Tectonic and sedimentary evolution and its controlling effects on regional petroleum plays in the southern South China Sea

  • Ya-zhen ZHANG , 1, 2 ,
  • Jian-xiang PEI 1, 2 ,
  • Jun-liang LI 1, 2 ,
  • Yi-ke DU 2 ,
  • De-feng SHI 1, 2 ,
  • Yuan-gao XIANG 2
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  • 1. Hainan Energy Ltd. of CNOOC,Haikou 570206,China
  • 2. Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd. ,Zhanjiang 524057,China

Received date: 2020-08-17

  Revised date: 2020-10-27

  Online published: 2021-04-27

Supported by

The China National Science & Technology Major Project(2017ZX05026-005)

Highlights

Southern South China Sea has a complex evolutionary process, where multiple plates converge here, and rich in oil-gas resources. This paper starts with seismic data and drilling data, combined with the geological data of oil and gas fields in the southern South China Sea, guided by regional tectonic and sedimentary characteristics, determines the genetic type and evolution process of the basin in the southern South China Sea, and discusses the differences of oil and gas geological conditions and petroleum play. And it can be divided into four regional petroleum plays by T50, T70 and T100 unconformities for the main basins in the southern South China Sea. They are Pre-Paleogene play, Eocene-Lower Oligocene play, Upper Oligocene-Lower Miocene play and Middle Miocene-Upper Miocene play, which is totally different from others. The reason is that, controlled by basin tectonic evolution and paleogeographic position, the pattern of the main basins in the southern South China Sea is mainly the basin prototype with the most advantageous development scale, and the dominant basin prototype determines the oil and gas geological conditions and the main accumulation assemblages of each basin.

Cite this article

Ya-zhen ZHANG , Jian-xiang PEI , Jun-liang LI , Yi-ke DU , De-feng SHI , Yuan-gao XIANG . Tectonic and sedimentary evolution and its controlling effects on regional petroleum plays in the southern South China Sea[J]. Natural Gas Geoscience, 2021 , 32(5) : 657 -674 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.11.004

0 引言

南海是我国最大的边缘海,靠近特提斯和环太平洋两大超级汇聚带的交汇处,具有极其独特的大地构造位置,受欧—亚、印—澳和太平洋三大板块相互作用的控制,叠加多期、多轴扩张演化的新南海,周缘发育了被动型、主动型、转换型三大主要的大陆边缘类型,形成了复杂的构造地质环境与资源丰富的含油气盆地,是认识东南亚的构造变动与资源聚集规律的重要地区1-5
目前的研究已经揭示出南海南部陆缘的盆地类型并非与北部陆缘一样以单一的伸展盆地为主,除此之外,还发育了与碰撞造山作用相关的前陆盆地和大型走滑断裂系统控制的走滑伸展盆地6-8。结合露头资料与深水区钻井地震剖面的追踪和标定,在盆地的充填序列中揭示出一系列重要的构造界面,如代表沙巴造山运动的响应界面MMU已经在陆缘深水盆地的范围内被广泛追踪,而作为断拗转换的破裂不整合界面也在许多盆地中被识别出来9-15。这些记录沉积盆地层序、构造、沉积等方面的信息被持续不断地揭示出来,为南海南部盆地原型的确定提供了直接的标志,并为从整体上查明南海南部海域区域构造—沉积演化提供了证据。
南海南部海域是我国油气勘探的重要地区,前人已经认识到发育在南海南部海域不同构造单元的沉积盆地,在差异构造背景影响下,其形成演化存在明显不同,而这种不同控制了该区主要盆地的油气成藏要素及油气田的时空展布16。本文在前人研究成果的基础上,结合研究区地震、钻井及南海南部油气田地质资料,从区域构造—沉积特征入手,确定南海南部海域盆地的成因类型及演化过程,论述差异演化背景下南海南部海域主要盆地的油气地质条件,并进一步分析构造—沉积演化制约下的南海南部海域区域成藏组合的时空分布特征与成藏规律,指出有利勘探领域,以期为南海南部海域油气勘探提供技术支撑。

1 区域地质概况

1.1 大地构造特征

南海南部海域东临菲律宾岛弧、南靠加里曼丹、西接印支半岛,研究表明,南海的演化史是一部板块裂解、漂移和碰撞的演化史,也是古南海的消亡与新南海的扩张相伴随的演化史。根据南海南部板块边界特征与地块基底结构等资料,可将南海南部海域划分为印支地块、巽他陆架、南沙地块三大单元,各单元有着不同的演化历史,控制南海新生代不同类型沉积盆地的地质特征,彼此之间主要是以大型走滑断裂带、俯冲—碰撞带等隔开(图117-21
图1 南海南部地块与盆地分布特征(据文献[1821],有修改)

