南海北部新近系深水低位沉積特征及控制因素

冉懷江，林暢松，朱筱敏，秦成崗

(1.中國石油大學(xué)，北京 102249；2.中油長城鉆探工程有限公司，北京 100101；3.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；4.中海油深圳分公司，廣東 廣州 510240)

?

南海北部新近系深水低位沉積特征及控制因素

冉懷江1，2，林暢松3，朱筱敏1，秦成崗4

(1.中國石油大學(xué)，北京 102249；2.中油長城鉆探工程有限公司，北京 100101；3.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；4.中海油深圳分公司，廣東 廣州 510240)

南海北部是中國重要的油氣探區(qū)，該地區(qū)的深水低位沉積研究是目前油氣勘探的熱點。在地震、測井及巖心等資料綜合分析的基礎(chǔ)上，運用層序地層以及沉積分析方法，對南海北部新近系重點層序(SQzj2和SQhj2)的深水低位沉積層序特征及其控制因素進行了研究。研究表明，該區(qū)陸坡深水低位域沉積主要包括陸架邊緣三角洲、低位扇、下切水道充填等；新近系深水低位沉積體系的展布以及層序結(jié)構(gòu)的演化都不同程度地受到盆地古構(gòu)造地貌、斷裂陸架坡折帶、構(gòu)造沉降(速率)、沉積物供給及相對海平面變化等因素的控制，其中持續(xù)的構(gòu)造沉降是研究區(qū)深水低位沉積體系展布及充填演化的主要控制因素。

南海北部；新近系；深水；低位域沉積；控制因素

引 言

近年來，淺海油氣勘探已經(jīng)難以滿足日漸增多的油氣資源需求，油氣勘探開始逐漸向深水區(qū)擴展[1]。深水油氣已成為當今世界油氣增儲上產(chǎn)及油氣資源戰(zhàn)略接替的重要領(lǐng)域，而深水沉積及層序地層劃分是地質(zhì)學(xué)研究的熱點領(lǐng)域之一[2-3]。據(jù)Stow估計，世界上有1 200～1 300個油氣田來自于陸架坡折控制的深水低位域沉積中[4]。中國南海北部的白云—荔灣深水區(qū)域是中國深水油氣勘探的主戰(zhàn)場，研究區(qū)位于番禺低隆起—白云凹陷北坡，三維區(qū)面積約為1×104km2，區(qū)內(nèi)從下至上發(fā)育古近系文昌組—神狐組、恩平組、珠海組以及新近系珠江組、韓江組、粵海組、萬山組和第四系[5-8]。研究區(qū)新近系珠江組—韓江組的層序劃分為7個三級層序，自下而上分別為SQzj1、SQzj2、SQzj3、SQzj4、SQhj1、SQhj2及SQhj3。通過研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)低位富砂沉積體主要發(fā)育在SQzj2及SQhj2層序內(nèi)。因此，該文以這2個層序為重點進行深水低位沉積特征及其控制因素的探討。

1 深水低位域主要沉積類型及特征

1.1 陸架邊緣三角洲

陸架邊緣的三角洲是指物源越過陸架坡折向陸坡延伸發(fā)育的三角洲，沉積形態(tài)在縱向上呈分別向陸和向海減薄的楔形。地震剖面上呈楔形進積雙向上超特征，平面上受坡折帶的控制非常明顯，主要在坡折帶邊緣局限分布。砂體主要為三角洲前緣水下分流河道及河口壩，陸坡內(nèi)則以前緣滑塌和重力流沉積為主。砂體厚度變化大，最厚可達50 m，向上傾坡折方向迅速減薄、尖滅，易與上部的深水泥巖形成巖性-地層圈閉(圖1)。巖石學(xué)特征上主要反映近物源和較高能沉積環(huán)境的快速堆積作用。主要以中粒砂巖、不等粒砂巖及細粒砂巖為主，物質(zhì)組分為相對單一的石英、巖屑，成分成熟度較低，以次棱角磨圓度為主，分選性中等—偏差。粒度分布具有明顯兩段式或三段的牽引流特征。巖心主要發(fā)育塊狀構(gòu)造、楔狀交錯層理、平行層理、正粒序波狀層理和底沖刷構(gòu)造(圖2)。

