珠江口盆地重要不整合界面與珠江沉積體系演化分析①

王永鳳 李 冬 王英民 徐 強(qiáng)

(1.石油化工管理干部學(xué)院 北京 100012;2.中海油研究總院 北京 100027;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 北京 102249)

0 引言

珠江口盆地是我國(guó)重要的油氣生產(chǎn)基地，特別是2006年白云凹陷荔灣3-1深水大氣田的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)成功由淺水油氣勘探邁進(jìn)了深水油氣勘探領(lǐng)域［1-9］。多年勘探表明白云深水區(qū)油氣分布特征較為復(fù)雜，除了烴源條件和構(gòu)造條件復(fù)雜等因素外，大型儲(chǔ)集體的分布規(guī)律尚沒(méi)有明確的認(rèn)識(shí)，而這些儲(chǔ)集體不僅制約著油氣的勘探方向，還直接關(guān)系到深水油氣勘探的成?。?］。因此，對(duì)于作為珠江口盆地主要大型沉積體系——珠江沉積體系演化規(guī)律的研究顯得格外重要。

本文從南海擴(kuò)張歷史以及珠江口盆地構(gòu)造演化分析入手，重點(diǎn)探討了南海擴(kuò)張對(duì)珠江沉積體系演化的控制作用，旨在明確珠江沉積體系的演化歷史與展布規(guī)律，指明南海深水區(qū)油氣勘探方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

珠江口盆地位于南海北部陸架區(qū)，為南海北部最大的新生代盆地。依據(jù)裂陷期構(gòu)造特征，可將珠江口盆地可劃分為3個(gè)隆起、2個(gè)拗陷，共5個(gè)大型構(gòu)造單元，以及多個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，具體分布情況見(jiàn)圖1。珠江口盆地自開(kāi)始形成至今，經(jīng)歷了裂陷期、拗陷期和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，共發(fā)生7次主要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，分別為神狐運(yùn)動(dòng)(65 Ma)、珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕(50 Ma)、珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕(35 Ma左右)、南海運(yùn)動(dòng)(30 Ma或32 Ma)、白云運(yùn)動(dòng)(23.8 Ma)、東沙運(yùn)動(dòng)(10.5 Ma)和臺(tái)灣造山運(yùn)動(dòng)(5.5 Ma)，并形成了一系列的區(qū)域不整合面，見(jiàn)圖2。

2 南海擴(kuò)張與重要不整合界面

珠江口盆地為發(fā)育于南海北部的被動(dòng)大陸邊緣盆地，其形成與南海擴(kuò)張密不可分。與典型被動(dòng)大陸邊緣相比，南海經(jīng)歷了完整的洋中脊開(kāi)閉旋回［10-12］，即自古新世65 Ma開(kāi)始形成以來(lái)，經(jīng)歷了裂谷期、漂移期以及漂移后期。而世界上諸多被動(dòng)大陸邊緣仍處于漂移期，尚不發(fā)育漂移后期層序，故漂移后期層序是南海特有的沉積層序?？梢?jiàn)，利用典型被動(dòng)大陸邊緣盆地中破裂不整合將珠江口盆地進(jìn)行演化階段的劃分顯然是不合理的。所以，在珠江口盆地內(nèi)部尋找與洋中脊擴(kuò)張作用相對(duì)應(yīng)的重要不整合界面來(lái)合理劃分珠江口盆地演化階段，總結(jié)其沉積演化規(guī)律是非常必要的。

