珠江口盆地始新世-渐新世古环境演化及对冰期事件的响应

Eocene–Oligocene paleoenvironmental evolution and response to glacial events in the Pearl River Mouth Basin

摘要

始新世-渐新世气候演化经历了全球性的气温骤降事件（EOGM），并伴随着各类显著的环境变化。烃源岩的形成往往受到古气候条件的限制，探明盆地烃源岩形成与 EOGM 事件的相互关系对于油气勘探工作十分重要。本文以珠江口盆地始新世-渐新世总有机碳（TOC）数据及孢粉、藻类变化为研究内容，恢复珠江口盆地始新世-渐新世古气候变化，探究 EOGM 与盆地气候的耦合关系，为盆地油气勘探提供古气候方面的证据支撑。研究发现番禺低隆起 PY28-X1 井、阳江凹陷 EP21-X2 井、惠州凹陷 HZ20-X3 井、开平凹陷 KP10-X4 井、KP11-X5 井 TOC 数据在始新世-渐新世界线附近有明显下降趋势。孢粉研究表明，白云凹陷 BY7-X6 井、BY13-X7 井和 LH29-X8 井的喜热孢粉即小栎粉含量在始新世-渐新世界线附近有明显下降趋势，渐新世珠海组出现的孢粉组合以温带乔木树种为主，如桤木粉（Alnipollenites）、拟榛粉（Momipites）和松粉（Pinuspollenites），说明渐新世气温明显下降。最终恢复了珠江口盆地始新世到渐新世古气候变化及古环境演化，与中国近海主要生油气盆地古气候及全球气候变化进行对比分析，表明珠江口盆地及其他中国近海主要盆地，在始新世到渐新世界线附近存在气温骤降，是对 EOGM 冰期事件的响应。珠江口盆地气温骤降对应了 TOC 的下降，指示了 EOGM 事件不利于烃源岩的生成。

Abstract

The Eocene–Oligocene climate experienced a temperature plunge event, which was global and accompanied by various significant environmental changes. As the formation of source rocks is often restricted by paleoclimate conditions, it is important for oil and gas exploration to ascertain the relationship between source rock formation and EOGM-type events. This research takes Eocene–Oligocene TOC data and changes of pollen and algae as the research content, to recover the Eocene–Oligocene paleoclimate changes in the Pearl River Mouth Basin. To this aim, we explore the coupling relationship between Eocene–Oligocene ice age events and basin climate, providing paleoclimatic evidence that supports oil and gas exploration in the basin. It was found that TOC data of the PY28-X1, EP21-X2, HZ20-X3, KP10-X4, and KP11-X5 wells have an obvious downward tendency near the Eocene–Oligocene boundary. A pollen study shows that the content of thermophilic pollen; i.e., Quercoidites minutus, in the BY7-X6, BY13-X7, and LH29-X8 wells had an obvious downward tendency near the Eocene–Oligocene boundary. The pollen assemblages in the Oligocene Zhuhai Formation are dominated by temperate tree species, such asAlnipollenites, Momipites, and Pinuspollenites, which indicate that the climate of the Oligocene was cold. Finally, the paleoclimate and paleoenvironmental evolution from the Eocene to Oligocene in the Pearl River Mouth Basin are recovered, which allowed us to conduct a comparative analysis of the paleoclimate of major oil-gas-producing basins in offshore China in relation to global climate changes. The results show that there was an abrupt temperature decline in the Pearl River Mouth Basin and other major basins near the Eocene–Oligocene boundary, likely due as a response to the EOGM event. This abrupt drop corresponds to a decrease in TOC, indicating that EOGM-type events are not conducive to the formation of source rocks.

关键词

始新世-渐新世 / 古气候 / EOGM / 珠江口盆地 / 烃源岩

Key words

Eocene–Oligocene / paleoclimate / EOGM / Pearl River Mouth Basin / source rocks

参考文献

[1] 常吟善， 赵洪， 覃军， 等， 2019. 古近纪气候变化在东海盆地内的化石记录[J]. 沉积学报， 37（2）： 320-329.