圖1 SQzj2層序典型陸架邊緣三角洲地震響應(yīng)特征

圖2 陸架邊緣三角洲典型巖心特征

1.2 低位扇

發(fā)育在被動大陸邊緣陸坡帶附近的低位扇(斜坡扇和盆底扇)是深水沉積物的主體部分[8]。21.0 Ma以后，研究區(qū)SQzj2(21.0 Ma)—SQhj3(12.5 Ma)層序的坡折線則已北移至白云凹陷北坡，期間是該區(qū)重力流沉積的主要發(fā)生期，低位體系域深水扇是重力流沉積的重要產(chǎn)物。

從前人研究的海平面變化曲線上可以看出，海平面下降的幅度最大的2個層序分別為21.0～17.5 Ma和13.8～12.5 Ma層序，形成的低位扇體規(guī)模相對較大(圖3)。深水盆底扇地震相組合整體表現(xiàn)為丘狀外形特征，內(nèi)部為低頻、強振幅特征，同相軸連續(xù)性好、橫向變化相對穩(wěn)定。而上覆及周緣地震反射為高頻弱振幅特征，反映在盆地相對平靜環(huán)境下接受重力流沉積物的過程。斜坡扇地震反射結(jié)構(gòu)以下部波狀反射為特征，斜坡扇上部則由具有前積發(fā)散狀逐漸收斂為平行反射的地震反射結(jié)構(gòu)覆蓋，表現(xiàn)為縱向疊加不穩(wěn)定、橫向上連續(xù)性較差的下陸坡環(huán)境。地震均方根振幅屬性分析可見，低位體系域深水扇一般為中—弱異常表現(xiàn)，呈不規(guī)則朵狀，上部多見長條狀重力流水道相連，為其物源通道。

1.3 下切水道充填沉積

下切水道(深切谷)是發(fā)育在低位體系域早期的侵蝕性水道，對下伏地層有明顯的沖刷下切作用。

低水位早期作為碎屑體系的物源供給通道，在低位體系域晚期和水進體系域時期則被充填，主要的充填物包括厚層狀砂巖、含礫砂巖等粗粒沉積物，在研究區(qū)各層序界面上均發(fā)育規(guī)模不等的下切水道及其充填。地震剖面上下切水道或深切谷兩側(cè)強振幅同相軸中斷，內(nèi)部一般為中強振幅、中等連續(xù)斜列或前積反射結(jié)構(gòu)。內(nèi)部充填沉積可見雙向上超或一側(cè)下超前積，上部一般為海侵期泥質(zhì)覆蓋。一般下切前一期層序的高位體系域，也存在下切低位域的情況，如SQhj2層序晚期低位域頂部的下切水道，主要與相對海平面的下降有關(guān)。研究區(qū)多個層序發(fā)育下切水道，特別是SQzj2、SQhj2層序界面上。下切水道一般從北部陸架坡折帶附近開始發(fā)育，向南部下陸坡延伸，隨著下陸坡坡度的逐漸減小，在下切水道的下方平坦區(qū)域堆積成扇狀朵體并相互疊置(圖4)。

圖3 SQhj2兩期低位盆底扇刻畫

圖4 SQhj2層序低位域下切水道特征(RMS向上35ms)

2 深水低位沉積發(fā)育控制因素

結(jié)合前人研究[9-21]，研究區(qū)新近系珠江組—韓江組主要發(fā)育從珠江口盆地裂陷晚期至拗陷期的沉積層序。研究區(qū)新近系深水低位沉積體系的展布以及層序結(jié)構(gòu)的演化都不同程度地受到了盆地古構(gòu)造地貌、同沉積斷裂(坡折帶)、構(gòu)造沉降(速率)、沉積物供給及相對海平面變化等因素的控制。

