琼东南盆地深水区中央峡谷黄流组物源特征
2015-06-24左倩媚张道军何卫军王亚辉王真真陈杨
左倩媚,张道军,何卫军,王亚辉,王真真,陈杨
(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东 湛江 524057;2. 西南石油大学 石油与天然气工程学院,四川 成都 610500)
琼东南盆地深水区中央峡谷黄流组物源特征
左倩媚1,2,张道军1,何卫军1,王亚辉1,王真真1,陈杨1
(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东 湛江 524057;2. 西南石油大学 石油与天然气工程学院,四川 成都 610500)
物源分析作为岩相-古地理研究的前提和基础,物源体系决定了砂体的展布和储集性能。为明确中央峡谷体系黄流组储集体展布规律及下一步勘探方向,本文应用中央峡谷最新钻井资料,采用重矿物组合、锆石U-Pb测年等分析方法,结合地震反射特征,对中央峡谷黄流组物源体系特征进行分析。地震反射特征表明来自海南隆起和昆嵩隆起物源的三角洲体系,通过二次搬运沉积了陆架斜坡区和盆底的低位海底扇,为中央峡谷的沉积充填提供了充足的粗碎屑沉积物;新钻井黄流组样品中重矿物组合以白钛矿、石榴石、磁铁矿含量较高为主要特征,与莺歌海盆地受蓝江物源影响和琼东南盆地受丽水-秋滨河物源影响的地层重矿物组合相似;锆石U-Pb测年分析表明,中央峡谷黄流组地层中样品年龄图谱具有30~2 000 Ma变化范围,与莺歌海盆地受昆嵩隆起物源影响的钻井以及越南现代河流采集的沙样具有非常一致的年龄段和丰度。综上所述,中央峡谷受多物源的影响,越南昆嵩隆起为主的琼东南盆地西部物源体系,是琼东南盆地乐东凹陷晚中新世深水扇以及中央峡谷粗碎屑物质的主要沉积物供给来源区。
琼东南盆地;深水区;中央峡谷;黄流组;物源分析
1 引言
深水峡谷体系作为深水沉积物主要的运移通道,将滑塌、碎屑流和浊流等沉积物从浅水搬运到深水环境中[1—3]。大多数深水峡谷都与大河口相连,如恒河、密西西比河和刚果河等,起始于陆架坡折处,通常可以延伸到陆坡底部,也有些峡谷平行于陆坡走向分布,如地中海西部的Almeria峡谷和南海北部琼东南盆地的中央峡谷[4—6]。深水峡谷的充填物可以作为良好的油气储层,许多著名的深海油气田位于古代的海底峡谷中,如加利福尼亚的North Midway-Sunset高产油田等[7]。我国在这方面也取得了巨大成功,2010年针对南海北部琼东南盆地深水区中央峡谷钻探的LS1-X井获得了天然气发现,拉开了南海西部深水油气勘探序幕,特别是2014年在该领域连续自营钻探7口井均获得成功,共发现天然气三级地质储量超千亿方,揭示了中央峡谷中充填了厚达数百米的高孔高渗深海浊积砂岩。对于中央峡谷的沉积充填特征,已有众多学者进行了大量研究,对中央峡谷砂岩的沉积环境、充填类型、微相特征、成因及沉积模式等均取得了较好的认识[5—6,8—15]。李冬等[8]、王英民等[9]认为中央峡谷中地震反射表现为强振幅、中频率、中—好连续性反射,在横向剖面上呈楔状外形,与下切侵蚀水道地震相构成“海鸥翼”外形,在平面上沿着水道发育的砂体,为红河水系提供的沉积物穿越莺歌海盆地在琼东南盆地深水区形成的深水天然堤—溢岸沉积。刘睿等[10—11]认为琼东南盆地的中央峡谷汇聚了来自于红河、北侧陆架—陆坡、中—西沙隆起区的沉积物。晚中新世(11.6~5.3 Ma),以北部陆架—陆坡物源为主导,上新世(5.3~2.5 Ma)以北部陆架—陆坡和红河物源为主导,第四纪则以北部陆架—陆坡、中—西沙隆起区物源为主。研究认为中央峡谷在平面上具有明显的分带性,而且不同峡谷段充填不仅沉积构成及微相类型有明显差异,其沉积物源也具有明显的差异[5—6,12—16]。乐东、陵水凹陷段的中央峡谷相对较粗的砂质沉积物主要来自西侧物源,以浊积水道、席状砂、天然堤等沉积微相为主,泥质沉积物则主要来自于中央峡谷北侧的陡峭陆坡滑塌形成的块体流沉积。而峡谷东部长昌凹陷段的物源则相对单一,且北部陆坡较缓,大型块体流也不发育,仅仅由于峡谷壁较陡形成一些滑塌沉积,至今一直处于“饥饿”状态。