白云凹陷水道幾何形態(tài)研究

喬　博，張昌民，李少華，杜家元，李向陽，3

白云凹陷水道幾何形態(tài)研究

喬博1*，張昌民1，李少華1，杜家元2，李向陽1，3

1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊州 434023 2.中國(guó)海洋石油總公司深圳分公司研究院，廣東 廣州 510083 3.河南省核工業(yè)地質(zhì)局，河南 信陽 464000

以珠江口盆地白云凹陷中的水道為例，對(duì)水道的幾何形態(tài)展開研究，通過均方根振幅屬性圖確定水道的整體形態(tài)，截取若干橫截面刻畫水道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并測(cè)量水道的深度和寬度，計(jì)算寬深比。研究發(fā)現(xiàn)，在該地區(qū)發(fā)育有兩種幾何形態(tài)的水道，21.0～18.5 Ma時(shí)期水道變寬變淺和10.5～8.5 Ma時(shí)期水道變窄變深。水道的形態(tài)首先受到古地貌的控制，21.0～18.5 Ma時(shí)期和10.5～8.5 Ma時(shí)期不同的地貌環(huán)境對(duì)兩個(gè)時(shí)期水道的發(fā)育有重要的影響。此外，沉積流體的侵蝕能力也影響了水道的形態(tài)。在21.0 Ma時(shí)海平面上升，并且遠(yuǎn)離沉積物源會(huì)導(dǎo)致水道中的沉積物供給降低，流體侵蝕能力較小，故水道變寬變淺。在10.5 Ma時(shí)由于東沙隆起抬升的影響，并靠近物源使得水道中沉積物更多地以重力流形式向下搬運(yùn)沉積，侵蝕能力較強(qiáng)，故水道變窄變深。水道幾何形態(tài)研究對(duì)研究水道的整體演化過程有重要意義，也有助于了解該地區(qū)的沉積條件。

白云凹陷；水道；幾何形態(tài)；古地貌；海平面變化

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喬 博，張昌民，李少華，等.白云凹陷水道幾何形態(tài)研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，37（2）：65-72.

Qiao Bo，Zhang Changmin，Li Shaohua，et al.Study of the Configuration of Two Types of Submarine Channels in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：65-72.

引言

20世紀(jì)40年代，在北美大陸邊緣首次識(shí)別出深水水道，自此深水水道成為石油工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。深水水道是由重力流流動(dòng)形成的，具有伸長(zhǎng)的負(fù)向地貌特征，它代表一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)期的沉積物搬運(yùn)通道。濁流系統(tǒng)內(nèi)的水道形態(tài)和位置受沉積過程或侵蝕下切作用的控制，水道地貌可以是侵蝕或沉積成因，也可以是兩者兼而有之的復(fù)合。它作為運(yùn)移通道將沉積物從大陸架運(yùn)移到深海盆地中［12］。

近幾年來中國(guó)對(duì)水道的研究逐漸增多，主要集中在南海的瓊東南盆地、鶯歌海盆地和珠江口盆地，更多地關(guān)注于水道的形態(tài)識(shí)別和時(shí)空演化［39］。Martin等通過實(shí)驗(yàn)室模擬研究下切谷的動(dòng)力機(jī)制，對(duì)下切谷的幾何形態(tài)和演化進(jìn)行定量模擬，提出下切谷演化的3種模式：峽谷加積和增寬；峽谷下切和增寬；峽谷下切和變窄，并分析其受控因素［10］。本文受Matrin文章的啟發(fā)，對(duì)珠江口盆地白云凹陷兩種不同類型水道的幾何形態(tài)進(jìn)行研究，并分析它們的形成原因。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

珠江口盆地位于南海北部陸緣，是受太平洋板塊向中國(guó)大陸的俯沖擠壓作用控制而在加里東、海西和燕山期褶皺基底上發(fā)育起來的以新生代沉積為主的張性盆地。白云凹陷位于珠江口盆地珠二拗陷的深水區(qū)（圖1），北接番禺低隆起，南至中部隆起，西連云開低凸起，東鄰東沙隆起，總體上為東西走向，水深為200～2 000 m，面積約為2×104km2，是珠江口盆地面積最大、沉積最厚的凹陷，同時(shí)也是盆地的沉積和沉降中心。白云凹陷先后經(jīng)歷了斷陷期、斷拗過渡期和拗陷期3個(gè)構(gòu)造演化階段，沉積了以湖相、三角洲—河流沼澤相為主的文昌組、恩平組陸相地層；大規(guī)模的三角洲和濱岸相的珠海組地層；珠江組、韓江組、粵海組、萬山組和第四系的海相地層（圖2）。

