珠江口盆地兩類坡折帶比較

張尚鋒，曹元婷，張昌民，施和生，王雅寧，尹艷樹，朱銳

（1.長江大學 a.地球科學學院；b.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北 荊州 434023；

2.中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；3.中海石油（中國）有限公司，北京100010）

坡折帶作為層序地層學理論的基本概念，在層序地層分析過程中起著重要的作用，諸如層序類型劃分、層序內(nèi)體系域的厘定以及層序格架內(nèi)沉積體系類型及分布分析等層序地層研究，都離不開坡折帶，坡折帶對盆地中沉積體系分布具有明顯的控制作用，因此，坡折帶研究引起了層序地層研究者的廣泛關注。目前坡折帶的研究主要集中在成因分析、坡折帶與層序內(nèi)體系域的關系及其對沉積體系的控制等方面。按成因將坡折帶分為構造坡折帶、地貌坡折帶、沉積坡折帶及侵蝕坡折帶等類型，不同類型坡折帶與盆地類型關系密切[1-4]。陸架邊緣三角洲、低位深切谷和低位扇、強制性海退體系域一般圍繞坡折帶分布，坡折帶控制沉積作用過程及層序地層構型[5-9]；坡折帶之下是重力流發(fā)育的最有利場所[10]，不同類型的斷裂坡折控制沉積分布樣式，如弧形斷裂坡折控制環(huán)帶狀扇體分布[11]，階梯狀斷裂坡折帶控制多級扇體的發(fā)育[12]。前人的研究主要針對單一坡折帶，對于海相盆地多坡折帶層序及沉積體系分析較少，僅個別文獻對于具有多坡折帶的海相盆地進行了研究，認為發(fā)育于陸架區(qū)域的小型坡折帶主要控制三角洲及扇三角洲等淺水沉積體的展布，而陸架邊緣坡折帶則控制陸架邊緣三角洲及海底扇等較深水沉積的發(fā)育[13]。南海北部珠江口盆地為新生代海相含油氣盆地，屬于典型的具有多坡折帶盆地，油氣資源量豐富，已發(fā)現(xiàn)油氣田48個，探明原油地質儲量超過11.0×108m3，天然氣地質儲量超過2 000.0×108m3，為中國近海重要的油氣區(qū)之一[14-15]。已發(fā)現(xiàn)油氣資源的94%分布在珠江組以上的中淺層，且以構造圈閉油氣藏為主，但發(fā)現(xiàn)的構造圈閉規(guī)模越來越小。前期以構造圈閉勘探為重點，在陸架區(qū)域發(fā)現(xiàn)了惠州32-3大型巖性油藏，以及白云凹陷深水區(qū)的LW3-1油田，證明珠江口盆地（東部）地層巖性油氣藏勘探潛力巨大[16]。目前無論是惠州淺水陸架區(qū)，還是白云深水區(qū)，所取得的巖性油氣藏勘探成果，從側面印證了坡折帶對巖性油氣藏控制的重要性。然而，勘探研究人員很少意識到坡折帶及其差異對于珠江口盆地巖性油氣藏的意義，更未形成針對坡折帶進行巖性油氣藏勘探的思路，因而制約了盆地巖性油氣藏的勘探進展。本文通過分析地貌坡折帶和沉積坡折帶形成的地質背景、演化及分布特點，進而探討盆地受不同類型坡折帶控制的沉積充填層序和沉積體系分布，以及儲集砂體的發(fā)育分布特點，旨在對珠江口盆地油氣勘探開發(fā)有所裨益。

