琼东南盆地古近纪成煤沉积体系类型及特征

刘 莹,刘海燕,杨海长,王东东,宋广增,吕大炜,陈 莹,李增学

[1. 山东科技大学 山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室，山东 青岛 266590； 2. 中海油研究总院，北京 100029； 3. 济南大学，山东 济南 250022]

琼东南盆地新生代经历了早期断陷、中期拗陷和晚期新构造期3个发展阶段，盆地具有多水系、多隆、多凹特征，并具有典型被动大陆边缘的构造、沉积演化特征和良好的油气成藏条件[1-3]。油-源和气-源对比表明盆地内的崖城组煤系烃源岩是主力烃源岩之一。琼东南盆地早渐新世崖城组形成于始新世陆相沉积向晚渐新世陵水组海相沉积过渡的时期。崖城组早期开始发生海侵，但仍以陆相沉积作用占主导。在崖城组中、晚期海侵作用逐渐增强，海相沉积作用逐渐取代陆相沉积作用[4-7]。因此崖城组含煤地层发育在盆地活动相对较弱的裂陷中期，其间各凹陷断裂活动减弱，地势变得相对平缓，气候潮湿，植被大量生长发育，非常适合成煤[8]。

在古近系的沉积体系类型分析中，不同研究者认识上有一定差异性。蔡佳[9]识别出崖城组发育冲积扇体系、(扇)三角洲体系、海岸平原体系、滨海体系、浅海体系；沈怀磊[10]分析了海底扇体系、辫状河-辫状河三角洲-水下扇体系、潮坪-潟湖体系的特征；魏魁生等[11]通过陵水组沉积相展布特征研究，指出它们主要受断坡带控制，形成于裂陷晚期，发育浅海与滨海相为主的沉积环境，盆底扇和斜坡扇、扇三角洲在断裂附近较为发育。张功成等[12]在研究崖北凹陷崖城组烃源岩分布时提到崖城组三段的煤主要在缓坡带的辫状河三角洲平原环境中发育，辫状河道的砂岩与分流间湾的泥岩或煤层互层出现，地震反射特征为乱岗状弱振幅。尚鲁宁等[13]在研究崖南凹陷崖城组辫状河三角洲沉积特征时指出，该凹陷崖城组沉积具有典型的辫状河三角洲特征，成煤作用主要发生在辫状河三角洲平原亚相的泥炭沼泽微相，凹陷中发育多层薄煤层，为良好的烃源岩。

多位学者对琼东南盆地崖城组进行研究，从沉积环境、层序地层及煤系烃源岩潜力等不同的角度认识崖城组沉积。但对于琼东南盆地古近系成煤沉积体系的发育演化及成煤特征关系方面研究较为薄弱，本文将从成煤沉积体系类型及演化特征两方面，结合钻井、测井和地震等数据进行研究，深入分析琼东南盆地古近系不同沉积环境下的成煤物质聚集规律及相关特征。

琼东南盆地天然气勘探开发事实证明，煤系及煤层是最重要的生烃源岩。崖城组煤系烃源岩的主生气期镜质体反射率(Ro)值为0.96%～2.74%，生气极限Ro值为4.38%[14-15]，因此琼东南盆地崖城组煤的演化正处于大量生气阶段，对天然气成藏具有重要作用和贡献。

1 区域地质背景

琼东南盆地位于海南岛东南部海域，南海北部大陆边缘西北部，是新生代形成的NE向伸展盆地，海域面积为6.0×104km2，盆地面积为4.5×104km2。北部与海南隆起区相接，南部为永乐隆起区，西侧为莺歌海盆地，东北为神狐隆起与珠三坳陷相邻，走向近NE向，平行于南海海盆主要构造线[16]。东侧通过西沙海槽与南海西北海盆沟通，西侧与北西向的莺歌海盆地交接。琼东南盆地是南海北部大陆边缘新生代的重要含油气盆地。

