莺歌海盆地东方1-1气田上新统莺二段源-渠-汇研究

2021-06-28张磊岗马勇新杨楷乐

西北大学学报(自然科学版) 2021年3期

周伟,张磊岗,马勇新,杨楷乐,管琳,高雨,陈硕

(1.中国海洋石油集团(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057;2.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069)

“源-渠-汇”体系研究是当今地球科学研究领域的重要课题,已成为当下全球沉积学的研究热点[1-4]。美国国家自然科学基金会(NSF)和联合海洋学协会(JOI)于1998年提出《洋陆边缘科学计划2004》,制定了从“源”到“汇”的复合体系科学计划,开始将源-汇分析的概念和思想引入到沉积学研究当中。目前，其已逐渐成为沉积学的前沿领域,源-汇分析已是研究热点之一[5-8]。

莺歌海盆地是全球8个海上超压盆地之一,蕴藏有丰富的天然气资源[9]，20世纪90年代，在上新统常温常压莺歌海组莺二段地层中发现了DF1-1底辟背斜浅层气田[10]。前人对莺歌海盆地新生代以来的各含气构造区的物源及沉积体系等进行了一定程度的研究[11-16]，对盆地边部的岭头构造区、莲花构造区的物源以及乐东区、海口构造区莺歌海组的物源比较清楚,但对盆地中心所在的东方构造区东方1-1气田区域的物源及渠-汇地质背景还缺乏明确的认识。

本研究运用碎屑锆石测年、重矿物物源分析及地震剖面渠汇分析技术,系统研究莺歌海盆地东方1-1气田上新统莺二段的物源与渠-汇地质背景,结合上新统莺二段的沉积背景分析,建立东方1-1气田的莺二段受限海盆源渠汇模式。

1 东方1-1气田概况

莺歌海盆地属陆缘走滑伸展型盆地,盆地可划分为3个一级构造单元:中央拗陷带、莺东斜坡带及莺西斜坡带[17](见图1)。底辟构造是莺歌海盆地的一大特点，在中方探区内,北起临高凸起南,南至崖城13-1构造西的1号断裂下降盘,底辟均发育,这些底辟大致沿北西—南东向展布,作为莺歌海凹陷内重要的正向构造,是该盆地重要的油气聚集带[18-19]。

东方1-1气田位于莺歌海盆地的西北部,中央拗陷带泥底辟构造带的北部,于1992年发现(见图1),平均水深约67 m,是中国目前最大的海上自主开发气田[20],其主要产层为莺歌海上新统莺二段,主力产层为Y2I气组、Y2II上气组、Y2II下气组、Y2Ⅲ上气组。

2 莺二段物源分析

2.1 碎屑锆石U-Pb年龄物源分析

2.1.1 碎屑锆石U-Pb年龄分析对研究区东方1-1气田DF1-1-3井、DF1-1-5井、DF1-1-9井的上新统莺二段3个碎屑锆石样品(Q3-29、Q5-17、Q9-01，井位位置见图1)进行了碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测试(见图2A、B、C)。

对样品Q3-29中的100粒锆石进行分析,获得了86～2 585 Ma的年龄范围,去掉谐和度<90%及谐和度>110%的年龄样品后,得到了85个有效数据;样品具有93.8～105，246.4，455 Ma 3个主要峰值年龄或区间,以及309，749，947.8，2 402～2 520 Ma 4个次要峰值年龄或区间。

图1 莺歌海盆地东方1-1气田位置、地震剖面位置及井位图(据参考文献[19],有修改)Fig.1 Location, seismic profile position and well position map of Dongfang 1-1 Gas Field,Yinggehai Basin

对样品Q9-01中的100粒锆石进行分析,获得了28.2～2454.5 Ma的年龄范围,去掉谐和度<90%及和谐度>110%的年龄样品后,得到了68个有效数据;样品具有98.8～153.4，253.5，417.3 Ma 3个主要峰值年龄或区间,以及28.6，733.2，834.6，587.6 Ma 4个次要峰值年龄或区间。

对样品Q5-17中的100粒锆石进行分析,获得了96.8～2 880.3 Ma的年龄范围,去掉谐和度<90%及和谐度>110%的年龄样品后,得到了79个有效数据。样品具有144，432，102 Ma 3个主要峰值年龄,以及264，735～870，487.5，555，1 516.5～1 854 Ma 5个次要峰值年龄或区间。

对测试结果数据进行了谐和度处理, 对小于1 000 Ma的点取206Pb/238U及1σ对应年龄,对大于1 000 Ma的点取207Pb/206Pb及1σ对应年龄,整理数据并依此计算谐和度,得到莺歌二段样品锆石U-Th-Pb同位素分析结果,用Isoplot程序绘制锆石U-Pb谐和图(见图2D、E、F)及锆石U-Pb年龄频率分布直方图(见图3A、B、C)。由图3A、B、C可看出,研究区3个样品的碎屑锆石U-Pb年龄频率分布曲线全部具有238～253，417～487，730～750 Ma区间的峰;但西部井区的Q5-17样品有少量2 866.5 Ma的特征峰值锆石，其他样品没有;Q9-01有28.6 Ma的特征峰值锆石，其他样品没有。

