珠江口盆地白云凹陷中新世水道發(fā)育的主控因素

喬　博，張昌民，李少華，杜家元，張忠濤

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安　710018；2.長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢　430100； 3.中國海洋石油總公司 深圳分公司，廣東 廣州　510240)

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珠江口盆地白云凹陷中新世水道發(fā)育的主控因素

喬博1,2，張昌民2，李少華2，杜家元3，張忠濤3

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安710018；2.長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430100； 3.中國海洋石油總公司 深圳分公司，廣東 廣州510240)

珠江口盆地白云凹陷在中新世21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma三個時期均發(fā)育有大型水道。不同時期水道的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均不相同。21～18.5 Ma時期水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，水道延伸距離遠(yuǎn)，搬運(yùn)的沉積物在白云凹陷遠(yuǎn)端沉積下來；13.8～12.5 Ma水道逐漸向北退卻遷移，早期水道在凹陷南部地區(qū)發(fā)育，隨后逐漸向北溯源遷移。10.5～8.5 Ma水道逐漸變窄變深，具有典型匯聚水道的特點(diǎn)。上述水道遷移和形態(tài)特征的變化是由于各時期水道發(fā)育的控制因素不同造成的。21～18.5 Ma時期水道的發(fā)育與來自于陸架邊緣三角洲的充足物源供給有關(guān)；13.8～12.5 Ma時期水道的主控因素是13.8 Ma時期海平面的大幅度下降；10.5～8.5 Ma水道的遷移與東沙運(yùn)動造成白云凹陷相對隆升以及古地貌密切相關(guān)。對不同時期水道控制因素的分析為中新世以來白云凹陷水道的形態(tài)及演化過程分析提供了新的地質(zhì)信息。

白云凹陷；控制因素；沉積物供給；海平面變化；東沙運(yùn)動；古地貌

0　引　言

近幾十年來，隨著在巴西亞馬遜扇、墨西哥灣以及西非大陸邊緣等地區(qū)獲得大量的油氣資源，深水油氣勘探取得長足的進(jìn)步，深水沉積學(xué)研究也在逐步深入。深水水道大多位于被動大陸邊緣，是深水沉積體系重要的組成部分；是物質(zhì)向深海盆地輸送的重要通道；是大陸邊緣“由源到匯”研究的重要內(nèi)容；同時,可作為粗粒沉積物的沉積場所而成為有利的儲層發(fā)育預(yù)測研究的熱點(diǎn)[1-4]。

深水水道的研究主要包含內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖、外部形態(tài)刻畫以及演化過程展示[5-10]。深水水道的發(fā)育和演化過程中受到一系列因素的影響，這些因素包含直接要素和間接要素。直接要素為水動力性質(zhì)、重力流類型及規(guī)模、沉積物粒度、峽谷形態(tài)、斜坡坡度、地形及科里奧利力等[11-17]；而間接要素主要為物源、海平面升降、氣候及構(gòu)造等[18-25]。這些要素都能影響水道的發(fā)育，同時它們彼此間也會相互影響。本文針對珠江口盆地白云凹陷的中新世水道形態(tài)特征，探討水道發(fā)育的主要控制因素，分析其演化的地質(zhì)條件。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

圖1　珠江口盆地白云凹陷位置圖和中新世層序劃分Fig.1　Location map of Baiyun Sag and sequence stratigraphic classification in Miocene of Pearl River Mouth Basin

白云凹陷位于珠江口盆地珠二坳陷的深水區(qū),北接番禺低隆起,南至南部隆起,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,同時也是盆地的沉積和沉降中心(圖1)。白云凹陷中天然氣富集，它是珠江口盆地的重要天然氣勘探區(qū)域。從始新世到上新世，白云凹陷先后發(fā)育了文昌組、恩平組以湖相、三角洲—河流沼澤相為主的陸相沉積；珠海組大規(guī)模的三角洲和濱岸相的沉積組合；珠江組、韓江組、粵海組、萬山組和第四系的海相沉積。目前對珠江口盆地的研究主要集中在中新世的珠江組、韓江組和粵海組，在這三個層組中共識別15個層序界面，分別為23.8 Ma、21 Ma、18 Ma、17.5 Ma、17.1 Ma、16.5 Ma、15.5 Ma、14.8 Ma、13.8 Ma、12.5 Ma、11.7 Ma、10.5 Ma、8.5 Ma、6.3 Ma和5.5 Ma，其中13.8 Ma界面是全區(qū)最大的海退界面，18.5 Ma界面是最大的海泛面[26-28](圖1)。