Fig.1 Block and basin distribution characteristics in the southern South China Sea(modified from Refs.[1821])

1.1.1 印支地块

印支块体位于越东、万安断裂带以西,主要为印支—燕山期的变质岩并被燕山期的岩浆岩复杂化,燕山晚期后处于风化剥蚀状态。受印支半岛挤出影响,形成了南海西缘的转换型大陆边缘,并发育湄公、万安、中建南等走滑—拉分盆地。

1.1.2 巽他陆架

巽他陆架又称巽他地盾,是由多个地块拼接形成的古陆,白垩纪以来进入稳定期,范围包括马来半岛、加里曼丹、苏门答腊、爪哇岛等及其之间的海域。区内受印支半岛挤出、印度洋俯冲等事件影响,形成了一系列走滑—拉分与弧后裂谷盆地。

1.1.3 南沙地块

南沙地块位于万安断裂、马尼拉海沟俯冲带以西、新南海以南、加里曼丹俯冲碰撞带以北,新生代以来自南海北部逐渐裂离—漂移至南海南部,地质构造较为复杂。地块内部由多个微地块拼接形成,为廷贾断裂、巴拉巴克断裂分割,可进一步划分为曾母地块、永署—太平地块和礼乐—巴拉望地块3个次级单元。

1.2 区域构造演化及其差异

关于南海的区域演化,前人提出过诸多模式,其中古南海俯冲—拖曳模式是目前共识较多的观点。该观点基于婆罗洲沙捞越造山带和沙巴造山带广泛发育的增生楔(拉姜群和克拉克群)、蛇绿岩套、火山活动等研究,指出在华南古陆、印支半岛和加里曼丹之间曾存在过一个古南海,且古南海向南和南东的俯冲导致了东亚陆缘的伸展和新南海的扩张,南沙地块由北向南与加里曼丹碰撞导致古南海的闭合和新南海的定型22-26图2)。
图2 南海新生代构造演化(据文献[2225],有修改)

Fig.2 Cenozoic tectonic evolution in South China Sea (modified from Refs.[2225])

综合前人27-36研究成果,南海南部不同地块盆地的发育与演化存在着明显差异,本文结合区域地质背景及动力过程,将南海南部新生代演化过程划分为以下4个阶段(图2):
(1)65~43 Ma:太平洋板块向北西方向俯冲速度降低、俯冲带后撤,导致华南陆缘产生一系列NE向张裂构造,引起华南大陆发生陆缘裂解,发育一系列地堑和半地堑,南沙地块内部礼乐、北康等盆地进入初始裂陷阶段,形成新生代盆地基底。这是南海新生代第一次重要的构造运动“礼乐运动”,拉开了新南海构造演化的序幕,对应地震资料上新生代沉积的基底面T100界面。
(2)43~30 Ma:印度板块与欧亚板块开始硬碰撞,印支地块相对华南大陆沿SE方向顺时针旋转挤出,位于巽他陆架与印支地块上的湄公、万安等盆地进入初始裂陷阶段。同时,古南海自西向东开始逐渐封闭,曾母地块与加里曼丹碰撞,发生“沙捞越造山”运动,形成曾母盆地。对南沙地块而言,该时期华南大陆边缘早期形成的地堑、半地堑被进一步拉开,礼乐、北康等盆地进一步拉张裂陷。这一系列事件被称为南海的第二次重要的构造运动“西卫运动”。
(3)30~15.5 Ma:古南海由西向东加速向加里曼丹—苏禄地区俯冲消亡,新南海开始扩张,中央海盆、西南次海盆依次打开,南沙地块内部各次级地块开始逐渐裂离华南并向南海南部漂移。此时,巽他陆架与印支大陆边缘的盆地进一步被拉开,并伴随着南海扩张,海侵作用不断加剧,对应于南海第三次重要事件“南海运动”,由于中央海盆与西南次海盆扩张时间不同,所以导致该界面在不同地区的响应不同,南沙地块内部为T70界面,印支地块为T60界面。
(4)15.5 Ma—现今:古南海俯冲消亡,新南海扩张终止,南沙块体与加里曼丹碰撞,形成文莱—沙巴前陆盆地,而南沙地块腹部远离俯冲带,进入前陆拗陷阶段。中中新世末,控制巽他陆架与印支地块的区域走滑断裂发生应力反转,导致西纳土纳、万安等盆地内形成大量挤压—反转构造,随着应力的释放,这些盆地进入被动大陆边缘阶段。这是南海第四次重要事件“南沙运动”(或称“沙巴造山”运动),对应地震资料上的T50界面。
所以,南沙地块内部的盆地格架表现为:古新世—早渐新世裂陷期的发育主要受NE向伸展断层的控制,地层的充填整体成楔形;晚渐新世—早中新世漂移期以盆地的整体沉降和广泛的超覆沉积为主,发育了一套区域性的灰岩和生物礁(Nido灰岩);中中新世以来受区域挤压应力场的控制,发育一套前陆层序,靠近造山带的地区则发育一系列冲断系[图3(c),图3(d)]。
图3 南海南部主要盆地地质剖面(位置见图1)

