Characteristics of stratigraphic sequence and the source-reservoir-cap assemblages in the Nanweixi petroliferous basin
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摘要: 以广州海洋地质调查局二维多道地震资料和国外钻井资料为基础，厘清区域地质演化过程及其对盆地地层发育的影响，建立邻区盆地地层层序格架。利用跨盆地地震测线，参考邻区盆地，厘定南薇西盆地地层层序及年代，分析地层生储盖组合特征及其油气地质意义。结果表明，盆地内可追踪识别出7条不整合面（T1, T2，T3，T31，T4，T5，Tg），将地层划分为7个层序，除T1界面之外，其他不整合面分别对应新生代重要地质事件（广雅运动、万安运动、南沙运动、南海运动、西卫运动、礼乐运动）；盆地成盆年代与邻区盆地相同，基底年代为晚白垩世，推测主要发育花岗岩、火成岩和变质岩，T3界面是盆地内最为显著的不整合面，年代为10.4 Ma，对应万安运动；始新世以来发育三种类型生储盖组合，中新世盆地发育碳酸盐岩地层，可为良好的储层，盆地生、储、盖组合较好，具有良好的油气资源前景。Abstract: Based on the 2D multi-channel seismic data from the Guangzhou Marine Geological Survey and the drilling data collected from foreign companies, we studied in this paper the regional geological evolutionary process of the Nanweixi basin and its influence on the development of basin strata. By referring to the stratigraphic sequence frameworks of adjacent basins, cross basin seismic lines are used as tools for stratigraphic correlation. the stratigraphic sequence and chronology of the Nanweixi basin are established then, and the characteristics of source-reservoir-cap assemblage and their petroleum geological significance are analyzed. A total of seven unconformities(T1, T2, T3, T31, T4, T5, Tg)are identified, which can be traced in the basin and used to divide the strata into seven sequences. Excluding the T1 unconformity, they correspond to important Cenozoic geological events of Guangya movement, Wan, an movement, Nansha movement, Nanhai movement, Xiwei movement, Liyue movement in descending order. The basement of the basin is late Cretaceous in age, as same as that of the surrounding basins. And it is speculated that igneous rocks dominated by granite and metamorphic rocks are well developed. As the most significant unconformity in the basin, the T3 unconformity