珠江口盆地東部中新統(tǒng)珠江組碳酸鹽巖沉積微相研究

馮 琳，鄧 敏，衛(wèi) 哲，曾 驛，周小康

(1.成都理工大學沉積地質研究院，成都610059;2.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都理工大學，成都610059;3.中海石油 (中國)有限公司深圳分公司研究院，廣州510240)

0 引言

碳酸鹽巖沉積微相的研究已經從最初依據(jù)巖石薄片鑒定單純進行巖類學和古生物學描述［1］發(fā)展到今天綜合用于巖石學特征、古生物特征描述、碳酸鹽巖分類命名、沉積環(huán)境解釋、成巖演化歷史分析等。碳酸鹽巖沉積微相研究的迅猛發(fā)展無疑得益于偏光顯微鏡、陰極發(fā)光、流體包裹體、掃描電鏡和穩(wěn)定同位素等分析測試技術的進步，但是，一個重要的物質基礎是能夠獲得足夠的樣品供研究者開展這些研究。珠江口盆地東部中早中新世珠江期以碳酸鹽巖沉積為主，生物礁、灘沉積發(fā)育，是重要的油氣富集層位。中海石油 (中國)有限公司深圳分公司在對東沙隆起珠江組碳酸鹽巖進行油氣勘探的過程中，鉆探了21口鉆井，采集了670 m的巖心，磨制了1483塊薄片，這為本文開展碳酸鹽巖沉積微相研究提供了物質基礎。

前人對珠江口盆地東部東沙隆起中新統(tǒng)珠江組碳酸鹽巖的研究主要集中在生物礁及儲層特征與成因［1～4］和沉積相與層序地層［5～8］兩個方面，鮮有關于沉積微相研究的報道，制約了對珠江組沉積環(huán)境的客觀科學認識，同時也是對這些來自海上的寶貴的井下巖心資料的浪費，因為這些鉆井巖心中所包含的礦物學、巖石學和古生物學信息給人們提供了認知珠江組沉積環(huán)境、儲層特征等方面的豐富線索。因此，本文在對珠江口盆地東部15口鉆井巖心觀察和1483塊薄片鑒定的基礎上，充分考慮Dunham(1962)、Embry和Klovan(1971)、曾允孚 (1970)等各家碳酸鹽巖分類命名方案的優(yōu)缺點，提出了適合珠江組碳酸鹽巖沉積發(fā)育特點的碳酸鹽巖分類命名方案，并據(jù)此分類方案，描述珠江組碳酸鹽巖的微相類型和組合特征，進而詳細分析珠江組的沉積環(huán)境，建立珠江組的沉積模式，為南海珠江組碳酸鹽巖的油氣勘探和沉積演化研究提供地質依據(jù)。

1 研究區(qū)地質背景

珠江口盆地東沙隆起位于南海北部大陸架南緣，構造位置為中央隆起帶東段，呈北東向展布 (見圖1)。早中新世珠江期碳酸鹽臺地主要位于盆地東部東沙隆起上，呈北東走向。臺地內不同區(qū)域的碳酸鹽巖厚度存在明顯差異，臺地西南緣流花地區(qū)有一環(huán)礁帶，稱為流花礁帶，沉積時間較長，厚度最大，向北逐漸減薄。20世紀80年代至今，已經在流花地區(qū)、陸豐地區(qū)發(fā)現(xiàn)多個生物礁油氣田。

圖1 珠江口盆地地理位置及構造區(qū)劃Fig.1 Geographical location and tectonic map of Pearl River Mouth Basin

筆者在研究東沙隆起帶珠江組碳酸鹽巖時，著重對下部灰色生屑粒泥巖夾白云質灰?guī)r、中部生屑泥粒巖夾生屑粒泥巖以及上部灰白色生物骨架巖、粘結巖和生物碎屑粒泥-泥粒巖的微相特征進行了較為系統(tǒng)的研究和分析，試圖通過微相和其組合特征，對珠江組碳酸鹽巖的沉積發(fā)育史有更深入的認識和了解。

