珠江口盆地新近系層序發(fā)育影響因素分析

李向陽 張昌民 張尚鋒 施和生杜家元 朱 銳 羅 明

（1.長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023；2.河南省核工業(yè)地質(zhì)局，河南 信陽464000；3.中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣州510240）

珠江口盆地屬于南海北部中新生代被動大陸邊緣裂陷盆地。盆地由北部斷階帶、北部拗陷帶、中央隆起帶、南部拗陷帶和南部隆起帶組成［1，2］（圖1）。盆地形成于中始新世，經(jīng)歷了晚白堊世至早漸新世的裂陷階段、晚漸新世至中中新世的拗陷階段和晚中新世至今的斷塊活動階段。新近紀(jì)地層主要發(fā)育在拗陷階段，伴隨著盆地不斷沉降和海平面的上升，岸線向北遷移，形成以三角洲相沉積為主的三角洲－濱岸沉積體系。在早中新世末期，東沙隆起區(qū)逐步被淹沒，形成自北向南抬高的碳酸鹽臺地，發(fā)育生物礁。拗陷后期，持續(xù)海侵，發(fā)育淺海－三角洲相，形成了厚度近1km的韓江組沉積。在晚中新世以后，沉積粵海組和萬山組。后期由于東沙運(yùn)動的影響，在東沙隆起上這2套地層遭受剝蝕。

圖1 珠江口盆地區(qū)域構(gòu)造單元劃分Fig.1 Division of the regional structural elements of the Pearl River Mouth basin

關(guān)于該區(qū)的地層層序劃分，前人已做了大量工作［3－7］。在此基礎(chǔ)上，筆者在新近系的地層（23.8～5.5Ma B.P.）中共識別出15個層序界面、14個三級層序、2個二級層序（圖2），通過全區(qū)對比追蹤建立了珠江口盆地新近系三級層序格架。本文利用此層序格架，詳細(xì)地討論了構(gòu)造運(yùn)動、海平面變化以及沉積物供給對層序發(fā)育的影響，進(jìn)而分析各層序特點(diǎn)和演化規(guī)律，為精細(xì)的儲層對比奠定基礎(chǔ)。

1 構(gòu)造運(yùn)動對層序發(fā)育的影響

構(gòu)造運(yùn)動是影響沉積古地形的首要因素。伴隨著階段性的構(gòu)造運(yùn)動的發(fā)生，陸架坡折的位置、陸坡坡度、陸架寬度、盆地內(nèi)的地形、沉降速率、相對海平面以及沉積物供給均發(fā)生一定的變化［8］，從而控制了層序地層的充填樣式。在珠江口盆地新近紀(jì)時期，先后受南海運(yùn)動和東沙運(yùn)動影響，發(fā)生了3次大規(guī)模的構(gòu)造隆升（圖3），對該時期的沉積充填產(chǎn)生了極大的影響。

珠江口盆地在23.8Ma B.P.時，因南海運(yùn)動的影響發(fā)生了一次大的構(gòu)造隆升。南海ODP1148站資料顯示，23.9Ma B.P.時沉積物發(fā)生改變，出現(xiàn)地層缺失以及滑塌層［9，10］，說明南海經(jīng)歷了一次大的構(gòu)造運(yùn)動，這次構(gòu)造運(yùn)動與地震反射界面T60相對應(yīng)。在地震剖面上，惠州凹陷、番禺低隆起、白云凹陷的北部以及南部隆起上T60界面可見明顯的因構(gòu)造隆升所導(dǎo)致的不整合反射特征。此次構(gòu)造運(yùn)動使全區(qū)大部分地區(qū)露出地表，沉積岸線到達(dá)白云凹陷的南部，僅在白云凹陷的南部區(qū)域形成三角洲和濱淺海的沉積。正是由于23.8Ma B.P.時期的構(gòu)造運(yùn)動，造成了陸架坡折帶由白云凹陷南側(cè)遷移至白云凹陷北側(cè)，使南海北部地區(qū)在全球總體海退的大背景下發(fā)生相反的海侵作用［9］。持續(xù)的海侵和構(gòu)造運(yùn)動對古地貌的改造控制了珠江口盆地新近紀(jì)時期層序發(fā)育的格局。

圖2 珠江口盆地新近系層序劃分Fig.2 Classification of Neogene sequences in the Pearl River Mouth basin

