珠江口盆地惠北地區文昌期構造-沉積響應及對優質烴源巖的控制

高翔，劉杰，牛勝利，徐樂意，梁杰，何陵沅，郭佳

中海石油(中國)有限公司深圳分公司

惠州凹陷是珠江口盆地油氣勘探的主戰場，其中惠西為勘探成熟區，目前在生產油田均集中于惠西?？碧窖芯勘砻?，惠西地區各洼陷主力烴源巖均為文昌組半深湖—深湖沉積?；荼钡貐^為勘探新區，勘探和研究程度均較低，尚未取得商業突破?；荼钡貐^各洼陷烴源巖差異顯著：HZ10洼主要發育文昌組半深湖—深湖相烴源巖，HZ08洼、HZ14洼主要發育恩平組淺湖—沼澤相烴源巖。由于惠北地區已鉆井揭示的油氣以恩平組烴源巖貢獻為主，因此前人關注的重點在恩平組，而對文昌組構造-沉積特征的研究較少［1-6］，這嚴重制約了惠北地區油氣資源潛力的客觀評價及勘探進程。

HZ10 洼的構造演化與沉積充填具有一定特殊性：典型箕狀半地塹以發育楔狀地層為主，緩坡帶構造活動較弱，通常以辮狀河三角洲沉積為主［7-9］，而HZ10 洼發育席狀地層，緩坡帶構造活動強烈，在緩坡高部位仍發育厚層半深湖—深湖沉積。HZ10洼的演化機制如何，對烴源巖的發育有怎樣的影響，針對這些問題尚未進行過系統研究。本文基于新采集三維地震和新鉆探井資料，對惠北地區文昌期構造-沉積響應進行了系統研究，首次明確了文昌期各洼陷構造演化、沉積充填的多樣性和差異性以及半深湖—深湖相優質烴源巖的展布特征和發育模式。研究成果可為下一步勘探部署提供依據，同時對具有相似特征的箕狀半地塹的構造-沉積響應研究和油氣勘探具有一定參考意義。

珠江口盆地位于南海北部陸緣，是在中生代主動陸緣、被動陸緣演化的基礎上發展而來，動力學背景復雜，受印度—澳大利亞板塊、歐亞板塊和太平洋板塊共同影響［2-3］。珠江口盆地自南向北劃分為5 個構造單元，分別為南部隆起帶、南部坳陷帶（珠二坳陷和潮汕坳陷）、中央隆起帶、北部坳陷帶（珠三坳陷和珠一坳陷）、北部隆起帶（圖1a）。本文研究的惠北地區位于惠州凹陷北部（圖1b），包括了HZ10洼、HZ14洼和HZ08洼3個洼陷。

圖1 珠江口盆地惠州凹陷區域位置及構造綱要圖Fig.1 Regional location and structural outline of Huizhou Sag,Pearl River Mouth Basin

珠江口盆地的構造演化包括同裂陷期和裂陷后期兩大階段。同裂陷期包括文昌期和恩平期2個裂陷幕，珠瓊運動二幕是兩幕裂陷之間主要的構造運動［10］，對應于區域不整合面T80。最新研究成果表明在早、晚文昌期之間存在一期構造轉換，即惠州運動［6］，該期構造運動在不同地區形成一定范圍的不整合界面，在地震剖面上對應于T83（表1）。裂陷后期可劃分為南海擴張和南海俯沖2個階段，自下而上發育了珠海組、珠江組、韓江組、粵海組和萬山組。

表1 珠江口盆地惠北地區始新統地層層序簡表Table 1 Eocene stratigraphy-sequence table in the northern Huizhou Sag,Pearl River Mouth Basin

2.1 洼陷地質結構

基于最新的三維地震資料，根據不整合、古生物、測井相、地震相等層序界面識別方法構建了惠北地區三級層序格架（表1）。文昌期總體發育6 個三級層序，與6個巖石地層段具有對應性?；诰?震聯合解釋結果分析：HZ10 洼為受斷裂F1-1 控制的箕狀半地塹，北斷南超，斷裂活動強度大，沉積地層厚度達2 513 m；
HZ08 洼受斷裂F1-2 控制，HZ14洼受斷裂F2 控制，HZ08 洼、HZ14 洼整體上呈地塹形態，斷裂活動較弱，最大地層厚度分別為1 753 m和1 482 m。從具體地層發育情況看：文昌期HZ10洼發育文六段—文二段，未沉積文一段（圖2a）；
HZ08洼發育文五段—文三段，未沉積文二段、文一段；
HZ14洼僅發育文四段、文三段（圖2b）。恩平期各洼陷均發育恩四段—恩一段（圖2）。