Fig.3 Main geological profile in the southern South China Sea (see Fig.1 for the position)

印支半岛内部的盆地格架表现为:晚始新世在印支半岛块体旋转和欧亚板块向东南产生的区域拖曳力作用下发育一系列小裂谷;渐新世—早中新世在区域走滑断裂的走滑—张扭作用影响下,盆地进入主要裂谷期,并形成大量NE—SW向基底断裂;中中新世南海西南部发生强烈的区域应力反转事件,在走滑断裂改造过程中,产生大量侵蚀削截、构造反转和褶皱变形等现象;上中新世以来,整体进入沉降阶段[图3(a),图3(b)]。
综上所述,由于南海南部陆缘盆地的多地块构造属性,以及古南海的由西向东的关闭和新南海的由东向西的区段式扩张,形成了南部陆缘由东向西的差异性演化以及所形成的破裂不整合的穿时性变化(图4),而盆地的古地理位置与主要发育期决定了其现今面貌,如文莱—沙巴盆地表现为前陆盆地,以冲断系为主要特点;万安盆地表现为走滑盆地,以走滑反转为主要特点;礼乐盆地为裂陷盆地,以伸展断陷为主要特点。
图4 南海南部盆地构造演化阶段划分及主要地质事件(据文献[12],有修改)

Fig.4 Tectonic evolution stage division and main geological events in the southern South China Sea(modified from Ref.[12])

1.3 区域沉积演化

从南海构造演化来看,南海南部海域各盆地的新生代演化过程明显不同,所处古地理环境随着构造变迁发生了明显变化,在不同物源体系、海平面条件下,沉积充填差异明显。前人根据露头、钻井、地震等资料系统分析了南沙海域万安、曾母、礼乐等盆地的沉积演化过程,认为盆地物源主要受大型古水系控制,其中华南古陆古水系控制南海北部四大盆地及南沙地块三角洲展布;巽他陆架古水系控制巽他陆内盆地群三角洲展布;加里曼丹古水系控制曾母、文莱—沙巴盆地三角洲展布。同时,越靠近物源区的盆地,其沉积规模普遍较大,易形成大中型沉积盆地。此外,南海南部海域还广泛发育碳酸盐岩沉积,时代跨越了渐新世至中新世,自巴拉望盆地向曾母盆地演化过程中,碳酸盐岩发育时代与新南海自东向西的渐进式扩张密切相关,亦体现了南海海平面自东向西逐渐海侵的过程,反映出南海南部区域构造—沉积耦合控制了大型储集体时空分布的特征37-49图5),本文结合IHS南海南部油气勘探资料库内各盆地近10年来的新钻井资料,尤其是深水区钻井,在前人研究基础上进一步认识了南海南部的沉积地层特征,并完善了对南海南部区域沉积演化过程的分析。
图5 南海南部新生代沉积演化(据文献[37-3840],有修改)

Fig.5 Cenozoic sedimentary evolution in the southern South China Sea(modified from Refs.[37-3840])

1.3.1 古新世—中始新世

古新世地层在南海南部盆地的分布十分有限,目前仅有礼乐盆地Sampaguita-1井钻遇,为三角洲、滨—浅海陆源沉积。从区域古地理特征来看,南沙地块在南海扩张前位于华南大陆边缘,受“礼乐运动”影响,早—中始新世,南沙地块盆地群进入主断陷期,礼乐、巴拉望、北康等盆地开始形成,其中礼乐、巴拉望盆地以三角洲—滨海—浅海沉积为主,北康等盆地推测以湖相沉积为主。该时期,郑和隆起是这些盆地的主要物源区,而盆地间的局部隆起亦可提供局部物源,控制隆起周缘(扇)三角洲的发育。

1.3.2 晚始新世-早渐新世

晚始新世—早渐新世,受“西卫运动”影响,西纳土纳、湄公、万安等南海南部西缘盆地开始形成,以印支半岛、昆仑隆起、纳土纳隆起等为主要物源,万安、湄公、中建南等盆地发育湖相、三角洲沉积,曾母盆地发育大型三角洲—滨浅海。北康、礼乐盆地以发育大型三角洲—滨浅海相沉积为主,巴拉望盆地开始发育碳酸盐岩沉积。整体上,该时期海平面表现为自西向东逐渐海侵过程。

