32～10.5 Ma古韓江三角洲沉積演化與控制因素

劉辰生，侯文鋒，邱爭(zhēng)科，王 濤，張向濤，汪旭東

(1. 有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中南大學(xué))，長(zhǎng)沙 410083； 2.有色資源與地質(zhì)災(zāi)害探查湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083； 3.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083； 4.中國(guó)石油 新疆油田分公司 采油二廠，新疆 克拉瑪依 834009； 5.中海石油 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

古韓江三角洲位于珠江口盆地珠一坳陷的東北部陸豐—韓江凹陷(圖1)，西鄰珠江三角洲，并與珠江三角洲共同控制了珠江口盆地珠一坳陷東北部沉積。珠江三角洲是我國(guó)大型三角洲沉積體系，油氣資源豐富[1-4]。珠江口盆地已取得油氣勘探的突破，截至2016年底，已連續(xù)21年年產(chǎn)量超過1 000×104m3油當(dāng)量[5]。近年來，珠江三角洲的研究成果也較豐富[6-13]。前期油氣勘探成果表明，分布于陸豐和韓江凹陷的古韓江三角洲油氣資源同樣豐富，部分地區(qū)已發(fā)現(xiàn)重要的油氣田，具有巨大的油氣勘探潛力。但是，目前針對(duì)古韓江三角洲的沉積特征、演化規(guī)律以及控制因素等方面的研究仍較薄弱[14-16]。前人對(duì)該區(qū)的古韓江三角洲研究?jī)H限于推測(cè)，認(rèn)為古韓江三角洲以軸向物源為主，由北部韓江凹陷向南推至惠州凹陷，并與珠江三角洲共同影響惠州凹陷的沉積[17-19]，但這種認(rèn)識(shí)與鉆井、地球物理資料揭示的韓江三角洲沉積特征明顯不符。因此，有必要開展古韓江三角洲的分布特征和演化規(guī)律等方面的研究。

圖1 珠江口盆地珠一坳陷東北部構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of northwestern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

32～10.5 Ma，古韓江三角洲分布在陸豐—韓江地區(qū)，沉積了珠海組、珠江組和韓江組。珠海組沉積期(漸新世)研究區(qū)為斷拗轉(zhuǎn)換期，邊界斷裂的活動(dòng)性明顯減弱，對(duì)沉積的控制作用亦較弱[20-22]。珠江組和韓江組沉積期(中新世)為拗陷期，構(gòu)造活動(dòng)微弱，盆地以熱沉降作用為主。古韓江三角洲的主控因素為海平面升降和物源，漸新世—中新世冰期是研究區(qū)海平面變化的主要誘因[23-25]。珠海組至珠江組下段沉積期，研究區(qū)以礫質(zhì)粗砂巖沉積為主，且厚度巨大；珠江組上段至韓江組下段沉積期，研究區(qū)以泥頁巖沉積為主；韓江組上段巖性又變粗，以中—細(xì)砂巖為主(圖2)。

1 古韓江三角洲沉積相劃分

1.1 古韓江三角洲沉積相劃分

三角洲相是研究區(qū)珠江組和韓江組主要的沉積相。根據(jù)巖性組合、測(cè)井相和地震相可識(shí)別出三角洲平原、前緣和前三角洲亞相。三角洲平原亞相以長(zhǎng)石石英粗砂巖和含細(xì)礫粗砂巖為主，發(fā)育大型板狀交錯(cuò)層理和平行層理，且具有沖刷面(圖3a)；測(cè)井曲線具有低伽馬和低電阻的特征，曲線形態(tài)呈微齒化箱形(圖4a)和漏斗形；地震資料中，多呈弱振幅中—弱連續(xù)性亞平行和亂崗狀反射構(gòu)造(圖5)。

圖2 珠江口盆地珠一坳陷西北部珠海組—韓江組沉積相劃分Fig.2 Facies division of Zhuhai-Hanjiang formations in northwestern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

