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南海属西太平洋最大的边缘海,蕴涵着丰富的油气资源。南沙海域发育曾母、万安、北康等多个新生代沉降盆地,油气资源十分丰富,目前周边国家已有多家石油公司在该区域内从事油气开采,我国在该区域仍处于油气资源勘探阶段,该地区地质综合研究程度较低,20世纪80年代中期,中国科学院南海海洋研究所联合近40家单位,首次对南沙群岛开展了近10年综合科学考察,其考察成果至今仍是研究南沙海域地质、油气资源等最重要的资料。本文在充分收集前人的钻孔、地震等资料的基础上,重点分析曾母盆地新生代构造演化特征,并通过烃源岩分析,估算盆地油气资源潜力。结合盆地构造发育历史,划分局部有利勘探区,为今后的油气勘探提供参考。
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曾母盆地位于南沙群岛西南侧,大部分位于巽他陆架区,东北部与北康盆地、文莱沙巴盆地相邻,西北部与万安盆地相邻。曾母盆地总体呈NW—SE展布,面积约16.9万km2(图 1)。关于南沙区域的构造及其演化,已有大量文献进行了讨论[1-3]。南海南部盆地可以分为2类,一类是陆缘张裂型盆地,如北康盆地、南薇西盆地;另一类是与挤压有关的盆地,如曾母盆地。曾母盆地的形成与南海扩张、古南海消亡、南沙地块与婆罗洲碰撞有关。中生代末期—古近纪早期,华南陆缘不断发裂解,南沙地块裂离华南大陆向南漂移。已有钻井资料证实,其基底为古新统—中始新统轻变质拉让群,原岩为一套深海复理石[4]。随着古南海向南俯冲、闭合,曾母盆地于晚渐新世—早中新进入周缘前陆盆地形成阶段。曾母盆地所经历的张裂—漂移—碰撞—挠曲沉降等构造历史,在沉降物沉积样式中均有所反映。
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曾母盆地主体部分位于巽他陆架区,部分延伸到婆罗洲陆区,盆地西侧分别以SN向的西雅隆起和纳土纳隆起与万安盆地和西纳土纳盆地分隔,东部和北部以NW向的廷贾断裂带为界分别与沙巴盆地和北康盆地分开,南缘位于曾母地块与婆罗洲增生系的缝合带之上,是南部陆架最大的新生代沉积盆地(图 2)。
我国对曾母盆地地层的划分和对比是通过综合钻井、古生物等有关资料,采用实测地震剖面来进行的。曾母盆地新生代沉积由渐新统—第四系组成,由下而上划分为南薇群、曾母组、立地组、海宁组、南康组和北康组(图 3)。古新世除发育早期的火山集块岩外,缺失上部地层;晚始新世末开始,盆地内局部发育陆相—三角洲相沉积;渐新世河流—三角洲沉积逐渐广布,形成60~800 m厚的曾母组(国外称加布斯组);早中新世,曾母盆地内三角洲—浅海沉积发育,形成了610~1 824 m厚的立地组(国外称阿兰组),局部有缺失;中中新世开始,碳酸盐岩发育,形成了457~1 524 m厚的海宁组和南康组。
曾母盆地现今构造格局与曾母地块和婆罗洲地块的碰撞,以及万安断裂、卢帕尔断裂、廷贾走滑断裂的综合作用密切相关,形成了以NW—NWW为主、NE—NNE和近EW向次之的3组断裂(图 4)。NW—NWW向主要分布在盆地西南部和南部,大多为继承性基底断层,是控制断陷发育的主要断裂,此外,康西坳陷内部也有少量分布。近EW向断裂主要分布在康西坳陷中部,NE—NNE向断层主要分布在盆地的东南部和西北部。
曾母盆地地质结构复杂,地质、地球物理资料表明,曾母盆地是位于减薄陆壳或加厚洋壳上,跨越聚敛带,具有不同时代基底、高热流和强度较低的负磁异常为特征的新生代沉积盆地[7],后期又经历了一些改造。
对于曾母盆地性质的认识,已有许多学者从不同角度进行了讨论,如Hutchison等认为曾母盆地是位于陆块上和陆块间的盆地[8];吴进民等认为曾母盆地位于曾母地块和锡布增生带之间的汇聚带上,且主要位于俯冲板块,即曾母地块上,指出曾母盆地属于周缘前陆盆地[9];但也有学者以盆地未呈狭长状, 且紧靠南侧造山带的一侧未出现前渊深坳,而是自南向北沉积厚度逐渐加大为由,认为不是前陆盆地;还有认为曾母盆地随着南沙地块与加里曼丹地块碰撞连续演化,早期为具有弧前盆地性质,后期还经历了多期走滑拉张的影响[10]。
笔者认为曾母盆地形成演化经历了中生代末—中始新世被动大陆边缘阶段,晚始新世—中中新世周缘前陆盆地发育及改造阶段,以及晚中新世—第四纪为区域沉降阶段(表 1)。
表 1 曾母盆地构造演化序列(据文献[2]修改)
Table 1. Sequence of tectonic evolution of Zengmu Basin (modified from reference [2])
