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南海北部坡折带的识别及油气地质意义

张尚锋 张昌民 施和生 王雅宁 尹艳树 朱锐 李向阳

张尚锋, 张昌民, 施和生, 王雅宁, 尹艳树, 朱锐, 李向阳. 南海北部坡折带的识别及油气地质意义[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
引用本文: 张尚锋, 张昌民, 施和生, 王雅宁, 尹艳树, 朱锐, 李向阳. 南海北部坡折带的识别及油气地质意义[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
ZHANG Shangfeng, ZHANG Changmin, SHI Hesheng, WANG Yaning, YIN Yanshu, ZHU Rui, LI Xiangyang. RECOGNITION OF SLOPE BREAK BELTS AND ITS HYDROCARBON GEOLOGICAL SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
Citation: ZHANG Shangfeng, ZHANG Changmin, SHI Hesheng, WANG Yaning, YIN Yanshu, ZHU Rui, LI Xiangyang. RECOGNITION OF SLOPE BREAK BELTS AND ITS HYDROCARBON GEOLOGICAL SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005

南海北部坡折带的识别及油气地质意义

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
基金项目: 

国家自然科学基金 41472098

国家“十三五”重大科技专项 2017ZX05032-002-002

详细信息
    作者简介:

    张尚锋(1964—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事沉积学与层序地层学教学与科研工作.E-mail: 1291789217@qq.com

  • 中图分类号: P539.2; P618.13

RECOGNITION OF SLOPE BREAK BELTS AND ITS HYDROCARBON GEOLOGICAL SIGNIFICANCE

图(7) / 表 (1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-16
  • 刊出日期:  2018-10-28

南海北部坡折带的识别及油气地质意义

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
    基金项目:

    国家自然科学基金 41472098

    国家“十三五”重大科技专项 2017ZX05032-002-002

    作者简介:

    张尚锋(1964—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事沉积学与层序地层学教学与科研工作.E-mail: 1291789217@qq.com

  • 中图分类号: P539.2; P618.13

摘要: 当坡折带被引入层序地层学理论以后,并作为层序地层学理论核心的内容之一,其概念的内涵和外延都发生了明显的变化,应该说此时坡折带已经不仅仅是一个单纯的地貌学概念,而在其中赋予了更多的沉积学含义,从单一的地貌起伏面转化为沉积地质体。坡折带的存在制约影响着层序界面的识别、地层叠加样式和层序内体系域构成分析及层序地层模式的建立,同时对地层岩性油气藏勘探开发具有重要作用。笔者从地质及地球物理方法出发,对珠江口盆地所存在的沉积坡折及地貌坡折进行了识别,认为沉积坡折发育于惠州凹陷南侧,而地貌坡折主要存在于白云凹陷北坡,但坡折带不是固定不变的,随着盆地的演化,其分布位置不断变动。最后总结了坡折带识别在珠江口盆地岩性油气藏勘探开发重点现实意义,并形成了坡折带识别方法体系及研究工作流程,对于相关盆地坡折带识别具有一定的指导意义。