三角洲前緣以長(zhǎng)石石英中砂巖為主，巖心中具平行層理、槽狀交錯(cuò)層理、板狀斜層理以及滑塌變形構(gòu)造，部分巖心中可見波狀層理和生物擾動(dòng)構(gòu)造(圖3b)；測(cè)井曲線(圖4b，c)呈齒化漏斗形和齒化、鐘齒化鐘形；顯微鏡下，巖石顆粒分選性差，棱角狀—次棱角狀，以點(diǎn)—線接觸為主(圖6)。地震資料中，前緣亞相具有中振幅、中—高連續(xù)性前積反射構(gòu)造(圖5)。前三角洲以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖主，測(cè)井曲線具有高伽馬、高電阻率的特征。

圖3 古韓江三角洲相沉積特征Fig.3 Sedimentary features of paleo-Hanjiang delta

圖4 古韓江三角洲和濱岸相測(cè)井相特征Fig.4 Logging features of paleo-Hanjiang delta and shore facies

圖5 珠江口盆地珠一坳陷東北部古韓江三角洲對(duì)應(yīng)的地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristics of paleo-Hanjiang delta in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

圖6 古韓江三角洲前緣砂巖礦物組分差異性Fig.6 Mineral composition differences of sandstones in paleo-Hanjiang delta front

1.2 沉積相組合

在古韓江三角洲演化過程中，陸棚相與古韓江三角洲組合是最主要的沉積相組合。該組合由下部的陸棚相泥頁巖和上部的三角洲砂泥巖組成，廣泛分布于珠海組、珠江組和韓江組。下部的陸棚相泥頁巖是快速海侵條件下的深水沉積；上部的三角洲相常形成下細(xì)上粗的反韻律：韻律層下部為前三角洲或三角洲前緣遠(yuǎn)砂壩泥巖和砂質(zhì)泥巖，上部為河口砂壩和水下分流河道沉積的粗砂巖、砂質(zhì)細(xì)礫巖。自下而上，該組合水體逐漸變淺，物源不斷向盆地推進(jìn)，沉積物粒度不斷變粗，且在縱向上重復(fù)出現(xiàn)。地震剖面中，三角洲相以中—強(qiáng)振幅弱連續(xù)亂崗狀反射結(jié)構(gòu)和前積反射結(jié)構(gòu)為主，局部可見亞平行反射結(jié)構(gòu)；而陸棚相以中—強(qiáng)振幅高連續(xù)平行反射為主，兩者易于區(qū)分。地震剖面中可見珠江組至韓江組下段三角洲具有逐漸退縮的趨勢(shì)，陸棚相具有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)；韓江組下段至上段則相反(圖7)。連井沉積相對(duì)比也表明，隨著海平面變化，三角洲相與陸棚相具有相互消長(zhǎng)的關(guān)系(圖8)。該組合廣泛發(fā)育在受古韓江物源影響的北部隆起區(qū)一帶。

2 古韓江三角洲展布

在沉積相連井對(duì)比和地震相解釋的基礎(chǔ)上，勾畫出研究區(qū)珠海組至韓江組沉積相平面分布圖(圖9，10)。珠海組和珠江組下段，地震剖面中以中—弱振幅弱連續(xù)雜亂反射和透鏡狀反射為主，在盆地內(nèi)部還發(fā)育中振幅、中連續(xù)性前積反射構(gòu)造。測(cè)井資料和鉆井資料分析表明，珠海組和珠江組下段厚度大、巖性以含礫粗砂巖和粗砂巖等粗粒沉積為主，碎屑顆粒分選性中—差，磨圓度為次棱角狀—棱角狀，沉積物的低成熟度表明珠海組為近物源快速堆積，沉積相組合以三角洲相—陸棚相為主。

圖7 珠江口盆地珠一坳陷東北部地震剖面中三角洲相與淺海陸棚相消長(zhǎng)關(guān)系地震剖面位置見圖1 。Fig.7 Relationship between delta and shallow sea shelf in seismic section in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

圖8 珠江口盆地珠一坳陷東北部珠海組—韓江組沉積相連井剖面剖面位置見圖1 。Fig.8 Well correlation section of Zhuhai-Hanjiang formations in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