2 地層特征

東沙隆起新近系下中新統(tǒng)珠江組發(fā)育良好，自下而上可分為底部砂巖段，中部灰?guī)r段，上部砂泥巖段 (見表1)，與珠海組呈整合接觸，并與下伏珠?！髌浇M、文昌組，上覆韓江組在縱向上形成一套良好的生、儲、蓋組合。本文研究位于珠江組中部的碳酸鹽巖，最厚562 m，以生物碎屑粒泥-泥粒巖、生物骨架巖和粘結巖為主，局部發(fā)生白云巖化。流花地區(qū)珠江組主要發(fā)育灰?guī)r，惠州及陸豐地區(qū)僅在珠江組下部發(fā)育灰?guī)r。

表1 珠江組及其相鄰地層概況 (據(jù)文獻［9］修改)Table 1 Stratigraphic profiles about Zhujiang Formation and the adjacent strata

3 微相類型及特征

3.1 顆粒組分

顆粒和基質類型及其特征是劃分碳酸鹽巖微相類型、分析沉積環(huán)境的重要依據(jù)［10］。珠江組灰?guī)r的顆粒類型主要為生物碎屑，以及少量的內碎屑。

①生物碎屑:主要為珊瑚藻、有孔蟲，其次還有紅藻石［11］、珊瑚、海綿、腕足、腹足、雙殼、棘皮類和少量的介形蟲等。

②內碎屑:這種顆粒類型不如生物碎屑常見，為盆地內弱固結的碳酸鹽灰泥經波浪或流水打碎，搬運再沉積下來的碎屑顆粒，多為砂屑，含少量礫屑。

3.2 微相類型劃分

本文在綜合前人碳酸鹽巖分類命名方案優(yōu)缺點的基礎之上，建立了適宜于珠江組灰?guī)r的命名方案。生物成因灰?guī)r及生物灰?guī)r主要參考Duham(1962)、Embry等 (1971)的方案，同時利用曾允孚 (1970)方案對顆粒類型進行細化的優(yōu)勢，在劃分珠江組的顆粒-灰泥石灰?guī)r時，將其按顆粒類型以及相對含量的多少進行細分。微相的劃分則以Flügel(2004)的標準微相類型為依據(jù)，根據(jù)顆粒和基質類型、沉積組構等微相資料將珠江組的碳酸鹽巖劃分為22個微相 (見圖2)。

3.2.1 灰泥巖/MF1

該微相為基質支撐，基質全為泥晶方解石，偶見少量生物，如抱球蟲、介形蟲，含量一般少于10%，或見海綠石附生組合 (見圖2a)，該類巖石粒度很細，孔隙基本不發(fā)育。主要形成于局限臺地或潮坪的低能環(huán)境。

3.2.2 粒泥巖/MF2

按生物顆粒類型以及相對含量的多少，又可以劃分為4個亞類。

3.2.2.1 生屑粒泥巖/MF2-1

這種微相類型在臺地中并不多見，生物碎屑極破碎，大多數(shù)碎屑原始組構已難以辨別，多為珊瑚、海綿、雙殼、棘皮類等的碎片 (見圖2b)。為高能帶生物顆粒經強烈的波浪或沿岸流作用打碎，后經波浪或潮汐搬運，沉積于浪基面以下的低能環(huán)境，局部見少量白云石化作用。

3.2.2.2 珊瑚藻屑粒泥巖/MF2-2

碎屑顆粒主要為珊瑚藻的碎片，種屬包括古石枝藻Archaeolithothamnium屬、石葉藻Lithophyllum屬、珊瑚藻Jania屬［12］，橫切面呈圓形，縱切面呈長條狀，分枝或不分枝 (見圖2c)。鏡下可見絲體規(guī)則排列，少數(shù)可見被亮晶充填的孢子囊和生殖窩。除藻屑外還有一些含量很少的有孔蟲、腕足、腹足類等生物的碎片，總量小于10%。破碎的珊瑚藻為高能帶的珊瑚藻骨架經強烈的波浪作用打碎，后經波浪或潮汐搬運，沉積于浪基面以下開闊臺地的低能環(huán)境。