1 地質背景

珠江口盆地位于華南大陸南緣，歐亞、印度洋及太平洋三大板塊交匯的南海北部，屬于新生代以來重要的邊緣海盆地[17]，其為南海北部被動陸緣盆地，發(fā)育珠Ⅰ坳陷、珠Ⅱ坳陷和珠Ⅲ坳陷三個大型坳陷。其中珠Ⅰ坳陷內(nèi)的惠州凹陷屬于陸架內(nèi)次級構造單元，而珠Ⅱ坳陷的白云凹陷則具斜坡次盆地的性質，古近紀以來兩個凹陷區(qū)基底構造活動性，如基底的構造活動形式及構造沉降速率，以及沉積物負荷等差異明顯，并且古地形地貌特征及沉積物供應速率亦不相同。古近紀晚期，海洋從南向北入侵，白云凹陷區(qū)發(fā)育三角洲-陸棚沉積；漸新世—中新世所發(fā)生的白云構造運動，造成白云凹陷基底構造活動活躍，差異構造沉降明顯，在陸架邊緣形成清晰的地貌坡折帶，跨越古陸架邊緣與斜坡的過渡帶—陸坡—深海區(qū)；新近紀凹陷位于古珠江河口外的陸坡深水區(qū)，屬于南海北部最具代表性的深水陸坡沉積區(qū)[18-19]。在新近紀，惠州凹陷基底相對穩(wěn)定，構造活動較弱，未見明顯的構造沉降，由于古珠江三角洲沉積物源供應充足，加之東沙隆起的阻滯，水道的卸載作用增強，沉積物快速堆積，形成陸架內(nèi)沉積坡折（圖1）。兩種不同類型的坡折帶的形成及演化，控制了南海北部珠江口盆地復雜的層序構成及分布模式。

圖1 珠江口盆地油氣分布與坡折帶分布（據(jù)文獻［15］修改）

2 古地理地形特征

珠江口盆地作為南海北部被動陸緣盆地，在其發(fā)育演化過程中形成了兩個坡折帶，即惠州沉積坡折帶和白云地貌坡折帶。白云地貌坡折帶起源于古近紀晚期，南海構造運動引起南海擴張，造成大陸邊緣地殼的非均衡差異沉降，在白云凹陷南部形成陸架邊緣地貌坡折帶，并持續(xù)至古近紀末期；漸新世與中新世之交的白云構造運動為珠江口盆地重要的沉積構造轉換期，引起了南海擴張軸的跳躍及旋轉[20]，并造成白云凹陷基底地殼的快速沉降，白云凹陷演化為陸坡次盆地，使23.8 Ma之后陸架邊緣地貌坡折帶遷移至白云凹陷北坡。兩次大的構造運動雖然對珠Ⅰ坳陷的惠州凹陷影響較小，凹陷基底穩(wěn)定，但影響東沙隆起的隆升，在這種穩(wěn)定的向盆地中心緩傾的古地貌背景下，沿沉積供應通道，由古珠江持續(xù)不斷供應的陸源碎屑物質，受不斷隆升的東沙隆起阻滯，發(fā)生非均衡卸載堆積，在惠州—陸豐凹陷南部，形成平行于東沙隆起展布方向的陸架內(nèi)沉積坡折帶。兩種不同類型坡折帶古地理分布及古地形差異明顯。

2.1 陸架邊緣地貌坡折帶

珠江口盆地陸架邊緣地貌坡折帶的地理位置不是固定不變的，隨著古地形地貌變化不斷調(diào)整遷移，古地理格局屬于陸架與陸坡轉換帶上的白云凹陷。坡折帶在形成演化過程中受斷裂控制作用明顯，斷裂活動造成基底整體強烈的非均衡構造沉降，使得白云凹陷由漸新世陸架內(nèi)次盆地演變成為中新世陸坡次盆地，其古地形梯度分異明顯，從而形成地貌坡折帶（圖2）。從地震剖面可以看出，地貌坡折帶古地形梯度較大，坡度角通常大于1.0°，但不同區(qū)域地形梯度不均一，從接近0°變到大于1.0°，并且地形梯度還表現(xiàn)出隨時間變化的特點，從圖2可以看出，珠江組SQ（23.8—21.0 Ma）層序發(fā)育之初坡折帶上下地形坡度變化大，而發(fā)育結束坡折帶上下地形梯度變化較小。

圖2 研究區(qū)剖面AA'地貌坡折帶分布及古地形特征（剖面位置見圖1）

2.2 陸架內(nèi)沉積坡折帶

珠江口盆地沉積坡折帶主要發(fā)育于珠Ⅰ坳陷惠州凹陷—陸豐凹陷南部，靠近東沙隆起北部邊緣（圖1）。受海平面變化及沉積供應影響，加之21.0 Ma之后生物建隆[21]的不斷影響，坡折帶的地理位置不斷變動，但在平面上遷移范圍較小。從古地形地貌來看，沉積坡折帶一般不同于陸架邊緣地貌坡折帶，其基底古地形整體上較為平緩，坡度角接近于0°，但局部古地形亦有起伏，可以影響沉積坡折帶的形態(tài)。坡折帶兩側古地形變化較為明顯（圖3），其坡度角為0.15°～4.50°，并且不同時間單元沉積坡折的古地形梯度亦存在差異。