琼东南盆地由北部坳陷带、北部隆起带、中央坳陷带及南部隆起带等一级构造单元和20多个二级构造单元构成(表1；图1)[17-22]。盆地自西向东有3个走向不同的裂谷段：西部裂谷段呈EW走向，主要构造单元为崖南、崖北和乐东3个凹陷以及崖城凸起、崖21低凸起。南部裂谷段面积大于4 620 km2，沉积厚度大于4 000 m，为张性地堑结构，内部地震反射主要为平行-似平行结构。北部裂谷段为北断南超的崖北和崖南高角度半地堑，沉积地层主要为古近系，沉积厚度最大处超过3 500 m。东部裂谷段主要构造单元为松东、松西、松南、北礁和宝岛等5个凹陷以及中央凸起、松涛凸起，NE走向。陵水区位于东、西裂谷段之间，主要发育两组方向的断层系统，一组是NW-NWW向，另一组是NEE-NE向，其中以NW-NWW向雁列式断层为主，所控制的共轭断陷为走滑地堑，使陵水区形成区域性构造鞍状脊或洼。

表1 琼东南盆地凹陷结构主要特征统计Table 1 Statistics of the main characteristics of the depression unit in Qiongdongnan Basin

图1 琼东南盆地构造单元划分(据参考文献[17-19]修改)Fig.1 Division of tectonic units in Qiongdongnan Basin(modified from references [17-19])

琼东南盆地钻井显示地层自下而上分别为古近系渐新统、新近系中新统、上新统及第四系。根据岩性、电性、古生物及沉积旋回，将地层划分为八个岩性地层组，自下而上分别为始新统岭头组、渐新统崖城组、陵水组，中新统三亚组、梅山组、黄流组，上新统莺歌海组和第四系乐东组(图2)[22]。

乐东组：钻厚377～2 511.5 m，主要发育浅海相，泥岩以灰色为主，夹薄层绿灰、浅灰色细砂、粉砂层，上部为砾状层砂，富含生物碎屑，松散未成岩。

莺歌海组：钻厚463.5～2 434.8 m。主要发育泥岩，呈绿灰色、灰色厚层状，泥质粉砂岩、细砂岩为浅灰色、灰白色，呈薄层状夹在泥岩中，局部见砾状砂岩、灰岩及薄煤层，呈下细上粗的反粒序。

黄流组：崖北凹陷缺失该组，崖南凹陷钻厚0～664 m，根据岩性和旋回性可分为两段。一段主要由两种岩性呈不等厚互层状，分别为灰色砂质灰岩、灰黄色生物灰岩，以及灰色、深灰色泥岩、浅灰色粉、细砂岩；二段主要为碎屑岩，如深灰色泥岩、浅灰色、灰白色细砂岩，以及夹有薄层灰岩的泥质粉砂岩。

图2 琼东南盆地地层综合柱状图[22]Fig.2 Stratigraphic column of Qiongdongnan Basin[22]

梅山组：钻厚29.5～1 323.5 m，分为两段：一段为浅灰色泥质粉砂岩、细砂岩与灰色泥岩互层，局部见灰色砂岩、砂质灰岩；二段为灰色、深灰色泥岩与浅灰色、灰白色粉砂岩、细砂岩不等厚互层，局部见灰质砂岩、灰岩。崖北凹陷部分井见厚层砂岩、泥质灰岩及泥质砂岩、泥岩。

2 沉积相与成煤沉积体系类型

2.1 典型沉积相类型

通过钻井岩心特征观察与测井资料分析，对研究区的沉积相类型进行识别，研究区渐新统崖城组地层可划分出4类成煤沉积体系，分别为扇三角洲体系、辫状河三角洲体系、潮坪-潟湖体系和障壁海岸-海沼沙岭平原体系。沉积相类型有扇三角洲相、辫状河三角洲相、潮坪相、潟湖相、滨海相和浅海相等，其中扇三角洲平原沼泽、辫状河三角洲平原沼泽、海沼沙岭平原沼泽、潮上坪和潮间坪上部沼泽、海岸平原沼泽均有利于发生成煤作用。