圖2 惠北地區主要洼陷地質結構地震地質解釋剖面Fig.2 The seismic interpretation sections of geological structures of main sub-sags in the northern Huizhou Sag

2.2 構造演化特征

惠北地區構造演化主要受控于控洼斷裂的生長演化和惠州運動的構造響應?？赝輸嗔炎鳛榱严菖璧刈钪匾臉嬙煲乜刂浦练e層序和洼陷的演化，惠州運動在惠北地區主要表現為基底隆升和地層剝蝕，對盆地原型有重要改造作用。

2.2.1 控洼斷裂的生長演化

斷層的生長演化是指由分段的小斷層逐步連接形成統一的邊界大斷層，一個完整演化過程包括為孤立、連接和貫通3 個階段［11-15］。在初始孤立階段，斷層多、位移小，斷層之間孤立徑向伸展；
在連接階段，斷層間相交并發生硬連接，形成幾何學上連通的斷層，這時仍發育多個活動中心；
在貫通階段，以發育具有統一的運動學特征的大型控洼斷裂為特征，斷層長度和位移達到最大，最大斷距遷移至連接后的斷裂中心?；荼钡貐^控洼斷裂的生長演化是基底先存斷裂和文昌期應力背景綜合作用的結果，文昌期的構造演可劃分為初始斷陷期、強烈斷陷期和斷陷萎縮期（圖3）。

初始斷陷期（文六段—文五段沉積期） 根據重磁資料及前人研究成果［16-18］，珠江口盆地中生代發育NWW 和NEE 向2 組先存斷裂，在惠北地區主要發育3 條NEE 向（F1-1、F1-2、F2）和3 條NWW 向（F3、F4、F5）先存斷裂，F4 錯斷F1 形成了Z 字形先存斷裂組合（圖3a）。先存斷裂是力學上的薄弱帶［19-20］，在后期構造運動中一般優先活化并繼承性發育，通常作為控洼斷裂影響著洼陷的發育［21-22］。HZ08 洼、HZ10 洼是在先存Z 字形斷裂組合基礎上活化形成。在早始新世NW—SE 向伸展應力背景下，NEE 向的F1-1 和F1-2 正交于應力方向，優先活化，斷層活動速率分別為133 m/Ma 和65 m/Ma（圖4），形成了HZ10 洼和HZ08 洼（圖3b）。該時期控洼斷裂處于孤立生長階段，洼陷彼此分割，湖盆范圍較小。

圖3 惠北地區文昌期控洼斷裂及洼陷演化平面圖Fig.3 Evolution plans of sub-sags and controlling faults in Wenchang period in the northern Huizhou Sag

圖4 惠北地區文昌期控洼斷裂平均活動速率直方圖Fig.4 Histogram of average activity rate of sub-sag controlling faults in Wenchang period in the northern Huizhou Sag

強烈斷陷期（文四段沉積期） HZ10 洼、HZ08洼的控洼斷裂F1-1、F1-2 活動強度達到最大，活動速率分別為217 m/Ma和112 m/Ma，這兩條控洼斷裂在F4 先存斷裂薄弱面上發生硬連接（圖3c）。此時處于連接與貫通階段的過渡階段，斷裂活動中心開始向新形成的斷裂中心遷移，同時NW 向的F4 斷裂具有一定的走滑拉分作用，在斷層連接和走滑拉分共同作用下形成HZ10 西洼。近東西向的HZ14 洼控洼斷裂F2在此階段也開始活化（圖3c），活動速率為121 m/Ma（圖4），HZ14 洼開始接受沉積。該時期惠北地區各洼陷裂陷強度均達到峰值，進入湖盆鼎盛期，表現為各洼陷水體連通，湖盆范圍達到最大。

斷陷萎縮期（文三段—文一段沉積期） 惠北各洼陷的控洼斷裂活動強度均有所減弱，HZ10洼、HZ14 洼和HZ08 洼控洼斷裂活動速率依次為107 m/Ma、53 m/Ma 和31 m/Ma（圖4）。HZ10 洼、HZ08 洼的控洼斷裂F1-1 和F1-2 未完成向貫通階段的演化（圖3d）。