在珠江口盆地演化過(guò)程中經(jīng)歷了諸多構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(例如神狐運(yùn)動(dòng)、珠瓊運(yùn)動(dòng)等)，并形成了一系列的不整合界面，這些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與不整合界面對(duì)珠江口盆地的形成與演化起著重要的控制作用。通過(guò)本文的研究發(fā)現(xiàn)其中有三個(gè)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(Tg、T7和T6)以及一個(gè)不整合界面(SB13.8)對(duì)珠江口盆地演化與沉積具有重要的控制作用，即神狐運(yùn)動(dòng)代表著盆地進(jìn)入裂陷期;南海運(yùn)動(dòng)代表著盆地裂陷期的結(jié)束，洋中脊的初次打開(kāi);白云運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著盆地深水區(qū)突然擴(kuò)大;而SB13.8對(duì)應(yīng)著盆地整體坡度變陡。進(jìn)而根據(jù)該4個(gè)界面可將珠江口盆地演化劃分為4個(gè)階段。由于與神狐運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的不整合界面為基底反射，區(qū)域上特征明顯，本文不作為重點(diǎn)，將其它三個(gè)不整合界面歸類(lèi)為珠江口盆地的重要不整合界面，將其特征分述如下文。

圖1 珠江口盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D［9］Fig.1 Tectonic unit compartmentalization of the Pearl River Mouth Basin

2.1 破裂不整合面(T7)

關(guān)于破裂不整合的成因，F(xiàn)lavey［14］認(rèn)為洋中脊的打開(kāi)，導(dǎo)致區(qū)域性的拉張應(yīng)力在新產(chǎn)生的洋中脊處得以釋放，加上洋中脊的側(cè)向擴(kuò)張力，造成了整體發(fā)生區(qū)域性的抬升。此次區(qū)域性抬升導(dǎo)致了裂谷區(qū)大范圍遭受剝蝕，形成了地震反射特征明顯的破裂不整合面。而對(duì)于珠江口盆地來(lái)說(shuō)，T7界面(32 Ma)為公認(rèn)的破裂不整合面，為珠海組的底界面，在地震上表現(xiàn)為斷拗轉(zhuǎn)換面特征，全盆地可追蹤對(duì)比，下削上超特征明顯(圖3)。根據(jù)Briais等［15］研究的南海磁異常條帶圖也可看出，南海最古老的磁異常條帶編號(hào)為11(32 Ma)，指示了南海在32 Ma洋中脊開(kāi)始形成，區(qū)域性拉張應(yīng)力消失，致使裂谷區(qū)發(fā)生區(qū)域性抬升而遭受剝蝕，形成區(qū)域性的破裂不整合面。隨后伴隨著南海進(jìn)入漂移期，在破裂不整合面T7之上沉積了拗陷期產(chǎn)物。

2.2 陸坡躍遷不整合(T6或SB23.8)

漸新世末期發(fā)生的白云運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致了洋中脊的擴(kuò)張位置向南發(fā)生躍遷［16］，新的大洋中脊在南部產(chǎn)生。此次洋中脊的二次打開(kāi)造成了珠江口盆地再次發(fā)生區(qū)域性抬升，地層再次遭受剝蝕，形成SB23.8。在23.8 Ma南海洋中脊發(fā)生躍遷之后，南海進(jìn)入了“剪刀式”擴(kuò)張階段，洋中脊由東向西逐漸擴(kuò)展，“喇叭口”逐漸形成。而珠江口盆地陸架坡折帶也由早期洋中脊附近向北發(fā)生大規(guī)模的躍遷，躍遷至白云凹陷北部。因此將SB23.8界面稱(chēng)之為陸坡躍遷不整合。

2.3 陸坡坡度突變不整合(SB13.8)

在早中新世末期(16.5 Ma)，南海洋中脊停止擴(kuò)張，區(qū)域擠壓力消失。由于洋殼的密度大于陸殼，必將引起洋殼的下沉，故16.5 Ma之后南海北部整體向南發(fā)生掀斜，且陸坡坡度逐漸增加，直至13.8 Ma陸坡坡度突然增大，形成了SB13.8。在珠江口盆地，SB13.8界面較易識(shí)別，該界面之下的地層在地震反射剖面上多呈現(xiàn)連續(xù)性較好的地震反射特征，而位于SB13.8界面之上的地層，在坡折帶之下一般表現(xiàn)為連續(xù)性差、雜亂反射、下切水道以及遷移性水道發(fā)育的特征(圖3)。除此之外，SB13.8還是一個(gè)陸坡坡度突變的一個(gè)分界面:界面之下，陸坡的坡度較小;界面之上，陸坡的坡度較大。因此，將SB13.8命名為陸坡坡度突變不整合面。