早期(渐新世—早中新世早期)曾母地块向西南与纳土纳隆起的会聚挤压,产生以拉奈隆起为主,包括塔陶垒堑区一部分的拉让群造山带,在巴林坚坳陷(包括康西坳陷东部)渐新世—早中新世早期沉积厚近5 000 m,因此,前陆式的地壳下陷是存在的,但其方向为NW向。
早中新世后期,廷贾—李准走滑断裂带形成,由于曾母地块向东逆旋,卢帕尔断裂带显示走滑作用,在中中新世—晚中新世时曾母地块向东南挤压,形成巴林坚坳陷的褶皱构造。与此同时,因受南海扩张后热沉降影响,曾母盆地中北部大幅度沉降,西婆罗洲地块不断抬升,来自卢帕河、拉让河等河流的碎屑物质源源通过塔陶垒堑区进入康西坳陷,形成巨大的康西三角洲。
因此,曾母盆地既是前陆盆地,又受到后期走滑断裂的影响和晚期康西坳陷沉降的影响,可称为被走滑断裂复杂化的前陆盆地或简称走滑—前陆盆地。
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油气资源评价是以石油地质理论为指导,在大量已有的勘探成果与地质认识的基础上,通过适当的方法,对油气资源总量与分布作出估算与评价,为下一步的油气勘探决策提供关键依据。资源评价已成为综合性很强、具有完整体系的一项工作。根据原因主要分为类比法、统计法和成因法3大类,不同类方法有各自适用性和局限性。成因法主要通过模拟盆地成藏过程,计算出油气的排烃系数和聚集系数等关键参数来计算最终的油气聚集量,适用于各类勘探区,不足之处是油气成藏是一个复杂过程,在初始条件有限的情况下,与油气运聚相关的参数的计算中,主观因素较大。类比法是将评价对象与已知对象的地质特征进行对比,确定两者的相似性和相似系数,根据已知对象的资源量来估算评价对象资源量。该方法通常应用于低勘探程度地区。统计法又称统计趋势预测法,其基本原理是在勘探程度相对较高区域,基于数理统计学原理对已完成的勘探工作和资源量成果进行统计分析,建立预测模型,对余下油气资源量并估计总资源量。本文中由于沉积盆地的勘探程度不高、最新资料极少,在进行盆地油气资源量计算的时候,主要通过排聚系数法对盆地油气资源量进行估算,其具体公式为:油气(远景)储量=生烃强度×分布面积×排烃系数×运聚系数,其中排烃系数与运聚系数之积又可称为排聚系数。排聚系数参考南海北部珠江口盆地(石油的排聚系数为0.058,天然气的排聚系数为0.004 5)[11-13],生烃强度引与分布面积引自金庆焕[14]。
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曾母盆地烃源岩主要为渐新统和中新统的含有机质泥岩,厚度500~1 000 m,有机质以Ⅱ—Ⅲ型干酪根为主,有机碳含量平均为1.1%~1.6%,具有很好的生烃潜力[15]。由于盆地不同构造单元沉积特征的差异性,盆地烃源岩发育、展布及有机质热演化成烃特征具有时间上分段性和空间上分区性。曾母盆地各地段所具有的不同地热场是盆地烃源岩处于不同热演化阶段的主要原因,由于本区地温梯度和古埋藏史变化大,区内不同部位门限深度也不一样。本文以渐新统烃源岩为例,分析其在不同时空条件下的生烃强度。
曾母盆地渐新统烃源岩开始生油时间早,不同部位进入生油、生气窗的时间不一,生烃延续时间长。在晚渐新世末,斜坡等高位的下部烃源岩还未达到生油门限,但中部坳陷已开始生油,生油强度达500×104 t/km2,深凹中已开始进入湿气门限,北部坳陷一般生油强度为(150~300)×104 t/km2。烃源岩在热降解作用下大量排烃,且大部分地区已处于湿气阶段,局部深凹甚至已产生干气。
早中新世末,渐新统烃源岩开始大量生成油气,距今15 Ma时,除坳陷中心的局部地区已进入高成熟外,大部分烃源岩处于成熟状态,盆地隆起和构造高部位仍基本处于未熟状态。从生油强度看,一般为(100~200)×104 t/km2,生油强度不断扩大。在坳陷中心烃源岩已开始进入生气阶段,东部坳陷的主体部位也已开始生油,一般为(80~400)×104 t/km2。
在中中新世末,渐新统烃源岩主体都已进入生气阶段,只有构造高部位和隆起区仍在生油,生气区仍集中在坳陷区,北部坳陷最高生气强度可达90×108 m3/km2,一般可达20×108 m3/km2,东部坳陷一般为(20~40)×108 m3/km2。
距今6 Ma时,生气强度进一步扩大,北部坳陷最大可达120×108 m3/km2,隆起部位和南部坳陷生气强度一般为30×108 m3/km2。生油则主要集中在局部高部位,强度一般不大。从距今6 Ma开始,这种生油、气状态基本保持至今,曾母盆地西部区的烃源岩已基本过成熟。
