随着珠江口盆地油气勘探工作的推进和技术手段不断更新, 一方面勘探区域逐渐由盆地中西部向东北部扩展, 另一方面勘探层位由新近系向古近系延伸, 在上述勘探思路指导下, 陆丰凹陷恩平组成功发现并评价了多套油层, 勘探效果明显^[1]。在层序地层格架下分析盆地的沉积演化一直是沉积学研究的热点, 许多学者对珠江口盆地珠一坳陷古近系沉积层序进行过相应研究, 但研究范围主要集中于研究区周缘的凹陷^[2-6], 在等时地层格架下系统研究陆丰地区恩平组的沉积时空配置演化关系, 对研究区油气勘探部署具有十分重要的指导意义。笔者根据陆丰地区测录井、2D及3D地震、岩心等资料, 建立起研究区内恩平组典型沉积相的井-震-心识别标志, 深入研究恩平组各三级层序内部的沉积体系特征, 通过分析恩平组沉积相平面展布和时空演化规律, 建立其沉积模式, 并预测有利储集相带。

研究区位于珠一坳陷东部, 走向与坳陷相同, 均为NE向, 西北与北部隆起带相邻, 东南为东沙隆起; 西部通过惠陆低凸起与惠州凹陷相接, 东部与海丰凸起和东沙隆起相接(图 1)。在早期NNE向控洼断裂和晚期NNW向改造断裂的共同控制下, 呈现出隆凹相间的构造格局, 凹陷主体可划分为惠州11断裂构造带、惠州05断裂构造带等11个次级构造单元(图 1)。

图 1

图 1 研究区构造位置 Fig.1 Tectonic location of study area

陆丰凹陷是在中生代褶皱基底上发育起来的陆缘断陷—坳陷型凹陷, 经历了晚白垩世—早渐新世裂陷、晚渐新世—早中新世的裂后坳陷及中中新世晚期至今的块断活动3个演化阶段^[2]。古近纪陆丰凹陷共经历了2次断陷, 第1次为早始新世文昌组沉积期, 第2次为晚始新世恩平组沉积期^[3-5]。钻测井和地震剖面资料揭示恩平组具有北断南超, 由洼陷向古隆起地层厚度逐渐减薄的特征(图 2)。恩平组为一套含煤层系, 主体为湖泊沼泽沉积, 在盆地边界部位底部沉积大套灰色砂岩, 间夹泥岩, 向上泥岩夹层增多, 顶部发育数套薄煤层, 自下而上正旋回特征明显。

图 2

图 2 陆丰凹陷恩平组层序地层格架与沉积充填剖面 Fig.2 Section showing sequence stratigraphic and strata filling of Enping Formation in Lufeng Depression

选取研究区层位发育相对齐全且特征明显的钻井, 在单井层序地层划分的基础上进行连井层序地层分析, 通过10余口重点井合成记录建立起井-震界面对应关系, 选取骨干地震剖面进行层序地层解释, 最终建立起研究区井震统一的层序地层格架。恩平组可划分为1个构造层序, 4个三级层序:自下而上分别命名为ESQ7、ESQ8、ESQ9和ESQ10(图 2、3)。

图 3

图 3 陆丰凹陷恩平组层序划分、构造沉积演化综合柱状图 Fig.3 Histogram of stratigraphy division, tectonic and sedimentary evolution of Enping Formation in Lufeng Depression

ESQ7沉积期(初始断陷期), 在早期张裂断陷的基础上形成多个长轴方向为NEE—EW向的小洼陷, 分布范围局限, 横向厚度变化大。地震剖面上表现为中—强振幅、中连续、中低频亚平行席状反射和前积反射, L7-4井揭示的岩性以砂泥岩为主, 反映扇三角洲(辫状河三角洲)或湖沼相沉积。

ESQ8—ESQ9沉积期(断陷发育期), 断陷发育期又可细分为快速断陷期(ESQ8)和强烈断陷期(ESQ9)。快速断陷期(ESQ8)边界断裂持续活动, 张裂断陷进一步扩展, 彼此独立的半地堑再一次相互沟通, 形成统一的沉积体。地震剖面上以中—强振幅、中—高连续性、中频亚平行、蠕虫状反射和前积反射为特征, L7-4和L14-2井钻遇该层序岩性反映辫状河三角洲-湖泊沉积, 其中L7-4井ESQ8层序发育完整, L14-2井则缺失低位体系域。强烈断陷期(ESQ9)湖盆持续稳定沉降, 湖域面积扩大, 水体相对较深, 物源主要来自北部和东南的隆起, 层序内部地震反射的振幅、频率横向变化较大, 在陡坡带表现为中弱振幅、差连续、楔状前积反射, 反映扇三角洲沉积; 缓坡带多表现为中强振幅、中低频、连续性中等, 反映辫状河三角洲沉积; 在洼陷区多表现为强振幅、中低频、连续性好, 反映湖泊沉积。

