白云凹陷恩平组“源—汇”体系及其对油气勘探的影响

韩银学陈 莹杨海长王龙颖沈怀磊郭 帅纪 沫曾智伟

（1中海油研究总院；2中国地质大学（武汉））

白云凹陷恩平组“源—汇”体系及其对油气勘探的影响

韩银学1陈 莹1杨海长1王龙颖1沈怀磊1郭 帅1纪 沫1曾智伟2

（1中海油研究总院；2中国地质大学（武汉））

恩平组是珠江口盆地白云凹陷深水区已证实的主力生烃层系，对其沉积演化规律及主控因素的认识是指导白云凹陷油气勘探的基础。基于钻井、岩心、地震、古生物等资料的综合研究认为，恩平组不同沉积时期的“源—汇”体系发生明显转变，恩平组沉积早—中期以凹陷周缘隆起区的中生界火成岩为主要物源区；恩平组沉积晚期，凹陷北部主物源通道逐渐开启，古珠江携带的华南褶皱带物源进入白云凹陷。受其影响，恩平组沉积早—中期白云凹陷发育古沟槽控制下的近物源的小型辫状河三角洲、扇三角洲及滩坝沉积，恩平组沉积晚期，则发育持续进积的大型煤系三角洲。“源—汇”体系的转变既控制了恩平组近岸煤系、远岸陆源海相、封闭海湾海相烃源岩的平面有序分布，以及早—中期煤系烃源岩分散分布、晚期广泛发育的纵向差异性；也导致了恩平组沉积早—中期发育近源扇三角洲、辫状水道复合体、滩坝成因为主的岩性—地层目标，晚期发育三角洲前缘前积复合砂体为主的岩性—地层目标。

烃源岩；沉积环境；岩性地层油气藏；恩平组；珠江口盆地；白云凹陷

盆地地貌、沉积物源及沉积体系展布向来是沉积盆地研究的重点内容[1]。隆起区或造山带的岩石在物理、化学、生物作用之下发生剥蚀，并经由多种地质营力搬运至盆地中沉积堆积，从而构成了地球表层完整的“源—汇”体系。对盆地中沉积充填物的“源—汇”体系进行分析，不仅是研究地球表层系统中“盆—山”耦合关系的重要途径，也是窥探地球深部动力学过程及演化的重要窗口[2-4]。此外，“源—汇”体系的研究对认识含油气盆地的成盆过程与油气成藏地质条件同样具有重要意义，并被广泛应用[5-7]。

白云凹陷是珠江口盆地深水区主要的富烃凹陷和勘探主战场，自下而上发育了文昌组半深湖相、恩平组煤系—陆源海相、珠海组陆源海相3套烃源岩[8-13]，其中恩平组三角洲煤系—陆源海相泥岩是主力烃源岩[10-11]。但由于油气勘探集中在中浅层的珠江组、珠海组，白云凹陷前期的研究聚焦在中浅层陆架边缘三角洲—深水扇体系[14-16]，针对中深层恩平组的研究仅限于烃源岩特征与生烃潜力方面[17-18]以及为数不多的沉积环境阐述[19]。随着中浅层油气勘探难度的增加，寻找勘探新方向是不可回避的问题，作为主力生烃层系的恩平组则可能是白云凹陷未来油气勘探的重要接替领域[20]，因此，系统认识恩平组的沉积演化过程及其主控因素，对白云凹陷的油气勘探意义重大。

本文基于已有钻井与三维地震数据，对白云凹陷恩平组沉积充填特征开展研究，重点分析了恩平组不同沉积时期的古地貌与物源特征，重建了物源体系与恩平组沉积格局的关系，并讨论了恩平组“源—汇”体系转变的油气地质意义，旨在为白云凹陷恩平组油气勘探潜力的认识提供重要依据。