圖2 珠江口盆地地層發(fā)育特征及相對(duì)海平面變化［13］Fig.2 Characteristics of strata development and relative sea-level change in the Pearl River Mouth Basin

3 珠江沉積體系演化與油氣勘探方向

3.1 珠江沉積體系演化

以上述重要不整合界面為界，可將珠江口盆地演化階段劃分為四個(gè)演化階段，分別為裂陷期、斷陷陸坡期、拗陷緩陸坡期和拗陷陡陸坡期。裂陷期主要發(fā)育河流、湖泊相沉積，為主要烴源巖發(fā)育期，不是勘探的重點(diǎn)層位。所以下面重點(diǎn)對(duì)后三個(gè)階段進(jìn)行闡述。

3.1.1 斷陷陸坡—陸架邊緣三角洲階段(32～23.8 Ma)

南海(32 Ma)洋中脊開(kāi)始擴(kuò)張之后，標(biāo)志著南海漂移期的開(kāi)始。由于洋殼剛剛生成，陸架坡折位于新生洋殼附近，盆地整體表現(xiàn)為斷陷窄陸坡、寬陸架的特征。此時(shí)，珠江沉積體系在珠江口盆地白云凹陷發(fā)育了珠海組陸架邊緣三角洲沉積［17-19］(圖4)。該階段發(fā)育的陸架邊緣三角洲與典型陸架邊緣三角洲相比，較為獨(dú)特，是發(fā)育在陸架之上深凹陷內(nèi)部、具高角度前積的大型三角洲(圖5)。三角洲前積層高差可達(dá)500 m，標(biāo)志著在廣泛寬陸架背景之上，存在水深至少達(dá)500 m的深凹陷，并在深凹陷坡折帶處形成陸架邊緣三角洲。此后，隨著23.8 Ma南海洋中脊擴(kuò)張軸向南躍遷，在白云運(yùn)動(dòng)的作用下，陸架坡折向北發(fā)生大規(guī)模的躍遷，標(biāo)志著該階段結(jié)束。

圖3 珠江口盆地主要不整合界面地震反射特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of the main unconformities in the Pearl River Mouth Basin

3.1.2 拗陷緩陸坡—陸架邊緣三角洲階段(23.8～13.8 Ma)

23.8 Ma之后，陸架坡折躍遷到了白云凹陷北坡，與現(xiàn)今陸架坡折帶位置基本一致，白云凹陷為陸坡深水環(huán)境。珠江口盆地整體上形成了寬陸架—寬緩陸坡的沉積背景，標(biāo)志著珠江口盆地進(jìn)入到了拗陷緩陸坡階段。該階段，珠江三角洲發(fā)育在陸架邊緣，跨越陸架坡折發(fā)育，為典型的陸架邊緣三角洲(圖4，5)。

圖5 珠江口盆地古地貌以及沉積演化［20］Fig.5 Paleogeomorphology and sedimentary evolution of the Pearl River Mouth Basin［20］

該時(shí)期的陸架邊緣三角洲前積層高差有所減小(圖4)，但是前積層橫向延伸距離增加，主要是由于陸坡較緩所致。

3.1.3 拗陷陡陸坡—三角洲—海底峽谷—海底扇階段(13.8～現(xiàn)今)