3.2.2.3 紅藻石粒泥巖/MF2-3

顆粒主要為紅藻石，基質為微亮晶方解石，紅藻石粒泥巖中的紅藻石一般粒徑較小，為珊瑚藻呈紋層狀包卷生長形成，發(fā)育特征的精細網格組織及孢子囊 (見圖2d)。這類巖相多出現(xiàn)于臺地前斜坡，或者是臺地邊緣構成礁頂或礁基的紅藻石灘中。

3.2.2.4 含海綠石抱球蟲粒泥巖/MF2-4

主要顆粒類型為海綠石及浮游有孔蟲，并含少量粒度較細的珊瑚藻屑、介形蟲等的化石(見圖2e)，填隙物為泥微晶方解石。該類巖相很少出現(xiàn)，海綠石及廣海浮游生物的組合，指示該巖相可能來自于局限臺地的風暴沉積。

3.2.3 泥粒巖/MF3

泥粒巖是研究區(qū)整個碳酸鹽臺地中分布最廣泛的一種微相類型，顆粒類型豐富，大小和形態(tài)各異。按照顆粒類型的差異以及相對含量的多少，可以劃分為9個亞類 (見圖2f—2n)。

3.2.3.1 有孔蟲藻屑泥粒巖/MF3-1

生物顆粒主要為藻屑，有孔蟲次之，藻屑顆粒較破碎，粒度不一，有孔蟲則保存完好，粒度相當，多為1 mm左右，或還含有少量的腹足、棘皮及雙殼類碎片;基質主要為泥微晶方解石，局部發(fā)生弱白云化。這種微相類型在碳酸鹽巖臺地中較為常見。

圖2 珠江組碳酸鹽巖微相類型Fig.2 Carbonate microfacies types in Zhujiang Formation

3.2.3.2 藻屑有孔蟲泥粒巖/MF3-2

碎屑顆粒的含量以有孔蟲相對較多，藻屑次之，常具定向性，還含有很少量的苔蘚蟲碎片以及棘屑、珊瑚礫屑、腹足碎片，偶見海綿。生物碎屑多保存完好，藻屑則較破碎，粒徑較小，部分相帶發(fā)育的這類巖相的顆粒邊界模糊不清，泥晶化嚴重?；|為亮晶方解石膠結物。根據(jù)上述特征，推測這類巖相可能形成于水動力條件很強的臺地邊緣或臺地邊緣后淺灘環(huán)境。

3.2.3.3 生屑珊瑚藻屑泥粒巖/MF3-3

生物顆粒除了藻屑顆粒外，還含有類型豐富的極度破碎的生物化石顆粒，顆粒原始結構已難以辨別，可能為珊瑚、海綿、有孔蟲、腹足等的碎屑顆粒，顆粒的高度破碎反映其為異地沉積，這類微相形成于臺地內能量相對較低的環(huán)境。

3.2.3.4 藻屑泥粒巖/MF3-4

生物顆粒主要為藻屑顆粒，其他類型的生物顆粒含量很少 (小于10%)。藻類主要為紅藻門珊瑚藻科。藻碎屑一般呈長條狀，亦有未完全打碎，體積較大的藻團塊。此種亞類型并不在泥粒巖微相中占主要地位。

3.2.3.5 有孔蟲泥粒巖/MF3-5

生物顆粒為保存完好的有孔蟲，同時還有含量很少的藻類及苔蘚蟲的碎片。有孔蟲粒度不一，以底棲有孔蟲為主，有孔蟲泥粒巖多出現(xiàn)于開闊臺地內水相對較深的低能環(huán)境。

3.2.3.6 紅藻石泥粒巖/MF3-6

同MF2-3一樣，紅藻石泥粒巖中紅藻石一般為小紅藻石，不參與造礁，多出現(xiàn)于構成礁頂或礁基的紅藻石灘相中。

3.2.3.7 苔蘚蟲泥粒巖/MF3-7

生物顆粒主要為苔蘚蟲，還含有少量其他生物碎屑，這種微相中苔蘚蟲未呈大規(guī)模出現(xiàn)，并未參與造礁。

3.2.3.8 珊瑚屑粒泥巖/MF3-8

常與珊瑚礁伴生，顆粒主要為極其破碎的珊瑚碎屑，以及少量的海綿、有孔蟲及棘皮動物的碎片，碎屑顆粒分選較差，基質主要為泥晶方解石。這類微相并不常見，主要出現(xiàn)于礁的骨架孔中，包含較多灰泥基質。