1 地质背景

白云凹陷位于中国南海北部大陆边缘珠江口盆地珠二坳陷，东邻东沙隆起，西接云开低凸起，北邻番禺低隆起，南缘与南部隆起、白云南洼相接，凹陷三分之二以上的面积处于深水区（图1）。受新南海扩张的影响[21-23]，白云凹陷经历了断陷、断坳、坳陷3期构造演化阶段，相应地发育了始新统文昌组湖相、始新统—下渐新统恩平组海陆过渡相、上渐新统珠海组浅海相、中新统珠江组及以上地层的半深海—深海相沉积。恩平组为白云凹陷断坳复合期沉积的一套地层，最大厚度可达5000m，是一个顶、底均为不整合界面围限的完整二级层序单元。通过典型地震界面的识别追踪，结合已有钻井的岩性、测井曲线及古生物资料分析，将白云凹陷恩平组自下而上划分为3个三级层序，分别对应恩平组的下段、中段及上段（图2）。

图1 白云凹陷构造简图

图2 白云凹陷恩平组层序地层格架特征

2 恩平组沉积环境与沉积相

2.1 沉积环境

传统观点认为，白云凹陷恩平组为一套湖沼相沉积[11，17，24]，但随着勘探资料增加，恩平组海相沉积环境的认识逐渐得到认可[8，21]。白云凹陷及其周缘有10余口钻井揭示了恩平组，其中H29井、B13井、W21井、P33井这4口钻井较为详细的古生物资料显示恩平组主要为海相沉积环境，其中凹陷东部的H29井和西部云开低凸起上的B13井在恩平组上段连续发育较高浓度的海相沟鞭藻，且远大于河流相藻类浓度；位于白云凹陷南侧南部隆起倾没端的W21井恩平组连续发育钙质超微化石，并且其丰度和分异度自下而上逐渐增高；而凹陷北部的P33井在恩平组上段顶部也连续发育高浓度的海相沟鞭藻化石，且浓度向上增大。上述4口钻井的古生物资料显示，白云凹陷恩平组沉积期整体以海相环境为主，并且海水的影响范围逐渐扩大。

2.2 沉积相特征

2.2.1 恩平组下段沉积相特征

恩平组沉积早期，白云凹陷南部与荔湾凹陷乃至广海连通。凹陷内部以滨浅海沉积为主，浅海相分布于主洼凹槽部位，以浅海相泥岩为主（图3a），地震剖面上表现为中强振幅中低频连续反射的特点。凹陷北部斜坡带东西两侧各发育规模不大的小型辫状河三角洲沉积（图3a），地震剖面上表现为小规模的前积充填及较强的下切侵蚀特征；在东、西部辫状河三角洲之间的高部位，则发育滩坝相沉积（图3a），地震剖面上表现为典型的强振幅低频、短轴叠置的特征，并且随海平面的上升向隆起区上超。凹陷西南部云开低凸起北部边缘断层陡坡带及凹陷东部隆起带则发育扇三角洲沉积（图3a），顺物源的地震剖面上表现为楔形杂乱强振幅反射。

2.2.2 恩平组中段沉积相特征

恩平组中段沉积时期水域范围扩大，白云凹陷仍以滨浅海的沉积环境为主（图3b）。沿凹陷西北边缘，地层具有弱振幅差连续的地震反射特征，推断为海岸平原沉积，浅海沉积分布于主洼凹槽部位（图3b），具有平行连续的地震反射特征。北部缓坡带发育小型辫状河三角洲，南部陡坡带扇三角洲规模减小(图3b）。滩坝沉积平行于浅海相带边缘广泛发育，厚度均匀，地震剖面上表现为强振幅中低频连续的反射特征，垂直岸线方向地震相快速变化。此外，恩平组中段局部发育浊积砂体，地震剖面上呈变振幅中差连续的前积结构。

2.2.3 恩平组上段沉积相特征

恩平组上段沉积时期，整个白云凹陷普遍被海水覆盖，发育以滨浅海为主的沉积环境，其中滨海相沿白云凹陷周缘隆起呈环带分布，浅海环境分布于凹陷南部及白云东洼，发育浅海相泥岩（图3c），地震剖面上表现为中强振幅低频好连续的反射特征，H29井钻遇了该套浅海相泥岩。与早—中期不同的是，恩平组上段沉积时期，白云凹陷北部斜坡带发育了一套大型的煤系三角洲（图3c），地震剖面上表现为典型的前积反射特征（图4），P33井揭示了该三角洲的平原亚相部分，发育大套的分流河道砂体及多套薄煤层。

