南海中南部主要盆地新生代沉积充填及烃源岩发育特征*

王一博 赵志刚 谢晓军 郭 佳 唐 武 兰 蕾

(中海油研究总院有限责任公司 北京 100028)

南海是西太平洋最大的边缘海之一，面积约350×104km2。南海中南部指北纬17°以南的海域，包括礼乐、万安、曾母、文莱-沙巴等盆地(图1)，油气资源丰富，自20世纪初勘探至今已发现可采储量近60亿t油当量，是巨型油气产区。

图1 南海中南部盆地分布

多年来，国内外学者多是针对南海中南部单个盆地进行沉积体系研究，鲜有从区域角度对整个南海中南部作为整体进行综合分析，区域沉积体系分布规律认识有待深化。本文以南海构造演化为依托，结合区域古地理背景，利用古生物、钻井、露头、地震等资料，明确南海中南部盆地不同演化阶段沉积体系展布特征，系统分析烃源岩类型及分布规律，以期对未来的南海中南部油气勘探起到重要的指导作用。

1 区域沉积背景

南海新生代经历了新南海扩张和古南海消亡以及南沙地块的裂离漂移与重新定位[1-3]。依据古南海和新南海两大边缘海构造旋回，将南海新生代划分为3个阶段，分别为扩张前期、扩张期和扩张后期，不同阶段具有不同的沉积背景。

1.1 扩张前期(始新世—早渐新世)

晚白垩世—早始新世，欧亚大陆东缘及东南缘区构造应力场由挤压作用转为晚白垩世之后的伸展作用[4]，古南海裂陷；中始新世—早渐新世，拉伸作用进一步加强，古南海以北地区主要为华南大陆及南部的被动大陆边缘，古南海以南地区主要为婆罗洲大陆及其北侧的被动大陆边缘。该时期南沙地块之上的盆地(主要包括礼乐盆地、北康盆地、南薇西盆地和巴拉望盆地)位于古南海北部的被动大陆边缘位置，随着拉伸作用形成一系列断陷或断坳型盆地，盆地持续断陷与扩展，物源主要来自于华南大陆及盆地周缘隆起(图2a)；西部的万安盆地在拉张作用下发育大量北东向伸展断裂，形成大规模地堑或半地堑，物源来自盆地西部的隆起；南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地受古南海向婆罗洲俯冲影响，与婆罗洲发生碰撞，受到碰撞挤压而抬升，形成挤压型前陆盆地，婆罗洲遭受多期挤压持续隆升，为盆地提供丰富的物质来源。

图2 南海中南部盆地新生代区域构造演化模式

1.2 扩张期(晚渐新世—中中新世)

始新世以后，受印度板块与欧亚板块碰撞作用影响，产生地幔柱上升流，南海中央海盆开始形成[5]，众多中—小型断陷或者断坳型盆地进一步复合、联合成为大—中型断陷、断坳或者坳陷。随着新南海扩张，南沙地块与北部大陆边缘分离，向南漂移；古南海洋壳向婆罗洲之下俯冲，自西向东开始消亡；中中新世末，南沙地块与婆罗洲碰撞停止漂移，古南海消亡[6-7](图2b—d)。南沙地块在漂移过程中缺乏沉积物源补给，物源主要来自盆地周缘和内部隆起；西部的万安盆地受新南海扩张和印支地块向东挤入影响，发育大量北东向伸展断裂，伴随大型走滑断裂，物源仍来自盆地西部的隆起；南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地由于古南海持续向南俯冲，婆罗洲遭受碰撞挤压，河流携带大量沉积物向盆地进积，形成大型三角洲盆地[8-9]。

1.3 扩张后期(晚中新世—现今)

中中新世末，新南海南北向扩张处于停滞状态，古南海消亡，盆地出现联合迹象，沉降作用减小，断裂不发育，总体上以披覆式沉积为特点(图2e)。南沙地块停止漂移，静止于现今位置；西部的万安盆地断裂活动弱，形成现今陆架-陆坡体系，以远源大型河流输入为主；南部的曾母盆地和文莱沙巴盆地进入区域沉降阶段，婆罗洲隆起区持续提供物源致使三角洲发育。

