瓊東南盆地漸新世瓊東南盆地沉積環(huán)境及物源演變特征

瓊東南盆地漸新世瓊東南盆地沉積環(huán)境及物源演變特征

1盆地構(gòu)造演化及沉積特征瓊東南盆地位于海南島東南海域，是肯志齊前的大陸隆張盆地。瓊東南盆地基底是華南大陸向海域的延伸,基巖主要由古生界大理巖、片巖、石英巖等變質(zhì)巖以及火山碎屑巖組成,并在侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)發(fā)育大量花崗巖侵入體。盆地內(nèi)部由一系列NE向和NEE向的坳陷和隆起組成兩隆三坳的構(gòu)造格局,各隆起和坳陷又被近東西向的斷裂分割。在新生代盆地形成以后,盆地主要經(jīng)歷了裂陷和拗陷兩個構(gòu)造演化階段。在古近紀(jì)裂陷階段,盆地充填演化史可劃分為始新統(tǒng)陸相湖盆充填階段、崖城組海陸過渡環(huán)境充填階段和陵水組濱淺海環(huán)境充填階段,分別接受了始新統(tǒng)、下漸新統(tǒng)崖城組、上漸新統(tǒng)陵水組的沉積充填;在新近紀(jì)拗陷階段,盆地接受了從濱淺海相到深海相的連續(xù)沉積,海水深度逐步加深,沉積地層包括下中新統(tǒng)三亞組、中中新統(tǒng)梅山組、上中新統(tǒng)黃流組、上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系。對于瓊東南盆地的沉積充填特征,已有眾多學(xué)者進(jìn)行了大量研究工作,對盆地的充填類型,沉積物來源以及沉積環(huán)境均取得了較好的認(rèn)識。但此類工作主要以地球物理資料解釋為基礎(chǔ),地質(zhì)資料相對較少。筆者擬采用微體古生物以及稀土元素地球化學(xué)方法,對瓊東南盆地漸新世—中新世地層的沉積環(huán)境及物源特征進(jìn)行分析,探討其石油地質(zhì)特性。2盆地沉積地球化學(xué)分析采用微體古生物以及稀土元素地球化學(xué)方法對取自瓊東南盆地7口探井漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)590個巖心及巖屑樣品進(jìn)行了分析研究(圖1)。微體古生物分析主要采用鈣質(zhì)超微化石、浮游及底棲有孔蟲和孢粉藻類分析,涉及樣品主要為盆地西部的崖城組和盆地東部的陵水組—三亞組。在沉積地球化學(xué)分析中,稀土元素(REE)由于性質(zhì)穩(wěn)定,相對較少受到沉積作用的改造,在沉積盆地研究中能更好地用來分析母巖的變遷演化,是沉積盆地分析母巖變遷演化的有力工具。進(jìn)行地球化學(xué)分析的樣品均被壓碎至200目以下,然后在高溫爐中保持680℃恒溫2h,以剔除有機(jī)質(zhì)及沉積物內(nèi)黏土礦物中的結(jié)晶水,用HF+HNO3混合酸進(jìn)行分解,采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(VGX7ICP-MS)測試。樣品處理過程中,每30個樣品加一個空白樣、一個重復(fù)樣和兩個標(biāo)準(zhǔn)樣,最后樣品測試結(jié)果都根據(jù)標(biāo)樣數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,精度由空白樣及重復(fù)樣控制,分析工作在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點實驗室完成,分析方法詳見參考文獻(xiàn)。3環(huán)境地質(zhì)背景瓊東南盆地自始新世開始較大規(guī)模接受沉積,沉積環(huán)境受古地形控制,以洪積—河流相為主。盆地何時開始接受海侵,一直存在爭議。針對該問題重點開展了以微體古生物為手段的古生態(tài)學(xué)研究,在YC13-1-a2井約300m連續(xù)取心揭示的崖城組可以看到,在崖三段下部(4055.9m)產(chǎn)有大量Polypodiaceaesporitesspp.,Polypodiisporitesspp.等淡水蕨類孢子以及裸子、被子植物花粉,未發(fā)現(xiàn)典型海相藻類,綜合考慮為淡水環(huán)境。到3890.13m處出現(xiàn)大量如Impletosphaeridiumsp.,Spiniferitesspp.