圖9 珠江口盆地珠一坳陷東北部珠海組(a)和珠江組下段(b)沉積相平面展布Fig.9 Facies distribution of Zhuhai Formation (a) and lower section of Zhujiang Formation (b) in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

根據(jù)地震和測(cè)井資料綜合分析，認(rèn)為珠海組至珠江組下段沉積期古韓江三角洲分布在陸豐和韓江凹陷內(nèi)部。珠海組沉積期，古韓江三角洲是陸豐凹陷主要的沉積相類型，受物源和古地貌的影響，古韓江三角洲向西南延伸至陸豐凹陷中心。韓江凹陷內(nèi)部的古韓江三角洲規(guī)模較小，零星分布在盆地的東北部和北部。珠江組下段沉積期，陸豐凹陷內(nèi)部的古韓江三角洲規(guī)?？s小，但古韓江內(nèi)部的三角洲卻增長(zhǎng)、擴(kuò)大，并在韓江凹陷西北部形成2個(gè)古韓江三角洲體(圖9b)。

珠江組上段下部廣泛發(fā)育含生物碎屑灰?guī)r和生物礁灰?guī)r，這種碳酸鹽巖是在整個(gè)珠一坳陷大規(guī)模海侵大背景下沉積的。研究區(qū)大部為碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積，僅在盆地邊緣過渡為混積陸棚相和濱岸相，南部變?yōu)殛懪锵?圖10a)。自珠江組上段沉積開始，東沙隆起被完全淹沒，研究區(qū)僅發(fā)育古韓江物源，古韓江三角洲也成為研究區(qū)唯一三角洲群(圖10b-d)。珠江組上段沉積期，古韓江三角洲廣泛分布在陸豐—韓江凹陷，并形成古韓江三角洲群。韓江組下段沉積期，古韓江三角洲僅分布在韓江凹陷，三角洲的規(guī)模明顯縮小。韓江組上段沉積期，古韓江三角洲廣泛分布在陸豐—韓江凹陷，形成大型的古韓江三角洲群。由西南向東北，該古韓江三角洲可劃分為4個(gè)規(guī)模較大的三角洲個(gè)體，陸豐凹陷分布著該期最大的古韓江三角洲(圖10d)。

圖10 珠江口盆地珠一坳陷東北部珠江組—韓江組沉積體系展布Fig.10 Facies distribution of Zhujiang-Hanjiang formations in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

3 古韓江三角洲演化

32～10.5 Ma古韓江三角洲演化可劃分為3個(gè)階段，即早期古韓江三角洲初始發(fā)育階段、中期古韓江三角洲縮小階段和晚期古韓江三角洲擴(kuò)張階段。

3.1 早期初始發(fā)育階段

初始發(fā)育階段形成于珠海組—珠江組沉積期，其主要特點(diǎn)為分布局限，沉積物粒度粗。由于海平面較低，物源距離陸豐凹陷近，古韓江三角洲成為陸豐凹陷的主要沉積相類型。實(shí)際上，該階段古韓江三角洲在韓江凹陷并不發(fā)育(圖9a)。該期三角洲巖性以巖屑石英粗砂巖、中砂巖為主，部分巖心中可觀察到細(xì)礫巖。該三角洲在地震剖面上為中—強(qiáng)振幅弱連續(xù)前積反射，電測(cè)曲線為弱齒化箱形、鐘形和漏斗形。因此，巖心、測(cè)井和地震資料均表明，早期古韓江三角洲為低海平面近物源區(qū)快速沉積。

3.2 中期縮小階段

韓江組下段沉積期是古韓江三角洲逐漸向物源退縮的時(shí)期。珠江組上段沉積早期，由于海平面快速上升，造成研究區(qū)碎屑物源供應(yīng)不充分，陸豐和韓江地區(qū)僅沉積了一套厚約20 m的碳酸鹽巖和淺海陸棚相泥頁巖(圖10a)。這次大規(guī)模快速的海侵也使得研究區(qū)南部的東沙物源被完全淹沒，東沙三角洲也隨之停止發(fā)育，研究區(qū)僅發(fā)育古韓江三角洲(圖10b)。隨著海平面進(jìn)一步上升，古韓江三角洲規(guī)模逐漸減小，并在韓江組下段沉積期達(dá)到最小，僅在韓江凹陷的西北部發(fā)育小型的古韓江三角洲(圖10c)。

