南黃海盆地二疊系至三疊系沉積體系特征及其沉積演化

張銀國，梁 杰

1.國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質重點實驗室，山東 青島 266071

2.青島海洋地質研究所，山東 青島 266071

3.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 266580

4.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東 青島 266100

0 引言

我國對南黃海的油氣勘探始于20世紀60年代初。1983年之前油氣勘探目的層是古近系，勘探程度較低；1983年之后，我國開始把勘探方向轉向海相中、古生界［1］，但勘探和研究程度仍舊較低。南黃海位于下?lián)P子板塊，占據(jù)了下?lián)P子板塊主體［2－3］（圖1）。在下?lián)P子板塊陸上地區(qū)蘇北盆地古生界、中生界和新生界都獲得了油氣流［5］，尤其在中、新生界。但在其海域部分——南黃海至今未獲得油氣突破，目前對南黃海海相地層的沉積相未進行系統(tǒng)研究，這也是眾多地質學家一直關心的問題。本文旨在分析南黃海二疊系—三疊系沉積相和地震相特征，重點分析二疊系龍?zhí)督M、大隆組和三疊系青龍組沉積體系分布規(guī)律，探討二疊系—三疊系沉積演化特征，以期對進一步油氣勘探提供技術支持。

1 區(qū)域地質背景

南黃海海域地處下?lián)P子板塊主體，西接下?lián)P子蘇北盆地，東臨京畿地塊，北起千里巖斷裂，南至江紹斷裂（圖1），主要發(fā)育了3期沉積盆地（地臺型盆地、斷陷型盆地、坳陷型盆地）。地臺型盆地沉積了巨厚的海相中、古生代地層［1，6－8］，根據(jù)下?lián)P子區(qū)陸上鉆井、露頭和南黃海地震反射特征及鉆井資料分析認為：在南黃海發(fā)育寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系，下古生界在全區(qū)廣泛分布，上古生界在北部坳陷缺失嚴重；斷陷型盆地沉積了巨厚的陸相中、新生界，主要為侏羅系、白堊系、古近系，陸相中、新生界的分布具有北厚南薄的特點；坳陷型盆地主要沉積新近系和第四系。目前鉆遇海相中、古生界的探井有6口，主要揭示二疊系和下三疊統(tǒng)青龍組，缺失中、上三疊統(tǒng)，其中1口揭示石炭系，至今未取得重大油氣突破。二疊系和下三疊統(tǒng)青龍組是本次研究的目的層系（圖2），主要分布于南黃海盆地的南部坳陷地區(qū)，北部坳陷大面積缺失，只在東部局限分布。

2 沉積體系類型及其特征

下?lián)P子陸區(qū)海相中、古生界發(fā)育，沉積類型多樣。在陸區(qū)下二疊統(tǒng)棲霞組主要發(fā)育臺地相、陸棚—盆地相；上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和大隆組，主要發(fā)育河流相、潮坪相、斜坡相、陸棚相和盆地相［9］；三疊系主要發(fā)育碎屑巖臺地相、碳酸鹽巖臺地相、斜坡相和陸棚—盆地相［9－10］。根據(jù)本區(qū)鉆井揭示地層特征，筆者采用優(yōu)勢相組合的沉積體系為研究單元進行沉積相研究，將南黃海二疊系和三疊系青龍組劃分為6大沉積體系，即河流沉積體系、三角洲沉積體系、潮坪沉積體系、局限臺地沉積體系、開闊臺地沉積體系、陸棚沉積體系。上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和大隆組主要為碎屑巖沉積，發(fā)育河流沉積體系、三角洲沉積體系、潮坪沉積體系，大隆組局部發(fā)育陸棚沉積體系。下二疊統(tǒng)棲霞組和三疊系主要為碳酸鹽巖沉積，其次是碎屑巖沉積，沉積相類型主要為局限臺地沉積體系、開闊臺地沉積體系；在鉆井中青龍組下段揭示陸棚沉積體系，但不作為整個青龍組的優(yōu)勢相，主要發(fā)育層段薄，在本區(qū)分布局限。

