珠江口盆地惠北地区文昌期构造-沉积响应及对优质烃源岩的控制

高翔，刘杰，牛胜利，徐乐意，梁杰，何陵沅，郭佳

中海石油(中国)有限公司深圳分公司

0 前 言

惠州凹陷是珠江口盆地油气勘探的主战场，其中惠西为勘探成熟区，目前在生产油田均集中于惠西。勘探研究表明，惠西地区各洼陷主力烃源岩均为文昌组半深湖—深湖沉积。惠北地区为勘探新区，勘探和研究程度均较低，尚未取得商业突破。惠北地区各洼陷烃源岩差异显著：HZ10洼主要发育文昌组半深湖—深湖相烃源岩，HZ08洼、HZ14洼主要发育恩平组浅湖—沼泽相烃源岩。由于惠北地区已钻井揭示的油气以恩平组烃源岩贡献为主，因此前人关注的重点在恩平组，而对文昌组构造-沉积特征的研究较少［1-6］，这严重制约了惠北地区油气资源潜力的客观评价及勘探进程。

HZ10 洼的构造演化与沉积充填具有一定特殊性：典型箕状半地堑以发育楔状地层为主，缓坡带构造活动较弱，通常以辫状河三角洲沉积为主［7-9］，而HZ10 洼发育席状地层，缓坡带构造活动强烈，在缓坡高部位仍发育厚层半深湖—深湖沉积。HZ10洼的演化机制如何，对烃源岩的发育有怎样的影响，针对这些问题尚未进行过系统研究。本文基于新采集三维地震和新钻探井资料，对惠北地区文昌期构造-沉积响应进行了系统研究，首次明确了文昌期各洼陷构造演化、沉积充填的多样性和差异性以及半深湖—深湖相优质烃源岩的展布特征和发育模式。研究成果可为下一步勘探部署提供依据，同时对具有相似特征的箕状半地堑的构造-沉积响应研究和油气勘探具有一定参考意义。

1 区域地质概况

珠江口盆地位于南海北部陆缘，是在中生代主动陆缘、被动陆缘演化的基础上发展而来，动力学背景复杂，受印度—澳大利亚板块、欧亚板块和太平洋板块共同影响［2-3］。珠江口盆地自南向北划分为5 个构造单元，分别为南部隆起带、南部坳陷带（珠二坳陷和潮汕坳陷）、中央隆起带、北部坳陷带（珠三坳陷和珠一坳陷）、北部隆起带（图1a）。本文研究的惠北地区位于惠州凹陷北部（图1b），包括了HZ10洼、HZ14洼和HZ08洼3个洼陷。

图1 珠江口盆地惠州凹陷区域位置及构造纲要图Fig.1 Regional location and structural outline of Huizhou Sag,Pearl River Mouth Basin

珠江口盆地的构造演化包括同裂陷期和裂陷后期两大阶段。同裂陷期包括文昌期和恩平期2个裂陷幕，珠琼运动二幕是两幕裂陷之间主要的构造运动［10］，对应于区域不整合面T80。最新研究成果表明在早、晚文昌期之间存在一期构造转换，即惠州运动［6］，该期构造运动在不同地区形成一定范围的不整合界面，在地震剖面上对应于T83（表1）。裂陷后期可划分为南海扩张和南海俯冲2个阶段，自下而上发育了珠海组、珠江组、韩江组、粤海组和万山组。

表1 珠江口盆地惠北地区始新统地层层序简表Table 1 Eocene stratigraphy-sequence table in the northern Huizhou Sag,Pearl River Mouth Basin

2 文昌期构造-沉积响应

2.1 洼陷地质结构

基于最新的三维地震资料，根据不整合、古生物、测井相、地震相等层序界面识别方法构建了惠北地区三级层序格架（表1）。文昌期总体发育6 个三级层序，与6个岩石地层段具有对应性。基于井-震联合解释结果分析：HZ10 洼为受断裂F1-1 控制的箕状半地堑，北断南超，断裂活动强度大，沉积地层厚度达2 513 m；HZ08 洼受断裂F1-2 控制，HZ14洼受断裂F2 控制，HZ08 洼、HZ14 洼整体上呈地堑形态，断裂活动较弱，最大地层厚度分别为1 753 m和1 482 m。从具体地层发育情况看：文昌期HZ10洼发育文六段—文二段，未沉积文一段（图2a）；HZ08洼发育文五段—文三段，未沉积文二段、文一段；HZ14洼仅发育文四段、文三段（图2b）。恩平期各洼陷均发育恩四段—恩一段（图2）。

