吴景富;杨树春;张功成;单竟男;唐晓音;梁建设
【摘 要】The deep-water area of the northern South China Sea has a significant petroleum potential. Bases on the previous study of the present-day geothermal regime and the reconstructed thermal history from forward modeling, the rift basin model was further constrained by recently obtained vitrinite reflectance and (U-Th)/He data. The results suggest that the thermal history obtained from the basin model is suitable to calculate the maturation of the source rocks and there are four hydrocarbon generation centers in the deep-water area, namely, the Baiyun sag in Pearl River Mouth Basin, Ledong sag, Lingshui Sag and Songnan sag in Qiongdongnan Basin. In the hydrocarbon generation centers, the source rocks are of over-maturation and the gas is the major hydrocarbon production. Because of the effect of the heat flow from the basin basement, the source rocks maturated rapidly from 32 Ma to 23. 3 Ma in the whole study area. The other rapid maturation processes occurred in present-day (after 2. 48 Ma) in Qiongdongnan Basin but not in Pearl
River Mouth Basin.%南海北部深水区是中国重要的油气潜力区.本文在前人对其现今地温场和正演热史研究的基础上,利用磷灰石(U-Th)/He和镜质体反射率(R.)数据对根据拉张盆地模型正演获得的热历史进行了进一步约束,并在此基础上对南海北部深水区的烃源岩热演化进行了研究.研究结果表明基于盆地构造演化模型的正演热历史可以作为烃源岩热演化计算的热史基础,而盆地内主力烃源岩热演化计算结果显示:南海北部深水区存在4个生烃中心,即珠江口盆地的白云凹陷和琼东南盆地的乐东凹陷、陵水凹陷和松南凹陷,生烃中心烃源岩有机质现今处于过成熟状态,以生气为主；受盆地基底热流显著升高的影响,32～23.3 Ma时段为南海北部深水区烃源岩快速成熟阶段,琼东南盆地烃源岩有机质现今(2.48 Ma后)还存在一期加速成熟过程,而珠江口盆地则不存在此期快速成熟过程. 【期刊名称】《地球物理学报》
【年(卷),期】2013(056)001
【总页数】葵花籽饼11页(P170-180)
【关键词】南海北部;深水区;正演热史;反演热史;烃源岩;成熟度
【作 者】吴景富;杨树春;张功成;单竟男;唐晓音;梁建设
【作者单位】中海油研究总院,北京 100027;中海油研究总院,北京 100027;中海油研究总院,北京 100027;中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029;中海油研究总院,北京 100027
【正文语种】中 文
丁香油酚【中图分类】P314;P738
1 引 言
随着世界对能源需求的增长以及陆地和浅水油气发现难度的增加，油气勘探家们的目光逐渐转向海洋的深水区，尤其是巴西Campos盆地大型油气田的发现，加速了各国对海洋深水区油气勘探力度.南海北部深水区是我国目前油气勘探重要战略选区，迄今已经发现荔湾3-1等油气田.虽然已经获得油气勘探的成功，但还有诸多问题尚需探讨，盆地的热演化及烃源岩的生烃状态就是其中之一.
盆地沉积充填物所经历的热历史对油气的生成、运移和聚集有着重要影响，因此盆地热史的研究越来越受到地质工作者，尤其是石油工作者的重视.自20世纪70年代迄今，国内外许多学者探讨过南海北部的地温场特征[1-9］，但大量的地热学方面的工作局限在大地热流测量方面，也有少数学者利用“构造-热演化”方法对深水区盆地热历史进行了研究[10-13］，但这些正演热史缺乏盆地现已获得的古温标数据的约束.
本文在现今地温场特征基础上，利用南海北部邻近深水区的钻井磷灰石（U-Th）／He、镜质体反射率（Ro）数据对南海北部深水区盆地前人正演得到的热历史进行了约束，并以南海北部深水区为主要烃源岩为研究对象，综合正、反演热史探讨了南海北部深水区烃源岩生烃状态以及热史对不同凹陷烃源岩热演化的影响.