圖1 南黃海盆地大地構造位置示意圖（據(jù)文獻［4］修編）Fig.1 Southern Yellow Sea basin tectonic location sketch map（modified from reference［4］）

2.1 河流沉積體系

河流沉積體系在鉆井上未揭示，根據(jù)地震反射特征及所處地理位置，主要為平行亞平行弱—中—中強振幅低頻斷續(xù)—較連續(xù)地震反射。

2.2 三角洲沉積體系

三角洲沉積體系主要見于南黃海南部的C井和A井的龍?zhí)督M。三角洲沉積體系主要發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣，三角洲平原發(fā)育沼澤煤層、泥炭與河道砂巖（圖2），三角洲前緣發(fā)育水下分流河道、河口壩、分流間灣。分流河道巖性主要為細砂巖和粉砂巖，電測曲線呈箱型、鐘形；河口壩巖性主要為細砂巖和粉砂巖，電測曲線呈漏斗形；分流間灣巖性主要為泥質巖，夾薄層砂巖，電測曲線呈齒形或指狀。三角洲沉積體系在地震上主要表現(xiàn)為前積反射特征。

2.3 潮坪沉積體系

潮坪沉積體系在龍?zhí)督M、大隆組較為發(fā)育。該沉積體系以近岸沼澤煤層及炭質泥巖為典型特征［11－12］，主要為泥質沉積，夾薄層砂巖或泥質灰?guī)r，電測曲線較為齒化或平直（圖3）；砂層主要為潮道沉積，電測曲線呈頂?shù)淄蛔兲卣鳌３逼撼练e體系在地震上主要表現(xiàn)為中低頻中強振幅較連續(xù)—連續(xù)地震反射特征。

2.4 局限臺地沉積體系

局限臺地主要見于三疊系青龍組局部層段（圖4），主要為混合坪亞相沉積，巖性主要為土黃、灰色石灰?guī)r與泥質灰?guī)r互層夾灰黃泥巖、泥質粉砂巖，淺灰色薄層灰?guī)r與深灰薄層灰?guī)r互層，夾白云質灰?guī)r，底部夾泥質灰?guī)r和鈣質泥頁巖，偶見海綠石。產(chǎn)Gyronitessp（環(huán)齒菊石，未定種）和有孔蟲類的Glomospirasp（球旋蟲），Meandrospirapusilla（微小回旋蟲），Nodosaridssp（節(jié)房蟲，未定種）、牙形刺化石Ketinellasp.、Hindeodellasp.、Neohindeodellasp.、Cypridellaap.、Neospathodussp.等。自然伽馬曲線較為平直，略齒化，電阻率曲線呈鋸齒狀、指狀，局部箱狀。

2.5 開闊臺地沉積體系

圖3 南黃海盆地龍?zhí)督M三角洲沉積體系和大隆組潮坪沉積體系巖電性特征圖Fig.3 Lithology and electrical property of delta sedimentary system of the Longtan Formation and tidal－flat sedimentary system of the Dalong Formation in the Southern Yellow Sea basin

圖4 南黃海盆地開闊臺地和局限臺地沉積體系巖電性特征圖Fig.4 Lithology and electrical property of open platform and limited platform sedimentary system of the Qinglong Formation in the Southern Yellow Sea basin

開闊臺地沉積體系見于二疊系下統(tǒng)的棲霞組和三疊系下統(tǒng)的青龍組，主要為碳酸鹽巖沉積，在研究區(qū)主要發(fā)育開闊臺地灘間、臺盆相、臺地淺灘。棲霞組較薄，地震上與石炭系碳酸鹽巖之間沒有明顯的界面特征，在此只對鉆井沉積特征進行分析。揭示棲霞組的鉆井較少，根據(jù)鉆井特征，該套地層主要為開闊臺地灘間相和臺盆相。灘間相主要沉積深灰色—灰黑色泥晶、粉細晶、顯晶灰?guī)r，在A井2 666～2 728m見藻類、有孔蟲、介形蟲、腹足、腕足、棘皮類等生物碎片，此外，腕足、棘皮類生物是開闊臺地的一大特征。開闊臺地的自然伽馬曲線基本上為一條較平直的低值曲線，呈箱形特征（圖4）。臺盆相主要沉積深灰色—黑色泥巖、炭質泥巖、泥灰?guī)r、頁巖。在鉆井中未揭示臺地淺灘沉積，但地震上見丘狀反射特征，處于開闊臺地沉積背景，推斷為臺地淺灘沉積。