2.2 地震反射与典型沉积相对应关系

利用琼东南盆地地震资料，结合钻井岩心及测井资料分析结果，对古近系渐新统含煤沉积特征进行研究，详细分析了地震相特征与沉积相的对应关系(图3，图4)。

斯里兰卡蓝宝石有各种各样的颜色，如无色、浅灰黄色、浅蓝色、蓝色、绿色、紫色、蓝紫色、橙色等等，蓝色蓝宝石的颜色较浅，常为浅蓝色、灰蓝色、天蓝色、蓝紫色等。蓝色蓝宝石中还拥有世界上价值最高的一种颜色，也就是著名的矢车菊蓝，质量上仅次于克什米尔的蓝宝石。克什米尔的蓝宝石一般是天鹅绒蓝，而斯里兰卡蓝宝石的颜色比较浅，并且以透明、绝好的清晰度和鲜艳的光泽而闻名。在全球顶级的宝石收藏中，许多蓝宝石的精美样品都来自斯里兰卡。其最广为人知的戴安娜王妃订婚戒指，后来又成为了凯特王妃的婚戒——戒指上镶嵌的椭圆形蓝宝石，正是来自斯里兰卡。

地震相剖面A位于乐东凹陷东部(图3)，横跨崖北凹陷、崖南凹陷、乐东凹陷与陵南低凸起等。凹陷结构地震特征显示崖北凹陷与崖南凹陷均为北断南超半地堑型，乐东凹陷为南断北超半地堑型。该区识别出滨海、浅海、潟湖、潮坪和扇三角洲等5种沉积相类型。地震相特征各有差异，其中滨海相为盆缘杂乱-亚平行反射；浅海相为盆内连续平行反射；潟湖相为盆内变振幅平行反射；潮坪相显示中强振幅亚平行反射；扇三角洲识别出3个朵体，变振幅前积楔形或叠瓦形反射，分别位于崖北凹陷崖城组与陵水组一段、崖南凹陷陵水组二段。

图3 琼东南盆地崖城组沉积相与地震相对应关系(剖面A)Fig.3 Correlation of sedimentary facies and seismic facies of Yacheng Formation in Qiongdongnan Basin(section A)a.地震-地质解释剖面；b.地震相分析剖面；c.地震测线平面位置

图4 琼东南盆地崖城组沉积相与地震相对应关系(剖面B)Fig.4 Correlation of sedimentary facies and seismic facies of Yacheng Formation in Qiongdongnan Basin(section B)a.地震-地质解释剖面；b.地震相分析剖面；c.地震测线平面位置

地震相剖面B横跨松南凹陷、陵水凹陷北部、北礁凹陷与南部隆起区(图4)。凹陷结构地震特征显示松南凹陷为双断式地堑型，北礁凹陷为南断北超式半地堑型。该区可识别出滨海、浅海、潮坪、潟湖、海沼沙岭平原和扇三角洲等6种沉积相类型。地震特征差异明显，其中滨海相显示弱连续亚平行-杂乱反射，与浅海之间具有明显的相分异边界；浅海相显示低频中连续平行反射，与滨海之间具有明显的相分异边界；海沼沙岭平原相为低频弱振幅弱连续反射，发育于南部隆起区之上小型洼陷；潮坪相显示弱连续亚平行反射，发育于北礁凹陷，与潟湖具有明显相分异边界；潟湖相为强连续平行反射，发育于北礁凹陷，与潮坪具有明显相分异边界；扇三角洲相可识别出5个朵体，分布于盆缘断控陡坡带，强振幅透镜反射(横剖面)，前积-杂乱楔形反射(纵剖面)；辫状河三角洲相显示强振幅楔形反射体，可见分流河道砂体相互叠置，扇体延伸规模较大，位于陵水凹陷陵水组一段(断陷期末期)。

本文通过琼东南盆地渐新统不同沉积体系地震相分析，建立了典型沉积相与地震反射波组对应关系(表2)。其中，划分琼东南盆地渐新统典型沉积相14种组合类型，分别是：①冲积扇-潮坪-潟湖组合;②冲积扇-潮坪-滨海组合;③冲积扇-海沼沙岭平原-滨海组合;④扇三角洲-潮坪-潟湖组合;⑤扇三角洲-滨海-浅海组合;⑥扇三角洲-滨海组合;⑦扇三角洲-浅海组合;⑧辫状河三角洲-潮坪-潟湖组合;⑨辫状河三角洲-滨海-浅海组合;⑩辫状河三角洲-浅海组合;海沼沙岭平原-滨海-浅海组合;潮坪-滨海-浅海组合;潮坪-潟湖组合;滨海-浅海(浊积扇)组合。成煤沉积体系主要为扇三角洲体系、辫状河三角洲体系和潮坪-潟湖体系和障壁海岸-海沼沙岭平原体系。