[2] Chang Y S， Zhao H， Qin J， et al.， 2019. Sedimentary response to paleoclimate change in the East China Sea Shelf Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica， 37（2）： 320-329. （in Chinese）

[3] 陈长民， 施和生， 许仕策， 等, 2003. 珠江口盆地（东部）第三系油气藏形成条件[M]. 北京： 科学出版社.

[4] 甘军， 张迎朝， 梁刚， 等， 2019. 琼东南盆地深水区烃源岩沉积模式及差异热演化[J]. 地球科学， 44（8）： 2627-2635.

[5] Gan J， Zhang Y Z， Liang G， et al.， 2019. Deposition pattern and differential thermal evolution of source rocks， deep water area of Qiongdongnan Basin[J]. Earth Science， 44（8）： 2627-2635. （in Chinese）

[6] 高阳东， 林鹤鸣， 汪旭东， 等， 2022. 珠江口盆地陆丰凹陷文昌组沉积地球化学特征及古环境意义[J]. 现代地质， 36（1）： 118-129.

[7] Gao Y D， Lin H M， Wang X D， et al.， 2022. Geochemical constraints on the sedimentary environment of Wenchang Formation in Pearl River Mouth Basin and its paleoenvironmental implications[J]. Geoscience， 36（1）： 118-129. （in Chinese）

[8] 高阳东， 张向涛， 彭光荣， 等， 2021. 珠江口盆地成盆−成烃−成藏：代序[J]. 大地构造与成矿学， 45（ 1）： 1-5.

[9] Gao Y D， Zhang X T， Peng G R， et al.， 2021. Basin formation， hydrocarbon maturation and oil accumulation of the Pearl River Mouth Basin：preface[J]. Geotectonica et Metallogenia， 45（ 1）： 1-5. （in Chinese）

[10] 国家市场监督管理总局， 国家标准化管理委员会， 2022. 沉积岩中总有机碳测定：GB/T 19145-2022[S]. 北京： 中国标准出版社.

[11] 郝诒纯， 茅绍智， 1989. 微体古生物学教程[M]. 武汉： 中国地质大学出版社.

[12] 何家雄， 陈胜红， 马文宏， 等， 2012. 南海东北部珠江口盆地成生演化与油气运聚成藏规律[J]. 中国地质， 39（1）： 106-118.

[13] He J X， Chen S H， Ma W H， et al.， 2012. The evolution，migration and accumulation regularity of oil and gas in Zhujiangkou Basin，northeastern South China Sea[J]. Geology in China， 39（1）： 106-118. （in Chinese）

[14] 黄侠超， 钟瀚霆， 曹海洋， 等， 2024. 北部湾盆地始新世古环境演化及沉积学意义[J]. 成都理工大学学报（自然科学版）， 51（2）： 193-209.

[15] Huang X C， Zhong H T， Cao H Y， et al.， 2024. Paleoenvironmental evolution and sedimentological significance of the Beibuwan Basin in the Eocene[J]. Journal of Chengdu University of Technology （Science & Technology Edition）， 51（2）： 193-209. （in Chinese）

[16] 靳华龙， 万世明， 2019. 新生代气候变冷机制研究进展[J]. 海洋地质与第四纪地质， 39（5）： 71-86.

[17] Jin H L， Wan S M, 2019. The mechanism of Cenozoic cooling：a review of research progress[J]. Marine Geology & Quaternary Geology， 39（5）： 71-86. （in Chinese）

[18] 雷作淇， 1985. 珠江口盆地第三纪孢粉组合及其意义[J]. 植物学报， 27（1）： 94-105.

[19] Lei Z Q, 1985. Tertiary sporopollen assemblage of Zhujiangkou （Pearl River North） Basin and its stratigraphical significance[J]. Acta Botanica Sinica， 27（1）： 94-105. （in Chinese）

[20] 雷作淇， 方青， 1990. 珠江口盆地上、下第三系划分[J]. 中国海上油气（地质）， 4（4）： 5-11.