图2 惠北地区主要洼陷地质结构地震地质解释剖面Fig.2 The seismic interpretation sections of geological structures of main sub-sags in the northern Huizhou Sag

2.2 构造演化特征

惠北地区构造演化主要受控于控洼断裂的生长演化和惠州运动的构造响应。控洼断裂作为裂陷盆地最重要的构造要素控制着沉积层序和洼陷的演化，惠州运动在惠北地区主要表现为基底隆升和地层剥蚀，对盆地原型有重要改造作用。

2.2.1 控洼断裂的生长演化

断层的生长演化是指由分段的小断层逐步连接形成统一的边界大断层，一个完整演化过程包括为孤立、连接和贯通3 个阶段［11-15］。在初始孤立阶段，断层多、位移小，断层之间孤立径向伸展；在连接阶段，断层间相交并发生硬连接，形成几何学上连通的断层，这时仍发育多个活动中心；在贯通阶段，以发育具有统一的运动学特征的大型控洼断裂为特征，断层长度和位移达到最大，最大断距迁移至连接后的断裂中心。惠北地区控洼断裂的生长演化是基底先存断裂和文昌期应力背景综合作用的结果，文昌期的构造演可划分为初始断陷期、强烈断陷期和断陷萎缩期（图3）。

初始断陷期（文六段—文五段沉积期） 根据重磁资料及前人研究成果［16-18］，珠江口盆地中生代发育NWW 和NEE 向2 组先存断裂，在惠北地区主要发育3 条NEE 向（F1-1、F1-2、F2）和3 条NWW 向（F3、F4、F5）先存断裂，F4 错断F1 形成了Z 字形先存断裂组合（图3a）。先存断裂是力学上的薄弱带［19-20］，在后期构造运动中一般优先活化并继承性发育，通常作为控洼断裂影响着洼陷的发育［21-22］。HZ08 洼、HZ10 洼是在先存Z 字形断裂组合基础上活化形成。在早始新世NW—SE 向伸展应力背景下，NEE 向的F1-1 和F1-2 正交于应力方向，优先活化，断层活动速率分别为133 m/Ma 和65 m/Ma（图4），形成了HZ10 洼和HZ08 洼（图3b）。该时期控洼断裂处于孤立生长阶段，洼陷彼此分割，湖盆范围较小。

图3 惠北地区文昌期控洼断裂及洼陷演化平面图Fig.3 Evolution plans of sub-sags and controlling faults in Wenchang period in the northern Huizhou Sag

图4 惠北地区文昌期控洼断裂平均活动速率直方图Fig.4 Histogram of average activity rate of sub-sag controlling faults in Wenchang period in the northern Huizhou Sag

强烈断陷期（文四段沉积期） HZ10 洼、HZ08洼的控洼断裂F1-1、F1-2 活动强度达到最大，活动速率分别为217 m/Ma和112 m/Ma，这两条控洼断裂在F4 先存断裂薄弱面上发生硬连接（图3c）。此时处于连接与贯通阶段的过渡阶段，断裂活动中心开始向新形成的断裂中心迁移，同时NW 向的F4 断裂具有一定的走滑拉分作用，在断层连接和走滑拉分共同作用下形成HZ10 西洼。近东西向的HZ14 洼控洼断裂F2在此阶段也开始活化（图3c），活动速率为121 m/Ma（图4），HZ14 洼开始接受沉积。该时期惠北地区各洼陷裂陷强度均达到峰值，进入湖盆鼎盛期，表现为各洼陷水体连通，湖盆范围达到最大。