1.3.3 晚渐新世

晚渐新世,伴随新南海扩张,南沙地块开始自北向南漂移,南海南部进一步海侵。其中,礼乐、巴拉望等南沙地块盆地在地块漂移中以浅海相、碳酸盐岩沉积为主;万安、曾母等盆地受海侵作用影响以海岸平原、三角洲、浅海相沉积为主。印支地块受昆仑隆起、纳土纳隆起遮挡,其腹地的湄公、西纳土纳等盆地依然以湖相沉积为主。

1.3.4 早中新世

西南次海盆扩张,南海南部海侵加剧,整个海域以滨—浅海相沉积为主。礼乐、巴拉望盆地依然以浅海相、碳酸盐岩沉积为主。万安、南薇西、曾母、北康等盆地三角洲与海岸平原相开始萎缩,以浅海相沉积为主。同时,海水开始越过昆仑隆起、纳土纳隆起,印支地块内部盆地由陆相向海相沉积转变,开始发育三角洲、浅海相沉积。

1.3.5 中中新世—现今

南沙地块与加里曼丹碰撞,新南海停止扩张,南海南部盆地格局基本定型,进入区域沉降阶段,海平面快速上升。整体上,自外向内呈海岸平原、三角洲、浅海、半深海沉积特征,而局部的水下高地、火山上则开始发育大型孤立碳酸盐岩台地,如南康台地、特隆布台地、礼乐滩、危险滩等,呈“外砂内灰”格局。

2 南海南部油气地质条件

研究表明,新生代南海的演化史是一部板块裂解、漂移和碰撞的演化史,也是古南海的消亡与新南海的扩张相伴随的演化史,伴随着板块的演变,南部南部海域形成了大量类型各异的沉积盆地。而盆地的演化过程与古地理环境的变迁,不仅控制了盆内物质的充填结构,而且决定了生、储、盖的时空展布,并控制了各盆地油气藏的分布。

2.1 烃源岩

南海南部盆地的烃源岩主要有3种类型,分别是湖相烃源岩、海陆过渡相烃源岩、陆源海相烃源岩,不同类型烃源岩有机质丰度、母质类型及生烃潜力等特征差异明显。其中南沙地块盆地群以海陆过渡相、陆源海相烃源岩为主;印支半岛、巽他地块盆地群则以湖相、海陆过渡相烃源岩为主;需要特别指出的是,曾母盆地与文莱—沙巴盆地,这2个盆地是南沙微地块与加里曼丹碰撞造山后形成的前陆盆地,形成演化上与其他盆地明显不同,以海陆过渡相、陆源海相烃源岩为主。总体来看,南海南部盆地烃源岩的发育具有“东早西晚”的特征,与盆地的发育早晚一致50图6)。
图6 南海南部及其周边盆地烃源岩类型和时空分布特征

Fig.6 The distribution of hydrocarbon source rock in the southern South China Sea and its peripheral basin

2.1.1 断陷期裂谷展布控制了湖相烃源岩分布

始新世至渐新世,由于岩石圈拉张,在大陆内部形成了一系列拉张或走滑—拉张盆地,普遍发育彼此分割的地堑—半地堑,这些地堑—半地堑接受陆相沉积,发育半深湖—深湖沉积,为有机质的聚集保存提供了有利条件。其中南海北部盆地主要以始新统湖相烃源为主,在北部湾盆地、珠江口盆地发现的原油主要来自该套烃源岩贡献。而到南海南部及其周边地区,湖相烃源则集中发育于渐新统,分布于印支地块、巽他古陆周缘,在湄公盆地、马来盆地等发育的原油主要来自该套烃源岩贡献。
同时,在南海南部盆地尚有一些盆地未钻遇或不发育湖相地层,分析原因,可能有2点:第一,盆地勘探程度较低,对其地层认识有限,如北康盆地、九章盆地等;第二,个别盆地发育时,处于大陆边缘位置,在盆地发育裂谷时期受古南海的影响,在断陷期一直为海相沉积,不发育陆相地层,如礼乐盆地等。

