珠江口盆地白云北坡韓江組層序格架及富砂沉積體研究

吳 偉，鄭 偉，劉惟慶，代一丁，秦成崗

(1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454003;2.中國(guó)海洋石油深圳分公司研究院，廣東 廣州 510240)

中國(guó)南海北部珠江口盆地是陸架邊緣沉積學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)區(qū)域，陸架和陸坡均比較發(fā)育。經(jīng)過(guò)20多年的勘探開(kāi)發(fā)，在陸架地區(qū)發(fā)現(xiàn)了砂巖油氣藏和生物礁油氣藏，在陸坡區(qū)發(fā)現(xiàn)了陸架邊緣三角洲及海底扇砂體［1］。研究區(qū)韓江組SQhj1、SQhj2層序是目前主要的勘探目的層之一，探勘對(duì)象集中于陸架區(qū)的構(gòu)造油氣藏，對(duì)于陸架坡折之下的巖性地層油氣藏的研究和勘探尚處于起步階段。因此，筆者通過(guò)鉆井、測(cè)井、地震資料分析，并利用層序地層學(xué)、地震沉積學(xué)等方法，對(duì)珠江口盆地白云北坡韓江組的層序地層格架、體系域和富砂沉積體進(jìn)行研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

珠江口盆地是中國(guó)南海大陸邊緣南部的一個(gè)重要的新生代含油氣盆地，是在前古近系基底上發(fā)展起來(lái)的。自北向南依次劃分為北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶等5個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。在北西向調(diào)節(jié)正斷層的作用下，各個(gè)構(gòu)造帶又可分若干個(gè)凹陷和低隆起。研究區(qū)包括番禺低隆起及白云凹陷北坡，區(qū)內(nèi)從下到上發(fā)育古近系文昌組、恩平組、珠海組以及新近系珠江組、韓江組、粵海組、萬(wàn)山組和第四系［2］。白云北坡是珠江口盆地天然氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)多個(gè)天然氣藏和含氣構(gòu)造。

圖1 珠江口盆地構(gòu)造分區(qū)Fig.1 Regional geology map of Pearl River Mouth Basin

2 韓江組沉積層序特征

前人研究涉及珠江口盆地海平面變化和層序地層劃分，主要依地震反射結(jié)構(gòu)和地震沉積學(xué)特征對(duì)白云北坡韓江組進(jìn)行三級(jí)層序及體系域劃分［3-4］，均認(rèn)為韓江組沉積早期以海退為主，而晚期以海進(jìn)為主，但具體三級(jí)層序數(shù)量及劃分方案存在較大的差異。根據(jù)連井剖面、井－震剖面、地震剖面上層序界面性質(zhì)以及層序內(nèi)部特征，對(duì)白云北坡韓江組的層序關(guān)鍵界面進(jìn)行分析，識(shí)別4個(gè)三級(jí)層序界面，經(jīng)超微化石定年分別對(duì)應(yīng)15.5、13.8、12.5和10.5 Ma，將韓江組劃分為3個(gè)三級(jí)層序(SQhj1、SQhj2、SQhj3)，不同層序內(nèi)部體系域劃分方案與前人研究差別較大:SQhj1層序體系域四分，包含低位體系域、海侵體系域、高位體系域和下降體系域;對(duì)SQhj2層序低位體系域兩分，該層序內(nèi)部包含早期低位體系域(LST1)、晚期低位體系域(LST2)、海侵體系域和高位體系域。由于在13.8 Ma時(shí)期白云洼陷發(fā)生大規(guī)模海退，白云北坡SQhj1層序的FSST和SQhj2層序的LST1和LST2中發(fā)育主要的富砂沉積體。

SQhj1層序位于韓江組底部，層序界面分別對(duì)應(yīng)15.5 Ma和13.8 Ma。SQhj1層序底界面SB15.5以上超不整合接觸關(guān)系為特征，地震剖面上可識(shí)別出大量下切水道，這些下切水道以下切深度小、延伸距離近為特點(diǎn)，而東南部深水區(qū)主要以地層上超為特征，重力流形成的具有丘狀外形特征的扇體是SB15.5識(shí)別的輔助標(biāo)志，界面之上的扇體與圍巖相比往往具有低頻反射特征，而且地震反射振幅能量一般與圍巖間有較大差異。SQhj1層序頂界面SB13.8之下頂超－削蝕現(xiàn)象十分常見(jiàn)，尤其在白云北坡西部。界面之下高角度斜交前積與S形前積并存，而前積層頂端常見(jiàn)頂超－削蝕現(xiàn)象;界面之上常發(fā)育扁透鏡狀強(qiáng)反射，鉆井揭示為水道滯留沉積。SQhj1層序內(nèi)部可以識(shí)別出初始海進(jìn)界面FFS、最大海進(jìn)界面MFS和強(qiáng)制性水退底面BSFR(圖2)，其中BSFR為一連續(xù)性很強(qiáng)的中強(qiáng)反射軸，為下降體系域FSST前積層的底超面，是一條易于全區(qū)追蹤的正常水退界面。