(2) 内侧仿形阴极板的形状与导流装置横截面的形状相似，且材质完全相同，避免了出现尖端效应，消除了内腔氧化膜厚度不均、电解着色存在色差等缺陷。

2.1.2 物源区年龄对比王策对莺歌海盆地上新统—更新统储层的潜在物源区进行了详细的碎屑锆石U-Pb年龄频谱识别研究,分析了莺歌海盆地潜在的3大物源区主要入海河流现代沉积物的年龄特征[14](见图3D、E、F),认为海南岛物源具有99，238，1 280～1 600 Ma等主要年龄峰值,其中以99 Ma左右为主要标志年龄峰;越南北部红河物源主要具有30，241，752，1 550～1 980，2 100～2 580 Ma等多个年龄峰值,其中以752 Ma左右为越南北部红河物源的标志年龄峰;越南中部物源具有242，428，951，2 452 Ma等主要年龄峰值,其中以951 Ma左右为越南中部物源标志年龄峰[14]。3物源区具有共性的238～242 Ma年龄,越南北部红河物源与越南中部物源具有420 Ma左右及2 400～2 580 Ma左右的共性年龄(见图3D、E、F)。整体来看,越南北部的物源碎屑锆石年龄值既有30 Ma的年轻物源，也有2 580 Ma的较老年龄,比海南岛和越南中部分布范围更宽。

图2 东方1-1气田莺二段碎屑锆石阴极发光CL图及U-Pb年龄谐和图Fig.2 CL map of detrital zircon cathodoluminescence and U-Pb age harmony diagram from detrital zircons of the YingⅡ Member in Dongfang1-1 Gas Field

通过对3大潜在物源区锆石特征年龄峰值作对比可知(见图3),位于研究区最东部的DF1-1-3井采集的样品Q3-29，受越南北部、西部、海南岛混合物源影响;位于研究区西部的DF1-1-9井、DF1-1-5井采集的样品Q9-01、Q5-17，主要受越南北部、西部物源影响,来自东部海南岛物质的非常有限。

综上所述,锆石U-Pb同位素定年分析结果表明，东方区块整体表现出北部(越南北部)和西部(越南中部)物源的年龄特征,越靠近东部的井，如DF1-1-3井也出现了海南岛的峰值年龄,不排除东部海南岛物源影响,但研究区主体为北部及西部物源。

2.2 重矿物物源分析

对研究区10余口井的重矿物分析显示,全区所有井中,其共性矿物白钛矿和赤褐铁矿的质量分数均较高,所有井中白钛矿、赤褐铁矿的质量分数均超过了10%。同时，研究区显示出明显的不同物源方向特性重矿物差异性特征,西部物源特性重矿物为磁铁矿,北部物源特性重矿物为磁铁矿、帘石类,东部物源特性重矿物为锆石、电气石(见图4)。

注：A，B，C为本次测试年龄;D，E，F物源区碎屑锆石U-Pb年龄(据参考文献[14])图3 东方1-1气田莺二段碎屑锆石U-Pb年龄频率分布直方图与物源区碎屑锆石U-Pb年龄对比Fig.3 U-Pb age frequency distribution histogram of detrital zircons of study area and U-Pb ages from the provenance detrital zircons of the YingⅡ Member of Dongfang1-1 Gas Field

在西物源为主要物源的井中,其特性矿物磁铁矿的质量分数较高,超过了25%;北物源为主要物源的井中,其特性矿物磁铁矿与帘石类的质量分数较高,磁铁矿质量分数超过了20%,帘石类质量分数超过了10%;东物源为主要物源的井中,其特性矿物锆石和电气石质量分数均超过了10%(见图4)。

3 莺二段渠-汇分析

3.1 渠-分析

研究区北侧过DF1-4-1井的WE地震东西向大剖面,揭示存在北部来源南北向的水道渠(见图5A);同时,研究区西侧NS南北向大剖面,揭示存在东西方向水道渠(见图5B),其特点是水道渠切割深，水道大小不一，且随层位迁移。

3.2 汇分析

3.2.1 南北向地震剖面、东西向地震剖面的反射特征东西向地震剖面A—A′、南北向B—B′ 地震剖面揭示,研究区由西向东(见图6)、由北向南的前积反射明显(见图7),反映了西部物源及北部物源在研究区的汇聚及卸载沉积。

3.2.2 平面砂岩展布特征根据13口探井及40余口开发井的莺二段ⅢU气组砂岩厚度数据统计做图发现,研究区砂岩分布呈近南北向条带状展布(见图8)。造成砂体这种展布特征的原因是由于研究区莺二段沉积时处于临滨—滨外转换带,主要发育砂坝、滩砂砂体[22],使得西物源、北物源为主的砂体,由于波浪改造作用,东物源物质被部分搬运到研究区西部形成混合物源。