ESQ10沉积期(断陷萎缩期), 在前期填平补齐作用以及盆地整体热沉降作用的综合影响下, 张裂断陷收缩, 整体抬升, 半地堑基本保持连通的格局, 湖盆沉积范围快速萎缩, 沉积除局部区域外仍成统一的体系, 北东和西南向辫状河三角洲发育。多数钻井揭示的低位体系域为一套厚层砂砾岩, 湖侵体系域为砂泥岩互层, 高位体系域中薄的含煤层系广泛发育。层序内部表现为中—强振幅、中—弱连续、中—低频亚平行反射、前积反射。

根据岩心、测井曲线形态、录井岩性、地震反射、岩石组合及沉积构造等相标志的综合分析, 恩平组可识别出扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3类沉积相。

扇三角洲岩性主要为砂砾岩、含砾砂岩、中粗砂岩, 颗粒呈次棱角—次圆状, 分选较差。地震剖面上表现为楔状、帚状外形, 内部反射杂乱, 端部见不明显前积或低角度前积。自然伽马曲线表现为高幅高频齿化箱形(图 4(a))。研究区的扇三角洲主要发育恩平组早期层序。

图 4

图 4 陆丰凹陷恩平组典型沉积相识别标志 Fig.4 Identification mark of typical sedimentary facies of Enping Formation in Lufeng Depression

(1) 扇三角洲平原。研究区扇三角洲平原可细分为辫状河道和河道间。L16-4井(井壁取心)上辫状河道岩性为浅褐色、杂色含砾中—粗砂岩, 颗粒为次棱角—次圆状(图 5(b)、(c)), 自然伽马和电阻率曲线为锯齿状中高幅箱形。河道间是洪水期水道漫溢或决口形成的沉积, 位于辫状分流河道间或单个扇体相对低洼的地区, 一般为绿色粉砂、黏土及细砂薄互层, 自然伽马曲线表现为低频高值。

图 5

图 5 陆丰凹陷恩平组沉积体系岩石学特征 Fig.5 Depositional systems petrologic characteristics of Enping Formation in Lufeng Depression

(2) 扇三角洲前缘。区内扇三角洲前缘主体为水下分流河道为特征; 其岩性变化较大, L16-4井钻遇的水下分流河道岩性为灰绿色块状泥质细砂岩(图 5(a)), 自然伽马曲线中幅齿化箱形; 河口砂坝自然伽马曲线表现为漏斗形-箱形, 齿化特征明显。

研究区辫状河三角洲岩性主要由灰白色、浅灰色砂岩、粉砂岩、粉沙质泥岩和深灰色、浅灰色、绿灰色及紫红色泥岩组成, 砂岩颗粒磨圆度为次圆—次棱角, 分选差—中等(图 5(d)~(i))。在地震上一般具有较明显的断续强振幅反射特征, 表现为多个强振幅同向轴的叠瓦状叠置(图 4(b)), 多个断续强振幅反射复合体对应多期辫状河三角洲的叠加, 平面分布面积大, 物源供给稳定, 多位于构造转换带物源供给方向上。

(1) 辫状河三角洲平原。辫状河三角洲平原岩性较复杂, 以灰色砂质砾岩、砾质砂岩、粗砂岩、炭质泥岩为主, 夹煤层、煤线。L13-1c井恩平组岩心中发育大型平行层理、交错层理和槽状交错层理(图 5(d)、(e)、(i)), 与下伏泥岩冲刷接触, 冲刷面之上砂砾岩呈正韵律充填(图 5(f)), 与上覆灰绿色、紫红色泥岩突变接触。纵向上, 辫状河道底部与泥岩为突变接触关系, 表明河道砂岩对下伏地层的侵蚀作用强烈, 且沉积速度快, 水动力条件强且稳定。砂岩中泥砾呈长条形, 无规律分布, 说明砂岩搬运距离较短(图 5(g))。电测曲线表现为低伽马齿化钟形或齿化箱形(图 4(b))。