2 地质背景与现今地温场
南海北部深水区指水深在300～3000m之间的陆缘盆地区，大地构造位置属于南海北部大陆边缘的一部分，主体处于陆坡区，地壳以洋-陆过渡壳为主.南海北部深水区包括琼东南盆地和珠江口盆地珠二坳陷，发育有白云凹陷、乐东—陵水、松南—宝岛凹陷等8个凹陷（图1）.
图1 南海北部构造单元图Fig.1 Tectonic regionalization of the northern South China Sea
南海北部深水区是经历了多幕裂谷期、区域热沉降期和新构造活动期3个演化阶段而形成的盆地[14-16］.在盆地新生代以来演化过程中，南海北部发生过三次区域性的构造运动[15］，即神狐运动、南海运动、东沙运动（表1）.这三次构造运动在南海北部造成了沉积充填的差异：神狐运动至南海运动期间地层组成，即珠江口盆地的神狐组、文昌组、恩平组和珠海组或琼东南盆地的古新统—始新统、崖城组和陵水组，相当于裂谷阶段的沉积地层，沉积环境以陆相为主；南海运动至东沙运动期间的地层组成，即珠江口盆地的珠江组和韩江组或琼东南盆地的三亚组和梅山组，相当于裂谷后（拗陷阶段）的沉积地层，沉积环境以海相为主；东沙运动后地层组成，即珠江口盆地的粤海组、万山组和第四系或琼东南盆地的黄流组、莺歌海组和乐东组，主要为滨、浅海相沉积环境.
泰妙菌素表1 南海北部深水区地层与盆地演化对比表（据张功成等（2007）[16］）Table 1 The comparison table of stratigraphy and evolution in the deep water area，the northern South China Sea（modified after Zhang G C（2007）[16］）系 统珠江口盆地 琼东南盆地组 地层代码 油气单元 组 地层代码 油气单元构造演化阶段 绝对年龄（Ma） 构造运动Q
福建省卫生厅
Q 乐东组 QL N N2 万山组 N2w 莺歌海组 N2y N1粤海组 N1y 黄流组 N1h韩江组 N1h 梅山组 N1m珠江组 N1zj 三亚组 N1s E E3珠海组 E3zh 烃源岩 陵水组 E3l 烃源岩思平组 E3e 烃源岩 崖城组 E3y 烃源岩E2 文昌组 E2w 烃源岩 （未命名） 烃源岩E1 神狐组 E1s Ar新构造期热沉降期晚裂谷期主裂谷期初始裂谷期前裂谷期2.6 5.3 10.5 16.0 23.3 28.0 32 56.5 65东沙运动南海运动神狐运动
在南海构造演化过程中，南海北部深水区盆地发育了多套烃源岩.琼东南盆地目前钻井揭示了下渐新统崖城组和上渐新统陵水组烃源岩[17-18］，崖城组和陵水组烃源岩有机质丰度较高，以Ⅲ型干酪根为主，未钻遇的始新统地层认为是湖相烃源岩[19］.珠江口盆地发育始新统文昌组、下渐新统恩平组和上渐新统珠海组烃源岩，文昌组烃源岩有机碳含量为0.5%～4.88%，平均1.22%，以Ⅱ1型干酪根为主.恩平组烃源岩有机碳含量也达1.0%～1.5%，以Ⅱ2为主[20-21］.
盆地现今地温场是盆地构造演化的最后一期，也是唯一能够直接测量的一期.因此盆地现今地温场特征是盆地构造热演化研究的重要环节，也是必要的约束条件之一.
