王一博 趙志剛 謝曉軍 郭 佳 唐 武 蘭 蕾

(中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

南海是西太平洋最大的邊緣海之一，面積約350×104km2。南海中南部指北緯17°以南的海域，包括禮樂、萬安、曾母、文萊-沙巴等盆地(圖1)，油氣資源豐富，自20世紀(jì)初勘探至今已發(fā)現(xiàn)可采儲量近60億t油當(dāng)量，是巨型油氣產(chǎn)區(qū)。

圖1 南海中南部盆地分布

多年來，國內(nèi)外學(xué)者多是針對南海中南部單個(gè)盆地進(jìn)行沉積體系研究，鮮有從區(qū)域角度對整個(gè)南海中南部作為整體進(jìn)行綜合分析，區(qū)域沉積體系分布規(guī)律認(rèn)識有待深化。本文以南海構(gòu)造演化為依托，結(jié)合區(qū)域古地理背景，利用古生物、鉆井、露頭、地震等資料，明確南海中南部盆地不同演化階段沉積體系展布特征，系統(tǒng)分析烴源巖類型及分布規(guī)律，以期對未來的南海中南部油氣勘探起到重要的指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域沉積背景

南海新生代經(jīng)歷了新南海擴(kuò)張和古南海消亡以及南沙地塊的裂離漂移與重新定位[1-3]。依據(jù)古南海和新南海兩大邊緣海構(gòu)造旋回，將南海新生代劃分為3個(gè)階段，分別為擴(kuò)張前期、擴(kuò)張期和擴(kuò)張后期，不同階段具有不同的沉積背景。

1.1 擴(kuò)張前期(始新世—早漸新世)

晚白堊世—早始新世，歐亞大陸東緣及東南緣區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場由擠壓作用轉(zhuǎn)為晚白堊世之后的伸展作用[4]，古南海裂陷；中始新世—早漸新世，拉伸作用進(jìn)一步加強(qiáng)，古南海以北地區(qū)主要為華南大陸及南部的被動大陸邊緣，古南海以南地區(qū)主要為婆羅洲大陸及其北側(cè)的被動大陸邊緣。該時(shí)期南沙地塊之上的盆地(主要包括禮樂盆地、北康盆地、南薇西盆地和巴拉望盆地)位于古南海北部的被動大陸邊緣位置，隨著拉伸作用形成一系列斷陷或斷坳型盆地，盆地持續(xù)斷陷與擴(kuò)展，物源主要來自于華南大陸及盆地周緣隆起(圖2a)；西部的萬安盆地在拉張作用下發(fā)育大量北東向伸展斷裂，形成大規(guī)模地塹或半地塹，物源來自盆地西部的隆起；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地受古南海向婆羅洲俯沖影響，與婆羅洲發(fā)生碰撞，受到碰撞擠壓而抬升，形成擠壓型前陸盆地，婆羅洲遭受多期擠壓持續(xù)隆升，為盆地提供豐富的物質(zhì)來源。

圖2 南海中南部盆地新生代區(qū)域構(gòu)造演化模式

1.2 擴(kuò)張期(晚漸新世—中中新世)

始新世以后，受印度板塊與歐亞板塊碰撞作用影響，產(chǎn)生地幔柱上升流，南海中央海盆開始形成[5]，眾多中—小型斷陷或者斷坳型盆地進(jìn)一步復(fù)合、聯(lián)合成為大—中型斷陷、斷坳或者坳陷。隨著新南海擴(kuò)張，南沙地塊與北部大陸邊緣分離，向南漂移；古南海洋殼向婆羅洲之下俯沖，自西向東開始消亡；中中新世末，南沙地塊與婆羅洲碰撞停止漂移，古南海消亡[6-7](圖2b—d)。南沙地塊在漂移過程中缺乏沉積物源補(bǔ)給，物源主要來自盆地周緣和內(nèi)部隆起；西部的萬安盆地受新南海擴(kuò)張和印支地塊向東擠入影響，發(fā)育大量北東向伸展斷裂，伴隨大型走滑斷裂，物源仍來自盆地西部的隆起；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地由于古南海持續(xù)向南俯沖，婆羅洲遭受碰撞擠壓，河流攜帶大量沉積物向盆地進(jìn)積，形成大型三角洲盆地[8-9]。

