叠合断陷盆地“源热双控”生烃特征研究：以丽水-椒江凹陷为例*

田兵，赵俊梅，郑有伟

(内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院，内蒙古 包头 014010)

伸展裂谷期叠合充填陆相、海陆过渡相及海相沉积的断陷被称为叠合断陷盆地，区别于全部为陆相沉积充填的陆相断陷，其在构造、沉积环境及烃源岩等方面都差异明显.中国近海海域发育一系列被动大陆边缘环境下形成的叠合断陷盆地，东海陆架盆地丽水—椒江凹陷是其中的典型代表.丽水-椒江凹陷是中国近海海域的重点含油气区，是我国海上油气勘探的主攻区之一.LS36-1-1井在上古新统的海相砂岩中获得高产油气流以及WZ13-1构造发现的高压天然气藏，展示了凹陷良好的油气勘探前景.

晚中生代之后，凹陷一直处在我国东部陆缘伸展构造带之内，经历了多期剧烈构造活动，因此发育复杂的断裂构造体系、丰富的盆地结构类型，表明本区石油天然气勘探的复杂性[1-2].因而，有必要对本区丰富的地质资料进行系统地分析和研究，为今后的石油天然气勘探决策提供依据.本次研究从丽水-椒江凹陷“叠合断陷”的成盆特征及“源热双控”[3-4]的成烃特征角度出发，对研究区的油气形成及分布主控因素作进一步分析，并对勘探新领域进行预测.

1 区域地质背景

东海陆架盆地是我国近海面积最大的含油气盆地，丽水-椒江凹陷位于盆地西南部，是在中生代残留盆地基础上发育起来的具有典型的新生代“东断西超”特点的断陷.凹陷北邻钱塘凹陷,雁荡凸起将其与东侧福州凹陷、闽江凹陷相隔，西部和南部过渡相接闽浙隆起区，整体呈北东-南西向展布，盆地形态具南北分块、东西分带的特征，主要包括椒江凹陷、丽西次凹、丽东次凹、丽南次凹以及灵峰凸起、丽南凸起等构造单元，如图1所示[2,5-8].

图1 丽水-椒江凹陷区域位置及构造划分

2 “叠合断陷”成盆特征

2.1 古新世为凹陷主断陷期

丽水-椒江凹陷是在中生代残留盆地的基础上发育起来的新生代断陷，自晚白垩世以来，盆地经历了经历多期构造运动，其演化阶段可划分为3个阶段：晚白垩世—古新世断陷盆地演化阶段，始新世坳陷盆地演化阶段及第三纪以来的区域沉降演化阶段，其中古新世是盆地主断陷期.

晚白垩世至早古新世(雁荡运动期)，太平洋板块由NWW向转为NNW向向欧亚板块低角度俯冲，这种NNW向的持续俯冲运动伴随导致强烈的岩浆活动，在地壳表层产生拉张应力场，造成整个东海陆架区处于剪切拉张应力状态[9].受其控制，盆地内形成了一系列NE，NNE向延伸的张扭性正断层，由此进入早期裂谷盆地期，这一时期裂谷主要由相对独立、分散的小断陷组成.作为小断陷中的典型代表，丽水-椒江凹陷内断裂开始规模发育，丽西次凹开始形成，灵峰潜山初具雏形.古新世中期(瓯江运动期)，西太平洋板块继续向欧亚板块方向俯冲[10-12]，丽西东断裂、丽东断裂和椒江东断裂开始大规模发育，丽水-椒江凹陷快速拉张并沉积了巨厚的古新统地层，其内部灵峰低潜山构造已经成形.晚古新世，凹陷断裂活动性渐弱，盆地裂陷由西向东逐渐迁移.