3.2.3.9 砂屑泥粒巖/MF3-9

這種巖相為富含內碎屑的石灰?guī)r，其碎屑粒度不一，粒徑多為砂屑級，原始組構已難以識別，多見于水動力較強的臺前斜坡碎屑流和淺水臺地沉積中，其中有的碎屑在搬運前已完全膠結，但仍可將其作為盆地內的準同生再造物質，即認為它們?yōu)閮人樾肌?/p>

在泥粒巖分類當中，以MF3-1、MF3-2、MF3-3等3類微相占整個碳酸鹽巖臺地巖相的主要部分，也是珠江組灰?guī)r段最為常見的巖石類型。

3.2.4 顆?；?guī)r/MF4

主要為有孔蟲珊瑚藻屑顆粒巖 (見圖2o)，該巖石類型在臺地較少出現(xiàn)，只間或出現(xiàn)在流花地區(qū)珠江組灰?guī)r取心段的下部，顆粒支撐，含泥很少，顆粒主要為珊瑚藻屑、有孔蟲，粒間孔很發(fā)育，形成于水動力很強的臺地邊緣環(huán)境。

3.2.5 骨架巖/MF5

按主要造礁生物類型可以將骨架巖劃分為2種類型 (見圖2p—2q)。

3.2.5.1 珊瑚骨架巖/MF5-1

珊瑚是珠江組最為常見的造礁生物，以枝狀六射珊瑚居多，類型包括孔珊瑚、柱珊瑚、鹿角珊瑚、山星珊瑚、近星珊瑚、星孔珊瑚等，為原地生長的具抗浪骨架的碳酸鹽建隆。除珊瑚外，參與造礁的生物還有珊瑚藻、海綿、大底棲有孔蟲、苔蘚蟲等，居礁生物主要為有孔蟲、腕足、腹足、雙殼、棘皮類等。波浪和潮汐共同作用的高能環(huán)境適宜于珊瑚的生長，因此珊瑚骨架巖沉積多形成于臺地邊緣或開闊臺地內水動力很強的環(huán)境當中，構成臺地邊緣礁或開闊臺地內點礁。

3.2.5.2 珊瑚藻骨架巖/MF5-2

造礁生物主要為珊瑚藻，在巖心和薄片中很容易見到，多為保存完好的藻體，也有藻屑。巖心上常呈皮殼狀和結核狀，薄片中可見到分枝狀、皮殼狀。皮殼狀珊瑚藻粘結生長，而結核狀珊瑚藻呈纏繞狀，為原地生長具抗浪骨架的生物，構成珊瑚藻骨架礁，多發(fā)育于臺地邊緣水動力較強的礁核亞相。

3.2.6 粘結巖/MF6

3.2.6.1 紅藻石粘結巖/MF6-1

這類微相主要巖性為紅藻石粘結巖，紅藻石主要是由非固著的珊瑚藻構成的獨立鈣質結核。珠江組具粘結結構的紅藻石普遍是由珊瑚藻和結殼有孔蟲或苔蘚蟲互層包卷生長形成的，具粘結結構的紅藻石多呈球狀、橢球狀或包殼狀 (見圖2r)，與灘相的紅藻石相比，體積更大，參與造礁。其形態(tài)的多樣性反應了沉積環(huán)境的差異性，其中球形的、橢球形的和紋層狀的生長模式代表高能的沉積環(huán)境，要求水體能量高促使其頻繁滾動。

在珠江組灰?guī)r的取心段中，紅藻石粘結巖非常發(fā)育并具有一定的規(guī)模。其中相當數(shù)量的紅藻石顆粒都較大，其直徑最大者可達15 cm，一般2～6 cm。較大的紅藻石顆粒具有較強的抗浪能力，對灰泥起著遮擋和捕集作用，其粘結和包裹著大量灰泥基質，常構成礁頂或礁基的包殼粘結巖，稱之為粘結礁。這種藻類的包殼顆粒形成于中等高能，極淺水環(huán)境。