在新南海扩张和古南海消亡的构造背景下，南海中南部盆地总体表现为西部的拉张-走滑、南沙地块的伸展-漂移和南部的伸展-挤压构造动力学特征[2]。西部的万安盆地受新南海扩张和万安-越东断裂共同作用，经历了渐新世—早中新世的断拗期、中中新世的走滑改造期和晚中新世—第四纪的拗陷期三大构造演化阶段；南沙地块之上的礼乐盆地受新南海扩张影响，经历了始新世—早渐新世的断拗期、晚渐新世—中中新世的漂移期和晚渐新世—第四纪的拗陷期三大构造演化阶段；南部的文莱-沙巴盆地受古南海消亡影响，经历了始新世—早中新世的俯冲增生期和晚中新世—第四纪的快速沉降期两大构造演化阶段(图3)。

图3 南海中南部盆地典型地质剖面(剖面位置见图1)

2 新生代沉积充填特征

利用古生物、钻井，地震等资料，结合区域沉积背景，对南海中南部盆地新生代沉积体系进行综合分析，识别出三角洲、河流、浊积体、碳酸盐岩台地、湖泊、滨浅海、浅海—半深海以及半深海—深海等沉积相类型(图4)。在此基础上，明确南海中南部主要盆地新生代不同时期沉积体系展布及沉积充填演化规律。

图4 南海中南部盆地沉积相标志综合图

2.1 扩张前期(始新世—早渐新世)

1) 始新世。始新世沉积时期，南海中南部盆地受古南海海侵影响，南侧以深海沉积为主，北侧(南沙地块之上的盆地)以海陆过渡相和滨浅海相沉积为主，从北向南沉积环境逐渐变深。此时南沙地块位于南海北部，靠近华南大陆，礼乐盆地发现的古生物化石主要为沟鞭藻、钙质超微和有孔虫，证实盆地在古新世—始新世为海相沉积，该时期主要发育三角洲—滨浅海沉积体系，三角洲成朵叶状分布在古隆起和火山的周缘，向盆地内部延展，物源来自盆地周缘隆起和盆地内部凸起；南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地以半深海和深海沉积为主，在南部的婆罗洲野外露头可见始新世深海环境形成的砂泥岩并伴随变形构造。

2) 早渐新世。早渐新世沉积时期，海侵作用增强，区域沉积范围扩大，古南海尚未波及万安盆地，该时期主要发育三角洲—滨浅海—半深海沉积体系，仅万安盆地发育湖相沉积。南沙地块位于古南海北部大陆边缘，之上沉积的盆地以三角洲和滨浅海沉积为主，三角洲规模较小，多分布于边界断层附近；西部的万安盆地主要发育三角洲—滨浅湖—深湖沉积体系，物源来自盆地西部的昆仑隆起和呵叻隆起，盆地西部发育的三个大型三角洲。南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地，由于古南海向南俯冲消减导致婆罗洲持续隆升，为盆地沉积提供了丰富的物质来源，曾母盆地发育的两个大型三角洲均位于盆地南部，文莱-沙巴盆地则继承早期深水环境，盆地南部发育海底扇(图5a)。

2.2 扩张期(晚渐新世—中中新世)

1) 晚渐新世。晚渐新世沉积时期，新南海开始扩张，古南海持续向南俯冲消亡，南海中南部盆地主要发育三角洲—滨浅海—碳酸盐岩台地—半深海沉积体系，半深海范围有所扩大，三角洲主要分布在西部的万安盆地和南部的曾母盆地(图5b)。南沙地块由于新南海扩张向南漂移，之上沉积的盆地在漂移过程中缺乏物源补给，主要以滨浅海沉积为主，三角洲规模有所减小，礼乐盆地北部和巴拉望盆地发育碳酸盐岩台地；万安盆地的西部和曾母盆地的南部持续发育大规模三角洲，文莱-沙巴盆地发育海底扇。

2) 早中新世。早中新世沉积时期，新南海持续扩张，古南海向南俯冲，南海中南部盆地主要发育三角洲—滨浅海—碳酸盐岩台地—半深海沉积体系。南沙地块仍处于漂移阶段，缺乏物源补给，以滨浅海沉积为主，三角洲不发育，北康盆地和南薇西盆地东部高地开始发育碳酸盐岩台地；万安盆地主要发育三角洲—滨浅海沉积体系，钻井发现中新世的地层中有孔虫、超微化石等海相化石伴生出现，证实该时期为滨浅海环境，三角洲在盆地西南侧、西侧及西北侧发育；南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地除局部发育深水沉积外，总体处于滨浅海沉积，曾母盆地三角洲持续在南部发育，文莱-沙巴盆地早期的海底扇沉积中止，被多期的三角洲覆盖(图5c)。