(1) 盆地古地貌。盆地古地貌對沉積體系的發(fā)育與分布具有明顯的控制作用，特別是對低位體系域的砂分散體系和相分異有著特定的控制。SQzj2(21.0 Ma)沉積時期，古地貌起伏明顯增強。白云凹陷的沉降加劇，在番禺低隆起與東南部凹陷區(qū)的交接部位形成陸架坡折，控制來自西北物源的、在白云凹陷沉積的陸架邊緣三角洲和低位扇等深水低位沉積體。SQhj2(13.8 Ma)沉積時期的隆坳格局與前期具有很強的繼承性。研究區(qū)西北部番禺低隆起范圍達到最大值。凹陷區(qū)較SQhj1沉積期向東遷移，在番禺低隆起東南側(cè)形成構(gòu)造背景下的陸架坡折帶，控制來自西北部的古珠江物源在凹陷區(qū)沉積。在研究區(qū)西北部番禺低隆起區(qū)，主要發(fā)育河流、濱岸、三角洲等相對淺水沉積體系；PY三維區(qū)東南側(cè)水體逐漸加深，向南跨過陸架坡折進入深水區(qū)，主要發(fā)育陸架邊緣三角洲、下切水道(深切谷)充填、斜坡扇及盆底扇等深水低位沉積體。

(2) 斷裂陸架坡折。坡折帶以下為深水低位沉積體的主要發(fā)育區(qū)。研究區(qū)東南緣長期為不同構(gòu)造背景下的坡折帶，對研究區(qū)深水低位沉積體具有明顯的控制作用，主要表現(xiàn)在對深水低位沉積體系的平面展布、層序和砂體厚度的控制。研究區(qū)新近系沉積期的陸架坡折，主要受兩期斷裂活動的控制，形成斷裂坡折帶，總體與番禺低隆起近平行方向展布。中中新世以來，斷裂坡折帶的東南緣為陸坡深水沉積環(huán)境，主要發(fā)育厚層的深水低位體系沉積體。在研究區(qū)東南緣發(fā)育斷裂坡折時，則主要表現(xiàn)為低水位楔的下超前積。同時，由于坡折帶附近斷裂的持續(xù)活動，導(dǎo)致白云凹陷深水區(qū)陸架邊緣三角洲的沉積物發(fā)生滑塌，在重力作用下進行二次搬運和沉積。

(3) 構(gòu)造沉降。持續(xù)的構(gòu)造沉降是研究區(qū)深水低位沉積體系展布及充填演化的主要控制因素。研究區(qū)在23.8 Ma白云運動之后開始持續(xù)沉降，處于沉降初期，構(gòu)造沉降及沉降速率較小，研究區(qū)主要發(fā)育大面積的高位域淺海陸架三角洲。21.0 Ma以后，盆地處于斷陷向拗陷的過渡期，沉降速率開始迅速增大，包括番禺低隆起在內(nèi)的廣大地區(qū)開始整體沉降，研究區(qū)開始在陸架坡折的控制下進入陸坡深水沉積環(huán)境，來自西北方向的古珠江物源，在沉降速率較高且沉降量較大的沉降中心沉積陸架邊緣低位三角洲低位進積楔、盆底扇等低位沉積體。同時由于陸架坡折的繼承性發(fā)育，研究區(qū)沉降中心基本維持在坡折東南部的局限范圍內(nèi)，來自西北部的沉積物持續(xù)卸載在沉降中心，造成新近系21.0～12.5 Ma層序深水低位沉積體呈多層序縱向疊置方式在白云陸坡深水區(qū)沉積。