始新世早期，由于太平洋板块运动由NNW向转回为NWW向，形成新的俯冲，岩石圈水平拉伸基本停息，上升的热地幔物质缓慢冷却下沉，在丽水-椒江凹陷内表现为地幔上隆和盆地断陷演化阶段的结束，盆地快速沉降，产生热沉降坳陷型沉积.与此同时，盆地又受到了前后两次侧向构造事件的影响.第一次发生在始新世中晚期，太平洋板块俯冲方向回转阻滞了东海陆架盆地向东蠕散拉伸，强烈的俯冲作用导致盆地东部浙东坳陷(包括西湖凹陷、基隆凹陷、新竹凹陷)在渐新世至中新世快速沉降，而西部的丽水-椒江凹陷进入长时期的抬升剥蚀并伴随较强烈的中基性火山活动，从而导致凹陷缺失上始新统至中新统下部地层.第二次发生在中新世末，此时菲津宾海板块俯冲向盆地东侧琉球岛弧，冲绳海槽盆地形成，而丽水-椒江凹陷地区再次发生抬升剥蚀并伴有火山活动，导致上新统与下伏地层不整合接触，此次事件后，整个盆地进入整体沉降阶段.

上新世之后，整个东海陆架盆地平稳补偿沉积，构造断裂不活动，仅发育数次整体沉降，菲律宾海板块俯冲向琉球岛弧，冲绳海槽盆地呈地堑下陷式特征，而丽水-椒江凹陷地区再次抬升遭受剥蚀，导致中新世与上新世之间存在较明显的的不整合面.最终演变成现今盆地结构，如图2所示.

图2 丽水-椒江凹陷构造演化剖面

2.2 凹陷主断陷期发育海陆过渡相沉积序列

古新世主断陷阶段包括了下古新统月桂峰组断陷初期沉积，以及上古新统灵峰组、明月峰组断陷扩张期沉积.不同构造期地层在古构造格架、沉降中心和沉积体系类型及展布等方面存在较大差异，构成多个区域性的沉积旋回，反映出盆地的多期次或幕式构造及充填演化特征[13].

月桂峰组沉积期为湖泊沉积环境，湖泊面积较大，三角洲相由古鳌江、古瓯江等数个古水系提供物源，主要分布在西侧边缘缓坡带，扇三角洲相由雁荡凸起提供物源，分布在东侧断陷陡坡带，该沉积期灵峰潜山分隔丽水东西次凹，潜山西侧发育近岸水下扇沉积体，潜山东侧则形成数个扇三角洲砂体沉积，如图3(a)所示.

下灵峰组地层角度不整合于月桂峰组地层之上，该期沉积受控于强烈的同沉积断裂作用，同时受全球海平面上升变化影响，研究区沉积环境由陆相过渡为海相.凹陷东西两侧受物源及古地貌控制分别发育扇三角洲及三角洲沉积，继承前期沉积特征，其中西南LS36-1-1井区三角洲沉积体受断陷坡折带控制形成滑塌重力流沉积.灵峰潜山受海侵影响部分沉没，但仍可作为供给物源，在其和雁荡凸起控制下，东侧仍旧形成数个近源楔状前积的扇三角洲沉积，如图3(b).

上灵峰组凹陷继续断陷沉降且同沉积断裂继承性发育，海区范围明显扩大，灵峰潜山逐渐沉没，其物源规模及供给范围急剧缩小.西侧闽浙隆起物源供给充足，西次凹三角洲河道水动力较强，三角洲沉积范围明显向凹陷内部推进.根据钻井揭示该期同样发育大区域的厚层滨海-浅海沉积，如图3(c).

明月峰组构造断裂活动性减弱，后期盆地演化转入坳陷期.该沉积期最大充填特征为三角洲相沉积范围及规模显著扩大.根据连井对比，SMT-1井区三角洲范围向南推进至NP11-4-1井区，前缘发育河口坝沉积，三角洲北侧至LS36-1-1井区处发育一滑塌型重力流沉积.凹陷东侧WZ26-1-1井区亦发育一大型三角洲沉积，其沉积范围向凹陷中央推进至MYF1井区附近.椒江凹陷WZ6-1-1井区及丽水凹陷东南部发育少数扇三角洲沉积体，如图3(d).

图3 丽水-椒江凹陷古新世沉积体系平面展布(a)月桂峰组沉积体系展布；(b)灵峰组下段沉积体系展布；(c)灵峰组上段沉积体系展布；(d)明月峰组沉积体系展布

3 “源热双控”生烃特征

3.1 湖相泥岩是主力烃源岩

勘探实践及地化分析表明，丽水—椒江凹陷发育下古新统月桂峰组湖相暗色泥岩及上古新统灵峰组、明月峰组海相源岩3套烃源岩.