從區(qū)域地震剖面上可以看出(圖3)，13.8Ma之后，深水區(qū)地震相特征發(fā)生突變:13.8 Ma之前陸坡坡度較緩;13.8 Ma之后，陸坡坡度變大，珠江口盆地進(jìn)入到了拗陷陡陸坡演化階段。在陡陸坡環(huán)境中，沉積物重力流流速較快，下切侵蝕能力強(qiáng)，容易形成峽谷，并在峽谷末端發(fā)育深水扇沉積，組成“峽谷—深水扇”體系(圖5，6)。因此，13.8 Ma之后，珠江口盆地開(kāi)始發(fā)育“峽谷—深水扇”體系，并在多種因素影響下，“峽谷—深水扇”體系發(fā)生側(cè)向遷移。

圖7 珠江沉積體系深水油氣勘探方向示意圖Fig.7 Diagram showing deep-water exploration direction of Pearl River sedimentary system

3.2 深水油氣勘探方向探討

深水油氣勘探中，烴源條件是基礎(chǔ)，大型儲(chǔ)集體的發(fā)育時(shí)關(guān)鍵。珠江口白云凹陷是一個(gè)富烴凹陷，為我國(guó)深水油氣勘探事業(yè)提供了重要的保障。而由大型珠江水系供應(yīng)而形成的碎屑巖沉積，為珠江口盆地大型儲(chǔ)集體的發(fā)育奠定了重要的基礎(chǔ)。通過(guò)上述對(duì)珠江沉積體系的演化分析，可以看出:破裂不整合之后發(fā)育了大型的陸架邊緣三角洲和海底峽谷—深水扇沉積，這兩個(gè)沉積體也是目前世界上深水碎屑巖勘探的重要目標(biāo)。然而，陸架邊緣三角洲和海底峽谷—深水扇沉積展布模式不同，必將導(dǎo)致兩者勘探方向有所不同。

在緩陸坡階段，儲(chǔ)層主要在陸架坡折帶附近發(fā)育，主要為陸架邊緣三角洲砂體，三角洲主體主要發(fā)育于陸架坡折帶邊緣，并沿著坡折帶走向附近發(fā)育。因此，對(duì)陸架邊緣三角洲的勘探應(yīng)該沿著陸架坡折(或坡折帶)的延伸方向，即應(yīng)采取橫向?qū)ふ业乃悸?在陡陸坡階段，儲(chǔ)層主要發(fā)育在陸架坡折帶的下方，與陸架坡折之間往往有峽谷水道相溝通，為典型的深水砂體沉積，其主要垂直于陸架發(fā)育，應(yīng)采取縱向的勘探思路，垂直于陸架坡折方向?qū)ふ矣蜌?圖7)。

4 結(jié)論

(1)在珠江口盆地發(fā)育的眾多不整合面之間，除了基底以外，發(fā)育了三個(gè)重要的不整合面，這些重要的不整合面與南海擴(kuò)張歷史息息相關(guān):破裂不整合面(T7)，與南海洋中脊打開(kāi)事件相對(duì)應(yīng);陸坡躍遷不整合面(T6/SB23.8)是由于白云運(yùn)動(dòng)洋中脊向南躍遷而形成;陸坡坡度突變不整合(SB13.8)響應(yīng)于南海擴(kuò)張停止事件。

(2)依據(jù)重要不整合面可將珠江口盆地演化劃分為四個(gè)階段:裂陷期主要發(fā)育河流、湖泊相沉積;斷陷陸坡期，主要發(fā)育陸架邊緣三角洲沉積(前積層較陡);拗陷緩陸坡期，發(fā)育陸架邊緣三角洲沉積(前積層較緩);拗陷陡陸坡期，主要表現(xiàn)為三角洲—海底峽谷—海底扇的組合。

(3)針對(duì)不同階段沉積體，油氣勘探方向有所不同:斷陷陸坡期與拗陷緩陸坡期陸架邊緣三角洲的勘探，應(yīng)該沿著陸架坡折帶橫向去尋找;而對(duì)于拗陷陡陸坡期三角洲—海底峽谷—海底扇，應(yīng)采取縱向的勘探思路，即垂直于陸架坡折方向?qū)ふ矣蜌狻?/p>

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