显然,已有的研究成果表明,海南隆起、红河以及越南昆嵩隆起3个物源区对琼东南盆地中央峡谷的沉积充填演化有重要的影响。但究竟哪个物源对盆地内沉积起主导作用,迄今尚未有明确的说法。而物源分析是精准岩相-古地理研究的前提和基础,主要的物源体系决定了砂体的展布特征和储集性能。因此,本文在前人研究的基础上,结合了中央峡谷最新钻井资料,采用地震反射特征、重矿物组合、锆石U-Pb测年等分析方法,对中央峡谷中中新世黄流组地层的物源体系特征进行分析。研究结果将进一步深化了中央峡谷物源体系认识,对中央峡谷水道砂体的时空展布、储层研究、有利区预测及下一步的深水油气勘探部署都具有重要的理论和实践意义。
2 区域地质背景
琼东南盆地位于南海海域西北部,总体呈北东向位于海南岛隆起和永乐隆起之间,西临莺歌海盆地,东北侧和西沙海槽相连。琼东南盆地深水区是指水深大于300 m的区域,主要包括中央坳陷(自西向东依次为乐东凹陷、陵水凹陷、松南-宝岛凹陷、和长昌凹陷)和南部隆起(见图1)。琼东南盆地为前第三系基底基础上发育的新生代大陆边缘拉张断陷型含油气盆地,基岩主要是由古生界大理岩、片岩、石英岩等变质岩以及火山碎屑岩组成,并在侏罗纪-白垩纪发育大量花岗岩侵入体[17]。琼东南盆地具有准被动边缘性质,经历了新生代的断陷、断坳、坳陷期等几个构造演化阶段,具有下断上坳的双层结构。相应发育了始新统陆相湖盆沉积、早渐新统崖城组海陆过渡相的半封闭浅海沉积、晚渐新统陵水组到早中新统三亚组陆表海沉积和中中新统梅山组、晚中新统黄流组、上新统莺歌海组、更新统乐东组到现今陆架陆坡海相深水沉积等4套沉积组合。
中央峡谷位于琼东南盆地深水区中央坳陷,总长约425 km,宽9~30 km。西起乐东凹陷,经陵水凹陷、松南-宝岛凹陷、长昌凹陷,向东延伸进入西沙海槽。整体呈东西向“S”型展布,在西部乐东、陵水凹陷峡谷的延伸方向为NE向,东部峡谷的延伸方向为NEE向。现今中央峡谷海底仍清晰可见,从现今的海底地貌图上看,现今峡谷位于松南-宝岛凹陷与长昌凹陷的交界处,负地形形态明显,向东深度加大,呈带状分布在深海平原中。现今中央峡谷与晚中新世-上新世发育的中央峡谷在盆地东部的位置基本没有变化,说明了琼东南盆地东部中央峡谷没有发生明显摆动或者迁移,垂向上具有很好的“继承性”[5]。
3 材料及方法
本次研究采用地震反射特征、重矿物组合分析方法和锆石U-Pb同位素测年方法对中央峡谷开展物源分析。地震反射特征中的前积下超方向,下切谷、水道(海底扇)走向,地层厚度变化等均可指示沉积物的来源及填充方向,并可对岩类分析、重矿物组合特征等分析起到相互印证的作用,也为沉积相解释提供了环境信息。同时选取了莺-琼盆地多口钻井黄流组地层样品的重矿物资料开展重矿物组合分析,根据同一沉积时期水平方向上重矿物种类和含量变化图来推测物质来源的方向。锆石U-Pb同位素测年方法主要是针对深水区中央峡谷2口钻井和莺歌海盆地中部1口钻井的晚中新统黄流组地层进行了分析研究。锆石是自然界中一种常见矿物,广泛存在于各类岩石中,富含U和Th,具有较低普通Pb含量以及非常高的矿物稳定性,使得锆石U-Pb测年成为同位素年代学研究中最常用和最有效的方法之一[18]。样品经过淘洗、电磁选和重液分选后,在双目镜下挑选,每份样品中分选出的500颗至数千颗不等的含包裹体少、无明显裂隙的锆石颗粒。将锆石颗粒粘在双面胶上,灌上环氧树脂做成靶子,将靶子表面抛光,抛光后用阴极发光(CL)显微镜观察锆石的结构及测定它的年龄。锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用LA-ICP-MS同时分析完成。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法采用Liu等的方法[19]。对于所测试的U-Pb年龄结果,取谐和度 [(206Pb/238Uage)/(207Pb/235U age)×100%]介于90%~110%之间为谐和年龄。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig,2003)完成。
