南海北部深水區(qū)雙峰盆地地震層序特征及勘探前景

張莉，雷振宇，許紅，駱帥兵，錢星，帥慶偉，季兆鵬，周佳維

1. 自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點實驗室，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760

2. 自然資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，青島海洋地質(zhì)研究所，青島 266071

南海介于太平洋板塊、歐亞板塊和印支板塊三大板塊之間，是世界上最大的邊緣海之一，被譽為“海洋地質(zhì)研究的天然實驗室”，也是近年來我國海洋地質(zhì)調(diào)查、油氣和天然氣水合物勘查的熱點區(qū)域[1-4]。相對于資料較為豐富、研究程度較高的南海北部珠江口、瓊東南等盆地，雙峰盆地在地層分布、地震反射特征及油氣地質(zhì)勘探前景等方面的研究程度處于明顯的滯后狀態(tài)。隨著南海淺水區(qū)勘探程度不斷提高，南海北部深水區(qū)正逐漸被石油地質(zhì)工作者關(guān)注，使得深水成為重要的勘探領域之一[5]。

前人對雙峰盆地南部坳陷（大致范圍與西北次海盆相當）及西北陸緣開展了部分研究，研究內(nèi)容主要包括新生代構(gòu)造特征及重要構(gòu)造事件的沉積記錄[2-4]、相鄰西北陸緣及陸坡區(qū)深水沉積充填過程[5-6]、沉積物源匯體系[7-8]等。筆者在已有成果基礎上，以廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在該區(qū)采集的2D多道地震及圍區(qū)鉆井資料為基礎，結(jié)合地震剖面上侵蝕削截、頂超、上超、下超等反射波終止類型和地震反射特征，建立了調(diào)查區(qū)地震反射層序，識別深水沉積地層結(jié)構(gòu)樣式，利用類比分析該盆地油氣勘探前景，為進一步開展油氣地質(zhì)條件研究與油氣資源評價提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

Ludwig[9]首次提出南海中央海盆的地殼為洋殼以來，南海的形成和演化機制一直為國內(nèi)外地質(zhì)學家所關(guān)注。關(guān)于南海的成因有很多觀點，其中最具代表性的有4 種：①走滑拉分說認為印度-歐亞板塊碰撞導致向東的構(gòu)造逃逸；構(gòu)造逃逸引起哀牢山-紅河走滑斷裂產(chǎn)生左旋走滑，并最終導致南海打開，形成走滑-拉分盆地[10-11]。②弧后擴張模式認為太平洋弧后擴張[12-13]或北巴拉望弧后擴張形成南海盆地[14]；③南海盆地的形成與地幔柱或地幔物質(zhì)側(cè)向流動有關(guān)[15-16]；④南海是在多種動力學機制共同作用下形成的聯(lián)合機制說[17-18]。

雙峰盆地位于南海北部陸緣，北部與珠江口盆地南部隆起區(qū)呈斜坡斷階過渡關(guān)系，西部以一緩斜坡帶與西沙隆起相鄰，南部與中沙隆起以斷層為界，東部以海盆中部轉(zhuǎn)換斷層與南海中央海盆相隔（圖1）。雙峰盆地的形成與雙峰海盆擴張及其擴張后的熱沉降有關(guān)，其中部坳陷的基底為新生代洋殼，北部坳陷和西部坳陷的基底雖然不是洋殼，但其形成與雙峰海盆擴張后的熱沉降密切相關(guān)，西部坳陷的基底性質(zhì)甚至發(fā)生了重大變化。

根據(jù)盆地發(fā)育特征及基底性質(zhì)，將其劃分為北部坳陷、西部坳陷和中部坳陷三個二級構(gòu)造單元。盆地面積3.7萬km2，水深范圍為2 000～3 500 m，屬于南海北部超深水區(qū)[19-20]。盆地填充新生代地層，從始新統(tǒng)至第四系均有發(fā)育，新生界總厚度多為1 500～2 500 m，總體上東北部較薄，最大沉積中心位于北部坳陷，沉積厚度超過3 000 m。

2 地震特征

2.1 地震反射特征

雙峰盆地主要識別了 T2、T3、T4、T5、T6、T7和Tg共7 個地震反射界面，其中T2、T3、T4、T5和T6在全區(qū)均有分布，T7和Tg僅分布于盆地的西部坳陷與北部坳陷，中部坳陷Tg反射不明顯。各反射界面特征分述如下（圖2、3）：

