珠江口盆地番禺4洼珠江組層序地層及其約束下砂體發(fā)育模式

戴 宗， 張青青， 衡立群， 孫潤平， 劉可禹，王 健， 羅東紅， 王亞會

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司研究院,廣東深圳 518054；2.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580；3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，山東青島 266071)

珠江口盆地番禺4洼油氣資源豐富，是一個典型的“小而肥”富生烴洼陷[1-3]。前期已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在珠江組[2]，但不同層段的砂體發(fā)育特征存在較大差異,因此珠江組儲集層發(fā)育規(guī)律及其預(yù)測尤為重要。層序地層研究能夠建立等時的地層格架，是尋找有利砂體進行砂體預(yù)測的重要手段[4-5]。層序及其控制要素對砂體或沉積微相的發(fā)育和演化具有重要控制作用[4,6-8]。目前研究區(qū)層序界面識別標(biāo)志認(rèn)識不清，尚未建立綜合的等時地層格架，而珠江口盆地各個區(qū)塊珠江組三級層序劃分方案并不統(tǒng)一[9-12]，對層序及其控制要素對砂體發(fā)育的影響尚缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識。因此筆者在Vail層序地層學(xué)理論的指導(dǎo)下，綜合利用三維地震、測錄井資料，對番禺4洼珠江組進行層序地層研究，分析各層序界面和體系域界面特征，明確其識別標(biāo)志，分析層序結(jié)構(gòu)，建立等時層序地層格架。在此基礎(chǔ)上結(jié)合砂體發(fā)育特征，明確層序地層與砂體發(fā)育的關(guān)系，進一步分析二級層序不同演化階段海平面變化、物源供給、構(gòu)造沉降等要素對砂體發(fā)育的影響，以期對海相地層中各層序控制要素對砂體發(fā)育的影響有更好的認(rèn)識，并為該區(qū)下一步勘探提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

番禺 4 洼位于珠江口盆地珠Ⅰ坳陷西部，屬于西江凹陷的一部分，面積約為1 200 km2，其北鄰西江主洼及 XJ36 洼，西部為恩平凹陷，東側(cè)和南側(cè)分別為東沙隆起及番禺低隆起，是一個東南斷、西北超，呈NE-SW走向箕狀洼陷(圖1)[1-3,13-14]。

番禺4洼地層發(fā)育特征與珠江口盆地總體一致，具有“下斷上坳、先陸后海”的特征[15]。自下而上發(fā)育文昌組、恩平組、珠海組、珠江組、韓江組、粵海組、萬山組及第四系，其中文昌組和恩平組主要發(fā)育湖泊相、河流相等，是番禺4洼的主要烴源巖，而儲集層主要為珠海組、珠江組和韓江組的優(yōu)質(zhì)砂巖，以海陸過渡相、海相沉積為主(圖2)[3,16]。番禺4洼珠江組為一套連續(xù)海侵作用下的三角洲—濱岸沉積體系，儲層以三角洲前緣沉積為主，下部少量三角洲平原沉積[1-2,17]。

2 層序地層

2.1 層序界面識別

番禺4洼三維地震資料豐富，可用測井資料有12口，通過對三維地震、測錄井資料綜合分析，對番禺4洼珠江組層序界面進行識別和追蹤。研究區(qū)共識別出6 個層序界面，分別為SB23.8、SB21、SB18、SB17.5、SB17.1、SB16.5(圖2、3)，據(jù)此將研究區(qū)劃分為5個三級層序：SQ1、SQ2、SQ3、SQ4和SQ5。其中SB23.8 和SB16.5也是二級層序界面，MFS18.5是二級最大海泛面。各層序界面在地震反射結(jié)構(gòu)、測錄井資料上具有明顯的響應(yīng)特征(圖2～5)。