图3 白云凹陷恩平组沉积相图

根据三角洲内部反射结构及其与上下界面接触关系，将恩平组上段三角洲划分为3期（图4）。第一期三角洲以高角度斜交型前积反射为主，前积角度可达5°；第二期三角洲以S形—斜交复合型前积反射为主，前积角度在4°左右；而第三期三角洲以S形前积反射为主，前积角度在3.5°左右，3期三角洲从早到晚逐渐向凹陷中心推进（图4）。随着持续的进积，恩平组上段3期三角洲的分布面积从早至晚逐渐扩大，最大达到4500km2，三角洲前缘部分已推进至凹陷南部边缘附近（图3d—f）。

3 恩平组沉积期的古地貌与物源特征

3.1 恩平组中—下段沉积期的古地貌与“源—渠”体系

恩平组中—下段沉积期，受周缘的番禺低隆起、东沙隆起、南部隆起的分隔影响，白云凹陷仅南部与广海连通，为典型的半封闭海湾（图5a），番禺低隆起将白云凹陷与恩平凹陷带完全分隔（图6），北部古珠江物源无法进入白云凹陷。该时期白云凹陷的碎屑沉积物源主要来自于凹陷周缘隆起，其母岩以中生界火成岩为主。古地貌显示，恩平组下段沉积期，周缘隆起与白云凹陷的结合部发育的一系列古沟槽成为近源碎屑物质向凹陷内输送的有利通道（图5a）。因此，在周缘隆起提供物源、古沟槽输送的“源—渠”体系控制之下，白云凹陷周缘发育了一系列的小型辫状河三角洲、扇三角洲及（扇）三角洲再改造形成的滩坝沉积（图3a、b）。

图4 白云凹陷恩平组上段3期三角洲的地震响应特征

图5 白云凹陷恩平组沉积期的古地貌与不同成因的岩性体分布图

图6 过珠江口盆地恩平凹陷至白云凹陷的地震剖面(剖面位置见图1)

3.2 恩平组上段沉积期的古地貌与“源—渠”体系

3.2.1 古地貌与物源通道

恩平组上段沉积时期，随着早、中期的沉积填平补齐及海平面上升，白云凹陷与周缘隆起的隆凹地貌格局减弱，番禺低隆起开始接受沉积，白云凹陷与北部的恩平凹陷完全连通（图6），并且在凹陷的西北部发育贯穿番禺低隆起、连接恩平、白云南北两个凹陷的古沟槽（图5b）。

研究表明，地震剖面上的前积方向指示沉积物主要推进方向，其反方向可近似指示物源方向[25]。对白云凹陷恩平组上段三角洲前积方向分析显示，东南方向是三角洲前积的主方向，即三角洲物源主要来自于西北方向。因此，白云凹陷西北部的大型沟槽是恩平组上段沉积时期三角洲物源输送的主通道。

实际上，恩平组上段沉积时期三角洲发育的不同阶段，凹陷西北部的物源通道特征存在一定差别。第一期三角洲物源通道偏西南部，呈北西—南东向延伸至白云主洼，通道较浅且宽，其北侧的番禺低隆起仍具有一定的分隔作用（图7a）。第二期三角洲发育期，物源通道明显向东北方向迁移，通道浅且窄，其北侧番禺低隆起的分割性明显减弱（图7b）。第三期三角洲的物源通道进一步向东北方向迁移，呈北西西向伸入凹陷，通道变宽变深，其北侧番禺低隆起的分割作用完全消失（图7c）。随着主物源通道迁移及通道北部隆起分割作用逐渐减弱，恩平组上段沉积时期从早到晚，3期三角洲主体不断向东北迁移，并持续推进至凹陷南部边缘附近（图3d—f）。

