琼东南盆地南部隆起带渐新统崖城组层序沉积模式

傅 恒 匡明志 何小胡 王文博 廖启丰 李兴旺

1.成都理工大学能源学院 2.中国地质大学（北京）能源学院 3.中海石油（中国）有限公司湛江分公司

0 引言

近两年来，琼东南盆地南部隆起带连续取得天然气勘探重大突破。2018年，YL8井钻遇古近系渐新统崖城组三角洲碎屑岩储层（厚度为128 m）和花岗岩基岩潜山储层（厚度为90 m）两种物性好的气层；2019年，YL8井以西约4 km在花岗岩基岩潜山获得了日产量为100×104m3的优质天然气流，创造了我国海域潜山天然气测试产量新纪录[1]；附近其他井也钻遇崖城组三角洲碎屑岩气层，展示了琼东南盆地南部隆起带崖城组良好的勘探潜力。因此，研究琼东南盆地南部隆起带崖城组层序及其沉积特征无疑具有重要实用价值。

前人对琼东南盆地崖城组层序及沉积特征研究取得了一些认识。如，Ren等[2]在崖城组识别出3个三级层序，在层序格架内建立了全盆地崖城组辫状三角洲平原、冲积扇、潟湖3种有利煤系发育的沉积相组合以及潮坪、扇三角洲和海岸平原相组合；杨希冰等[3]认为琼东南盆地及其南部隆起带新生代构造—沉积演化是在古南海消亡与新南海扩张导致盆地持续沉降的构造背景下完成的，南部隆起带崖城组主要发育近物源的扇三角洲—浅海陆棚沉积体系，物源主要来自松南低凸起和南部隆起剥蚀区；张义娜等[4]认为琼东南盆地中央坳陷崖城组三段开始接受海侵，崖城组为局限滨海—浅海环境；周杰等[5]认为崖城组松南低凸起整体向东倾末，断裂活动形成了松南低凸起西突起物源区以及切入剥蚀区的输砂古沟槽，向缓坡区大量输送碎屑物质，发育大型扇三角洲沉积；修淳等[6]认为崖城组物源主要来自附近构造隆起区的长英质碎屑，物源区构造环境以大陆岛弧环境为主，还具有主动大陆边缘特征；雷超等[7]认为琼东南盆地具有“南北分带，东西分块”的特征；邵磊等[8]认为崖三段为淡水滨岸环境，之后海水逐步加深，演变到崖一段的海湾环境；王振峰等[9]认为崖城组海岸平原相—半封闭浅海相泥岩组成了琼东南盆地深水区凹陷2套主力烃源岩之一；张迎朝等[10]认为崖城组发育扇三角洲储层。但对南部隆起带崖城组的研究，由于缺乏钻井资料，主要以地震解释为主，沉积相划分依据不充分。为此，笔者应用该区最新的钻井资料，结合地震资料研究，研究了南部隆起带崖城组层序沉积发育模式，旨在进一步明确崖城组沉积物源及沉积相带展布，以期为该区崖城组碎屑岩储层分布规律研究提供依据。

1 区域地质概况

琼东南盆地位于海南岛东南缘，南海北部大陆架。西邻莺歌海盆地，东接珠江口盆地，北靠海南隆起区，南临永乐隆起区（西沙隆起），东南部向南中国海（以下简称南海）海盆开口。盆地内部包括北部坳陷、中部隆起、中央坳陷和南部隆起4个构造单元。南部隆起带主要包括中央坳陷的北礁凹陷、松南低凸起（含陵水东次凹、YL13次凸）、陵南低凸东北部和南部隆起，整体呈现“隆坳相间”的构造格局（图1）。

图1 琼东南盆地构造分区图

琼东南盆地是在中生代结晶基底之上发育的新生代被动大陆边缘断陷盆地[11]，古近纪渐新世早晚发育两个构造界面（T80、T60），分别对应了两次构造运动——南海运动（E2/E3）和白云运动（E/N）[12]。这两次“构造运动”与同期全球海平面显著下降有明显对应关系，笔者认为在渐新世盆地整体拉张背景下盆地陆架大规模的剥蚀主因不是构造抬升，而是冰期全球海平面显著下降形成的二级海退。琼东南盆地及其南部隆起带古近纪沉积演化，反映了南海在渐新世中晚期（距今时间介于30～25 Ma，西北次海盆扩张）和渐新世晚期—中新世早期（距今时间介于25～16 Ma，西南次海盆扩张）两期扩张的构造沉降背景，以及全球海平面变化的双重影响[13-15]（图 2）。