SQhj2層序位于韓江組中部，層序界面分別對(duì)應(yīng)13.8 Ma和12.5 Ma。層序底界面SB13.8也是SQhj1層序頂界面，界面之下存在頂超－削蝕現(xiàn)象，而界面之上有連續(xù)上超現(xiàn)象。SQhj2層序頂界面SB12.5之上在陸坡區(qū)發(fā)育侵蝕水道，水道下切不整合明顯;而陸架大部分地區(qū)界面上下均為平行－亞平行結(jié)構(gòu)特征，界面之上少見(jiàn)上超現(xiàn)象，局部可見(jiàn)頂超現(xiàn)象。層序內(nèi)部可以識(shí)別出關(guān)鍵界面FFS和MFS，劃分出LST、TST和HST，而LST內(nèi)部存在兩期比較明顯的水道下切現(xiàn)象(圖3)，代表低位域兩期水退過(guò)程，將LST細(xì)分為L(zhǎng)ST1和LST2。地震剖面上LST1可見(jiàn)透鏡狀反射，其包絡(luò)線為強(qiáng)振幅特征，內(nèi)部反射雜亂，局部存在下蝕現(xiàn)象;LST2中下蝕現(xiàn)象發(fā)育，且其充填相為弱反射特征。

圖2 韓江組SQhj1層序FSST三角洲前緣典型井-震對(duì)比剖面Fig.2 Classic well-seismic comparison section of FSST delta front in sequence SQhj1，Hanjiang formation

圖3 韓江組SQhj2層序LST中兩期水道地震特征Fig.3 Twice channels seismic character of lowstand systems tract in sequence SQhj2，Hanjiang formation

3 富砂沉積體特征

白云凹陷北坡沉積相主要以陸架三角洲、陸架邊緣三角洲為主，東南部深海區(qū)分別對(duì)應(yīng)了陸坡環(huán)境的深海－半深海沉積和斜坡扇、盆底扇沉積，其中砂體儲(chǔ)層相對(duì)富集的沉積體包括SQhj1層序頂部的下降體系域三角洲前緣砂體和SQhj2層序底部低位域的斜坡扇、盆底扇及中部海進(jìn)體系域的濱岸砂壩等沉積體。

3.1 SQhj1層序下降體系域三角洲

SQhj1層序頂部的三角洲地震反射明顯，前端表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、連續(xù)性較差的地震反射，呈高角度的退覆斜交前積，表示海平面下降明顯，且前積層之下存在明顯的連續(xù)性很強(qiáng)的中強(qiáng)振幅標(biāo)志層BSFR作為底積層;頂部常見(jiàn)透鏡狀強(qiáng)振幅反射，與下部前積層呈不整合接觸(圖2)，是常見(jiàn)的大型下切水道特征，代表海退加劇后先前的三角洲前緣遭受河道侵蝕。

對(duì)下降體系域進(jìn)行了地層切片分析:對(duì)FSST的三角洲的底積層和頂積層進(jìn)行三維體連續(xù)追蹤解釋?zhuān)忉尵W(wǎng)格125 m×250 m，進(jìn)行網(wǎng)格內(nèi)插后，以底積層和頂積層為底頂進(jìn)行等比例劃分6段，并提取6個(gè)頂界面的均方根振幅屬性(圖4)。屬性圖可以大體反映早－晚期的三角洲前緣特征:早期屬性中強(qiáng)反射的前緣地震相表現(xiàn)為鳥(niǎo)足狀(圖4(e)、(f))，表示早期海平面下降較快，而河流作用很強(qiáng)，沉積物快速堆積以致平面上為鳥(niǎo)足形態(tài)，與剖面中的高角度退覆斜交前積體對(duì)應(yīng);而晚期幾個(gè)切片則表現(xiàn)為環(huán)帶狀特征(圖4(a)、(b)、(c)、(d))，表明后期河流作用減弱，波浪及沿岸流的改造作用增強(qiáng)，導(dǎo)致三角洲前緣表現(xiàn)為朵狀和環(huán)帶狀特點(diǎn)，三角洲的分布范圍明顯比早期要大。