表2 琼东南盆地典型沉积相及对应地震相特征Table 2 Characteristics of typical sedimentary facies and of its corresponding seismic facies in Qiongdongnan Basin

图5 琼东南盆地YC-Ⅰ地区渐新统薄煤层(岩心盒每行为1 m)Fig.5 Thin coal seam of the Oligocene in YC-Ⅰ area of Yacheng Formation,Qiongdongnan Basin(core box for each row is 1m)a.埋深3 741.5～3 744.5 m,含3套薄煤层；b.埋深4 013～4 016 m,含1套薄煤层；c.埋深4 016～4 019 m,含1套薄煤层； d.埋深4 056.4～4 059.4 m,含2套薄煤层

3 成煤特征与成煤环境

琼东南盆地渐新统主要的成煤沉积环境有三角洲平原沼泽、扇三角洲平原沼泽、潮坪的潮上带和潮间带、海沼沙岭平原沼泽等环境，各种环境下煤层发育特征不尽相同。针对琼东南盆地海域区煤系埋藏深度大、煤及共生烃源岩厚度不太大、地震资料解释分辨率较低、测井解释烃源岩层位精度不高等问题，本文研究利用多类测井数据，运用新的测井分析技术与方法，结合钻井沉积相和地震相对比分析方法，精细识别含煤层段、煤层、炭质泥岩、深水暗色泥岩等烃源岩的层位、厚度等特征。

3.1 钻井岩心揭露的煤的宏观特征

琼东南盆地仅有少数钻井取心揭露了崖城组的煤层，从几厘米到几十厘米，最厚不超过40 cm。煤层的层数多，横向不稳定，邻近钻孔中揭露的煤层数和厚度变化较大，难以对煤层进行横向对比。通过YC-Ⅰ井崖三段取心观察(图5)，共发育7层煤，其中最厚煤层厚约27 cm，最薄煤层仅7 cm。煤层顶底板均为泥岩，与煤层为过渡接触，泥岩中富含植物碎屑。煤层主要色调为深灰黑色、黑色，由于存放时间较长，大都呈暗淡光泽，宏观煤岩类型以半亮-半暗型煤为主，煤中矿物含量较高，密度普遍较大，部分煤岩心处有油渍溢出，反映该煤层具有较强的亲油性。样品风化严重，煤岩呈疏松的粉末状。

3.2 实验测试煤的微观特征

琼东南盆地渐新统煤的有机显微组分差异不大，但含量变化较大(表3)，镜质组在58.4%～98%，以基质镜质体为主，其次为结构镜质体，结构保存差，多见被挤压成线状、闭合状、破碎状的胞腔，可见充填粘土；少数均质镜质体、团块镜质体、碎屑镜质体；惰质组在1.4%～3.5%，以碎屑惰质体、菌类体为主，少数丝质体碎片，少见微粒体；基本不含壳质组。渐新统烃源岩的有机质总量在61.7%～96.1%，变化较大，炭质泥岩有机质总量在38.5%～59.8%。

煤中的无机显微组分主要为粘土类(3.5%～34.4%)；硫化物主要为黄铁矿(0.4%～3.8%)；煤中氧化物主要为石英(0.4%～8.0%)，炭质泥岩中石英含量偏高(8%～17.6%)，炭质泥岩中含少量的碳酸盐岩(1.9%～3.1%)。