总体来讲,曾母盆地内各构造单元地质发展历史的差异(包括不同性质的基地、沉积体系和构造格局等),产生了坳隆和深浅各异的地质构架格局,其主力烃源岩为渐新统—中新统在不同部位处于不同的热演化阶段,如在盆地东部的巴林坚坳陷,由于渐新统—下中新统烃源岩的埋深相对较浅而正处于生油阶段;盆地北部的康西坳陷中的烃源岩则由于受到巨厚的上新世以来的沉积所覆盖,已处于生气阶段。曾母盆地的地热场由SW往NE逐渐降低,在一定程度上决定了油气的生成和排烃时间,进而造成油气在纵向和横向分布的差异性。
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本文中由于沉积盆地的勘探程度不高,最新资料极少,在进行盆地油气资源量计算的时候,主要通过排聚系数法盆地油气资源量进行估算,其具体公式如下:
$$ {\rm{Qa = Qs \times Kd \times Kda}} $$ 式中:Qa为聚集的油气(远景)储量,108 t;
Qs为总生烃量,108 t;
Kd为排烃系数;
Kda为运聚系数。
根据盆地不同时期的生烃强度,将不同时期的生气和生油量进行累加和换算,结果表明曾母盆地石油资源量为86.98×108 t,其中我传统疆界内为62.08×108 t,比新一轮全国油气资源评价结果(51.38×108 t)大;天然气资源量为5.32×1012 m3,其中我传统疆界内为3.79×1012 m3。盆地资源量总计为140.18×108 t油当量,其中我传统疆界内99.98×108 t。
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通过对曾母盆地资源量分布、已有的勘探程度以及油气成藏地质条件等综合因素分析,把盆地油气勘探区划分为A、B、C 3个类别,其中A类为最有利勘探区,B类次之,C类最差。A类勘探区位于各盆地的隆起区,紧挨主力生烃凹陷,烃源岩条件好,属于油气运移有利指向的高构造部位,油源充足,在同类的构造背景已发现良好的油气藏;B类勘探区仅次于A类,位于盆地的隆起区或生烃凹陷内部的高构造部位,烃源岩条件较好,油源较充足,隆起区储层盖层组合较发育,凹陷区的储层相对较差,有同类构造背景下有一定的油气显示;C类勘探区是盆地最差的勘探区,主要位于盆地坳陷区内,有些坳陷烃源岩较发育,但储层盖层组合较差,或者生储盖组合较好,但油气勘探程度较高,例如与曾母盆地相邻的文莱—沙巴盆地属于高勘探区,已发现油气地质储量约60×108 t,未来油气勘探潜力较差,这类勘探区亦划为C类勘探区。
就曾母盆地而言,A类油气有利勘探区包括南康台地和西部斜坡两个构造单元,这两个构造单元中紧挨康西坳陷边缘部位。康西坳陷是曾母盆地最大的生烃坳陷,油气可以向西运移至西部斜坡带或向东运移到南康地台的有利构造部位成藏。这些地区除具备较有利的储集条件外,而且生储盖组合较好,同时又处于背斜或斜坡的背景,形成比较优越的远景区带。
根据目前曾母盆地油气勘探结果来看,南康台地和西部斜坡都是天然气富集区,产天然气为主。南康台地已发现38个气田,气田中的天然气组分以甲烷为主[16]。在这两个有利勘探区的南部也都发现了大量的油气,但康西坳陷生烃量巨大,在尚未发现油气的坳陷边缘仍有很大的勘探潜力。
曾母盆地B类有利勘探区指康西坳陷,尽管该坳陷烃源岩发育,但由于一直是构造低位,不是油气运移聚集的有利位置,不易形成油气藏。此外,康西坳陷虽然断层较为发育,但不同时期断层性质有所不同,因而对对油气运聚作用存在差异。断层在渐新世—早中新世期间呈张扭性,促进油气运移,而在中中新世—晚中新世部分断层呈压扭性,此时断层对油气起封堵作用,至上新世时期,盆地西部断裂活动很弱,其上又有厚层泥岩覆盖,因此断层对区域盖层的封盖性能影响小,油气保存条件良好[3]。虽然在康西坳陷南部已发现油气藏,但综合油气成藏的地质条件来看,康西坳陷可能在局部构造高部位能形成一定的油气藏,而整体上对油气成藏不利,因此把该区划为B类有利勘探区。
曾母盆地的C类油气有利勘探区包括东巴林坚坳陷、西巴林坚隆起、塔陶垒堑、拉奈隆起和索康坳陷。其中东巴林坚坳陷和西巴林坚隆起属于东南部石油富集区,目前已发现21个油田和18个气田,如帕特里西亚(Patricia)和特马那(Temana)油田[16]。曾母盆地已发现的油气田呈南油北气的特点,这是一种由构造运动引起的沉积中心转移的结果[17]。曾母盆地由于南部多次强烈抬升,引起沉积中心一般由南向北逐渐转移,其中北部新生代沉积厚度累计可达13 000 m,引起烃源岩演化为高成熟—过成熟阶段;而巴林坚地区经多次抬升埋藏较浅,处于成熟—高成熟的油窗范围,以生油为主。同时南部巴林坚地区的15个油田和1个气田层位较老,为下中新统—中中新统三角洲砂岩。虽然这两个构造单元是油气的有利成藏部位,但是目前勘探程度已很高,油气开采量大,基本上不存在很好的勘探前景,因此划为C类有利勘探区。