總體而言，HZ10 洼的控洼斷裂F1-1 在各演化階段活動強度相對較大（圖4），該洼陷為惠北沉降和沉積中心。

2.2.2 惠州運動對惠北地區盆地原型的改造作用

盆地原型是指某一地史階段在一種地球動力機制（環境）下形成的一個結構構造形式和沉積實體單元，復雜盆地通常由若干個不同類型的盆地原型組合而成［23］?；荼钡貐^盆地原型具有“東西分帶”的特征：西部HZ08 洼與HZ14 洼呈南北雙斷的地塹結構（圖2b），在文昌期總體表現為持續地均衡沉降，未遭受明顯剝蝕；
東部的HZ10 洼受惠州運動影響，盆地原型發生突變，文四段遭受強烈剝蝕，整體呈北斷南超的箕狀斷陷結構（圖2a）。

43 Ma 左右，在印度板塊與歐亞板塊開始硬碰撞、太平洋板塊俯沖方向發生變化以及巖石圈由初始張裂到快速減薄變化的綜合作用下，珠江口盆地發生惠州運動，造成了顯著的構造轉變，表現為裂陷作用遷移、基底隆升及巖漿底侵等［6］?；葜葸\動在惠北地區形成了T83 大型角度不整合界面，在HZ10洼緩坡可見明顯的地層上超下削特征（圖2a）。通過趨勢外推法對惠州運動的剝蝕量進行了恢復（圖5），結果表明剝蝕范圍主要分布在HZ10 洼緩坡及現今惠陸低凸起，最大剝蝕厚度為364 m。

圖5 惠北地區文昌期盆地原型恢復Fig.5 The basin prototype restoration of Wenchang period in the northern Huizhou Sag

根據盆地原型恢復，HZ10 洼在強烈斷陷期（文四段沉積期）與現今的箕狀半地塹結構不同，緩坡帶與LF13 西北洼連通，地層廣泛分布，楔狀特征并不明顯。文四段沉積末期，惠州運動導致HZ10 洼緩坡和惠陸低凸起強烈隆升，文四段地層遭受剝蝕，基底的隆升導致HZ10洼緩坡強烈旋轉，與LF13西北洼分割，使文三段—文二段具有明顯的楔狀特征，形成了典型的箕狀半地塹構造樣式。

2.3 沉積充填演化特征

惠北地區的物源背景受控于斷裂體系的演化及惠州運動的響應。NEE 向和NWW 向先存斷裂在始新世的活化形成了繼承性發育的大型控洼斷裂體系，2 組斷裂的交會疊置在惠北地區形成了HZ08、HZ05 兩大轉換帶物源體系（圖1b，圖6）。大型的低坡降轉換帶背景有利于捕獲長源水系，在盆地內部形成了富砂的三角洲體系。HZ05 轉換帶主要向陸豐地區提供物源，同時對惠北地區陡坡帶起到了一定的屏蔽作用，使控洼斷裂的下降盤僅發育了小規模的近岸扇體。HZ08 轉換帶為HZ08 洼、HZ14 洼提供物源，供給量充沛。受惠州運動的影響，惠陸低凸起是HZ10 洼的主要物源區，剝蝕范圍具有大—小—大的動態變化趨勢，導致HZ10 洼的沉積物供給量變化較大。構造演化和源-匯特征的差異耦合，導致惠北地區在不同演化階段沉積充填特征差異明顯（圖6）。

初始斷陷期自惠陸低凸起物源區至HZ10 洼陷中心，發育一套低頻、連續、強振幅反射的大型前積體（圖7a），為裂陷早期的低位辮狀河三角洲沉積，反映該時期物源供給十分充沛。湖相沉積僅在HZ10洼沉降中心少量發育。HZ08轉換帶在該時期已形成，轉換帶水系開始向HZ08 洼輸送沉積物，近物源區域以粗碎屑沉積為主。初始斷陷期HZ08 洼沉積厚度、湖盆規模均不及HZ10 洼，僅在遠物源端發育規模較小的淺湖相沉積（圖6a）。