Tg：地震反射波主要表現(xiàn)為低頻、中強振幅、低連續(xù)的單相位或雙相位反射同相軸。界面受斷裂控制明顯，與下伏地層為明顯的削截關(guān)系，上覆地層上超于界面之上。界面上、下反射波特征差異較大，下伏地層以雜亂反射為主，上覆地層成層性較好。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of study area

圖2 測線1地震反射界面特征Fig.2 Seismic boudaries of Line 1

圖3 測線2地震反射界面特征Fig.3 Seismic characteristics of Line 2

T7：地震反射波主要表現(xiàn)為中頻、中弱振幅、中連續(xù)的單相位或雙相位反射同相軸。界面上覆地層連續(xù)性稍好于下伏地層，局部可見上覆地層上超和下伏地層削截現(xiàn)象。

T6：在盆地北部和西部坳陷，界面以中高頻、強振幅、中高連續(xù)反射為特征，可見上覆地層上超和下伏地層削截現(xiàn)象，且上覆地層連續(xù)性好于下伏地層。在盆地中部坳陷，界面以低頻、強振幅、高連續(xù)的單相位或雙相位反射同相軸為主要特征；界面上、下反射波特征差異較大，下伏地層為海盆擴張新生的洋殼，以強振幅、雜亂反射為主；上覆地層為海盆擴張結(jié)束后熱沉降時期的沉積地層，以中頻、弱振幅、連續(xù)性較好的亞平行反射結(jié)構(gòu)為主，局部可見上覆地層超覆于T6界面之上。

T5：在北部和西部坳陷，該界面以中高頻、中強振幅、中連續(xù)反射為特征，局部見上覆地層下超現(xiàn)象，而且界面上下反射波特征差異明顯，下伏地層為平行-亞平行反射結(jié)構(gòu)，上覆地層呈沿斜坡下傾方向下超尖滅結(jié)構(gòu)。在中部坳陷，該界面主要為中頻、中強振幅、中連續(xù)的單相位反射同相軸，上覆地層較下伏地層振幅較強，連續(xù)性較好，局部見明顯的上超現(xiàn)象。

T4：在北部和西部坳陷，以中高頻、中振幅、中低連續(xù)雙相位為主要反射特征，部分區(qū)域可見對下伏地震層序的明顯削截現(xiàn)象和上覆地層的上超現(xiàn)象；在中部坳陷，該界面為中頻、中強振幅、高連續(xù)雙相位反射特征，局部可見地層上超現(xiàn)象。

T3、T2：在北部和西部坳陷，界面以中低頻、中弱振幅、低連續(xù)的單相位或雙相位反射同相軸為主要特征，局部可見地層上超現(xiàn)象。在中部坳陷，T2界面為中高頻、中強振幅、中連續(xù)、雙相位反射特征，局部見水道下切現(xiàn)象，界面上、下反射波特征差異較大，上覆地層呈明顯的二分性，上部地層能量強，下部地層能量弱，下伏地層能量強、連續(xù)性稍差；T3界面以中高頻、中振幅、中低連續(xù)、單相位或雙相位為主要反射特征，局部可見明顯的水道下切現(xiàn)象。

2.2 地震相類型及特征

地震相體現(xiàn)了沉積物的巖性組合、層理和沉積特征，是沉積相的宏觀特征在地震資料中的響應。不同地震相類型指示了一定沉積環(huán)境下的沉積體系類型。地震相單元的主要參數(shù)有外部幾何形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、振幅、頻率及連續(xù)性等。根據(jù)地震反射波的外部幾何形態(tài)在調(diào)查區(qū)識別出六大類地震相：平行—亞平行相、席狀相、雜亂相、前積相、充填相及丘形相地震相。按照內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、振幅、頻率等參數(shù)，將其進一步劃分為不同的亞類（表1）。

3 層序地層格架

雙峰盆地的西部和北部坳陷以T4、T6和Tg三個區(qū)域不整合面為界劃分了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個超層序；中部坳陷由于受海盆擴張影響，以T4和T6為界劃分了Ⅰ、Ⅱ兩個超層序。超層序Ⅰ劃分為A、B、C三個層序，超層序Ⅱ劃分為D、E兩個層序，超層序Ⅲ劃分為F、G兩個層序（圖4-6）。