1.3 擴(kuò)張后期(晚中新世—現(xiàn)今)

中中新世末，新南海南北向擴(kuò)張?zhí)幱谕顟B(tài)，古南海消亡，盆地出現(xiàn)聯(lián)合跡象，沉降作用減小，斷裂不發(fā)育，總體上以披覆式沉積為特點(diǎn)(圖2e)。南沙地塊停止漂移，靜止于現(xiàn)今位置；西部的萬安盆地?cái)嗔鸦顒尤?，形成現(xiàn)今陸架-陸坡體系，以遠(yuǎn)源大型河流輸入為主；南部的曾母盆地和文萊沙巴盆地進(jìn)入?yún)^(qū)域沉降階段，婆羅洲隆起區(qū)持續(xù)提供物源致使三角洲發(fā)育。

在新南海擴(kuò)張和古南海消亡的構(gòu)造背景下，南海中南部盆地總體表現(xiàn)為西部的拉張-走滑、南沙地塊的伸展-漂移和南部的伸展-擠壓構(gòu)造動力學(xué)特征[2]。西部的萬安盆地受新南海擴(kuò)張和萬安-越東斷裂共同作用，經(jīng)歷了漸新世—早中新世的斷拗期、中中新世的走滑改造期和晚中新世—第四紀(jì)的拗陷期三大構(gòu)造演化階段；南沙地塊之上的禮樂盆地受新南海擴(kuò)張影響，經(jīng)歷了始新世—早漸新世的斷拗期、晚漸新世—中中新世的漂移期和晚漸新世—第四紀(jì)的拗陷期三大構(gòu)造演化階段；南部的文萊-沙巴盆地受古南海消亡影響，經(jīng)歷了始新世—早中新世的俯沖增生期和晚中新世—第四紀(jì)的快速沉降期兩大構(gòu)造演化階段(圖3)。

圖3 南海中南部盆地典型地質(zhì)剖面(剖面位置見圖1)

2 新生代沉積充填特征

利用古生物、鉆井，地震等資料，結(jié)合區(qū)域沉積背景，對南海中南部盆地新生代沉積體系進(jìn)行綜合分析，識別出三角洲、河流、濁積體、碳酸鹽巖臺地、湖泊、濱淺海、淺?！肷詈Ｒ约鞍肷詈！詈５瘸练e相類型(圖4)。在此基礎(chǔ)上，明確南海中南部主要盆地新生代不同時(shí)期沉積體系展布及沉積充填演化規(guī)律。

圖4 南海中南部盆地沉積相標(biāo)志綜合圖

2.1 擴(kuò)張前期(始新世—早漸新世)

1) 始新世。始新世沉積時(shí)期，南海中南部盆地受古南海海侵影響，南側(cè)以深海沉積為主，北側(cè)(南沙地塊之上的盆地)以海陸過渡相和濱淺海相沉積為主，從北向南沉積環(huán)境逐漸變深。此時(shí)南沙地塊位于南海北部，靠近華南大陸，禮樂盆地發(fā)現(xiàn)的古生物化石主要為溝鞭藻、鈣質(zhì)超微和有孔蟲，證實(shí)盆地在古新世—始新世為海相沉積，該時(shí)期主要發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系，三角洲成朵葉狀分布在古隆起和火山的周緣，向盆地內(nèi)部延展，物源來自盆地周緣隆起和盆地內(nèi)部凸起；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地以半深海和深海沉積為主，在南部的婆羅洲野外露頭可見始新世深海環(huán)境形成的砂泥巖并伴隨變形構(gòu)造。

2) 早漸新世。早漸新世沉積時(shí)期，海侵作用增強(qiáng)，區(qū)域沉積范圍擴(kuò)大，古南海尚未波及萬安盆地，該時(shí)期主要發(fā)育三角洲—濱淺?！肷詈３练e體系，僅萬安盆地發(fā)育湖相沉積。南沙地塊位于古南海北部大陸邊緣，之上沉積的盆地以三角洲和濱淺海沉積為主，三角洲規(guī)模較小，多分布于邊界斷層附近；西部的萬安盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺湖—深湖沉積體系，物源來自盆地西部的昆侖隆起和呵叻隆起，盆地西部發(fā)育的三個(gè)大型三角洲。南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地，由于古南海向南俯沖消減導(dǎo)致婆羅洲持續(xù)隆升，為盆地沉積提供了豐富的物質(zhì)來源，曾母盆地發(fā)育的兩個(gè)大型三角洲均位于盆地南部，文萊-沙巴盆地則繼承早期深水環(huán)境，盆地南部發(fā)育海底扇(圖5a)。