图1 深水区中央峡谷位置分布图Fig.1 Sketch map of the central canyon in the deep-water area
4 物源特征分析
4.1 地震反射特征
海南岛作为琼东南盆地北部长期出露的大型岛屿,是琼东南盆地主要的物源区。岛内地层发育较全,自中元古界至第四系,除缺失蓟县系、泥盆系以及侏罗系外,其他地层均有分布,岛内岩浆岩分布广泛,且具有多期次活动特征[20]。印支期和燕山期花岗岩覆盖了海南岛全岛近60%区域,而加里东期花岗岩仅占一小部分。海南岛发育多条入海河流,对莺-琼盆地沉积演化产生了深远的影响[21]。从海南隆起至陵水凹陷的地震剖面上看,5.5 Ma以后,琼东南盆地北部发育明显向海迁移的陆架坡折,入海河流带来充足的物源供给堆积了巨厚的沉积层。由于物源供给相对充足,陆架斜坡区和盆底的低位海底扇发育(见图2)。根据中央峡谷钻井揭示,黄流组地层的微体古生物具有浅水沉积特征,是浅水沉积物经过二次搬运的深水重力流沉积[22]。
越南以红河和马江水系为主红河物源体系和以蓝江水系为主昆嵩隆起区物源体系对莺歌海盆地晚中新统黄流组地层沉积影响深远[23]。这一时期由于红河袭夺事件的影响,红河物源体系主要以泥质碎屑岩沉积为主[23—24]。而蓝江水系则发育规模较大的河流三角洲,河流三角洲带来的粗碎屑沉积物在重力作用下被搬运到莺歌海盆地中央较低洼的部位再沉积,形成大型海底扇水道砂复合体。不仅仅是蓝江,其中南部的丽水、秋滨河和归仁河等多条河流在黄流组沉积时期都发育大型的河流三角洲沉积体系,为莺歌海盆地甚至是琼东南盆地提供了大量的粗碎屑物质。特别是晚中新世—上新世,由于莺歌海盆地容纳空间小于物源供给,导致这些沉积物向东、东南运移至琼东南盆地[25—26]。从中建隆起至琼东南盆地乐东凹陷的地震剖面可见(图3),黄流组(S40-S30)地层西南端发育S形-斜交前积反射结构,顶部迅速上超减薄,分析认为是来自西部物源控制的海底扇[9]。
图2 琼东南盆地海南隆起—陵水凹陷地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of Hainan Uplift-Lingshui Sag in Qiongdongnan Basin
图3 琼东南盆地西部物源地震反射特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of the western provenance
4.2 重矿物组合特征
本次研究统计了莺-琼盆地代表不同位置的多口钻井黄流组的重矿物样品分析数据,共计200余个样品。通过重矿物代表值法,即用某井位同一层位的全部样品分析结果中的各重矿物百分含量的算术平均值,来代表该时期井位的重矿物组合类型和百分含量。为了保证统计的准确性,绝大多数代表值的求取都使用了至少3个以上的样品数,能够较可靠地反映重矿物总体特征。黄流组的重矿物总体可以识别30余种,其中颗粒百分含量大于10%(平均值)的矿物有:锆石、石榴石、磁铁矿、赤褐铁矿和白钛矿;颗粒百分含量(平均值)在5%~10%间的矿物有电气石、角闪石、金红石和锐钛矿;含量极少或只在个别时期的井位出现的矿物有:帘石类、榍石、辉石、板钛矿、红柱石、磷灰石和独居石等(见表1)。
不同类型的母岩其矿物组分不同,经风化破坏后会产生不同的重矿物组合,因此可以利用重矿物组合恢复母岩区性质。王策等[21]针对海南多条河流(如宁远河等)、越南东北的红河以及越南东部的主要入海河流(马江、蓝江等)(内部资料)开展了重矿物分析研究。通过河口沉积物的重矿物分布可见样品均具有较高的钛铁矿,为典型的河流沉积物副矿物。如海南南部河流(望楼河和宁远河)重矿物组合为磁铁矿+锆石+榍石+钛铁矿+绿帘石+褐铁矿型,表明母岩物源复杂,含量较高的锆石、榍石主要来自晚古生代—中生代酸性岩浆岩(如花岗岩) ; 磁铁矿、钛铁矿与中生代中—基性岩浆岩有关;绿帘石来自下古生界变质岩,褐铁矿以及磨圆度好的锆石可能与中生界沉积岩相关。红河河口沉积物的重矿物组合均显示为磁铁矿-钛铁矿-石榴石-赤褐铁矿-绿帘石-角闪石型,表明沉积物受高级变质岩的影响最大。而越南东部河流的矿物组合不尽一致,表明周缘母岩岩性复杂。例如,蓝江沉积物矿物组合为锆石-电气石-金红石-白钛矿-钛铁矿-磷灰石型,表明沉积物主要来自酸性火山岩物源区并且经历长距离的运移导致矿物成熟度较高;而中南部秋滨河沉积物中以石榴石、绿帘石和黄铁矿为主,表明沉积物主要受高级变质岩类母岩影响。