(2) 辫状河三角洲前缘。岩性以含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、粉砂岩和泥岩为特征。砂岩颗粒分选较差, 磨圆度以次棱角状和次圆状为主(图 4(a))。近源部位以发育辫状分流河道为主, 岩性以含砾粗砂岩、中、细砂岩为主, 单个河道为粗砂岩—粉细砂岩的正韵律, 发育有交错层理、块状层理及粗细韵律层理; 远源部位以发育河口坝、小型的分流河道或远砂坝为特征, 岩性以中、细砂岩为主。分流河道以典型的正韵律为主, 河口坝为不明显的反韵律特征。辫状河三角洲前缘亚相的电测曲线呈齿化漏斗状、齿化钟形以及不对称齿形和指形(图 4(a)), 对应水下分流河道砂岩与湖相泥岩互层的沉积组合。

湖泊相沉积是恩平组各层序主要的沉积相类型, 在区内分布广泛, 主要是滨浅湖亚相沉积。

滨浅湖亚相岩性以灰色、浅灰色粉砂岩、泥质粉砂岩为主, L13-1c井恩平组岩心中发育砂纹层理、波状层理、生物钻孔以及生物扰动构造(图 5(m)~(o))。在电测曲线上表现为低幅指状或齿状。在地震上表现为中弱振幅、中低连续亚平行—乱岗状反射(图 4(b))。

恩平组沉积中后期, 湖底地形渐趋平缓, 沉积物供给充足, 属过补偿沉积, 为滩坝的形成提供了很好的条件, 常见于水下古隆起处和三角洲侧缘。L13-1a井钻遇水下古隆起处滩坝在地震上多表现为中弱振幅、中低连续亚平行或楔形发散反射。三角洲侧缘的滩坝地震上多为典型的丘状反射(图 4(c))。依据岩心、测录井资料分析, 可将砂质滩坝划分为滩砂和坝砂^[7-11]。

(1) 滩砂。滩砂可细分为滩脊和滩脊间^[9-10], 其岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主, 发育浪成砂纹层理和冲洗层理等(图 5(j)~(l)), 自然伽马曲线为中低幅指状、漏斗形组合(图 4(c))。

(2) 坝砂。坝砂由坝主体和坝侧缘组成^[8-9], 其岩性主要为粉砂岩和细砂岩, 常见平行层理和浪成交错层理等。坝主体自然伽马曲线为中高幅较薄指形、微齿化似箱形或低幅漏斗形, 坝侧缘自然伽马曲线为高值, 声波时差曲线为低值(图 4(c))。

通过井-震-心资料的相互标定, 确定三者间的对应关系, 以恩平组各三级层序(体系域)为单位进行地震相解释, 结合区域地质背景, 完成地震相向沉积相的转化, 进而确定恩平组不同时期的沉积相展布特征。

研究区钻遇ESQ7层序井较少, 测井资料揭示岩性主要为砂泥岩互层(图 3)。恩平组沉积之初, 洼陷范围局限, 稳定的物源体系还没有形成, 东沙隆起和盆内低凸起都可以为研究区提供物源, 同时, 后者还对早期洼陷格局起着隔挡作用, 南北边界断裂保持活动, 发育小规模扇三角洲, 辫状河三角洲沿洼陷周缘向中心推进, 由于洼陷可容纳空间增长速率小于沉积物供给速率, 沉积物反映过补偿沉积特征(图 7(a))。

图 6

图 6 陆丰凹陷恩平组层序沉积相连井剖面 Fig.6 Well correlation profile of sequence and sedimentary facies of Enping Formation in Lufeng Depression

图 7

图 7 陆丰凹陷恩平组沉积相平面展布 Fig.7 Horizontal distribution of Enping Formation sedimentary facies in Lufeng Depression

该时期边界断裂持续活动, 但南北两侧断裂活动性存在差异, 北强南弱, 沉积范围显著扩大, 洼间低凸起淹没成为水下隆起, 与大型凸起共同控制盆地格局, 从近东西向沉积相连井剖面可以发现, 此时隆凹相间格局没有改变, 存在H33-3井区和L7-2a井区两个沉积中心(图 6)。以东部凸起为物源的辫状河三角洲沿盆缘发育, 其前缘部分发育范围广, 延伸距离远; 东沙隆起物源较ESQ7期增强, 形成的辫状河三角洲规模更大, 末端最远延伸至L13-3井区附近; 北部隆起物源供给的辫状河三角洲初具雏形, 前缘端向南推进, 延伸至惠陆低凸北缘; 除部分出露水面以外, 惠陆低凸起逐渐淹没成为水下隆起, 辫状河三角洲前缘砂体经过改造形成滩坝砂体, 以惠陆低凸起为中心呈环带状展布(图 7(b))。

