歐陽杰,胡 斌,楊金海,冷濟(jì)高,鄧 盾

(1.中海石油(中國)有限公司海南分公司,海口 570100;2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059)

瓊東南盆地是新生代形成的斷拗盆地,面積3.4×104km2,位于南海北部大陸邊緣。瓊東南盆地規(guī)模最大的兩個(gè)次級構(gòu)造分別是樂東凹陷、陵水凹陷,具有沉積厚度大、高溫超壓特征［1-2］。瓊東南盆地勘探程度較低,自20世紀(jì)80年代以來,只在崖南凹陷發(fā)現(xiàn)崖城13-1大氣田,而在陵水凹陷南部LS22、LS17、深凹區(qū)LS25及北部斜坡區(qū)S2等均為小型氣田,深水區(qū)中新統(tǒng)梅山組大型巖性油氣藏為目前主要的勘探方向之一。針對梅山組的勘探指導(dǎo)思想是以“源-匯”分析為基礎(chǔ),開展海底扇分布規(guī)律和成藏研究［3-4］,力求尋找大型巖性(地層)氣藏,復(fù)制中新統(tǒng)黃流組峽谷水道勘探思路,力求勘探取得大突破。但陵水凹陷區(qū)多口井鉆控證實(shí),梅山組海底扇塊狀砂巖具有分布范圍廣、沉積厚度大、側(cè)向連通好、成藏條件差等特點(diǎn),不具備形成大型氣藏條件,這與前期認(rèn)識(shí)存在較大出入。目前,有利成藏條件的斜坡區(qū)再次進(jìn)入勘探視野,尤以S2井區(qū)成藏條件最優(yōu)。前人研究認(rèn)為,S2井區(qū)為斜坡區(qū)過路水道沉積,物源來自北部海南島,甚至可能存在東北部的神狐隆起物源。本次研究基于最新的重礦物分析、痕量元素及稀土元素等數(shù)據(jù),以“源-匯”分析為指導(dǎo),開展S2井區(qū)梅山組物源研究,以期為陵水凹陷北部斜坡帶乃至陵水凹陷梅山組油氣勘探起到啟發(fā)和借鑒作用。

1 地質(zhì)背景

瓊東南盆地位于海南島和西沙群島之間的新生代斷陷盆地,總體呈NEE向展布。陵水凹陷位于瓊東南盆地中央拗陷區(qū)西部,北靠中部隆起區(qū),南部受控于陵南低凸起,西接樂東深凹陷,東部與松南低凸起相鄰(圖1)。陵水凹陷具有典型的“下斷上拗”雙層結(jié)構(gòu),構(gòu)造演化經(jīng)歷了兩個(gè)階段：古近紀(jì)斷陷階段和新近紀(jì)至第四紀(jì)裂后拗陷階段。鉆井揭示該區(qū)自下而上依次沉積了漸新統(tǒng)崖城組、陵水組,中新統(tǒng)三亞組、梅山組、黃流組,上新統(tǒng)鶯歌海組及第四系。目的層梅山組分為兩個(gè)亞段,自上而下分別為梅一段、梅二段。S2井區(qū)位于陵水凹陷北部斜坡區(qū)2號(hào)斷裂帶北側(cè),緊靠陵水低凸起。梅山組沉積時(shí)期,陵水凹陷總體上為半深海—深海沉積體系［5］。

圖1 瓊東南盆地陵水凹陷構(gòu)造簡圖Fig.1 Tectonic units of Qiongdongnan Basin

2 物源特征

2.1 巖石礦物學(xué)特征

研究區(qū)6口井的砂巖薄片觀察與鑒定結(jié)果表明,梅山組儲(chǔ)層巖石類型以石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖和長石巖屑砂巖為主,不同構(gòu)造帶巖石類型不同(圖2)。北部斜坡S2井區(qū)梅山組巖性為厚層泥巖夾薄層粉、細(xì)砂巖互層,砂巖主要為長石石英粉砂質(zhì)極細(xì)砂巖、巖屑石英粉砂質(zhì)極細(xì)砂巖;而深水區(qū)巖性為厚層狀砂泥巖互層,砂巖整體上偏粗,主要為巖屑長石石英不等粒砂巖、長石石英含礫不等粒砂巖、長石礫狀細(xì)-中砂巖。石英多以單晶為主,多晶極少,指示遠(yuǎn)源沉積特征,其中S2井區(qū)單晶石英平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)為54%,深水區(qū)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%。