2.2 擴(kuò)張期(晚漸新世—中中新世)

1) 晚漸新世。晚漸新世沉積時(shí)期，新南海開始擴(kuò)張，古南海持續(xù)向南俯沖消亡，南海中南部盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺海—碳酸鹽巖臺地—半深海沉積體系，半深海范圍有所擴(kuò)大，三角洲主要分布在西部的萬安盆地和南部的曾母盆地(圖5b)。南沙地塊由于新南海擴(kuò)張向南漂移，之上沉積的盆地在漂移過程中缺乏物源補(bǔ)給，主要以濱淺海沉積為主，三角洲規(guī)模有所減小，禮樂盆地北部和巴拉望盆地發(fā)育碳酸鹽巖臺地；萬安盆地的西部和曾母盆地的南部持續(xù)發(fā)育大規(guī)模三角洲，文萊-沙巴盆地發(fā)育海底扇。

2) 早中新世。早中新世沉積時(shí)期，新南海持續(xù)擴(kuò)張，古南海向南俯沖，南海中南部盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系。南沙地塊仍處于漂移階段，缺乏物源補(bǔ)給，以濱淺海沉積為主，三角洲不發(fā)育，北康盆地和南薇西盆地東部高地開始發(fā)育碳酸鹽巖臺地；萬安盆地主要發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系，鉆井發(fā)現(xiàn)中新世的地層中有孔蟲、超微化石等海相化石伴生出現(xiàn)，證實(shí)該時(shí)期為濱淺海環(huán)境，三角洲在盆地西南側(cè)、西側(cè)及西北側(cè)發(fā)育；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地除局部發(fā)育深水沉積外，總體處于濱淺海沉積，曾母盆地三角洲持續(xù)在南部發(fā)育，文萊-沙巴盆地早期的海底扇沉積中止，被多期的三角洲覆蓋(圖5c)。

圖5 南海中南部盆地新生代沉積相

3) 中中新世。中中新世沉積時(shí)期，南沙地塊與婆羅洲地塊發(fā)生碰撞停止漂移，定位于現(xiàn)今的位置，自盆地邊緣向盆地內(nèi)依次發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系。南沙地塊之上沉積的盆地以濱淺海為主，三角洲在局部凸起邊緣零星分布，碳酸鹽巖臺地和生物礁在相對遠(yuǎn)離碎屑物源的地區(qū)廣泛發(fā)育；萬安盆地西部的三角洲規(guī)模有所減小，盆地淺海區(qū)水下高地之上發(fā)育大規(guī)模碳酸鹽巖臺地；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地三角洲自北向南推進(jìn)，曾母盆地遠(yuǎn)離物源區(qū)的構(gòu)造高部位碳酸鹽巖臺地廣泛分布，文萊-沙巴盆地在東北部發(fā)育濁積扇砂體(圖5d)。

2.3 擴(kuò)張后期(晚中新世—現(xiàn)今)

1) 晚中新世。晚中新世沉積時(shí)期，新南海擴(kuò)張停止、古南海消亡，南?？傮w進(jìn)入熱收縮與穩(wěn)定沉降階段，水體進(jìn)一步加深，主要發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系，碳酸鹽巖臺地仍持續(xù)大量發(fā)育(圖5e)。南沙地塊之上的北康盆地和南薇西盆地進(jìn)入深水環(huán)境；萬安盆地三角洲規(guī)模變大，碳酸鹽巖臺地主要發(fā)育在盆地中南部的濱淺海環(huán)境中；南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地繼承了之前的沉積格局，自盆地邊緣向盆地內(nèi)部由三角洲轉(zhuǎn)變?yōu)闉I淺海、碳酸鹽巖臺地和半深海沉積。