is aged 10.4 Ma, corresponding to the Wan'an movement. Three types of source-reservoir-cap assemblages have formed since Eocene. In Miocene, carbonate strata are developed in the basin, and may become a high-quality reservoir. There are excellent source-reservoir-cap assemblages in the basin which may suggest a promising oil and gas prospect.
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Keywords:
- stratigraphic chronology /
- tectonic movement /
- unconformity /
- Nanweixi Basin
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源-汇系统又被称为沉积物路径系统，用于表征由剥蚀地貌区形成的剥蚀产物搬运至汇水盆地最终沉积下来的过程，是当前国际地球科学领域的前缘和热点之一[1-8]。该研究的核心是将物源区的剥蚀、搬运区的输送以及汇水区的堆积纳入到一个系统中，建立物源—搬运—沉积整个过程的响应关系，重塑沉积物从源到汇的动态过程，深刻揭示沉积体的成因机制[9-10]。自源-汇系统的理论提出以来，经过近20余年的发展，已逐步从学术界走向工业界，从大陆边缘盆地走向陆相湖盆，从源汇要素的定性分析转向定量要素耦合[11]，尤其是针对复杂陆相断陷盆地，徐长贵等[12]运用源-汇时空耦合控砂理论显著地提高了渤海海域储层预测的精度，是源-汇系统理论在国内油气勘探工作中成功应用的一个典范，源-汇系统分析也已成为油气行业开展定量预测沉积体与储集体规模及烃源岩评价的重要思路与手段之一[13]。
对于琼东南盆地而言，关于深水区中新世中央峡谷水道和陆架边缘三角洲-海底扇的“源-汇”系统研究成果众多[14-17]，但深层古近系研究还较为薄弱[18-19]，尤其是松南宝岛凹陷南部的松南低凸起地区，其古近系经历了多幕断陷-断拗过程，形成了“多凹环抱”的构造格局[20]，具有复杂的沉积充填过程，而当前松南低凸起古近系勘探程度较低，仅有少量天然气发现[21-22]，勘探沉积方面面临两个关键难题，其一是（扇）三角洲是否发育，如何分布？另一个是（扇）三角洲是否富砂？为此，本研究以松南低凸起中段陵三段为例，基于“源-汇”系统的分析，阐明了该时期三角洲的分布规律并预测富砂三角洲分布范围，以期为该区深层领域的勘探提供参考依据。
1. 地质概况
琼东南盆地位于南海西北次海盆西延长线上，属于夭折型陆缘裂谷盆地，新生代在持续伸展应力作用下，岩石圈沿中央坳陷带拆离减薄，盆地裂陷期经历了多幕拆离伸展作用，且拆离断裂作用具有明显自东向西迁移的特点，早期断陷幕发育以高角度正断裂为特征的孤立断陷，晚期断-拗幕沉积中心位于凹陷中央[23-24]。松南-宝岛凹陷是陆缘超伸展拆离作用下形成的大型凹陷，凹陷面积
8100 km2，最大埋深11000 m，充填古近系崖城、陵水组，新近系三亚组及以上地层（图1），而松南低凸起位于松南宝岛凹陷南部，近NE走向，由多个局部小凸起复合组成，形状不规则，面积约3000 km2，其北邻松南-宝岛凹陷，东靠长昌凹陷，西南侧被陵水凹陷和北礁凹陷环绕，呈典型的“凹间凸”构造格局[20]。该凸起被次一级断层切割，可进一步细分西段、中段和东段（图1）。古近系沉积时期，早期的拆离作用导致松南低凸起以古岛的形态出现，局部缺失崖城组、陵水组。受早期古地形和构造运动控制，崖城-陵水组沉积时期形成了一系列大中型披覆背斜构造、三亚组和莺-黄组沉积时期形成了大中型岩性圈闭[25]。同时，松南低凸起发育前古近系花岗岩潜山、扇三角洲、中新统海底扇、中央峡谷水道等有利储集体，储层条件优越。从油气运聚角度看，松南低凸起是“多凹环抱”的古高地，古构造脊发育，也是凹陷深部超压的泄压区，是油气长期侧向运移的有利指向区，具备形成大中型油气田的地质条件[26]。然而目前古近系勘探仅在永乐8区有少量天然气发现[21-22]，前期研究揭示松南低凸起陵水组沉积期为填平补齐期，主要发育近源的（扇）三角洲、滨浅海沉积体系，三角洲主要发育于松南低凸起东部[20-22]，但钻井揭示陵水组以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等细粒沉积为主，该带是否发育规模（扇）三角洲以及（扇）三角洲的富砂性预测是勘探面临的关键问题，亟需从源汇系统角度开展系统攻关。![图 1 松南宝岛凹陷构造纲要与地层综合柱状图]()
