南黄海盆地南部坳陷南五凹三垛组剥蚀量研究

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(中海油研究总院，北京100027)

南黄海盆地南部坳陷南五凹三垛组剥蚀量研究

袭著纲，王鹏

(中海油研究总院，北京100027)

南黄海盆地南五凹自白垩纪以来经历了4期构造运动，其中古近纪末期三垛运动最为强烈，造成大范围的剥蚀。结合井资料，综合利用泥页岩声波时差法、镜质体反射率Ro差值法，从点上对三垛组剥蚀量进行了恢复；然后依托二维地震剖面，利用地层趋势法对该期剥蚀量进行了区域成图。结果表明，该事件中南五凹最大剥蚀厚度在凹陷西部，一般为700～950 m；东部剥蚀厚度一般为300～500 m，整体剥蚀厚度小于新近系地层补偿厚度。三垛组剥蚀量的研究对认识南五凹的成藏史及油气分布规律具有重要意义。

南五凹；三垛组；声波时差法；地层趋势法；剥蚀量;南黄海盆地

0 引 言

南黄海盆地南部坳陷南五凹位于中国黄海南部海域，北部地层上超南二复合低凸起区，南部和东部以勿南沙隆起为界(图1)，整体为南断北超的结构，凹陷面积约1 800 km2。

南五凹是以古近系、新近系沉积为主体，晚中生代—新生代断坳-断陷-坳陷型的沉积单元。自白垩纪以来，研究区先后经历了仪征、吴堡、真武、三垛多期大的构造运动，而渐新世末期的三垛运动最为强烈，地层剥蚀量最大。目前，南五凹尚无油气发现，而邻区构造、沉积演化特征相似的苏北盆地已找到大量油气。从近年苏北盆地的研究成果看(陈安定，2003；杨立干等，2003；徐田武等，2008；鲁雪松等，2009；杨玉平等，2012)，三垛运动造成的巨大剥蚀量与区域内油气成藏关系密切。故针对南五凹三垛组开展了一些剥蚀量研究工作，以期对认识该区的成藏史和油气分布规律、勘探潜力等提供帮助。

地层剥蚀量的恢复方法有多种，但每种方法均受特定地质条件的限制。在南五凹晚始新世—渐新世三垛组剥蚀量研究中，结合仅有的4口钻井资料，综合利用泥岩声波时差法和镜质体反射率Ro差值法对单井三垛组地层剥蚀量进行了计算，并对结果进行比对分析；然后以井剥蚀量为控制点，依托研究区内的二维地震资料，利用地层趋势法，对南五凹三垛组剥蚀量进行了区域性恢复和分析。

1 泥页岩声波时差法恢复剥蚀量

声波时差法是目前常用的恢复剥蚀量的方法之一。关于声波时差法恢复剥蚀量的模型和适用条件，许多文献做过有益的改进和详细论述(刘景彦等，2000；吴智平等，2000，2001；付晓飞等，2004；翁望飞等，2011)。该方法最早由Magara(1976)提出。其基本原理是：基于Athy于1930年提出的在正常压实情况下，泥页岩孔隙度随深度的变化存在指数关系的Athy模型，即：

图1 南五凹位置示意图

φ=φ0e-AH

(1)

式(1)中，φ为岩石孔隙度；φ0为地表岩石孔隙度；H为地层埋深,m；A为泥页岩正常压实趋势斜率,m-1。

而固结地层中，声波时差资料可直接反应泥页岩压实程度的大小，且不因地层遭受剥蚀而发生变化，所以可建立声波时差随深度变化的指数模型，即Magara模型：

Δt=Δt0e-AH

(2)

式(2)中，Δt为泥页岩在深度H处的声波时差，μs/m；Δt0为地表声波时差，μs/m；H为地层埋深，m；A为泥页岩正常压实趋势斜率，m-1。

Magara模型是用声波时差法计算剥蚀量的基础，由于该公式在深度趋于无穷大时，孔隙度为0，声波时差为0，与实际情况不符。之后，众多学者根据不同的地质情况通过引入转换常数，提高了模型的适用性(牟中海等，2000；Heasler et al,1996)。