3.2.6.2 苔蘚蟲粘結巖/MF6-2

為片狀—板狀苔蘚蟲粘結，包裹著各種居礁生物和大量灰泥基質 (見圖2s)，不具備抗浪骨架。陸豐地區(qū)，苔蘚蟲粘結巖呈厚層狀廣泛發(fā)育，或為苔蘚蟲層狀礁。該微相并不是臺地的主要生物礁類型。

3.2.7 障積巖/MF7

沉積物中含有豐富的莖狀或樹枝狀生物化石遺體，多為異地搬運沉積下來的生物化石，如珊瑚、海綿、海百合莖等 (見圖2t)，通過障集作用，捕集灰泥，在其后堆積成丘，基質在含量上相對較多，抗浪能力差，一般出現(xiàn)在低能環(huán)境。

3.2.8 白云巖/MF8

白云巖在珠江組分布較少，主要出現(xiàn)于珠江組灰?guī)r取心段的下端，常與灰?guī)r共存。白云巖中殘留部分原巖的結構和組分，可以推測這類白云巖為次生白云巖。按照白云石相對含量的多少和晶粒的大小，可以劃分為2個亞類。

3.2.8.1 灰質白云巖/MF8-1

多為細中晶顆粒，半自形—自形晶，偶見陸源石英混入，仍可見原巖結構和組分，其原巖多為生物碎屑泥粒巖 (見圖2u)。原巖殘余組構中廣鹽度生物普遍出現(xiàn)，推測此微相可能形成于間或暴露的碳酸鹽緩坡或潮坪環(huán)境。

3.2.8.2 細粉晶白云巖/MF8-2

白云石含量90%以上，半自形晶，呈緊密鑲嵌式接觸 (見圖2v)。偶見陸源石英混入，以及少量生物碎屑。

次生白云巖對沉積環(huán)境的識別有一定的指導意義，根據(jù)研究區(qū)的構造背景、巖石學以及沉積特征，判斷其原巖可能為灰泥巖或生物碎屑粒泥巖，該微相或形成于水淺暴露的環(huán)境。

4 沉積模式及沉積相分析

4.1 碳酸鹽巖緩坡模式 (Ⅰ期)

該模式出現(xiàn)在碳酸鹽巖臺地沉積之前，因珠江組取心灰?guī)r段下部普遍有白云石化現(xiàn)象和廣鹽度生物同時出現(xiàn) (見圖3)，推測碳酸鹽巖臺地形成之前其沉積環(huán)境應為碳酸鹽緩坡。緩坡低能帶水動力較弱，主要沉積泥晶碳酸鹽沉積物，高能帶則沉積顆粒較粗的碳酸鹽顆粒，主要為生物碎屑泥質顆粒巖-顆粒質泥巖以及一些灰泥巖 (見圖4)，生物種類繁盛，數(shù)量較多，并因水淺暴露，常見次生的白云質灰?guī)r、灰質白云巖、細粉晶白云巖發(fā)育。

4.2 鑲邊碳酸鹽巖臺地模式 (Ⅱ期)

根據(jù)前述的微相分析，并結合剖面結構的沉積特征，在綜合前人碳酸鹽巖相模式的基礎上，將該碳酸鹽巖臺地劃分為臺前斜坡相、臺地邊緣礁相、臺地邊緣灘相、開闊臺地相、局限臺地相、臺地潮坪相6種相帶類型。

4.2.1 臺地前斜坡相

除了臺地前垮塌角礫沉積，臺前斜坡上還發(fā)育著生屑灘、紅藻石灘、點礁或塔礁，含廣海生物。

4.2.2 臺地邊緣礁

高能帶，生物礁具有抗浪骨架，能粘結生物、捕集灰泥。巖性主要為珊瑚藻骨架巖和珊瑚骨架巖，有孔蟲，苔蘚蟲，海綿，綠藻也參與造礁，紅藻石灘常構成礁頂和礁基。本區(qū)構成造礁格架或骨架的生物主要是珊瑚和珊瑚藻，其次是苔蘚蟲。居礁生物主要為有孔蟲、腹足、雙殼、棘皮類等。生物礁向海一側為高能帶，波浪作用強烈，適宜于具抗浪骨架的珊瑚的生長，形成以塊狀珊瑚為主的骨架巖沉積;向陸一側，水體能量減弱，各種生物都較發(fā)育，珊瑚藻及腕足、腹足等的含量增加，于巖心上常見生物擾動等沉積構造。生物礁因其孔隙發(fā)育，常為儲層分布和發(fā)育的有利相帶。