岭头组（E2l）发育在前古近系（AnE）花岗岩基底之上的断陷中心低部位。根据地震资料推测推测，长昌凹陷和陵水—乐东凹陷中心存在岭头组河流—湖相沉积体系，CC26井证实存在该套沉积，厚度为300 m。北部坳陷、中部隆起和南部隆起缺失该套沉积。

崖城组（E3y）受鲁培尔期二级海侵影响，南部隆起带在前古近系花岗岩基底之上发育扇三角洲—陆棚沉积体系，厚度介于127～1 259 m。北部坳陷和中部隆起高部位为剥蚀区，缺失该组。崖城组顶界（T70）的区域不整合是夏特早期冰期全球海平面下降约150 m的响应，崖城组暴露剥蚀。

陵水组（E3l）处在夏特期二级海退时期，但主要受同期南海第一期扩张导致盆地构造沉降影响，海侵扩大，北部坳陷和北部隆起发育扇三角洲—陆棚沉积体系，厚度介于200～551 m。南部隆起带局部高地（如YL8井区）为剥蚀区，其余主要发育陆棚，厚度介于258～706 m。陵水组顶界（T60，“白云运动”）的区域不整合面主要是夏特晚期冰期全球海平面下降约100 m（二级海退）的响应。

图2 琼东南盆地新生界沉积序列图

2 南部隆起带崖城组层序地层

Vail层序模式中的“层序”是层序地层单元中的基本层序，时限介于0.5～3.0 Myr，主要受控于偏心率长周期控制的全球海平面升降，相当于三级层序（Sequence，简称SQ），坡折带之上根据最大海泛面（Maximum Flooding Surface，简称mfs）变化，内部可划分出海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）2个体系域[16-17]。三级层序界面（Sequence Boundary，简称SB）为侵蚀不整合面，主要是受到低位体系域（LST）海平面下降至陆架坡折以下造成的暴露剥蚀和初始海泛时期的海侵作用共同的叠加影响，地震上表现为界面之下的削截和界面之上的连续上超叠加，多为岩性（相）突变面。琼东南盆地崖城组对应的古近系渐新统鲁培尔阶，时长为6.12 Myr，可划分为3个三级层序，自下而上（由老到新）分别为SQ1（相当于崖三段），SQ2（相当于崖二段），SQ3（相当于崖一段），平均时长约1.93 Myr。南部隆起带崖城组发育在前古近系花岗岩基底之上，凹陷内YL19井层序发育齐全，古隆起上YL8井层序发育不全。凹陷缓坡一侧发育扇三角洲—陆棚沉积体系，陡坡一侧发育水下扇—陆棚沉积体系（图3、4）。

2.1 SQ1（崖三段）

SQ1在南部隆起带主要分布于北礁凹陷。

图3 琼东南盆地南部隆起带崖城组层序及沉积特征图

图4 琼东南盆地南部隆起带崖城组地震层序特征及地震相特征图

底界（T100）为前古近系基底（多为花岗岩）与古近系的角度不整合面，为一级层序界面。南海扩张期及其之前的区域拉张应力，将前古近系基底参差不齐地拉开，琼东南盆地在始新世开始接受沉积，形成了其间的角度不整合，在不同部位沉积间断有差异。该界面在YL8井为前古近系花岗岩基底上覆崖城组一段，沉积间断大于33 Myr（图2～4）。由于界面之下的前古近系花岗岩（基底）遭受了长期暴露剥蚀，南部隆起带古隆起形成了重要的潜山型花岗岩储层。

顶界（T72）为侵蚀不整合面，界面之下为SQ1中的HST扇三角洲平原—前缘砂质沉积，界面之上多为SQ2中的TST前扇三角洲泥质沉积，为岩性岩相变化界面，界面之下的SQ1中的HST经历了SQ2低位期暴露、剥蚀的改造，地震反射特征为中—强振幅、中—好连续，区域上较易对比追踪（图3、4）。

最大海泛面多为岩性由细变粗的岩性（相）突变面，可将SQ1划分为TST和HST（图3、4）。崖城组沉积期位于坡折带之上的琼东南盆地及其南部隆起带，不发育LST，低位期暴露、剥蚀，形成三级层序底界面和顶界面。