目前普遍认为泥页岩声波时差法计算剥蚀量的关键因素是考虑抬升剥蚀前不整合面下伏地层的压实结构或压力是否被后期的沉积地层所改造(吴智平等，2000，2001；刘景彦等，2000；牟中海等，2000；付晓飞等，2004；鲁雪松等，2007)。而判断该因素最直接有效的方法就是分析不整合面上、下泥页岩声波时差曲线压实斜率的分布情况，若剥蚀面之下老地层压实曲线位于上覆新地层压实曲线左侧，说明老地层压实结构未改变，可直接应用声波时差法求取剥蚀量；若剥蚀面之下老地层压实曲线与剥蚀面上覆新地层压实曲线一致或位于其右侧，说明老地层压实结构被破坏或存在超压欠压实等现象，此时需结合地质背景对压实曲线斜率变化的原因进一步分析，从而判断声波时差曲线恢复剥蚀量的适用性。孔隙度由于不仅是埋深的函数，而且受沉积环境、沉积速率、构造背景等因素的影响，因此，在适当的情况下，声波时差法也可能适用于沉积地层厚度过补偿的情况(牟中海等，2000；鲁雪松等，2007，2009)。

通过对研究区内4口井测井曲线、录井等资料分析，系统选取泥页岩段声波时差代表性数据，去除周波跳跃段及超压欠压实段数据，综合判断始新统—渐新统戴南组—三垛组与新近系泥页岩段压实曲线斜率的关系，将符合应用条件井的古近系泥页岩声波时差趋势线自然上延至650 μs/m(即三垛组剥蚀前古地表声波时差值)，则古地表与三垛组剥蚀面间的距离即为三垛组剥蚀量。

通过对W2井和W4井分析发现，三垛组剥蚀面上、下的压实曲线斜率存在差异。如W2井，三垛组剥蚀面之下泥页岩段压实趋势斜率为0.000 55 m-1，界面之上压实趋势斜率为0.000 38 m-1，说明W2井三垛组剥蚀面之下泥页岩地层的压实效应并未被新近系破坏(图2a)。W3井为斜井，且新近系无声波测井曲线，戴南组以下地层存在超压，一定程度上限制了该方法的使用。该井剥蚀量恢复结果在此次研究中仅作参考，其剥蚀量为835 m。而W1井位于凸起带，泥页岩欠发育，且在三垛组剥蚀面之下还存在一些大的不整合面，故无法用该法进行剥蚀量恢复。W2井和W4井(图2b)用该法恢复的剥蚀量结果分别为904，561 m。

图2 单井泥页岩声波时差法恢复三垛组剥蚀量

该区W2井和W4井三垛组不整合面上覆地层过补偿，但未改变下伏地层的压实结构，笔者认为其主要原因是沉积环境和沉积速率的问题。古近纪戴南组—三垛组时，南五凹处于断陷阶段，主要发育河流相及湖沼相沉积。戴南组凹陷中央及东部以细粒沉积为主，偏湖相；西部及南北斜坡带局部发育河流相-三角洲沉积。而三垛组河流相粗粒沉积物分布更加广泛；但末期发育一套滨浅湖相、河流洪泛平原相沉积，相比下伏砂岩段较薄。整体上古近纪戴南组—三垛组沉积速率小于沉降速率，且两井区以粗粒沉积为主，随地层厚度的增加，泥页岩压实程度缓慢，压实趋势斜率较大。新近纪，南五凹进入坳陷阶段，盆地趋于平原化，下部以厚层河流相粗粒沉积为主，上部以细粒沉积物为主，但水体相比古近纪变浅，沉积速率也较快。细粒沉积物堆积相对紧凑，泥页岩压实程度较大，孔隙度减小较快，压实趋势斜率较小。所以这种沉积速率和沉积环境的差异，引起不整合面上、下泥页岩孔隙度的变化，导致压实趋势斜率下大上小。

2 镜质体反射率Ro差值法恢复剥蚀量

正常情况下，镜质体反射率Ro随深度的变化是连续渐变的，且存在不可逆性。当地层热史或埋藏史变化时，Ro就会出现不连续的间断。基于该认识，Dow在1977年最早提出Ro差值法，利用Ro与埋深的线性回归关系恢复地层剥蚀量，即把不整合面之下地层的Ro回归曲线延伸至与不整合面上覆地层底界面Ro相等的深度点，则该点与不整合面的距离即为剥蚀量(Katz等,1989)。

该方法简单，易操作，应用较广泛。但前提条件是首先要排除断层、岩浆作用等对Ro突变造成的影响(王敏芳等，2006)。事实上，Dow的方法存在不合理性，制约了其应用范围。国内一些学者对Ro差值法恢复剥蚀量作了一系列改良和有意义的探讨(陈增智等，1999；胡圣标等，1999；佟彦明等，2006a,2006b)。陈增智等指出：Ro差值法主要问题在于再埋藏过程中，Ro发生“退火”、“消融”现象。Ro差值法得到的剥蚀量应为最小值，有时该方法甚至无法恢复剥蚀量。佟彦明等指出：在利用Ro法求取剥蚀量时，可直接将剥蚀面下伏地层lnRo-H(埋深)回归曲线外推至ln 0.2处而得到近似古地表的位置，古地表与不整合面间的距离即为剥蚀量。