3 形成演化特點

圖3 研究區(qū)剖面BB'沉積坡折帶分布與古地形特征（剖面位置見圖1）

南海北部陸架邊緣地貌坡折帶的形成與珠江口盆地的形成演化密切相關。始新世與漸新世之交發(fā)生的區(qū)域性構造運動——南海構造運動，造成南海開始海底擴張，并且使南海北部珠江口盆地由斷陷向拗陷轉化，華南陸緣表現(xiàn)出被動大陸邊緣的演化過程。海陸變遷發(fā)生于漸新世（大約32.0 Ma）[22]，海水自南至北侵入，整個盆地區(qū)域表現(xiàn)為具陸架性質的海陸交互沉積，且由于盆地基底穩(wěn)定及大陸邊緣非均衡構造沉降，造成在陸架邊緣形成地貌坡折帶，坡折帶位于珠江口盆地白云凹陷南部[23]。漸新世晚期—中新世早期的白云構造運動（大約23.8 Ma），造成白云凹陷及北部中央隆起帶基底差異升降[22]，早先珠江口盆地所在的整體陸架區(qū)域解體，白云凹陷區(qū)表現(xiàn)出陸坡特征，陸架邊緣地貌坡折帶從白云凹陷南部遷移到白云凹陷以北的番禺低隆起南緣（圖4）。受構造沉降和前期沉積物供應差異的影響，不同時期地貌坡折帶的地形坡度有所不同，如21.0—18.0 Ma和13.8—12.5 Ma，白云凹陷北坡地貌坡折帶明顯，坡折帶向海盆方向不斷推進。

圖4 研究區(qū)剖面CC'陸架邊緣地貌坡折帶遷移演化（剖面位置見圖1）

惠州凹陷位于南海北部陸架內(nèi)，前述兩次大的構造運動對其影響沒有白云凹陷明顯，其基底相對穩(wěn)定，構造沉降量較小。凹陷內(nèi)沉積坡折帶的形成主要受控于沉積物供應、沉積前古地貌及沉積物負荷補償，在由陸向海的緩傾斜坡背景之上，由于受海平面變化，以及沉積供應通道上古珠江陸源沉積物間歇性“脈動式”供應影響，加之東沙隆起古地貌的阻滯作用，沉積物非均衡卸載堆積形成坡折帶。21.0 Ma以來，在沉積供應通道上，沉積古地形不斷變化，坡折帶明顯；遠離沉積供應通道或缺乏東沙隆起阻滯作用的地區(qū)，沉積坡折帶不發(fā)育。從總體上看，在新近系發(fā)育過程中，沉積坡折帶的坡度具逐漸降低的趨勢，地形坡度角由18.0 Ma約4.5°減小到15.5 Ma接近0°（表1，圖5），表現(xiàn)出明顯的進積型沉積坡折帶的性質；15.5 Ma以來，陸架內(nèi)沉積坡折帶基本消失，地形地貌特點總體上呈現(xiàn)加積特點。上述沉積坡折帶變化的發(fā)生與海平面變化過程中東沙隆起的淹沒密切相關。

對比兩種不同類型坡折帶的形成演化可以發(fā)現(xiàn)，由于兩種坡折帶形成主控因素的差異，其形成演化具不同特點。陸架邊緣地貌坡折帶形成的主控因素為受構造運動及南海擴張所影響的地殼非均衡沉降，所以坡折帶的特點及形成演化過程與構造活動背景密切相關；而沉積坡折帶的形成的主控因素為沉積古地貌及沉積物供應，古珠江作為盆地主要物源體系，沉積坡折帶特點及形成演化與古珠江物源通道和東沙隆起關系密切。由于古珠江向盆地的陸源物質供應量是一定的，如18.0—15.5 Ma層序發(fā)育時期，古珠江主體物源通道指向惠州凹陷，則惠州沉積坡折發(fā)育，或沉積坡折向盆地進積，此時必然影響向白云凹陷的沉積物供應，進而影響白云凹陷北坡及白云凹陷三角洲及坡折外重力流扇體的發(fā)育。而在21.0 Ma之前層序發(fā)育過程中，古珠江物源通道應指向恩平凹陷—白云凹陷方向，白云凹陷北坡、凹陷區(qū)陸架邊緣三角洲及重力流扇體發(fā)育。同時從坡折帶的形成演化分析還可以看出，盆地內(nèi)油氣的分布，特別是地層巖性油氣藏的分布與坡折帶密切相關，造成沉積坡折帶附近珠江組之上的淺層巖性油氣藏發(fā)育，白云地貌坡折帶之下，古近系—珠江組下部巖性油藏發(fā)育，已為前期勘探證實。

