珠江口盆地阳江东凹古近系构造特征与勘探潜力

梁 卫, 彭光荣, 朱定伟, 吴 静 , 杜晓东 ,蔡国富, 汪晓萌, 何金海, 李三忠 , 索艳慧

(1.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司, 广东 深圳 5 18000; 2.深海圈层与地球系统教育部前沿科学中心,海底科学与探测技术教育部重点实验室, 中国海洋大学 海洋地球科学学院, 山东 青岛 26 6100; 3.青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室, 山东 青岛 266100)

0 引 言

珠江口盆地的阳江东凹处于珠一坳陷和珠三坳陷的交汇处, 始新世以来受多期构造运动影响, 经历了多期裂陷-隆升复杂的构造演化, 且该地区受阳江-一统暗沙隐伏断裂带影响, 形成了极其复杂的断裂系统。近年来, 在烃源岩发育、油气运聚等方面理论创新指导下, 在阳江东凹地区连续发现多个商业油气藏, 并且含油气层段浅至韩江组、深至文昌组,勘探层系多, 成为珠江口盆地(东部)的热点探区(彭光荣等, 2019; 田立新等, 2020; 杜晓东等, 2020)。

2018 年之前, 阳江东凹以对外合作勘探为主,早期研究基于二维地震测线和小范围三维地震资料,主要在洼陷勘探潜力和区带优选方面进行研究, 缺乏对凹陷构造、构造演化和沉积充填等地质特征的系统解剖, 近40 年来仅钻探了3 口探井(彭光荣等,2019)。2018 年采集的三维地震资料使阳江凹陷的主体实现全三维覆盖, 为该区的凹陷结构和沉积充填研究提供了可靠的资料保障, 目前钻井数量已达15口, 勘探程度不断加深。本次研究在连片三维地震基础上, 结合新近钻井和测井资料, 解剖阳江东凹的构造特征及其对沉积充填的控制, 并探讨古近系的勘探潜力。

1 区域地质概况

阳江凹陷为珠江口盆地北部坳陷带珠三坳陷的一个次级构造单元, 是在中生代花岗岩为主的基底上发育的新生代陆缘拉张型断陷(鲁宝亮等, 201 1;孙晓猛等, 2 014), 受阳江中低凸起分割, 阳江凹陷分为东西两个次凹(图1a)。其中阳江东凹北接海南隆起和阳春凸起, 南临阳江低凸起, 西侧为阳江中低凸起, 东侧为珠一坳陷的恩平凹陷(彭光荣等,2019), 海水深80～100 m, 面积约940 k m2。阳江东凹历经珠琼、南海、东沙等多期次构造运动, 形成了复杂的断裂系统, 发育不同走向、不同级别的断裂(李平鲁, 1993; 李辉等, 2014)。阳江东凹古近系自下而上发育始新统文昌组、恩平组和渐新统珠海组(图1c, 杨海长等, 2011; 施和生等, 2014; 孙晓猛等,2014; 刘志峰等, 201 7), 其中研究区内的恩平组和珠海组以三角洲平原沉积为主, 含砂率达70%以上,缺乏有利的储盖组合, 不是重点勘探层系。

2 阳江东凹构造特征

2.1 构造单元划分与断陷结构特征

受不同控洼断裂的影响, 阳江东凹自西向东发育阳江24 洼、恩平19 洼、恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 东洼。

阳江24 洼为受南倾断裂F1控制的北断南超半地堑, 整体呈NEE 走向, 面积约340 km2。形成于文二段沉积期, 古近系自下而上发育文二段、文一段和恩平组, 缺少文三段, 且恩平组厚度大于文昌组,呈“薄文昌、厚恩平”特征(图2a), 古近系平缓, 洼陷处近似等厚, 箕状断陷特征不明显。

恩平19 洼是受F2和F3控制的复式半地堑, 整体近E-W 向, 面积约130 k m2。裂陷开始时间与阳江24 洼相似, 为文二段沉积期(图2b), 文昌组以南断北超为主, 恩平组呈南、北双断特征。

恩平20 洼是受南倾断裂F4控制的北断南超半地堑, 呈E-W 走向, 面积约75 km2。与南侧恩平21西洼形成对向半地堑组合。恩平20 洼古近系层序发育完整, 沉积沉降中心继承性地位于F4断裂的下降盘(图2c)。