SQhj1層序沉積晚期對(duì)應(yīng)了南海大規(guī)模的13.8 Ma海退［5］，濱線退到陸架邊緣附近，同時(shí)絕對(duì)海平面存在明顯下降，河流下蝕作用增強(qiáng)，將高位三角洲前緣的粗碎屑剝蝕并向前搬運(yùn)堆積，在其水道前端形成粗碎屑退覆沉積，在地震剖面上對(duì)應(yīng)連續(xù)性較差的高角度斜交前積強(qiáng)反射，在平面上對(duì)應(yīng)鳥(niǎo)足狀的強(qiáng)反射特征;由于多種因素影響，后期海平面下降速度變慢，導(dǎo)致河流下蝕作用減弱，而海浪及沿岸流的改造作用增強(qiáng)，將河流搬運(yùn)的沉積物分布進(jìn)行改造，在地震剖面上對(duì)應(yīng)了連續(xù)性較強(qiáng)的低角度前積反射，而在平面上對(duì)應(yīng)了朵狀和環(huán)帶狀的強(qiáng)反射特征。

3.2 SQhj2層序低位盆底扇特征

SQhj2層序中LST中水道充填相比較發(fā)育，主要存在兩大期次:LST1底部存在一套較強(qiáng)透鏡狀強(qiáng)振幅反射，內(nèi)部顯示為較雜亂的反射，局部削蝕下伏地層，可能以粗碎屑的砂質(zhì)沉積為主，地震屬性表現(xiàn)為明顯扇形強(qiáng)振幅;LST2底部下蝕水道非常發(fā)育，向下侵蝕深度較大，而內(nèi)部充填相為弱反射，可能以泥質(zhì)充填為主。與這兩套水道遙相呼應(yīng)的已鉆井BY6－A在該層位鉆遇兩套盆底扇砂體，LST1底部盆底扇砂體較薄，但物性非常好;LST2盆底扇砂體較厚，物性相對(duì)較差，兩套深海儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)了兩期低位水退過(guò)程。

圖4 研究區(qū)西北部SQhj1層序FSST三角洲前緣地震RMS屬性切片F(xiàn)ig.4 FSST delta front seismic RMS attribute slice of sequence SQhj1 in northwest study area

4 沉積-層序控制因素

在研究區(qū)沉積層序特征研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了盆地古地貌、同沉積斷裂及斷裂坡折帶、沉積物供給以及海平面變化等對(duì)SQhj2沉積層序發(fā)育演化控制作用的研究。

4.1 沉積層序發(fā)育背景

23.8 Ma以來(lái)白云凹陷持續(xù)沉降，總體呈海侵趨勢(shì)，于18.5 Ma發(fā)生大規(guī)模海侵后，白云凹陷及邊緣地區(qū)形成了陸棚－陸坡－深海平原沉積環(huán)境，此后白云北坡發(fā)育了21.0～10.5 Ma多套層序低位扇體的垂向疊置序列，整體上珠江組—韓江組沉積層序呈現(xiàn)出海進(jìn)－海退大致平衡的加積型組合［6］。白云北坡 SQhj1、SQhj2沉積層序形成于該階段，13.8Ma南海發(fā)生最大規(guī)模海退，SQhj1層序陸架三角洲向東南推進(jìn)，導(dǎo)致大陸坡位置向南小規(guī)模遷移，SQhj2層序低位三角洲和斜坡扇－盆底扇體系也向南推進(jìn)。