南五凹W1井三垛组火山岩发育，井点Ro数据不适合应用该种方法计算剥蚀量。W2井和W3井虽有部分Ro数据，但在三垛组取样较少，数据有限，计算的剥蚀量结果仅作为参考。最终该法恢复的W2井(图3)和W3井剥蚀量分别为953，672 m。

图3 W2井镜质体反射率法剥蚀量恢复

泥页岩声波时差法和镜质体反射率Ro差值法计算剥蚀量都严重受限于钻井资料的情况，仅代表某一点的剥蚀量，无法宏观展示区域性剥蚀量的变化情况。从2种方法计算的井剥蚀量结果分析，W3井剥蚀量计算结果相差较大，主要是由于该井为斜井，存在超压，且戴南组—三垛组缺少足够的Ro数据控制lnRo-H(埋深)拟合回归曲线，导致2种方法对该井的适用性受限。W2井上述2种方法计算的结果差距不大，说明结果较准确，在地层趋势法恢复区域剥蚀量研究中，井点剥蚀量标定采用两者的均值。

3 地层趋势法恢复区域剥蚀量

地层趋势法可从面上直观地恢复各构造运动的地层剥蚀量(陈拥锋等，2007)。通常，地层厚度的横向展布具有一定的变化规律，根据未被剥蚀地层厚度变化趋势及沉积边界可计算剥蚀地层的厚度(徐田武等，2008)，但缺点是这种单纯根据地震剖面外推确定的剥蚀量往往小于真实剥蚀量。

使用该方法的前提是假设剥蚀前地层厚度均一或厚度变化率均匀(徐田武等，2008)。南五凹古近纪末期三垛运动造成的剥蚀范围广，剥蚀面近平原化，且在剥蚀过程中未发生强烈挤压构造变形，地层残余厚度较好地反映了古地势的相对变化情况。在用该法恢复区域剥蚀量过程中，以井点剥蚀量为依据，然后结合构造变形趋势和残余地层相对变化情况，在地震剖面上追踪出三垛组剥蚀前的顶部趋势面，从而计算出该期的剥蚀量(图4)。

图4 地层趋势法恢复剥蚀量示意图

(1) 在二维地震剖面解释的基础上，选择过井的典型测线作为剥蚀量恢复的骨干测线。

(2) 确定过井剖面三垛组顶部可识别的最外侧顶超点或削截点，定义为B2、B3；然后根据顶超点或削截点确定的反射轴识别出1条等时参照线，其与井交点定义为B1。

(3) 将单井剥蚀量标定在井柱上(C1点)。根据厚度变化率相近的前提，由公式C1B1/B1A1=C2B2/B2A2，可得出C2B2的厚度，进而可确定C2点的位置，同理可在地震剖面上标定出C3。故可根据三垛组底和参照线的形态，将C1，C2，C3连接成1条曲线，然后适当调整即可得到三垛组剥蚀趋势线。剥蚀趋势线与三垛组不整合面间的距离即为剥蚀量。

在利用地层趋势法恢复三垛组剥蚀量时，应考虑断层的影响。确定剥蚀趋势线遇到边界断层及一些同沉积断层时，需考虑断层上、下盘地层厚度的变化；一些断距较小的断层引起的地层厚度趋势变化可忽略不计。

根据地层趋势法得出南五凹剥蚀量图(图5)，结果表明：南五凹西部剥蚀量整体大于东部。最大剥蚀量为700～950 m，剥蚀量较大处位于W2井凹中隆位置及W1井区南侧。中部深洼区及东部剥蚀量一般较小，为300～500 m。

4 剥蚀量恢复的意义

南五凹在南部坳陷规模较大，面积和沉积厚度与高邮凹陷类似。高邮凹陷的油气勘探成果及南部坳陷的钻井已证明：区域内主要烃源岩段为阜二段和阜四段。南五凹构造格架简单，但样式复杂多样。区内多期规模不同的构造运动形成了多个不整合面，影响了区内油气运聚和成藏，其中三垛组构造运动及其剥蚀量对凹陷的成藏及油气运移、圈闭发育程度等有至关重要的作用。