综合岩样分析结果对比凹陷烃源岩特征，月桂峰组泥岩在有机碳含量、热解生烃潜量及可溶有机质含量几个有机质丰度指标上均高于其上明月峰组、灵峰组泥岩，达到中等—好烃源岩级别.另外，月桂峰组湖相沉积以II型(部分Ⅲ型)有机质为主，有机质类型相对较好，总体上为倾油、倾气性母质，生烃潜力良好，是丽水-椒江凹陷的主力烃源岩[14]，见表1所示.

表1 丽水-椒江凹陷有机质丰度

通过地震解释可知，月桂峰组烃源岩厚度相当大，整个月桂峰组地层在丽水-椒江凹陷厚度可达到千余米，从单井资料来看，WZ26-1-1井的滨浅湖相暗色泥岩厚度占总井段地层厚度的73%，由此推断，湖水更深的相带沉积泥岩含量及有机质丰度会更高，因此估算丽西次凹北部烃源岩最大厚度将愈2 000 m，丽东次凹也可达千余米.根据丽水-椒江凹陷的沉积相平面展布特征，结合研究区泥岩厚度特征，确定月桂峰组有效烃源岩的平面分布范围.月桂峰组有效烃源岩主要分布在各次凹的中央洼槽带，有效面积总计达4 974.8 km2，如图4所示.

图4 丽水-椒江凹陷月桂峰组有效烃源岩平面分布

3.2 热演化控制油气生烃史

沉积盆地实际上是一个巨大的低温热化学反应器，地温是决定有机质成烃演化的最重要控制因素[15-17].

对凹陷月桂峰组顶部和灵峰组顶部的平面古地温发育及演化特征作了细致研究.以月桂峰组顶部古地温特征为例，如图5所示.灵峰组沉积末期，月桂峰组顶部在丽西次凹、椒江凹陷中部大部分达到了100 ℃以上，最高温度出现在丽西次凹中央洼陷带，达到180 ℃，研究区丽西次凹、椒江凹陷的温度明显比丽东凹陷要高.在明月峰组沉积末期，地层温度进一步整体增高，高温中心继承了灵峰组沉积末期的范围，仍为丽西次凹、椒江凹陷的中央洼陷带，最高温度达到了225 ℃.到了温州组沉积末期，研究区月桂峰组顶部的地层温度达到了300 ℃.区域上温度的差异性仍和前期一致，丽东凹陷的中心温度低于丽西凹陷、椒江凹陷的温度.在渐新统沉积末期，受构造抬升影响，月桂峰组顶部的温度都有所下降，最高值为270 ℃.而现今温度又有所升高，最大值达到了330 ℃.

图5 丽水-椒江凹陷月桂峰组顶部古温度平面展布(a)明月峰沉积末期地温唱场；(b)温州组沉积末期地温场；(c)渐新统沉积末期地温场；(d)现今地温场

灵峰组顶部界面的古地温演化史和月桂峰组顶部演化特征相似，总体经历了升温-降温-升温的过程，与月桂峰组顶部界面相比，各个时期的温度值都比较低，古地温最高值为200 ℃；另外，除了明月峰组沉积末期，平面上温度的差异性与月桂峰组相似外，如丽西次凹、椒江凹陷的古温度比丽东凹陷的高，其他时期灵峰组顶部界面的古温度，在平面上都较为均一，分异性不太明显.

整个东海地区地温梯度介于25～43.5 ℃/km间，地温梯度分布呈现北低南高特征，平均为32.7 ℃/km，其中丽水-椒江凹陷中大部分区域为35 ℃/km左右的高地温梯度区，均值为34.8 ℃/km.热史恢复结果表明，丽水-椒江凹陷经历最高古热流出现在古新世(67～92 mW/m2)，平均为81 mW/m2，自203 Ma到45 Ma是一个热流增大的过程，自始新世末到渐新世则是一个降低的过程，自渐新世末到现今又是一个热流升高的过程.

在研究区上述热体系影响下，对凹陷月桂峰组顶部和灵峰组顶部烃源岩的成熟度作了平面顺层“切片”研究，以分析研究区平面上生油气区的分布特征.