在ESQ8层序沉积基础上, 湖盆快速扩张, 发育ESQ9层序, 受湖平面上升影响, 惠陆低凸起完全淹没, 东部凸起范围缩小, 湖域范围扩大, 早期部分凹中隆起部位开始接受沉积, H18-1井区和L7-6井区ESQ9层序直接上覆于盆地基底之上(图 6)。北部隆起物源所供给的辫状河三角洲规模显著增大, 此时, 盆地地形趋于平缓, 湖水覆盖了研究区西部, 扇体向西南推进又发育出数个分支朵体; 东部凸起和东沙隆起物源供给的辫状河三角洲扇体因湖域范围扩张而萎缩。LF13S复合型潜山部位形成了以L13-1井区为代表的滩坝砂沉积(图 7(c))。

ESQ10层序沉积期断陷作用基本消失, 湖平面下降, 湖盆逐渐淤浅, 该时期沉积范围相对ESQ9层序明显缩小, 盆地物源条件与ESQ9沉积期基本一致, 区别在于辫状河三角洲发育规模的变化, 井上普遍发育薄煤层和碳质泥岩, 如H18-1井区(图 6), 揭示湖盆逐步湖沼化(图 7(d))。

综上所述, 陆丰地区古近系恩平组主要发育扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3类沉积体系, 物源主要来自北部隆起带、南部东沙隆起和盆地东部海丰凸起。依据前述研究建立陆丰地区恩平组沉积充填模式(图 8):恩平组沉积于浅水环境, 南北两侧同沉积断裂的活动控制了盆地的沉积边界, 平面上, 边界断裂活动的差异性导致主物源体系的转换, 活动强度影响沉积体系类型和规模, 从而使得恩平组沉积期盆地充填整体北厚南薄; 垂向上, 盆地沉降速率逐渐减弱, 尽管湖水范围逐渐扩大, 但可容空间的增长速率与沉积速率相差不大, 导致盆地持续缓慢沉积滨浅湖相杂色泥岩, 在湖盆淤浅干涸的同时, 多向供源的辫状河三角洲进积, 携带砂体向湖盆中央延伸。剖面上, 自北部隆起边界断裂向盆地方向, 具有扇三角洲前缘—辫状河三角洲平原—辫状河三角洲前缘—滩坝体系的演变模式。

图 8

图 8 陆丰凹陷恩平组沉积充填模式 Fig.8 Sedimentary filling model of Enping Formation in Lufeng Depression

作为区域性构造活动的主要形式之一, 主控断裂的活动产生可容空间, 为沉积物提供沉积场所, 决定洼陷的形态特征和物源的供给, 影响盆地内部地层充填样式^[12-13]。陆丰地区20余条主控边界断裂组成NE向的陆丰北、陆丰中和陆丰南3个主断裂带。恩平组沉积之初断陷作用相对较强, 盆缘控洼断裂的活动为ESQ7层序内部沉积物的充填提供了沉积场所, 直接影响沉积物的形成与发育, 由于整体大的洼陷没有形成, 东沙隆起和盆内低凸起仍是各洼陷的主要物源供给区, 洼陷陡坡带一侧发育扇三角洲, 缓坡带一侧则形成辫状河三角洲。之后, 断陷作用逐渐减弱, 南北缘控凹断裂仍保持活动, 但生长指数降低, 可容纳空间增速放缓, 而碎屑物质供给充足, 形成典型的向上变浅的沉积序列。由于凹陷北部断裂活动速率大于凹陷南部, 盆地的沉降中心和沉积中心逐渐向北迁移, 剖面上地层厚度有由南向北增厚趋势(图 2)。同时, 东沙隆起南缘边界断裂活动减弱, ESQ8层序沉积时东沙隆起上开始发育小型断陷, 到了ESQ9层序沉积时, 个别小型断陷已经和陆丰凹陷连为一体(图 7(b)、(c))。