本文重點(diǎn)論述了21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma這三個時期的水道特征。21～18.5 Ma對應(yīng)珠江組下段沉積期，13.8～12.5 Ma對應(yīng)韓江組上段沉積時期，10.5～8.5 Ma為粵海組沉積時期。珠江口盆地在這三個時期均發(fā)育有大型水道。本文首先描述各個時期水道的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再探討各時期水道的主控因素，進(jìn)而確立其沉積充填演化模式。

2　三個時期的水道描述

珠江口盆地白云凹陷在中新世時期發(fā)育有大量的水道。白云凹陷的水道基本上為彎曲水道，既有水道單體也有水道復(fù)合體。水道形態(tài)整體上以長條形為主。在珠江組時期，白云凹陷的深水水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，基本上都是水道單體。在韓江組時期，白云凹陷的深水水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，以水道復(fù)合體為主，也有水道單體。

圖2　21～18.5 Ma時期水道的均方根振幅屬性圖和4個關(guān)鍵地震剖面(實(shí)線代表水道基底)Fig.2　RMS amplitude map of the 21-18.5 Ma channel and four key seismic profiles

21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma這三個時期的水道形態(tài)各不相同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異明顯。對水道的描述包含外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩方面。外部形態(tài)的刻畫主要是通過均方根屬性圖來實(shí)現(xiàn)，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)的雕刻主要是通過關(guān)鍵位置的地震剖面來進(jìn)行。

2.121～18.5 Ma時期水道

21～18.5 Ma時期的水道是本地區(qū)深層水道的典型實(shí)例。在21～18.5 Ma均方根振幅圖(圖2)上該水道形態(tài)清晰明確。水道從北向南發(fā)育，彎曲度并不是很大。水道的上部表現(xiàn)為線條狀，水道的下部側(cè)向擺動，水道內(nèi)部由沉積物堆積。在垂直水道延伸方向的地震剖面，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。在AA′剖面上，水道表現(xiàn)為一個強(qiáng)反射的點(diǎn)；在BB′剖面上，水道下切作用顯著，侵蝕下部地層；在CC′剖面上，水道表現(xiàn)為三根強(qiáng)反射軸，由兩個波峰和一個波谷組成，地震反射軸連續(xù)，振幅強(qiáng)，基本水平展布；在DD′剖面上，水道也表現(xiàn)三根強(qiáng)反射軸，由兩個波峰和一個波谷組成，水道沖刷充填特征明顯。

對水道中下部BB′、CC′和DD′三個位置的寬度和深度進(jìn)行測量，并計算寬深比。在BB′處水道的寬度為1 885 m，深度為228 m，寬深比為8.27；CC′處水道的寬度為2 250 m，深度為200 m，寬深比為11.25；DD′處水道的寬度為2 460 m，深度為165 m，寬深比為14.91。該水道的寬深比是逐漸減小的，這說明該水道是逐漸變寬變淺的。

2.210.5～8.5 Ma水道

10.5～8.5 Ma水道是典型的匯聚水道。從10.5～8.5 Ma均方根屬性圖(圖3)可以看出，該水道從北向南發(fā)育，在其發(fā)育過程中水道是逐漸收斂的，上部寬下部窄，彎曲度小。從關(guān)鍵位置的地震剖面看，水道的基底從開始的U型逐漸演化為V型，下切越來越深。水道內(nèi)部側(cè)積現(xiàn)象顯著，整體上是從西向東側(cè)積，并向水道的東側(cè)基底處收斂。

此外，對水道的4個位置的寬度和深度進(jìn)行測量，并計算寬深比。在AA′剖面上水道的寬度為4 674 m，深度為131 m，寬深比為35.68；BB′剖面上水道的寬度為3 913 m，深度為202 m，寬深比為19.37；CC′處剖面上水道的寬度為2 822 m，深度為292 m，寬深比為9.66；DD′剖面上水道的寬度為2 589 m，深度為348 m，寬深比為7.44。水道的寬深比是逐漸降低的，這反映了水道是逐漸變窄變深的。

2.313.8～12.5 Ma時期水道13.8～12.5 Ma水道在工區(qū)內(nèi)最特殊。從13.8～12.5 Ma均方根振幅屬性圖(圖4)可以看出，該水道整體上從北向南發(fā)育。在此過程中，向東側(cè)發(fā)生遷移。通過關(guān)鍵位置的剖面圖可以看出，在AA′剖面上，水道發(fā)育靠近層序的頂界面，水道內(nèi)部呈現(xiàn)簡單的下凹構(gòu)造，內(nèi)部發(fā)育有強(qiáng)反射點(diǎn)；在BB′剖面上，水道規(guī)模變大，從層序中部到頂部均發(fā)育。水道內(nèi)部反射軸連續(xù)，出現(xiàn)有空白反射。在CC′剖面上，水道依然在層序的中部到頂部發(fā)育。水道內(nèi)部的側(cè)向加積現(xiàn)象明顯。在DD′剖面上，水道在整個層序發(fā)育，而且一直延續(xù)到12.5 Ma之后。在水道的頂端，水道只是在層序的頂部發(fā)育。越往下，水道發(fā)育的層位越低，最后占據(jù)整個層序。