SQ1中的TST在北礁凹陷北缘缓坡为宽相带的扇三角洲前缘黄色细砂岩与蓝色泥岩互层（图3）。地震相特征为扇三角洲前缘平行—亚平行席状反射，整体退积，向凹陷中心过渡为前扇三角洲—陆棚的席状、平行、中—强振幅、中—好连续反射，向剥蚀区方向逐层超覆在基底之上（图4-a～c）。北礁凹陷南缘陡坡地震特征为窄相带分布的水下扇楔形—不规则反射（图4-a、d）。

SQ1中的HST在北礁凹陷北缘缓坡为扇三角洲平原黄色细砂岩、砂砾岩夹蓝色泥岩（图3）。地震相特征为扇三角洲平原—前缘的楔形反射，整体向凹陷中心大幅度前积推进，过渡为前扇三角洲—陆棚（图4-a～c）。北礁凹陷南缘陡坡地震特征为窄相带分布的水下扇楔形—不规则反射（图4-a、d）。

2.2 SQ2（崖二段）

SQ2在南部隆起带也主要分布于北礁凹陷。底界（T72）和顶界（T71）均为侵蚀不整合面。顶界（T71）界面之下为SQ2中的HST扇三角洲前缘砂质沉积，界面之上为SQ3中的TST扇三角洲前缘砂质沉积—前扇三角洲泥质沉积，界面之下的SQ2中的HST经历了SQ1低位期暴露、剥蚀的改造，为岩性岩相变化界面，地震相反射特征为中—强振幅、中—好连续，区域上较易对比追踪（图3、4）。

SQ2中的TST在北礁凹陷北缘缓坡为扇三角洲前缘黄色细砂岩、粉砂岩与灰色泥灰岩互层，底部夹较多的蓝色泥岩（图3）。地震相反射为扇三角洲前缘的楔形反射，整体退积，向凹陷中心过渡为前扇三角洲—陆棚（图4-a～c）。在北礁凹陷南缘陡坡为水下扇的杂乱—空白、前积反射（图4-a、d）。

SQ2中的HST在北礁凹陷北缘缓坡为扇三角洲前缘黄色细砂岩、粉砂岩与灰色互层夹粗砂岩、泥岩（图3）。地震相反射为扇三角洲前缘楔形反射，向凹陷中心大幅度前积推进，过渡为前扇三角洲—陆棚（图4-a～c）。在北礁凹陷南缘陡坡为楔形—不规则水下扇（图4-a、d）。

2.3 SQ3（崖一段）

SQ3广泛发育分布在南部隆起带，底界（T71）为侵蚀不整合面。顶界（T70）为二级隆升不整合层序界面，对应渐新世夏特期最早期的全球海平面显著下降（最大下降为150 m），南部隆起带常见崖城组顶界被剥蚀、削截，该界面在YL8井为崖一段上覆三亚组，其间缺失陵水组，沉积间断约10 Myr，地震相特征为中—强振幅、中—好连续，区域上易对比追踪（图3、4）。

SQ3中的TST为扇三角洲前缘黄色细砂岩及蓝色泥岩夹薄层煤层—前扇三角洲蓝色泥岩夹粉砂岩（图3）。地震相特征为扇三角洲前缘席状反射，整体退积，向凹陷中心过渡为前扇三角洲—陆棚（图4-a～c、f）。南缘陡坡为杂乱—不规则水下扇地震反射（图4-a、d）。

SQ3中的HST为扇三角洲前缘黄色粗砂岩、细砂岩、粉砂岩与蓝色泥岩互层（图3）。地震相特征为扇三角洲平原—前缘楔形反射，向凹陷中心大幅前积推进，过渡为前扇三角洲—陆棚（图4-a～c、f）；南缘陡坡为丘形—楔形（图4-a、d）。

崖城组三级层序（SQ1、SQ2、SQ3）在陵水东次凹和北礁凹陷北缘缓坡发育宽相带扇三角洲—陆棚沉积体系（YL19井钻遇，图3），物源分别来自陵水东次凹北剥蚀区和YL13次凸剥蚀区。在陵水东次凹和北礁凹陷南缘发育窄相带水下扇—陆棚沉积体系，物源分别来自YL13次凸剥蚀区和北礁凸起剥蚀区（图5）。YL8井位于松南低凸起高部位，缺失SQ1、SQ2，SQ3残留了较大面积的扇三角洲平原砂体，物源主要来自YL13次凸剥蚀区（图3、5）。这套砂体经后期低位期暴露剥蚀改造，形成了具一定规模的崖城组砂岩储层。