青龍組進一步分上青龍組（T1sq）和下青龍組（T1xq）。下三疊統(tǒng)青龍組研究區(qū)共有4口井鉆遇，主要分布于南部坳陷和勿南沙隆起，北部坳陷1口井鉆遇。在本區(qū)鉆井揭示青龍組以開闊臺地沉積為主，開闊臺地為厚層狀灰?guī)r，夾薄層深灰色泥巖；灰?guī)r具細晶和微晶結構；以A井及C井為代表，自然伽馬曲線較為平直、略齒化，多成箱形，電阻率曲線局部呈漏斗形的反韻律特征，反映水動力由弱到強的特點。C井局部發(fā)育局限臺地，為泥灰?guī)r、泥巖互層，或薄層灰?guī)r，局部夾粉砂巖。

2.6 陸棚沉積體系

陸棚沉積體系位于臺地區(qū)與盆地區(qū)之間，沉積界面一般在氧化界面之上，在正常浪底面之下，為潮下低能環(huán)境，沉積物基本以碳酸鹽巖和泥巖為主，生物發(fā)育，依據(jù)水體深淺的不同，劃分為淺水陸棚和深水陸棚。陸棚沉積體系主要見于A井的二疊系大隆組上部至三疊系下青龍組的下部地層（圖5）。其中，淺水陸棚主要為薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r與泥巖薄互層，顏色較深；深水陸棚主要為深灰色—灰黑色泥巖、深灰色—灰黑色頁巖，局部夾薄層泥灰?guī)r。在下?lián)P子區(qū)陸上二疊系大隆組和三疊系青龍組見陸棚相沉積露頭：大隆組陸棚相巖性主要為頁巖，夾硅質條帶；青龍組陸棚相巖性主要為微晶灰?guī)r、蟲跡灰?guī)r、泥質灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r及似瘤狀灰?guī)r，底部為泥巖，顏色為灰色—深灰色，發(fā)育薄層狀、紋層狀構造；生物以爬泳、底棲型為主，又見三葉蟲、筆石、菊石、珊瑚、海百合莖、藻類等。

3 地震相類型及其特征

能用于地震相分析的地震參數(shù)很多，但常用的主要是反射幾何外形、內部反射結構、振幅、頻率、連續(xù)性和層速度等［13－14］。依據(jù)內部反射結構和反射外形分成4大類地震相，即前積反射結構地震相、平行亞平行反射結構地震相、弱反射－空白反射地震相、丘狀反射結構地震相。其中，平行亞平行結構因振幅、頻率及連續(xù)性不同具有多種反射特征。根據(jù)鉆井標定及區(qū)域特征，對不同地震反射特征進行沉積意義解釋（表1）。

4 沉積體系分布特征

二疊系棲霞組厚度較薄，且難以進行地震追蹤解釋，因此本次主要分析二疊系龍?zhí)督M、大隆組和三疊系青龍組的沉積體系分布特征。不同沉積體系具有不同的地震響應，在對單井沉積體系分析及地震相分析的基礎上，確定二疊系龍?zhí)督M、大隆組和三疊系青龍組沉積體系與地震相對應關系（表1）。根據(jù)鉆井沉積體系特征和地震反射特征，圈定沉積體系的分布范圍，總體上二疊系龍?zhí)督M、大隆組和三疊系青龍組主要沉積體系分布具有橫向規(guī)律性變化特征（圖6）。

圖5 南黃海盆地下青龍組陸棚相巖電性特征圖Fig.5 Lithology and electrical property of shelf sedimentary system of the Lower Qinglong Formation in the Southern Yellow Sea basin

