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珠江口盆地长昌-鹤山凹陷古近系沉积构造变换带探讨

中国学术期刊网【地理地质论文】 编辑:天问 沉积学报 2016-05-03珠江口盆地长昌-鹤山凹陷古近系沉积构造变换带探讨论文作者:宋爽 朱筱敏 于福生 葛家旺 史亚会 贺敬聪 袁立忠 刘军,原文发表在《沉积学报杂志》,经中国学术期刊网小编精心整理,仅供您参考。

关键词: 层序地层格架 沉积体系 构造变换带 长昌—鹤山凹陷 珠江口盆地
摘要: 长昌-鹤山凹陷为珠江口盆地珠四坳陷NE-SW走向的凹陷,是珠江口盆地继白云、荔湾深水区油气突破之后的又一个深水战略性勘探区块,目前无钻井,属于勘探新区,因此基础地质研究尤为重要。通过断层解释和地层厚度分析,认为文昌组和恩平组分别对应早期强裂陷阶段和晚期弱裂陷阶段,并识别多种不同级别和类型的构造变换带。以经典层序地层学理论为指导,通过对全区二维地震资料追踪闭合,将长昌-鹤山凹陷文昌组-恩平组划分为2个二级层序和7个三级层序。在三级层序格架内,根据地震相特征结合经典的地震相-沉积相转换关系,重建了研究区沉积充填演化过程。通过平面断层组合分析认为,研究区发育两个级别(Ⅰ级和Ⅱ级)、六种类型(同向未叠覆型、同向叠覆型、同向平行型、同向共线型、对向叠覆型和背向叠覆型)构造变换带。断陷活动的强弱控制着层序和沉积体系的发育,构造变换带、坡折带类型控制着砂体的分布与规模。针对研究区是深水勘探新区,可通过该思路从构造与沉积耦合度高的区域进行有利区带的预测,为低勘探程度深水研究区的油气勘探提供了科学依据。

宋爽1,2, 朱筱敏1,2, 于福生1,2, 葛家旺2, 史亚会2, 贺敬聪2, 袁立忠3, 刘军3 1. 中国石油大学(北京)油气与资源探测国家重点实验室 北京 102249;
2. 中国石油大学(北京)地球科学学院 北京 102249;
3. 中海石油(中国)深圳分公司 广州 510240
收稿日期: 2015-04-21; 收修改稿日期: 2015-06-12
基金项目: 国家油气重大专项课题(2011ZX05025-005,2011ZX05001-002);国家自然科学基金项目(41272133)
作者简介: 宋爽 女 1990年出生 硕士研究生 层序地层学及岩相古地理
通讯作者: 朱筱敏 男 教授

0 引言

在油气勘探中,构造与沉积的耦合关系是当今研究的热点之一[1, 2, 3, 4]。在盆地形成和演化过程中,都强调构造和古地貌对沉积的控制作用,特别是在断陷湖盆分析中,通过对构造活动的强度、期次以及古地貌恢复等研究,可以揭示物源、汇聚通道、沉积中心的三维空间耦合关系,对于预测储集砂体类型和富砂沉积体系的分布具有重要的作用[5]。在过去的研究中,沟扇对应关系构造变换带及坡折带控砂理论在中国陆相断陷湖盆中得到了迅速发展,在预测隐蔽油气藏起到积极作用[6, 7, 8]。

深水油气勘探是目前全球油气勘探开发的热点之一,具有十分广阔的前景。随着我国南海北部深水油气勘探战略的整体实施,珠江口盆地白云凹陷深水勘探区的重大突破和2006年荔湾3-1大气田的发现,使珠江口盆地油气勘探部署与研究逐渐从陆架浅水区向陆坡深水区迈进[9, 10, 11]。长昌—鹤山凹陷位于南海北部陆架边缘下陆坡,地壳强烈减薄的洋陆过渡壳之上。大部分地区水深超过1 500 m,自北向南海水深度逐渐增加,最深达3 000 m,属于超深水区,是南海北部向超深水迈进的油气勘探新区[12]。

受制于深水油气勘探成本高、风险大等因素,深水—超深水盆地的勘探程度极低,地震测线稀疏和钻井缺少限制了对超深水盆地准确、全面的认识,严重制约了其油气勘探[13, 14]。目前长昌—鹤山凹陷石油地质研究仍处于钻前的地质研究初级阶段,前人通过类比和参考相邻的白云凹陷地层埋深和钻井资料,认为在始新世—早渐新世盆地演化断陷期,盆地基底沉降速率大且沉积欠补偿,广泛发育深湖烃源岩并普遍进入生烃门限,生烃潜力较大,具有形成大中型油气田的石油地质条件[15]。

