū)兩側(cè)發(fā)育多個短距離搬運三角洲；隆起之上碳酸鹽巖臺地暴露于海平面之上，遭受剝蝕，發(fā)生白云巖化作用(圖4c)。盆地南部邊緣繼承早期沉積環(huán)境，碳酸鹽巖臺地繼續(xù)向上生長(圖6)；而西部受擠壓作用的影響，與曾母盆地的康西坳陷相互連通，局部開始出現(xiàn)深水沉積環(huán)境。

3.3 拗陷期(T40—現(xiàn)今)

該時期隨著構(gòu)造沉降速率加快，相對海平面迅速上升，盆地的沉積環(huán)境與前期相比已發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，除南部邊緣古隆起之上發(fā)育小規(guī)模碳酸鹽巖臺地、濱淺海沉積外(圖6)，盆地整體進入深水沉積環(huán)境，海底扇、水道、塊體搬運、披覆泥等深水沉積體系發(fā)育(圖4d)。其中，海底扇發(fā)育于陸坡之下，呈強振幅高連續(xù)平行—亞平行反射(圖7)，其物源主要來自西南部進積的三角洲，是低位時期通過斜坡上的海底峽谷或水道將碎屑物質(zhì)輸送到盆底堆積而成；水道在盆地西部沿斜坡向下發(fā)育，地震上呈明顯的V形或U形反射，水道底部以砂質(zhì)充填為主，上覆塊體搬運和披覆泥沉積，反映了后期重力流活動持續(xù)減弱的特點(圖4)。而塊體搬運沉積在地震上呈疊瓦狀逆沖反射，深水披覆泥則表現(xiàn)弱振幅平行—亞平行地震反射特征(圖7)。

圖7 北康盆地拗陷期深水沉積體系地震反射特征(剖面位置見圖1)

4 有利儲集體分布

南海北部多年勘探實踐表明，深水油氣勘探中烴源巖是基礎(chǔ)，大型儲集層是關(guān)鍵[9,11-12]。通過對北康盆地沉積演化的分析，可以發(fā)現(xiàn)其新生代總體表現(xiàn)為一個海侵的過程，沉積相類型十分豐富，從三角洲、濱淺海、半深?！詈５暮５咨?、下切水道到碳酸鹽巖臺地，從碎屑巖沉積體到碳酸鹽沉積體均有發(fā)育，可以形成三角洲-濱淺海砂體、碳酸鹽巖臺地及深水重力流砂體等3類有利儲層(圖4)，這3類儲層也是目前世界上深水油氣勘探的重要目標。然而，研究區(qū)不同類型儲層分布規(guī)律的差異導致勘探方向有所不同。其中，斷拗期發(fā)育的三角洲、濱淺海相砂體廣泛分布，構(gòu)成了研究區(qū)內(nèi)的主力儲層，且目前已有一定的油氣發(fā)現(xiàn)[24]，可作為首選勘探目標，應沿著盆緣及盆內(nèi)大型隆起兩側(cè)尋找；斷拗晚期發(fā)育的碳酸鹽巖臺地經(jīng)過轉(zhuǎn)換期碰撞隆升所引起的白云化作用而形成良好儲層，可作為重要勘探目標，應沿著構(gòu)造古隆起發(fā)育的方向在盆地中部及南部邊緣尋找大型碳酸鹽巖臺地；拗陷期盆地西部發(fā)育的大規(guī)模海底扇及下切水道可作為潛在勘探目標，對其應采取縱向勘探的思路，在盆地西部垂直于陸坡方向向下尋找有利勘探目標。

5 結(jié)論

1) 北康盆地新生代發(fā)育4個重要的不整合面，其形成與南海擴張及南沙地塊的演化密切相關(guān)。其中，裂開不整合面(T100)與禮樂運動所引起的大陸開裂相關(guān)；破裂不整合面(T70)標志著南海洋中脊打開，南沙地塊開始漂移；碰撞不整合面(T50)響應于南沙運動，為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用的結(jié)果；超覆不整合面(T40)對應于碰撞作用終止期。

2) 北康盆地新生代經(jīng)歷了斷拗、轉(zhuǎn)換、拗陷等3個演化階段，其中斷拗期以T70為界可分為2幕，其中斷拗I幕主要發(fā)育三角洲、濱淺海沉積，斷拗II幕三角洲規(guī)模減小，碳酸鹽巖臺地開始發(fā)育。轉(zhuǎn)換期盆地繼承早期沉積環(huán)境，而盆地內(nèi)部受碰撞作用影響隆升并遭受剝蝕，提供物源。拗陷期盆地整體進入深水沉積環(huán)境，主要發(fā)育海底扇-水道-塊體搬運-深水披覆泥的沉積組合。

3) 斷拗期發(fā)育的三角洲-濱淺海砂巖儲層是北康盆地首選的勘探目標，應沿著盆緣及盆內(nèi)大型隆起兩側(cè)尋找；斷拗晚期發(fā)育的碳酸鹽巖臺地儲層是北康盆地重要勘探目標，應沿著構(gòu)造古隆起發(fā)育的方向在盆地中部及南部邊緣尋找；而拗陷期的深水重力流砂體可作為北康盆地潛在勘探目標，應采取縱向勘探思路，在盆地西部垂直于陸坡方向向下尋找。

致謝：課題研究中得到了中海油研究總院有限責任公司勘探研究院趙志剛地質(zhì)總師、謝曉軍項目經(jīng)理、劉世翔項目經(jīng)理，以及宋雙、王一博、王龍等的大力支持與幫助，在此一并表示衷心感謝！

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