图5 南海中南部盆地新生代沉积相

3) 中中新世。中中新世沉积时期，南沙地块与婆罗洲地块发生碰撞停止漂移，定位于现今的位置，自盆地边缘向盆地内依次发育三角洲—滨浅海—碳酸盐岩台地—半深海沉积体系。南沙地块之上沉积的盆地以滨浅海为主，三角洲在局部凸起边缘零星分布，碳酸盐岩台地和生物礁在相对远离碎屑物源的地区广泛发育；万安盆地西部的三角洲规模有所减小，盆地浅海区水下高地之上发育大规模碳酸盐岩台地；南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地三角洲自北向南推进，曾母盆地远离物源区的构造高部位碳酸盐岩台地广泛分布，文莱-沙巴盆地在东北部发育浊积扇砂体(图5d)。

2.3 扩张后期(晚中新世—现今)

1) 晚中新世。晚中新世沉积时期，新南海扩张停止、古南海消亡，南海总体进入热收缩与稳定沉降阶段，水体进一步加深，主要发育三角洲—滨浅海—碳酸盐岩台地—半深海沉积体系，碳酸盐岩台地仍持续大量发育(图5e)。南沙地块之上的北康盆地和南薇西盆地进入深水环境；万安盆地三角洲规模变大，碳酸盐岩台地主要发育在盆地中南部的滨浅海环境中；南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地继承了之前的沉积格局，自盆地边缘向盆地内部由三角洲转变为滨浅海、碳酸盐岩台地和半深海沉积。

2) 上新世—第四纪。上新世—第四纪沉积时期，南海中南部盆地发育三角洲—滨浅海—碳酸盐岩台地—半深海沉积体系，水体进一步加深，整体进入半深海环境。南沙地块之上的礼乐盆地北部大型碳酸盐岩台地继承性发育，随水体加深逐步被淹没；万安盆地西部发育陆架边缘三角洲，陆架上发育下切水道，东部为陆坡带和半深海相沉积，发育滑塌浊积体；南部的曾母和文莱-沙巴盆地沉降速度加快，三角洲持续发育。

综合分析认为，南海中南部盆地在扩张前期主要发育三角洲—滨浅海—半深海沉积体系，仅万安盆地发育湖湘沉积；扩张期发育三角洲—滨浅海—碳酸盐岩台地—半深海沉积体系，中—晚中新世碳酸盐岩台地在浅海区大规模发育；扩张后期水体变深，以滨浅海和半深海沉积为主，三角洲分布于南部和西部。西部的万安盆地受西部隆起物源供给，三角洲主要发育在渐新世—晚中新世；南沙地块之上的盆地始新世—早渐新世位于古南海北部，晚渐新世—现今从北部陆缘裂离漂移至现今位置，物源来自盆地周缘和内部隆起，三角洲主要发育在始新世和早渐新世，规模较小；南部的曾母和文莱-沙巴盆地由于婆罗洲隆升供给物源，三角洲主要发育在渐新世和中新世，规模较大(图6)。

图6 南海中南部典型盆地沉积相剖面(剖面位置见图1)

3 烃源岩发育特征

3.1 地球化学特征

南海中南部盆地发育湖相、海陆过渡相和陆源海相烃源岩，以海陆过渡相和陆源海相烃源岩为主。

南沙地块之上的盆地以滨浅海沉积为主，三角洲规模相对较小，主要发育陆源海相烃源岩。礼乐盆地发育始新统—渐新统烃源岩，有机质类型以Ⅲ型为主，少数为Ⅱ2型(图7a)，有机碳含量在0.15%～3.53%，绝大多数样品有机碳含量在0.5%左右，少数大于1.0%；个别样品为好烃源岩，多数样品为中—差烃源岩(图7b)。

图7 礼乐盆地烃源岩有机质类型(a)和丰度分布(b)

万安盆地总体呈“早湖晚海”的充填特征，受西部隆起物源供给，三角洲持续在西部发育[10-11]，发育湖相、海陆过渡相和陆源海相烃源岩，以过渡相和陆源海相烃源岩为主，主要发育在渐新统—下中新统，有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型(图8a)。渐新统TOC大部分大于1%，主体位于1%～10%，氢指数为200～300 mg/g，有机质类型以Ⅱ1—Ⅱ2为主；下中新统TOC大部分在1%附近，局部大于10%，氢指数为200 mg/g，有机质类型以Ⅱ2—Ⅲ型为主；中中新统TOC基本小于0.5%，氢指数基本在100 mg/g左右，有机质类型以Ⅲ型为主。从TOC与S1+S2交会图(图8b)上可以看出，渐新统、下中新统烃源岩为中—好烃源岩，中中新统烃源岩为差烃源岩。万安盆地发育湖相原油、河流—三角洲相原油和两者的混合相原油，其中大多数为混合相原油，生物标志化合物表现出较高的奥利烷和双杜松烷，表现为陆源高等植物输入的特征。