表1 莺—琼盆地钻井黄流组主要重矿物含量(%)
从钻井的平面分布特征上看,YC1-X井样品重矿物组合为锆石-电气石-白钛矿-金红石-锐钛矿型的酸性火山岩母岩,表明主要受海南隆起物源控制;BD1-X井高褐铁矿和磨圆度较好的锆石与海南隆起上中生界沉积岩有关; LT1-X井表现出磁铁矿和石榴石的特征组合可能是红河物源和海南隆起物源共同作用的结果;莺歌海盆地的DF1-X井并不属于红河物源区的变质岩类组合,推测主要受到来自越南昆嵩隆起东部沿岸酸性火山岩的控制(如蓝江)。琼东南盆地乐东凹陷LD1-X井锆石-电气石-石榴石-白钛矿-锐钛矿型与DF1-X井有相似之处,说明也受到越南昆嵩隆起物源的影响,而高石榴石的组合特征则对应着越南中南部丽水、秋滨河物源。中央峡谷体系的钻井样品(LS1-X井和YL1-X井)重矿物组合以白钛矿、石榴石、磁铁矿含量较高为主要特征(见图4),不同于单一海南隆起物源体系控制的重矿物组合特征,与红河物源的重矿物特征也存在一定的差别,而与莺歌海盆地中部受蓝江物源影响的DF1-X钻井和受丽水—秋滨河物源影响的LD1-X井重矿物组合较相似,因此判断昆嵩隆起物源对中央峡谷体系影响较大。
4.3 锆石测年分析
在莺—琼盆地钻井开展碎屑锆石U-Pb测年研究工作较少,本次研究主要采集了深水区中央峡谷两口钻井和莺歌海盆地一口钻井黄流组的样品,通过对比现代海南岛以及越南主要入海河流的河口沉积物样品的锆石U-Pb测年的年龄数据[27],来讨论该时期物源供给的异同点。从分析结果来看,海南岛现代河流样品主要年龄谱包括100~300 Ma的两期:燕山运动和印支运动(Yanshanian Period:65~195 Ma,Indosinian Period:195~360 Ma),其中燕山期峰值集中在100 Ma,海西—印支期峰值集中在250 Ma。这与海南现代岛内出露的地层分布一致。
越南东部河流沉积物的年龄谱主要包括200~500的两期:印支运动和加里东运动(Indosinian Period :195~360 Ma,Caledonian Period:360~650 Ma),500~1 000 Ma有零星分布。红河河口主要包括35 Ma、255 Ma和730 Ma三期;红河断裂带和昆嵩隆起区河流样品的年龄谱无明显区别。越南北部河流红河、马江、蓝江具有35 Ma、255 Ma、435 Ma、730 Ma年龄群或峰值,越南中南部河流里河,秋滨河主要是255 Ma、435 Ma两个峰值,但缺少新生代35 Ma峰值。这是由于20~40 Ma,越南北部发生强烈的走滑剪切作用,形成一系列花岗岩和变质片麻岩[28]。
图4 莺-琼盆地黄流组重矿物特征分布图Fig.4 Heavy mineral assemblage characteristics of Huangliu Fomation
中央峡谷两口钻井黄流组地层的样品年龄图谱很类似,具有30~2 000 Ma年龄变化范围,并存在25~60 Ma(35 Ma)、70~170 Ma、220~270 Ma、420~460 Ma、800~850 Ma、1 800~2 000 Ma、2 400~2 600 Ma年龄群或峰值。其年龄主要峰(段)可与各地质时期构造运动对应:~30 Ma对应于喜马拉雅期(<66 Ma),70~110 Ma和150~170 Ma对应于燕山期(66~195 Ma),220~270 Ma对应于印支期(206~300 Ma),420~460 Ma对应于加里东期(361~500 Ma),800~850 Ma对应于南华期(701~850 Ma),1 800~2 000 Ma对应于吕梁期(1 801~2 400 Ma),2 400~2 600 Ma对应于阜平期(2 401~2 600 Ma)。而海西期(301~360 Ma)、震旦期(501~700 Ma)、晋宁期(851~1 000 Ma)、蓟县期(1 001~1 400 Ma)、长城期(1 401~1 800 Ma)和迁西期(>2 600 Ma)在龄谱中所占丰度均较低。