3.3 晚期再擴(kuò)張階段

韓江組上段沉積期是古韓江三角洲擴(kuò)張階段。該期隨著海平面逐漸下降，三角洲面積逐漸增大，并在韓江組上段上部達(dá)到最大(圖10d)。該期古韓江三角洲巖性以中—細(xì)砂巖為主，地震剖面表現(xiàn)為中振幅弱連續(xù)前積反射和波狀反射結(jié)構(gòu)，電測(cè)曲線以發(fā)育漏斗形、鐘形和指狀為特征。因此，珠海組至韓江組沉積期，海平面呈現(xiàn)低—高—低，而古韓江三角洲群規(guī)模相應(yīng)表現(xiàn)為大—小—大(圖11)。

圖11 32～10.5 Ma古韓江三角洲演化模式Fig.11 Evolution pattern of paleo-Hanjiang delta during 32-10.5 Ma

4 三角洲演化的控制因素

古韓江三角洲的發(fā)育受到海平面變化、物源和水動(dòng)力條件等因素的控制，其中海平面變化和物源是控制古韓江三角洲演化的主要因素。

4.1 海平面變化

4.2 物源

根據(jù)珠一坳陷珠海組至珠江組不同井砂巖的礦物組分和重礦物體積含量，劃分出古韓江三角洲物源體系域和古珠江三角洲物源體系。前人分析表明，古韓江三角洲砂巖中輝綠巖含量最大，約46%，正長(zhǎng)巖次之，約為35%，花崗巖含量最小，約19%；古珠江三角洲砂巖中輝綠巖含量最高，約60%，正長(zhǎng)巖和花崗巖含量非常接近，均約20%，不同井揭示的含量變化具有相似性。根據(jù)上述物源區(qū)巖石組合類型的差異，劃分出古珠江三角洲和古韓江三角洲大致的分布區(qū)域。通過古韓江三角洲沉積期古水流體系分析認(rèn)為，其上游水系包括了韓江—榕江河流體系、練江河流體系和汕尾河流體系，這些河流體系均源自古韓江。因此，古韓江三角洲群(32～10.5 Ma)是由古汕尾三角洲、古練江三角洲、古榕江三角洲以及古韓江三角洲組成，而不是只發(fā)源于現(xiàn)今韓江的一支三角洲。

5 結(jié)論

(1)古韓江三角洲隨著海平面的變化，其分布范圍也發(fā)生相應(yīng)變化。古韓江三角洲演化過程可劃分為3個(gè)階段：①初始發(fā)育期，珠海組—珠江組下段沉積期，古韓江三角洲主要分布在陸豐凹陷，而韓江凹陷不發(fā)育；②退縮期，珠江組上段至韓江組下段沉積期，隨著海平面不斷上升，古韓江三角洲分布范圍逐漸減小，并在韓江組下段達(dá)到最小，這與全球性海平面變化曲線相一致；③再擴(kuò)張期，韓江組上段沉積期海平面逐漸下降，古韓江三角洲不斷向陸豐凹陷和韓江凹陷進(jìn)積，該期也是古韓江三角洲的繁盛時(shí)期。

(2)河流水系和物源特征分析表明，古韓江三角洲是由韓江—榕江、練江和汕尾水系形成的三角洲群，與現(xiàn)代韓江三角洲差別較大。

(3)古韓江三角洲的發(fā)育受到海平面變化、物源等因素的控制，海平面上升期，古韓江三角洲的分布范圍縮小，而海平面下降期其范圍則擴(kuò)大。古韓江三角洲的分布面積與全球海平面變化曲線具有相關(guān)性。古韓江三角洲與古珠江三角洲具有不同的物源體系。