圖2 瓊東南盆地陵水凹陷梅山組儲(chǔ)層砂巖類型三角圖Fig.2 Sandstone composition classification for Meishan Formation,Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin

2.2 重礦物特征

根據(jù)11口井梅山組的重礦物數(shù)據(jù),分為陸源和自生兩部分。整體看,北部陸架區(qū)(包括S2井區(qū))以陸源為主(質(zhì)量分?jǐn)?shù)近80%),自生礦物含量較低,質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于30%;而深水區(qū)如W井區(qū)以自生重礦物為主(約占68%),陸源物質(zhì)則相對較少。盆地北部靠近陸源方向,受陸源沉積物質(zhì)影響較大,遠(yuǎn)離物源的深水區(qū)(W井區(qū)),則受北部物源區(qū)影響較小。

研究區(qū)梅山組重礦物ZTR統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：(1)北部陸架區(qū)、S2井區(qū)及W井區(qū),重礦物組合為磁鐵礦+鋯石+電氣石+白鈦礦,母巖以巖漿巖為主,部分為變質(zhì)巖、沉積巖,與海南島寧遠(yuǎn)河沉積物重礦特征表現(xiàn)一致［6］,明顯受海南島西部物源供給控制,而與海南島東部陵水河、萬泉河及神狐隆起物源差異較大;(2)B2井區(qū),重礦物為白鈦礦+鋯石+電氣石組合,母巖類型表現(xiàn)為巖漿巖與沉積巖含量相當(dāng)、少量變質(zhì)巖的特點(diǎn),反映該區(qū)受越北物源注入影響;(3)W井區(qū),重礦物組合為白鈦礦+鋯石+電氣石,母巖類型以沉積巖為主,顯示該區(qū)物源供給明顯不同于以上兩個(gè)區(qū)域,具有明顯混源特征,不僅混有海南島物源、越北物源,可能還有部分越東物源的影響(圖3)。重礦物分布特征與前人研究成果具有可對比性［7］。

圖3 瓊東南盆地陵水凹陷梅山組重礦物分布圖Fig.3 Heavy mineral distribution of Meishan Formation in Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin

2.3 地球化學(xué)特征

研究區(qū)共計(jì)整理和搜集到6口井21個(gè)梅山組樣品的主元素、痕量元素、稀土元素?cái)?shù)據(jù),其中14個(gè)砂巖樣品和7個(gè)泥巖樣品,其特征如下。

2.3.1 主元素

SiO2的來源主要為石英、長石和黏土礦物,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57%～84%,平均為75%。其中泥巖SiO2平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%,北部陸架區(qū)S2井砂巖SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%,與W井區(qū)深水區(qū)74.74%相比明顯偏低。Al2O3主要來源于鉀長石、云母和黏土礦物,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.68%～20.5%,變化范圍較大,砂巖、泥巖中Al2O3的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6.27%、16.3%,全區(qū)砂巖中Al2O3的含量變化不明顯。Fe2O3的來源主要與氧化鐵或含鐵黏土有關(guān),質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.16%～5.33%,其中S2井區(qū)Fe2O3平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.26%,深凹區(qū)平均含量遠(yuǎn)低于斜坡區(qū),其質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有2.0%。MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%左右,與Fe2O3分布特征相似,斜坡區(qū)遠(yuǎn)大于凹陷區(qū)。其余主元素差異不明顯。主元素差異與石英、長石、黏土礦物等碎屑組分含量差異有關(guān)。

2.3.2 痕量元素

相對于中國大陸沉積物痕量元素豐度,梅山組沉積物具有極高的Cu(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42.20×10-6)、Zn(137.10×10-6)、Pb(176.65×10-6)、Ga(3078.78×10-6)、Sr(481.87×10-6)、Ba(23.013‰);較高的Cr(64.29×10-6)、Cd(0.74×10-6)和較低的 Li(22.09×10-6)、Y(16.93×10-6)、V(56.03×10-6)、Co(7.54×10-6)、Be(1.54×10-6)、In(0.04×10-6);Th、U、Rb、Sc、Nb、Zr和過渡元素Ni、Cr等含量相近。Ba、Sr的含量主要與海相沉積有關(guān),而極高的Cd、Ga、Cu、Zn、Pb和較低的 Li、Be、In、Y含量主要是由于S2、B2井區(qū)物源差異導(dǎo)致。統(tǒng)計(jì)表明,陸架斜坡區(qū)大部分砂巖樣品都表現(xiàn)為一定程度的“親陸性”,與海南島沉積物的含量特征基本相似,與紅河沉積物差異較大。

