疊合斷陷盆地“源熱雙控”生烴特征研究：以麗水-椒江凹陷為例*

田兵，趙俊梅，鄭有偉

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)與煤炭學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

伸展裂谷期疊合充填陸相、海陸過渡相及海相沉積的斷陷被稱為疊合斷陷盆地，區(qū)別于全部為陸相沉積充填的陸相斷陷，其在構(gòu)造、沉積環(huán)境及烴源巖等方面都差異明顯.中國近海海域發(fā)育一系列被動大陸邊緣環(huán)境下形成的疊合斷陷盆地，東海陸架盆地麗水—椒江凹陷是其中的典型代表.麗水-椒江凹陷是中國近海海域的重點含油氣區(qū)，是我國海上油氣勘探的主攻區(qū)之一.LS36-1-1井在上古新統(tǒng)的海相砂巖中獲得高產(chǎn)油氣流以及WZ13-1構(gòu)造發(fā)現(xiàn)的高壓天然氣藏，展示了凹陷良好的油氣勘探前景.

晚中生代之后，凹陷一直處在我國東部陸緣伸展構(gòu)造帶之內(nèi)，經(jīng)歷了多期劇烈構(gòu)造活動，因此發(fā)育復(fù)雜的斷裂構(gòu)造體系、豐富的盆地結(jié)構(gòu)類型，表明本區(qū)石油天然氣勘探的復(fù)雜性[1-2].因而，有必要對本區(qū)豐富的地質(zhì)資料進(jìn)行系統(tǒng)地分析和研究，為今后的石油天然氣勘探?jīng)Q策提供依據(jù).本次研究從麗水-椒江凹陷“疊合斷陷”的成盆特征及“源熱雙控”[3-4]的成烴特征角度出發(fā)，對研究區(qū)的油氣形成及分布主控因素作進(jìn)一步分析，并對勘探新領(lǐng)域進(jìn)行預(yù)測.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東海陸架盆地是我國近海面積最大的含油氣盆地，麗水-椒江凹陷位于盆地西南部，是在中生代殘留盆地基礎(chǔ)上發(fā)育起來的具有典型的新生代“東斷西超”特點的斷陷.凹陷北鄰錢塘凹陷,雁蕩凸起將其與東側(cè)福州凹陷、閩江凹陷相隔，西部和南部過渡相接閩浙隆起區(qū)，整體呈北東-南西向展布，盆地形態(tài)具南北分塊、東西分帶的特征，主要包括椒江凹陷、麗西次凹、麗東次凹、麗南次凹以及靈峰凸起、麗南凸起等構(gòu)造單元，如圖1所示[2,5-8].

圖1 麗水-椒江凹陷區(qū)域位置及構(gòu)造劃分

2 “疊合斷陷”成盆特征

2.1 古新世為凹陷主斷陷期

麗水-椒江凹陷是在中生代殘留盆地的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的新生代斷陷，自晚白堊世以來，盆地經(jīng)歷了經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，其演化階段可劃分為3個階段：晚白堊世—古新世斷陷盆地演化階段，始新世坳陷盆地演化階段及第三紀(jì)以來的區(qū)域沉降演化階段，其中古新世是盆地主斷陷期.

晚白堊世至早古新世(雁蕩運動期)，太平洋板塊由NWW向轉(zhuǎn)為NNW向向歐亞板塊低角度俯沖，這種NNW向的持續(xù)俯沖運動伴隨導(dǎo)致強烈的巖漿活動，在地殼表層產(chǎn)生拉張應(yīng)力場，造成整個東海陸架區(qū)處于剪切拉張應(yīng)力狀態(tài)[9].受其控制，盆地內(nèi)形成了一系列NE，NNE向延伸的張扭性正斷層，由此進(jìn)入早期裂谷盆地期，這一時期裂谷主要由相對獨立、分散的小斷陷組成.作為小斷陷中的典型代表，麗水-椒江凹陷內(nèi)斷裂開始規(guī)模發(fā)育，麗西次凹開始形成，靈峰潛山初具雛形.古新世中期(甌江運動期)，西太平洋板塊繼續(xù)向歐亞板塊方向俯沖[10-12]，麗西東斷裂、麗東斷裂和椒江東斷裂開始大規(guī)模發(fā)育，麗水-椒江凹陷快速拉張并沉積了巨厚的古新統(tǒng)地層，其內(nèi)部靈峰低潛山構(gòu)造已經(jīng)成形.晚古新世，凹陷斷裂活動性漸弱，盆地裂陷由西向東逐漸遷移.