3.2.2 物源特征

古地貌分析显示，白云凹陷西北部的物源通道呈现逐渐打开的过程，即恩平组上段第一期三角洲沉积期，白云凹陷与恩平凹陷以番禺低隆起局部分隔，第二期三角洲发育期逐渐连通，第三期三角洲沉积期则完全连通（图7）。这说明，恩平组上段第一期三角洲发育期，古珠江物源对白云凹陷的贡献相对有限，第二、第三期三角洲发育期，随着凹陷北部通道的逐渐打开，古珠江物源成为白云凹陷的主物源。白云凹陷北部的P33井恩平组上段3期三角洲的碎屑锆石U—Pb年龄分析也证实了这一点。

图7 白云凹陷恩平组上段3期三角洲沉积期的古地貌图(a）第一期三角洲；(b）第二期三角洲；(c）第三期三角洲

碎屑锆石U—Pb年龄分析结果显示，恩平组上段3期三角洲均包括中生代（侏罗纪为主、白垩纪次之、少量三叠纪）、前寒武纪—古生代碎屑锆石。从形态看，前寒武纪—古生代碎屑锆石具有变质呈因锆石的特点，沉积岩为母岩的变质锆石磨圆好，内部碎裂明显，颗粒外形呈白色的次生边等；火成岩为母岩的变质锆石表现为核部晶面简单，具有环带状结构，锆石外侧发育次生边（图8）。中生代岩浆锆石呈长柱型，晶面简单，晶体多发育平直棱柱面，内部结晶环带明显，体现了岩浆活动过程中锆石振荡分带生长的特点[26]（图8）。

从年龄谱峰看，恩平组上段三角洲从早到晚，前寒武纪—古生代碎屑锆石所占的比重分别为38%、50%、71%，至珠海组为78%，呈显著增加趋势，并且在第三期三角洲至珠海组中古中元古代—太古宙的碎屑锆石呈增加趋势；而中生代碎屑锆石所占的比重则分别为62%、50%、29%，至珠海组为22%，呈逐渐下降趋势，第一、第二期三角洲的碎屑锆石存在晚白垩世年龄谱峰（65～100Ma），第三期三角洲至珠海组则无该年龄峰值（图8）。

图8 白云凹陷P33井碎屑锆石U—Pb年龄及锆石特征

从潜在物源区的年龄构成来看，珠江口盆地北侧华南褶皱带的基底主要为太古代至中生代变质岩、岩浆岩[27]，同位素年代学研究证实了华南大陆存在太古宙至元古宙的古老基底[28-30]，并且发育大量燕山期岩浆岩[27，31]。相比较而言，白云凹陷周缘隆起的基底岩性及地质年代相对简单，钻遇基岩的钻井显示，盆内隆起区90%左右的基岩为燕山期中酸性火成岩[32]，其K—Ar和Rb—Sr年龄在70.5～153Ma之间。番禺低隆起P21井基底花岗岩的年龄为90Ma，P27井基底花岗岩的年龄为118Ma，而东沙隆起L11井、L12井两口井揭示的基底花岗岩年龄则均为90.6Ma[33]。白云凹陷西北部神狐隆起K1井、K9井两口钻井揭示的基底为变质沉积岩，其变质年龄分别为66Ma和153Ma。总体来看，白云凹陷周缘隆起的基底年龄基底普遍年轻，古老年龄基底主要发育在华南褶皱带。

碎屑锆石的形态、年龄特征以及白云凹陷周缘基底年龄的综合分析表明，恩平组上段三角洲的物源经历了早期近源为主向晚期古珠江远源为主的转变；三角洲发育早期碎屑锆石以近物源的中生代岩浆锆石为主，晚期以古珠江流域华南褶皱带古老变质锆石为主。

4 “源—汇”体系转变的油气意义

4.1 “源—汇”体系影响烃源岩的发育与分布

世界上很多大气区都与三角洲伴生，尤其是古近系—新近系大油气区几乎都与三角洲共生，其原因是河流带来了肥沃的土壤、丰厚的养分，保障了植物的繁盛[34]，换言之，河流—三角洲体系对陆生高等植物和有机质富集有重要的控制作用[10]。