断层转换带是断层活动形成的, 常发育于相邻或分段活动的断层间的一种调节构造, 既是区内各次洼的分界, 又是水系和沉积物进入湖盆的主要通道^[14-16]。本次研究将凹陷南北缘转换带定义为一级转换带, 凹陷内部转换带定义为二级转换带。一级转换带控制盆地主物源方向, 例如位于HZ08断裂与HZ05断裂之间HZ08-HZ05转换带, 恩平期以低角度缓坡形态与HZ05洼陷相连接, 其为ESQ8和ESQ9时期北部隆起带的大型辫状河三角洲体系进入陆丰北部的主要通道。二级转换带对主物源通道起分散作用, 造成洼陷内部充填的差异, 二级转换带主要发育于恩平组早期, HZ05-LF7E转换带和LF7-LF7S转换带调整分散了北缘沉积物流, 使得邻近的HZ05洼和LF7洼恩平早期沉积体系差异较大, 随着洼陷结构向单一化方向演化, 二级转换带的分散物源作用逐渐消失, 洼陷的物源供给逐渐统一, 内部的充填也趋于统一和具规律性。

构造运动造就了古构造和古地貌, 对盆地层序的形成和储层的分布起着重要的控制作用^[17], 区内存在两种类型的古构造, 一种是洼陷之间的凸起和低凸起。ESQ9层序沉积之前, 惠陆低凸起就是一个高地, 是局部的物源, 分割古水流流向、对湖盆范围起遮挡作用, 控制沉积体系在区内的展布。另一种是凹陷内的古潜山, 区内潜山构造主要包括LF13、HZ05单断潜山、惠陆、LF13S复合型潜山及HZ08挠曲型潜山, 这类潜山构造早期出露水面, 对凹陷起分隔作用, 中后期成为水下隆起, 为滩坝砂体的发育提供场所。

陆丰地区恩平组富砂沉积体系可以为油气聚集提供储集空间, 其中最为发育的是辫状河三角洲、扇三角洲及滨浅湖滩坝。

辫状河三角洲沉积体系前缘水下分流河道和河口砂坝是恩平组沉积期湖盆中广泛发育的储集砂体类型, 前者主要为含砾砂岩, 后者以中、细砂岩为主。L7-1井和L9-2井都揭示有此两类砂体, 这些砂体分选较好, 单层有效砂岩厚度6~23.5 m, 孔隙度为11.07%~14.11%, 平均为12.19%, 渗透率为(0.21~15.36)×10^-3 μm², 平均为6.55×10^-3 μm², 属低孔、中低渗储层。

扇三角洲沉积体系内部前缘水下分流河道及河口砂坝砂体可以构成区内较好的油气储集体, 此两类砂体粒度较粗, 单层砂厚(超过30 m), 分选中等—差, 孔隙度为12.4~24.3%, 渗透率(56~2023)×10^-3 μm², 属中孔、高渗储层。

滨浅湖滩坝砂体具有近油源、储集物性良好、生储盖组合配置完善等有利条件, 易形成岩性油气藏的特征。L13-1a井邻近生烃能力优越的陆丰13洼, 其钻遇的多套油层都已证实为滩坝砂体, 岩性主要为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩, 砂体单层厚2~10 m, 由于滩坝砂多发育于古隆起之上, 其埋深相对较浅, 砂体物性较好, 平均孔隙度大于15%, 最大可达23.9%, 渗透率在(50~200)×10^-3 μm², 属中孔、中渗储层。

(1) 陆丰地区古近系恩平组由下至上可划分出ESQ7、ESQ8、ESQ9和ESQ10 4个三级层序, 形成发育上代表了湖盆的初始断陷阶段、断陷发育阶段和断陷萎缩阶段; 扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊是恩平组内最为发育的3种沉积相类型。

(2) ESQ7沉积期的沉积充填对洼陷有填平补齐作用, 由于低凸起的阻隔作用, 盆地呈隆凹相间构造格局展布, 近物源断裂陡坡带发育扇三角洲。ESQ8至ESQ9沉积期, 断陷作用持续, 北强南弱, 沉降中心和沉积中心逐渐向北迁移, 沉积范围扩大, 盆内基底凸起与东沙隆起物源效应减弱, 北部隆起带供源能力增强, 大型辫状河三角洲向南进积。ESQ10沉积期, 断陷作用减弱, 湖盆逐渐淤浅萎缩, 以盆缘进积式辫状河三角洲沉积为特征。

(3) 主控断裂活动决定了沉积物堆积的可容纳空间变化与凹陷(洼陷)几何形态; 一级断层转换带控制主物源方向, 二级断层转换带分割主物源通道, 影响砂体再分配; 沉积体系发育与砂体分布则与构造运动造就的古地貌密切相关。

(4) 陆丰地区恩平组内发育的砂质沉积都可能成为潜在的油气储集场所、综合比较后排序, 依次为滨浅湖滩坝、扇三角洲前缘水下辫状河道及河口砂坝, 辫状河三角洲前缘水下分流河道及河口砂坝。