4.2 盆地古構(gòu)造地貌

作為沉積地層發(fā)育的背景，古地貌控制了古物源供給系統(tǒng)，包括物源區(qū)、沉積區(qū)、搬運(yùn)方向和方式等，是控制沉積相發(fā)育與展布的重要因素［7］。本次研究利用地震、測(cè)井及露頭資料，在結(jié)合沉積相等分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地震數(shù)據(jù)結(jié)合鉆井資料約束，通過(guò)拉平不同時(shí)期沉積層或古沉積水平面來(lái)恢復(fù)盆地的古地貌特征并揭示其演化。通過(guò)對(duì)層序厚度的壓實(shí)校正和古水深校正，對(duì)番禺低隆起的珠江組－韓江組的三級(jí)層序進(jìn)行了古地貌恢復(fù)?？傮w上，可將研究區(qū)古地貌分劃為洼槽區(qū)、陡斜坡帶、緩斜坡帶、高隆起區(qū)等古地貌單元(圖5)。SQhj1、SQhj2沉積時(shí)期，研究區(qū)北部古地貌主要為高隆區(qū)，主要發(fā)育河流、三角洲、濱岸等沉積體系;PY35－2井區(qū)東南側(cè)長(zhǎng)期為不同構(gòu)造背景下的緩坡坡折帶，向南依次為陡坡帶和洼槽區(qū)，主要發(fā)育深切谷充填、斜坡扇、盆底扇及低位進(jìn)積復(fù)合體等低位扇深水扇系統(tǒng)沉積物。

4.3 同沉積斷裂及斷裂坡折帶

韓江組沉積時(shí)期白云北坡發(fā)育多條大型NNE向同沉積斷裂，這些斷裂控制了“構(gòu)造坡折帶”的發(fā)育，進(jìn)而制約著盆地充填可容納空間的變化，控制著低水位體系域、高水位域三角洲－岸線體系的發(fā)育部位［8］，對(duì)沉積體系的發(fā)育和砂體分布起重要的控制作用。研究表明，白云北坡的多組同沉積斷裂的活動(dòng)形成了控制層序和體系域發(fā)育的斷裂坡折帶。斷裂坡折帶的主斷裂是由裂陷期已發(fā)育的緩坡反向斷裂所形成的，構(gòu)成了白云深凹帶與隆起帶的邊界斷裂帶。斷裂帶東南側(cè)中中新世以來(lái)具有相對(duì)深水環(huán)境，三級(jí)層序的低位域主要分布于斷裂坡折帶向海方向下部，各層序厚度也明顯增加;斷裂坡折帶的西北側(cè)為一東南傾的番禺古隆斜坡，在地震剖面上可觀察到各層序界面上傾方向的連續(xù)上超或削蝕不整合現(xiàn)象。

圖5 韓江組部分層序古地貌Fig.5 Ancient landform of sequence SQhj1 and SQhj2 in Hanjiang formation

白云北坡長(zhǎng)期為不同構(gòu)造背景下的坡折帶，對(duì)不同時(shí)期發(fā)育的層序結(jié)構(gòu)和體系域都具有重要的制約作用。研究區(qū)發(fā)育斷裂坡折時(shí)，主要表現(xiàn)為低水位楔的下超面或平行不整合或整合面。古坡折帶的斜坡分布直接控制著層序界面的結(jié)構(gòu)特征。SQhj1層序下降體系域的陸架三角洲、SQhj2層序的低位楔的上超尖滅線受控于坡折帶頂界。SQhj2層序的低位楔沿坡折帶的上斜坡呈NE向分布，與陸架坡折線近平行;同時(shí)斷裂坡折的活動(dòng)性也是白云凹陷深水區(qū)陸架邊緣三角洲沉積物發(fā)生再搬運(yùn)、再沉積形成陸坡復(fù)合水道、重力流沉積的主要控制因素。

4.4 構(gòu)造沉降速率變化

珠江口盆地?cái)嘞萜诘某练e速率與拗陷期的沉積速率有著重要差異，平穩(wěn)的陸架發(fā)展期沉積速率與快速沉降的陸坡發(fā)展期的沉積速率也有著重要差異，它是沉積體系發(fā)生變革的響應(yīng)［9］。為了探討構(gòu)造沉降速率對(duì)層序和沉積演化的控制作用，應(yīng)用SSMb的模擬系統(tǒng)，對(duì)研究區(qū)的沉降速率進(jìn)行回剝模擬分析。研究表明，SQhj2沉積期研究區(qū)進(jìn)入較快的沉降期，部分?jǐn)鄬踊顒?dòng)，構(gòu)造沉降和總體沉降速率最大可達(dá)200 m/Ma和600 m/Ma，導(dǎo)致相對(duì)海平面的快速上升。事實(shí)上，盆地不同部位不同時(shí)期的沉降有很大差別，最大沉降的變化受到同沉積斷裂活動(dòng)的控制，導(dǎo)致沉降中心在不同的裂陷幕發(fā)生了明顯遷移，從SQhj2兩期低位的時(shí)間厚度上可以看出，晚期低位域的沉積中心較早期低位域向北方向遷移(圖6)。