2.3.3 稀土元素

稀土元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wREE)平均為138.44×10-6,低于上地殼(UCC)稀土元素總量(164.37×10-6),導(dǎo)致wREE偏小的主要原因是由于砂巖中較高的石英含量;輕重稀土元素比值wLREE/wHREE平均為9.06,(wLa)N/(wYb)N平均為11.25,指示輕稀土元素富集,重稀土元素虧損。稀土元素配分模式具有相似的右傾特征,且輕重稀土分餾明顯(圖4);δCe平均為1.025,δEu平均為1.99,遠(yuǎn)高于澳大利亞后太古代頁巖平均值(PAAC)(0.65)和上地殼(UCC)(0.70)。B2井區(qū)顯示強(qiáng)δEu正異常特征,S2井區(qū)則顯示弱δEu正異常特征,表明該區(qū)域物源具混源特征(圖4)。

圖4 陵水凹陷梅山組砂巖REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution pattern of Meishan Formation,Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin

4 討論

4.1 物源性質(zhì)

碎屑巖中Al2O3主要賦存在長石中,TiO2賦存在鐵鎂質(zhì)礦物中。K2O/Al2O3比值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)大于0.5,指示鉀長石相對富集;其比值小于0.4,則表明鉀長石匱乏。因此,可根據(jù)TiO2、Al2O3與K2O/Al2O3、K2O/Na2O比值關(guān)系來判斷物源區(qū)。研究區(qū)Al2O3含量明顯高于TiO2,說明源區(qū)長英質(zhì)組分含量高;K2O/Al2O3比值平均為0.32,大部分樣品小于0.4,顯示鉀長石匱乏,這與薄片鑒定結(jié)果吻合,即研究區(qū)巖性主要為巖屑砂巖,少量巖屑長石砂巖。物源判別圖顯示研究區(qū)梅山組砂巖和泥巖樣品為大陸邊緣沉積,以遠(yuǎn)源沉積物質(zhì)為主,母源類型主要為長英質(zhì)巖石——花崗巖,次為花崗閃長巖和閃長巖。但依據(jù)B.P.Roser等［8］提出的主要元素判別函數(shù)物源特征圖顯示,大部分投點(diǎn)都在石英質(zhì)沉積巖物源區(qū),少部分落在中性火成巖物源區(qū)和長英質(zhì)火成巖物源區(qū)(圖5-A),說明研究區(qū)沉積物為古老的石英質(zhì)沉積物源區(qū)的強(qiáng)烈風(fēng)化、搬運(yùn)再沉淀。

圖5 陵水凹陷梅山組的沉積母巖性質(zhì)判別Fig.5 Discrimination for provenance of Meishan Formation,Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin(A)圖作圖方法據(jù)B.P.Roser等［8］;(B)圖中：①沉積巖,②大洋拉斑玄武巖,③玄武巖,④大陸拉斑玄武巖,⑤堿性玄武巖,⑥花崗巖,⑦金伯利巖,⑧碳酸鹽巖

稀土元素在沉積巖中相對穩(wěn)定且基本不受成巖作用和變質(zhì)作用影響,可用wREE-(wLa/wYb)判別圖解來判斷源區(qū)性質(zhì)［9］。研究區(qū)梅山組樣品主體落在沉積巖和花崗巖的交匯區(qū),少許落在沉積巖區(qū)(圖5-B),說明梅山組物源來自沉積巖和花崗巖,與主元素判別函數(shù)分析結(jié)果可以相互驗(yàn)證。稀土元素配分模式圖上顯示,研究區(qū)各構(gòu)造帶配分特點(diǎn)有差異,陵水S井區(qū)和崖城B井區(qū)呈δEu正異常特征,具有一定混源特征。說明在S井區(qū)梅山組在F2斷裂帶以上并不只是由于侵蝕下切谷沉積,物源不僅有來自海南島東部(東北部),還混有西部,特別是自西向東的遠(yuǎn)距離物源,在重礦物分布特征上也得到驗(yàn)證。說明瓊東南盆地西北部陸架區(qū)在梅山組沉積期存在多物源特征,北部隆起區(qū)存在西部(西北部)遠(yuǎn)距離物源,并且影響范圍至少至T1井區(qū),即S井區(qū)在梅山組沉積期受北部(西北部)海南島物源影響范圍非常有限。

