南海北部深水区鹤山凹陷构造演化及其油气地质意义

纪沫，杨海长，曾清波

南海北部深水区鹤山凹陷构造演化及其油气地质意义

纪沫，杨海长，曾清波

(中海油研究总院，北京 100027)

[摘要]鹤山凹陷发育于南海北部陆架边缘的洋陆过渡壳之上，对其研究尚处于初始阶段。通过二维地震资料的精细解释，综合分析了凹陷的结构特征、构造演化历史、古地貌和烃源岩特征。研究表明：根据凹陷结构特征，可将其划分为北部断陷区和南部断坳区2部分；构造演化可划分为4阶段，即陆缘断拗期、洋壳扩张期、洋壳停滞期和陆缘斜坡期；鹤山凹陷恩平组沉积期为较局限的沉积环境，有利于主力烃源岩的形成；珠海组沉积期，三角洲砂、泥岩及深水浊积扇砂、泥岩是有利储盖组合；差异沉降作用导致鹤山凹陷初次掀斜形成一系列近EW向断层，在鹤山凹陷北部形成背斜型和断背斜型圈闭，是有利的勘探区带。

[关键词]南海北部深水区；鹤山凹陷；凹陷结构；构造演化

图1　区域构造单元图

鹤山凹陷位于珠江口盆地南部隆起西部，西与长昌凹陷相邻，南与双峰盆地(南海西北次海盆)相接(图1)，沉积了恩平组(E3e)、珠海组(E3z)、珠江组(N1z)、韩江组、粤海组、万山组-第四系，凹陷面积4500km2，古近系最大沉积厚度近3700m。鹤山凹陷位于南海北部陆架边缘地壳强烈减薄的洋陆过渡壳之上，是近年来珠江口盆地在超深水区发现的新凹陷之一，亦是南海北部向超深水迈进的油气勘探新区。鹤山凹陷大部分地区水深超过1500m，自北向南海水深度逐渐增加，最深处达3000m，属于超深水区。

南海地区由于特殊的构造位置及复杂的构造发展历史，其地壳和岩石圈结构独具特色[1]。伴随着陆架至陆坡区的岩石圈和地壳厚度的迅速减薄，岩石圈热流变结构和盆地变形机制产生明显差异，该差异对深水盆地形成和演化产生了强烈的影响[2]。鹤山凹陷东南侧紧邻双峰盆地，具有地壳减薄、岩石圈韧性变形、高热流异常等不同于陆架区凹陷的地质条件，具有特殊的结构特征、构造演化历史和沉积充填特征。对地壳强烈减薄，高温背景下、洋陆转换带之上沉积盆地的结构特征和构造演化研究，国内外可借鉴的资料较少，尚处于摸索阶段[3,4]。笔者主要通过鹤山凹陷内二维地震资料的精细解释，综合分析其结构特征、构造演化历史、古地貌和烃源岩特征，为南海超深水油气勘探与区域研究提供依据。

1结构特征分析

1.1界面识别

图2　鹤山凹陷及周边区域典型地震剖面

1.2结构分析

图3　鹤山凹陷E3e厚度与基底断裂叠合图

根据鹤山凹陷E3e厚度与基底断裂叠合图(图3)，可将其划分为西洼、中洼、北洼和东洼。根据凹陷结构特征，可将其划分为北部断陷区和南部断坳区2部分，断陷区主要包括鹤山中洼和鹤山北洼，断坳区主要包括鹤山西洼和鹤山东洼。

鹤山北洼受控于NE-SW走向的Ⅰ-1断层，总体呈半地堑特征，E3e最大厚度发育于Ⅰ-1断层根部，是鹤山北洼的沉降中心和沉积中心(图2(d))。鹤山中洼受控于NW-SE走向的Ⅰ-2断层，是E3e沉积中晚期持续发育的控制沉积的断层，E3e最大厚度发育于断层根部，是鹤山中洼的沉降和沉降中心(图2(e))。Ⅰ-1断层和Ⅰ-2断层仅在局部控制了鹤山北洼和鹤山中洼的沉积和沉降中心，对于鹤山凹陷整体的沉积和沉降控制作用不明显。

鹤山西洼整体表现为岩浆底辟改造的碟型坳陷，断层对西洼地层厚度的控制作用不明显，E3e最大厚度发育于西洼中部，是西洼的沉降和沉积中心(图2(f))。鹤山东洼整体表现为由岩浆底辟所围限和后期掀斜改造的碟型坳陷，断层对鹤山东洼的控制作用不明显，E3e最大厚度发育于东洼的中北部，是东洼的沉降和沉积中心(图2(d))。

