深水勘探自1975年至今已发展40余年，其勘探发现历程总体可划分为起步阶段（1975—1984年）、早期阶段（1985—1995年）和快速发展阶段（1996年至今）。目前深水区已成为全球油气勘探的热点和油气增储上产的重要领域之一。40年来全球深水油气大发现主要沿“三竖两横”五大深水盆地群分布：①大西洋深水盆地群的石油重大发现主要集中在南段的巴西、西非和墨西哥湾，天然气主要在北部的挪威西海岸；②东非陆缘深水盆地群则在鲁武马盆地、坦桑尼亚盆地等发现一批巨型天然气田；③西太平洋深水盆地群油气大发现主要集中在中国南海和东南亚海域；④新特提斯深水盆地群总体富气，天然气重大发现主要集中在澳大利亚西北陆架和东地中海；⑤环北极深水盆地群目前仅在巴伦支海获深水油气大发现。全球深水石油资源主要集中在大西洋中、南段；天然气资源分布相对广泛，主要在大西洋深水盆地群北段、东非深水盆地群、新特提斯深水盆地群、环北极深水盆地群。未来全球深水盆地勘探存在“两老四新”六大领域，“两老”领域为大西洋深水盆地群和东西走向的新特提斯构造域深水富气盆地群，二者勘探程度相对较高，但潜力仍然很大；“四新”领域包括盐下和超深水区等深层新领域，以及环北极深水盆地群和滨西太平洋深水盆地群，新领域将是今后深水油气勘探的主要领域。
通过对全球深水富油气盆地的分布及成藏主控因素的总结分析，发现全球深水富油气盆地呈“一横二竖”分布格局，全球已发现深水富油盆地群主要分布在南北走向的大西洋深水盆地群的“一竖”，受“南湖北海南北向断陷盆地群”影响；全球已发现深水富气盆地群沿新特提斯构造域及东非陆缘盆地群呈“一横一竖”展布，受“海陆过渡断陷盆地群”影响；通过对世界主要深水富油气盆地成藏要素的系统对比分析研究，认为全球富油气深水盆地油气成藏主控因素可归纳为以下5种类型：①盐构造、输导体系和大型浊积扇共同控藏；②源控区，大型储集体控藏；③源盖控区，大型三角洲控藏；④源盖控区，礁滩控藏；⑤源热控区，输导体系和圈闭控藏。
深水沉积理论研究历经近70年历史，在分歧和争议中不断发展，一直是沉积学研究领域的热点问题。回顾深水沉积研究史，大体可将其分为3个阶段：①1950—1980年代的“浊流”与“浊积岩”时代；②1980—2000年代的深水牵引流发展及经典模式反思时代；③2000年至今的砂质碎屑流冲击和深水斜坡沉积模式时代。但时至今日，由于深水沉积过程本身的复杂性，深水沉积领域仍存在颇多争议和问题，主要集中在沉积物重力流术语的复杂混乱、深水牵引流沉积的识别评价及固定沉积模式与动态流体性质转换的分歧这3个问题上，深水沉积过程和流态转换的精确识别刻画及综合沉积模式的建立是当今深水沉积研究的难点。有效预测深水砂岩储层，发现更多深水油气资源是深水沉积研究的迫切诉求。今后的深水沉积研究应努力实现深水沉积概念术语的规范统一，同时注重地震沉积学应用，并大力发展实验模拟技术，多学科交叉发展，建立“源—渠—汇”综合及沉积流态有序转化的沉积模式，最终有效指导深水油气勘探。
深水水道沉积是深水油气勘探开发中重要的沉积类型。利用高分辨率三维地震、钻测井等资料，通过地震资料综合解释和地质分析，对南海北部白云深水区珠江组上段发育的大型深水水道的展布特征及成因模式进行识别、刻画和预测。研究认为，该体系近SN向展布，具低弯度蛇曲形态，体系内发育3类深水重力流沉积单元，其中块体搬运沉积发育于白云凹陷东北端，呈丘状外形、内部杂乱反射特征，底部发育侵蚀擦痕；水道为体系主体搬运通道，按成因可分为侵蚀型、侵蚀/加积型和加积型，受控于物源供给及古地貌特征，具“上下分期，南北分段”发育特征，为典型的复合水道沉积构型，复合水道内叠置迁移关系复杂；位于水道前端的朵体发育于荔湾凹陷南部，剖面上表现为强振幅平行—亚平行反射，在平面上具有朵状特征。从古水深、古地形、触发机制及古源头沉积体系等方面综合分析，探讨了该深水水道体系的成因模式，推测古珠江三角洲为其主力物源，东沙隆起碳酸盐岩沉积为次级物源。这一研究对研究深水重力流沉积过程具有重要的参考价值。
