南海北部白云南洼陸架坡折帶演化特征及其控制因素

舒梁鋒 張麗麗 雷勝蘭 高中亮 韓 霄 于 颯

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司研究院，廣東深圳 518054)

0 引言

陸架坡折帶是陸架和陸坡兩大地貌單元的自然分界和過渡帶，同時也是海底地形坡度的突變帶[1]，其特殊的地形、地貌反映了獨特的水動力條件和沉積環(huán)境。陸架坡折帶是近年來深水沉積的研究熱點，也是深水油氣勘探的重要領(lǐng)域。

前人對南海北部陸架坡折帶的研究主要集中在珠江口盆地，包括：陸架坡折帶的地形識別特征、類型、軌跡變化[2-5]； 陸架坡折帶上、下的陸架邊緣三角洲和深水扇沉積體系的沉積過程、響應(yīng)及控制作用[6]； 陸架坡折帶對沉積層序及體系域劃分的影響[7]、在不同體系域的控砂特征[8]及油氣勘探意義、對地層(巖性)油氣藏或構(gòu)造、地層復(fù)式油氣藏的控制作用及勘探潛力[9]，尤其是針對陸架坡折帶新近系中新統(tǒng)珠江組的研究較多。上述研究對整個南海北部深水區(qū)的演化和油氣勘探具有重要意義。

研究區(qū)為白云南洼，位于南海北部白云凹陷南部，現(xiàn)今水深為1200～2600m，屬于珠江口盆地深水—超深水區(qū)，洼陷內(nèi)無鉆井，僅在洼陷邊緣有2口鉆井。三維地震和鉆井資料揭示珠海組發(fā)育大型三角洲和深水扇沉積體系，之前尚未精細(xì)研究珠海組演化特征，一直未厘清珠海組由淺水陸架沉積環(huán)境向深水陸坡轉(zhuǎn)變過程中陸架坡折帶的演化規(guī)律及其與深水沉積之間的關(guān)系。為此，本文基于研究區(qū)超2000km2的新三維地震資料和二十余條地震剖面的精細(xì)解釋成果，結(jié)合陸架坡折帶最新研究進展，通過精細(xì)分析陸架坡折帶珠海組各沉積時期的沉積體系結(jié)構(gòu)，明確陸架坡折帶各期次的演化特征，總結(jié)其形成模式和主控因素，旨在了解白云南洼的區(qū)域演化規(guī)律和有利油氣勘探目標(biāo)，為深水新區(qū)勘探提供參考。

1 地質(zhì)背景

白云南洼為白云凹陷南部相對獨立的小洼陷，面積為1800km2，其邊界為順鶴隆起和云荔低隆起(圖1左)。白云南洼構(gòu)造演化經(jīng)歷了斷陷、斷拗和拗陷三個階段，自下而上發(fā)育古近系文昌組、恩平組和珠海組，新近系珠江組、韓江組、粵海組和萬山組，其中文昌組和恩平組為斷陷期陸相地層，珠海組為斷拗期海陸過渡相地層，珠江組之上為拗陷期海相地層。

漸新世，盆地由斷陷向坳陷轉(zhuǎn)換，相對海平面處于持續(xù)上升階段[10]，沉積物通量增大[11]，白云凹陷東南至白云南洼形成了規(guī)模很大的陸架邊緣三角洲體系，發(fā)育穩(wěn)定的陸架坡折帶。前人根據(jù)井震資料在珠海組內(nèi)部識別出7個三級層序界面(SB33.9、SB29.5、SB28.4、SB27.2、SB26、SB24.8和SB23.03)，從而將珠海組劃分為6個三級層序[6-7](圖1右)。珠海組整體特征為：珠海組六段(SB33.9～SB29.5)和五段(SB29.5～SB28.4)，為正常的陸架三角洲沉積，分布范圍有限； 珠海組四段(SB28.4～SB27.2)，為陸架邊緣三角洲沉積，指示沉積物向海推進，分布范圍變大； 珠海組三段(SB27.2～SB26)，陸架邊緣三角洲沉積規(guī)模最大； 珠海組二段(SB26～ SB24.8)至一段(SB24.8～ SB23.03)，陸架邊緣三角洲逐漸穩(wěn)定，到一段沉積末期規(guī)模變小。

圖1 白云南洼位置(左)和珠江口盆地綜合柱狀圖(右)

2 珠海組沉積時期陸架坡折帶特征

2.1 陸架坡折帶識別

坡折帶的地質(zhì)、地球物理特征包括地震剖面的反射時間和地層傾角急劇增加、厚度等值線密集、由坡折到坡腳地層厚度急劇增大[2-3]等，還可利用沉積微相法[5，12]和溝谷—坡折帶組合判斷方法[8]等識別坡折帶。