图 1 松南宝岛凹陷构造纲要与地层综合柱状图Figure 1. Tectonic outline and stratigraphic correlation of the Songnan-Baodao Sag2. 源汇系统要素特征
2.1 源区特征
物源体系作为源-汇系统的重要组成部分，为汇区提供物质供给，物源区母岩性质、演化规律及汇区单元特征共同决定沉积区沉积体系的类型和砂体分布规律[7]。
2.1.1 母岩性质
根据松南低凸起及其周缘钻遇基岩探井的岩芯、岩屑观察和镜下鉴定结果显示，松南低凸起基岩的主要岩石类型为花岗岩、二长花岗岩，含少量花岗闪长岩（图2a、b、c），其脆性矿物含量高，易产生构造裂缝，其中长石含量超过60%，易发生风化溶蚀。
![图 2 松南低凸起基底岩性（a-c）与锆石年龄分布特征（d）]()
对松南低凸起及其周缘基底潜山样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试分析，其中，同位素定年以国际锆石标准91500（
1064.5 ±0.3 Ma）[27]作外标，同时，采用锆石标样Plesovice（337.1±0.4 Ma）来校正结果准确度；此外，基于ICPMSDataCal软件完成同位素比值及年龄计算，并利用Andersen[28]的方法进行普通Pb校正。测试结果揭示松南低凸起基底潜山年龄分布主要为239～250 Ma（图2d），为印支期三叠纪花岗岩。2.1.2 源区演化规律
源区的演化规律控制了母岩分布的规模和剥蚀量，决定了砂体的发育程度[7]。基于对松南低凸起及周缘近
5000 km2三维地震解释发现，除西段受松涛低凸起和松南低凸起共同控制外，源区主要来自于低凸起区，受NE-SW向断层控制，总体呈北东高、西南低。同时，基于构造演化平衡剖面的恢复揭示整个松南低凸起带经历中生代印支运动、燕山运动和新生代以来约200 Ma的多期构造运动改造，为持续继承性隆起（图3）。具体来看，中生代时期松南低凸起长期暴露剥蚀，接受风化淋滤作用（图3a），而崖城组沉积期，松南低凸起为弱正地形地貌，局部淹没水下（图3b）；陵水组沉积时期，在珠琼二幕构造运动的影响下，松南宝岛凹陷北部的2号断裂中段活动强度显著增强，达到 550 m/Ma，形成了松南宝岛凹陷中部的沉积中心，沉积厚度超过5000 m[20]，而位于2号断裂上盘的松南低凸起东段，再一次强烈地翘倾抬升，并伴随基底隆升，形成了突起的构造格局，为陵水组提供了良好的物质基础（图3c）。三亚-梅山组沉积时期，除永乐地区等局部持续隆升外，松南低凸起整体淹没水下，以滨浅海沉积为主（图3d）。黄流组沉积期至今，整个区域进入了快速沉降期（图3e）。![图 3 松南低凸起新生代构造演化规律]()
2.1.3 汇水单元特征
松南低凸起精细古地貌研究表明，凸起中段发育东陡西缓剥蚀区，面积约186 km2，且两侧地形差异明显。通过识别地貌高点及分水岭位置，将分隔凸起东西区域的构造高点连线定为I级分水岭，而将凸起西部分隔不同汇水区域（每个汇水区域对应一个沉积体系）的构造高点连线定为II级分水岭。I级分水岭分隔的松南低凸起西部，划分为3个汇水体系（A—C，由II级分水岭分割）（图4）。不同汇水区的面积有所差异，汇水面积为40.5～59.5 km2不等，其中A汇水区供源面积为40.5 km2，地形高差最小，古水系延伸距离12.9 km，供源能力较强；B区供源面积59.5 km2，地形高差中等，古水系延伸距离11.4 km，供源能力中等；C区供源面积41 km2，地形高差较大，古水系延伸距离14.6 km，供源能力中等。
![图 4 松南低凸起中段陵三段古地貌及汇水体系分布特征]()