(4) 沉積物供給。前人研究表明，32.0 Ma以后，來自西北的古珠江水系為研究區(qū)提供了巨大的、穩(wěn)定的物源，在海平面升降和古珠江水系向前推進的作用下，向南跨過陸架坡折之后，在海平面相對低位時期，在白云凹陷沉積大量的深水低位沉積體，形成沉積中心。

SQzj2層序形成時，供源體系開始由近源轉(zhuǎn)為遠源，古珠江開始成為研究區(qū)穩(wěn)定的供給源，同時物源方向也發(fā)生轉(zhuǎn)變。SQzj2層序低位體系域形成時，物源供給處于欠補償狀態(tài)，僅在PY三維區(qū)沉積低位進積楔，在PY三維區(qū)南部沉積薄層的低位扇體。SQhj2層序形成時，西北方向物源供給充足，早期低位域在坡折之下形成厚層的陸架邊緣三角洲楔形體，而晚期低位域則在坡折之上的緩坡區(qū)繼續(xù)沉積低位陸架邊緣三角洲楔形體，沉積厚度與早期相當，向陸方向都是以上超在SB13.8層序界面上為特征。在PY三維區(qū)南部沉積兩期低位扇，晚期的厚度較大，說明晚期低位時期物源供給較早期充足。海侵體系域和高位體系域形成時，物源供給與低位時期相比處于弱補償階段。

(5) 相對海平面變化。相對海平面的周期性升降變化對深水低位沉積體的發(fā)育具有控制作用。自新近系23.8 Ma以來，在繼承性陸架坡折帶背景下出現(xiàn)21.0 Ma和13.8 Ma 2次較大海退期，在層序界面SB21.0和SB13.8上發(fā)育較大規(guī)模的下切水道充填。坡折帶向海方向以發(fā)育粗粒的低位陸架邊緣三角洲沉積物和相對細粒的低位斜坡扇和盆底扇。其他層序界面均形成于海平面相對下降時期，層序界面可見削蝕現(xiàn)象。SB16.5、SB15.5形成時期，由于相對海平面下降幅度較小，層序界面削蝕特征不明顯，可見下切水道，低位體系域以薄層低位進積楔沉積為主，低位扇基本不發(fā)育。SB17.5及SB12.5層序界面盡管形成于海平面相對下降時期，但下降的幅度較小，層序界面的削蝕及下切水道特征不明顯，層序主要發(fā)育海侵體系域和高位體系域。

3 結(jié) 論

(1) 珠江組—韓江組深水低位域沉積體主要有陸架邊緣三角洲、低位扇、下切水道(深切谷)充填等沉積為主。

(2) 構(gòu)造沉降導(dǎo)致研究區(qū)從淺海陸架轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏懫鲁练e環(huán)境，研究區(qū)開始發(fā)育深水低位沉積。

(3) 盆地古地貌、斷裂坡折帶使研究區(qū)沉積具有陸架坡折的I型層序，在相對海平面下降時發(fā)育低位體系域；而古珠江砂質(zhì)背景的穩(wěn)定的北方物源供給和相對海平面的升降變化使研究區(qū)形成臺階式海侵退積層序組合，具有下粗上細的沉積序列，造就了研究區(qū)以深水低位沉積體為主的優(yōu)質(zhì)儲蓋組合。

[1] 吳景富，徐強，祝彥賀.南海白云凹陷深水區(qū)漸新世—中新世陸架邊緣三角洲形成及演化[J].地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，2010，35(4)：681-689.

[2] 韓小鋒，陳世悅，劉寶鴻，等.深水沉積特征研究現(xiàn)狀及展望[J].特種油氣藏，2008，15(2)：1-6.

[3] 劉軍，龐雄，顏承志，等.南海北部陸坡白云凹陷13.8Ma深水扇沉積[J].特種油氣藏，2011，18(4)：39-43.

[4] Stow D A， Mayall M.Deep-water sedimentary systems：now models for the 21st century[J].Marine and Petroleum Geology，2000，17：125-135.