3.3 琼东南盆地渐新统成煤环境

观察研究区取心段煤层多光泽暗淡，以半亮煤-半暗煤为主；成煤植物以高等植物(蕨类)为主，少量水生浮游植物；泥岩中含伊利石等中-弱碱性环境的产物；煤中硫分含量较高，黄铁矿较多，反映了成煤过程受海水影响且沉积环境还原性较强；煤的微观组分以基质镜质体为主，少量丝质体，凝胶化指数(GI)较高(GI值在27～57.3，平均为41.3)，植物结构保存程度(TPI)较低；粘土矿物等含量较多；煤样的粘结性较强。反映了植物的木质纤维组织经过了较为彻底的凝胶化作用，为停滞较深水、还原环境的产物，代表着煤层形成于近海沼泽环境。分析崖城组煤样中无机矿物质含量较高，无机矿物含量大于20%的煤，其惰质组主要为流水氧化所致，水体的流动带来无机物，造成了无机物含量偏高，反映了沼泽中有流动水体的注入。

通过YC-B井煤层测井异常表现为高阵列感应电阻率、低岩性密度、高中子孔隙度、低无铀伽马值；煤层位于短期基准面下降半旋回的顶部，下一个短旋回水体加深终止成煤作用；中部和下部煤层均为高灰高硫，上部煤层为低灰高硫，说明中部和下部煤层沉积时期受海水影响导致高硫，且水动力较强，表现为高灰，到上部煤层沉积时，水体相对较为安静，灰分含量相对较低。从显微煤岩类型来看，上部和下部煤层均为微镜煤为主的含微镜惰煤组合，说明为浅覆水-半覆水的环境，具微异地煤特征。

综合分析琼东南盆地渐新统煤层发育的宏、微观特征以及化学成分的变化规律，研究发现琼东南盆地渐新统煤层是在多种沉积环境中发育的，有近海的辫状河三角洲平原泥炭沼泽环境、扇三角洲环境、潮坪-潟湖环境、障壁海岸-海沼沙岭平原环境等，系统总结出各成煤体系下煤层发育的有利部位和煤层分布特点(表4)。

表3 琼东南渐新统煤、炭质泥岩煤岩质分析Table 3 Analysis of coal and carbonaceous mudstone in the Oligocene of Qiongdongnan Basin

注:表格中“—”表示没有数据。

表4 琼东南盆地渐新统成煤沉积体系及煤层发育规律 Fig.4 Coal-forming deposition system and coal seam development patterns in the Oligocene of Qiongdongnan Basin

4 结论

1) 通过对琼东南盆地渐新统不同沉积体系的地震相分析，建立了典型的沉积相与地震相对应关系。识别出琼东南盆地渐新统典型沉积相组合有14种类型：冲积扇-潮坪-潟湖组合、冲积扇-潮坪-滨海组合、冲积扇-海沼沙岭平原-滨海组合、扇三角洲-潮坪-潟湖组合、扇三角洲-滨海-浅海组合、扇三角洲-滨海组合、扇三角洲-浅海组合、辫状河三角洲-潮坪-潟湖组合、辫状河三角洲-滨海-浅海组合、辫状河三角洲-浅海组合、海沼沙岭平原-滨海-浅海组合、潮坪-滨海-浅海组合、潮坪-潟湖组合、滨海-浅海(浊积扇)组合。

2) 首次进行琼东南盆地渐新统成煤沉积体系划分，主要为扇三角洲体系、辫状河三角洲体系、潮坪-潟湖体系、障壁海岸-海沼沙岭平原体系。沉积相类型有扇三角洲相、辫状河三角洲相、潮坪相、潟湖相、滨海相、浅海相等，其中扇三角洲平原沼泽、辫状河三角洲平原沼泽、海沼沙岭平原沼泽、潮上坪和潮间坪上部沼泽、海岸平原沼泽均有利于成煤作用。

3) 利用煤层的宏观特点，有机质类型及化学成分的变化规律，分析了成煤环境变化，总结各成煤体系下煤层发育的有利部位和煤层分布特点。研究表明，辫状河三角洲体系煤层发育薄且不稳定；扇三角洲体系煤层厚度较薄，且易发生分叉；潮坪-潟湖体系中在多潮道地区，煤层层数多，但厚度较薄，煤层间距大；在缺潮道地区，含煤层数较少，但厚度较大，煤层间距较小，煤层结构复杂；障壁海岸-海沼沙岭平原体系煤层的层数多、但单层厚度小且横向变化较快等特点。