北部灣潿西探區(qū)淺層地質(zhì)特征初步研究

蔡春麟，胡津熒，胡 斌，戴順翔

（中石化海洋石油工程有限公司上海物探分公司，上海 201208）

北部灣潿西探區(qū)位于中國南海的西北部，距廣西北海市西南約110 km，是一個淺海半封閉性大陸海域。隨著該區(qū)油氣勘探開發(fā)不斷深入，相應(yīng)的一些工程活動也將逐步展開。但是，針對潿西探區(qū)的地質(zhì)調(diào)查研究程度不高，可利用的成果資料很少，特別是對淺部工程地質(zhì)條件了解不夠，這不利于今后進一步的勘探和工程活動開展。截至目前，在該區(qū)域僅完成了近十個海洋井場調(diào)查項目（每個井場的調(diào)查范圍為3 km×3 km），取得了一些淺部的地質(zhì)資料。井場位置分布主要集中于潿洲油田區(qū)域，北部和南部較少(圖1)。

本文主要依據(jù)這些井場調(diào)查資料，結(jié)合本區(qū)域前人的研究成果，對本區(qū)的淺層地質(zhì)特征作一初步研究。

1 區(qū)域概況

潿西探區(qū)屬南海大陸架地形區(qū)，由北東向南西緩慢傾斜，水深約為40～50 m，北東淺西南深。潿洲油田海域則由西北向東南緩傾，呈微小的潮脊?fàn)畹匦?，走向為東南偏南，南部水深最大，最深處約49.6 m，西部水深較淺，最淺處約38.4 m，中部及東北部極其平緩，坡降僅為0.7‰。

圖1 北部灣潿西探區(qū)鉆孔位置分布示意圖（南部兩個鉆孔已出圖）

區(qū)內(nèi)海底地貌既有海蝕地貌,也有海積地貌,地貌類型包括陸架堆積平原、水下堆積岸坡、陸架侵蝕淺谷及洼地、潮流沙脊-沙波群和侵蝕殘余凸地等[1]。潿洲油田位于南海北部二級地貌單元的陸架堆積平原之中部邊緣和現(xiàn)代潮流沙脊溝槽區(qū)北部，西南部有一近南北走向的現(xiàn)代潮流沙脊[2]。

北部灣是一個以新生代為主的中新生代沉積盆地，屬大陸邊緣的被動盆地。潿西探區(qū)位于北部灣盆地西部，跨越粵桂隆起區(qū)、潿西南凹陷、潿西南低凸起、海中凹陷和企西隆起等五個不同級別的構(gòu)造單元[3]。潿洲油田所在的潿西南凹陷與海中凹陷，均呈NE-SW 向分布。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育。其基底主要由古生代地層及中生代花崗巖組成，沉積地層主要由古近系（下第三系）與新近系（上第三系）組成，其上覆蓋有較薄的第四紀沉積（數(shù)米～數(shù)十米）。

2 井場調(diào)查方法

井場調(diào)查是海洋油氣勘探開發(fā)過程中重要的一環(huán)，包括工程物探和工程地質(zhì)兩方面調(diào)查內(nèi)容。前者主要查明井場區(qū)海底障礙物、水深和地層變化情況，以及海底以下一定深度范圍內(nèi)埋藏古河道、斷層、淺層氣等地質(zhì)災(zāi)害；后者通過地質(zhì)淺鉆查明海底以下一定深度范圍內(nèi)土層分布、土質(zhì)類型、強度以及工程物理力學(xué)特性。其中，地質(zhì)鉆探和淺地層剖面測量是研究井場區(qū)淺部地質(zhì)特征、建立地層結(jié)構(gòu)的必要手段，分別揭示了各土層在垂向上的巖性組成和在橫向上的空間展布，兩者呈互為解釋和對應(yīng)的關(guān)系。地質(zhì)鉆孔一般布設(shè)于井場中心，孔深達40 m；淺地層剖面測線呈網(wǎng)格狀布設(shè)，主測線方向大致垂直海底地形線。

3 工程地質(zhì)特征

工程地質(zhì)層劃分是評價工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)，其劃分原則主要依據(jù)地層的巖性、厚度、埋藏深度及巖土的工程物理和力學(xué)性質(zhì)，同時還與沉積環(huán)境和形成時代有關(guān)。潿西探區(qū)工程地質(zhì)層劃分除了根據(jù)淺鉆揭示的巖性及其組合、工程地質(zhì)參數(shù)等外，還借助于淺地層剖面資料對地層結(jié)構(gòu)在空間上的變化進行追蹤，查明其埋藏分布情況。在潿西探區(qū)工程地質(zhì)層可分為以下幾層（圖2）。