表1 南黃海盆地龍?zhí)督M、大隆組和青龍組地震相類型、地震相反射特征及其沉積意義Table 1 Types of seismic facies，the reflection characteristics of seismic facies and their sedimentary significance of the Longtan Formation，the Dalong Formation and the Qinglong Formation in the Southern Yellow Sea basin

圖6 南黃海盆地二疊系龍?zhí)督M、大隆組和三疊系青龍組沉積體系地震反射特征圖（見圖7S線）Fig.6 Seismic reflection characteristics of the sedimentary system of the Longtan Formation，the Dalong Formation and the Qinglong Formation in the Southern Yellow Sea basin（Fig.7Sline）

4.1 龍?zhí)督M

研究區(qū)龍?zhí)督M分布存在南北差異，南部殘留地層分布較廣，而北部較為局限，主要殘留在斷陷深凹內。從下?lián)P子陸區(qū)沉積特征顯示，整個上古生界具有南淺北深的沉積格局［10－15］，從北向南二疊系大隆組依次發(fā)育盆地相、陸棚相和濱岸相。在與南黃海中部隆起相對應的濱海隆起上鉆井揭示了龍?zhí)督M厚層砂巖夾泥巖和黏土巖。其中，黏土巖見植物根莖和葉化石、鱗木、脈羊齒等，砂巖發(fā)育波狀層理和水平層理，其層面見蟲孔，并且砂巖中發(fā)育植物碎屑，含科化石、腕足類和海百合莖葉化石，砂巖局部含鈣質，因此推測在濱海隆起發(fā)育潮坪砂和障壁島?？傮w上下?lián)P子區(qū)海陸沉積體系展布具有較強的可對比性，由于濱海隆起緊鄰南黃海中部隆起和南部坳陷，結合本區(qū)鉆井揭示地層沉積特征及地震相特征，認為南黃海龍?zhí)督M主要發(fā)育潮坪沉積體系和河流沉積體系，其次發(fā)育三角洲沉積體系。潮坪沉積體系地震反射特征主要為平行亞平行中強—強振幅低頻—中頻較連續(xù)—連續(xù)反射和平行亞平行中強—強振幅低頻—中頻較連續(xù)—斷續(xù)反射，根據(jù)鉆井揭示，三角洲沉積體系主要表現(xiàn)為砂泥巖互層，并夾多套煤層，潮坪沉積體系主要為偏泥質沉積，局部沉積潮道砂巖；河流沉積體系地震反射特征主要為平行亞平行弱—中振幅中頻斷續(xù)反射；南黃海南部2口鉆井揭示龍?zhí)督M三角洲沉積體系，砂巖較為發(fā)育，中上部發(fā)育煤層，地震上呈前積反射特征（圖6）。研究區(qū)沉積體系分布特征明顯具有一定的展布規(guī)律（圖7A），南部坳陷的東南為河流沉積體系，向西北方向為潮坪沉積體系，A井和C井區(qū)為三角洲沉積體系，煙臺坳陷分布局限，主要為潮坪沉積體系。

4.2 大隆組

二疊系大隆組主要發(fā)育大套深灰色—黑色泥頁巖，部分為砂泥巖互層。與龍?zhí)督M沉積時期相比，水體明顯加深，南黃海西部臨近的濱海隆起地區(qū)大隆組局部發(fā)育硅質巖、頁巖，說明在大隆組局部層段發(fā)生了較大規(guī)模的海侵，形成深水陸棚沉積。根據(jù)南黃海鉆井沉積和地震反射特征分析，二疊系大隆組主要沉積陸棚沉積體系、潮坪沉積體系，總體水體深淺格局繼承了龍?zhí)督M的特征，即水體西北深、東南淺，依次分布陸棚沉積體系、潮坪沉積體系（圖7B）。陸棚沉積體系地震特征為平行亞平行弱—中振幅低頻較連續(xù)—斷續(xù)反射，以泥頁巖沉積為主，潮坪沉積體系地震特征為平行亞平行中強—強振幅低頻—中頻較連續(xù)—斷續(xù)反射。