恩平21 洼是受F5、F6平行断裂控制的南断北超半地堑, 整体呈NEE 走向, 面积约255 km2。自西向东可进一步划分为恩平21 西洼和恩平21 东洼, 西洼受F5控制, 东洼受F6控制(图1b, 2c、d)。恩平21洼文昌组沉积期受岩浆底侵差异活动影响, 沉积中心自东向西发生迁移, 文三段沉积期沉积中心位于东洼, 文一段沉积期则位于西洼。恩平21 西洼古近系层序发育完整, 而恩平21 东洼因文昌组沉积末期岩浆底侵影响, 缺失文一段(图2c、d)。

图1 珠江口盆地及阳江东凹地区构造单元划分(a、b)及地层柱状图(c)Fig.1 Simplified structural map (a, b) and stratigraphic column (c) of the eastern Yangjiang Sag of the Pearl River Mouth Basin

图2 过阳江东凹各洼陷典型地震剖面(剖面位置见图1)Fig.2 Typical seismic profiles of depressions in the eastern Yangjiang Sag

2.2 主干断裂活动时期与强度

断裂是拉张盆地(凹陷)最主要的构造要素, 阳江东凹断裂构造非常发育, 具有珠江口盆地典型的上、下双层断裂系统特征(许新明等, 2014; 张远泽等,2019; 杜晓东等, 202 0), 根据其形成和活动时间可进一步分为裂陷期断裂系统、坳陷期断裂系统和长期活动断裂系统。控制古近纪洼陷结构、沉积充填及烃源展布的是6 条延伸长、活动强度大的裂陷期断裂和长期活动断裂。

F1断裂: 位于阳江东凹北侧, 控制阳江24 洼的发育和展布。整体为NEE 走向, 断面平直, 延伸长度约35 km, 为整个阳江凹陷规模最大的断裂。F1在文二段沉积期开始发育, 之后活动性逐渐增强,恩平组沉积早期活动强度最大, 之后活动性减弱,新近纪继承性活动(图3a)。

F2断裂: 控制恩平19 洼的北部边界, 呈E-W 走向, 延伸较短, 为F1和F4之间的调节断裂, 在恩平组沉积期开始活动, 新近纪仍具一定活动性(图3b)。

F3断裂: 位于阳江凹陷南侧, 控制恩平19 洼的南部边界。F3整体呈NEE 走向, 长约15 km。F3在文二段沉积期开始发育, 恩平组沉积早期活动强度最大, 恩平组沉积晚期基本停止发育(图3c)。

F4断裂: 为恩平20 洼控洼断裂, 同样为古近纪发育、新近纪继承性活动的长期活动断裂, 古近纪最大断距达2500 m, 新近纪达500 m(图3d)。平面上呈近E-W 走向, 长约15 k m, 剖面上呈上陡下缓的铲式正断层。

F5断裂: 为恩平21 西洼控洼断裂, 平面上呈“S”型展布, 整体呈NEE走向; 剖面上为上陡下缓的铲式或坡坪式。F5自文三段沉积期发育以来活动强度自东向西逐渐增强, 活动持续时间也自东向西逐渐变长, 东段在恩平组沉积期停止活动, 西段持续活动到粤海组沉积期(图3e)。

F6断裂: 为恩平21 东洼控洼断裂, 是阳江东凹古近纪最早活动的断裂, 文三段和文二段沉积期活动强烈, 文一段沉积期仅西段活动。F6整体呈NEE走向和铲式特征, 但在东段受文昌组沉积末期岩浆底侵作用和一组反向断层切割影响(图3f), 断面变为低角度(38°), 平面上则为“S”形(图2d)。

2.3 构造事件与原型盆地重建

阳江东凹古近纪历经珠琼运动一幕、珠琼运动二幕和南海运动等多次构造事件, 控洼断裂强烈活动造成缓坡带断块旋转, 同时受阳江-一统深大走滑断裂影响, 岩浆活动异常活跃, 造成研究区的差异隆升和剥蚀。东部恩平21 东洼为受岩浆底侵改造强烈的箕状半地堑, 在古近系内部各三级层序之间可见明显的削截现象; 而西部阳江24 洼、恩平19洼、恩平20 洼和恩平21 西洼的削截特征不明显, 以连续沉积为主。

图3 阳江东凹始新世控洼断裂落差统计Fig.3 Statistics of throws of the Eocene sag-controlled faults in the eastern Yangjiang Sag

