琼东南盆地渐新世琼东南盆地沉积环境及物源演变特征

琼东南盆地渐新世琼东南盆地沉积环境及物源演变特征

1盆地构造演化及沉积特征琼东南盆地位于海南岛东南海域，是肯志齐前的大陆隆张盆地。琼东南盆地基底是华南大陆向海域的延伸,基岩主要由古生界大理岩、片岩、石英岩等变质岩以及火山碎屑岩组成,并在侏罗纪—白垩纪发育大量花岗岩侵入体。盆地内部由一系列NE向和NEE向的坳陷和隆起组成两隆三坳的构造格局,各隆起和坳陷又被近东西向的断裂分割。在新生代盆地形成以后,盆地主要经历了裂陷和拗陷两个构造演化阶段。在古近纪裂陷阶段,盆地充填演化史可划分为始新统陆相湖盆充填阶段、崖城组海陆过渡环境充填阶段和陵水组滨浅海环境充填阶段,分别接受了始新统、下渐新统崖城组、上渐新统陵水组的沉积充填;在新近纪拗陷阶段,盆地接受了从滨浅海相到深海相的连续沉积,海水深度逐步加深,沉积地层包括下中新统三亚组、中中新统梅山组、上中新统黄流组、上新统莺歌海组和第四系。对于琼东南盆地的沉积充填特征,已有众多学者进行了大量研究工作,对盆地的充填类型,沉积物来源以及沉积环境均取得了较好的认识。但此类工作主要以地球物理资料解释为基础,地质资料相对较少。笔者拟采用微体古生物以及稀土元素地球化学方法,对琼东南盆地渐新世—中新世地层的沉积环境及物源特征进行分析,探讨其石油地质特性。2盆地沉积地球化学分析采用微体古生物以及稀土元素地球化学方法对取自琼东南盆地7口探井渐新统—中新统590个岩心及岩屑样品进行了分析研究(图1)。微体古生物分析主要采用钙质超微化石、浮游及底栖有孔虫和孢粉藻类分析,涉及样品主要为盆地西部的崖城组和盆地东部的陵水组—三亚组。在沉积地球化学分析中,稀土元素(REE)由于性质稳定,相对较少受到沉积作用的改造,在沉积盆地研究中能更好地用来分析母岩的变迁演化,是沉积盆地分析母岩变迁演化的有力工具。进行地球化学分析的样品均被压碎至200目以下,然后在高温炉中保持680℃恒温2h,以剔除有机质及沉积物内黏土矿物中的结晶水,用HF+HNO3混合酸进行分解,采用电感耦合等离子质谱仪(VGX7ICP-MS)测试。样品处理过程中,每30个样品加一个空白样、一个重复样和两个标准样,最后样品测试结果都根据标样数据进行校正,精度由空白样及重复样控制,分析工作在同济大学海洋地质国家重点实验室完成,分析方法详见参考文献。3环境地质背景琼东南盆地自始新世开始较大规模接受沉积,沉积环境受古地形控制,以洪积—河流相为主。盆地何时开始接受海侵,一直存在争议。针对该问题重点开展了以微体古生物为手段的古生态学研究,在YC13-1-a2井约300m连续取心揭示的崖城组可以看到,在崖三段下部(4055.9m)产有大量Polypodiaceaesporitesspp.,Polypodiisporitesspp.等淡水蕨类孢子以及裸子、被子植物花粉,未发现典型海相藻类,综合考虑为淡水环境。到3890.13m处出现大量如Impletosphaeridiumsp.,Spiniferitesspp.等海相浮游藻类化石,但是,钙质超微化石及有孔虫均未产出,也未发现淡水属种。由于在海陆过渡带不利于钙质超微化石及有孔虫化石的保存,结合该段沉积的连续性以及潮汐沉积构造极为发育等特点,认为本区崖三段沉积环境是从淡水滨岸环境逐步演化为滨浅海环境。