二級層序界面往往與構(gòu)造運動相聯(lián)系，SB23.8是白云運動形成的區(qū)域性不整合面[19-20]，為新近系和古近系的分界面，該地震反射界面是可在全區(qū)進行追蹤對比的標(biāo)志性界面。其地震剖面上表現(xiàn)出高連續(xù)強反射特征，在西江凹陷附近界面之下見明顯削截現(xiàn)象(圖2)，研究區(qū)該界面之上可見上超特征，代表水域不斷擴大時地層逐漸超覆的特征，表現(xiàn)為低角度反射層終止于傾斜的地層界面上(圖3(a))。研究區(qū)該界面上下巖性均以砂巖為主，測井曲線呈箱形，自然伽馬呈低值(圖4)。SB16.5為珠江組和韓江組的分界面，地震剖面上表現(xiàn)出中—高連續(xù)中—強反射特征，區(qū)域上界面之下可見頂超現(xiàn)象(圖2)，研究區(qū)與其類似，巖性主要為砂巖夾灰色泥巖沉積，測井曲線呈箱形，自然伽馬為低值(圖4)；區(qū)域上界面之上可見上超特征(圖2)，研究區(qū)該界面以上地層接觸關(guān)系不明顯，其巖性主要為灰色泥巖，自然伽馬為高值(圖4)。

圖1 珠江口盆地構(gòu)造分區(qū)及地層結(jié)構(gòu)(據(jù)文獻[18]，有修改) Fig.1 Tectonic subdivision and stratigraphy of Pearl River Mouth Basin (After citation[18], modified)

圖2 過番禺4洼珠江組SE方向地震剖面及層序地層解釋(剖面位置見圖1)Fig.2 Seismic section and sequence stratigraphic interpretation along SE direction of Zhujiang Formation across Panyu 4 Subsag (position of seismic section is shown in Fig.1)

圖3 番禺4洼珠江組SEE方向?qū)有蚪缑娴湫偷卣鸱瓷浼捌涞貙咏佑|關(guān)系Fig.3 Typical seismic reflection and stratigraphic contact relationship of sequence surfaces along SEE direction of Zhujiang Formation in Panyu 4 Subsag

三級層序界面SB21.0、SB18.0、SB17.5、SB17.1在地震剖面上表現(xiàn)為中—高連續(xù)的中—強反射結(jié)構(gòu)特征，區(qū)域上其地層終止關(guān)系主要表現(xiàn)為頂超或削截特征(圖2)，研究區(qū)也具有類似的特征，各層序界面之下的頂超特征均較普遍，為過路無沉積面，表現(xiàn)為前積反射層終止于低角度面上(圖3(b))。這些三級層序界面上下測井曲線疊加樣式或地層巖性也表現(xiàn)出明顯的差異性(圖4、5)。其中SB21.0層序界面上下雖巖性差異不大，均為砂巖夾灰色泥巖沉積，但地層疊加樣式變化明顯，界面之下向上砂地比逐漸增加，為一套進積式的砂質(zhì)沉積(圖4、5)；界面之上向上砂地比逐漸減小，為一套呈退積式的砂質(zhì)沉積，層序界面為最大海退面，穿過界面地層疊加樣式由進積轉(zhuǎn)變?yōu)橥朔e(圖4、5)。SB18.0、SB17.5、SB17.1 層序界面為反映沉積間斷特征的巖性突變面，界面之下為灰色砂巖與泥巖互層沉積，向上砂地比逐漸增加，為一套進積式的砂質(zhì)沉積，自然伽馬整體呈低值；界面之上以灰色泥質(zhì)沉積為主，自然伽馬呈高值。

2.2 體系域界面識別和劃分

受發(fā)育位置和條件限制，研究區(qū)在珠江組沉積時期均位于大陸架內(nèi)[19-20]，因此各三級層序均不發(fā)育低位域和下降域，只發(fā)育海侵域(TST)和高位域(HST)，以最大海泛面為界。研究區(qū)珠江組MFS18.5界面有明顯的地震反射特征，表現(xiàn)為振幅強、連續(xù)性好、中—高頻率的特征，易于追蹤，在其界面之上可見明顯的下超反射特征(圖3(c))。最大海泛面上下測井曲線疊加樣式也有明顯變化，研究區(qū)主要表現(xiàn)為地層疊加樣式由退積式或泥巖沉積變?yōu)檫M積式沉積(圖4)。其中SQ1和SQ2最大海泛面以下表現(xiàn)為退積型疊加樣式，自層序界面向上砂地比逐漸減小(圖4、表1)；其他三級層序最大海泛面以下表現(xiàn)為泥巖沉積；穿過體系域界面各三級層序地層轉(zhuǎn)變?yōu)檫M積式或加積式沉積，向上砂地比有增大趨勢。

圖4 PY-A-1井珠江組層序地層和體系域劃分Fig.4 Sequence stratigraphic and system tract subdivision of well PY-A-1 of Zhujiang Formation