表1 研究區(qū)陸架沉積坡折帶地形梯度及坡度角

圖5 研究區(qū)剖面DD'陸架沉積坡折帶發(fā)育演化（剖面位置見圖1）

4 層序模式與沉積體系

4.1 白云凹陷陸緣地貌坡折帶

白云凹陷基底構造運動活躍，不均一構造沉降造成古地形梯度變化較大，加之強烈的海平面變化影響，使得地層層序構型復雜，四分體系域、三分體系域及二分體系域層序類型發(fā)育齊全。①四分體系域層序，在海平面下降條件下，由于盆地基底古地形梯度變化較大，海平面下降期沉積地層退覆式保留，形成強制海退體系域；一旦海平面下降到陸架坡折以下，造成陸架的完全暴露，以及河流的切割作用形成深切谷，直到海平面再次緩慢上升到陸架坡折帶之上，在坡折帶之外發(fā)育低位體系域。完整的層序由強制性海退體系域、低位體系域、海侵體系域及高位體系域組成。SQ（21.0—18.0 Ma），SQ（16.5—15.5 Ma）和SQ（13.8—12.5 Ma）層序發(fā)育時期，白云凹陷北坡地貌坡折帶明顯，海平面下降期，陸坡上發(fā)育海退三角洲沉積，海平面低位時廣泛發(fā)育低位體系域的低位扇及陸架坡折之外的低位三角洲楔狀體（圖6）。白云凹陷北坡下切谷的存在，表明此時期海平面下降到白云北坡陸架坡折帶之下，由古珠江供給的陸源碎屑物質在白云凹陷和荔灣凹陷沉積一套盆底扇、斜坡扇和低位楔狀體組成的低位體系域沉積[24]。②三分體系域層序，與四分體系域的區(qū)別在于海平面下降期的沉積難以保存，可能是物源供應不充分或缺乏河流注入所造成，其他三個體系域與四分體系域層序基本相同。③二分體系域層序，21.0 Ma以來，陸架坡折帶基本上穩(wěn)定在白云凹陷北坡附近，在海平面下降規(guī)模較小的時期，地形較為平緩，海平面會始終保持在陸架邊緣坡折帶之上，此時在陸架上僅保留典型的陸架退積三角洲及進積三角洲組成的二分體系域層序。如SQ（11.7—10.5 Ma），SQ（8.5—6.3 Ma）及SQ（6.3—5.5 Ma）三級層序二分體系域構成清楚。

白云凹陷陸架邊緣沉積體系及其分布受海平面變化、古地形地貌及沉積物供應控制，不同體系域沉積體系特征明顯。層序高位體系域一般以加積和前積河流三角洲-陸棚體系為主，三角洲沉積受波浪改造作用明顯；強制性海退體系域為陸架邊緣退覆型河流三角洲，三角洲前端斜坡常受水道切割，斜坡上及盆地發(fā)育重力流水道及扇體沉積；低位體系域廣泛發(fā)育低位陸架邊緣三角洲及濁流沉積（如21.0—18.0 Ma層序）（圖6）。