2构造演化分析

2.1基底性质分析

重磁资料显示[6,7]，鹤山凹陷具有重力负异常和磁力正异常，这对于揭示基底性质是一组矛盾的重磁特性。因此，对于鹤山凹陷岩浆岩证据的分析就显得尤为重要，在地震资料解释识别岩浆底辟基础上，结合对南海西北次海盆岩浆岩的研究可见，鹤山凹陷属岩浆岩的活跃区，岩浆底辟、中酸性岩浆岩和中基性岩浆岩叠置发育(图3)，推测正是由于大规模叠置的岩浆活动，导致了鹤山凹陷在磁力异常上显示为正异常。综上所述，鹤山凹陷为洋陆过渡带韧性基底上发育的经底辟改造的断坳。

2.2构造演化历史分析

含油气盆地的构造演化对油气成烃、成藏的各种要素起到控制作用，而重建构造演化可以为含油气盆地的综合分析、盆地模拟提供可靠的依据。构造演化分析方法主要包括宝塔法、厚度图法、平衡剖面法、地震属性恢复法、三维空间法和同一变形体法，其中的关键技术在于剥蚀量恢复、去压实、去褶皱、去压实校正与古水深校正[8]。由于资料的限制，对于鹤山凹陷的构造演化史重建，重点考虑区域构造背景、岩浆底辟活动、热沉降作用和古构造定性模拟共4个主要因素。区域上可归纳为39Ma珠琼运动二幕的断裂-断拗活动、32Ma南海西北次海盆活动的岩浆底辟活动、23Ma南海海盆扩张脊向南跃迁的热沉降作用和16Ma南海扩张结束后的沉降作用共4次主要构造事件[9,10]。重磁和前人研究成果显示：与南海西北次海盆扩张相伴生的大规模岩浆底辟活动，将碟型坳陷改造为多凸多洼的构造格局；南海扩张后期的热衰减，引起的差异沉降，导致了鹤山凹陷的整体掀斜。重建南部隆起西段的构造演化史，还需注重古构造的模拟。地震剖面上可见，鹤山凹陷E3z发育陆架坡折三角洲，简单的层拉平不能满足古构造重建的需求，只有综合考虑陆架坡折三角洲发育的古地貌和差异热沉降所引起的地形差异，从而定性模拟才更为合理。综上所述，可将鹤山凹陷的构造演化划分为陆缘断拗期、洋壳扩张期、洋壳停滞期和陆缘斜坡期共4阶段(图4)。

图4　鹤山凹陷构造演化模式图

2.2.1陆缘断拗期

陆缘断拗期，即E3e沉积期，凹陷北部以断裂活动为主，南部以断拗活动为主，发育滨浅海相沉积；古地貌的恢复有助于构建原始构造格局以及揭示物源与沉积体系的配置关系。目前，古地貌恢复的研究大多停留在定性阶段，恢复的精度取决于沉积记录资料的数量，由构造恢复和地层厚度恢复2部分组成[11]。鹤山凹陷的E3e沉积期古地貌恢复建立在地层拉平的基础上，利用趋势外延法补充剥蚀地层。然而趋势外延法所补充的地层厚度，不足以抵消现今地层最厚处的厚度，恢复的古地貌仅为分隔的洼陷，究其原因，认为底辟作用为基底隆起背景上的岩浆底辟。基底岩性证据表明，基底隆起为玄武岩刚性基底和玄武岩海山，上覆新生代沉积层为披覆沉积，推测玄武岩形成时代可能为古新世或早新生代[12]。E3e沉积期发育较为局限的滨浅海沉积环境，亦有利于主力烃源岩的形成。

2.2.2洋壳扩张期

洋壳扩张期，即E3z沉积期，伴随双峰盆地的打开，大规模岩浆底辟活动将凹陷改造为凸洼相间的结构，在鹤山凹陷的南部形成与火山作用相关的岩浆底辟型及地层掀斜型圈闭。差异沉降作用导致鹤山凹陷发生初次掀斜，形成一系列近EW向断层，在鹤山凹陷北部形成背斜型和断背斜型圈闭。

E3z沉积期，古珠江携带的丰富物源形成了高建设性陆架边缘三角洲，在南部三角洲外侧发育浊积扇沉积，形成了三角洲砂泥岩储盖组合及深水浊积扇砂泥岩储盖组合。E3z陆架边缘三角洲底积层、前积层和顶积层结构清晰：底积层为一套席状平行中振幅，中频好，连续反射；前积层为中振幅，高频好，连续反射；顶积层为一套席状平行中强振幅，中频好，连续反射。推测其为一套优质储层，与上覆的N1z深海泥岩构成良好的储盖组合。同时，鹤山凹陷东部，陆架边缘三角洲的前端发育2个大型的深水扇体，是海平面低位时期三角洲前缘砂体发生垮塌滑移，在陆坡中下部形成的大型扇体沉积。三角洲前积层中明显可见多期次下切沟谷，为扇体发育的物源通道。扇体呈典型的沟谷状充填，中间厚、两侧薄，内部为一套向两翼超覆的强振幅差连续反射。E3z大型深水扇体发育于半深海环境，其周缘被厚层深水泥岩包围，形成了良好的岩性圈闭体。