断陷萎缩期（文三段—文一段沉积期） 惠北各洼陷的控洼断裂活动强度均有所减弱，HZ10洼、HZ14 洼和HZ08 洼控洼断裂活动速率依次为107 m/Ma、53 m/Ma 和31 m/Ma（图4）。HZ10 洼、HZ08 洼的控洼断裂F1-1 和F1-2 未完成向贯通阶段的演化（图3d）。

总体而言，HZ10 洼的控洼断裂F1-1 在各演化阶段活动强度相对较大（图4），该洼陷为惠北沉降和沉积中心。

2.2.2 惠州运动对惠北地区盆地原型的改造作用

盆地原型是指某一地史阶段在一种地球动力机制（环境）下形成的一个结构构造形式和沉积实体单元，复杂盆地通常由若干个不同类型的盆地原型组合而成［23］。惠北地区盆地原型具有“东西分带”的特征：西部HZ08 洼与HZ14 洼呈南北双断的地堑结构（图2b），在文昌期总体表现为持续地均衡沉降，未遭受明显剥蚀；东部的HZ10 洼受惠州运动影响，盆地原型发生突变，文四段遭受强烈剥蚀，整体呈北断南超的箕状断陷结构（图2a）。

43 Ma 左右，在印度板块与欧亚板块开始硬碰撞、太平洋板块俯冲方向发生变化以及岩石圈由初始张裂到快速减薄变化的综合作用下，珠江口盆地发生惠州运动，造成了显著的构造转变，表现为裂陷作用迁移、基底隆升及岩浆底侵等［6］。惠州运动在惠北地区形成了T83 大型角度不整合界面，在HZ10洼缓坡可见明显的地层上超下削特征（图2a）。通过趋势外推法对惠州运动的剥蚀量进行了恢复（图5），结果表明剥蚀范围主要分布在HZ10 洼缓坡及现今惠陆低凸起，最大剥蚀厚度为364 m。

图5 惠北地区文昌期盆地原型恢复Fig.5 The basin prototype restoration of Wenchang period in the northern Huizhou Sag

根据盆地原型恢复，HZ10 洼在强烈断陷期（文四段沉积期）与现今的箕状半地堑结构不同，缓坡带与LF13 西北洼连通，地层广泛分布，楔状特征并不明显。文四段沉积末期，惠州运动导致HZ10 洼缓坡和惠陆低凸起强烈隆升，文四段地层遭受剥蚀，基底的隆升导致HZ10洼缓坡强烈旋转，与LF13西北洼分割，使文三段—文二段具有明显的楔状特征，形成了典型的箕状半地堑构造样式。

2.3 沉积充填演化特征

惠北地区的物源背景受控于断裂体系的演化及惠州运动的响应。NEE 向和NWW 向先存断裂在始新世的活化形成了继承性发育的大型控洼断裂体系，2 组断裂的交会叠置在惠北地区形成了HZ08、HZ05 两大转换带物源体系（图1b，图6）。大型的低坡降转换带背景有利于捕获长源水系，在盆地内部形成了富砂的三角洲体系。HZ05 转换带主要向陆丰地区提供物源，同时对惠北地区陡坡带起到了一定的屏蔽作用，使控洼断裂的下降盘仅发育了小规模的近岸扇体。HZ08 转换带为HZ08 洼、HZ14 洼提供物源，供给量充沛。受惠州运动的影响，惠陆低凸起是HZ10 洼的主要物源区，剥蚀范围具有大—小—大的动态变化趋势，导致HZ10 洼的沉积物供给量变化较大。构造演化和源-汇特征的差异耦合，导致惠北地区在不同演化阶段沉积充填特征差异明显（图6）。

初始断陷期自惠陆低凸起物源区至HZ10 洼陷中心，发育一套低频、连续、强振幅反射的大型前积体（图7a），为裂陷早期的低位辫状河三角洲沉积，反映该时期物源供给十分充沛。湖相沉积仅在HZ10洼沉降中心少量发育。HZ08转换带在该时期已形成，转换带水系开始向HZ08 洼输送沉积物，近物源区域以粗碎屑沉积为主。初始断陷期HZ08 洼沉积厚度、湖盆规模均不及HZ10 洼，仅在远物源端发育规模较小的浅湖相沉积（图6a）。