图4 东方1-1气田各方向物源代表井重矿物组分含量统计Fig.4 Heavy mineral component statistical ananlysis of the representative wells in each direction of Dongfang 1-1 gas field,Yinggehai Basin

图5 研究区北部与西部地震剖面揭示存在供源的水道渠(地震剖面线EW、NS位置见图1)Fig.5 Seismic profiles from the north and the west of the study area reveal the existence of water channels for provenances

图6 过DF1-1-5—DF1-1-3井东西向地震剖面显示由西向东的前积反射(剖面线位置见图1)Fig.6 The east-west seismic profile from well DF1-1-5 to well DF1-1-3 shows the progradation reflection from west to east

图7 DF1-1-15—DF1-1-8井南北向地震剖面显示由北向南的前积反射(剖面线位置见图1)Fig.7 The north-south seismic profile from well DF1-1-15 to well DF1-1-8 shows the progradation reflection from north to south

图8 东方1-1气田莺二段ⅢU气组砂岩厚度图显示不同物源汇聚沉积Fig.8 The sandstone thickness map which shows the converge and deposit from different provenances of the ⅢU gas formation in Dongfang 1-1 gas field, Yinggehai Basin

4 上新统莺二段源-渠-汇模式

关于莺歌海盆地东方1-1气田莺歌海组二段的沉积背景，有学者进行了大量研究[19-24]。吕明[21]对比国外相似背景的实例,认为东方1-1气田受东、西双物源及长轴搬运红河物源的影响,发育发散型、汇聚型等多种类型的低位沉积体系;李胜利等[22]研究东1-1气田泥质重力流水道沉积时认为，该气田总体处于临滨—滨外转换带,主要发育砂坝、滩砂砂体;姜平等[20]认为，莺二段自下而上主要发育下临滨、滨外两个沉积亚相,不发育前滨亚相;卓海腾等[23]研究了东方区上新统莺歌海组二段发育的特殊侧积复合体沉积,认为在莺歌海组沉积的中后期，在中央底辟西缘发育大型的重力流过路水道;王策[14]对莺歌海盆地上新统—更新统储层的潜在物源区进行了详细的碎屑锆石U-Pb年龄频谱识别研究,对莺歌海盆地潜在的3大物源区主要入海河流现代沉积物的年龄特征与莺歌海盆地中上新统—更新统砂岩碎屑锆石U-Pb年龄进行对比,认为莺歌海盆地上新统存在西部、北部、东部3个物源方向。岳绍飞等[24]研究了东方1-1气田沉积相形成的控制因素,提出Ⅲ、II气组主要发育来自西部物源的海底扇外扇浊积席状砂,而I气组为滨外滩坝沉积,且认为莺二段“侧积”复合体形成于浅海外陆架环境,高弯度型发育在泥流水道下游而低弯度型发育在泥流水道上游,具有不同的成因机制。

本研究根据岩心相标志、测井相及地震相特征,结合前人对研究区沉积环境的认识分析,确定了东方1-1气田莺二段沉积微相的主要类型有滨浅海背景下发育的浪控三角洲砂坝、滨浅海砂坝、浅海砂质碎屑流、高弯度重力流侧积水道、潮汐泥流水道(见图9)。

图9 东方1-1气田莺二段DF1-1-5—DF1-1-11—DF1-1-3井连井沉积相对比剖面Fig.9 Sedimentary facies correlation profile from well DF1-1-5—well DF1-1-11—DF1-1-3 of YingⅡ Member in Dongfang Gas Field

本研究在源-渠-汇研究的基础上,结合上新统莺二段的沉积背景,建立了东方1-1气田的多物源受限滨浅海盆沉积模式(见图10)，明确了研究区莺二段沉积相平面分布规律：莺二段研究区西部主要发育南北向延伸的浪控砂坝,东部主要发育浅海砂质碎屑流沉积,泥流水道沿南北向延伸的各期浪控砂坝界线或其与砂质碎屑流沉积界线互补沉积。高弯度重力流水道主要发育在IIU气组,沿南北向延伸的浪控三角洲砂坝与砂质碎屑流沉积界线冲刷沉积。

5 结论

1)锆石U-Pb同位素测年物源分析表明,研究区上新统主体表现出西部(越南中部)、北部(越南北部)混合物源的年龄特征,东物源(海南岛物源)的峰值年龄微弱存在,仅在东部区域明显;重矿物物源分析显示，莺歌海盆地上新统莺二段西部、北部、东部3个方向物源都有发育,并显示出明显的不同方向特性重矿物差异性特征,西部物源特性重矿物为磁铁矿,北部物源特性重矿物为磁铁矿、帘石类,东部物源特性重矿物为锆石、电气石。

2)渠-汇分析揭示,东方1-1气田莺二段西侧和北侧都发育水道渠,西物源从西向东、北物源从北向南在研究区前积沉积,从东向西的前积不明显,说明东方1-1气田莺二段以西部及北部混合物源为主,东部物源影响有限。

3)在源-渠-汇研究的基础上,结合上新统莺二段沉积背景,建立了东方1-1气田的受限海盆多物源汇聚沉积模式。