白云凹陷是南海北部深水区已证实的地质条件最优越的富生烃凹陷，但前人对白云凹陷的研究在构造、沉积和成因机制上存在争议。近年来采集的高品质地震资料有效提高了白云凹陷地震反射界面识别、结构特征、沉积充填和构造演化研究的可靠性。选取白云凹陷为研究对象，将均匀岩石圈塑性变形的伸展拆离作用应用于白云凹陷的构造解析，在地震资料解释基础上，以拆离断层的厘定、理论模型与动力学分析为主要工作思路，进而阐明构造演化及其油气地质意义。白云凹陷11条控洼断层可厘定为拆离断层系，剖面上表现为多期正断层呈铲状，向下合并为一条大规模低角度正断层，晚期被差异抬升作用改造的特征；平面上具有波瓦状构造特征。拆离作用控制了白云凹陷的构造演化和沉积充填，白云凹陷经历拆离断陷期、断拗复合期和区域沉降期3个阶段构造演化；拆离作用及其之后的持续性区域沉降作用，使白云凹陷成为南海北部深水区面积最大、沉积最厚的凹陷；同时也控制了文昌组和恩平组主要烃源岩的分布和演化。
珠江口盆地白云凹陷北坡恩平组上段三角洲煤系及与其相关的陆源海相泥岩是该地区已经获得勘探证实的主要烃源层系。根据地震剖面及钻井资料，该三角洲可以分为3期。稀土元素结合区域基底岩性特征表明，恩平组上段第Ⅰ期三角洲物源区为番禺低隆起，供源河流表现为近物源的辫状河特征；恩平组沉积晚期，恩平凹陷与白云凹陷连通，恩平组上段第Ⅲ期三角洲物源区主要为北部隆起区，供源河流表现为远物源的曲流河特征；第Ⅱ期三角洲母岩表现为混合特征，是物源转换过渡期的产物。恩平组晚期物源区的北移以及供源面积的扩大造成了三角洲物源供给的增强，而这正是白云凹陷北坡恩平组进积三角洲持续发育的主要原因之一。砂岩的颗粒组分是控制深部储层质量的重要因素，白云凹陷恩平组上段因母岩变化导致砂岩中长石含量较高，具备了发育大量次生孔隙的物质条件，而三角洲分流河道及其前缘各类砂体是理想的有利储层发育相带，白云凹陷北部恩平组上段具备发育优质储层的潜力。
以前人研究成果为基础，结合构造演化、沉积充填特征及地球化学指标分析，对南海南部3个主要盆地进行了油气分布规律及主控因素研究。结果表明，万安盆地和曾母盆地发育渐新统—下中新统煤系和陆源海相2类主力烃源岩，干酪根类型为Ⅱ—Ⅲ型；文莱—沙巴盆地发育中中新统—上新统煤系烃源岩，干酪根类型为Ⅱ2—Ⅲ型。万安盆地油气富集于中新统储层，平面上具有“西油东气”的分布特征；曾母盆地油气富集于渐新统—中新统储层，具有“下油上气”分布特征，平面上具有“南油北气”的分布格局；文莱沙巴盆地油气富集于中中新统—上新统砂岩储层，近岸浅水区是油气主要富集区。3个盆地受古南海消亡和新南海扩张的控制，主力烃源岩发育时期沉积环境各异，后期盆地内成熟度的差异性控制油气分布的区带性，构造运动在各盆地的响应机制导致油气成藏具有明显规律性。
深水扇是重力流搬运陆架—上陆坡沉积物至深海平原的结果，不仅记录了区域古气候环境、构造运动、相对海平面变化信息，也储集了巨量的油气资源，开展深水扇识别和发育特征研究同时具有科学意义和实践意义。应用新采集的大量三维地震数据，结合钻井和稀土元素数据，分析了琼东南盆地宝岛—长昌凹陷深水扇的发育特征和沉积物源，并总结了影响该深水区深水扇发育和分布的主要因素。研究表明，琼东南盆地宝岛—长昌凹陷中中新统梅山组发育多个深水扇，依据沉积微相组合可以划分为3类，包括陆坡峡谷—朵叶体型深水扇、深水水道—朵叶体型深水扇、深水水道化深水扇。陆坡峡谷—朵叶体型深水扇和深水水道化深水扇分别发育于宝岛凹陷和长昌凹陷北缘，物源来自海南隆起区。深水水道—朵叶体型深水扇发育于长昌凹陷南缘，物源来自凹陷南东方向的永乐隆起区。影响宝岛—长昌凹陷中中新世深水扇发育和分布的主要因素包括陆架地形和古水深、坡折带类型和坡度、古海底地貌和相对海平面下降等。