圖4　13.8～12.5 Ma水道的均方根振幅屬性圖和4個關(guān)鍵地震剖面(實(shí)線代表水道基底)Fig.4　RMS amplitude map of the 13.8-12.5 Ma channel and four key seismic profiles

圖5　13.8～12.5 Ma水道模式圖Fig.5　Model of the channel in 13.8-12.5 Ma

13.8～12.5 Ma時期水道與其他兩個時期發(fā)育的水道區(qū)別在于，其他時期的水道的頂端均在層序的早期發(fā)育，末端逐漸占據(jù)整個層序。而13.8～12.5 Ma時期則是水道的頂端發(fā)育在層序的末期，末端占據(jù)整個層序，也就是說在層序的早期水道在南部地區(qū)發(fā)育，在層序的末期水道延伸到北部地區(qū)(圖5)。歸根結(jié)底，這代表兩種不同的演化方式。在21～18.5 Ma和10.5～8.5 Ma這兩個時期，水道是從上游向下游推進(jìn)演化的，是順流發(fā)育。而在13.8～12.5 Ma時期，水道是由下游向上游推進(jìn)演化的，是溯源發(fā)育。它們的推進(jìn)演化的方向是不同的。

21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma三個時期水道形態(tài)各不相同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不同。21～18.5 Ma水道是逐漸變寬變淺的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。10.5～8.5 Ma的水道是收斂型水道，逐漸變窄變深，水道內(nèi)部側(cè)積顯著。13.8～12.5 Ma時期水道與其他兩個時期不同，水道溯源發(fā)育。

3　控制因素的討論

圖6　三維工區(qū)10.5 Ma的時間構(gòu)造圖(虛線框標(biāo)注水道發(fā)育位置)Fig.6　Time structure map of the 3D study zone in 10.5 Ma

水道的發(fā)育過程中，受到一系列因素的影響，主要包含古地貌、沉積物供給、海平面變化、構(gòu)造運(yùn)動和斷層活動、氣候、流體性質(zhì)(大小、密度和顆粒大小)、變形構(gòu)造和鹽構(gòu)造等因素的影響。此外，水道的一些自身因素如水道的受限程度和水道堤岸的侵蝕能力也會影響水道的發(fā)育。在白云凹陷中，水道發(fā)育的控制因素主要有沉積物供給、海平面變化、古地貌和構(gòu)造運(yùn)動。三個時期水道的主控因素各不相同。

10.5～8.5 Ma水道的主控因素是構(gòu)造運(yùn)動和古地貌。在10.5 Ma時期珠江口盆地發(fā)生了東沙運(yùn)動[32-33]，東沙隆起抬升，白云凹陷也隨之抬高，白云凹陷北部的斷裂活動也使得沉積物更易于滑塌搬運(yùn)，這為水道提供了物質(zhì)。此外，通過時間構(gòu)造圖(圖6)可以看出該水道發(fā)育的位置有溝谷存在。該溝谷從北向南是逐漸變窄的，這也從宏觀上決定了10.5～8.5 Ma的水道形態(tài)也是逐漸變窄的。在10.5～8.5 Ma，東沙運(yùn)動和古地貌共同決定水道的發(fā)育。

在21～18.5 Ma時期，水道的主控因素是沉積物供給，白云凹陷水道中的沉積物是由古珠江三角洲供給的。該時期古珠江三角洲越過陸架坡折，成為陸架邊緣三角洲。陸架邊緣三角洲前緣的沉積物會發(fā)生滑塌等，再次搬運(yùn)沉積下來，進(jìn)而成為水道的物質(zhì)來源。由于水道靠近陸架坡折，并且位于陸架邊緣三角洲的主流向上，其沉積物供應(yīng)就相對充足，這樣就使得水道彎曲度大，延伸距離遠(yuǎn)，甚至?xí)谂璧貎?nèi)形成扇體。此即為完整的“源—渠—匯”系統(tǒng)，陸架邊緣三角洲是“源”，水道是“渠”，盆地內(nèi)的扇體是“匯”[29-31]。陸架邊緣三角洲為21～18.5 Ma時期水道提供了充足的沉積物供給，導(dǎo)致了該水道延伸距離遠(yuǎn)，并在遠(yuǎn)端沉積下來。