圖5 SB21.0和SB17.1層序界面附近測井響應(yīng)Fig.5 Log signatures near SB21.0 and SB17.1 sequence boundaries

表1 珠江組不同三級層序及其體系域的響應(yīng)特征Table 1 Response characteristics of different third-order sequences and their system tracts in Zhujiang Formation

2.3 層序結(jié)構(gòu)類型和特征

層序結(jié)構(gòu)是指三級層序內(nèi)體系域構(gòu)成和不同體系域地層單元時間-空間組成配置關(guān)系[4,21]。在體系域界面識別基礎(chǔ)上，對研究區(qū)不同三級層序的層序結(jié)構(gòu)類型及其特征進行分析。研究區(qū)珠江組三級層序均為二分層序結(jié)構(gòu)類型，在珠江組整個二級層序內(nèi)自下而上可見多個二元旋回的垂向疊加，但發(fā)育于二級層序內(nèi)不同演化階段的三級層序具有不同的結(jié)構(gòu)特征，體系域發(fā)育程度有明顯差異(圖4、表1)，從而進一步影響砂體成因類型及發(fā)育特征[4]。在二級層序基準(zhǔn)面上升半旋回和過渡期，三級層序(SQ1和SQ2)海侵域和高位域均較為發(fā)育(圖4、表1)；而在二級層序基準(zhǔn)面下降半旋回，各三級層序(SQ3～SQ5)海侵期發(fā)育厚度較薄，以高位體系域為主。

3 層序地層約束下砂體發(fā)育模式

3.1 層序地層與砂體發(fā)育關(guān)系

珠江組沉積時期，由于南海陸架寬廣且平緩，在古珠江物源供應(yīng)的影響下，古珠江三角洲平面上多呈大面積連片展布(圖6)，形成以下三角洲平原—三角洲前緣為主的沉積[1,16]。側(cè)向上砂體橫向延伸范圍廣且穩(wěn)定，垂向上砂巖與泥巖沉積形成良好的儲蓋組合，形成多個油藏(圖7)。

圖6 番禺4洼珠江組SQ1海侵體系域沉積展布Fig.6 Sedimentary microfacies distribution of SQ1 transgressive system tract of Zhujiang Formation

圖7 番禺4洼SSW方向珠江組三級層序地層及砂體發(fā)育特征對比剖面Fig.7 Profile of different third-order sequences and sand body development characteristics of Zhujiang Formation along SSW direction of Panyu 4 Subsag

砂體縱向發(fā)育特征與層序地層關(guān)系密切，首先二級層序不同階段砂體發(fā)育特征明顯不同(圖7、8，表2)。二級層序基準(zhǔn)面上升半旋回(23.8～18.5 Ma)，其中三級層序SQ1(23.8～21.0 Ma)沉積時期砂地比較高，一般大于75%，表現(xiàn)為厚層砂巖夾泥巖沉積(表2、圖8(a))；隨著二級層序內(nèi)基準(zhǔn)面上升，砂地比有降低的趨勢，單層砂巖厚度變薄，由以砂巖為主的沉積變?yōu)樯澳鄮r互層的沉積(圖7、表2)。在二級層序基準(zhǔn)面下降半旋回(18.5～16.5 Ma)，隨著基準(zhǔn)面下降，砂地比整體有升高的趨勢(圖7、8(b)、(c)，表2)，尤其是在下降半旋回晚期(17.1～16.5 Ma)，砂地比和單層砂巖厚度明顯增大，表現(xiàn)為以砂巖為主的砂泥巖互層沉積(圖7、8(c)，表2)。

其次具有不同層序結(jié)構(gòu)特征的三級層序其砂體縱向發(fā)育特征也存在明顯差異(圖7、8)。三級層序SQ1和SQ2海侵域和高位域均是層序的主體，砂體在這兩個體系域均較為發(fā)育(圖7、8(a))；而三級層序SQ3～SQ5高位體系域是層序的主體，海侵域以泥巖沉積為主，砂體主要發(fā)育在高位域(圖7、8(b)、(c))。

表2 單井不同三級層序地層厚度和泥地比變化Table 2 Stratum thickness and ratio between mudstone and stratum thickness of different third-order sequences in different wells

圖8 番禺4洼珠江組不同三級層序結(jié)構(gòu)特征及其砂體發(fā)育特征Fig.8 Sequence architectures and sand body development characteristics of different third-order sequence stratigraphy of Zhujiang Formation in Panyu 4 Subsag