中新世末（10.5Ma B.P.），盆地進(jìn)入東沙運(yùn)動期，斷塊活動使盆地的東部地區(qū)抬升，地震剖面顯示東沙隆起和陸豐凹陷遭受剝蝕。白云凹陷北坡的陸架進(jìn)一步變陡，在白云凹陷的西北部形成一系列大面積的滑塌沉積，且伴隨小規(guī)模的水道切割。而在白云凹陷的東北部，滑塌體發(fā)育范圍向北擴(kuò)張，表明陸架坡折帶略向北移，陸坡范圍擴(kuò)大。構(gòu)造抬升還引起相對海平面急劇下降，沉積物向盆地內(nèi)推進(jìn)，在陸架坡折上形成下切谷，在陸坡上則受重力流的作用形成大規(guī)模的海底峽谷，在低位期發(fā)育斜坡扇、盆底扇等一系列具有深水沉積特征的沉積體。10.5Ma B.P.以后形成的3個三級層序的高位三角洲前積體向北移動至番禺低隆起中部地區(qū)，表明后期構(gòu)造抬升作用減弱后導(dǎo)致后期快速的海侵，使沉積岸線進(jìn)一步遠(yuǎn)離陸架邊緣。10.5Ma B.P.以后發(fā)育的三級層序內(nèi)部不發(fā)育低位體系域。

圖3 珠江口盆地三大構(gòu)造對新近系層序的影響Fig.3 Influence of the three tectonic movements on the Neocene sequences

5.5 Ma B.P.時，東沙運(yùn)動期內(nèi)再一次構(gòu)造隆升，構(gòu)造運(yùn)動使盆地東部抬升，造成盆地東北部大部分地區(qū)遭到剝蝕。地震剖面上表現(xiàn)為：番禺低隆起區(qū)的南部、東沙隆起區(qū)，SB5.5上可見明顯的削截現(xiàn)象，在惠州凹陷和番禺低隆起北部局部地區(qū)能見到層序界面下低角度的削截。構(gòu)造運(yùn)動基本導(dǎo)致整個陸架區(qū)東部形成剝蝕區(qū)，沉積岸線退到白云凹陷的北部，受剝蝕區(qū)物源性質(zhì)的影響，白云凹陷內(nèi)主要接受含泥質(zhì)成分較高的濁積體和滑塌沉積。

新近紀(jì)3次大的構(gòu)造隆升作用導(dǎo)致盆地的整體抬升或局部抬升，不僅造成層序的剝蝕形成區(qū)域上的不整合，而且對相對海平面變化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在盆地持續(xù)拗陷的大背景下，每一次構(gòu)造運(yùn)動的隆升之后緊隨一次快速海侵，然后進(jìn)入相對緩慢的海侵，使研究區(qū)的相對海平面呈現(xiàn)階段性變化。

2 海平面升降對層序的影響

前人研究表明海平面變化是影響層序發(fā)育過程的主要因素之一［11］。本文利用沉積相序的變化識別出地層疊加樣式和定性的單井海平面升降曲線，并通過古生物資料、測井資料以及巖性資料的綜合校正，繪制出海平面升降曲線（圖4－A）。從海平面升降曲線可以看出，珠江口盆地32～5.5Ma B.P.時期，海平面總體呈上升趨勢，期間伴隨著次一級的海平面下降。從32Ma B.P.南海運(yùn)動開始，珠江口盆地開始由陸相沉積向海相沉積轉(zhuǎn)化，在珠海組發(fā)育時期（32～23.8Ma B.P.），相對海平面上升幅度不大。在新近紀(jì)（23.8～10.5Ma B.P.）海平面急劇上升，僅在局部時段出現(xiàn)略微的下降。而后，珠江口盆地的海平面又進(jìn)入了緩慢上升的階段。

對于珠江口盆地新近系而言，海平面升降過程控制了三級層序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成低位、海侵以及高位體系域。海平面變化可以用海平面升降速度與升降幅度來表征。低位期海平面快速下降可以使古珠江三角洲向盆地內(nèi)快速推進(jìn)，沉積中心由北部陸架區(qū)轉(zhuǎn)移到深水區(qū)。對于珠江口盆地的寬緩陸架，即使沒有充分的物源供給也可以使沉積物到達(dá)陸架邊緣，受重力作用形成低位域的濁流沉積［12］。如果海平面大幅度地下降至陸架坡折以下，將使北部陸架區(qū)暴露遭受剝蝕，發(fā)生河流回春，在陸架邊緣形成下切谷。下切谷與陸坡區(qū)的海底峽谷貫通成為向深水輸沙的通道，在陸坡區(qū)形成盆底扇和斜坡扇（圖4－B）。在盆地內(nèi)NSQ2、NSQ8、NSQ12等層序中可見明顯的下切谷和盆底扇。相反，海平面小幅度地下降至陸架坡折附近或短暫下降到坡折以下，則陸架邊緣的河流作用減弱，進(jìn)入深水區(qū)的低位期沉積物則以泥質(zhì)濁流沉積和滑塌體為主，斜坡扇和盆底扇不發(fā)育。同時，小幅度的海平面下降導(dǎo)致陸架內(nèi)進(jìn)積型沉積坡折附近形成富砂的局部地理低位體系域，可以形成良好的儲集層，如惠州凹陷內(nèi)NSQ3、NSQ4兩個層序低位域?qū)?yīng)的K08和K22砂體。晚期低位時，前期大幅度下降的海平面緩慢回到陸架邊緣，呈現(xiàn)加積作用，開始充填下切谷并形成向陸架坡折上超的低位楔。在10.5 Ma B.P.以后沉積岸線遠(yuǎn)離陸架坡折，海平面小幅度變化，三級層序則缺少低位域沉積。