English Abstract

张尚锋, 张昌民, 施和生, 王雅宁, 尹艳树, 朱锐, 李向阳. 南海北部坡折带的识别及油气地质意义[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
引用本文: 张尚锋, 张昌民, 施和生, 王雅宁, 尹艳树, 朱锐, 李向阳. 南海北部坡折带的识别及油气地质意义[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
ZHANG Shangfeng, ZHANG Changmin, SHI Hesheng, WANG Yaning, YIN Yanshu, ZHU Rui, LI Xiangyang. RECOGNITION OF SLOPE BREAK BELTS AND ITS HYDROCARBON GEOLOGICAL SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
Citation: ZHANG Shangfeng, ZHANG Changmin, SHI Hesheng, WANG Yaning, YIN Yanshu, ZHU Rui, LI Xiangyang. RECOGNITION OF SLOPE BREAK BELTS AND ITS HYDROCARBON GEOLOGICAL SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 44-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10005
  • 坡折带作为地貌学名词,主要是指地形梯度的急剧变化地带[1]。层序地层学将坡折带引入其理论体系,并作为层序地层学理论核心的内容之一,坡折带的存在制约影响着层序界面的识别、地层叠加样式和层序内体系域构成分析及层序地层模式的建立。就油气勘探开发而言,含油气盆地坡折带对于有利储集砂体预测、生储盖组合分析与评价等方面具有重要的作用,前人统计研究认为,目前世界上与海洋有关的油气田中,有大于1 200个与陆架坡折之外的深水沉积体系有关,其中不乏巨型油气田[2]。因此,坡折带研究受到石油地质工作者的广泛关注, 出版发表了数以万计的相关研究成果,国内此方面研究也相当热门,统计发现国内坡折带研究重点主要集中在不同类型坡折带对沉积体系如低位扇体、碳酸盐岩礁滩以及油气储集体形成与分布的控制影响,对地层、岩性等隐蔽(圈闭)油气藏预测等方面[3-5],这方面研究所发表文献占目前所统计文献的90%以上。然而当前的研究基本上忽视了如何有效识别确定坡折带这样基础性的工作,对于坡折带识别的相关文献数量不到20篇[6-8],而且所发表文献内容主要是针对某个具体盆地的坡折带识别,或者仅总结某种坡折带的识别方法,总体上显得个案性极强,而缺乏总结坡折带识别过程中共性的方法特点,或没有形成坡折带识别的基本工作流程。如果不能正确地识别判断坡折带,或者所识别出的坡折带不准确,与坡折带有关的沉积体系研究、储层预测及隐蔽(圈闭)油气藏勘探等均成为无根之木无源之水。笔者从坡折带的概念、坡折带的形成演化等方面出发,结合南海北部珠江口盆地具体实例,希望总结出有关坡折带识别较为详尽的研究内容及分析流程,以推动坡折带识别研究工作。

    • 南海位于欧亚板块、印度板块及太平洋板块三大板块的交汇部位,属于中新生代以来重要的边缘海[9],南海北部具有宽缓的大陆边缘。珠江口盆地处在南海北部陆架及陆坡之上,具有典型的被动陆缘盆地性质,盆地由北部断阶、珠一坳陷、珠二坳陷、珠三坳陷及中央隆起带5个二级构造单元组成,坳陷内可以进一步划分为惠州凹陷、陆丰凹陷及白云凹陷等次级构造单元(图 1)。中生代以后,由于盆地基底断裂活动、非均衡构造沉降、沉积物负荷及沉积供应卸载等的差异变化,在珠江口盆地形成了陆架边缘地貌坡折、陆架内断裂构造坡折及沉积坡折等不同类型的坡折带。陆架内断裂坡折带主要发育于恩平凹陷以南,番禺地隆起北部,属于反向坡折带,该坡折带的特点及对沉积的控制作用较为特殊,并且另文论述[10],此处不再赘述。陆架内沉积坡折主要形成于大约新近纪23.8 Ma以后,分布于珠一坳陷的惠州凹陷—陆丰凹陷以南,东沙隆起北坡坡脚以北;随着时间的推移, 沉积坡折带不断向盆地方向进积,或发生原位垂向加积,并且沉积坡折的地形梯度及斜坡坡角不断发生变化,伴随二级海平面的上升及东沙隆起被淹没,大约到15.5 Ma之后,沉积坡折带基本消失。陆架边缘地貌坡折带发育较早,随着盆地的构造演化过程而发生迁移变化,23.8 Ma坡折带位于白云凹陷以南,随后不断向北迁移,21 Ma之后,坡折带迁移至白云凹陷北坡,番禺地隆起以南(图 1)。

      图  1  珠江口盆地构造单元及坡折带示意图

      Figure 1.  Sketch map of tectonic units and distribution of slope break belt in Pearl River Mouth Basin