（1）超層序Ⅲ（T6-Tg）

為漸新世沉積，分布于北部坳陷和西部坳陷，主要發(fā)育①、②類地震相。地震相①在盆地陸坡區(qū)普遍發(fā)育；地震相②在西部坳陷的F（T6-T7）層序中較發(fā)育。

表1 地震相類型及特征Table 1 Seismic facies types and characteristics

（2）超層序Ⅱ（T4-T6）

為早中新世—中中新世沉積，主要發(fā)育①、②、③、④、⑤、?共6類地震相：地震相①、②主要分布在北部坳陷的 D（T4-T5）和 E（T5-T6）層序中；地震相③、④、⑤、?主要分布于中央坳陷的D（T4-T5）和 E（T5-T6）層序中。

（3）超層序Ⅰ（T0-T4）

為晚中新世—第四紀沉積，主要發(fā)育①、②、④、⑥、⑦、?共6類地震相：地震相①、②、④、⑥主要分布在北部坳陷和西部坳陷，中央坳陷局部發(fā)育；地震相⑦、?主要分布于中部坳陷和西部坳陷。

4 深水沉積特征

雙峰盆地北部坳陷位于南部隆起以南，從現(xiàn)今地貌來看，為一向海盆逐漸過渡的斜坡。地震相特征從下至上可分為3部分（圖7）：漸新統(tǒng)地震相特征與開平凹陷及南部隆起區(qū)上的半地塹斷陷沉積充填特征相似，其沉積作用受主斷層控制明顯，表現(xiàn)為較連續(xù)、中—強振幅、中—高頻的地震相特征，內(nèi)部結(jié)構(gòu)總體上呈向主斷層發(fā)散狀結(jié)構(gòu)，反映了沉積時期沉降差異顯著的沉積特征。下—中中新統(tǒng)地震相特征與漸新統(tǒng)差異明顯，主要表現(xiàn)為中-強振幅、連續(xù)地震反射，并有前積反射結(jié)構(gòu)，反映了沉積時期在海平面不斷上升的背景下，北部物源不斷向海推進的沉積過程。晚中新世以來地層沉積特征較早—中中新世出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)折，底界面（T4）受水流下切沖蝕明顯，沖蝕水道、下切谷發(fā)育。在地震剖面上該套地層主要表現(xiàn)為弱振幅、中—低頻地震相特征，多見有因滑塌作用造成的雜亂反射結(jié)構(gòu)，反映了該時期在海平面短暫下降總體上升的背景下，物源區(qū)較遠并受海水底流影響的沉積特點。

圖4 測線3地震層序特征剖面Fig.4 Seismic sequence characteristics of Line 3

圖5 測線4地震層序特征剖面Fig.5 seismic sequence characteristics of Line 4

中部坳陷是一個新生代的洋盆坳陷，主要發(fā)育了自晚漸新世以來的地層。下中新統(tǒng)在地震剖面上主要表現(xiàn)為一套中—低頻、中連續(xù)、中—弱振幅的反射結(jié)構(gòu)特征（圖8）。中中新世以來地層厚度總體比較穩(wěn)定，主要為中高頻、中強振幅、高連續(xù)、亞平行—平行反射地震相，席狀披覆于下中新統(tǒng)之上，反映了穩(wěn)定低能的半深?！詈３练e環(huán)境。上中新統(tǒng)發(fā)育相對較厚，層內(nèi)下切水道發(fā)育，并見有較大規(guī)模的深水扇體沉積，可能與該時期大量的沉積物源通過西沙海槽深切水道向雙峰盆地內(nèi)輸送有關(guān)。