表1 阳江东凹控洼断裂几何学参数Table 1 Geometric p arameters of th e sag-con trolled faults of the eastern Yangjiang Sag

受限于钻至深层钻井数量和资料的限制, 本次研究采用地层厚度对比法对文昌组内部三级层序的剥蚀量进行恢复。该方法理论基础是在同一构造层内地层的沉积具有继承性和递变性, 根据该特点,可依据保存完整的相邻层厚度比值及下伏层厚度估算上覆层的沉积厚度, 将要恢复剥蚀厚度的地层与邻区未被剥蚀的相同地层(或虽有剥蚀但通过其他方法能获得剥蚀数据的地层)进行对比, 求出其沉积厚度, 再减去该地层的残余厚度即可得到剥蚀量(朱定伟等, 2013)。

剥蚀量恢复结果显示, 文昌组各三级层序的剥蚀范围、剥蚀厚度差异明显, 以文二段沉积末期剥蚀范围最广, 达287 k m2, 几乎包括整个恩平21 东洼, 剥蚀厚度最大达500 m(图4a、b)。原盆恢复后的地层厚度图显示, 恩平21 东洼文三段和文二段原始沉积厚度更大, 分布范围更广(图4c、d、e), 结合洼陷内两口钻井揭示厚达400 m 的灰黑色泥岩, 认为恩平21 东洼烃源潜力巨大。

2.4 构造演化过程及机制

在对构造格局、主干断裂特征和原型盆地等认识基础上, 采用平衡剖面法对阳江东凹古近纪构造演化过程进行探讨。

文三段沉积期, 为珠琼运动一幕的初始裂陷期,凹陷东段的恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 东洼最先发生裂陷作用, 由弥散状窄小湖盆逐渐发展为水体连通的深湖洼陷。同时, 与控洼断裂倾向相同的次级断裂开始发育, 控制了局部地层的沉积厚度。在南北两侧对倾的控洼断裂控制下, 恩平20 洼和恩平21 西洼对倾、恩平21 东洼南断北超的半地堑格架基本形成。文三段沉积末期, 受局部岩浆底侵影响, 恩平21东洼缓坡带被小范围抬升、剥蚀。位于凹陷西段的阳江24 洼和恩平19 洼此时尚未发生裂陷作用(图5)。

图4 文昌组沉积期剥蚀厚度恢复与原型盆地重建Fig.4 Restoration of denudation thicknesses and reconstruction of the prototype basins in the depositional period of the Wenchang Formation

文二段沉积期, 裂陷作用增强, 凹陷西段的F1、F2和F3断裂开始活动, 控制阳江24 洼和恩平19 洼文二段的沉积, 但断裂活动强度相对较弱, 且南侧阳江低凸起物源供应充足, 呈广盆浅水特征。此时恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 东洼继续沉降, 恩平21 东洼北部缓坡带已整体沉降至水下, 与北侧凹陷的水体连通, 呈“广湖深水”的格局。文二段沉积末期岩浆底侵强度较文三段沉积末期更大, 剥蚀范围和厚度明显变大, 造成恩平21 东洼整体抬升剥蚀(图5)。

文一段沉积期, 裂陷作用明显减弱, 受东部岩浆底侵进一步增强影响, 恩平21 东洼隆升至地表,未接受沉积, 形成文昌组与恩平组之间大规模的不整合。此时沉降中心向西迁移, 特别是阳江24 洼,沉积了厚层的文一段(图5)。

恩平组沉积期, 整个珠江口盆地东部进入断拗转换阶段, 断陷作用减弱, 拗陷作用逐渐增强, 恩平组沉积范围大幅增加, 此时沉积中心位于西段的阳江24 洼和恩平19 洼(图5)。恩平组沉积末期, 拗陷作用进一步增强, 除凹陷北侧控洼断裂F1、F2和F4外, 其他断裂对恩平组沉积基本无控制作用, 沉积范围进一步扩大。

图5 阳江东凹各洼陷构造演化模式Fig.5 Tectonic evolutionary model of sub-sags in the eastern Yangjiang Sag