    • 坡折带最初是作为地貌概念提出的,用于表示地形梯度的突变带,对其识别主要是判断不同位置是否存在古地形坡度变化,如果地形坡度发生了变化,就证明有坡折带存在,在剖面上地形梯度的变化位置即为坡折带的发育部位,因此,对破折点识别的关键是地形梯度的准确计算和分析[11]。然而当坡折带被引入沉积学与层序地层学理论以后,其概念的内涵和外延都发生了明显的变化,坡折带与沉积作用过程密切相关,应该说此时坡折带已经不仅仅是一个单纯的地貌学概念,而在其中更多地赋予了沉积学的含义,即从单一的地貌起伏面转化为沉积地质体,主要表示沉积体体系的变化带。坡折带不是一成不变的,它的形态特征及其分布位置随着盆地的沉积充填演化不断发生变化,故对坡折带的分析过程应充分考虑不同时间单元的差别。坡折带的识别方法和技术流程应与沉积学及层序地层学分析一致,采用地质学与地球物理学相结合的综合识别方法。而且任何一种对坡折带的识别判断方法单独使用都会产生不准确性及片面性,或者说引起判断的错误。前已述及,珠江口盆地发育陆架内沉积坡折带及陆架边缘地貌坡折带,但无论是哪种类型的坡折带,其坡折的地形梯度变化特点对地层沉积充填的影响以及所造成的结果是一致的,因此, 两种类型坡折的识别基本上可采用大体相同的思路方法及识别流程。

    • 地质方法对坡折带的识别应从地层、沉积、古生物及古地貌分析4个方面入手,充分认识坡折带的地形地貌特点及沉积响应过程以及最终所产生的结果。

      (1) 地层分析

      地层分析主要包括盆地地层充填厚度分析及充填地层形态分析2个方面,该方法已被地质研究人员在不同类型盆地坡折带分析过程中所采用[6, 12],并取得一定效果。地层分析的出发点是通过地层厚度及充填地层形态的变化与分布,了解沉积前盆底古地貌的特点以及地形梯度的变化。因此,地层分析必须是在压实恢复及剥蚀量恢复的前提下进行,在以上工作的基础上,根据恢复后地层厚度的明显变化带确定坡折带。与陆相盆地不同,由于珠江口盆地新近纪以来基底活动较为稳定,凹陷区基底抬升所造成的剥蚀量较小,所以利用对不同时间单元现今的地层厚度变化分析,大体上可识别其沉积前坡折带。地层分析发现,珠江口盆地21 Ma有2个明显的地层厚度变化带(图 2),其一位于东沙隆起以北,惠州凹陷—陆丰凹陷南部,地震剖面上可见地层厚度变化明显,厚度等值线图显示存在等值线疏密变化,西北部等值线稀疏,东南等值线较密,地层厚度变化趋势总体上呈NEE—SWW方向展布,坡折带位于厚度突变处;其二位于白云凹陷北部,地层厚度变化特征与前者相似,呈NEE—SWW方向展布,明显指示陆架边缘坡折带的存在(图 2)。

      图  2  珠江口盆地SQ21层序地层厚度分布及坡折带识别

      Figure 2.  Thickness distribution of SQ21 and identification of slope break belt in Pearl River Mouth Basin

      (2) 沉积分析

      沉积分析主要通过对与反映沉积时环境水体深度有关的沉积相、沉积亚相和沉积微相的变化分析,进行坡折带的判断。受坡折带不同区段古地形梯度影响,水动力机制及水流能量产生变化,从而造成沉积作用的差异,如陆架边缘坡折带之上的陆架地形梯度较小,水流机制主要以牵引流为主,沉积形成陆架三角洲及陆架边缘三角洲,而在坡折带下的陆坡地形梯度明显增大,水体流动能量增强,侵蚀切割作用增大,侵蚀作用所提供的大量碎屑物质在斜坡带重力作用下流动,形成与重力流有关的扇体及滑塌体,如21 Ma陆架边缘三角洲及白云凹陷北坡的浊积扇,坡折带应位于三角洲与浊积扇的过渡位置(图 3);在陆架沉积坡折带之上同样发育三角洲,坡折带之下斜坡部位可见小型浊积扇,以及斜坡之下局限海盆受潮汐作用改造形成的潮汐沙脊(图 4),证明该区域存在坡折带,坡折带位于三角洲与浊积扇或潮汐沙脊之间。

      图  3  陆架边缘坡折带沉积识别标志

      Figure 3.  Depositional marks for identification of slope break belt on a shelf-margin

      图  4  陆架沉积坡折的沉积识别标志

      Figure 4.  Depositional features for identification of slope break belt on a shelf-margin