同样,在与YC13-1-a2井相邻的YC13-1-2井崖三段中也未见到沟鞭藻孢囊等海相藻类,而在同区的YC19-1-1井崖三段顶部样品中开始出现大量海相沟鞭藻孢囊,可以认定琼东南盆地西部在崖三段早期为近岸过渡环境,崖三段晚期开始发生明显海侵,而在崖城组之下的始新世则发育有淡水湖相沉积。渐新世早期海水可能从东西两个方向进入琼东南盆地,形成东西两个浅海区,中间有滨海相和剥蚀区将其分隔开来。从YC8-2-1井的崖二段发育高浓度值的沟鞭藻孢囊,以及崖城组一段(3377.9m)包含smallReticulofenestra,Cyclicargolitnusabisectus,Cyclicargolitnusfloridanus,Coccolithusmiopelagicus以及Coccolithuspelagicus等钙质超微化石来看,崖北凹陷西侧的水深此时已经达到外陆棚的海湾环境。陵水—乐东凹陷北部发育滨岸平原—滨海体系,南部断层下降盘发育滨海—低位扇体系;在陵水凹陷北部和东南部发育扇三角洲沉积;松南—宝岛凹陷除发育滨海相边缘相带外,以浅海相沉积为主。琼东南盆地崖城组形成于裂陷晚期,当时古湖消亡,大规模海侵行将开始,普遍存在海陆过渡相沉积环境。在不同地区沉积环境及物质输送能力的不同,导致有机质物源和输入量的差异甚大。有利烃源条件应在于能形成含煤地层的沼泽环境,因为其有丰富的陆生植物补充源,使得有机质能够高度集中堆积。有机屑浓度指标在YC13-1-2井崖三段显示极高值,指示这里的崖三段显然形成于与众不同的条件下,是陆源有机物异常丰富的沼泽环境。所以,崖城组的富气源岩应与含煤地层发育有关,滨海沼泽沉积环境是崖城组时期最有利于烃源岩形成的环境。渐新世晚期全区发生海侵,海水从东、西两个方向进入盆地,继承崖城期的海侵方向。琼东南盆地深水区陵水层序低位体系域沉积时期,中央凹陷带以及北礁凹陷主要为浅海相沉积,东南部为滨海相沉积。在LS4-2-1井、ST24-1-1井、BD19-2-2井和BD20-1-1井发育大量沟鞭藻孢囊以及海相微体古生物化石,说明此时琼东南盆地已经完全进入海相沉积环境。在陵水凹陷北部发育滨海相和小型低位扇,南部则发育有扇三角洲沉积。松南—宝岛凹陷总体为滨海相沉积,而在LS4-2-1井东北方向存在低位扇。陵水层序低位体系域沉积时期储层比较发育,主要以滨海相和扇三角洲储层为特征。到中新统全区海水进一步加深,出现半深海沉积,在盆地的南北两侧分别为浅海—滨海相沉积,发育扇三角洲以及滨岸相沉积体系,是优质储层发育的另一个沉积时期。根据琼东南盆地沉积环境演变历史,可以看出,琼东南盆地主要发育有3套烃源岩,即始新世湖相烃源岩,渐新世海陆过渡相烃源岩和中新世半深海—深海相烃源岩。4源区基性岩成分特征在沉积建造中,陆源碎屑岩保留着源区母岩的相关信息,但是,沉积作用影响并改变着沉积物成分,包含一些复杂的物理、化学作用。研究表明,尽管有沉积过程中的改造作用,物源区的地球化学成分仍是碎屑岩成分的主要控制因素,通过分析碎屑岩的化学成分即可确定母岩性质,为盆地的沉积演化研究提供大量可靠依据。在稀土元素研究方面,人们认为源自上地壳的稀土元素表现出富含轻稀土,重稀土含量稳定及负的Eu元素异常等性质。