等海相浮游藻類化石,但是,鈣質(zhì)超微化石及有孔蟲均未產(chǎn)出,也未發(fā)現(xiàn)淡水屬種。由于在海陸過渡帶不利于鈣質(zhì)超微化石及有孔蟲化石的保存,結(jié)合該段沉積的連續(xù)性以及潮汐沉積構(gòu)造極為發(fā)育等特點,認(rèn)為本區(qū)崖三段沉積環(huán)境是從淡水濱岸環(huán)境逐步演化為濱淺海環(huán)境。同樣,在與YC13-1-a2井相鄰的YC13-1-2井崖三段中也未見到溝鞭藻孢囊等海相藻類,而在同區(qū)的YC19-1-1井崖三段頂部樣品中開始出現(xiàn)大量海相溝鞭藻孢囊,可以認(rèn)定瓊東南盆地西部在崖三段早期為近岸過渡環(huán)境,崖三段晚期開始發(fā)生明顯海侵,而在崖城組之下的始新世則發(fā)育有淡水湖相沉積。漸新世早期海水可能從東西兩個方向進(jìn)入瓊東南盆地,形成東西兩個淺海區(qū),中間有濱海相和剝蝕區(qū)將其分隔開來。從YC8-2-1井的崖二段發(fā)育高濃度值的溝鞭藻孢囊,以及崖城組一段(3377.9m)包含smallReticulofenestra,Cyclicargolitnusabisectus,Cyclicargolitnusfloridanus,Coccolithusmiopelagicus以及Coccolithuspelagicus等鈣質(zhì)超微化石來看,崖北凹陷西側(cè)的水深此時已經(jīng)達(dá)到外陸棚的海灣環(huán)境。陵水—樂東凹陷北部發(fā)育濱岸平原—濱海體系,南部斷層下降盤發(fā)育濱?！臀簧润w系;在陵水凹陷北部和東南部發(fā)育扇三角洲沉積;松南—寶島凹陷除發(fā)育濱海相邊緣相帶外,以淺海相沉積為主。瓊東南盆地崖城組形成于裂陷晚期,當(dāng)時古湖消亡,大規(guī)模海侵行將開始,普遍存在海陸過渡相沉積環(huán)境。在不同地區(qū)沉積環(huán)境及物質(zhì)輸送能力的不同,導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)物源和輸入量的差異甚大。有利烴源條件應(yīng)在于能形成含煤地層的沼澤環(huán)境,因為其有豐富的陸生植物補(bǔ)充源,使得有機(jī)質(zhì)能夠高度集中堆積。有機(jī)屑濃度指標(biāo)在YC13-1-2井崖三段顯示極高值,指示這里的崖三段顯然形成于與眾不同的條件下,是陸源有機(jī)物異常豐富的沼澤環(huán)境。所以,崖城組的富氣源巖應(yīng)與含煤地層發(fā)育有關(guān),濱海沼澤沉積環(huán)境是崖城組時期最有利于烴源巖形成的環(huán)境。漸新世晚期全區(qū)發(fā)生海侵,海水從東、西兩個方向進(jìn)入盆地,繼承崖城期的海侵方向。瓊東南盆地深水區(qū)陵水層序低位體系域沉積時期,中央凹陷帶以及北礁凹陷主要為淺海相沉積,東南部為濱海相沉積。在LS4-2-1井、ST24-1-1井、BD19-2-2井和BD20-1-1井發(fā)育大量溝鞭藻孢囊以及海相微體古生物化石,說明此時瓊東南盆地已經(jīng)完全進(jìn)入海相沉積環(huán)境。在陵水凹陷北部發(fā)育濱海相和小型低位扇,南部則發(fā)育有扇三角洲沉積。松南—寶島凹陷總體為濱海相沉積,而在LS4-2-1井東北方向存在低位扇。陵水層序低位體系域沉積時期儲層比較發(fā)育,主要以濱海相和扇三角洲儲層為特征。到中新統(tǒng)全區(qū)海水進(jìn)一步加深,出現(xiàn)半深海沉積,在盆地的南北兩側(cè)分別為淺海—濱海相沉積,發(fā)育扇三角洲以及濱岸相沉積體系,是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的另一個沉積時期。根據(jù)瓊東南盆地沉積環(huán)境演變歷史,可以看出,瓊東南盆地主要發(fā)育有3套烴源巖,即始新世湖相烴源巖,漸新世海陸過渡相烴源巖和中新世半深?！詈Ｏ酂N源巖。4源區(qū)基性巖成分特征在沉積建造中,陸源碎屑巖保留著源區(qū)母巖的相關(guān)信息,但是,沉積作用影響并改變著沉積物成分,包含一些復(fù)雜的物理、化學(xué)作用。