图8 万安盆地烃源岩有机质类型(a)和丰度分布(b)

南部的曾母盆地和文莱-沙巴盆地为海相沉积，随着古南海自西向东逐渐关闭，婆罗洲向盆地提供大量物源形成大型三角洲盆地，发育海陆过渡相和陆源海相烃源岩，主要发育在渐新统和中新统。以曾母盆地为例，曾母盆地发育渐新统—下中新统烃源岩，有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型(图9a)，渐新统烃源岩TOC主要在1%～2%，局部在40%～60%，氢指数主体在10～300 mg/g，局部大于300 mg/g，以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根为主，多为中等—好烃源岩(图9b)；下中新统烃源岩TOC大部分在1%附近，局部在30%～60%，氢指数在10～300 mg/g，局部大于300 mg/g，以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根为主，多为中等—好烃源岩。曾母盆地生物标志化合物表现出明显的高Pr/Ph(Pr/Ph=3.5)和Tm/Ts特征，指示偏氧化的沉积环境；较高的C24四环萜烷，C29甾烷优势，中—高含量双杜松烷和适中的奥利烷特征，均指示为高等植物来源。

图9 曾母盆地烃源岩有机质类型(a)和丰度分布(b)

3.2 分布特征

南海中南部盆地无论海陆过渡相烃源岩还是海相烃源岩其有机质主要来源于陆生高等植物，盆地周缘的三角洲有利于高等植物生长，海陆过渡相煤系烃源岩发育;盆地内部浅海地区，浅海相泥岩有机质供给中等，水体较安静而利于有机质保存，陆源海相烃源岩发育。随着离岸距离增大，陆生高等植物有机质的数量减少，烃源岩有机质类型变差，有机质丰度降低[12-14]。曾母盆地渐新世沉积时期主要发育三角洲—滨浅海沉积体系(图10a)，从钻井上看，位于曾母盆地三角洲平原上的D35井，烃源岩岩性主要为煤和炭质泥岩，有机质类型以Ⅱ2型为主，部分Ⅲ型，有机质丰度较高；位于三角洲前缘上的North Acis井，烃源岩岩性主要为泥岩，有机质类型以Ⅲ型为主，少量Ⅱ2型，有机质丰度中等—好；位于滨浅海的Sompotton-1井，烃源岩岩性主要为泥岩，有机质类型以Ⅲ型为主，有机质丰度中等(图10b)。

图10 曾母盆地渐新世沉积相平面图(a)及3口井TOC与IH交会图(b)

就油气勘探而言，南海中南部盆地或凹陷周缘的三角洲及其周边区域是最为有利的烃源岩发育区，其上的煤系、炭质泥岩是主要烃源岩，烃源岩有机质丰度高，有利于形成油气田，具有较好的油气勘探前景。

4 结论

1) 依据南海区域动力学背景，将南海新生代划分为扩张前期、扩张期和扩张后期三个演化阶段。扩张前期(始新世—早渐新世)，古南海发育，该时期南沙地块位于古南海北部的被动大陆边缘位置；扩张期(晚渐新世—中中新世)，新南海打开，古南海向南俯冲，南沙地块与北部大陆边缘分离，向南漂移，中中新世末，南沙地块与婆罗洲碰撞，停止漂移，古南海消亡；扩张后期(晚中新世—现今)新南海处于停滞状态，南海进入区域沉降阶段。

2) 南海中南部主要盆地新生代不同构造演化阶段发育不同沉积体系。扩张前期主要发育三角洲—滨浅海—半深海沉积体系，仅万安盆地发育湖相沉积；扩张期主要发育三角洲—滨浅海—碳酸盐岩台地—半深海沉积体系，中—晚中新世碳酸盐岩台地在浅海水下高地之上大规模发育；扩张后期水体变深，以滨浅海和半深海沉积为主，三角洲分布于南部和西部。

3) 南海中南部主要盆地新生代沉积体系控制湖相、海陆过渡相和陆源海相3类烃源岩发育，以海陆过渡相和陆源海相烃源岩为主。海陆过渡相和海相烃源岩有机质主要来源于陆生高等植物，盆地或凹陷周缘的三角洲及其周边区域是有利的烃源岩发育区。