始新世早期，由于太平洋板塊運動由NNW向轉(zhuǎn)回為NWW向，形成新的俯沖，巖石圈水平拉伸基本停息，上升的熱地幔物質(zhì)緩慢冷卻下沉，在麗水-椒江凹陷內(nèi)表現(xiàn)為地幔上隆和盆地斷陷演化階段的結(jié)束，盆地快速沉降，產(chǎn)生熱沉降坳陷型沉積.與此同時，盆地又受到了前后兩次側(cè)向構(gòu)造事件的影響.第一次發(fā)生在始新世中晚期，太平洋板塊俯沖方向回轉(zhuǎn)阻滯了東海陸架盆地向東蠕散拉伸，強烈的俯沖作用導(dǎo)致盆地東部浙東坳陷(包括西湖凹陷、基隆凹陷、新竹凹陷)在漸新世至中新世快速沉降，而西部的麗水-椒江凹陷進(jìn)入長時期的抬升剝蝕并伴隨較強烈的中基性火山活動，從而導(dǎo)致凹陷缺失上始新統(tǒng)至中新統(tǒng)下部地層.第二次發(fā)生在中新世末，此時菲津賓海板塊俯沖向盆地東側(cè)琉球島弧，沖繩海槽盆地形成，而麗水-椒江凹陷地區(qū)再次發(fā)生抬升剝蝕并伴有火山活動，導(dǎo)致上新統(tǒng)與下伏地層不整合接觸，此次事件后，整個盆地進(jìn)入整體沉降階段.

上新世之后，整個東海陸架盆地平穩(wěn)補償沉積，構(gòu)造斷裂不活動，僅發(fā)育數(shù)次整體沉降，菲律賓海板塊俯沖向琉球島弧，沖繩海槽盆地呈地塹下陷式特征，而麗水-椒江凹陷地區(qū)再次抬升遭受剝蝕，導(dǎo)致中新世與上新世之間存在較明顯的的不整合面.最終演變成現(xiàn)今盆地結(jié)構(gòu)，如圖2所示.

圖2 麗水-椒江凹陷構(gòu)造演化剖面

2.2 凹陷主斷陷期發(fā)育海陸過渡相沉積序列

古新世主斷陷階段包括了下古新統(tǒng)月桂峰組斷陷初期沉積，以及上古新統(tǒng)靈峰組、明月峰組斷陷擴張期沉積.不同構(gòu)造期地層在古構(gòu)造格架、沉降中心和沉積體系類型及展布等方面存在較大差異，構(gòu)成多個區(qū)域性的沉積旋回，反映出盆地的多期次或幕式構(gòu)造及充填演化特征[13].

月桂峰組沉積期為湖泊沉積環(huán)境，湖泊面積較大，三角洲相由古鰲江、古甌江等數(shù)個古水系提供物源，主要分布在西側(cè)邊緣緩坡帶，扇三角洲相由雁蕩凸起提供物源，分布在東側(cè)斷陷陡坡帶，該沉積期靈峰潛山分隔麗水東西次凹，潛山西側(cè)發(fā)育近岸水下扇沉積體，潛山東側(cè)則形成數(shù)個扇三角洲砂體沉積，如圖3(a)所示.

下靈峰組地層角度不整合于月桂峰組地層之上，該期沉積受控于強烈的同沉積斷裂作用，同時受全球海平面上升變化影響，研究區(qū)沉積環(huán)境由陸相過渡為海相.凹陷東西兩側(cè)受物源及古地貌控制分別發(fā)育扇三角洲及三角洲沉積，繼承前期沉積特征，其中西南LS36-1-1井區(qū)三角洲沉積體受斷陷坡折帶控制形成滑塌重力流沉積.靈峰潛山受海侵影響部分沉沒，但仍可作為供給物源，在其和雁蕩凸起控制下，東側(cè)仍舊形成數(shù)個近源楔狀前積的扇三角洲沉積，如圖3(b).