2) 上新世—第四紀(jì)。上新世—第四紀(jì)沉積時(shí)期，南海中南部盆地發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系，水體進(jìn)一步加深，整體進(jìn)入半深海環(huán)境。南沙地塊之上的禮樂盆地北部大型碳酸鹽巖臺地繼承性發(fā)育，隨水體加深逐步被淹沒；萬安盆地西部發(fā)育陸架邊緣三角洲，陸架上發(fā)育下切水道，東部為陸坡帶和半深海相沉積，發(fā)育滑塌濁積體；南部的曾母和文萊-沙巴盆地沉降速度加快，三角洲持續(xù)發(fā)育。

綜合分析認(rèn)為，南海中南部盆地在擴(kuò)張前期主要發(fā)育三角洲—濱淺?！肷詈３练e體系，僅萬安盆地發(fā)育湖湘沉積；擴(kuò)張期發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系，中—晚中新世碳酸鹽巖臺地在淺海區(qū)大規(guī)模發(fā)育；擴(kuò)張后期水體變深，以濱淺海和半深海沉積為主，三角洲分布于南部和西部。西部的萬安盆地受西部隆起物源供給，三角洲主要發(fā)育在漸新世—晚中新世；南沙地塊之上的盆地始新世—早漸新世位于古南海北部，晚漸新世—現(xiàn)今從北部陸緣裂離漂移至現(xiàn)今位置，物源來自盆地周緣和內(nèi)部隆起，三角洲主要發(fā)育在始新世和早漸新世，規(guī)模較小；南部的曾母和文萊-沙巴盆地由于婆羅洲隆升供給物源，三角洲主要發(fā)育在漸新世和中新世，規(guī)模較大(圖6)。

圖6 南海中南部典型盆地沉積相剖面(剖面位置見圖1)

3 烴源巖發(fā)育特征

3.1 地球化學(xué)特征

南海中南部盆地發(fā)育湖相、海陸過渡相和陸源海相烴源巖，以海陸過渡相和陸源海相烴源巖為主。

南沙地塊之上的盆地以濱淺海沉積為主，三角洲規(guī)模相對較小，主要發(fā)育陸源海相烴源巖。禮樂盆地發(fā)育始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，少數(shù)為Ⅱ2型(圖7a)，有機(jī)碳含量在0.15%～3.53%，絕大多數(shù)樣品有機(jī)碳含量在0.5%左右，少數(shù)大于1.0%；個(gè)別樣品為好烴源巖，多數(shù)樣品為中—差烴源巖(圖7b)。

圖7 禮樂盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)類型(a)和豐度分布(b)

萬安盆地總體呈“早湖晚?！钡某涮钐卣?，受西部隆起物源供給，三角洲持續(xù)在西部發(fā)育[10-11]，發(fā)育湖相、海陸過渡相和陸源海相烴源巖，以過渡相和陸源海相烴源巖為主，主要發(fā)育在漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ—Ⅲ型(圖8a)。漸新統(tǒng)TOC大部分大于1%，主體位于1%～10%，氫指數(shù)為200～300 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅱ2為主；下中新統(tǒng)TOC大部分在1%附近，局部大于10%，氫指數(shù)為200 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2—Ⅲ型為主；中中新統(tǒng)TOC基本小于0.5%，氫指數(shù)基本在100 mg/g左右，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主。從TOC與S1+S2交會圖(圖8b)上可以看出，漸新統(tǒng)、下中新統(tǒng)烴源巖為中—好烴源巖，中中新統(tǒng)烴源巖為差烴源巖。萬安盆地發(fā)育湖相原油、河流—三角洲相原油和兩者的混合相原油，其中大多數(shù)為混合相原油，生物標(biāo)志化合物表現(xiàn)出較高的奧利烷和雙杜松烷，表現(xiàn)為陸源高等植物輸入的特征。

圖8 萬安盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)類型(a)和豐度分布(b)