2.1.2 断拗转换期发育退积型三角洲,控制与陆源有机质相关的煤系烃源岩分布

南海南部各盆地进入断拗转换期后,纵向和横向活动速率降低,此时沉积物供给速率等于甚至大于盆地的可容纳空间增加,早期湖盆开始萎缩,湖泊沼泽开始发育;若盆地周边发育古水系,古水系则控制三角洲向盆地推进;此时期也是各盆地的主要的海侵期,快速大规模的海侵很快淹没了湖泊沼泽,并控制了三角洲向盆地推进的规模,同时,在盆地边缘或障壁缓坡等部位发育海岸平原、滨海沼泽等沉积。
断拗转换期与陆源有机质输入相关的烃源岩有3种形成环境:①发育于较大规模三角洲平原与三角洲前缘;②发育于扇体间或扇体边缘部位;③潮坪或滨岸沼泽。从目前在南海南部及其周边盆地的油气发现来看,具商业性油气发现的地区,其油气主要来自较大规模三角洲相关的三角洲平原煤与三角洲前缘炭质泥岩的贡献。究其原因,主要是三角洲发育区古水系输送大量养料有利于有机质发育;另一方面,三角洲的沉积和埋藏都比较迅速,有利于有机质的保存和转化。所以,可以认为断陷晚期海侵退积型三角洲控制了陆源有机质相关的煤系烃源岩分布。如加里曼丹水系在曾母盆地内形成的大规模建设型三角洲,对曾母盆地陆源有机质及其相关烃源岩具有明显控制作用。

2.1.3 裂后期主要发育陆架边缘三角洲、煤系及与其相关的浊积型烃源岩

裂后期陆架边缘三角洲相烃源岩及与其相关的深水浊积相烃源岩主要发育于文莱—沙巴盆地,其中三角洲平原沼泽煤和三角洲前缘炭质泥岩主要分布于浅水陆架区;富有机质浊积岩烃源主要分布于陆坡区。该类烃源岩分布与裂后期陆架边缘三角洲发育密切相关。中新世中晚期,南沙地块朝南漂移,向加里曼丹汇聚,地块碰撞致使加里曼丹中部普遍造山,这些高地遭受风化剥蚀后,为文莱—沙巴盆地提供大量沉积物,进而发育大型三角洲,由于三角洲平原沼泽煤和浅海陆架炭质泥岩普遍发育,遂成为浅水区重要烃源岩。随着三角洲快速进积,三角洲前缘由于沉积物失稳而滑塌,滑塌过程中浅水区富有机质源岩伴随滑塌物质进入陆坡深水区,并保存于浊积岩中,这种沉积于浊积岩中的烃源岩是文莱—沙巴盆地深水区重要的烃源岩类型。
综上,南海中南部及其周边盆地主力烃源岩层位具有一定的变化规律:从东向西,盆地主力烃源岩层位由老变新,即由东部海域的始新统—渐新统逐渐过渡到西部海域的渐新统—中新统;烃源岩类型由海陆过渡相与陆源海相烃源岩逐渐过渡到湖相与海陆过渡相烃源岩。

2.2 储盖组合

根据IHS油气田数据库资料,自20世纪70年代以来,伴随着油气勘探技术的发展,南海南部油气勘探范围由近岸向陆架、陆坡区发展,钻井数量与成功率大大提高,发现了一批油气富集区与油气田群,为区域油气地质条件研究提供了翔实的证据。
整体来看,南海南部海域油气藏分布时代广(图751,储层类型包括基岩潜山、三角洲、海底扇、碳酸盐岩台地、生物礁等,其中T50界面之上中—上中新统的油气发现集中于曾母盆地南康台地、文莱—沙巴盆地逆冲推覆带,占南海南部油气总发现的80%左右,反映出南海南部海域油气分布“相控性”特征。
图7 南海南部海域主要盆地油气藏时空分布特征

Fig.7 The characteristics of oil and gas reservoirs in main basins in the southern South China Sea

根据南海南部区域构造演化特征及各时期不同沉积环境下形成的储层与盖层特点,并结合油气田资料,可将南海南部区域储盖组合分为4套6类组合,分别如下(图8)。
图8 南海南部区域储盖组合