3.2 層序控制要素作用下砂體發(fā)育模式

海相層序地層受到物源供給、構(gòu)造沉降及全球海平面變化等諸多因素的控制，各控制因素的變化控制層序地層演化和層序地層結(jié)構(gòu)特征，從而進一步影響砂體發(fā)育規(guī)律[4,6-8,21]。

在珠江組沉積時期，研究區(qū)沉降速率和沉積速率均可以分為“早期穩(wěn)定—晚期加速”2個階段(圖9(a)、(b))；鑒于三級海平面變化具有全球性，因此全球和珠江口盆地的三級海平面變化具有一致性，呈現(xiàn)多個旋回，區(qū)域構(gòu)造運動僅改變海平面變化幅度(圖9(c)、(d))[20]；二級全球海平面變化與珠江口盆地相對海平面變化在目的層段內(nèi)變化特征也相似，整體表現(xiàn)為“先減小后增大”的特征(圖9(c)、(d))。

二級層序基準(zhǔn)面上升半旋回(23.8～18.5 Ma)，研究區(qū)構(gòu)造沉降速率和物源供應(yīng)速率相對較小(圖9(a)、(b))，因此相對海平面變化主要受全球海平面變化影響。在23.8～21 Ma沉積時期，全球海平面變化幅度較小(圖9(c))，在古珠江供應(yīng)和海平面升降旋回控制下，研究區(qū)海侵域和高位域發(fā)育，但整體水深變化范圍較小，形成一套富砂質(zhì)的沉積，砂巖含量高，表現(xiàn)為厚層砂巖夾薄層泥巖沉積(圖7、8(a)、10(a)，表2)。至21 Ma附近，出現(xiàn)一次大規(guī)模的海平面下降(圖9(c))，古珠江三角洲一直遷移到陸架邊緣，陸架區(qū)暴露無沉積[20]，SQ1三級層序形成。在相對海平面下降到最低后的緩慢上升期，陸坡地區(qū)形成低位楔狀體沉積，研究區(qū)無沉積[20, 26]。此后海平面大幅度上升(圖9(c))，三角洲向陸方向不斷退縮，海侵體系域發(fā)育，水深逐漸加深，形成一套退積型的準(zhǔn)層序組沉積, 砂巖含量降低，單層砂巖厚度變薄(圖7、10(b))。至18.5 Ma時期，全球海平面上升達到高點，再加上突然加速沉降作用，形成一次區(qū)域海泛作用，二級最大海泛面形成(圖9(a)、(c)、(d))。

圖9 珠江口盆地和全球30 Ma以來層序地層控制要素變化Fig.9 Variations of sequence stratigraphy controlling factors since 30 Ma for Pearl River Mouth Basin and globe

二級層序基準(zhǔn)面下降半旋回(18.5～16.5 Ma)，構(gòu)造沉降進入裂后加速沉降幕(圖9(a))[27]，物源供應(yīng)也處于加速供應(yīng)階段(圖9(b))，因此該時期盡管沉積時間相對較短，但沉積厚度卻大于上升半旋回沉積厚度(表2)。其中在18.5～18.0 Ma沉積時期，研究區(qū)水深仍舊較大，高位體系域發(fā)育，以砂泥巖互層沉積為主(圖7、10(c))。在18.0～16.5 Ma沉積時期，在三級全球海平面變化和構(gòu)造沉降綜合作用下，海侵期三級相對海平面大規(guī)?？焖偕仙?圖9(d))，因此研究區(qū)該時期三級層序海侵體系域均以海泛泥巖沉積為主，沉積厚度較薄(圖7、8(b)、(c))。該時期(18.5～16.5 Ma)二級全球海平面和構(gòu)造沉降變化使二級相對海平面整體有上升的趨勢，早中期其上升速率快(圖9(d))，與物源供應(yīng)速率整體相當(dāng)，水深變化不大，仍以砂泥巖互層沉積為主(圖7、8(b)、10(d))；晚期(17.1～16.5 Ma)其上升速率慢(圖9(d))，可容空間變化速率小于物源供應(yīng)的速率，因此水深減小，三角洲有明顯向海推進的趨勢，砂巖含量和砂巖單層厚度明顯增大(圖7、8(c)、10(e)，表2)。