2.2.3洋壳停滞期

洋壳停滞期，为N1z沉积期，南海海盆洋中脊向中央海盆跃迁，双峰盆地扩张停止，热沉降作用造成双峰盆地的相对下陷，使鹤山凹陷再次发生整体掀斜。地震剖面上，鹤山凹陷和双峰盆地N1z厚度基本相当，为一套稳定的半深海-深海泥岩盖层。

2.2.4陆缘斜坡期

陆缘斜坡期，南海海盆的热沉降作用导致鹤山凹陷成为悬挂于陆缘斜坡的残留凹陷，鹤山凹陷与双峰盆地沉积地层发生反转，陡倾的地形导致晚期沉积物未在鹤山凹陷沉积。双峰盆地发育巨厚的晚期沉积物，横向上同期发育多条深水水道-水道间沉积，纵向上持续发育多期深水水道-水道间沉积，为10.5Ma以来中央峡谷沿西沙海槽进入双峰盆地形成的深水扇，暂命名为“双峰扇”。

3油气地质意义

鹤山凹陷E3e沉积厚度大、埋深大，经古地貌恢复为凸洼相间，分隔洼陷的构造格局。E3e沉积期为较局限的沉积环境，有利于主力烃源岩的形成，是烃源岩发育的主要层位。E3z沉积期，凹陷构造演化由断拗向陆架坡折过渡，珠江携带的丰富物源形成了高建设性陆架边缘三角洲，在南部三角洲外侧发育浊积扇沉积，形成了三角洲砂泥岩储盖组合及深水浊积扇砂泥岩储盖组合；伴随双峰盆地的打开，在鹤山凹陷的南部形成与火山作用相关的岩浆底辟型及地层掀斜型圈闭，尽管圈闭面积较大，但岩浆底辟型圈闭CO2充注的勘探风险也较大；差异沉降作用导致鹤山凹陷发生初次掀斜，形成一系列近EW向断层，在鹤山凹陷北部形成背斜型和断背斜型圈闭，圈闭发育层位多，构造面积大，是有利的勘探区带。值得注意的是，双峰盆地发育巨厚的晚期沉积物，为10.5Ma以来中央峡谷沿西沙海槽进入双峰盆地形成的“双峰扇”，其储层物性不逊于同期中央峡谷水道砂体，是一个新的有利勘探领域。

4结论

1)根据凹陷结构特征，可将鹤山凹陷划分为北部断陷区和南部断坳区2部分，断陷区主要包括鹤山中洼和鹤山北洼，断坳区主要包括鹤山西洼和鹤山东洼。

2)鹤山凹陷的构造演化历史重建，需考虑区域构造背景、岩浆底辟活动、热沉降作用和古构造定性模拟共4个主要因素。鹤山凹陷构造演化可划分为4个阶段，即陆缘断拗期、洋壳扩张期、洋壳停滞期和陆缘斜坡期。

3)鹤山凹陷恩平组沉积期为较局限的沉积环境，有利于主力烃源岩的形成。珠海组沉积期，三角洲砂泥岩储盖组合及深水浊积扇砂泥岩是有利储盖组合；差异沉降作用导致鹤山凹陷初次掀斜形成一系列近EW向断层，在鹤山凹陷北部形成背斜型和断背斜型圈闭，圈闭发育层位多，构造面积大，是有利的勘探区带。

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[编辑]邓磊

[引著格式]纪沫，杨海长，曾清波.南海北部深水区鹤山凹陷构造演化及其油气地质意义[J].长江大学学报(自科版) ,2015,12(17):19～23.

14 Reservoir Characteristics and Evaluation of N1j Sand-shale Rock in Tuzi Gas Field of Tarim Basin

Chen Jie，Bao Qiang，Luo Qihou，Wang Hongfeng，Zheng Shufen，Yu Yan (FirstAuthor’sAddress:TheGeologicalExplorationandDevelopmentResearchInstituteofChuanqingDrillingCompany，Chengdu610051，Sichuan，China)

Abstract:The data analysis of core，slice，scanning electron microscope，mercury intrusion and physical property indicated that the main reservoir lithology in N1j was brown argillaceous siltstone and siltstone, the clastic constituents were mainly debris, its grain was mainly of silt grade，its sorting was mid-good with higher maturity.The reservoir space type was mainly intergranular dissolved pore and fractures were not developed, the pore throat type was narrow and necking one.Comprehensive analysis shows that the sedimentation is the most important parameter to control the reservoir quantity, where the reservoir is continuously developed there are different reservoirs developed in different facies zones.The second important control parameter is diagenesis，there are various of reservoir types with complex pore structures.Based on the study，the evaluation criteria of each type of reservoir are established for evaluating the reservoirs in the area.

Key words:reservoir characteristics；sedimentary faceous；diagenesis；structure；comprehensive evaluation

[作者简介]谢刚平(1962-)，男，博士，高级工程师，主要从事油气地质勘探综合研究，xiegangping@126.com。

[收稿日期]2015-02-10

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)17-0019-05

[中图分类号]TE121.2