上靈峰組凹陷繼續(xù)斷陷沉降且同沉積斷裂繼承性發(fā)育，海區(qū)范圍明顯擴大，靈峰潛山逐漸沉沒，其物源規(guī)模及供給范圍急劇縮小.西側(cè)閩浙隆起物源供給充足，西次凹三角洲河道水動力較強，三角洲沉積范圍明顯向凹陷內(nèi)部推進(jìn).根據(jù)鉆井揭示該期同樣發(fā)育大區(qū)域的厚層濱海-淺海沉積，如圖3(c).

明月峰組構(gòu)造斷裂活動性減弱，后期盆地演化轉(zhuǎn)入坳陷期.該沉積期最大充填特征為三角洲相沉積范圍及規(guī)模顯著擴大.根據(jù)連井對比，SMT-1井區(qū)三角洲范圍向南推進(jìn)至NP11-4-1井區(qū)，前緣發(fā)育河口壩沉積，三角洲北側(cè)至LS36-1-1井區(qū)處發(fā)育一滑塌型重力流沉積.凹陷東側(cè)WZ26-1-1井區(qū)亦發(fā)育一大型三角洲沉積，其沉積范圍向凹陷中央推進(jìn)至MYF1井區(qū)附近.椒江凹陷WZ6-1-1井區(qū)及麗水凹陷東南部發(fā)育少數(shù)扇三角洲沉積體，如圖3(d).

圖3 麗水-椒江凹陷古新世沉積體系平面展布(a)月桂峰組沉積體系展布；(b)靈峰組下段沉積體系展布；(c)靈峰組上段沉積體系展布；(d)明月峰組沉積體系展布

3 “源熱雙控”生烴特征

3.1 湖相泥巖是主力烴源巖

勘探實踐及地化分析表明，麗水—椒江凹陷發(fā)育下古新統(tǒng)月桂峰組湖相暗色泥巖及上古新統(tǒng)靈峰組、明月峰組海相源巖3套烴源巖.

綜合巖樣分析結(jié)果對比凹陷烴源巖特征，月桂峰組泥巖在有機碳含量、熱解生烴潛量及可溶有機質(zhì)含量幾個有機質(zhì)豐度指標(biāo)上均高于其上明月峰組、靈峰組泥巖，達(dá)到中等—好烴源巖級別.另外，月桂峰組湖相沉積以II型(部分Ⅲ型)有機質(zhì)為主，有機質(zhì)類型相對較好，總體上為傾油、傾氣性母質(zhì)，生烴潛力良好，是麗水-椒江凹陷的主力烴源巖[14]，見表1所示.

表1 麗水-椒江凹陷有機質(zhì)豐度

通過地震解釋可知，月桂峰組烴源巖厚度相當(dāng)大，整個月桂峰組地層在麗水-椒江凹陷厚度可達(dá)到千余米，從單井資料來看，WZ26-1-1井的濱淺湖相暗色泥巖厚度占總井段地層厚度的73%，由此推斷，湖水更深的相帶沉積泥巖含量及有機質(zhì)豐度會更高，因此估算麗西次凹北部烴源巖最大厚度將愈2 000 m，麗東次凹也可達(dá)千余米.根據(jù)麗水-椒江凹陷的沉積相平面展布特征，結(jié)合研究區(qū)泥巖厚度特征，確定月桂峰組有效烴源巖的平面分布范圍.月桂峰組有效烴源巖主要分布在各次凹的中央洼槽帶，有效面積總計達(dá)4 974.8 km2，如圖4所示.

圖4 麗水-椒江凹陷月桂峰組有效烴源巖平面分布

3.2 熱演化控制油氣生烴史

沉積盆地實際上是一個巨大的低溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)器，地溫是決定有機質(zhì)成烴演化的最重要控制因素[15-17].