研究表明,盡管有沉積過程中的改造作用,物源區(qū)的地球化學(xué)成分仍是碎屑巖成分的主要控制因素,通過分析碎屑巖的化學(xué)成分即可確定母巖性質(zhì),為盆地的沉積演化研究提供大量可靠依據(jù)。在稀土元素研究方面,人們認(rèn)為源自上地殼的稀土元素表現(xiàn)出富含輕稀土,重稀土含量穩(wěn)定及負(fù)的Eu元素異常等性質(zhì)。輕稀土富集說明上地殼中大離子親石元素的含量相對于原始幔源要明顯偏高;重稀土含量均勻則是上地殼內(nèi)缺少導(dǎo)致重稀土分餾的因素;負(fù)的Eu元素異常是由于元素分異作用使上地殼中Eu元素缺失,而下地殼中Eu元素富集。根據(jù)這些特征,可以分辨出沉積物源巖的母巖特性。瓊東南盆地崖城隆起區(qū),各時期沉積物稀土元素配分形式存在明顯差異,Eu元素明顯存在富集現(xiàn)象,特別是從陵水組二段到梅山組,Eu元素正異常更為明顯,表明源區(qū)中基性巖成分明顯增加(圖2)。在盆地東部的松東、寶島和松南凹陷情況存在明顯差異,顯示該地區(qū)物源的復(fù)雜性。位于松東凹陷的ST24-1-1井從陵水組到三亞組,稀土元素配分形式與海南島源區(qū)極為相似,顯示海南島是該地區(qū)的穩(wěn)定源區(qū)(圖3)。處于寶島凹陷的BD20-1-1井和BD19-2-2井,稀土元素配分則明顯存在一個轉(zhuǎn)折,即在陵水組時,Eu元素明顯富集,之后逐步降低,到梅山組均轉(zhuǎn)為Eu的負(fù)異常,顯示沉積物源區(qū)成分從基性逐步過渡到酸性的特點(圖4)。在松南凹陷的LS4-2-1井則和其他地區(qū)明顯不同,從陵水組到黃流組,沉積物中Eu元素始終是正異常,表明其沉積物來源中基性巖成分始終占有重要地位(圖5)。通過稀土元素特征可以看出,松東凹陷的ST24-1-1井從陵水組到三亞組,沉積物來源主要受海南島影響,海南島是該地區(qū)持續(xù)穩(wěn)定的源區(qū)。寶島凹陷的BD20-1-1井和BD19-2-2井在陵水組沉積早期基性源巖所占比例較高,之后逐步降低,酸性巖(或沉積巖)成分逐步增高,到三亞組沉積期以后基本以酸性巖或沉積巖區(qū)的母巖類型為主。而位于松南凹陷的LS4-2-1井從陵水組到黃流組時期,沉積物來源中基性巖成分始終占有重要地位。考慮瓊東南盆地基巖出露情況,可以認(rèn)為,位于松南和寶島凹陷南部的火山活動對這兩個凹陷的沉積物產(chǎn)生了一定影響,特別是松南凹陷自陵水組到黃流組時期始終受這些火山物質(zhì)的影響;而在寶島凹陷僅在陵水組時期受到較強(qiáng)影響,并且BD19-2-2井受到的影響要大于BD20-1-1井(圖4),明顯受距火山活動的距離控制。對于瓊東南盆地的石油地質(zhì)條件,前人已經(jīng)作過大量研究工作。由于海南島及其東部的神狐隆起主要由酸性花崗巖構(gòu)成,其風(fēng)化剝蝕產(chǎn)物往往形成成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高的砂巖沉積,是潛在的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育帶。因此,在松東及寶島凹陷沉積物儲層極有可能要好于松南凹陷。5沉積巖石學(xué)特征瓊東南盆地在早漸新世崖三段沉積晚期開始出現(xiàn)典型的海相化石,顯示崖三段為淡水濱岸相向濱淺海相轉(zhuǎn)變,是該盆地海侵的開始?？紤]崖城組之下還存在較厚的沉積物,極有可能在崖城組之下發(fā)育有淡水湖相沉積。到漸新世晚期陵水組時期全區(qū)發(fā)生海進(jìn),為海相沉積環(huán)境,接受了濱淺海相為主的各類沉積作用;到中新統(tǒng)全區(qū)海水進(jìn)一步加深,出現(xiàn)半深海沉積。伴隨沉積環(huán)境的改變,瓊東南盆地主要發(fā)育有3套烴源巖,即始新世湖相烴源巖,漸新世海陸過渡相烴源巖和中新世半深海—深海相烴源巖。沉積物稀土元素配分特征顯示,瓊東南盆地崖城凸起區(qū),沉積物母巖區(qū)基性巖成分較多,造成沉積物中Eu元素明顯的正異常,特別是從陵水組二段到梅山組,Eu元素正異常更為明顯;而在松東凹陷的ST24-1-1井從陵水組到三亞組,沉積物來源主要受海南島影響,沉積物中Eu元素出現(xiàn)負(fù)異常;寶島凹陷的BD20-1-1井和BD19-2-2井在陵水組早期基性源巖所占比例較高,Eu元素為正異常,之后逐步降低,