Fig.8 The regional reservoir caprock assemblages in the southern South China Sea

第一套组合为基岩潜山储盖组合。古近系基岩经构造、风化、大气淋滤等改造形成的裂缝或洞穴—裂隙储层与上覆新生界泥岩盖层组合。该组合主要分布在以湄公盆地为代表的印支地块盆地群内,该区走滑作用强烈,且经过多期反转事件,形成了大量裂缝性基岩潜山储层,岩性以中生界花岗岩、花岗闪长岩为主,孔隙类型包括原声孔隙和次生孔隙,次生孔隙以裂、洞为主。从储层物性来看,其中原生孔隙的物性差,孔隙度小于0.5%;次生孔隙中:大中裂缝和洞穴构成的裂缝系统,其孔隙度为1%~2%,渗透率一般在(100~500)×10-3 μm2之间,渗透率最大可达20 000×10-3 μm2[52
第二套组合为始新统—下渐新统(扇)三角洲、滨海砂与上覆浅海泥岩储盖组合。该组合主要分布在礼乐、北康等南沙地块裂谷盆地群内,该区裂陷时间早,演化过程中受海平面变化控制发育多套(扇)三角洲、滨—浅海相砂岩与上覆泥岩盖层组合,该组合已为礼乐盆地钻探所证实,位于礼乐滩上Sampaguita-1井于始新统三角洲砂岩储层中获日产20.67×104 m3天然气和16.3 m3凝析油。从礼乐盆地钻井结果来看,始新统三角洲以细砂岩为主,局部中—粗粒砂岩,储层物性较好,孔隙度可达17%~26%53
第三套组合包含2种类型:分别为上渐新统—下中新统三角洲、滨—浅海相砂岩与上覆浅海泥岩储盖组合;上渐新统—下中新统碳酸盐岩台地、生物礁与上覆浅海泥岩储盖组合。
其中,上渐新统—中新统三角洲、滨—浅海相砂岩储盖组合主要分布在南海南部海域中西部,包括印支地块盆地群、曾母盆地东巴林间坳陷、南薇西盆地等地区,已发现大熊、兰龙、Dua、CRD、Temana、D18等数十个油气藏。发育该组合的油气田埋深普遍在在2 000~3 000 m之间,具有砂体分布范围广、厚度大、物性好特征,储层孔隙度一般大于20%,渗透率大于100×10-3 μm2[51
而上渐新统—下中新统碳酸盐岩台地、生物礁储盖组合则主要分布在南海南部海域中东部的南沙地块裂谷盆地群内,包括巴拉望盆地、南沙海槽盆地、礼乐盆地等。该组合在巴拉望西北陆架区、礼乐滩、南沙海槽盆地等已钻探证实,已发现Malampaya、Nido等多个油气田,该储层物性优良,储层孔隙度一般大于25%,渗透率最大超过1 000×10-3 μm2[51
第四套组合包含2种类型:分别为中—上中新统三角洲、海底扇、浊积水道砂岩与上覆泥岩储盖组合;中—上中新统碳酸盐岩台地、生物礁与上覆泥岩储盖组合。
其中,中—上中新统三角洲、海底扇、浊积水道砂岩储盖组合主要分布在文莱—沙巴盆地、万安盆地中部凹陷及曾母盆地康西坳陷,已发现冠军、Ampa、Kikeh、Gumusut、木精等油气田。T50界面形成以来,南海南部海域各盆地基本定型,并进入被动大陆边缘演化阶段,开始发育陆架—陆坡体系,其中文莱—沙巴、曾母、万安等浅水盆地靠近婆罗洲、印支半岛大型物源区,巴拉姆河、湄公河等水系携带巨量碎屑物质向这些盆地汇聚,在充足的物源供应下,沿盆地近物源一侧形成一系列大型三角洲及海底扇,由于扇体普遍埋深较浅,储层物性一般较好,孔隙度介于15%~30%之间,渗透率一般大于100×10-3 μm2[51
中—上中新统碳酸盐岩台地、生物礁储盖组合则主要分布在曾母盆地南康台地、西部斜坡及万安盆地中部凹陷,其中南康台地发育上百个碳酸盐岩台地,已发现L、F6、Jintan等数十个气田。该时期碳酸盐岩主要发育在碎屑岩难以输送到的区域,多位于凸起、地垒或掀斜断块等高地之上,油气富集程度高,易形成大中型油气田,但分布范围较为局限。该储层岩性以灰岩、白云质灰岩及白云岩为主,物性条件较好,孔隙度普遍大于20%,渗透率普遍介于(100~1 000)×10-3 μm2之间51

3 区域成藏组合特征

成藏组合划分对油气勘探方向的选择有重要意义,本文从成藏要素形成时间上和空间上的匹配出发,将具有相似成因油气藏的储盖组合和圈闭类型划为同一成藏组合54-57
南海南部油气资源丰富,截至2018年,该地区发现油气田合计476个,累计探明原油可采储量约23×108 t,累计探明天然气可采储量约5.8×1012 m3,而各盆地由于演化过程的差异,其主要勘探领域不尽相同,每个盆地(或区带)的储量增长点基本上主要集中在1~2个成藏组合之勘探目的层51。所以,落实一个地区的主力成藏组合及其主控因素,是实现该区储量快速增长的必由之路。

3.1 成藏组合的时空分布规律

结合区域构造—沉积演化与已发现油气藏成藏主控因素,可以T50、T70、T100三大不整合面为界将南海南部主要盆地划分出4套区域成藏组合,分别为:

3.1.1 深部组合

深部组合指裂缝性基岩潜山圈闭成藏组合,该成藏组合主要位于印支地块盆地群内,南海南部著名的裂缝性基岩潜山油气田白虎油田即位于此处。湄公盆地裂缝性基岩潜山油气藏运聚成藏主控因素为:①高品质湖相烃源岩是油气大规模成藏的物质基础;②沟源断裂与不整合面是油气聚集的主要通道;③多期构造挤压、抬升事件控制了湄公盆地基岩裂缝的发育,挤压作用越强的地区,裂缝越发育,油气藏的规模也越大58图9)。
图9 湄公盆地基岩潜山成藏模式(据文献[51],有修改)

Fig.9 Buried hill hydrocarbon accumulation model in Meigong Basin(modified from Ref.[51])

3.1.2 下部组合

下部组合主要指始新统—下渐新统(扇)三角洲砂岩构造圈闭,该组合主要分布在南沙地块盆地群内,并已在礼乐盆地Sampaguita气田证实。该组合以始新统陆源海相烃源岩为主力烃源岩,始新统—下渐新统(扇)三角洲、滨—浅海相砂岩为主力储层,油气通过断裂向上聚集于断鼻、断块构造圈闭之中(图10)。
图10 礼乐盆地成藏模式

Fig.10 Hydrocarbon accumulation model in Liyue Basin

3.1.3 中部组合

中部组合是南海南部分布最广的成藏组合,可细分为2类:①上渐新统—下中新统三角洲、滨海砂岩构造圈闭,主要分布在万安盆地、曾母东巴林坚坳陷、湄公中北部等;②上渐新统—下中新统生物礁构造—地层圈闭,主要分布在巴拉望等盆地。
该时期是新南海扩张期,也是南海南部重要的沉积变革期,受区域海侵作用影响,中部成藏组合在南海南部东西特征明显不同。西区以碎屑岩“自生自储”成藏为主,油气藏具有连片分布、多层富集、储量规模大特点,总体上油气分布受三角洲发育程度及规模控制(图11)。东区以碳酸盐岩“下生上储”成藏为主,油气藏规模受碳酸盐岩发育规模控制,有“一礁一藏”特点(图12)。
图11 万安—南薇西盆地成藏模式

Fig.11 Hydrocarbon accumulation model in Wan’an and Nanweixi Basin

图12 西北巴拉望盆地成藏模式(据文献[37],有修改)

Fig.12 Hydrocarbon accumulation model in northwest Balawan Basin (modified from Ref.[37])

3.1.4 上部组合

上部组合是南海南部油气最为富集的成藏组合,目前油气发现超过100×108 t油当量,占南海南部地区油气总发现的80%左右51,可进一步细分为2类:①中—上中新统台地—生物礁灰岩构造—地层圈闭,主要分布在曾母盆地南康台地、西部斜坡等地区;②中—上中新统三角洲、重力流砂岩复合圈闭,主要分布在文莱—沙巴盆地、曾母盆地康西坳陷等浅水区盆地。
南海南部已发现的大型、特大型油气田主要位于该套成藏组合中,如L气田(可采天然气储量1.3×1012 m3)、Ampa Southwest(可采原油储量1.8×108 t、可采天然气储量3 600×1012 m3)、Champion油气田(可采原油储量1.3×108 t、可采天然气储量1 300×1012 m3)、F6气田(可采天然气储量1 400×1012 m3)等51。碎屑岩油气藏运聚成藏主控因素有2点:①中中新世南沙地块与加里曼丹碰撞造山,形成大型物源区,保障了文莱—沙巴盆地的烃源、储层基础;②挤压造山运动,使文莱—沙巴盆地发育大量大型挤压褶皱圈闭,成群成带分布;③沟源逆断层的发育为油气输导提供了有利路径59-60图13)。碳酸盐岩油气藏运聚成藏主控因素则为:①中中新世以来远离物源区的水下高地,碳酸盐岩快速发育,形成孤立台地,是有利的构造—地层圈闭;②晚期快速海侵沉积大套厚层浅海泥岩,形成有利区域盖层;③台地区围绕有利生烃凹陷展布,是油气运移的有利运聚带,易于成藏61-62图14)。
图13 文莱沙巴—南沙海槽盆地成藏模式(据文献[37,59],有修改)

Fig.13 Hydrocarbon accumulation model in Saba and Nansha trough Basin (modified from Refs.[37,59])

图14 曾母—北康盆地成藏模式(据文献[61],有修改)