南海北部现今地温场分析结果表明[5］：南海北部地区现今地温场具“热盆”属性，且深水区
比浅水区更“热”，地温梯度为29.4～52.2℃／km，平均地温梯度为39.1℃／km.深水区地温梯度与华北（33～35℃／km）和松辽（38℃／km）等“热盆”的地温梯度相当[22］，与中国近海其它盆地相比，深水区地温梯度比中国东海（32.7℃／km）[23］和南黄海南部（28.6℃／km）[24］都高.南海北部陆缘浅水区大地热流比中国大陆地区大地热流平均值（平均63mW／m2）[25］稍高，与中国近海其它盆地相比，南海北部陆缘深水区大地热流比东海和南黄海都高，东海盆地台北坳陷的热流值59.5～81.3mW／m2，平均为70.4mW／m2，西湖坳陷的热流介于55.3～84.3mW／m2，平均值为71.7mW／m2[23］；南黄海盆地南部地区热流值介于60.1～76.8mW／m2之间，平均值为67.7mW／m2[24］.可见，南海北部陆缘珠江口盆地和琼东南盆地不仅具“热盆”特征，而且深水区比浅水区更“热”，深水区比东海、南黄海等边缘海盆地也更“热”.
3 热史恢复
目前国内外应用于盆地热史的研究方法主要有两种[26］：一是在岩石圈尺度上的 “构造-热演化法”，即“热史正演”，该方法基于盆地的构造演化模型，能得到盆地演化整个地质历史时期的热流变化，但缺乏有效的温标数据约束；二是在盆地尺度上“古温标法”，即“热史
反演”，该方法基于盆地演化形成的热产物，热史能与现今温标数据最大程度拟合.但因为古温标记录的是地层受热最高程度，所以反演只能得到特定地质时刻的热状态.两种方法各有自身的优势和限制，目前热史恢复技术正逐步向二者结合的方向发展，从而使热史恢复技术更加系统、科学.
3.1 热史反演
干栏式建筑盆地尺度上的盆地热史可以通过各种古温标数据（如镜质反射率、磷灰石（U-Th）／He、包裹体测温等）来恢复，盆地热史恢复的方法很多[27］.根据南海深水区盆地古温标状况和实际的地质条件，选用古地温梯度法进行热史恢复.对于每一个样品来说，其温标值都代表了一个它所经历的最高古地温，对于某一连续沉积的地层，即一个构造层来讲，一组样品达到最高古地温的时间是统一的.因此，根据不同深度上样品最高古地温即可得出该构造层达到最高古地温时的古地温梯度.如果各个构造层达到最高古地温的时间不一致，则可得出各相应时间范围内的古地温梯度或古地温梯度史和与之对应的地层受热史，这就是古地温梯度法[27］.本次主要根据深水区北部凸起区钻井镜质体反射率数据，利用古地温梯度法，结合（U-Th）／He技术恢复南海北部陆缘热史.
3.1.1 珠江口盆地热史反演
本次选取了珠江口盆地三口拥有较系统古温标数据（Ro）的钻井（见图1），即 PY33-1-1、PY28-2-1和HZ23-2-1进行热史恢复.从三口钻井的成熟度标志数据Ro状况来看：Ro数据分布在0.3%～1.6%间，与深度的相关性较强，整体上具有很好的分段性，以珠江组和珠海组间的不整合面为界，深部Ro随深度变化的梯度大于浅部，如PY33-1-1井（图2）.这种Ro随深度的变化规律存在明显差异的特征，记录了盆地不整合面形成前后地层所经历的不同热状态.
正是Ro数据随深度分布的这一特征，使古地温状态得以重建.利用古地温梯度法本文重建了三口钻井的古地温剖面.重建的PY33-1-1井古地温剖面（图3）显示：在珠海组及以前地层沉积时具有较高地温梯度，其相对应的古地温梯度为39.4℃／km，与现今地温梯度（35.6℃／km）相比表现为一个下降过程，其它两口钻井也具有相同的特征.
芬尼根的守灵夜
三口钻井的热史恢复结果表明：南海北部珠江口盆地目前所能恢复的最高古地温梯度出现在古近纪末，位于不同构造单元的三口钻井当时古地温梯度分别是：39.4 ℃／km（PY33-1-1）、35.8 ℃／km（PY28-2-1）和33℃／km（HZ23-2-1），与现今地温梯度
（35.6℃／km、33.0℃／km、30.0℃／km）相比表现为一个下降过程，表明自渐新世末（23.3Ma）以来所经历的是一个持续的冷却过程（图4），反演热史反应南海北部在渐新世及以前经历拉张过程、其后经历热沉降的构造演化特征.
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