3 南部隆起带崖城组层序沉积模式

琼东南盆地南部隆起带崖城组沉积期为盆地发展初期的填平补齐时期，总体具有多沉积中心与多物源的特点，各凹陷缓坡发育宽相带的扇三角洲—陆棚沉积体系，陡坡发育窄相带的水下扇—陆棚沉积体系。由于三级海平面周期性的升降变化，南部隆起带崖城组发育3个三级层序，每个三级层序周期性的发育TST、HST和LST（无沉积），故将崖城组三级层序沉积模式归纳为3类：①TST沉积模式，海平面位于坡折带之上，海平面上升时期，主要发育退积扇三角洲—陆棚沉积体系；②HST沉积模式，海平面位于坡折带之上，海平面下降时期，主要发育进积扇三角洲—陆棚沉积体系；③LST沉积模式，海平面下降至坡折带之下，海水退出整个盆地，前期沉积的HST遭受暴露、剥蚀，先后形成三级层序底界面和顶界面。

3.1 TST沉积模式

TST时期海平面越过坡折带并不断上升，南部隆起带各凹陷缓坡发育宽相带退积扇三角洲—陆棚沉积体系，陡坡发育窄相带水下扇—陆棚沉积体系。适用于SQ1、SQ2和SQ3中的TST（图6）。

图5 琼东南盆地南部隆起带过YL19井和YL8井剖面崖城组层序沉积相剖面图

南部隆起带发育4个沉积中心，即西北部陵水东次凹沉积中心、西南部北礁凹陷沉积中心、东北部松南—宝岛凹陷东南缘沉积中心和东南部长昌凹陷西南缘沉积中心，其中北礁凹陷沉积中心面积最大，层序发育最全。SQ1中的TST只发育在工区西部陵水东次凹和北礁凹陷两个沉积中心，说明这两个凹陷地势相对最低，最早接受崖三段SQ1中的TST沉积。SQ2中的TST开始，区域内4个凹陷均接受了沉积。SQ3中的TST的沉积范围最广，说明崖城组沉积期（鲁培尔期）的海侵规模是逐渐扩大的。海侵主方向来自东南的南海西北次海盆（深海）方向[3,13]。

北礁凹陷和陵水东次凹沉积中心北部缓坡，发育宽相带退积扇三角洲—陆棚沉积体系且保留完整。北礁凹陷和陵水东次凹南部陡坡发育窄相带水下扇—陆棚沉积体系。YL8井区SQ3中的TST（崖三段）发育大面积扇三角洲平原，在松南凹陷东南缘入海，发育扇三角洲平原—扇三角洲前缘—前扇三角洲—陆棚沉积体系。东南部沉积中心北缘、西缘和南缘发育扇三角洲—陆棚沉积体系，西北缘发育大面积扇三角洲平原，沉积中心为陆棚，其间有两个岛状剥蚀区，周缘陡坡发育水下扇。

3.2 HST沉积模式

HST时期海平面开始持续下降，但仍位于坡折带之上。沉积体系发育与海侵模式类似，但与海侵期最大不同的是高位期扇三角洲为进积，剥蚀区和扇三角洲面积扩大，是海平面持续下降的沉积响应。适用于SQ1、SQ2和SQ3中的HST（图7）。

受古地貌地势影响，SQ1中的HST只发育在北礁凹陷和陵水东次凹沉积中心。受低位期暴露剥蚀影响，SQ2中的HST残留在北礁凹陷、陵水东次凹和松南—宝岛凹陷东南缘东北部（YL8井区剥蚀缺失）。SQ3中的HST残留面积虽有扩大，但YL8井区同样剥蚀缺失。

北礁凹陷和陵水东次凹沉积中心北部缓坡发育宽相带进积扇三角洲—陆棚沉积体系，但扇三角洲平原常常剥蚀缺失。北礁凹陷和陵水东次凹南部陡坡发育窄相带水下扇—陆棚沉积体系。松南—宝岛凹陷东南缘东北部残留扇三角洲前缘—前扇三角洲—陆棚沉积体系。东南部沉积中心北缘、西缘和南缘残留扇三角洲前缘—前扇三角洲—陆棚沉积体系，其间有两个岛状剥蚀区，周缘陡坡发育水下扇。