對凹陷月桂峰組頂部和靈峰組頂部的平面古地溫發(fā)育及演化特征作了細(xì)致研究.以月桂峰組頂部古地溫特征為例，如圖5所示.靈峰組沉積末期，月桂峰組頂部在麗西次凹、椒江凹陷中部大部分達(dá)到了100 ℃以上，最高溫度出現(xiàn)在麗西次凹中央洼陷帶，達(dá)到180 ℃，研究區(qū)麗西次凹、椒江凹陷的溫度明顯比麗東凹陷要高.在明月峰組沉積末期，地層溫度進(jìn)一步整體增高，高溫中心繼承了靈峰組沉積末期的范圍，仍為麗西次凹、椒江凹陷的中央洼陷帶，最高溫度達(dá)到了225 ℃.到了溫州組沉積末期，研究區(qū)月桂峰組頂部的地層溫度達(dá)到了300 ℃.區(qū)域上溫度的差異性仍和前期一致，麗東凹陷的中心溫度低于麗西凹陷、椒江凹陷的溫度.在漸新統(tǒng)沉積末期，受構(gòu)造抬升影響，月桂峰組頂部的溫度都有所下降，最高值為270 ℃.而現(xiàn)今溫度又有所升高，最大值達(dá)到了330 ℃.

圖5 麗水-椒江凹陷月桂峰組頂部古溫度平面展布(a)明月峰沉積末期地溫唱場；(b)溫州組沉積末期地溫場；(c)漸新統(tǒng)沉積末期地溫場；(d)現(xiàn)今地溫場

靈峰組頂部界面的古地溫演化史和月桂峰組頂部演化特征相似，總體經(jīng)歷了升溫-降溫-升溫的過程，與月桂峰組頂部界面相比，各個時期的溫度值都比較低，古地溫最高值為200 ℃；另外，除了明月峰組沉積末期，平面上溫度的差異性與月桂峰組相似外，如麗西次凹、椒江凹陷的古溫度比麗東凹陷的高，其他時期靈峰組頂部界面的古溫度，在平面上都較為均一，分異性不太明顯.

整個東海地區(qū)地溫梯度介于25～43.5 ℃/km間，地溫梯度分布呈現(xiàn)北低南高特征，平均為32.7 ℃/km，其中麗水-椒江凹陷中大部分區(qū)域為35 ℃/km左右的高地溫梯度區(qū)，均值為34.8 ℃/km.熱史恢復(fù)結(jié)果表明，麗水-椒江凹陷經(jīng)歷最高古熱流出現(xiàn)在古新世(67～92 mW/m2)，平均為81 mW/m2，自203 Ma到45 Ma是一個熱流增大的過程，自始新世末到漸新世則是一個降低的過程，自漸新世末到現(xiàn)今又是一個熱流升高的過程.

在研究區(qū)上述熱體系影響下，對凹陷月桂峰組頂部和靈峰組頂部烴源巖的成熟度作了平面順層“切片”研究，以分析研究區(qū)平面上生油氣區(qū)的分布特征.

月桂峰組在靈峰組沉積末期，麗西次凹和椒江凹陷中央洼陷帶烴源巖大部分均已成熟，Ro>0.7%，進(jìn)入到了生油階段，麗東次凹此時只有洼陷帶零星的地方進(jìn)入到了生油窗.明月峰組沉積末期，生油區(qū)進(jìn)一步擴大，凹陷南部和麗東次凹生油范圍明顯增加，在麗西次凹和椒江凹陷的中央洼槽帶，Ro>1.3%，月桂峰組頂部烴源巖進(jìn)入到了濕氣階段.在溫州組沉積末期，研究區(qū)達(dá)到了生烴高峰，凹陷各個次凹中央洼陷帶烴源巖Ro>2.0%，達(dá)到了干氣階段，麗西次凹部分達(dá)到了過成熟階段.之后由于玉泉運動，盆地抬升遭受剝蝕，生烴停止，后期漸新世末直至現(xiàn)今這段地質(zhì)歷史時期，生、油氣區(qū)的范圍未擴大，成熟度也未增加.