      (3) 古生物分析

      生物对生存环境最为敏感,如浮游抱球虫的出现可以反映海洋深水环境[13],同时生物的活动可产生遗迹,海洋中不同深度遗迹化石类型、丰度及分异度差异明显。前人通过遗迹化石及沉积环境关系研究提出了从陆地到深海盆底生物遗迹相的分布模式(图 5)[14, 15],模式显示动藻迹、石针迹及舌形迹组合多出现在陆架边缘地貌坡折附近,由此可见,遗迹化石对于海相盆地坡折带识别具有一定的实际意义。值得注意的是,利用生物遗迹相进行水深环境判断以及坡折带分析时,必须利用生物遗迹组合,而不能利用某种单一生物遗迹进行判断,因为有些生物遗迹可以出现于多种环境中。通过珠江口盆地古生物分析发现,在珠江组沉积早期在白云凹陷南部的钻井岩心中发现有较丰富的抱球虫以及动藻迹等生物遗迹[16](图 5),证明当时的坡折带位于白云凹陷南部,很好地印证了由其他资料得出的结论[17]

      图  5  遗迹相分布模式(上)及珠江组遗迹化石和抱球虫化石(下)

      Figure 5.  Distribution pattern of ichnofacies (above) and trace-fossils and globigerina (below) in Zhujiang Formation

      (4) 地貌分析

      根据地貌分析确定坡折带的基本思路是:首先,进行古地貌恢复,包括剥蚀恢复及去压实恢复。珠江口盆地新近纪以来基底抬升造成的地层侵蚀较弱,加之利用此方法识别坡折带仅确定了古地貌梯度的存在,而不考虑具体的古地貌起伏大小变化,因此可以省略剥蚀恢复及去压实恢复步骤。其次,通过计算不同区段古地形梯度变化率,确定地形坡度有无变化。具体步骤包括:①在地震剖面上进行界面准确追踪,并将目标层的上界面做拉平处理;②通过井震桥式对比,准确确定层位关系,并建立较为准确的速度场,计算不同区段垂向地层真实厚度;③利用不同区段水平延伸距离与垂向厚度分段计算地形坡度;④比较不同区段地形坡度较大小变化,确定坡折带发育分布,其梯度变化率最大处即为坡折带位置(图 6)。

      图  6  坡折带地貌分析原理及17 Ma坡折带

      Figure 6.  Geomorphological analysis of a slope break belt and the 17 Ma slope break belt

    • 地球物理方法主要通过地震剖面反射形态和地震反射终止关系、地震古地貌及地震属性分析等方面识别坡折带。从地震反射终止关系看,在地震剖面上坡折带一般位于目标界面初始上超点向盆地中心方向的附近,或者位于倾斜界面之下的第1个削截点出现之处。地震反射形态显示,坡折带之下常常呈现出丘状、朵状或楔状地震反射特征,地震地貌图上坡折带表现为目标界面地形梯度变化带,坡折带向陆方向地形梯度小,向海方向地形梯度大,且坡折带附近一般具下切形切割谷特点。地震属性显示坡折带向陆侧往往呈现朵形陆架边缘三角洲特点,而向海一侧条带形水道特征明显,呈NW—SE向展布(图 7)。此外通过地层倾角测井资料分析,可以确定地形坡角的变化,进而确定坡折带。