Fig.14 Hydrocarbon accumulation model in Zengmu and Beikang Basin(modified from Refs.[61])

3.2 主控因素

从南海南部区域成藏组合的特征来看,各组合的分区分带性是十分明显的,究其原因,则主要受控于地块间差异的构造—沉积演化63-64。如前文所述,南海南部陆缘是由多个属性不同的地块拼贴而成,西部为大型的走滑断裂带,南部为碰撞造山带,北部边界为与新南海洋壳之间的洋陆过渡带,内部各个地块之间则以大型走滑断裂带相隔。各个地块(或同一地块不同地区)所经历的构造环境与古地理演化存在着明显差异,导致现今各盆地所展示出的盆地原型及沉积充填各不相同。
例如:南沙地块经历了断陷、漂移、前陆三个大的构造演化阶段,但中中新世以来,靠近造山带的文莱—沙巴盆地主要表现为前陆盆地中冲断系原型,而远离造山带的南沙海槽盆地则主要表现为前陆盆地中前渊、前隆原型(图13),二者所展现出的构造面貌差异明显。同时,中中新世以来,文莱—沙巴盆地接受了婆罗洲水系巨量的碎屑物质输入,沉积规模巨大,地层沉积厚度超过5 000 m,而南沙地块盆地群远离婆罗洲物源区,其沉积规模普遍较小,仅数百米。这使得二者现今所展现的盆地原型完全不同,前者为前陆盆地原型,后者为裂谷盆地原型,前者油气富集于上部组合,后者油气富集于中部组合,两者的油气地质条件完全不同,成藏组合亦差异明显。这也就解释了为什么区域演化过程相似的盆地,但所处位置不同,导致其成藏条件差异巨大。
所以,南海南部海域各盆地现今所展现的格局主要是其发育规模最为优势的盆地原型,主要受盆地构造演化及其古地理位置控制:现今与大型物源区相邻的盆地沉积规模普遍较大,表现为前陆或被动大陆边缘原型,主力成藏组合为上组合,部分地区兼顾中组合;现今远离大型物源区的盆地,表现为早期的裂谷盆地原型,主力成藏组合为中组合、下组合。由此,南海南部海域浅水区盆地的油气藏一般位于上组合、中组合,深水区盆地的油气藏则位于中组合、下组合,即主力成藏组合受优势盆地原型控制。
从目前南海南部海域的勘探现状来看,上部组合在南海南部勘探程度已经很高,勘探潜力有限,而中部成藏组合在南海南部海域具有广泛分布的特征,近年来也接连获得油气发现,勘探成果显著,如南薇西盆地CRD、CKD三角洲油气田、南沙海槽盆地Tepat-1生物礁气田等51,证实了中部成藏组合具有较好的勘探潜力,随着勘探的进一步深入,未来中部成藏组合必将在南海南部油气储量发现中占有越来越大的比重。

4 结论

(1)受控于区域构造演化,不同演化阶段各盆地沉积环境背景有明显的变化,具有构造—沉积耦合控制了盆地沉积充填特征。其中南沙地块盆地群自古新世开始发育,以华南古陆为主物源区,以湖泊—滨、浅海沉积为主;随着新南海扩张,南沙地块向南漂移,发育一套区域碳酸盐岩沉积;在南沙地块与加里曼丹碰撞后,以浅海—半深海沉积为主。印支地块盆地群自晚始新世开始发育,以印支半岛、昆仑隆起、纳土纳隆起为主物源区,盆地充填过程稳定且连续,发育湖相—三角洲—滨浅海沉积。值得一提的是,南海南部海域各盆地主力烃源岩及碳酸盐岩的发育具有“东早西晚”特征,与盆地的发育演化及区域海侵过程一致。
(2)根据区域构造—沉积演化与各盆地油气地质条件,结合已发现油气藏及其时空分布,可以T50、T70、T100三大不整合面为界将南海南部主要盆地划分出4套区域成藏组合,分别为深部组合(古近系)、下部组合(始新统—下渐新统)、中部组合(上渐新统—下中新统)、上部组合(中中新统—上中新统),不同盆地主力成藏组合明显不同。
(3)受盆地构造演化及其古地理位置控制,南海南部海域主要盆地现今所展现的格局主要是其发育规模最为优势的盆地原型,而优势盆地原型则决定了各盆地的油气地质条件与主力成藏组合。所以,现今与大型物源区相邻的盆地,沉积规模普遍较大,表现为前陆或被动大陆边缘原型,主力成藏组合为上组合,部分地区兼顾中组合;现今远离大型物源区的盆地,表现为早期的裂谷盆地原型,主力成藏组合为中组合、下组合。
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Outlines

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