[21] Lei Z Q， Fang Q, 1990. Pick-up of boundary between Paleogene & Neogene in Pearl River Mouth Basin[J]. China Offshore Oil and Gas （Geology）， 4（4）： 5-11. （in Chinese）

[22] 李君， 王任， 覃军干， 等， 2020. 北部湾盆地涠西南凹陷古、新近系古生物记录及古环境意义[J]. 海洋地质与第四纪地质， 40（2）： 29-36.

[23] Li J， Wang R， Qin J G， et al.， 2020. Paleogene-Neogene micropaleontological records of the Weixinan Depression，Beibuwan Basin and their paleoenvironmental significance[J]. Marine Geology & Quaternary Geology， 40（2）： 29-36. （in Chinese）

[24] 李燕， 邓运华， 李友川， 等， 2016. 珠江口盆地河流−三角洲体系煤系烃源岩发育特征及有利相带[J]. 东北石油大学学报， 40（1）： 62-71.

[25] Li Y， Deng Y H， Li Y C， et al.， 2016. Characteristics and favorable facies of coal-measure source rocks in river-delta system of Pearl River Mouth Basin[J]. Journal of Northeast Petroleum University， 40（1）： 62-71. （in Chinese）

[26] 李振雄， 马俊荣， 1992. 珠江口盆地恩平组孢粉组合及其地质时代[J]. 石油学报， 13（2）： 258-267.

[27] Li Z X， Ma J R, 1992. Polynological assemblages of Enping Formation in the Pearl River Mouth[J]. Acta Petrolei Sinica， 13（2）： 258-267. （in Chinese）

[28] 刘志峰， 刘志鹏， 肖伶俐， 等， 2013. 珠三坳陷北部珠海组−韩江组沉积演化及储盖组合[J]. 海洋地质前沿， 29（9）： 25-31.

[29] Liu Z F， Liu Z P， Xiao L L， et al.， 2013. Facies evolution and reservoir-seal assemblages in the Zhuhai and Hanjiang Formations，north of Zhu Ⅲ Depression，Pearl River Mouth Basin[J]. Marine Geology Frontiers， 29（9）： 25-31. （in Chinese）

[30] 陆蕾蕾， 姜素华， 索艳慧， 等， 2021. 南海珠江口盆地走滑构造与油气成藏机制[J]. 大地构造与成矿学， 45（1）： 108-122.

[31] Lu L L， Jiang S H， Suo Y H， et al.， 2021. Relationship between strike-slip structure and hydrocarbon accumulation in the Pearl River Mouth Basin in the northern South China Sea[J]. Geotectonica et Metallogenia， 45（1）： 108-122. （in Chinese）

[32] 庞凌云， 2012. 南海北部边缘盆地古近系沉积体系特征、展布及油气分布关系[D]. 北京： 中国地质大学（北京）.

[33] Pang L Y, 2012. The characteristics and extension of depositional system and their relationship with hydrocarbon distribution in Paleogene in north margin basins，South China Sea[D]. Beijing： China University of Geosciences （Beijing）. （in Chinese）

[34] 庞雄， 郑金云， 梅廉夫， 等， 2021. 先存俯冲陆缘背景下南海北部陆缘断陷特征及成因[J]. 石油勘探与开发， 48（5）： 1069-1080.

[35] Pang X， Zheng J Y， Mei L F， et al.， 2021. Characteristics and origin of continental marginal fault depressions under the background of preexisting subduction continental margin， northern South China Sea，China[J]. Petroleum Exploration and Development， 48（5）： 1069-1080. （in Chinese）

[36] 施和生， 秦成岗， 张忠涛， 等， 2009. 珠江口盆地白云凹陷北坡-番禺低隆起油气复合输导体系探讨[J]. 中国海上油气， 21（6）： 361-366.

[37] Shi H S， Qin C G， Zhang Z T， et al.， 2009. A discussion on the complex hydrocarbon transport system in the north slope of Baiyun sag-Panyu low uplift，Pearl River Mouth Basin[J]. China Offshore Oil and Gas， 21（6）： 361-366. （in Chinese）

[38] 唐松， 邵磊， 吴国瑄， 等, 2009. 南海北部 ODP 1148 站沉积物特征及其来源[J]. 海洋地质动态， 25（ 7）： 7-13.