2.2 搬运体系特征
搬运体系是连接源区与沉积区之间的桥梁，是向盆内输送沉积物的渠道，常见沟谷、转换带和断槽等3种主要类型[29-30]。通过对松南低凸起中段三维地震数据体的精细刻画，在凸起中段西部共识别出与汇水体系相对应的3条主要沉积物搬运通道，均为断槽型通道（图5），这种断槽型通道在研究区主要表现为受控于盆地的同沉积断裂体系及其伴生的调节断裂，物源区的沉积物通过水系的搬运，进入断槽负向单元内进行单线型输导，最终进入沉积水体边缘进行卸载沉积。陵水组沉积时期，3条自东向西的大型古断槽继承性发育（图5），其中1号断槽延伸长度12.9 km，平均宽度2.88 km，平均深度0.28 km，宽深比10.3；2号断槽延伸长度11.4 km，平均宽度3.2 km，平均深度0.5 km，宽深比6.4；3号断槽延伸长度14.6 km，平均宽度3.23 km，平均深度0.49 km，宽深比6.59（表1）；这3条继承性发育古断槽为沉积区输送了大量的陆源碎屑物质，是良好的输砂通道。
![图 5 松南低凸起中段陵三段古断槽典型地震反射特征]()
表 1 松南低凸起中段陵三段古断槽典型特征统计Table 1. Statistical analysis of typical features of ancient fault troughs in the third member of Lingshui Formation in the middle part of the Songnan Low Uplift序号 延伸长度/km 供源面积/km2 平均宽度/km 平均深度/km 宽深比 三角洲面积/km2 1号断槽 12.9 40.4 2.88 0.28 10.3 76.7 2号断槽 11.4 59.5 3.2 0.5 6.4 47.2 3号断槽 14.6 41 3.23 0.49 6.59 30.8 此外，从表1统计参数可以看出，汇水单元供源强弱主要与供源区面积及路径空间体积（长×宽×深）有关，其中与供源区面积正相关，与路径空间负相关，即受控于S（沉积物供给量）/A（路径可容空间），综合对比分析3个断槽控制下A区供源强度最大，B区次之，C区最小，形成的三角洲面积也与之正相关（表1）。
2.3 汇区特征
2.3.1 沉积体系类型
由于研究区缺乏大量钻井资料，研究区的沉积相类型主要是在部分钻井约束下，通过地震反射特征来确定。陵水组三段沉积时期，在目标区及周缘共识别出扇三角洲、三角洲、滩坝、滨海、浅海等5种主要的沉积相类型（图6），其中扇三角洲主要发育在凸起带断裂下降盘，在地震剖面上表现为中低频、中弱振幅，连续性较差，多呈楔形杂乱反射或者前积反射。三角洲主要发育3个断槽之下的汇聚区，在地震剖面上主要为中低频、中强振幅、中连续性反射特征，从顺物源方向层拉平剖面上见明显前积反射结构，垂直物源方向呈透镜状反射；滩坝主要发育于三角洲前方的地形高处，是波浪改造作用形成，在地震上呈中强振幅中高连续反射；滨海相呈中频、中连续、中振幅短轴状反射，反映动荡水体环境；而浅海相呈亚平行、中频、中高连续、中弱振幅地震反射特征，水体相对较稳定。
![图 6 松南低凸起中段陵三段典型沉积相类型及地震反射特征]()
图 6 松南低凸起中段陵三段典型沉积相类型及地震反射特征Figure 6. Seismic reflection characteristics of typical sedimentary facies of the third member of Lingshui Formation in the middle part of the Songnan Low Uplift2.3.2 沉积体系分布规律
陵水组三段沉积时期，三角洲作为主要的沉积体系广泛分布于松南低凸起中段西侧3个断槽之下，发育面积约141 km2（图7），局部相互叠置。而在松南低凸起西侧局部地形坡度较陡的斜坡带，受区域构造拉伸作用影响，边界断裂的下降盘可容纳空间大，物源区剥蚀的沉积物在地形坡折附近迅速堆积下来，形成扇三角洲沉积体系，该体系在平面上展布范围较为局限，但垂向厚度大。此外，该时期松南低凸起周缘水体较浅，地势相对平坦、在波浪-海流的持续作用下，三角洲经过改造搬运，在局部古地貌高地滩坝砂体发育。
![图 7 松南低凸起中段陵三段沉积相图]()