强烈断陷期为湖盆发育的鼎盛期。由于持续湖侵，惠北各洼陷水体连片，迅速进入深湖环境，具有“广盆深湖”的特征（图6b）。原始沉积厚度在HZ10 洼达931 m，在HZ08 洼达712 m，在HZ14 洼达895 m。惠陆低凸起物源范围大幅缩减，沉积物供给强度有限，仅在东部物源区周缘形成小规模展布的辫状河三角洲沉积，而在HZ10 洼至LF13 西北洼之间的广阔区域形成大规模展布的半深湖—深湖沉积。由于可容空间持续增加而物源供给非常有限，因此半深湖—深湖沉积基本为较纯的泥岩，在地震相上表现为中低频、中连续、弱振幅的平行反射特征（图7a）。HZ08 洼、HZ14 洼虽然都受到转换带物源影响，但两洼的辫状河三角洲沉积体系的推进范围不同。HZ08洼受转换带物源影响较大，自转换带至HZ08 洼主体部位以弱振幅的叠瓦状前积反射为主，表明HZ08 洼沉降中心发生过充填，洼陷主体以辫状河三角洲沉积为主（图7b）。HZ14洼受转换带物源的影响相对有限，转换带的前积反射与洼陷中心的空白反射存在明显的界面特征，反映辫状河三角洲推进距离较短，洼陷中心以湖相沉积为主（图7c）。由于HZ14洼裂陷作用较弱，推测洼陷中心以浅湖相沉积为主，半深湖—深湖相发育规模有限。

图6 惠北地区文昌期沉积相及原始沉积厚度演化Fig.6 The evolution of sedimentary facies and original sedimentary thickness of Wenchang period in the northern Huizhou Sag

断陷萎缩期受惠州运动影响，HZ10 洼缓坡及惠陆低凸起强烈隆升，HZ10 洼湖盆规模减小，同时下伏文四段遭受剥蚀，惠陆低凸起物源区范围及供给强度有所增加。在惠陆低凸起周缘形成了裙带状展布的辫状河三角洲沉积，半深湖—深湖仅在HZ10洼中心部位发育，其展布规模较强烈断陷期有所减小（图6c）。可容空间减小和物源供应量增加，使洼陷中心岩性变为砂岩、泥岩互层，与文四段半深湖—深湖相泥岩不同，表现为中频、中连续、强振幅平行反射特征（图7a）。HZ08 转换带持续提供物源，HZ08 洼仍然为过充填沉积；HZ14 洼由于控洼断裂活动强度减弱，远物源区域以浅湖沉积为主（图7b，7c）。

图7 惠北地区典型剖面文昌组地震相特征（T80层拉平；剖面位置见图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 优质烃源岩发育模式及实钻情况

3.1 优质烃源岩发育模式

从惠州凹陷勘探实践来看，半深湖—深湖相泥岩是优质烃源岩，从生排烃强度和规模而言均明显优于浅湖—沼泽相烃源岩［24-26］。通过对惠北地区构造-沉积响应的综合分析，认为文昌期烃源岩发育具有“东西分带”的特征：HZ08洼、HZ14洼以浅湖—沼泽相烃源岩为主；HZ10洼以半深湖—深湖相优质烃源岩为主。HZ10 洼不同演化阶段的烃源岩发育模式不同（图8），且为缓坡带HB-1 井、HB-2 井2 口探井所证实（图9）。

图8 惠北地区HZ10洼文昌组半深湖—深湖相烃源岩发育模式（剖面位置见图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)

图9 惠北地区HZ10洼HB-1井、HB-2井文昌组地层综合柱状图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

强烈断陷期发育模式为“广盆少源”（图8a）。HZ10洼与相邻的LF13西北洼水体连通形成复合湖盆，缓坡方向始终保持较深的水体环境和较大可容空间。受文四段沉积期持续湖侵的影响，惠陆低凸起大部分没入水下，湖盆范围达到304 km2，而物源区范围仅有27 km2，向HZ10洼输送的碎屑物质十分有限。充足的可容空间和有限的物源输入使HZ10洼形成欠补偿沉积环境，形成了广泛分布的文四段半深湖—深湖相烃源岩。这一点与常见的箕状半地堑有明显差异：典型箕状半地堑由于断块旋转作用，往缓坡方向通常可容空间大幅减小。