[39] 拓守廷， 刘志飞， 2003. 始新世-渐新世界线的全球气候事件：从“温室”到“冰室”[J]. 地球科学进展， 18（5）： 691-696.

[40] Tuo S T， Liu Z F, 2003. Global climate event at the Eocene-Oligocene transition：from greenhouse to icehouse[J]. Advances in Earth Science， 18（5）： 691-696. （in Chinese）

[41] 拓守廷， 刘志飞， 赵泉鸿， 等， 2006. 渐新世初大冰期事件：南大西洋 ODP1265 站的记录[J]. 地球科学——中国地质大学学报， 31（2）： 151-158.

[42] Tuo S T， Liu Z F， Zhao Q H， et al.， 2006. The earliest Oligocene glacial maxmum： records from ODP Site 1265， South Atlantic[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences， 31（2）： 151-158. （in Chinese）

[43] 王福国， 梅廉夫， 施和生， 等， 2008. 珠江口盆地珠一坳陷古近系构造样式分析[J]. 大地构造与成矿学， 32（4）： 448-454.

[44] Wang F G， Mei L F， Shi H S， et al.， 2008. Structural styles of Paleogene in Zhu 1 Depression of Pearl River Mouth Basin[J]. Geotectonica et Metallogenia， 32（4）： 448-454. （in Chinese）

[45] 王伟铭， 2009. 中国孢粉学的研究进展与展望[J]. 古生物学报， 48（3）： 338-346.

[46] Wang W M, 2009. Progress and prospect of studies on palynology in China[J]. Acta Palaeontologica Sinica， 48（3）： 338-346. （in Chinese）

[47] 吴国瑄， 覃军干， 茅绍智， 2003. 南海深海相渐新统孢粉记录[J]. 科学通报， 48（17）： 1868-1871.

[48] 肖国桥， 张仲石， 姚政权， 2012. 始新世-渐新世气候转变研究进展[J]. 地质论评， 58（1）： 91-105.

[49] Xiao G Q， Zhang Z S， Yao Z Q, 2012. The Eocene-Oligocene climate transition：review of recent progress[J]. Geological Review， 58（1）： 91-105. （in Chinese）

[50] 徐长贵， 赖维成， 张新涛， 等， 2023. 中国海油油气勘探新进展与未来勘探思考[J]. 中国海上油气， 35（2）： 1-12.

[51] Xu C G， Lai W C， Zhang X T， et al.， 2023. New progress and future exploration thinking of CNOOC oil and gas exploration[J]. China Offshore Oil and Gas， 35（2）： 1-12. （in Chinese）

[52] 于兴河， 李胜利， 乔亚蓉， 等， 2016. 南海北部新生代海陆变迁与不同盆地的沉积充填响应[J]. 古地理学报， 18（3）： 349-366.

[53] Yu X H， Li S L， Qiao Y R， et al.， 2016. The Cenozoic changes of seas and lands and sedimentary filling responses of different basins in northern South China Sea[J]. Journal of Palaeogeography， 18（3）： 349-366. （in Chinese）

[54] 张功成， 谢晓军， 王万银， 等， 2013. 中国南海含油气盆地构造类型及勘探潜力[J]. 石油学报， 34（4）： 611-627.

[55] Zhang G C， Xie X J， Wang W Y， et al.， 2013. Tectonic types of petroliferous basins and its exploration potential in the South China Sea[J]. Acta Petrolei Sinica， 34（4）： 611-627. （in Chinese）

[56] 张丽丽， 舒梁锋， 冯轩， 等， 2020. 再论珠江口盆地恩平组时代归属[J]. 中国海上油气， 32（5）： 9-18.

[57] Zhang L L， Shu L F， Feng X， et al.， 2020. Further discussion on the age assignment of Enping Formation in the Pearl River Mouth Basin[J]. China Offshore Oil and Gas， 32（5）： 9-18. （in Chinese）

[58] 张丽丽， 舒誉， 蔡国富， 等， 2019. 珠江口盆地东部始新世-渐新世沉积环境演变及对烃源条件的影响[J]. 石油学报， 40（增刊 1）： 153-165.