图 7 松南低凸起中段陵三段沉积相图Figure 7. Sedimentary facies of the third member of Lingshui Formation in the middle part of the Songnan Low Uplift3. 三角洲富砂性预测
前已述及，松南低凸起周缘钻井揭示陵水组以细粒沉积为主[21-22]，在识别出三角洲发育位置后，三角洲是否富砂是该带勘探面临的又一个关键问题。为此，在源汇系统分析的基础上，结合已钻井区地震相特征类比、波阻抗反演预测和基于深度学习的富砂性预测，综合判定研究区陵水组三段发育富砂三角洲，可形成优质储层，亦可作为油气运移的良好通道。
3.1 地震相特征类比
从过西侧三角洲与C井剖面对比发现（图8），C井钻遇约300 m厚层细粒沉积，以泥岩和粉砂质泥岩为主，该套细粒沉积在地震上呈弱中振幅、中高连续反射特征，而西侧三角洲在地震剖面上呈中强振幅、弱中连续前积反射特征，明显不同于C井钻遇的细粒沉积地震反射特征，反映了更为动荡高能的沉积环境，推测西侧三角洲以富砂沉积为主。
![图 8 松南低凸起中段陵三段过井地震剖面典型地震相特征对比]()
3.2 波阻抗反演预测
事实上，振幅与岩性之间并无直接的对应关系，而波阻抗与岩性之间是密切相关的，所以岩性预测首选地震波阻抗反演技术，其目的是找出砂泥岩的分布规律，在揭示沉积特征的同时，寻找有利储集相带[31]。松南低凸起陵水组为典型 的“泥包砂”沉积，由于该区钻井控制程度较低，采用常规资料难以开展准确的储层预测。通过对各种反演方法进行分析对比，认为采用重构技术的基于模型的反演方法比较适合于该地区的地质特点[31]。利用邻区自然伽马曲线重构了拟声波曲线，进行了拟波阻抗反演，具体原理见文献[32]。总体来看, 波阻抗反演剖面上对各相带的刻画较为清楚，可有效区分砂泥岩，显示陵水组三段三角洲内部存在多期低阻抗特征（图9），推测其砂岩发育。
![图 9 松南低凸起中段陵三段三角洲典型波阻抗反演剖面]()
3.3 基于深度学习的富砂性预测
有监督的神经网络算法在石油地质方面的应用可追溯到二十多年前[33]，主要是利用已有认识约束训练模型，基于岩芯、测井等数据，从而实现岩性、物性、沉积相的预测，因此，已有认识就成为有监督神经网络算法的前提条件。研究区陵水组缺少岩芯、测井等数据约束，但基于前述研究，建立了研究区陵三段三角洲分布范围的地质认识，即对三角洲在平面和剖面上的分布区域有了定性认识。在地质认识约束下，利用OpendTect软件开展神经网络多属性深度学习预测富砂三角洲分布。首先，每隔200道选取主测线和联络测线各3条地震剖面，在地震剖面上从过三角洲附近中低频、连续、中强振幅前积反射的区域设置为富砂三角洲相。剖面上，在认为是三角洲相和非三角洲相的位置处设置为训练点，富砂三角洲相训练点根据地质认识设置，非富砂三角洲相训练点则随机设置，每条剖面设置500个训练点，共设置了
3000 个训练点。集合地震数据主频、频率面积、瞬时频率、瞬时相位、噪声等属性作为输入层，根据神经网络聚类流程，在3000 个训练点的约束下，利用神经网络多属性深度学习技术定量预测富砂三角洲空间分布。经过有监督的神经网络多属性深度学习，刻画出陵水组三段富砂三角洲分布范围，清晰揭示其发育于3条断槽之下，且向凹陷内进积，其三角洲富砂面积约120 km2（图10）。![图 10 基于多属性深度学习的松南低凸起中段陵三段富砂三角洲分布范围预测]()
图 10 基于多属性深度学习的松南低凸起中段陵三段富砂三角洲分布范围预测Figure 10. Prediction of sand-rich delta distribution in the third member of Lingshui Formation in the middle part of the Songnan Low Uplift based on multi-attribute depth learning4. 勘探意义