強烈斷陷期為湖盆發育的鼎盛期。由于持續湖侵，惠北各洼陷水體連片，迅速進入深湖環境，具有“廣盆深湖”的特征（圖6b）。原始沉積厚度在HZ10 洼達931 m，在HZ08 洼達712 m，在HZ14 洼達895 m?；蓐懙屯蛊鹞镌捶秶蠓s減，沉積物供給強度有限，僅在東部物源區周緣形成小規模展布的辮狀河三角洲沉積，而在HZ10 洼至LF13 西北洼之間的廣闊區域形成大規模展布的半深湖—深湖沉積。由于可容空間持續增加而物源供給非常有限，因此半深湖—深湖沉積基本為較純的泥巖，在地震相上表現為中低頻、中連續、弱振幅的平行反射特征（圖7a）。HZ08 洼、HZ14 洼雖然都受到轉換帶物源影響，但兩洼的辮狀河三角洲沉積體系的推進范圍不同。HZ08洼受轉換帶物源影響較大，自轉換帶至HZ08 洼主體部位以弱振幅的疊瓦狀前積反射為主，表明HZ08 洼沉降中心發生過充填，洼陷主體以辮狀河三角洲沉積為主（圖7b）。HZ14洼受轉換帶物源的影響相對有限，轉換帶的前積反射與洼陷中心的空白反射存在明顯的界面特征，反映辮狀河三角洲推進距離較短，洼陷中心以湖相沉積為主（圖7c）。由于HZ14洼裂陷作用較弱，推測洼陷中心以淺湖相沉積為主，半深湖—深湖相發育規模有限。

圖6 惠北地區文昌期沉積相及原始沉積厚度演化Fig.6 The evolution of sedimentary facies and original sedimentary thickness of Wenchang period in the northern Huizhou Sag

斷陷萎縮期受惠州運動影響，HZ10 洼緩坡及惠陸低凸起強烈隆升，HZ10 洼湖盆規模減小，同時下伏文四段遭受剝蝕，惠陸低凸起物源區范圍及供給強度有所增加。在惠陸低凸起周緣形成了裙帶狀展布的辮狀河三角洲沉積，半深湖—深湖僅在HZ10洼中心部位發育，其展布規模較強烈斷陷期有所減?。▓D6c）?？扇菘臻g減小和物源供應量增加，使洼陷中心巖性變為砂巖、泥巖互層，與文四段半深湖—深湖相泥巖不同，表現為中頻、中連續、強振幅平行反射特征（圖7a）。HZ08 轉換帶持續提供物源，HZ08 洼仍然為過充填沉積；
HZ14 洼由于控洼斷裂活動強度減弱，遠物源區域以淺湖沉積為主（圖7b，7c）。

圖7 惠北地區典型剖面文昌組地震相特征（T80層拉平；
剖面位置見圖1b）Fig.7 Typical sections showing seismic facies of Wenchang Formation in the northern Huizhou Sag (flatten T80;section location is shown in Fig.1b)

3.1 優質烴源巖發育模式

從惠州凹陷勘探實踐來看，半深湖—深湖相泥巖是優質烴源巖，從生排烴強度和規模而言均明顯優于淺湖—沼澤相烴源巖［24-26］。通過對惠北地區構造-沉積響應的綜合分析，認為文昌期烴源巖發育具有“東西分帶”的特征：HZ08洼、HZ14洼以淺湖—沼澤相烴源巖為主；
HZ10洼以半深湖—深湖相優質烴源巖為主。HZ10 洼不同演化階段的烴源巖發育模式不同（圖8），且為緩坡帶HB-1 井、HB-2 井2 口探井所證實（圖9）。

圖8 惠北地區HZ10洼文昌組半深湖—深湖相烴源巖發育模式（剖面位置見圖1b）Fig.8 Development model of semi deep-deep lacustrine source rocks of Wenchang Formation in Huizhou-10 sub-sag of the northern Huizhou Sag(section location is shown in Fig.1b)

圖9 惠北地區HZ10洼HB-1井、HB-2井文昌組地層綜合柱狀圖Fig.9 Stratigraphic comprehensive column of Wenchang Formation of Well HB-1 and Well HB-2 in Huizhou-10 sub-sag of the northern Huizhou Sag

強烈斷陷期發育模式為“廣盆少源”（圖8a）。HZ10洼與相鄰的LF13西北洼水體連通形成復合湖盆，緩坡方向始終保持較深的水體環境和較大可容空間。受文四段沉積期持續湖侵的影響，惠陸低凸起大部分沒入水下，湖盆范圍達到304 km2，而物源區范圍僅有27 km2，向HZ10洼輸送的碎屑物質十分有限。充足的可容空間和有限的物源輸入使HZ10洼形成欠補償沉積環境，形成了廣泛分布的文四段半深湖—深湖相烴源巖。這一點與常見的箕狀半地塹有明顯差異：典型箕狀半地塹由于斷塊旋轉作用，往緩坡方向通?？扇菘臻g大幅減小。