圖1　白云凹陷位置圖Fig.1　Location map of Baiyun Sag

圖2　珠江口盆地地層柱狀簡(jiǎn)圖Fig.2　Stratigraphic column of Pearl River Mouth Basin

前人對(duì)珠江口盆地的層序地層做了大量工作［1115］，在珠江組、韓江組和粵海組中共識(shí)別了15個(gè)層序界面（圖3），分別為23.8，21.0，18.0，17.5，17.1，16.5，15.5，14.8，13.8，12.5，11.7，10.5，8.5，6.3和5.5 Ma，還有一個(gè)最大海泛面18.5 Ma。從21.0 Ma開始，陸架坡折基本位于白云凹陷的北部邊緣，位置變化并不大。白云凹陷的主體位于陸架坡折之下，即屬于大陸坡的范疇。18.5 Ma時(shí)達(dá)到最大海泛面，故從21.0 Ma到18.5 Ma是海平面不斷上升的時(shí)期。10.5 Ma時(shí)，珠江口盆地發(fā)生了東沙運(yùn)動(dòng)，東沙隆起抬升，使得盆地在沉降過程中發(fā)生塊斷升降，隆起剝蝕。

圖3　珠江口盆地中新世層序劃分Fig.3　Sequence stratigraphic classification in Miocene of Pearl River Mouth Basin

2　水道實(shí)例

在珠江口盆地白云凹陷中，發(fā)現(xiàn)有兩種類型的水道。第一種類型的水道是變寬變淺。第二種類型的水道是變窄變深。采用均方根屬性圖來展示水道的整體形態(tài)，截取若干橫截面刻畫水道的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以此來對(duì)兩種類型的水道進(jìn)行研究。

第一種類型的水道整體趨勢(shì)是變寬變淺的（圖4），發(fā)育在21.0～18.5 Ma時(shí)期，該水道位于大陸坡的下部較平緩地區(qū)。從圖4屬性圖中可以看出該水道越往下越寬。取該水道I、II和III等3個(gè)位置橫截面的地震剖面。在I處水道的寬度為1 885 m，深度為228 m，寬深比為8.27；II處水道的寬度為2 250 m，深度為200 m，寬深比為11.25；III處水道的寬度為2 460 m，深度為165 m，寬深比為14.91。從這3處地震剖面的寬度和深度測(cè)量，并結(jié)合寬深比，可以看出該水道是逐漸變寬變淺的。

圖4　第一種類型的水道屬性圖和3個(gè)位置的橫截面地震剖面Fig.4　Attribution map and three cross-section seismic maps of the first type of channel

第二種類型的水道整體趨勢(shì)是變窄變深的（圖5），發(fā)育在10.5～8.5 Ma時(shí)期，該水道位于大陸坡的上部，靠近陸架坡折。從圖5屬性圖中可以看出該水道稍有彎曲，越往下越窄。取該水道A、B、C和D等4個(gè)位置橫截面的地震剖面。在A處水道的寬度為4 674 m，深度為131 m，寬深比為35.68；B處水道的寬度為3 913 m，深度為202 m，寬深比為19.37；C處水道的寬度為2 822 m，深度為292 m，寬深比為9.66；D處水道的寬度為2 589 m，深度為348 m，寬深比為7.44。從這4處地震剖面的寬度和深度測(cè)量，并結(jié)合寬深比，可以看出該水道是逐漸變窄變深的。

圖5　第二種類型的水道屬性圖和4個(gè)位置的橫截面地震剖面Fig.5　Attribution map and four cross-section seismic maps of the second type of channel

3　解　釋

在珠江口盆地白云凹陷中發(fā)育兩種形態(tài)的水道，一種是變寬變淺，一種是變窄變深。在深海環(huán)境中，水道的形成、發(fā)育和演化受到一系列因素的影響［1620］。海底地貌對(duì)水道的發(fā)育起到控制作用。此外，還受到相對(duì)海平面變化（下降還是上升，持續(xù)時(shí)間和速率）、沉積物供給（粒度和速率）、最初遠(yuǎn)濱的水深以及側(cè)壁的侵蝕能力等諸多要素的影響。