南海勘探实践表明三角洲的发育对油气田分布具有重要的控制作用，三角洲不仅控制了煤系和陆源海相烃源岩的分布范围，而且三角洲发育的碎屑岩储层还具有厚度大、分布广、物性好的特点，可与海相泥岩形成良好的储盖组合[34]。本研究基于源汇系统耦合分析，在松南低凸起中段西区识别出3个三角洲。首先，松南低凸起的勘探实践揭示储层和运移是该地区油气成藏的关键要素[21-22]，前期在松南低凸起东段钻了8口井，陵水组总体以细粒沉积为主，说明东段可能不是砂体搬运的优势方向，而本研究在中段西区识别出3个三角洲，可促进勘探思路从东部转向西部，勘探可能出现“东边不亮西边亮”的效果；其次，研究区三角洲较为富砂，可作为良好的油气运移通道，有助于周边发育的一系列潜山构造取得新突破。此外，从整个松南宝岛低凸起来看，这些三角洲发育于半封闭的海湾环境，有利于有机质保存，可形成优质烃源岩，进一步增强了该区深层勘探的潜力和信心。
5. 结论
（1）琼东南盆地松南低凸起为继承性古隆起，以印支期花岗岩为主，陵三段沉积时期，研究区发育一个东陡西缓的剥蚀区，面积约186 km2，且以分水岭为界，其主要向西部供源，并可进一步划分为3个次级汇水单元。
（2）三条自东向西发育的大型古断槽是研究区沉积物输送的良好通道，断槽之下发育3个典型三角洲沉积，面积约141 km2。
（3）“三方面证据”（地震相特征、波阻抗反演和深度学习预测）揭示陵水组三段发育富砂三角洲，可形成良好储层，并可作为深部潜山油气运移的良好通道。
（4）源汇系统耦合分析方法能有效揭示琼东南盆地深层无井/少井地区扇体分布规律，对琼东南盆地深层油气勘探具有指导意义。
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图 1 南海南部主要盆地分布及研究区位置图
钻井资料来自IHS数据库。
Figure 1. The distribution of basins in southern South China Sea and the location of the study area
The wells data come from IHS database.
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图 3 万安盆地过测线M测线井柱
根据IHS数据修改。
Figure 3. Wells crossing seismic line M in Wan’an Basin
Based on IHS database.
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图 4 测线M碳酸盐岩台地地震剖面
Figure 4. Seismic profile of the carbonate platform in seismic line M
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图 6 万安盆地钻井连井剖面
井资料来自IHS数据库。
Figure 6. Drilling columns in Wan’an Basin
The wells data come from IHS database.
表 3 万安盆地过测线M井资料
Table 3 Data of the wells crossing seismic line M in Wanan Basin
井名 井深/m 钻遇碳酸盐岩深度/m 碳酸盐岩年代 A 2462 2237 中中新世 B 2593 2363 中中新世 C 2442 − − 
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表 4 万安盆地基底钻井资料
Table 4 Wells penetrated the basement of the Wanan Basin
井名 井深/m 岩性 年代 04-A 1X 2462 风化基底，花岗岩 白垩纪 05-1a-DH03P 2569 花岗质片麻岩 白垩纪 05-1a-DH05P 2994 花岗质片麻岩 白垩纪 05-1a-DH05X 3094 花岗质片麻岩 白垩纪 05-DH 02X 2836 花岗岩 白垩纪 05-DH 03X 3758 花岗岩 晚侏罗世 06-A 1X 4202 花岗岩 白垩纪 12-B 1X 3948 侵入火成岩 白垩纪 12-C 1X 3657 侵入火成岩 白垩纪 12W-CC 1X 2894 花岗岩、闪长岩 白垩纪 注：井资料来自IHS数据库。
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