[5] 施和生，秦成崗，高鵬，等.珠江口盆地番禺隆起—白云凹陷北坡天然氣晚期成藏特征[J].中國海上油氣，2008，20(2)：73-76.

[6] 董偉，林暢松，謝利華，等.珠江口盆地番禺隆起東南緣斷裂坡折帶及其對低位域構(gòu)造—巖性油氣藏的控制作用[J].地球?qū)W報，2009，30(2)：256-262.

[7] 施和生，秦成崗，張忠濤，等.珠江口盆地白云凹陷北坡—番禺隆起油氣復(fù)合輸導(dǎo)體系探討[J].中國海上油氣，2009，21(6)：361-366.

[8] 彭大鈞，龐雄，陳長民，等.南海珠江深水扇系統(tǒng)的形成特征與控制因素[J].沉積學(xué)報，2006，24(1)：10-16.

[9] 秦成崗，施和生，張忠濤，等.珠江口盆地番禺隆起—白云凹陷北坡SQ21.0層序陸架坡折帶沉積特征及油氣勘探潛力[J].中國海上油氣，2011，23(1)：14-18.

[10] 秦國權(quán).微體古生物在珠江口盆地新生代晚期層序地層學(xué)研究中的運用[J].海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，1996，16(4)：1-18.

[11] 秦國權(quán).珠江口盆地新生代晚期層序地層劃分和海平面變化[J].中國海上油氣(地質(zhì))，2002，16(1)：1-10.

[12] 龐雄，陳長民，施和生，等.相對海平面變化與南海珠江深水扇系統(tǒng)的響應(yīng)[J].地學(xué)前緣，2005，12(3)：167-177.

[13] 龐雄，陳長民，彭大鈞，等.南海珠江深水扇系統(tǒng)及油氣[M] .北京：科學(xué)出版社，2007：144-150.

[14] 易海，張莉，林珍.南海北部中生代構(gòu)造格局與盆地發(fā)育特征[J].石油實驗地質(zhì)，2012，34(4)：388-394.

[15] 金曉輝，林青，傅寧，等.南海北部二氧化碳對天然氣水合物形成與分布的影響[J].石油實驗地質(zhì)，2013，35(6)：634-639.

[16] 徐政語,姚根順,黃羚,等.中國南方海相殘留盆地勘探風險分析與選區(qū)評價[J].石油實驗地質(zhì),2013,35(1):9-16.

[17] 徐志誠，呂福亮，范國章，等.西非海岸盆地深水區(qū)油氣地質(zhì)特征和勘探前景[J].油氣地質(zhì)與采收率，2012，19(5)：1-5.

[18] 逄建東，李三福，賈存富，等.海洋深水區(qū)速度規(guī)律及速度場建立——以白云凹陷為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2012，19(5)：50-53.

[19] 朱廷祥，段鐵軍.南海瓊東南盆地深水區(qū)油氣勘探潛力[J].石油實驗地質(zhì),2012,34(3): 277-280.

[20] 張鑫，朱光輝,趙汝敏,楊松嶺.孟加拉灣盆地東部某區(qū)塊深水扇沉積特征[J].特種油氣藏,2012,19(6)：45-48.

[21] 劉志峰,王升蘭,印斌浩,等.珠江口盆地珠Ⅰ、珠Ⅲ坳陷裂陷期湖相分布差異及其控制因素[J].石油實驗地質(zhì),2013,35(5):523-527.

編輯 黃華彪

20150104；改回日期：20150312

國家自然科學(xué)基金“南海北部新近紀陸架坡折的發(fā)育演化及其對南海盆地動力學(xué)過程的積極響應(yīng)”(91328201)

冉懷江(1982-)，男，工程師，2006年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)寶石與材料工藝學(xué)專業(yè)，2012年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事層序地層及沉積學(xué)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.011

TE122.3

A

1006-6535(2015)03-0046-05