本文主要依據(jù)地震剖面反射形態(tài)和反射終止關(guān)系、地震沉積學(xué)和地震屬性及沉積地層厚度準(zhǔn)確識別坡折帶。從地震反射終止關(guān)系看，層序界面之上第一個上超點(通常為初始海泛面上超點)的位置(圖2a)，其下對應(yīng)明顯的沉積楔狀體或低位楔形體的第一個削截點出現(xiàn)的位置(圖2b)。地震反射形態(tài)顯示，坡折帶之下常呈楔狀或丘狀地震反射外形，拉平不同時期目的層，恢復(fù)其沉積期形態(tài)更容易識別坡折點的位置[13-14](圖2b)。陸架坡折帶作為陸架和陸坡兩大地貌單元的自然分界，在目的層均方根振幅圖上沉積古地貌表現(xiàn)為向陸方向地形梯度小，坡折帶往往呈現(xiàn)朵狀陸架邊緣三角洲(圖2c)； 向海方向地形梯度大，由于地形落差大，常形成單個或者連片的條帶狀陸坡溝谷或下切水道，水道向陸方向的尖滅點附近一般為陸架坡折帶(圖2c)。在去壓實恢復(fù)及剝蝕量恢復(fù)前提下分析沉積地層厚度變化，發(fā)生明顯變化的區(qū)帶為坡折帶。由于南海北部珠江口盆地基底較穩(wěn)定，凹陷區(qū)抬升造成的剝蝕量較小，因此利用現(xiàn)今地層厚度變化可以識別沉積期坡折帶，即：在坡折帶上傾方向等值線稀疏； 在坡折帶下傾方向等值線密集，坡折帶位于厚度突變處。研究區(qū)西北部地層厚度等值線稀疏，東南部地層厚度等值線較密，坡折帶走向呈NE-SW向展布(圖2d)。

依據(jù)地震反射特征、均方根振幅屬性及目的層厚度圖，識別和追蹤了珠海組的陸架坡折點(圖3)，最終確定了白云南洼珠海組不同層序的陸架坡折帶分布范圍。

圖2 白云南洼陸架坡折帶識別標(biāo)志(a)原始地震剖面(圖1的剖面③)； (b)SB23.03層拉平地震剖面； (c)目的層(珠海組二段)均方根振幅； (d)目的層厚度圖

圖3 白云南洼珠海組坡折點遷移示意圖(剖面位置見圖1)

2.2 陸架坡折帶總體特征

在珠海組沉積時期，陸架坡折帶走向呈NE-SW向，其為由陸架邊緣三角洲沉積形成的沉積型陸架坡折帶，陸架邊緣三角洲發(fā)育頂積層、前積層和底積層。各沉積期的坡折帶寬度不一致，即從珠海組四段到一段沉積期坡折帶先寬后窄，逐漸向SE向推進。從陸架坡折帶變化來看：在珠海組六段和五段沉積期坡折帶尚未形成； 在珠海組四段沉積中期坡折帶才初步形成； 至珠海組三段沉積期陸架坡折帶快速向海推進，此時陸架坡折帶形態(tài)由彎曲變平直； 在珠海組二段沉積期陸架坡折帶逐漸穩(wěn)定，坡折帶形態(tài)由鋸齒狀變得光滑； 在珠海組一段沉積期陸架坡折帶逐漸穩(wěn)定。故坡折帶演化分為初始形成期(珠海組四段沉積期)、發(fā)展期(珠海組三段沉積期)、穩(wěn)定期(珠海組二段和一段沉積期)三個階段。

在初始形成期，陸架坡折帶呈NE向分布，長度約為47km，坡折線呈近橫向“S”形彎曲分布，中段向白云凹陷內(nèi)凹，斜坡坡度為2.35°～4.76°(表1)。在發(fā)展期，陸架坡折向前快速推進了約10.7～12.7km，推進速率約為8.9～10.6km/Ma，斜坡坡度為0.96°～3.06°，形成NE向的長度約為59km的陸架坡折帶(表1)。在穩(wěn)定期，相對海平面下降，陸架坡折帶向海盆方向推進速率變慢，珠海組二段推進距離為8.6～10.6km，進積速率約為7.2～8.75km/Ma，斜坡坡度為1.20°～2.13°； 珠海組一段推進距離為1.1～1.6km，進積速率為0.9～1.3km/Ma，斜坡坡度為3.76°～4.29°(表1)?？偟膩碚f，NE向陸架坡折帶寬度由小變大再變小，坡折帶長度介于47～63km，整個坡折帶在珠海組沉積期向海推進距離為21～28km(圖4)。

表1 白云南洼珠海組沉積期陸架坡折帶特征參數(shù)