圖6 研究區(qū)剖面EE'陸架邊緣坡折帶沉積體系特征與分布（剖面位置見圖1）

4.2 惠州陸架內(nèi)沉積坡折

惠州寬闊陸架基底構造活動相對穩(wěn)定，對層序形成起決定作用的是海平面變化、古地形及沉積物供應。受海平面變化及陸架內(nèi)沉積坡折影響，主要形成三分體系域及二分體系域2種類型的層序。①三分體系域層序，相對海平面快速下降，同時受地形條件的制約，沉積物質供應充分，層序由低位體系域、海侵體系域及高位體系域組成，如SQ（18.0—17.5 Ma）和SQ（17.5—17.0 Ma）層序屬于典型的三分體系域層序，低位體系域由濁積扇、潮汐砂脊組成，高位體系域為三角洲沉積，三種不同體系域地層構型差異明顯。②二分體系域層序，相對海平面緩慢下降，且始終保持在沉積坡折帶之上，古珠江供應的陸源碎屑物質較少，層序由海侵和高位體系域組成。

惠州凹陷沉積體系發(fā)育受沉積坡折帶的影響明顯，伴隨海平面的變化，以及沉積古地形的影響，沉積過程中及沉積物堆積后受到一定的改造。如海平面較低位時，受古地形的限制明顯，河流三角洲快速向盆地進積，在其前緣陡坡可形成濁積沉積，而且三角洲前緣被潮汐作用改造，在地形低洼處多形成受潮汐改造的陸架砂脊（圖7，圖8）；海平面高位時，接近坡折帶的頂部地勢較為開闊，沉積被波浪改造形成沿岸砂壩。

通過對兩種不同類型坡折帶層序模式及沉積體系發(fā)育的對比分析可以看出，三分體系域及二分體系域層序模式在兩種坡折帶均可發(fā)育，且層序的體系域基本相似，但三分體系域層序模式中低位體系域的沉積體系構成差異明顯，沉積坡折帶之下雖然也發(fā)育濁積扇，但它并非主導沉積類型，主要沉積類型為局限地貌條件下受潮汐影響的陸架砂脊和潮汐砂壩。而陸架邊緣地貌坡折之外的低位沉積主要為重力流沉積，包括碎屑流及濁積扇沉積。此外，由于陸架邊緣地貌坡折帶古地貌分異明顯，可以發(fā)育海平面下降期強制性海退體系域，形成四分體系域層序模式。研究還發(fā)現(xiàn)，兩種類型坡折帶之下的低位沉積，無論是重力流扇體砂體，還是陸架潮汐砂壩、砂脊砂體，由于緊鄰海相及海陸過渡相烴源巖及受海侵泥巖蓋層的覆蓋，均可以作為重要的地層巖性圈閉砂體。并且在兩個坡折帶附近，可形成巖性油氣藏的砂體遍及古近系珠海組—新近系所有層段。

圖7 陸架內(nèi)沉積坡折帶沉積體系平面分布

圖8 研究區(qū)剖面FF'陸架內(nèi)沉積坡折帶沉積體系特征（剖面位置見圖7）

5 結論

（1）南海北部珠江口盆地為典型的被動陸緣盆地，盆地內(nèi)發(fā)育陸架內(nèi)沉積坡折帶及陸架邊緣地貌坡折帶兩種類型的坡折帶，即惠州凹陷—陸豐凹陷沉積坡折帶和白云凹陷陸架邊緣地貌坡折帶。

（2）陸架內(nèi)沉積坡折帶和陸架邊緣地貌坡折帶形成的地質背景及控制作用差異明顯，沉積坡折帶形成受基底構造活動較弱的平緩古地形背景下，陸源沉積物供應充分，以及東沙隆起阻隔減速非均衡卸載控制，造成坡折帶地形坡度較大；陸架邊緣地貌坡折帶的形成主要受斷裂活動及基底非均衡構造沉降等構造因素控制，坡折帶地形梯度較小，但古地形梯度變化較大。

（3）受沉積坡折帶控制的三分體系域，低位體系域主要由陸架潮汐砂脊及小型濁積扇砂體組成；陸架邊緣地貌坡折帶所控制的四分體系域層序，強制性海退及低位體系域沉積包括陸架邊緣三角洲、重力流水道及扇體等沉積體系。

（4）由于受珠江口盆地雙坡折帶的控制影響，分布于古近系漸新統(tǒng)珠海組以上層位的低位重力流扇、陸架潮汐砂脊及砂壩等儲集砂體緊鄰海相或海陸過渡相烴源巖，并被海侵泥巖覆蓋，有利于形成地層巖性油氣藏。所以雙坡折帶研究對于珠江口盆地地層巖性油氣藏勘探具有重要意義。