月桂峰组在灵峰组沉积末期，丽西次凹和椒江凹陷中央洼陷带烃源岩大部分均已成熟，Ro>0.7%，进入到了生油阶段，丽东次凹此时只有洼陷带零星的地方进入到了生油窗.明月峰组沉积末期，生油区进一步扩大，凹陷南部和丽东次凹生油范围明显增加，在丽西次凹和椒江凹陷的中央洼槽带，Ro>1.3%，月桂峰组顶部烃源岩进入到了湿气阶段.在温州组沉积末期，研究区达到了生烃高峰，凹陷各个次凹中央洼陷带烃源岩Ro>2.0%，达到了干气阶段，丽西次凹部分达到了过成熟阶段.之后由于玉泉运动，盆地抬升遭受剥蚀，生烃停止，后期渐新世末直至现今这段地质历史时期，生、油气区的范围未扩大，成熟度也未增加.

灵峰组顶部烃源岩成熟度的演化史与月桂峰组顶部界面相似，都经历了温州组沉积末期之前增加，之后停止的过程.但灵峰组顶部界面与月桂峰组顶部界面相比，成熟度演化较低，在整个地质历史时期，只有丽西次凹达到了湿气阶段，但现今丽水-椒江凹陷各次凹中央洼陷带大都进入到了生油窗.

4 油气勘探启示

综合上述得出的凹陷构造、沉积充填等“叠合断陷”成盆特征以及烃源岩条件、古地温场控制下“源热双控”生烃特征，结合已有探井的油气显示情况分析，建立起了丽水-椒江凹陷内寻找有利成藏区带的几个原则：

(1)油气就近聚集在烃源岩分布区内或其临近地带，生烃中心基本上控制了油气区的分布范围；

(2)在古新世早期凹陷断裂快速发育，在这种构造背景下，背斜、断背斜、断鼻等多种成藏优势构造发育于凹陷内，相应潜在发育的断块、断背斜和断层-岩性等多种油气藏类型是未来最佳勘探突破口；

(3)凹陷主力油气源岩埋深较深，优良的深部相带储层及有效的运移通道亦是控制研究区油气藏形成与分布的重要因素.

5 结论及建议

(1)自晚白垩世以来，丽水-椒江凹陷经历了晚白垩世-古新世断陷演化期，始新世坳陷演化期及第三纪以来的区域沉降演化期3期构造演化阶段，其中凹陷主断陷期古新世经历了4幕断陷.受控于全球海平面变化及幕式断陷运动，凹陷内部地层展布及充填序列特征各期迥异，古新世初期月桂峰组(初始断陷Ⅰ幕)以湖相沉积环境为主，而后过渡为海相沉积环境，凹陷具典型的叠合断陷盆地特征.

(2)丽水-椒江凹陷发育下古新统月桂峰组湖相暗色泥岩及上古新统灵峰组、明月峰组海相泥岩3套烃源岩.下古新统月桂峰组烃源岩有机质类型好，丰度高，规模大，生烃潜力最大，为凹陷主力烃源岩；凹陷古地温演化经历了203 Ma到45 Ma热流增大，始新世末到渐新世热流降低，渐新世末到现今热流升高3个阶段，地温场平面展布具不均一性，各次凹中央洼陷带为凹陷高温中心，其中丽西次凹中央洼陷带最高，为整个凹陷高温中心；烃源岩及热演化特征共同控制了凹陷的生烃演化史.

(3)作为低勘探程度区，目前寻找有利油气区带，寻求重点突破是当前凹陷勘探的第一要务.综合凹陷构造、沉积充填等成盆特征以及烃源岩条件、古地温场控制下生烃特征，结合已有探井的油气显示情况分析，建立了凹陷内寻找有利成藏区带的几个原则：①油气就近聚集在烃源岩分布区内或其临近地带，生烃中心基本上控制了油气区的分布范围；②在古新世早期凹陷断裂快速发育，在这种构造背景下，背斜、断背斜、断鼻等多种成藏优势构造发育于凹陷内，相应潜在发育的断块、断背斜和断层-岩性等多种油气藏类型是未来最佳勘探突破口；③凹陷主力油气源岩埋深较深，优良的深部相带储层及有效的运移通道亦是控制研究区油气藏形成与分布的重要因素.