圖4 海平面升降曲線及控制的層序發(fā)育模式圖Fig.4 Sea level curve and the model map of the controlled sequences

海平面快速上升在盆地內(nèi)形成海侵體系域（圖4－C），它表現(xiàn)為在陸架上沉積岸線快速后退，陸架內(nèi)的河流泛濫，沉積相帶向陸遷移，受盆地北部寬緩陸架的影響，海平面快速上升導(dǎo)致可容納空間大幅度增加，沉積物向盆地內(nèi)供應(yīng)急驟減少，因而海侵體系域較薄，且經(jīng)后期成巖壓實(shí)作用后而難以在地震剖面上識別這種退積結(jié)構(gòu)，在單井上顯示為退積準(zhǔn)層序組。

高位體系域則發(fā)生在海侵期之后海平面開始緩慢上升到緩慢下降階段，由早期的加積準(zhǔn)層序組和晚期的進(jìn)積型準(zhǔn)層序組組成（圖4－D）。高位體系域沉積主要是位于陸架區(qū)，古珠江三角洲從盆地邊緣向盆地內(nèi)進(jìn)積，在近陸架坡折區(qū)的番禺低隆起南部和白云凹陷北部呈現(xiàn)為一系列的側(cè)向加積的前積體。從全區(qū)來看，高位體系域普遍發(fā)育，高位末期受波浪、潮汐作用在深水陸坡區(qū)還可以形成陸坡的滑塌濁流沉積。

3 物源供給的影響

海平面控制著三級層序內(nèi)部體系域的發(fā)育過程，而沉積物供給則在海平面變化的背景下影響著層序內(nèi)部體系域的疊置樣式［13］。

古珠江攜帶的碎屑物一直是本區(qū)的主要物源。當(dāng)沉積物供給速率大于可容納空間的增長速率，則易于形成前積式地層疊置樣式；當(dāng)沉積物供給速率與可容納空間的增長速率相當(dāng)時，則形成加積式地層疊置樣式；當(dāng)沉積物供給速率小于可容納空間的增長速率，則形成退積式地層疊置樣式。

進(jìn)積式地層疊置樣式是沉積物供給量大于可容納空間的增加量，較年輕的地層序列依次向盆地方向推進(jìn)，進(jìn)積型三角洲的每個地層序列具有向上逐漸變粗的特征。從垂向上來看，由下而上砂巖厚度不斷增大，泥巖厚度不斷減薄，砂泥比增大，這一現(xiàn)象在研究區(qū)中較為常見。在地震剖面上，這種進(jìn)積式的地層疊置關(guān)系顯著地表現(xiàn)為前積的特征。以A井與B井的連井剖面為例（圖5），在地震剖面上可以見到3期前積現(xiàn)象，這說明沉積過程中隨著沉積物逐漸向海盆方向超覆形成了多套沉積疊置的樣式。而在單井上，進(jìn)積式的地層疊置表現(xiàn)為多期由泥到砂的沉積序列的疊置。以A井為例，選取的井段（18.5～18Ma B.P.）可劃分為5個沉積序列，每一沉積序列的自然伽馬曲線均呈漏斗形，反映了沉積物由細(xì)到粗的韻律沉積。而5個沉積序列的組合又反映了由下而上砂巖總厚度逐漸增加、砂巖單層厚度增加以及砂巖層數(shù)略微減小，而泥質(zhì)含量逐漸降低。就沉積相而言，A井18.5～18Ma B.P.發(fā)育的沉積相有三角洲外前緣的河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂、支流間灣以及淺海陸棚相。每個單一沉積序列均是由淺海陸棚相向三角洲外前緣的過渡；而從5組沉積序列來看，淺海陸棚相的厚度逐漸減小，三角洲外前緣中則逐漸由席狀砂、遠(yuǎn)砂壩過渡到河口砂壩。