4.2.3 臺地邊緣灘

臺地邊緣淺灘相主要為生屑灘，巖性為泥質顆?；?guī)r和顆粒巖，基質多為亮晶膠結，代表其水動力極強的高能環(huán)境。該環(huán)境由于受到波浪和潮汐的共同作用，能量很高，灰泥含量一般很少，當水體能量交替變化或暴露交替時，可形成生物礁和灘的互層。

4.2.4 開闊臺地

開闊臺地可劃分為臺地內淺灘和灘間亞相。淺灘為生屑灘，巖性主要為生物碎屑泥?；?guī)r，為臺地內水動力較強的環(huán)境;而灘間主要為生物碎屑粒泥巖，灰泥基質含量相對于生屑灘升高，測井曲線上表現(xiàn)為GR的值升高，代表臺地內相對較弱的水動力環(huán)境。

4.2.5 局限臺地相

主要為位于礁、灘或障壁后的澙湖，其巖性主要為生物碎屑粒泥灰?guī)r及灰泥巖。因水循環(huán)受限，生物種類有限，澙湖底以軟體動物、綠藻、有孔蟲為主，生物擾動強烈，向岸過渡為潮坪。

圖3 惠州Y井珠江組沉積相綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive column of sedimentary facies in Zhujiang Formation about Well Y in Huizhou area

4.2.6 臺地潮坪相

出現(xiàn)于珠江組灰?guī)r取心段的下部，該相帶可進一步劃分為潮間帶和潮下帶。潮間帶主要沉積的巖石為灰泥巖、生物碎屑粒泥灰?guī)r，生物碎屑顆粒細小，一般具定向性，還可見到一些灰質白云巖或細粉晶白云巖，常有藻席發(fā)育;由于潮汐水流方向反復變換，羽狀交錯層理發(fā)育。潮間帶的動物群種類有限，僅腹足類比較豐富，伴有介形蟲、有孔蟲及雙殼類。潮下帶幾乎很少出露水面，相對于潮間帶，灰泥含量稍減少，水動力條件略高于潮間帶環(huán)境，巖石類型與潮間帶基本相同，多見生物擾動構造。

通過上述沉積相類型以及沉積模式的分析，可見珠江組灰?guī)r的發(fā)育經歷了由碳酸鹽巖緩坡到臺地的沉積過程。

圖4 珠江口盆地碳酸鹽巖沉積模式圖及各微相類型在沉積相序中的分布［13～14］Fig.4 Sedimentary model of Pearl River Mouth Basin and distributions of all types of microfacies in the sedimentary facies sequence

5 結論

珠江口盆地東部珠江組碳酸鹽巖的主要顆粒類型為生物碎屑 (包括藻類、有孔蟲、珊瑚、苔蘚蟲、海綿、腕足、腹足、雙殼、棘皮、介形蟲等)和少量內碎屑。巖性則以生物碎屑泥粒-粒泥灰?guī)r和骨架巖為主，并發(fā)育具有相當規(guī)模的紅藻石粘結巖。

根據(jù)珠江組灰?guī)r的生物組合，顆粒、基質類型及特征將該地區(qū)的碳酸鹽巖劃分為22種微相類型，分屬于臺前斜坡相、臺地邊緣礁相、臺地邊緣灘相、開闊臺地相、局限臺地相、臺地潮坪相以及緩坡相。沉積模式及沉積相帶組合表明，在早中新世該區(qū)在海平面上升的過程中碳酸鹽巖的發(fā)育經歷了由碳酸鹽緩坡—鑲邊碳酸鹽臺地的演化過程。

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