圖6 SQhj2早期、晚期低位體系域時(shí)間厚度Fig.6 Time thickness maps of early and later stage of low stand system tract in sequence SQhj2

4.5 沉積物供給

對(duì)任何沉積層序體系域的形成來(lái)說(shuō)，物源供給都是重要的影響因素，物源區(qū)的物質(zhì)組成、沉積物的供給量、以及受構(gòu)造作用或海平面變化等所導(dǎo)致的供源體系的變化都會(huì)控制沉積層序的平面分布及縱向疊置關(guān)系。珠江口盆地淺水區(qū)發(fā)育的大規(guī)模三角洲以及白云深水扇都反映了古珠江對(duì)該地區(qū)沉積物輸送的貢獻(xiàn)。32 Ma以后來(lái)自古珠江水系巨大的穩(wěn)定的西北物源，在研究區(qū)沉積了巨厚的碎屑巖系，并在白云凹陷存在著眾多的縱向疊置及平面展布特征［10-11］。在穩(wěn)定的古珠江水系及海平面進(jìn)退的控制下，向南呈現(xiàn)沉積相帶的依此更迭，并在低位時(shí)期于白云凹陷形成沉降和沉積中心。SQhj1層序沉積時(shí)期，珠江水域?yàn)檠芯繀^(qū)提供了大量的物源，尤其在該層序沉積晚期，充足的粗碎屑物質(zhì)推進(jìn)至陸架邊緣;SQhj2層序沉積早期，由于下蝕作用增強(qiáng)，除了珠江繼續(xù)提供物源外，先前SQhj1層序的FSST三角洲被剝蝕為SQhj2層序低位沉積提供粗碎屑物質(zhì)。從沉積相展布特征分析可知，研究區(qū)由北往南依次出現(xiàn)河流、三角洲、濱岸、淺海陸架的沉積體系，向南跨越陸架坡折帶以后，在白云凹陷依次出現(xiàn)下切谷充填、低位三角洲、斜坡扇、盆底扇等富砂沉積體。

4.6 海平面變化對(duì)層序結(jié)構(gòu)和演化的控制作用

層序地層學(xué)強(qiáng)調(diào)體系域的變遷主要受控于相對(duì)海平面變化。珠江口盆地三級(jí)海平面變化曲線的建立，確認(rèn)了新近系以來(lái)南海北部陸緣存在周期性海平面變化。根據(jù)層序地層學(xué)的概念，也必然存在體系域隨海平面變化升降的變遷，從而影響層序結(jié)構(gòu)和演化。珠江口盆地從珠海組以來(lái)有4個(gè)大的二級(jí)旋回，相對(duì)海平面總體呈上升趨勢(shì)，研究區(qū)的沉積層序是在總體海侵的沉積序列中發(fā)育的［10-11］，這一總體的趨勢(shì)對(duì)層序結(jié)構(gòu)的基本特征具有重要影響。坡折斜坡帶上的海水進(jìn)退決定著層序結(jié)構(gòu)的基本特征。SB13.8層序界面形成于海平面相對(duì)下降時(shí)期，層序界面廣泛出現(xiàn)剝蝕及下切谷充填，為典型的Ⅰ型層序，坡折帶向海方向發(fā)育低位三角洲、海底扇沉積，沉積物粒度較粗，層序界面沉積物多為中粗粒河口壩或水下水道砂巖。坡折帶向陸方向主要以水進(jìn)到高位體系域?yàn)橹?，形成于相?duì)海平面上升時(shí)期，層序界面之上上超廣泛發(fā)育。

5 結(jié)論

(1)SQhj1層序的FSST三角洲砂體和SQhj2層序的低位扇體是研究區(qū)重要的富砂沉積體。SQhj1層序中FSST三角洲具有由早期河控演化到晚期浪控的演變特征。SQhj2層序低位體系域LST細(xì)分為L(zhǎng)ST1和LST2，均以發(fā)育水道為特征:LST1水道以粗碎屑充填為主，盆底扇－斜坡扇系統(tǒng)推進(jìn)距離較近;LST2水道以泥質(zhì)充填為主，盆底扇－斜坡扇系統(tǒng)推進(jìn)距離較遠(yuǎn)。

(2)構(gòu)造古地貌、同沉積斷裂(坡折帶)、構(gòu)造沉降、沉積物供給及海平面變化等對(duì)沉積層序的沉積中心、沉積相分布以及砂體走向和展布等具有明顯的控制作用。

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