中央峡谷钻井的锆石年龄谱中印支期和加里东期丰度含量相对较高,也具有明显喜马拉雅期、南华期、吕梁期和阜平期年龄群或峰值,与海南岛现代河流样品的年龄谱存在差异,指示海南岛并非中央峡谷黄流组沉积时期的主要沉积物供给物源。莺歌海盆地中部的井DF1-X表现出与中央峡谷钻井相似的年龄分布特征,它们与红河以及越南中南部马江、蓝江、丽水、秋滨河等河流的锆石U-Pb年龄具有非常一致的年龄段,而且其各个年龄段所占丰度也高度一致。由于红河物源体系在晚中新世时期以来主要以泥质碎屑岩沉积为主,因此可以判断:(1)自晚中新世以来发育的中央峡谷中主要的沉积物物源并非为海南岛;(2)越南昆嵩隆起物源体系主导的琼东南盆地西部的物源体系,是晚中新世时期琼东南盆地西部乐东凹陷深水扇以及中央峡谷浊积砂岩的主要沉积物供给区。
图5 黄流组地层样品与海南、越南现今河流沉积物锆石U-Pb测年分析图Fig.5 The zircon U-Pb analysis of Huangliu Formation cample from wells of the central canyon system and river sediments of Hainan and Vietnam
5 结论
(1)地震反射特征表明,受海南隆起和昆嵩隆起物源影响的河流三角洲体系,通过二次搬运沉积了陆架斜坡区和盆底的低位海底扇,并为中央峡谷的沉积充填演化提供了充足的粗碎屑沉积物。
(2)中央峡谷体系的钻井样品重矿物组合以白钛矿、石榴石、磁铁矿含量较高为主要特征,明显不同于海南隆起物源体系控制的重矿物组合特征,与红河物源的重矿物特征也存在一定的差别,而与莺歌海盆地受蓝江物源和受丽水-秋滨河物源影响的钻井重矿物组合相似,昆嵩隆起物源对中央峡谷体系影响较大。
(3)中央峡谷两口钻井黄流组地层的样品年龄图谱具有30~2 500 Ma年龄变化范围,并存在与喜马拉雅期、燕山期、印支期加里东期等各地质时期构造运动年龄群或峰值。与海南岛的锆石年龄谱图存在的明显差异,而与莺歌海盆地受昆嵩隆起物源影响的钻井样品以及越南中南部现代河流采集的沙样表现出非常一致的年龄段和丰度,由此可判断以越南昆嵩隆起为主的琼东南盆地西部的物源体系,是晚中新世时期琼东南盆地西部乐东凹陷深水扇和中央峡谷浊积砂岩的主要沉积物供给区。
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Provenance analysis of Huangliu Formation of the central canyon system in the deepwater area of the Qiongdongnan Basin
Zuo Qianmei1,2,Zhang Daojun1,He Weijun1,Wang Yahui1,Wang Zhenzhen1,Chen Yang1
(1.ZhanjiangBranchofChinaNationalOffshoreOilCorporationLimited,Zhanjiang524057,China;2.CollegeofOilandGasEngineering,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China)