圖7 南黃海盆地二疊系龍?zhí)督M—大隆組和三疊系青龍組沉積體系分布圖Fig.7 Sedimentary system distribution of the Longtan Formation，Dalong Formation and the Qinglong Formation in the Southern Yellow Sea basin

4.3 三疊系青龍組

研究區(qū)青龍組分布特征與龍?zhí)督M、大隆組相似，存在南北差異，南部殘留地層分布較廣，而北部較為局限，主要殘留在斷陷深凹內。該時期地震反射總體較弱，反映以碳酸鹽巖為主的臺地相沉積。南黃海三疊系青龍組同樣具有與下?lián)P子陸區(qū)可對比的沉積相特征，根據(jù)鉆井標定及地震反射特征，三疊系青龍組主要發(fā)育開闊臺地沉積體系和局限臺地沉積體系。開闊臺地沉積體系地震反射特征主要為弱反射，局部地區(qū)為空白反射，局限臺地沉積體系地震反射特征主要為平行亞平行中振幅低頻較連續(xù)—斷續(xù)反射。三疊系青龍組延續(xù)了陸上水體西北深東南淺的沉積格局［15－16］，由西北向東南依次發(fā)育開闊臺地沉積體系、局限臺地沉積體系，在開闊臺地沉積體系中，發(fā)育臺地淺灘（圖7C）。根據(jù)海陸沉積特征對比，在下?lián)P子陸區(qū)N5井和本區(qū)A井下青龍組的下段發(fā)育陸棚沉積，厚度較薄，一般為300～500m，主要為灰色—深灰色灰?guī)r和泥巖不等厚互層沉積，夾有泥灰?guī)r和灰質泥巖；向東至C井，逐步過渡為灰?guī)r夾粉砂巖層，反映了相帶發(fā)生了變化，即由陸棚相、開闊臺地相到局限臺地相轉變；東部明顯受陸源碎屑巖的影響，形成砂泥巖與灰?guī)r互層。但是南黃海三疊系總體優(yōu)勢相為碳酸鹽巖臺地相。

5 沉積演化特征

下?lián)P子板塊海相中、古生代經(jīng)歷了多期構造發(fā)展階段，即板塊活動發(fā)展階段、板內活動階段、濱太平洋大陸邊緣活動帶發(fā)展階段。泥盆紀至三疊紀處于板內活動階段，期間發(fā)生廣西運動、東吳運動及印支運動，并發(fā)生多期海進、海退沉積旋回，沉積了泥盆系至三疊系多套碎屑巖和碳酸鹽巖。在整個下?lián)P子沉積背景下，無論是陸上鉆井還是海上鉆井，揭示的下二疊統(tǒng)棲霞組早期繼承了石炭系碳酸鹽巖臺地相沉積特征，而晚期都經(jīng)歷了臺地相沉積的水退階段，并且形成碳酸鹽巖風化殼——海西風化殼。在上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M開始發(fā)生海侵，沉積以泥質為主的潮坪沉積，其晚期再次發(fā)生海退，在東部地區(qū)形成潮坪相沼澤沉積環(huán)境，煤系地層和炭質泥巖較為發(fā)育，局部與砂巖互層。進入大隆組沉積時期，下?lián)P子區(qū)再次發(fā)生大規(guī)模海侵，在研究區(qū)中西部地區(qū)發(fā)育厚層泥巖，主要為潮坪沉積，大隆組上部發(fā)育陸棚沉積體系，與此相對應，在南京地區(qū)見陸棚相的硅質頁巖。根據(jù)區(qū)域沉積背景及本區(qū)沉積體系預測，龍?zhí)督M的優(yōu)勢沉積體系主要是河流沉積體系、潮坪沉積體系，呈一定規(guī)律展布，即西北部為潮坪沉積體系，依次往東南為河流相沉積體系，期間向東潮坪環(huán)境中的沼澤煤系沉積增加，東部地區(qū)見三角洲沉積，總體反映水體東南淺西北深的沉積格局（圖7A），這與下?lián)P子陸區(qū)沉積體系的分布格局相一致。在大隆組沉積時期，發(fā)生廣泛海侵，水體加深，總體水體深淺格局繼承了龍?zhí)督M的特征，即水體西北深、東南淺，依次分布陸棚沉積體系、潮坪沉積體系。