图6 琼东南盆地南部隆起带崖城组TST沉积模式图

3.3 LST沉积模式

LST时期海平面下降至坡折带之下，海水退出整个盆地。崖城组沉积期（鲁培尔期）琼东南盆地的坡折带大致位于盆地东南缘的外海陆坡，琼东南盆地除局部沉积中心低洼部位发育近海河流—湖泊沉积体系外，全盆大部分区域都处于暴露、剥蚀状态。前期沉积的TST和HST，主要是HST，遭受剥蚀，有的被剥蚀殆尽。最终形成三级层序界面—侵蚀不整合（图8）。

南部隆起带4个沉积中心海水完全退出，剥蚀区扩大，水系依地势汇入琼东南盆地东南缘外（广）海[3,13]。图8的LST沉积模式平面图反映的是夏特早期，海平面下降约100 m，到坡折带之下，海水退出南部隆起带，形成崖城组顶界（T70）侵蚀不整合。

4 南部隆起带崖城组层序沉积主控因素

Vail层序模式中，三级层序发育受构造沉降、全球海平面升降、沉积物供应、气候4个变量控制[17]，琼东南盆地南部隆起带崖城组层序发育的主要控制因素也是这4个变量。

构造运动对南部隆起带崖城组—梅山组层序的控制表现在两个方面：①构造运动（区域拉张）形成的古地貌（隆坳相间）以及持续构造沉降（可容空间持续增加）对沉积的控制；②构造运动形成一级层序界面并造成其间规模不同的沉积间断（沉积间断至少33 Myr，对潜山型花岗岩储层形成具重要意义）。

图7 琼东南盆地南部隆起带崖城组HST沉积模式图

全球海平面变化引起的区域海平面周期性的升降是三级层序发育的主要控制因素，早期LST完成对前期HST剥蚀改造并形成三级层序底界面，其后分别形成TST和HST，各体系域沉积相带的展布明显不同，后期LST完成对HST剥蚀改造并形成三级层序顶界面。南部隆起带崖城组HST发育宽相带进积扇三角洲砂体，并受到后期低位期的改造，多残留扇三角洲前缘砂体，是优质的碎屑岩储集体。此外，先后受普利亚本和夏特冰期全球海平面显著下降（二级海退）对滨海—浅海陆棚剥蚀夷平的强烈影响，琼东南盆地南部隆起带形成崖城组底部一级层序界面（T100，主要受构造控制，叠加了二级海退的影响）和顶部三级层序界面（T70）。

物源供给控制沉积物充填。南部隆起带崖城组缓坡的物源供给充分，是坳陷沉积充填的主要物源。由于崖城组沉积期处于盆地发育初期的填平补齐阶段，南部隆起带发育多个古隆起（剥蚀区），崖城组具多物源的特征。

气候控制沉积物类型。盆地北部崖城组钻揭薄煤层，说明崖城组发育在潮湿气候条件下，因此南部隆起带崖城组冲积扇或扇三角洲以发育（分流）河道为特征的湿扇三角洲。

5 结论

1）琼东南盆地南部隆起带崖城组主要发育近物源的扇三角洲—陆棚沉积体系，物源主要来自松南低凸起和北礁凸起剥蚀区。南部隆起带各凹陷缓坡发育宽相带扇三角洲—陆棚沉积体系，陡坡发育窄相带水下扇—陆棚沉积体系。崖城组发育3个三级层序，每个三级层序都由TST和HST组成，LST以对HST的改造为主。

2）琼东南盆地古近系底界角度不整合面为一级层序界面，界面之下的前古近系基底（主要为花岗岩）遭受了长期暴露剥蚀，南部隆起带古隆起形成了潜山型储层。崖城组上部三级层序顶界面之下的HST经后期低位期改造，发育一定规模的砂岩储层。

图8 琼东南盆地南部隆起带崖城组LST沉积模式图

3）南部隆起带崖城组三级层序受构造沉降、全球海平面升降、物源区供给和气候等因素的共同影响，发育TST、HST、LST共3种沉积模式。TST模式是由缓坡宽相带退积扇三角洲—陆棚沉积体系与陡坡窄相带水下扇—陆棚沉积体系组成；HST模式是在TST基础上的继承性发展，并以进积型扇三角洲为特征，剥蚀区和扇三角洲面积进一步扩大；LST模式是由大面积侵蚀区与局限近海河流—湖泊沉积体系组成。