The provenance analysis is the premise and basis of lithofacies-paleogeography studies because sediment supply controls the distribution and physical properties of sandstone. In this paper,the provenance characteristics of Huangliu formation in the central canyon are studied using the new drilling data,combining seismic profiles,through methods like heavy minerals assemblage and zircon U-Pb age. From seismic profiles,it is presumed that sediments coming from the Hainan Uplift and Kuntum Uplift were deposited on the deltas,which were re-transported into the shelf-slope and submarine fans supplying abundant debris sediments to fill the central canyon. Samples of Huangliu Formation from new wells show high content in leucoxene,garnet and magnetite,which is similar to the strata under the influence of Blue River in Yinggehai Basin and Lishui-Qiubin River in Qiongdongnan Basin. Zircon U-Pb dating analysis shows that,characteristics of zircon U-Pb age distribution of the samples in Huangliu Formation of the central canyon with age Atlas 30-2 000 Ma range,is similar as the drilling samples effected by Kontum uplift provenance in Yinggehai Basin and the samples gathered from modern river of Vietnam with very consistent ages and abundance.In summary,the central canyon system is under the influence of various provenance including the ancient Hainan Uplift and the Kunchong Uplift. The western provenance system,which is mainly composed of Kunchong Uplift in Vietnam,was the main sediment supply for the submarine fan developed during late Miocene in Ledong Sag and the turbidity sandstone deposited later in the central canyon system.
deep-water area; Qiongdongnan Basin; the central canyon; Huangliu Formation; provenance analysis
10.3969/j.issn.0253-4193.2015.05.002
2014-10-20;
2015-03-06。
国家科技重大专项课题(No.2011ZX05025)。
左倩媚(1983—),女,湖北省荆门市人,工程师,主要从事沉积学研究。E-mail:zuoqm@cnooc.com.cn
P736.21
A
0253-4193(2015)05-0015-09
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