古地貌對(duì)水道中的流體有強(qiáng)烈的控制作用，會(huì)對(duì)水道中流體的方向、速度、容量等產(chǎn)生影響，進(jìn)而決定了水道的形態(tài)和發(fā)育［1617］。在深海環(huán)境中進(jìn)行古地貌的恢復(fù)，不用考慮剝蝕的影響，只需要考慮壓實(shí)。雖然沒有進(jìn)行壓實(shí)恢復(fù)，但是時(shí)間構(gòu)造圖還是能反映當(dāng)時(shí)的古地貌，大致反映當(dāng)時(shí)的地形起伏。

通過 21.0～18.5 Ma和 10.5～8.5 Ma兩個(gè)時(shí)期水道地區(qū)的時(shí)間構(gòu)造圖（圖6）可以看出，在21.0～18.5 Ma水道地區(qū)有溝槽發(fā)育，水道位置的時(shí)間值與周圍的差別并不大，說明該溝槽深度并不大，而且越往下溝槽的寬度越大。而在10.5～8.5 Ma水道地區(qū)，該地區(qū)明顯發(fā)育有溝槽，該溝槽上部寬下部明顯變窄，深度也逐漸增大。這樣的古地貌決定了這兩個(gè)時(shí)期的水道的大體形態(tài)。

圖6　21.0 Ma和10.5 Ma時(shí)水道地區(qū)的時(shí)間構(gòu)造圖Fig.6　Channel foemation along time in 21.0 Ma and 10.5 Ma

除了古地貌的控制作用，還有其他因素對(duì)這兩期水道的形態(tài)產(chǎn)生影響。

對(duì)于在21.0～18.5 Ma時(shí)期形成的第一種類型水道，由于在18.5 Ma時(shí)出現(xiàn)最大海泛面，所以海平面在21.0 Ma時(shí)處于不斷上升的過程中。由于海平面上升產(chǎn)生頂托作用，阻礙了沉積物順斜坡向下運(yùn)移。而且該水道位于大陸坡的下部，遠(yuǎn)離陸架坡折，遠(yuǎn)離古珠江三角洲，沉積物供給量相對(duì)較少，而且搬運(yùn)距離還較長(zhǎng)（圖7）。

圖7　第一種類型水道模式圖Fig.7　Scheme of the first type of the channel

從I、II、III等3處的地震剖面素描圖中可以看出這3個(gè)地方的水道基底均較為圓滑，水道橫截面呈現(xiàn)為U型，反映其沉積時(shí)期下切侵蝕作用并不是很強(qiáng)，更多的是以加積的形式沉積下來。故水道順大陸坡往下發(fā)育，變寬變淺。

對(duì)于在10.5～8.5 Ma時(shí)期形成的第二種類型水道，由于在10.5 Ma時(shí)發(fā)生東沙運(yùn)動(dòng)，東沙運(yùn)動(dòng)使盆地在沉降過程中發(fā)生塊斷升降，隆起侵蝕。東沙隆起抬升，而白云凹陷靠近東沙隆起，也受其影響而抬升。該水道位于大陸坡上部，靠近陸架坡折，距離古珠江三角洲也較近，沉積物供給相對(duì)充足，構(gòu)造隆起抬升使得陸架邊緣的大量沉積物更多的是以重力流的形式沿著大陸坡向下運(yùn)移（圖8）。重力流的侵蝕能力強(qiáng)，對(duì)下伏地層進(jìn)行侵蝕切割。

從A、B、C、D等4處的地震剖面素描圖中可以看出這4個(gè)位置的水道基底越來越尖銳，水道橫截面呈現(xiàn)為從U型逐漸演化為V型，反映其沉積時(shí)期下切侵蝕作用順斜坡逐漸增強(qiáng)。故水道順大陸坡往下發(fā)育，變窄變深。

水道的形態(tài)究竟是變寬還是變窄，變深還是變淺？這首先取決于海底地貌，古地貌對(duì)水道的形態(tài)起到?jīng)Q定性的作用。此外就是沉積流體的侵蝕能力的大小。無論是海平面變化還是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，他們通過不同的方式和途徑最終影響了沉積物的供給，影響了沉積流體的侵蝕能力，進(jìn)而影響水道。它們最終決定了水道的整體幾何形態(tài)。