4.1.1 “源—汇”体系影响煤系烃源岩发育

白云凹陷恩平组的孢粉组成以反映热带、亚热带气候的组分为主，如杉科粉、双沟粉和栎粉等，反映了湿热气候特征，有利于三角洲煤系地层的发育。恩平组沉积早—中期，由于周缘隆起的分隔作用，白云凹陷发育近物源的、分散分布的小型扇三角洲、辫状河三角洲（图3a、b），近源的小型河流—（扇）三角洲体系控制了煤系烃源岩分散分布的特点。而恩平组沉积晚期，一方面，白云凹陷及周缘隆起开始准平原化，形成利于三角洲发育的相对平缓的古地貌条件；另一方面，北部古珠江物源携带的大量陆源碎屑和陆源有机质为三角洲的大规模形成及煤系烃源岩的广泛发育提供了丰富的物质与营养基础。番禺低隆起P27井恩平组上段从下至上均发育薄煤层；而白云凹陷北部的P33井在恩平组上段第一期三角洲不发育煤层，第二期三角洲发育煤层12层累计24m，第三期三角洲发育煤层10层累计23m，反映了随着物源体系转变，三角洲不断推进，形成大面积的三角洲平原环境，为煤系烃源岩的发育提供了有利的营养与空间条件。

4.1.2 “源—汇”体系影响恩平组陆源海相烃源岩发育白云凹陷恩平组陆源海相泥岩烃源岩普遍具有低双杜松烷、高奥利烷、中等Pr/Ph值的特点，反映了其有机质主要来自于陆生高等植物[9]。河流作为连接物源区与汇集区的纽带，是陆源有机质进入浅海的最重要渠道，因此，物源区河流流域面积的大小一定程度上影响了浅海区陆源海相烃源岩有机质的丰度。恩平组沉积早—中期，白云凹陷为南部与广海连通的半封闭海湾，是陆源海相烃源岩发育的有利环境，推测发育该类烃源岩，但受限于物源区流域面积和（扇）三角洲的规模，且无钻井揭示，因此，该时期的陆源海相烃源岩勘探潜力尚不明确。恩平组沉积晚期，物源区流域面积增加，煤系三角洲的面积不断增大，一方面更多的陆源有机质经由河流—三角洲体系输送进入浅海，促进了浅海泥岩中陆源有机质的富集；另一方面，恩平组沉积晚期大规模的三角洲向凹陷中心推进，不断造成白云凹陷主洼的沉积淤浅，凹陷东部形成更为封闭的海湾沉积环境（图3d—f），有利于有机质的保存。同时大量陆源营养物质向海湾的注入促进了海洋藻类的繁盛，利于海相烃源岩发育。该类烃源岩的有机质主要来自于海生藻类，地球化学指标以不含双杜松烷及奥利烷、低Pr/Ph值为特点[9]，H29井钻探发现了该类烃源岩，其TOC普遍达1%以上，为较好的烃源岩。

总之，在“源—汇”体系的影响之下，白云凹陷恩平组形成了近岸（扇）三角洲煤系烃源岩，远岸陆源海相泥岩烃源岩、封闭海湾海相泥岩烃源岩的有序分布格局（图9），随着（扇）三角洲体系从近源转变为远源，恩平组烃源岩的规模与生烃潜力随之增大。

图9 白云凹陷恩平组烃源岩分布模式图

4.2 “源—汇”体系转变影响岩性—地层目标的分布

白云凹陷恩平组构造圈闭不发育，但发育大量的岩性—地层目标[20]，依成因差别将其分为三角洲前缘前积复合体、辫状水道复合体、扇三角洲前缘砂体、滩坝砂体、低位扇砂体以及浊积体6种类型，其中恩平组中—下段以扇三角洲前缘、滩坝、辫状水道复合体等近物源砂体为主（图5a），目标类型多样，但以近物源为主要特点，这些目标砂体对应的沉积体系分布明显受控于古沟槽及古高地的控制。

恩平组上段岩性—地层目标以三角洲前缘前积复合体为主，该类砂体主要分布在三角洲前缘的沉积坡折之下，向物源区减薄尖灭，顺物源方向具有典型的前积结构，垂直物源方向成蠕虫状反射，表明水下分流河道迁移的特点。因此，三角洲主物源通道与沉积坡折带共同控制了该类岩性—地层目标的发育与空间分布。恩平组上段，随着主物源通道向东北方向迁移及沉积坡折带向东南方向迁移，该类岩性—地层目标也发生规律性的迁移（图7）。