圖2 北部灣潿西探區(qū)鉆孔剖面工程地質(zhì)層劃分對比圖

（1）第Ⅰ工程地質(zhì)層：由淤泥混粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)黏土組成，呈軟塑到流塑狀態(tài)。僅分布于潿西探區(qū)北部至近中部區(qū)域的海底表層。厚度在0.7～6 m 之間。該土層含水率40%～55%，壓縮模量1.8～3.5 MPa，液性指數(shù)0.85～1.98，塑性指數(shù)14.5～21，為含水率較高的高壓縮性土。

（2）第Ⅱ工程地質(zhì)層：由黏土、黏質(zhì)粉土和粉質(zhì)黏土組成，可見褐黃色團塊，可塑～硬塑，以硬塑為主。主要分布于探區(qū)中南部區(qū)域，呈條帶狀向南延伸。厚度變化在0.7～14.7 m 之間，具有從北往南逐漸增大的趨勢。巖土含水率25%～34%，壓縮模量4～6 MPa，液性指數(shù)0.3～0.7，塑性指數(shù)14～18，凝聚力26～75 kPa，為含水率低的中高壓縮性土層。

（3）第Ⅲ工程地質(zhì)層：本層巖性主要由粗顆粒砂組成，以含大小不一的礫石為特征，但在探區(qū)南部兩個鉆孔中該層為粗砂，不含礫石。厚度變化在3～14 m 之間。土層含水率15%～27%（平均21%），壓縮模量12 ～28 MPa（平均18 MPa），內(nèi)摩擦角15°～38°（平均35°），為含水率低、較為密實的砂土層。

（4）第Ⅳ工程地質(zhì)層：本層在探區(qū)范圍內(nèi)皆有分布，以黏性土為主，軟塑～可塑。厚度1.8～8.3 m。含水率24%～48%（平均37%），壓縮模量2.5 ～7.8 MPa（平 均4.2 MPa），液 性 指數(shù)0.3～1.2 之間（平均0.8），塑性指數(shù)13～21（平均17.1），凝聚力24～139 kPa（平均50 kPa），為含水率較高的高壓縮性土層。

（5）第Ⅴ工程地質(zhì)層:在探區(qū)范圍內(nèi)皆有分布，厚度較大，由于鉆孔深度所限，底界深度無法確定。該層巖性主要由粉砂、細砂、中砂、粗砂和礫石等砂質(zhì)沉積組成，下部有的夾黏土質(zhì)粉土和黏土層。含水率15.9%～34.8%（平均22.4%），壓縮模量3.9～23.4 MPa（平均15.6 MPa），液性指數(shù)0.4～0.8，塑性指數(shù)15.3～16.7，內(nèi)摩擦角26°～38°（平均30°），凝聚力42～82 kPa（平均64 kPa），為含水率較低的中等壓縮性土。

4 沉積環(huán)境和淺地層層序劃分

4.1 南海北部第四紀以來沉積環(huán)境變化和地層層序劃分

在第四紀早更新世時期，南海北部發(fā)生了大范圍的海退而廣泛發(fā)育海陸交互相沉積；至中更新世，氣候回暖，海面由南向北推進，許多地區(qū)成為濱海與淺海環(huán)境，但在此時期，氣候波動較大，造成海平面波動和沉積環(huán)境發(fā)生變化，海陸交互頻繁；從晚更新世開始至全新世，經(jīng)歷了數(shù)次全球性大的氣候變化[4-5]。晚更新世早期進入里斯-玉木間冰期，全球氣候轉(zhuǎn)暖，發(fā)生向陸海侵，范圍可達現(xiàn)今珠三角地區(qū)，南海陸架沉積了一套自濱海相到淺海相地層；在晚更新世中期進入早玉木冰期，南海陸架大部地區(qū)成為陸相環(huán)境，發(fā)育了海陸過渡相濱岸與近岸淺水環(huán)境下的礫砂或砂沉積；在晚玉木冰期，南海北部陸架廣大區(qū)域為河、湖相陸域環(huán)境，含鐵質(zhì)風(fēng)化黏土發(fā)育。進入全新世，南海北部形成冰后期全新世第一海侵層，沿海陸架河道及河口灣進入溯源充填堆積，沉積物近岸區(qū)以粗碎屑為主，濱外淺海區(qū)稍細，多為黏土質(zhì)粉砂。

根據(jù)鉆孔及柱狀樣資料，南海北部第四紀地層從上往下可劃分為全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)和下更新統(tǒng)。

4.2 潿西探區(qū)沉積環(huán)境

前人[6-9]在潿西探區(qū)東部近雷州半島、東北部潿洲島附近及廣西廉州灣外等海域都實施了數(shù)個鉆孔，并完成了有孔蟲測試和14C 測年工作，以此進行層組劃分和沉積環(huán)境恢復(fù)。早更新世沉積地層為淺海相；中更新世沉積地層由沿海平原相組成；晚更新世沉積地層由陸相、濱海相、潮間帶相和淺海相組成；全新世沉積地層以沼澤相、淺海相和濱海相為主，且厚度由北部灣近岸地區(qū)向海逐漸減薄至尖滅。