3 断裂构造对沉积体系及烃源的控制作用

3.1 沉积相类型

物源和沟谷分布对沉积体系具有重要控制作用(钟安宁和周翔, 2 020), 沟谷是低位域时期从物源区到洼陷进行沉积物搬运的重要通道。阳江东凹有三个主要物源: 北部的阳春凸起、南部的阳江低凸起和东北方向的恩平15-1 低凸起(图1b)。阳江24 洼、恩平19 洼和恩平20 洼以阳江低凸起物源为主, 恩平21 洼以恩平15-1 低凸起物源为主, 阳春凸起对阳江东凹的物源作用不明显, 一方面是其位于陡坡带,另一方面是其地形整体向北倾。恩平15-1 低凸起受基底地形和裂陷早期断裂影响, 发育一系列沟谷,地震剖面上表现为与下伏地层不协调的接触, 在垂直沟谷走向的地震剖面上表现为顶平底凹的“U”型或“V”型特征, 沟谷内表现为充填型沉积结构, 向上呈明显上超或发散充填地震相特征(图6)。

在区域构造背景分析、井壁心观察、测井相分析、地震相和地震属性分析的基础上, 开展了阳江东凹古近系的沉积特征研究, 共识别出四种沉积相类型: 近岸水下扇、扇三角洲、辫状河三角洲和半深湖相。近岸水下扇在地震剖面上表现为中频、弱振幅、弱连续性, 内部为低角度发散结构; 测井曲线呈较高幅度的齿化特征; 岩性主要为细砂岩与泥岩互层。扇三角洲在地震剖面上表现为中频、弱振幅、连续性较差, 整体呈丘形; 垂直物源方向呈杂乱透镜状或乱岗状反射, 顺物源方向呈叠瓦状或斜交前积反射; 测井曲线呈厚层齿化箱型特征; 岩性为厚层砂砾岩, 砾石成分主要为花岗斑岩、流纹岩等; 主要发育在恩平21 东次洼东部陡坡带的恩平组。辫状河三角洲在地震剖面上表现为中低频、中–强振幅、连续性较好; 测井曲线局部呈反粒序的漏斗状, 但整体呈正韵律, 顶底幅度变化大, 反映沉积时期水体逐渐加深; 岩性主要为细砂岩和泥质细砂岩, 主要发育在裂陷初始期的缓坡带。研究区半深湖相存在两种地震相特征, 一种是低频、较连续、中-弱振幅, 主要发育在文二段; 另一类是低频、连续、中-强振幅, 主要发育在文三段, 伽马曲线呈高值特征,局部有齿状薄层砂岩发育, 岩性为巨厚灰黑色、灰褐色泥岩(图6)。

3.2 沉积相展布与时空变迁

构造是控制盆地或洼陷内沉积体系发育与展布的根本因素, 长期活动的控洼断裂控制洼陷的构造沉降与可容空间的变化, 进而控制洼陷内沉积中心的位置、沉积体系的类型、有利砂体的展布和烃源岩的分布范围与层位(张强等, 2017)。阳江东凹古近系构造对沉积的控制作用体现在两个方面: 一是断裂的差异活动控制了洼陷可容纳空间的大小; 二是岩浆底侵造成的差异隆升控制了沉积中心的迁移和有利砂体的展布。不同时期不同断裂活动性差异明显, 总体具有“东早西晚、东强西弱”的特点, 即裂陷作用从东部恩平21 洼最先拉开, 西边阳江24 洼最后拉开; 裂陷作用和岩浆底侵对东部恩平21 洼的作用均强于西侧阳江24 洼和恩平19 洼。从沉积相纵、横向演化来看, 阳江东凹文昌组沉积期湖平面先升后降, 整体表现为一个完整的沉积构造旋回。

文三段沉积早期, 裂陷从东边恩平21 洼和恩平20 洼开始形成, 湖平面较低, 周缘物源供应充足,在恩平21 东洼缓坡带发育一组NE 向沟谷, 是恩平15-1 低凸起物源向洼陷的良好输砂通道, 沉积了一套辫状河三角洲。在恩平20 洼和恩平21 西洼的长轴方向上受西南方向阳江中低凸起物源影响, 发育另一支辫状河三角洲。恩平20 洼和21 洼的陡坡带物源面积较小, 地形坡度大, 沿着控洼断裂沉积了一组扇三角洲, 多个扇三角洲侧向相连, 呈裙边状分布, 向洼陷延伸距离短(图7a)。洼陷中心为欠补偿环境, 发育半深湖相。