南部的曾母盆地和文萊-沙巴盆地為海相沉積，隨著古南海自西向東逐漸關(guān)閉，婆羅洲向盆地提供大量物源形成大型三角洲盆地，發(fā)育海陸過渡相和陸源海相烴源巖，主要發(fā)育在漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)。以曾母盆地為例，曾母盆地發(fā)育漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ—Ⅲ型(圖9a)，漸新統(tǒng)烴源巖TOC主要在1%～2%，局部在40%～60%，氫指數(shù)主體在10～300 mg/g，局部大于300 mg/g，以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根為主，多為中等—好烴源巖(圖9b)；下中新統(tǒng)烴源巖TOC大部分在1%附近，局部在30%～60%，氫指數(shù)在10～300 mg/g，局部大于300 mg/g，以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根為主，多為中等—好烴源巖。曾母盆地生物標(biāo)志化合物表現(xiàn)出明顯的高Pr/Ph(Pr/Ph=3.5)和Tm/Ts特征，指示偏氧化的沉積環(huán)境；較高的C24四環(huán)萜烷，C29甾烷優(yōu)勢，中—高含量雙杜松烷和適中的奧利烷特征，均指示為高等植物來源。

圖9 曾母盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)類型(a)和豐度分布(b)

3.2 分布特征

南海中南部盆地?zé)o論海陸過渡相烴源巖還是海相烴源巖其有機(jī)質(zhì)主要來源于陸生高等植物，盆地周緣的三角洲有利于高等植物生長，海陸過渡相煤系烴源巖發(fā)育;盆地內(nèi)部淺海地區(qū)，淺海相泥巖有機(jī)質(zhì)供給中等，水體較安靜而利于有機(jī)質(zhì)保存，陸源海相烴源巖發(fā)育。隨著離岸距離增大，陸生高等植物有機(jī)質(zhì)的數(shù)量減少，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型變差，有機(jī)質(zhì)豐度降低[12-14]。曾母盆地漸新世沉積時(shí)期主要發(fā)育三角洲—濱淺海沉積體系(圖10a)，從鉆井上看，位于曾母盆地三角洲平原上的D35井，烴源巖巖性主要為煤和炭質(zhì)泥巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，部分Ⅲ型，有機(jī)質(zhì)豐度較高；位于三角洲前緣上的North Acis井，烴源巖巖性主要為泥巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，少量Ⅱ2型，有機(jī)質(zhì)豐度中等—好；位于濱淺海的Sompotton-1井，烴源巖巖性主要為泥巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，有機(jī)質(zhì)豐度中等(圖10b)。

圖10 曾母盆地漸新世沉積相平面圖(a)及3口井TOC與IH交會圖(b)

就油氣勘探而言，南海中南部盆地或凹陷周緣的三角洲及其周邊區(qū)域是最為有利的烴源巖發(fā)育區(qū)，其上的煤系、炭質(zhì)泥巖是主要烴源巖，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，有利于形成油氣田，具有較好的油氣勘探前景。

4 結(jié)論

1) 依據(jù)南海區(qū)域動力學(xué)背景，將南海新生代劃分為擴(kuò)張前期、擴(kuò)張期和擴(kuò)張后期三個(gè)演化階段。擴(kuò)張前期(始新世—早漸新世)，古南海發(fā)育，該時(shí)期南沙地塊位于古南海北部的被動大陸邊緣位置；擴(kuò)張期(晚漸新世—中中新世)，新南海打開，古南海向南俯沖，南沙地塊與北部大陸邊緣分離，向南漂移，中中新世末，南沙地塊與婆羅洲碰撞，停止漂移，古南海消亡；擴(kuò)張后期(晚中新世—現(xiàn)今)新南海處于停滯狀態(tài)，南海進(jìn)入?yún)^(qū)域沉降階段。

2) 南海中南部主要盆地新生代不同構(gòu)造演化階段發(fā)育不同沉積體系。擴(kuò)張前期主要發(fā)育三角洲—濱淺?！肷詈３练e體系，僅萬安盆地發(fā)育湖相沉積；擴(kuò)張期主要發(fā)育三角洲—濱淺?！妓猁}巖臺地—半深海沉積體系，中—晚中新世碳酸鹽巖臺地在淺海水下高地之上大規(guī)模發(fā)育；擴(kuò)張后期水體變深，以濱淺海和半深海沉積為主，三角洲分布于南部和西部。

3) 南海中南部主要盆地新生代沉積體系控制湖相、海陸過渡相和陸源海相3類烴源巖發(fā)育，以海陸過渡相和陸源海相烴源巖為主。海陸過渡相和海相烴源巖有機(jī)質(zhì)主要來源于陸生高等植物，盆地或凹陷周緣的三角洲及其周邊區(qū)域是有利的烴源巖發(fā)育區(qū)。