断陷萎缩期发育模式为“旋转扩容”（图8b）。文四段沉积末期，惠州运动所产生的基底隆升作用导致HZ10 洼缓坡带高角度旋转，形成典型箕状半地堑结构，使得湖盆范围大幅缩减。但缓坡带的高角度翘倾使湖盆中心仍然具有较为充足的可容空间，同时惠陆低凸起作为盆内发散型物源，对于HZ10 洼的沉积物供给量适中。可容空间与沉积物供给量的耦合使得晚文昌期在湖盆中心仍然以欠补偿沉积为主，发育了一定规模的半深湖—深湖沉积。

3.2 烃源岩实钻情况

在HZ10 洼缓坡带上钻了HB-1 井、HB-2 井2口探井（位置见图1b）。在这2 口井钻探之前HZ10洼尚无井钻至文昌组，因此以上2 口井钻探的重要目的之一是证实新区新洼的烃源潜力。两口井均位于缓坡高部位，未完整揭示文昌组，HB-1 井仅钻遇文四段—文五段，HB-2 井仅揭示了文三段—文五段。两口井均在文四段底部钻遇一套厚约50 m的连续厚层深灰色、褐灰色泥岩（图9）。两口井的半深湖—深湖泥岩生物标志物特征相似（图10a），均含丰富的C304-甲基甾烷（C304-MSt），树脂T 化合物、奥利烷含量极低，Ts 与Tm 含量相当。有机地球化学分析表明：两口井的泥岩有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型（图10b），TOC为1.93%~3.87%，为好—很好烃源岩（图10c）。

图10 惠北地区HZ10洼HB-1井、HB-2井文四段泥岩有机地球化学特征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

两口井的钻探证实了HZ10 洼缓坡带高部位发育文昌组半深湖—深湖相优质烃源岩，表明HZ10 洼具有良好勘探前景。这使得惠北地区勘探关注的重点由HZ08 洼、HZ14 洼恩平组浅湖—沼泽相烃源岩体系转变为HZ10 洼文昌组半深湖—深湖相烃源岩体系，对于下一步勘探工作具有推动作用和指导意义。

4 结 论

（1）珠江口盆地惠北地区各洼陷文昌期构造-沉积特征差异显著：西侧的HZ08 洼与HZ14 洼构成地堑，文昌期构造活动较弱，主要受HZ08 转换带盆外物源输入影响，以辫状河三角洲、浅湖沉积为主；东侧的HZ10 洼为受惠州运动强烈改造形成的箕状半地堑，文昌期构造活动最强，主要受盆内惠陆低凸起物源影响，以半深湖—深湖及辫状河三角洲沉积为主。

（2）文昌期构造演化和源-汇特征的差异耦合导致烃源岩发育具有“东西分带”的特征：HZ08 洼、HZ14 洼以浅湖—沼泽相烃源岩为主，HZ10 洼以半深湖—深湖相优质烃源岩为主。

（3）HZ10 洼不同演化阶段发育模式不同：强烈断陷期为“广盆少源”型，断陷萎缩期为“旋转扩容”型。其差异主要体现在3 方面：①可容空间的产生机制不同，强烈断陷期主要是断裂强烈活化导致湖盆整体深陷，而断陷萎缩期主要是惠州运动所导致的断块旋转。②沉积物供给量不同。强烈断陷期惠陆低凸起大部分没入水下，物源供给量极小；而断陷萎缩期，惠陆低凸起的隆升导致物源供给量增加。③优质烃源岩发育规模不同。可容空间和沉积物供给的耦合关系决定了强烈断陷期半深湖—深湖相烃源岩发育规模大于断陷萎缩期。

研究成果与认识对惠北地区下一步的勘探部署具有指导意义。HZ10 洼为箕状半地堑的构造-沉积响应的研究提供了独特案例。