文三段沉积晚期, 裂陷作用增强, 湖盆扩张,恩平15-1 低凸起物源面积减小, 辫状河三角洲规模减小, 洼陷中心半深湖相继承性发育。文三段沉积末期岩浆底侵使洼陷北部和东部抬升, 三角洲平原主体遭受剥蚀, 保留文三段沉积早期的辫状河三角洲前缘砂体。

文二段沉积期是裂陷的高峰期, 裂陷作用范围扩大到西边阳江24 洼和恩平19 洼(图7b)。此时基准面上升到最大位置, 为湖泊最大发育时期, 无论水体深度还是范围都达到了珠琼一幕裂陷期的最大,不仅阳江东凹的4 个洼陷连为整体, 还与北边的恩平14 洼水体相连。恩平15-1 低凸起物源面积进一步减小, 东部恩平20 洼、恩平21 洼半深湖相的范围占到两个洼陷的一大半, 西部阳江24 洼、恩平19洼以滨浅湖相为主。

文二段沉积末期至文一段沉积期, 整个珠江口盆地处于珠琼运动一幕裂陷作用的末期(施和生等,2014), 在阳江东凹地区表现为岩浆底侵造成的差异隆升作用进一步加强, 东侧恩平21 东洼隆升剥蚀,成为物源区, 西侧阳江24 洼、恩平19 洼、恩平20洼和恩平21 西洼为沉积沉降中心, 发育湖相沉积(图7)。裂陷末期, 控洼断裂整体活动性较弱, 阳江东凹以广水浅盆为主, 仅恩平20 洼和恩平21 西洼发育小范围的半深湖相。各洼陷缓坡带受阳江中低凸起物源影响, 继承性地发育辫状河三角洲沉积。

4 古近系勘探潜力与方向

阳江东凹地区文昌组虽然广泛发育半深湖相沉积, 但洼陷面积和资源规模相比珠一坳陷的惠州、陆丰、恩平等富烃凹陷要小很多(朱明等, 20 20), 缺乏油气大规模长距离运移的资源条件, 以源内古近系和近源新近系成藏为主。

多期构造运动形成多期断裂系统, 恩平20 洼和恩平21 西洼长期活动断裂发育, 利于油气向浅层新近系运移; 恩平21 东洼裂陷期断裂未断至浅层(图2c、d), 坳陷期断裂系统未断至深层, 使油气难以运移至新近系。

古近系有利勘探区带应具备发育有效圈闭、优质砂体、优质盖层以及位于有利汇聚区等基本条件。综合分析阳江东凹地区文昌组古近系的构造特征和成藏条件, 认为古近系的勘探潜力主要集中在恩平21 东洼, 以文三段沉积早期的低位三角洲砂体为主要勘探层系, 以文三段沉积末期-文二段沉积期湖相泥岩为主要盖层。

图7 阳江东凹文昌组沉积相分布Fig.7 Distribution of sedimentary facies of the Wenchang Formation in the eastern Yangjiang Sag

5 结 论

(1) 阳江东凹发育5 个次级洼陷, 古近纪控洼断裂频繁转换, 断裂活动和演化的差异性控制了各次洼三级层序的展布和厚度。岩浆底侵作用控制各次洼的差异隆升, 恩平21 东洼在文三段沉积末期和文二段沉积末期存在明显的隆升剥蚀, 其中文二段沉积末期剥蚀厚度达500 m。

(2) 阳江东凹文昌组各三级层序的沉积充填受控洼断裂活动强度、物源大小和沟谷展布的控制。西部阳江24 洼和恩平19 洼的控洼断裂活动强度整体偏弱, 且物源供给充足, 文昌组以滨浅湖相和辫状河三角洲沉积为主。恩平20 洼、恩平21 西洼和恩平21 东洼以半深湖相和辫状河三角州沉积为主。

(3) 受断块旋转和岩浆活动影响, 研究区存在差异隆升和剥蚀, 其中在东部恩平21 东洼最明显。原盆恢复显示恩平21 东洼文三段和文二段原始沉积厚度大, 分布范围广, 烃源潜力巨大。

(4) 阳江东凹地区文昌组古近系勘探潜力主要集中在恩平21 东洼, 具备发育有效圈闭、优质砂体、优质盖层以及位于有利汇聚区等基本条件, 以文三段沉积早期的低位三角洲砂体为主要勘探层系, 以文三段沉积末期-文二段湖相泥岩为主要盖层。