琼东南盆地中央峡谷沉积物来源是南海地区沉积学研究中的热点问题。研究采用稀土元素及碎屑锆石年龄等方法，对琼东南盆地中央峡谷上中新统—上新统以及盆地基底和周边可能源区开展对比分析。研究发现，中央峡谷西侧上中新统—上新统多数样品呈现出Eu元素正异常，峡谷东侧样品则以Eu元素的负异常为主，并且随着时代变新，呈现Eu元素负异常的样品数量增多；同时，样品中碎屑锆石年龄谱系也呈现规律性变化，峡谷西侧沉积物相对包含的古生代及元古代等古老锆石比峡谷东侧多，峡谷东侧的碎屑锆石年龄则以燕山期和印支期2个中生代年龄峰值为主。结果显示，越南中北部印支期的板块拼合带是中央峡谷的重要物源区，控制着中央峡谷的沉积充填，海南岛是中央峡谷另一重要物源区，其在中央峡谷西侧为次要物源，但是到峡谷东侧则为主要物源区。
应用元素地球化学、重矿物组成及碎屑锆石测年方法，分析了琼东南盆地上中新统—上新统中央峡谷沉积物来源及源区母岩类型。研究表明：中央峡谷稀土元素总量介于168.10×10-6至218.79×10-6之间，平均值为191.01×10-6，接近于PAAS而略高于UCC值。轻稀土（LREE）相对富集，La/Yb值较高，介于12.99～15.44之间，平均值为14.41。(La/Yb)N值变化范围为8.76～10.41，平均值为9.72，LREE/HREE值介于3.62～4.24之间，平均值为3.91。铕具有明显的负异常，呈“V”字型，δEu值变化范围为0.53～0.71，平均值为0.6。铈异常不明显，δCe值变化范围为1.03～1.10，平均值为1.06。重稀土（HREE）相对平坦，(Gd/Yb)N值变化范围为1.74～2.01，平均值为1.87，表明母岩为来自上地壳的酸性岩，这一结论与微量元素相关比值（Eu/Eu*、La/Sc、La/Co、Th/Sc以及Cr/Th）以及源区岩性图解Hf—La/Th、La/Sc—Co/Th以及V—Ni—Th×10相一致。对比三大潜在物源区（红河、海南岛及越南中部）沉积物的稀土元素配分模式，发现中央峡谷沉积物稀土元素球粒陨石标准化配分模式与越南中部最为接近；重矿物中锆石、赤褐铁矿以及白钛矿含量高这一特征与越南中部沉积物重矿物特征相吻合；结合前人有关中央峡谷碎屑锆石测年的相关研究，确定中央峡谷沉积物主要来自越南中部的昆嵩隆起带。
深水水道是深水油气勘探的重要领域，勘探实践表明深水水道体系优质砂岩是白云凹陷深水区油气的主要储集体。利用南海北部白云凹陷深水区三维地震资料，综合应用地震—沉积相、相干处理、地震属性等地震技术，对三维工区内珠江组上段深水沉积水道体系展布进行识别，定性分析水道砂岩储层有利相带分布规律；在此基础上，开展岩石物理分析及叠后地震反演储层预测研究，（半）定量刻画水道砂岩储层分布规律及厚度特征，对水道砂岩储层开展综合评价。最终总结出一套适合深水水道砂岩储层识别预测的地球物理综合方法体系。
全球深水区油气资源量丰富且具有巨大的勘探潜力，白云凹陷是南海北部珠江口盆地深水油气勘探的热点区域。在技术和成本条件的约束下，利用成岩相测井响应特征来研究储层的方法是目前海洋油气勘探从浅水走向深水的有效手段之一。通过镜下薄片观察、扫描电镜观察、碳氧同位素等分析测试手段，对白云凹陷北坡中深部储层基本特征、典型成岩作用类型、成岩相组合类型及其测井响应标志进行了分析。研究发现，白云凹陷北坡中深部储层经历的主要成岩作用为压实作用、胶结作用和溶蚀作用，是影响储层物性的关键因素；同时将目的储层划分为强胶结—弱溶蚀相、弱压实—强溶蚀相、中等压实—较强溶蚀相和强压实—弱溶蚀相4种成岩相类型，对成岩相具有较高灵敏度的声波时差、自然伽马以及电阻率曲线的响应特征进行分析，并初步建立了区域性的成岩相测井识别标准。旨在对无取心或者少取心井段开展储层成岩作用的相关研究，为白云凹陷深水区进一步油气勘探提供科学依据和思路借鉴。
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