西部坳陷與中西沙隆起相鄰，同屬西北次海盆的一部分，主要發(fā)育晚漸新世以來的地層，沉積特征總體與中部坳陷相似，主要為半深?！詈３练e。

圖6 測線5地震層序特征剖面Fig.6 Seismic sequence characteristics of Line 5

圖7 雙峰盆地北部坳陷沉積特征剖面Fig.7 Seismic profile of Northern depression, Shuangfeng basin

5 油氣勘探前景

5.1 烴源巖

根據(jù)南海北部珠江口盆地已有鉆井類比分析，雙峰盆地發(fā)育漸新統(tǒng)、下中新統(tǒng)兩套烴源巖。早漸新世，盆地發(fā)育斷陷湖盆濱淺湖相烴源巖，地震剖面上表現(xiàn)為中低頻、較連續(xù)、強反射特征（圖9），有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主；晚漸新世與早中新世，盆地發(fā)育海灣-深海泥巖，地震剖面上表現(xiàn)為低頻、連續(xù)、較強反射特征，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主。

圖8 雙峰盆地中部坳陷沉積特征分析剖面Fig.8 Seismic profile of Middle depression, Shuangfeng basin

圖9 烴源巖地震解釋剖面Fig.9 Seismic profile of source rocks

通過類比ODP1148鉆井巖性分析測試資料[21]，認為雙峰盆地中部坳陷有機質(zhì)主要為濁流所帶來的陸源有機質(zhì)，部分來自海洋自生的，烴源巖類型應以Ⅱ-Ⅲ類為主，有機碳豐度在0.5%左右，具有一定的生烴潛力。據(jù)二維剖面生烴史模擬結(jié)果（圖10），雙峰盆地北部坳陷生烴門限深度在1 340 m左右，下漸新統(tǒng)烴源巖現(xiàn)今最大埋深3 300 m，最大地層溫度156 ℃，成熟度為0.68%～1.11%，處于成熟階段；上漸新統(tǒng)現(xiàn)今最大埋深達2 000 m，最大地層溫度136 ℃，成熟度為0.5%～0.9%。下中新統(tǒng)現(xiàn)今最大埋深達1 500 m，最大地層溫度126 ℃，成熟度為0.35%～0.6%，凹陷深部的下中新統(tǒng)在距今4 Ma左右進入生烴門限。

5.2 儲層

雙峰盆地主要經(jīng)歷了斷陷期、斷拗過渡期、拗陷期3個階段，發(fā)育的儲層類型與鄰區(qū)斷陷盆地可以類比。主要儲層是基底火山碎屑巖，始新世恩平組水下扇、斜坡扇（圖11），新近紀深水水道（圖12）、盆底扇和滑塌體沉積。該地區(qū)深水扇砂體主要來自西沙海槽盆地的深水水道，儲層物性條件較好（表 2）。

5.3 蓋層

雙峰盆地漸新世發(fā)育一些相對分隔的小斷陷，在斷陷內(nèi)發(fā)育湖相和海陸過渡相沉積，新近系則發(fā)育深水的陸坡沉積。該區(qū)中新統(tǒng)—第四系厚度可達1 000 m以上，主要為陸坡深海相泥巖，可為良好的區(qū)域性蓋層（圖13）。該區(qū)域的主要大斷裂切割至中中新統(tǒng)，表明該區(qū)域斷裂系統(tǒng)在中中新世仍有較強的活動性，考慮到中新統(tǒng)該區(qū)域主要為深水的泥質(zhì)沉積，可推斷這些斷裂后期具有良好的封堵性，對圈閉構(gòu)造的保存條件無太大的破壞性，且該區(qū)新近紀無大規(guī)模的巖漿活動，漸新統(tǒng)和下、中中新統(tǒng)內(nèi)發(fā)育的圈閉具有良好的封蓋和保存條件。

圖10 二維剖面烴源巖生烴史模擬結(jié)果Fig.10 Simulated result of hydrocarbon generation history

圖11 雙峰盆地珠江組斜坡扇地震反射特征Fig.11 Seismic reflection characteristics of slope fan deposits of Zhujiang Formation, Shuangfeng basin

圖12 深水扇分流水道地震反射特征Fig.12 Seismic reflection characteristics of deepwater fan-channel filling deposits