圖7　PY-X井測井曲線Fig.7　Logging curves of the well PY-X

圖8　珠江口盆地海平面變化曲線Fig.8　Eustatic sea level change curve of Pearl River Mouth Basin

此外，通過離這三期水道最近的PY-X井的測井曲線(圖7)也可以看出，在21～18.5 Ma時期該井主要是砂巖沉積，其間也夾有泥巖。這說明古珠江三角洲的沉積物相對充足，以砂質(zhì)為主。在13.8～10.5 Ma時期主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖沉積，其沉積物粒度較細(xì)。這說明該時期古珠江三角洲的沉積物供給相對缺失，以泥質(zhì)為主。

13.8～12.5 Ma時期水道最大的特點(diǎn)就是水道溯源發(fā)育。這一現(xiàn)象是由13.8 Ma時期海平面的特殊變化造成的(圖8)。在13.8 Ma珠江口盆地發(fā)生大規(guī)模海退，海平面大幅下降，此時水深接近500 m。從13.8 Ma到12.5 Ma時期，13.4 Ma時海平面最高，也只有200 m，海平面依然很低。這就決定了在層序的早期水道只能在凹陷的南部發(fā)育，到后期才能在凹陷的北部發(fā)育。

4　結(jié)　論

(1)珠江口盆地白云凹陷在21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma這三個時期均發(fā)育有水道。

(2)三個時期的水道形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均不同。21～18.5 Ma時期水道彎曲，延伸距離遠(yuǎn)，水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，在遠(yuǎn)端堆積下來。10.5～8.5 Ma的水道是收斂型水道，水道逐漸變窄變深。13.8～12.5 Ma時期水道與其他兩個時期的水道不同，水道溯源發(fā)育。在層序的早期水道只在南部地區(qū)發(fā)育，隨后水道逐漸向北推進(jìn)，在層序的末期水道在北部地區(qū)發(fā)育。

(3)三個時期水道的主控因素各不相同。21～18.5 Ma時期水道的主控因素是來自于陸架邊緣三角洲的充足沉積物供給。13.8～12.5 Ma時期水道主要是受到13.8 Ma海平面大幅下降的影響。10.5～8.5 Ma水道主要是東沙運(yùn)動造成白云凹陷抬升以及古地貌的影響。

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Controlling Factors on the Miocene Channel in Baiyun Sag,Pearl River Mouth Basin

QIAO Bo1,2, ZHANG Chang-min2,LI Shao-hua2,DU Jia-yuan3,ZHANG Zhong-tao3

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,ChangqingOilFieldCompany,Xi’an,Shaanxi710018,China;2.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOilandGasResourcesoftheMinistryofEducation,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China；3.ShenzhenBranch,CNOOCLtd.,Guangzhou,Guangdong510240,China)

During 21-18.5 Ma, 13.8-12.5 Ma and 10.5-8.5 Ma of Miocene, the channels developed in Baiyun Sag. In these three stages, the shape and architecture of the channels were different. During 21-18.5 Ma, the architecture of the channel was simple, the channel extended a long distance and the sediment was deposited in the distal end. In 13.8-12.5 Ma, the channel migrated northward. During the early of 13.8-12.5 Ma, the channel only developed in the south, then developed upstream. The channel in 10.5-8.5 Ma became deeper and narrower, and had the convergent feature. These changes of these channels’ migration and shape feature were due to different controlling factors in these stages. In 21-18.5 Ma, the channel was related to the abundant sediment supply from the shelf margin delta. In 13.8-12.5 Ma, the channel was affected by the significant sea-level decline in 13.8 Ma. In 10.5-8.5 Ma, Dongsha Movement led to the Baiyun Sag uplift and the paleo-topography determined the channel development. The analysis of the controlling factors in different stages provided new information to the research of the channel shape and evolution in each stage.

Baiyun Sag; controlling factor; the sediment supply; the sea-level change; Dongsha Movement; paleo-topography

2015-03-20；改回日期：2015-05-07；責(zé)任編輯：孫義梅。

國家“十二五”科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-002)。

喬博，男，博士研究生，1987年出生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事沉積學(xué)與層序地層學(xué)方面的研究工作。

Email：qb123124@126.com。

張昌民，男，教授，博士生導(dǎo)師，1963年出生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事沉積學(xué)、儲集層地質(zhì)、開發(fā)地質(zhì)的教學(xué)和科研工作。Email：zcm@yangtzeu.edu.cn。

TE121.3

A

1000-8527(2016)01-0200-09