笔者主要通过最新采集的二维地震剖面,分析了南海北部珠江口盆地深水区长昌—鹤山凹陷结构形式和充填序列样式,在研究区搭建三级层序地层格架,借鉴近十年来国内学者对中国东部断陷湖盆地震相及沉积相类型研究成果,对研究区地震相进行精细刻画,依据经验转化为沉积相,进而分析其沉积充填特征。深入探讨了研究区构造变换带及构造坡折带对大型砂体发育的控制作用,最终分析区域构造与沉积体系的耦合关系,为南海超深水油气勘探与新区研究提供地质依据。

1 区域地质概况

珠江口盆地位于南海北部,属于大陆地壳的陆缘张裂型盆地,是新生代大陆边缘伸展盆地,总面积约1.7×105 km2(图 1A)。自北向南依次划分为北部隆起带、北部坳陷带、中央隆起带、中部坳陷带、南部隆起带以及南部坳陷带等6个次级构造单元[13, 16]。

长昌—鹤山凹陷位于珠江口盆地南部坳陷带的西南部,盆地平均水深在2 000多米,是两个相互连通的呈NE—SW走向深水—超深水盆地,是富有油气勘探前景的盆地。研究区面积约1.3×104 km2,北侧为顺鹤隆起,东北与白云凹陷相邻,西南侧为西沙隆起,东南与双峰盆地相接(图 1)。研究区属于勘探新区,研究程度低,全区仅覆盖二维地震测线,测线总长度约5 500 km,地震测网密度3×3 km~3×6 km,无钻井资料。

珠江口盆地自新生代形成以来至少发生了5次大型构造运动,即神狐运动、珠琼运动Ⅰ幕、珠琼运动Ⅱ幕、南海运动、东沙运动,由断陷湖盆沉积逐渐过渡到现今的被动大陆边缘盆地海相沉积。新生界自下而上地层序列为神狐组、文昌组、恩平组、珠海组、珠江组、韩江组、粤海组和万山组。湖盆断陷期沉积和充填的文昌组和恩平组两套地层是本文讨论的目的层段,文昌组沉积厚度1 000~4 000 m,全区均有分布,形成于早期裂谷阶段;恩平组沉积厚度500~1 500 m,形成于晚期裂谷阶段(图 2)。

2 层序地层格架

2.1 层序界面的识别

研究不同时期发育的沉积体系及其空间配置关系的基础是要建立层序地层格架。层序地层格架建立的关键是层序界面的识别。基于Vail经典层序地层学理论和工区近100条二维地震剖面,识别出各级层序级别界面并进行全工区闭合解释。

本次识别层序界面的依据有四个方面:①识别典型的地震反射轴终止关系,例如削截、上超、下超和顶超等,并通过与北东相邻的白云凹陷类比地震反射特征,确定不同级别的层序界面。②地震波组合特征之间的差异也能够印证层序界面的差异,自下而上地震波组振幅特征经历了强—较强—较弱—弱的过程,分别揭示了层序地层的沉积环境和构造期次的差异;③构造期次及幕式活动对层序划分提供佐证。研究区处于初始勘探阶段,暂无钻井,构造演化特征的分析提高了层序划分的可靠性。④值得指出的是,文昌组强裂陷时期具有幕式伸展的特征,断裂活动和岩浆活动频繁,往往伴随火山喷发或者侵入至沉积岩中,由于湖相地层中火山岩侵入、火山碎屑岩沉积以及火山灰的飘落,在地震剖面上往往表现为强振幅、低频、弱连续的特征[17, 18],依此可以作为确定层序划分的标志(图 3,4)。

Tg界面为珠琼运动Ⅰ幕产生的区域不整合面,界面之下表现为火山岩为杂乱反射或空白反射,界面之上为中振幅、杂乱反射,上超接触关系常见。T80界面为珠琼运动Ⅱ幕产物,分隔文昌组与恩平组,为一全区追踪的不整合面,界面下见明显的削截,界面上见明显的上超和下超。T70界面为南海运动产物,是恩平组与珠海组分界面,在全区广泛分布在地震剖面上表现为对下伏地层的强烈削截,使上下地层呈明显的角度不整合,界面之上珠海组的振幅强于界面之下地层,连续性明显变好,海相三角洲前积非常发育[12]。T83界面、T82界面、T81界面为文昌组内部界面,分布于长昌凹陷和鹤山凹陷的几个次洼中,部分地区可识别出上超、下超、削截等反射关系。T72界面、T71界面 为恩平组内部界面,仅在凹陷边缘可识别出削截接触关系,凹陷内部多与平行不整合接触(图 5)。总体上,文昌组沉积时期断陷活动强烈,T80界面以下地层地震反射相对杂乱,恩平组沉积时期湖盆断陷活动减弱,T80界面以上湖盆面积广,地层相对薄而广泛,地震反射连续性相对好。