4.2 源區(qū)古風(fēng)化作用

物源區(qū)母巖中所含不穩(wěn)定的氧化物(CaO、Na2O、K2O和MgO)和相對穩(wěn)定的氧化物(Al2O3、ZrO2、TiO2)在母巖遭受風(fēng)化作用或是成巖過程中的化學(xué)交代作用后其含量會(huì)發(fā)生明顯的變化,所以在對沉積物的研究中,經(jīng)常通過一些指數(shù),如化學(xué)蝕變指數(shù)CIA［10-13］、斜長石蝕變指數(shù)PIA［13］、化學(xué)風(fēng)化作用指數(shù)CIW［14］和成分變異指數(shù)ICV［15］來判斷母巖的古風(fēng)化強(qiáng)度和化學(xué)蝕變強(qiáng)度。一般認(rèn)為,上述指標(biāo)<65%為低化學(xué)風(fēng)化,65%～85%時(shí)屬于中等化學(xué)風(fēng)化,>85%表示強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化。陵水凹陷梅山組樣品CIA、CIW和PIA具有較好的正相關(guān)關(guān)系,CIA平均為48.86%,CIW平均為60.55%,PIA平均為50.69%,砂巖均表現(xiàn)為低化學(xué)風(fēng)化階段,特別是鈣質(zhì)粗砂巖樣品,CIA、CIW、PIA和ICV均小于10%,而泥巖樣品要遠(yuǎn)高于砂巖樣品。在砂巖樣品中,S2井區(qū)CIA平均只有23%,呈現(xiàn)明顯低值,反映近物源特征;而在B井區(qū)、W井區(qū)CIA相差不大,平均為55%,表現(xiàn)為低化學(xué)風(fēng)化作用,但遠(yuǎn)高于S井區(qū)。

4.3 沉積物的成熟度

隨著石英含量的增加,長石和基性礦物減少,成分成熟度高,對應(yīng)SiO2/Al2O3比值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)也越大,進(jìn)而提出應(yīng)用SiO2/Al2O3比值判別沉積物的成熟度,其比值越大,說明成熟度越高［16］。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,研究區(qū)砂巖SiO2/Al2O3比值平均為12.8;而深水W井區(qū)為13.9,沉積物均呈現(xiàn)高成熟;B2井區(qū)為5.3,為全區(qū)最低;S2井區(qū)介于兩者之間,平均為7.8。由此可見,B2井區(qū)沉積物成熟度較低,次為S2井區(qū),W井區(qū)則呈現(xiàn)高砂巖成熟度。

4.4 物源與油氣成藏匹配關(guān)系

S2井區(qū)位于北部斜坡帶,發(fā)育大量近南北向水道,是砂體富集的地區(qū),從目前研究看這部分砂體普遍偏細(xì),物性較好,孔隙度為10%～15%。其上傾方向因受F2斷裂錯(cuò)斷或者因連接峽谷泥質(zhì)充填而導(dǎo)致側(cè)向封堵,東、西方向及上、下均可由深水披覆泥構(gòu)成封蓋和封堵,從而形成巖性圈閉、斷塊圈閉和地層圈閉。

5 結(jié)論

a.瓊東南盆地陵水凹陷S2井區(qū)梅山組沉積期物源方向主要來自海南島西部(西北部),而海南島東北部物源對S2井區(qū)及陵水凹陷影響范圍有限。

b.研究區(qū)沉積物為古老的石英質(zhì)沉積物源區(qū)的強(qiáng)烈風(fēng)化、搬運(yùn)再沉淀作用的結(jié)果,S2井區(qū)砂巖成熟度中等,明顯低于凹陷區(qū)。

c.陵水凹陷S2井區(qū)梅山組為斜坡水道沉積,砂體成熟度高,物性好,巖性、斷塊和地層圈閉可作為其主要勘探目標(biāo)。