      图  7  坡折带地球物理识别标志

      Figure 7.  Geophysical identification marks of slope break belt

    • 坡折带在油气成藏过程中的作用是不言而喻的,特别是对地层岩性(圈闭)油气藏的成藏具有明显的控制和影响,控制着有利油气储层及生储盖组合类型及分布特点,坡折带之下的细粒沉积可作为优质烃源岩,而海平面下降期强制海退砂体及低位重力流砂体,以及坡折带之上的陆架边缘三角洲砂体,都可以作为优质储集砂体,并且这些砂体紧邻优质烃源岩分布,海侵泥岩可作为良好的区域盖层,从而形成良好的生储盖组合。正因为坡折带在油气成藏中的重要作用,使得对其研究受到国内外石油地质工作者的广泛关注,国内近年来所发表与坡折带地层岩性油气藏有关的文献数千篇,筛选2000—2017年其中最为重要的358篇进行统计分析发现,相关研究内容主要集中在以下6个方面(表 1):①坡折带与层序地层学研究,主要讨论坡折带在层序地层划分及体系域分析中的作用,以及层序及体系域的划分结果[18-20];②坡折带对沉积体系的控制研究,重点探讨坡折带上下不同类型沉积体系的特征及分布规律[21-24];③坡折带对储集砂体形成的控制,包括研究坡折待如何控制高位三角砂体、各种沉积类型的强制性海退砂体、低位陆架边缘三角及重力流砂体[25-27];④坡折带对不同类型沉积盆地地层岩性油气成藏形成的控制影响[28-32];⑤坡折带如何通过影响油气运移输导体系,进而影响构造地层复合油气藏的形成[33-34];⑥坡折带特征及坡折带的识别研究[6, 35]。通过对上述研究成果的调研分析可以看出,油气地质工作者及石油企业研究人员对坡折带与油气成藏研究极为重视,而如果没有坡折带识别,或者坡折带识别不准确,将对油气勘探开发,提高勘探开发效益造成严重的影响。由此可见,坡折带识别对于油气地质理论完善及油气勘探开发工作具有极其重要的意义。珠江口盆地坡折带识别对油气地质的意义主要体现在以下4个方面:①坡折带的准确识别有助于预测有利油气储集砂体类型及发育分布区域,在坡折带识别的基础上,先后找到了惠州沉积坡折之下的重力流砂体、陆架潮汐沙脊砂体及风暴成因砂体,即sand1—sand6 6套有利储集砂体;在陆架边缘坡折带发现强制性海退及低位陆架边缘三角洲砂体及重力流砂体,构成主力油层组GAS1、GAS2等储集砂体,并对砂体进行评价,进而发现有利的油气勘探区带。②正确识别坡折带,确定坡折带的分布位置,对于把握生储盖组合特征,寻找有利的油气生储盖组合具有重要作用,如白云坡折带SB21之上低位砂体储层与其上的海侵泥岩组成良好的储盖组合。③坡折带的识别有助于确定发现地层岩性圈闭油气藏或构造岩性复合圈闭油气藏,进而更好地预测及评价有利成藏区带,并发现油气勘探目标,惠州凹陷南侧及白云凹陷斜坡带及坡脚有利区带的发现就是很好的例证。④通过珠江口盆地坡折带的识别,建立起坡折带识别的一般方法及工作流程,对其他盆地坡折带识别及坡折带研究具有一定的借鉴意义。

      表 1  坡折带相关研究文献统计表

      Table 1.  A statistic of related literatures on slope break belt

      主要研究内容 坡折带与层序地层分析 坡折带对沉积体系的控制 坡折带对储集形成的控制 坡折带地层岩性油气成藏控制 坡折带对构造地层复合油气藏的控制 坡折带特征与识别
      发表论文数量 32 90 73 112 26 25
      不同研究论文所占比例 8.9% 25.1% 20.4% 31.3% 7.3% 7.0%
      备注:共统计国内所发表与坡折带相关主要文献358篇
    • (1) 笔者认为,坡折带虽然源于地貌学概念,但当其被引入层序地层学理论体系后,其概念内涵发生明显变化,在其中赋予了更多的沉积学概念。坡折带的存在制约并影响着层序界面的识别、地层叠加样式和层序内体系域构成分析及层序地层模式的建立,对地层岩性油气藏勘探开发亦具有重要作用。

      (2) 对坡折带的识别尽可能综合应用多种方法,任何单一的方法可能存在片面性和不准确性,甚至产生错误的判断。在地质上要从地层厚度和充填形态分析、沉积相类型和分布分析、古生物遗体和遗迹化石分析及古地形地貌分析等方面对坡折带进行识别;在地球物理方面主要通过地震反射终止关系、地震反射性态及地震古地貌等方面进行坡折带识别。

      (3) 坡折带识别的油气地质意义主要在于对油气砂体类型与分布的预测、对岩性油气藏及构造岩性复合油气藏的类型及分布的分析与评价,并对有利目标优选,进而对油气勘探开发方案进行制定与实施。

参考文献 (35)

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