圖5 A井與B井的連井進(jìn)積式地層疊置關(guān)系Fig.5 Progradational character of the seismic profile between Well A and Well B

圖6 C井與D井的連井退積式地層疊置關(guān)系Fig.6 Retrograding character of the seismic profile between Well C and Well D

退積式地層疊置關(guān)系是沉積物供給量小于可容納空間的增加量，年輕的地層序列依次向陸方向退卻。雖然每個地層序列均為進(jìn)積作用的產(chǎn)物，但就整體退積式地層疊置體系而言，自下而上，砂巖單層厚度減薄，泥巖厚度增加，砂泥比降低，水體逐漸變深。這種地層疊加樣式在地震剖面上有明顯的顯示。圖6的C井與D井連井地震剖面中21～18.5Ma B.P.之間沉積具有明顯的退積現(xiàn)象。在該段地層中可以識別出2套前積體，這2套前積體的疊置則呈逐漸向陸方向退積的樣式。從測井上看，C井的單個沉積序列的測井曲線以漏斗形為主；而21～18.5Ma B.P.地層的整體變化方面，自下而上泥巖所占比重越來越大。D井同樣具有該特征，2套前積體內(nèi)部為下細(xì)上粗的反粒序特征，但前積體的疊覆顯示出退積的樣式。前積體整體上向陸方向遷移導(dǎo)致了泥巖含量的增加，砂巖含量的減少，沉積物粒度逐漸變細(xì)。

加積式地層疊置關(guān)系是在沉積物供給量與絕對可容納空間的增加量相接近時，上下地層序列之間沒有明顯的向陸或向海遷移［13］。這種樣式在珠江口盆地較為常見，多見于進(jìn)積式與退積式之間的轉(zhuǎn)換處。從地震剖面上看，加積式沉積的地震反射軸往往呈平行或亞平行，且連續(xù)性較好。在單井上雖表現(xiàn)為多期由細(xì)到粗的反韻律沉積，但對比各反韻律沉積可發(fā)現(xiàn)，各反韻律沉積的砂泥巖沉積厚度和砂泥比沒有明顯的變化，這反映出整體構(gòu)成每個地層序列的沉積時水深基本不變。而測井曲線形態(tài)上，每個地層序列的自然伽馬曲線形態(tài)也表現(xiàn)出良好的相似性。

珠江口盆地不同凹陷的物源供給量有所不同，導(dǎo)致在不同的地區(qū)其層序內(nèi)部的疊加樣式有所區(qū)別。在整體上持續(xù)海進(jìn)的背景下，巨量的古珠江的物源從番禺低隆起的西部進(jìn)入白云凹陷內(nèi)，可以形成進(jìn)積的疊加樣式；而在中央隆起帶的東部則形成加積或退積的模式。受充足而間歇式的物源供給的影響，在惠州凹陷的SB18.5～SB17之間沉積物以及開平地區(qū)SB13.8～SB10.5時期的沉積體基本上由進(jìn)積模式組成，而缺失退積沉積。21～10.5Ma B.P.時期，古珠江充足的物源供給使高位三角洲沉積主體維持在番禺低隆起的南部區(qū)域，在持續(xù)海進(jìn)的過程中沒有明顯的后退，而在低位期則形成巨厚的深水沉積體系［14，15］。

4 結(jié)論

a.構(gòu)造運(yùn)動是控制研究區(qū)二級層序發(fā)育的主控因素。新近紀(jì)3次大的構(gòu)造隆升作用造成盆地的整體或局部抬升，形成不整合。另外，在盆地的持續(xù)海侵的背景下，3次大的構(gòu)造隆升作用使研究區(qū)內(nèi)的相對海平面變化呈現(xiàn)階段性變化，構(gòu)成2個二級旋回。

b.海平面的升降控制三級層序發(fā)育模式。海平面下降到陸架坡折以下，伴隨著河流回春作用，在陸坡形成由斜坡扇、盆底扇以及低位楔。而海平面僅下降到陸架坡折附近，低位體系域則主要由濁積體和滑塌體組成，沒有發(fā)育扇體。陸架內(nèi)沉積坡折受海平面升降影響可以形成局部地理低位體系域。10.5Ma B.P.以后海平面未下降到陸架坡折之下，缺少低位域沉積，僅發(fā)育海侵和高位體系域。

c.沉積物供給量影響了層序中準(zhǔn)層序組類型。沉積物供給量大于可容納空間的增加量，地層呈進(jìn)積疊置模式；沉積物供給量等于可容納空間的增加量，地層呈加積樣式；沉積物供給量小于可容納空間的增加量，地層呈退積模式。

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