斷陷萎縮期發育模式為“旋轉擴容”（圖8b）。文四段沉積末期，惠州運動所產生的基底隆升作用導致HZ10 洼緩坡帶高角度旋轉，形成典型箕狀半地塹結構，使得湖盆范圍大幅縮減。但緩坡帶的高角度翹傾使湖盆中心仍然具有較為充足的可容空間，同時惠陸低凸起作為盆內發散型物源，對于HZ10 洼的沉積物供給量適中?？扇菘臻g與沉積物供給量的耦合使得晚文昌期在湖盆中心仍然以欠補償沉積為主，發育了一定規模的半深湖—深湖沉積。

3.2 烴源巖實鉆情況

在HZ10 洼緩坡帶上鉆了HB-1 井、HB-2 井2口探井（位置見圖1b）。在這2 口井鉆探之前HZ10洼尚無井鉆至文昌組，因此以上2 口井鉆探的重要目的之一是證實新區新洼的烴源潛力。兩口井均位于緩坡高部位，未完整揭示文昌組，HB-1 井僅鉆遇文四段—文五段，HB-2 井僅揭示了文三段—文五段。兩口井均在文四段底部鉆遇一套厚約50 m的連續厚層深灰色、褐灰色泥巖（圖9）。兩口井的半深湖—深湖泥巖生物標志物特征相似（圖10a），均含豐富的C304-甲基甾烷（C304-MSt），樹脂T 化合物、奧利烷含量極低，Ts 與Tm 含量相當。有機地球化學分析表明：兩口井的泥巖有機質類型為Ⅰ—Ⅱ1型（圖10b），TOC為1.93%~3.87%，為好—很好烴源巖（圖10c）。

圖10 惠北地區HZ10洼HB-1井、HB-2井文四段泥巖有機地球化學特征Fig.10 Organic geochemical characteristics of mudstone in Wenchang Member 4 of Well HB-1 and Well HB-2 in Huizhou-10 sub-sag of the northern Huizhou Sag

兩口井的鉆探證實了HZ10 洼緩坡帶高部位發育文昌組半深湖—深湖相優質烴源巖，表明HZ10 洼具有良好勘探前景。這使得惠北地區勘探關注的重點由HZ08 洼、HZ14 洼恩平組淺湖—沼澤相烴源巖體系轉變為HZ10 洼文昌組半深湖—深湖相烴源巖體系，對于下一步勘探工作具有推動作用和指導意義。

（1）珠江口盆地惠北地區各洼陷文昌期構造-沉積特征差異顯著：西側的HZ08 洼與HZ14 洼構成地塹，文昌期構造活動較弱，主要受HZ08 轉換帶盆外物源輸入影響，以辮狀河三角洲、淺湖沉積為主；
東側的HZ10 洼為受惠州運動強烈改造形成的箕狀半地塹，文昌期構造活動最強，主要受盆內惠陸低凸起物源影響，以半深湖—深湖及辮狀河三角洲沉積為主。

（2）文昌期構造演化和源-匯特征的差異耦合導致烴源巖發育具有“東西分帶”的特征：HZ08 洼、HZ14 洼以淺湖—沼澤相烴源巖為主，HZ10 洼以半深湖—深湖相優質烴源巖為主。

（3）HZ10 洼不同演化階段發育模式不同：強烈斷陷期為“廣盆少源”型，斷陷萎縮期為“旋轉擴容”型。其差異主要體現在3 方面：①可容空間的產生機制不同，強烈斷陷期主要是斷裂強烈活化導致湖盆整體深陷，而斷陷萎縮期主要是惠州運動所導致的斷塊旋轉。②沉積物供給量不同。強烈斷陷期惠陸低凸起大部分沒入水下，物源供給量極??；
而斷陷萎縮期，惠陸低凸起的隆升導致物源供給量增加。③優質烴源巖發育規模不同?？扇菘臻g和沉積物供給的耦合關系決定了強烈斷陷期半深湖—深湖相烴源巖發育規模大于斷陷萎縮期。

研究成果與認識對惠北地區下一步的勘探部署具有指導意義。HZ10 洼為箕狀半地塹的構造-沉積響應的研究提供了獨特案例。