[59] Zhang L L， Shu Y， Cai G F， et al.， 2019. Eocene-Oligocene sedimentary environment evolution and its impact on hydrocarbon source conditions in eastern Pearl River Mouth Basin[J]. Acta Petrolei Sinica， 40（S1）： 153-165. （in Chinese）

[60] 张一勇， 1995. 中国早第三纪孢粉植物群纲要[J]. 古生物学报， 34（2）： 212-227.

[61] Zhang Y Y, 1995. Outline of Palaeogene palynofloras of China[J]. Acta Palaeontologica Sinica， 34（2）： 212-227. （in Chinese）

[62] 赵鹏肖， 2020. 珠江口盆地 HD1 井孢粉相及其沉积环境的研究[J]. 西部探矿工程， 32（4）： 45-48.

[63] Berger W H, 1973. Deep-sea carbonates：evidence for a coccolith lysocline[J]. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts， 20（10）： 917-921.

[64] Erez J， Luz B, 1983. Experimental paleotemperature equation for planktonic foraminifera[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 47（6）： 1025-1031.

[65] Francis J E， Ashworth A， Cantrill D J， et al., 2007. 100 million years of Antarctic climate evolution： evidence from fossil plants[R]. Washington：National Academies Press： 19-28.

[66] Han S B， Du X， He Y F， et al., 2024. Sedimentary paleoenvironment and organic matter enrichment characteristics of lacustrine Shahezi shale in Songliao Basin： insights from the continental scientific drilling[J]. ACS Omega， 9（19）： 21097-21115.

[67] Janis C M, 1993. Tertiary mammal evolution in the context of changing climates，vegetation，and tectonic events[J]. Annual Review of Ecology， Evolution， and Systematics， 24： 467-500.

[68] Meng J， McKenna M C, 1998. Faunal turnovers of Palaeogene mammals from the Mongolian Plateau[J]. Nature， 394（6691）： 364-367.

[69] Miller K G， Wright J D， Fairbanks R G, 1991. Unlocking the Ice House： Oligocene-Miocene oxygen isotopes， eustasy， and margin erosion[J]. Journal of Geophysical Research， 96（B4）： 6829-6848.

[70] Pagani M， Huber M， Liu Z H， et al., 2011. The role of carbon dioxide during the onset of Antarctic glaciation[J]. Science， 334： 1261-1264.

[71] Pagani M， Zachos J C， Freeman K H， et al., 2005. Marked decline in atmospheric carbon dioxide concentrations during the Peleogene[J]. Science， 309： 600-603.

[72] Peterson L C， Backman J, 1990. Late Cenozoic carbonate accumulation and the history of the carbonate compensation depth in the western Equatorial Indian Ocean[J]. Proceedings of the Ocean Drilling Program，Scientific Results， 115： 467-507.

[73] Shackleton N J， Kennett J P, 1975. Paleotemperature history of the Cenozoic and the initiation of Antarctic glaciation：oxygen and carbon isotope analyses in DSDP sites 277， 279 and 281[J]. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project， 29： 743-755.

[74] Stehli F G, Webb S D, 1985. The great American biotic interchange[M]. New York：Plenum Press.

[75] Sun J M， Ni X J， Bi S D， et al., 2014. Synchronous turnover of flora，fauna and climate at the Eocene-Oligocene Boundary in Asia[J]. Scientific Reports， 4（1）： 7463.

[76] Vonhof H B， Smit J， Brinkhuis H， et al., 2000. Global cooling accelerated by early late Eocene impacts?[J]. Geology， 28（8）： 687-690.

[77] Zachos J， Pagani M， Sloan L， et al., 2001. Trends，rhythms，and aberrations in global climate 65 Ma to present[J]. Science， 292（5517）： 686-693.

[78] Zachos J C， Quinn T M， Salamy K A, 1996. High-resolution （10 4 years） deep-sea foraminiferal stable isotope records of the Eocene-Oligocene climate transition[J]. Paleoceanography， 11（3）： 251-266.

基金资助

中海石油有限公司科研项目(YXKY-ZX012021)

国家自然科学基金面上项目(42272023)