早三疊世時，下?lián)P子地區(qū)是一個在二疊紀臺塊—臺槽基礎上強烈沉降的遷移坳陷盆地，從東南到西北依次為臺地—臺地邊緣淺灘—斜坡—陸棚—盆地［15－16］，水體呈北深南淺的沉積格局［17－18］。在這樣的沉積背景下，南黃海三疊系下青龍組下段沉積延續(xù)了上二疊統(tǒng)大隆組沉積時期的海侵，在A井區(qū)發(fā)育陸棚沉積，巖性為薄層狀灰?guī)r與薄層狀深灰色—黑色泥巖互層。下青龍組晚期至上青龍組時期，由于印支運動發(fā)生區(qū)域性構造抬升，發(fā)生區(qū)域性海退［19］，垂向上沉積特征為厚層狀的灰?guī)r，至上部漸變?yōu)楹懺此樾忌皫r的局限臺地沉積，直至整個下?lián)P子區(qū)結束海相沉積。研究區(qū)青龍組沉積相帶與龍?zhí)督M、大隆組沉積相帶格局相比，水體深淺分布格局具有相似性：三疊系下統(tǒng)下青龍組下段在西北部為陸棚相沉積，向東南漸變開闊臺地和局限臺地；至早三疊世中晚期，整個研究區(qū)從下往上由開闊臺地相逐漸過渡到局限臺地相，尤其在東南部地區(qū)受印支運動擠壓，漸變?yōu)榛規(guī)r與砂泥巖互層的局限臺地特征更明顯。受印支運動影響，三疊紀中—晚期以海退進積沉積為主，發(fā)生區(qū)域性剝蝕，局部地區(qū)剝至石炭系，并形成風化殼——印支風化殼，目前認為下?lián)P子南黃海地區(qū)缺失中三疊世和晚三疊世地層。在印支運動過程中，下?lián)P子海域逐漸消失，華北、秦嶺、華南3個陸塊最終拼合形成統(tǒng)一的中國陸塊［20］，進入侏羅系陸相沉積。

6 結論

1）根據(jù)下?lián)P子陸區(qū)沉積背景、南黃海鉆井和地震反射特征，上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M至下三疊統(tǒng)青龍組主要發(fā)育6大沉積體系——河流沉積體系、三角洲沉積體系、潮坪沉積體系、開闊臺地沉積體系、局限臺地沉積體系、陸棚沉積體系。

2）南黃海上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M地震反射特征主要為平行亞平行中強—強振幅低頻—中頻較連續(xù)—連續(xù)反射和平行亞平行中強—強振幅低頻—中頻較連續(xù)—斷續(xù)反射，大隆組地震反射特征主要為平行亞平行弱—中振幅低頻較連續(xù)—斷續(xù)反射和平行亞平行中強—強振幅低頻—中頻較連續(xù)—斷續(xù)反射，青龍組地震反射特征主要為弱反射，局部地區(qū)為空白反射和丘狀反射以及平行亞平行中振幅低頻較連續(xù)—斷續(xù)反射 。

3）南黃海上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、大隆組至下三疊統(tǒng)青龍組具有與下?lián)P子陸區(qū)相似的沉積分布格局，即水體呈西北深、東南淺的分布格局，垂向上呈水進—水退—水進—水退的沉積旋回。龍?zhí)督M由西北向東南依次為潮坪沉積體系和河流沉積體系，垂向上發(fā)生由潮坪過渡為三角洲沉積，并發(fā)生快速的海退，形成淤積的沼澤環(huán)境；大隆組沉積時期再次發(fā)生大規(guī)模海侵，開始沉積潮坪沉積體系，大隆組上部逐步過度為陸棚沉積；下三疊統(tǒng)青龍組總體以臺地相沉積為主，由西北向東南依次為開闊臺地沉積體系和局限臺地沉積體系，垂向上以由延續(xù)大隆組快速海侵期的陸棚沉積向海退演變的碳酸鹽巖臺地沉積為特征。

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