通过三垛组剥蚀量恢复研究，结合该区地温梯度分析，南五凹阜宁组烃源岩存在2次生烃。

(1) 南五凹中部及南部陡断带阜二段和阜四段烃源岩在三垛组末期第一次进入生烃期，但由于古近纪末期三垛运动近20 Ma沉积间断造成的巨大剥蚀量，对油气成藏造成了一定的破坏作用，一方面使阜二段和阜四段烃源岩生烃强度削弱，另一方面第一次生烃期巨大的剥蚀量可能导致油气泄漏、再分配。阜宁组深湖相烃源岩主要分布于现今南五凹W2—W4井区东西两侧深洼带，这些部位三垛组剥蚀前恰好是厚度中心，由此分析该带当时已是主要生烃区。三垛组时期圈闭类型多样，储盖发育，具有成藏的先天条件。凹中隆及斜坡带一些保存较好的圈闭可成为油气富集的有利场所，值得进一步分析。

(2) 新近纪的快速沉积使南五凹中部继承性的一些洼陷及北部斜坡出现过补偿沉积，阜二段和阜四段烃源岩进入二次生烃期。由单井埋藏史分析，新近系补偿厚度越大，烃源岩的成熟度越高，二次排烃量越大。南五凹盐城组—东台组厚度均超过1 500 m，补偿厚度一般超过700 m，有利于阜二段和阜四段新近纪的二次生烃。南五凹新近系过补偿沉积后，阜二段烃源岩成熟度较高，阜四段烃源岩也基本进入低熟阶段，可生排大量烃类。三垛组剥蚀量的研究为重新认识南五凹阜宁组烃源岩的生烃潜力提供了依据，为预测该区有利勘探领域奠定了基础。

5 结 论

由于区域内井资料有限，声波时差法单井剥蚀量恢复相比镜质体反射率Ro差值法适用性更强。在井资料较多的情况下，应尽量避免选取斜井及凸起区存在多个不整合面的井进行剥蚀量恢复。

南五凹三垛组剥蚀面近于平原化，后期新近纪未发生强烈构造挤压，三垛组残余厚度较好地反映了古地势的情况，进而反映了剥蚀厚度的趋势。三垛组地层最大剥蚀量在950 m左右，凹中隆及西部斜坡区剥蚀量大于东部。新近纪以来沉积地层厚度均在1 500 m左右，明显大于剥蚀量，形成过补偿。

三垛组剥蚀前，阜二段和阜四段烃源岩已经进入生烃期，但巨大的剥蚀量导致其生烃强度减弱。凹中隆及一些保存较好的继承性圈闭是较有利的成藏部位。新近系的过补偿沉积导致阜宁组烃源岩进入二次生烃期，对油气成藏较为有利。三垛组剥蚀量的研究对重新认识南五凹阜宁组烃源岩的生烃潜力，分析该区的成藏规律和凹陷勘探价值等具有重要意义。

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On strata erosion thickness of Sanduo Formation in South V sag in South Yellow Sea Basin

XIZhu-gang,WANGPeng

(CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China)

South V sag in South Yellow Sea Basin experienced four major tectonic activities since Cretaceous, among which Sanduo tectonic activity was the most intensive one that caused a wide range of erosions. Combined with the wells information, adopting the methods of acoustic time difference and vitrinite reflectance, the authors reconstructed the erosion thickness of Sanduo Formation. Afterwards, based on 2D seismic sections, erosion thickness map was completed with the method of stratum trend analysis. The research result indicated the maximum erosion thickness in the western South V sag was around 700 to 950 m, while the erosion in the eastern area was about 300 to 500 m. As a whole, the overall erosion thickness was less than the layer compensation thickness in Neogene System. The research of the erosion thickness in Sanduo Formation played an important role in recognizing the law of hydrocarbon accumulation and distribution in South V sag.

South V Sag; Sanduo Formation; Acoustic time difference method; Stratigraphic trend method; Erosion thickness; South Yellow Sea Basin

10.3969/j.issn.1674-3636.2014.04.536

2014-04-17；

：2014-04-23；编辑：侯鹏飞

国家科技重大专项“近海富烃凹陷资源潜力再评价和新区、新领域勘探方向”(2011ZX05023001)、“近海大中型油气田形成条件与分布”(2011ZX05023006)联合资助

袭著纲(1984— )，男，工程师，硕士，主要从事油气勘探研究工作，E-mail：xizhg@cnooc.com.cn

P736.2

：A

：1674-3636(2014)04-0536-06