基于以上分析，認(rèn)為三級全球海平面升降旋回控制珠江口盆地相對海平面升降旋回，而三級相對海平面升降旋回控制研究區(qū)三級層序的發(fā)育和層序結(jié)構(gòu)類型及特征，進一步控制具有不同層序結(jié)構(gòu)特征的三級層序的砂體發(fā)育規(guī)律。相對海平面大幅度下降時期形成層序界面，研究區(qū)無沉積或遭受暴露；相對海平面較緩慢上升時(大于物源供應(yīng)速率)形成以三角洲沉積為主的由退積型準(zhǔn)層序組組成的海侵域(SQ1和SQ2的海侵域)。相對海平面快速大范圍上升時形成以海泛泥巖沉積為主的海侵域(SQ3～SQ5的海侵域)。相對海平面上升速率緩慢且小于物源供應(yīng)速率時形成以進積型準(zhǔn)層序組組成的高位域(SQ1～SQ5的高位域)。

物源與二級相對海平面變化共同作用，控制二級層序內(nèi)砂體的垂向疊置樣式和平面的演化。在此基礎(chǔ)上建立研究區(qū)二級層序不同控制要素作用下的砂體發(fā)育響應(yīng)模式(圖10)。在二級層序基準(zhǔn)面上升期，全球海平面變化相對主導(dǎo)，早期其變化幅度小導(dǎo)致水深變化不大，砂巖含量高，表現(xiàn)為厚層砂巖夾泥巖沉積(圖10(a))；晚期全球海平面大幅度上升導(dǎo)致水深大大增加，砂巖含量減小，表現(xiàn)為砂泥巖互層沉積(圖10(b))。在二級層序基準(zhǔn)面下降期，物源供應(yīng)相對主導(dǎo)，表現(xiàn)為砂泥巖互層沉積，砂巖含量和單層厚度整體有增大趨勢(圖10(c)、(d)、(e))，尤其到晚期相對海平面變化速率小于物源供應(yīng)速率，因此水深減小，砂巖含量明顯增大，表現(xiàn)為以砂巖為主的砂泥巖互層沉積(圖10(e))。

圖10 番禺4洼珠江組二級層序不同控制要素作用下砂體發(fā)育模式Fig.10 Sandbody development model in responding to different controlling factors of second-order sequence of Zhujiang Formation in Panyu 4 Subsag

4 結(jié) 論

(1)番禺4洼珠江組地層共劃分為1個二級層序，5個三級層序，各三級層序只發(fā)育海侵域和高位域，但二級層序不同演化階段三級層序結(jié)構(gòu)和砂體發(fā)育特征有較大差異。

(2)砂體縱向發(fā)育特征與二級層序基準(zhǔn)面演化和三級層序結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。二級層序基準(zhǔn)面上升半旋回，砂巖含量整體有降低趨勢，由以砂巖為主的沉積變?yōu)橐陨澳鄮r互層為主的沉積，單層砂巖厚度變??；二級層序基準(zhǔn)面下降半旋回，砂巖含量整體有增大趨勢，尤其到晚期砂巖含量明顯增大。海侵域相對不發(fā)育的層序(SQ3～SQ5)砂體主要發(fā)育在高位域。

(3)三級全球海平面升降旋回控制珠江口盆地三級相對海平面升降旋回，而三級相對海平面升降旋回控制三級層序的發(fā)育和層序結(jié)構(gòu)類型及特征，進一步控制具有不同結(jié)構(gòu)三級層序的砂體發(fā)育規(guī)律。

(4)物源與二級相對海平面變化共同作用，控制二級層序內(nèi)砂體的垂向疊置樣式和平面演化。二級層序基準(zhǔn)面上升期，全球海平面變化相對主導(dǎo)，早期其變化幅度小，砂巖含量高，表現(xiàn)為厚層砂巖夾泥巖沉積；晚期全球海平面大幅度上升導(dǎo)致水深明顯增加，表現(xiàn)為砂泥巖互層沉積。二級層序基準(zhǔn)面下降期，物源供應(yīng)相對主導(dǎo)，表現(xiàn)為砂泥巖互層沉積，砂巖含量和單層厚度整體有增大趨勢，尤其到晚期相對海平面變化速率小于物源供應(yīng)速率，因此水深減小，單層砂巖厚度明顯增大，表現(xiàn)為以砂巖為主的砂泥巖互層沉積。