根据以上地震反射轴终止关系、构造期次、含火山岩地震反射特征等综合考虑,共计识别出八个层序界面,自下而上为Tg、T83、T82、T81、T80、T72、T71、T70。其中Tg、T80和T70为盆地规模的二级角度不整合面,T83、T82、T81、T72和T71为三级局部不整合面。

2.2 层序地层格架

通过研究区的构造和层序的解释,识别出上超、下超、削截等各种地震反射接触关系,并进行了层序界面的分级和识别,建立了本区古近系文昌组和恩平组层序地层格架,将目的层段划分为7个三级层序(图 4)。其中文昌组自下而上分为SQ1、SQ2、SQ3和SQ4 四个三级层序,分别对应初始断陷期、快速断陷期、断陷强烈期、断陷萎缩期;恩平组自下而上分为SQ5、SQ6和SQ7三个三级层序,分别对应初始断陷期、断陷发育期、断陷萎缩期;文昌组最大厚度分布在东西两端,即鹤山主洼、长昌北洼及长昌南洼,鹤山主洼最大厚度近3 000 m(图 5A);到恩平组时期,研究区沉降中心西移,长昌凹陷恩平组沉积地层厚,例如长昌北洼和长昌南洼的最大厚度约1 500 m(图 5B)。

3 构造演化特征

根据构造演化、地层厚度展布、同沉积断层性质及组合、文昌组底Tg反射层的古地貌特征,本次研究对长昌—鹤山凹陷构造单元进行了的划分。长昌凹陷可分为五个次级构造单元(三级构造单元),包括长昌北洼、长昌东洼、长昌南洼、长昌北低凸起和长昌中低凸起;鹤山凹陷分为六个次级构造单元:鹤山主洼、鹤山南洼、鹤山东洼、鹤山北洼、鹤山南部低凸起、鹤山东北低凸起(图 1B)。

HF1和HF2及CF4、CF7(断层编号参见图 5)等控洼主断裂活动性统计表明,断层在文昌期平均活动强度为800~1 500 m,恩平期平均为100~250 m,表明受控于早晚两期裂陷,边界断裂具有早期强、晚期弱的差异性活动特征。文昌组沉积时期,断陷活动强,地层厚度大,最深处为鹤山主洼,沉积厚度达4 000 m;恩平组沉积时期,断陷活动减弱,地层厚度薄,最深处为长昌南洼,沉积厚度仅2 000 m。

长昌—鹤山凹陷的构造演化是珠江口盆地区域构造演化的反映。始新世时期,珠江口盆地裂陷期的主伸展应力方向与凹陷走向以一定角度斜交,属于张扭性断陷盆地[19]。地质年代在39 Ma时印支板块被挤出[20],盆地的主伸展应力方向由文昌组时期的NW—SE演化为恩平组时期NNW—SSE,并对于长昌凹陷和鹤山凹陷盆地的演化有不同的控制。应力方向转变是断陷活动强度由强变弱的最根本原因。

长昌凹陷是南断北超的半地堑,主要受南部NEE向北倾控盆断裂带控制;鹤山凹陷是北断南超的半地堑,主要受北部NE向南倾断裂带控制。文昌组沉积时期,研究区主伸展应力方向为NW—SE向,与鹤山凹陷控盆断裂走向近垂直。当应力伸展方向与断层走向垂直时,断裂伸展量最大,导致地层沉积厚度相对较大[21]。长昌凹陷控盆断裂带走向与主伸展应力方向呈一定角度斜交,断裂伸展量相对小。因此,在文昌组时期,鹤山凹陷的地层沉积厚度比长昌凹陷厚(鹤山凹陷沉积最厚处4 000 m,长昌凹陷沉积最厚处3 000 m)(图 5A);恩平组时期,断陷活动减弱,研究区主伸展应力方向演化为NNW—SSE,与鹤山凹陷边界断裂带的走向交角逐渐减小,与长昌凹陷边界断裂带走向近垂直,因此,长昌凹陷的断层伸展量相对较大,其恩平组沉积厚度比鹤山凹陷厚(鹤山凹陷沉积最厚处800 m,长昌凹陷沉积最厚处1 500 m)(图 5B)。

4 构造变换带分级、类型与分布

构造变换带(Transfer Zone)的概念是由Dahlstrom(1970)在研究挤压变形中褶皱—逆冲断层的几何形态时提出的。变换带是指调节应变和使断层位移守恒(或有规律变化)的构造带,是为保持区域伸展应变守恒而产生的伸展变形构造变换体系[22, 23],国内外许多学者对这类构造变换体系的构造样式、分类等进行了研究,其中以Morley的变换带划分方案最为普遍[24, 25, 26, 27]。Morley的分类方案是按照断层的倾向(同向、对向和背向)和相互间的叠覆程度(趋近、叠覆和平行),再加上较为特殊的背向共线型,将变换构造划分为10类(图 6)。