塔陶垒堑、拉奈隆起和索康坳陷是曾母盆地相对来说较差的油气区带,位于康西坳陷南缘的该区带目前勘探程度已相当的高,索康坳陷油源的贡献,可以形成一定的油气藏,但是也存在远离生烃坳陷、烃源岩供应不足等成藏问题。因此,想要从该勘探区重新寻找有开采潜力的油气藏比较困难。
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(1) 曾母盆地在演化过程中既受到前期古南海俯冲挤压的影响,具前陆盆地性质,又受到后期走滑断裂的影响,是兼具走滑性质的前陆盆地。
(2) 采用成因法对曾母盆地的油气资源潜力进行预测估算,结果表明盆地资源量总计为140.18×108 t油当量,其中我传统疆界内99.98×108 t。
(3) 依据曾母盆地生烃坳陷分布、油气资源量估算以及已发现的油气藏分布情况,曾母盆地可划分为3类油气有利勘探区,其中南康台地和西部斜坡两个构造单元为A类勘探区,以产天然气为主。
TECTONIC CHARACTERISTICS AND HYDROCARBON RESOURCE POTENTIAL OF ZENGMU BASIN IN NANSHA AREA
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摘要: 曾母盆地是南沙海域热点研究区域,为揭示该盆地油气资源潜力,依据曾母盆地地震剖面和钻井等资料,对曾母盆地的构造演化史和烃源岩进行综合分析。曾母盆地主要烃源岩为渐新统和中新统含有机质泥岩,通过排聚系数法对盆地的油气资源量作出估算,得出曾母盆地的油气当量为140.18×108 t,其中位于我国传统疆界内的有99.98×108 t。进一步根据盆地各亚区的构造特征和石油地质条件,将曾母盆地划分为3个不同等级的油气有利勘探区,其中南康台地和西部斜坡2个次级造单元为最有利勘探区。Abstract: The Zengmu Basin has been a hot spot in the Nansha area for research of hydrocarbon generation and exploitation. In order to assess the hydrocarbon resources potential in the basin, this paper made a comprehensively investigation on the tectonics and the characteristics of source rocks based on regional geology, seismic survey and drilling data. The main source rock of the Basin is the Oligocene and Miocene organic-bearing mudstone. It is estimated that the hydrocarbon resources of the basin is about 140.18×108 t calculated upon the accumulation to discharge coefficient, of which 99.98×108 t is located within the traditional boundaries of China. According to the tectonic characteristics and hydrocarbon geologic conditions, the Zengmu Basin could be further divided into three exploration areas on different grade. The Nankang platform and the west slope are both located in the most favorable exploration area.
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Key words:
- Zengmu Basin /
- source rock /
- resource potential assessment /
- favorable exploration region
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