5 结论

(1）白云凹陷恩平组沉积期“源—汇”体系发生明显转变。恩平组沉积早—中期，受强烈的古地貌分隔影响，碎屑物源主要来自凹陷周缘隆起，发育滨浅海背景之下的扇三角洲、辫状河三角洲、滩坝为主的碎屑沉积体系，受古沟谷、古高地的控制。恩平组沉积晚期，凹陷北部物源通道逐渐打开，古珠江物源逐渐进入白云凹陷，促进了大型煤系三角洲的持续发育与迁移。

(2）“源—汇”体系转变控制了白云凹陷恩平组烃源岩的发育。恩平组沉积早—中期，近源（扇）三角洲、较小的物源区流域面积控制了其煤系烃源岩分散分布、陆源海相烃源岩有限分布的格局；恩平组沉积晚期，长程远源物源造就了白云凹陷近岸带煤系烃源岩、远岸带陆源海相烃源岩、封闭海湾海相烃源岩的有序分布格局。

(3）“源—汇“体系转变控制了恩平组岩性—地层目标的差异发育。恩平组沉积早—中期发育扇三角洲、辫状水道复合体、滩坝砂体等近物源岩性—地层目标，受古沟槽、古高地的控制；恩平组沉积晚期，以三角洲前缘前积复合砂体为主，受主物源通道摆动与沉积坡折带迁移共同控制。

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“Source to sink” of Enping Formation and its effects on oil and gas exploration in Baiyun sag, Pearl River Mouth Basin

Han Yinxue1, Chen Ying1, Yang Haichang1, Wang Longying1, Shen Huailei1, Guo Shuai1, Ji Mo1, Zeng Zhiwei2
(1 CNOOC Research Institute; 2 China University of Geosciences (Wuhan))

The Enping Formation is the main source rock that has been proven in deep water area of the Baiyun sag, the Pearl River Mouth Basin. Understanding its sedimentary evolution and key controlling factors is essential for oil and gas exploration in the Baiyun sag. Through comprehensive analysis of wells, cores, seismic data and palaeo-biology, it is believed that the “source to sink” system apparently varied during different sedimentary stages of the Enping Formation. During the early-middle sedimentation stage, the main provenances were the Mesozoic igneous rocks in the uplift areas around the Baiyun sag. during the late sedimentary stage, the source materials were carried by the ancient Pearl River into the Baiyun sag from the South China fold belt as the principal migration pathways in the north of the sag were gradually opened. Correspondingly, proximal small braided delta, fan delta and beach bar dominated by paleo-troughs were deposited in the Baiyun sag during the early-middle sedimentation stage of the Enping Formation, and large continuously-transgressive coal delta was deposited during the late sedimentation stage. The variation of “source to sink” system dominated the plane distribution of the Enping Formation near-shore coal measure, far-shore terrestrial marine and closed bay marine source rocks, and controlled the dispersed distribution of coal-measure source rocks during the early-middle stage and the vertical diversity of extensive development during the late stage. Moreover, the variation of “source to sink” system allowed for the development of lithologic-stratigraphic targets that were mainly derived from proximal fan delta, braided channel complex and beach bar during the early-middle sedimentation stage, and the lithologic-stratigraphic targets dominated by delta-front transgressive complex sand bodies during the late stage.

source rock, sedimentary environment, lithologic-stratigraphic reservoir, Enping Formation, Pearl River Mouth Basin, Baiyun sag

TE111.3

A

国家科技重大专项“南海深水区油气资源潜力与大中型油气田勘探方向”（2016ZX05026007）；国家自然科学基金重大研究计划“南海深海地质演变对油气资源的控制作用”（91528303）。

韩银学（1981-），男，陕西宝鸡人，博士，2010年毕业于中国科学院地质与地球物理研究所，工程师，现从事沉积储层方面的研究工作。地址：北京市朝阳区太阳宫南街6号院中海油大厦，邮政编码：100028。E-mail：hanyx2@cnooc.com.cn

2016-05-06；修改日期：2016-06-06

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.02.003