靈峰組頂部烴源巖成熟度的演化史與月桂峰組頂部界面相似，都經(jīng)歷了溫州組沉積末期之前增加，之后停止的過程.但靈峰組頂部界面與月桂峰組頂部界面相比，成熟度演化較低，在整個地質(zhì)歷史時期，只有麗西次凹達(dá)到了濕氣階段，但現(xiàn)今麗水-椒江凹陷各次凹中央洼陷帶大都進(jìn)入到了生油窗.

4 油氣勘探啟示

綜合上述得出的凹陷構(gòu)造、沉積充填等“疊合斷陷”成盆特征以及烴源巖條件、古地溫場控制下“源熱雙控”生烴特征，結(jié)合已有探井的油氣顯示情況分析，建立起了麗水-椒江凹陷內(nèi)尋找有利成藏區(qū)帶的幾個原則：

(1)油氣就近聚集在烴源巖分布區(qū)內(nèi)或其臨近地帶，生烴中心基本上控制了油氣區(qū)的分布范圍；

(2)在古新世早期凹陷斷裂快速發(fā)育，在這種構(gòu)造背景下，背斜、斷背斜、斷鼻等多種成藏優(yōu)勢構(gòu)造發(fā)育于凹陷內(nèi)，相應(yīng)潛在發(fā)育的斷塊、斷背斜和斷層-巖性等多種油氣藏類型是未來最佳勘探突破口；

(3)凹陷主力油氣源巖埋深較深，優(yōu)良的深部相帶儲層及有效的運移通道亦是控制研究區(qū)油氣藏形成與分布的重要因素.

5 結(jié)論及建議

(1)自晚白堊世以來，麗水-椒江凹陷經(jīng)歷了晚白堊世-古新世斷陷演化期，始新世坳陷演化期及第三紀(jì)以來的區(qū)域沉降演化期3期構(gòu)造演化階段，其中凹陷主斷陷期古新世經(jīng)歷了4幕斷陷.受控于全球海平面變化及幕式斷陷運動，凹陷內(nèi)部地層展布及充填序列特征各期迥異，古新世初期月桂峰組(初始斷陷Ⅰ幕)以湖相沉積環(huán)境為主，而后過渡為海相沉積環(huán)境，凹陷具典型的疊合斷陷盆地特征.

(2)麗水-椒江凹陷發(fā)育下古新統(tǒng)月桂峰組湖相暗色泥巖及上古新統(tǒng)靈峰組、明月峰組海相泥巖3套烴源巖.下古新統(tǒng)月桂峰組烴源巖有機質(zhì)類型好，豐度高，規(guī)模大，生烴潛力最大，為凹陷主力烴源巖；凹陷古地溫演化經(jīng)歷了203 Ma到45 Ma熱流增大，始新世末到漸新世熱流降低，漸新世末到現(xiàn)今熱流升高3個階段，地溫場平面展布具不均一性，各次凹中央洼陷帶為凹陷高溫中心，其中麗西次凹中央洼陷帶最高，為整個凹陷高溫中心；烴源巖及熱演化特征共同控制了凹陷的生烴演化史.

(3)作為低勘探程度區(qū)，目前尋找有利油氣區(qū)帶，尋求重點突破是當(dāng)前凹陷勘探的第一要務(wù).綜合凹陷構(gòu)造、沉積充填等成盆特征以及烴源巖條件、古地溫場控制下生烴特征，結(jié)合已有探井的油氣顯示情況分析，建立了凹陷內(nèi)尋找有利成藏區(qū)帶的幾個原則：①油氣就近聚集在烴源巖分布區(qū)內(nèi)或其臨近地帶，生烴中心基本上控制了油氣區(qū)的分布范圍；②在古新世早期凹陷斷裂快速發(fā)育，在這種構(gòu)造背景下，背斜、斷背斜、斷鼻等多種成藏優(yōu)勢構(gòu)造發(fā)育于凹陷內(nèi)，相應(yīng)潛在發(fā)育的斷塊、斷背斜和斷層-巖性等多種油氣藏類型是未來最佳勘探突破口；③凹陷主力油氣源巖埋深較深，優(yōu)良的深部相帶儲層及有效的運移通道亦是控制研究區(qū)油氣藏形成與分布的重要因素.