轻稀土富集说明上地壳中大离子亲石元素的含量相对于原始幔源要明显偏高;重稀土含量均匀则是上地壳内缺少导致重稀土分馏的因素;负的Eu元素异常是由于元素分异作用使上地壳中Eu元素缺失,而下地壳中Eu元素富集。根据这些特征,可以分辨出沉积物源岩的母岩特性。琼东南盆地崖城隆起区,各时期沉积物稀土元素配分形式存在明显差异,Eu元素明显存在富集现象,特别是从陵水组二段到梅山组,Eu元素正异常更为明显,表明源区中基性岩成分明显增加(图2)。在盆地东部的松东、宝岛和松南凹陷情况存在明显差异,显示该地区物源的复杂性。位于松东凹陷的ST24-1-1井从陵水组到三亚组,稀土元素配分形式与海南岛源区极为相似,显示海南岛是该地区的稳定源区(图3)。处于宝岛凹陷的BD20-1-1井和BD19-2-2井,稀土元素配分则明显存在一个转折,即在陵水组时,Eu元素明显富集,之后逐步降低,到梅山组均转为Eu的负异常,显示沉积物源区成分从基性逐步过渡到酸性的特点(图4)。在松南凹陷的LS4-2-1井则和其他地区明显不同,从陵水组到黄流组,沉积物中Eu元素始终是正异常,表明其沉积物来源中基性岩成分始终占有重要地位(图5)。通过稀土元素特征可以看出,松东凹陷的ST24-1-1井从陵水组到三亚组,沉积物来源主要受海南岛影响,海南岛是该地区持续稳定的源区。宝岛凹陷的BD20-1-1井和BD19-2-2井在陵水组沉积早期基性源岩所占比例较高,之后逐步降低,酸性岩(或沉积岩)成分逐步增高,到三亚组沉积期以后基本以酸性岩或沉积岩区的母岩类型为主。而位于松南凹陷的LS4-2-1井从陵水组到黄流组时期,沉积物来源中基性岩成分始终占有重要地位。考虑琼东南盆地基岩出露情况,可以认为,位于松南和宝岛凹陷南部的火山活动对这两个凹陷的沉积物产生了一定影响,特别是松南凹陷自陵水组到黄流组时期始终受这些火山物质的影响;而在宝岛凹陷仅在陵水组时期受到较强影响,并且BD19-2-2井受到的影响要大于BD20-1-1井(图4),明显受距火山活动的距离控制。对于琼东南盆地的石油地质条件,前人已经作过大量研究工作。由于海南岛及其东部的神狐隆起主要由酸性花岗岩构成,其风化剥蚀产物往往形成成分成熟度和结构成熟度较高的砂岩沉积,是潜在的优质储层发育带。因此,在松东及宝岛凹陷沉积物储层极有可能要好于松南凹陷。5沉积岩石学特征琼东南盆地在早渐新世崖三段沉积晚期开始出现典型的海相化石,显示崖三段为淡水滨岸相向滨浅海相转变,是该盆地海侵的开始。考虑崖城组之下还存在较厚的沉积物,极有可能在崖城组之下发育有淡水湖相沉积。到渐新世晚期陵水组时期全区发生海进,为海相沉积环境,接受了滨浅海相为主的各类沉积作用;到中新统全区海水进一步加深,出现半深海沉积。伴随沉积环境的改变,琼东南盆地主要发育有3套烃源岩,即始新世湖相烃源岩,渐新世海陆过渡相烃源岩和中新世半深海—深海相烃源岩。沉积物稀土元素配分特征显示,琼东南盆地崖城凸起区,沉积物母岩区基性岩成分较多,造成沉积物中Eu元素明显的正异常,特别是从陵水组二段到梅山组,Eu元素正异常更为明显;而在松东凹陷的ST24-1-1井从陵水组到三亚组,沉积物来源主要受海南岛影响,沉积物中Eu元素出现负异常;宝岛凹陷的BD20-1-1井和BD19-2-2井在陵水组早期基性源岩所占比例较高,Eu元素为正异常,之后逐步降低,