4.3 潿西探區(qū)淺地層層序劃分

潿西探區(qū)已完成井場的調(diào)查范圍小，且分散，對于每個井場中所采集的淺地層剖面資料僅能以反射界面的識別標(biāo)志（上超、下超、削截、頂超等）來劃層、對比和閉合，并結(jié)合前人區(qū)域資料，將海底面以下一定深度范圍內(nèi)的地層劃分為若干套層序，推測其沉積環(huán)境及形成時代。根據(jù)實測資料和層序劃分原則，在潿西探區(qū)海底約40 m 內(nèi)，劃分出5 套層序：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，且與工程地質(zhì)層分層呈對應(yīng)關(guān)系（表1）。

表1 潿西探區(qū)淺地層層序劃分表

（1）地層層序Ⅰ：分布于調(diào)查區(qū)東北部，呈層狀產(chǎn)出，包含一反射強的、以平行狀反射結(jié)構(gòu)為主的似透鏡狀層理，厚約2～6 m，其平面分布范圍可追蹤，且與下伏層組界線明顯（圖3）。在透鏡狀層理層內(nèi)部及兩側(cè)還可見波狀反射及弱反射，呈充填結(jié)構(gòu)，其深度在6 m 以淺，寬度有大有小，走向NW-SE。有4 個鉆孔揭示本層序，巖性解釋為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和灰色淤泥質(zhì)黏土，透鏡狀反射層為淤泥質(zhì)黏土層，為全新世海進時期淺海相沉積。

（2）地層層序Ⅱ：與層序Ⅰ界線難以劃分。似層狀，以弱反射、雜亂狀和波狀反射為主。底界與下伏地層呈不整合接觸。層組厚度1～15 m，自北向南逐漸增大，有5 個鉆孔鉆遇。巖性解釋為硬塑為主的黏性土，推測為晚更新世時晚期的陸相沉積經(jīng)風(fēng)化而成。

（3）地層層序Ⅲ：與層序Ⅱ呈不整合接觸，呈層狀，遍布調(diào)查區(qū)。雜亂狀反射、振幅中等，連續(xù)性差。其底界存在明顯的侵蝕特征。層組厚度3～14 m。全部鉆孔鉆遇該層組，從鉆遇厚度來看，具南北大中間小的特點。巖性解釋為一套在高能動蕩環(huán)境下形成的含貝殼碎屑及顆粒較大的砂質(zhì)沉積。根據(jù)資料[10]，在北部灣中部40～50 m水深海區(qū)，出露了大面積的晚更新世地層，呈圓形展布，沉積物以細砂為主，夾粗砂和礫石，是晚更新世晚期低海面時的濱海相沉積產(chǎn)物。

圖3 層序Ⅰ中淤泥質(zhì)黏土層呈透鏡狀反射特征（測線位置見圖1）

（4）地層層序Ⅳ：與上下層組呈不整合接觸，遍布整個調(diào)查區(qū)。振幅強弱不均、頻率較低、連續(xù)性差，似平行狀反射結(jié)構(gòu)，頂面有剝蝕現(xiàn)象。層組厚度2～9 m。巖性解釋為一套黏土沉積層，底部為粉質(zhì)黏土。該層由陸源碎屑夾生物碎屑組成，屬沿海平原相，形成時代為中更新世。

（5）地層層序Ⅴ：遍布調(diào)查區(qū)，由于在淺剖資料上無法追蹤，因此未劃分其底界。雜亂狀、波狀及弱反射。巖性解釋為一套夾粉質(zhì)黏土薄層的砂質(zhì)沉積層，以粉砂、粗砂、中砂、細砂等砂質(zhì)沉積為主，沉積物顆粒由下部為粗粒向上部變?yōu)榧毩?、中粒，反映了多次海侵過程，且為陸源碎屑經(jīng)海洋動力作用而成為淺海相，形成于早更新世。

5 結(jié)論

（1）潿西探區(qū)淺部地質(zhì)可劃分五個工程地質(zhì)層，從上至下分別為淤泥質(zhì)黏土層、硬黏土層、含礫砂質(zhì)層、黏土層和砂質(zhì)沉積層。淤泥質(zhì)黏土層分布于探區(qū)北部海底，呈透鏡狀產(chǎn)出，由于缺乏調(diào)查資料，其在空間上的范圍可能存在變化；之下的硬黏土層主要分布于探區(qū)中南部，呈條帶狀向南延伸；其它各工程地質(zhì)層在探區(qū)內(nèi)均有分布，且厚度具有從北向南逐漸增大的趨勢。

（2）通過對比區(qū)域上前人成果，在潿西探區(qū)海底40 m 范圍內(nèi)劃分出五套地層層序，且與工程地質(zhì)層相對應(yīng)。各層組形成時代從上至下分別為全新世和更新世晚、中、早期，沉積環(huán)境則為淺海相、陸相和濱海相、沿海平原相、淺海相。