圖8　第二種類型水道模式圖Fig.8　Scheme of the second type of channel

兩種類型的水道，其內(nèi)部充填不同。雖然沒有取芯來予以證實(shí)，但是根據(jù)距離物源的遠(yuǎn)近依然可以判定，第一種水道由于遠(yuǎn)離三角洲，其沉積物供給較少，砂質(zhì)沉積物相對(duì)較少，不易成為儲(chǔ)層。而第二種水道靠近古珠江三角洲，其沉積物供給充足，砂質(zhì)沉積物充足，有可能成為較好的儲(chǔ)層。

4　結(jié)　論

（1）在珠江口盆地白云凹陷中識(shí)別出兩種幾何形態(tài)的水道，分別為變寬變淺和變窄變深。第一種類型的水道發(fā)育在21.0～18.5 Ma時(shí)期，水道形態(tài)為變寬變淺；第二種類型的水道發(fā)育在10.5～8.5 Ma時(shí)期，水道形態(tài)為變窄變深。

（2）水道的幾何形態(tài)首先是受到古地貌的影響。其次是受到海平面變化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素的影響。它們決定了水道中沉積流體侵蝕能力的大小，影響了水道中的侵蝕、沉積過程，進(jìn)而決定了水道的形態(tài)。

（3）水道的幾何形態(tài)研究是水道研究的重要組成部分。通過定量化研究，能夠確定水道形態(tài)的變化，對(duì)于研究水道的演化過程具有重要意義，這也有助于了解和認(rèn)識(shí)該地區(qū)的沉積條件。

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喬 博，1987年生，男，漢族，河南靈寶人，博士研究生，主要從事沉積學(xué)與層序地層學(xué)研究。E-mail：qb123124@126.com

張昌民，1963年生，男，漢族，河南靈寶人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)與石油地質(zhì)研究。E-mail：zcm@yangtzeu.edu.cn

李少華，1972年生，男，漢族，湖北武漢人，教授，博士，主要從事儲(chǔ)層建模與GIS應(yīng)用方面的研究。E-mail：pishli@163.com

杜家元，1964年生，男，漢族，湖北松滋人，高級(jí)工程師，博士研究生，主要從事石油天然氣勘探綜合研究。E-mail：dujy@cnoon.com.cn

李向陽，1969年生，男，漢族，河南盧氏人，高級(jí)工程師，博士，主要從事地震沉積學(xué)研究。E-mail：lxyflr@163.com

編輯：張?jiān)圃?/p>

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Study of the Configuration of Two Types of Submarine Channels in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin

Qiao Bo1*，Zhang Changmin1，Li Shaohua1，Du Jiayuan2，Li Xiangyang1，3
1.MOE Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China 2.Research Institution，Shenzhen Branch，CNOOC，Guangzhou，Guangdong 510083，China 3.Henan Province Nuclear Geology Bureau，Xinyang，Henan 464000，China

Taking the submarine channels in the Baiyun Sag as examples，we carried out the study of the geometry of the submarine channels.We defined the shape of the submarine channels through RMS attribution map，described the internal structure，measured the depth and width of the channels and calculated the width/depth ratio.Through these studies，we found there are two types of submarine channels in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin.One type is wider and shallower in 21.0～18.5 Ma，the other type narrower and deeper in 10.5～8.5 Ma.The geometry of submarine channels are largely controlled by the topography；different topographies in these two phases play an important role in the submarine channel development. Besides，the erosion of the flow in the channels could influence the geometry of submarine channels.In 21.0 Ma，the sea-level rises and the sediment supply decreases as the channel is far from the paleo-Pearl River Delta，so that the channel becomes wider and shallower.In 10.5 Ma，as the Dongsha Uplift rose and the channel is close to the paleo-Pearl River Delta，so that the sediment is transported in the form of the gravity flow，which leads to high erosion ability.Ultimately the submarine channel becomes narrower and deeper.The research of the geometry of submarine channels is important in understanding the evolution of the channels and helpful to explore the sedimentary condition of this area.

Baiyun Sag；submarine channel；geometry；topography；sea-level change

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.06.18.01

1674-5086（2015）02-0065-08

TE122

A

2013-06-18網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-03-23

喬 博，E-mail：qb123124@126.com

國(guó)家“十二五”重大專項(xiàng)（2011ZX05023-002-007）；國(guó)家自然科學(xué)基金（41302096）。