5.4 生儲蓋組合

雙峰盆地北部坳陷古近系的深湖相泥巖是該區(qū)域潛在的烴源巖，上漸新統(tǒng)內(nèi)的砂巖層，及下、中中新統(tǒng)的斜坡扇可為良好的儲層；西部坳陷為中-西沙隆起區(qū)間發(fā)育的凹陷沉積區(qū)帶，早漸新世的深湖相泥巖和晚漸新世海灣相泥巖是該區(qū)域潛在的烴源巖，主要儲層為中中新世發(fā)育的盆底扇；中部坳陷為深海盆地，發(fā)育中新世—第四紀深海沉積，儲層主要為中中新統(tǒng)—上新統(tǒng)富含砂巖的盆底濁積扇。全區(qū)上新統(tǒng)—第四系厚度為500～1 000 m，以深海泥質(zhì)沉積為主，加上水深的壓力，對下覆地層具有較好的封蓋性，具有良好的油氣圈閉和保存條件（圖 13）。

表2 國內(nèi)外深水扇（盆底扇、斜坡扇）儲集砂體物性統(tǒng)計[22-27]Table 2 Reservoir properties of deepwater fan (basin floor fan, slope fan)

圖13 雙峰盆地北部坳陷儲蓋組合剖面圖（測線3）Fig.13 A “source rock-reservoir-seal system” in Northern depression, Shuangfeng basin (Line 3)

5.5 油氣資源評價

早漸新世，雙峰盆地西部和北部坳陷發(fā)育湖相泥巖，烴源巖面積達2 000 km2，厚度為600 m，熱史模擬表明現(xiàn)今下漸新統(tǒng)烴源巖的Ro值為0.5%～1.3%，達到成熟生油階段，具有一定的生烴能力。晚漸新世，坳陷內(nèi)發(fā)育陸架-海灣體系泥巖，厚度在200 m左右，現(xiàn)今上漸新統(tǒng)Ro值為0.5%～0.7%，達到早成熟生油階段，具有形成低熟油的能力。漸新世在雙峰盆地周緣發(fā)育沖積扇和扇三角洲沉積，盆內(nèi)發(fā)育斜坡扇和盆底扇，可為良好儲層，背斜、斷背斜等構(gòu)造圈閉發(fā)育，且與下部烴源巖有斷裂溝通。早中新世以來，該區(qū)發(fā)育半深海相泥巖，厚度超過500 m，可為良好的區(qū)域蓋層?？傮w雙峰盆地西部和北部坳陷具有較好的生儲蓋組合，預測該區(qū)具有一定的油氣勘探前景，綜合評價為I類有利遠景區(qū)（圖14），主要風險是烴源巖的品質(zhì)。

圖14 雙峰盆地油氣資源勘探前景評價Fig.14 Hydrocarbon exploration evaluation map of Shuangfeng basin

中部坳陷主要發(fā)育深海烴源巖，烴源巖面積達2 500 km2，厚度約有300 m；與ODP148井類比，有機質(zhì)主要為深水濁流所帶來的陸源有機質(zhì)，其有機碳含量應小于0.5%，為較差烴源巖，有一定生烴潛力。熱史模擬表明，下中新統(tǒng)烴源巖Ro達到0.5%，初步達成熟生油階段。區(qū)內(nèi)發(fā)育深水水道和大規(guī)模深水扇沉積，物性條件較好，存在巖性上傾尖滅和隱蔽圈閉，上覆深海相巨厚泥巖，儲蓋條件優(yōu)越。綜合評價雙峰盆地中部坳陷為II類潛在遠景區(qū)，今后主要勘探風險在于烴源巖有機質(zhì)豐度偏低。

6 結(jié)論

（1）雙峰盆地位于南部隆起以南，從現(xiàn)今地貌來看，為一向海盆逐漸過渡的斜坡。盆地充填新生界，厚度較大。中新世以來，盆地進入半深海-深海沉積環(huán)境，下切水道廣泛發(fā)育，并見大規(guī)模的深水扇沉積體。受海水底流影響，多有滑塌作用發(fā)生。

（2）雙峰盆地具有良好的油氣地質(zhì)條件。西部和北部坳陷漸新統(tǒng)湖相-海灣相泥巖，現(xiàn)今已達到成熟—早成熟階段，具有一定的生烴能力。周緣發(fā)育沖積扇和扇三角洲沉積，盆內(nèi)發(fā)育斜坡扇和盆底扇，可為良好儲層。早中新世以來發(fā)育的半深海相泥巖，可為良好的區(qū)域蓋層，具有較好的生儲蓋組合，預測該區(qū)具有良好的油氣勘探前景。