圖4 白云南洼珠海組各沉積期陸架坡折帶平面展布

2.3 坡折帶演化特征

本文利用專業(yè)沉積地層分析軟件Paleoscan分析珠海組的沉積體系，通過計算三維地震數(shù)據(jù)體的面元網(wǎng)絡(luò)建立三維地層模型，并對關(guān)鍵界面精細(xì)解釋、質(zhì)控，在地質(zhì)模型約束下形成等時地層切片。在確定珠海組四段(SB28.4～SB27.2)至珠海組一段(SB24.8～SB23.03)層序內(nèi)三角洲劃分期次后，形成等時地層切片，在等時格架下精細(xì)地刻畫各時期坡折帶。經(jīng)過比對、篩選，最終選取了14張珠海組四段至珠海組一段均方根振幅屬性等時地層切片，分析坡折帶隨時間的演化規(guī)律。

2.3.1 初始形成期

珠海組四段沉積早期整體沉積背景為陸架區(qū)，中晚期為陸架—陸坡區(qū)。研究區(qū)物源為西北和北部兩個方向的三角洲沉積體系，三角洲規(guī)模較珠海組四段沉積之前變大。珠海組四段沉積早期(SB24.8)三角洲僅表現(xiàn)為北部存在部分水道，尚無陸架坡折帶形成(圖5)。中期(約28Ma)由西北和北部兩個方向的三角洲推進而形成沉積坡折，沉積厚度達(dá)400m，分布面積達(dá)750km2。陸架坡折帶在珠海組四段沉積中期形成，區(qū)域上連續(xù)分布并穩(wěn)定存在，坡折帶橫向長度為47km，在平面上易識別。晚期(SB27.2)因三角洲未繼續(xù)推進至陸架邊緣，坡折帶穩(wěn)定且無遷移。

2.3.2 發(fā)展期

此期主要為珠海組三段沉積期，為珠海組三角洲沉積規(guī)模最大的時期。珠海組三段整體沉積背景為陸架—陸坡區(qū)，物源來自西北和北部兩個方向，沉積體系主要為陸架邊緣三角洲和深水沉積。根據(jù)陸架邊緣三角洲的期次，可識別出五期坡折帶變化軌跡(圖6)。

圖5 初始形成期陸架坡折帶剖面(上)、平面(下)展布

在珠海組三段沉積期隨著三角洲的快速向海推進，陸架坡折帶平面上呈現(xiàn)分段式演化(圖6)。珠海組三段沉積早期(Ⅰ期末)，隨著由北部物源供應(yīng)的三角洲持續(xù)進積，陸架坡折帶向海推進的速度明顯快于由西北物源供應(yīng)的三角洲，坡折帶走向由近NE向轉(zhuǎn)為NEE向； 中期(Ⅲ期末)在陸架邊緣三角洲發(fā)育的區(qū)域坡折帶向海方向凸出，缺少沉積物供給的中間部位坡折帶位置相對保持不變，坡折帶整體表現(xiàn)為“兩邊凸，中間凹”的彎曲特點，此時陸架坡折帶走向又變?yōu)镹E-SW向； 晚期(SB26時期末)陸架坡折帶三角洲由兩邊向中間沉積遷移，陸架坡折帶中間凹部填平補齊，坡折帶變得平直。在珠海組三段末期，坡折帶穩(wěn)定、無明顯變化。

2.3.3 穩(wěn)定期

此期為珠海組二段和一段沉積期。沉積體系為物源來自北部和西北方向的三角洲體系。珠海組二段的三角洲規(guī)模相對于珠海組三段變化不大，珠海組一段三角洲規(guī)模變小。

珠海組二段沉積期的陸架坡折帶較穩(wěn)定，走向為NE-SW向(圖7)。珠海組二段沉積早期(SB26)坡折帶與珠海組三段沉積末期一致，僅三角洲前緣規(guī)模變大； 中期三角洲沉積中心遷移，沉積物供應(yīng)集中在坡折帶中段，使坡折帶變?yōu)椤爸虚g略凸，兩邊凹”的形態(tài)，同時受陸坡水道的切割，坡折帶變?yōu)椴还饣匿忼X狀； 晚期(SB24.8)三角洲繼續(xù)向海進積，坡折帶稍有推進，形態(tài)變得相對光滑、平直。

圖6 發(fā)展期陸架坡折帶剖面(上)、平面(下)展布

坡折帶北部的推進速率與西北部接近，可識別出兩期坡折帶的變化軌跡(圖7)，北部坡折帶主體向海推進距離達(dá)8.6km，進積速率為7.20km/Ma。西北部坡折帶變化主體處于白云南洼西南部，推進距離為10.5km，進積速率為8.75km/Ma。

珠海組一段沉積期陸架坡折帶整體相對穩(wěn)定，平面走向也呈NE-SW向(圖8)。珠海組一段沉積早期(SB24.8)坡折帶與珠海組二段沉積末期一致，中期隨著北部沉積物供給的加大，坡折帶形態(tài)受多條陸坡水道切割而變?yōu)椴还饣匿忼X狀，西北部坡折帶相對光滑； 晚期(SB23.03)三角洲以加積為主，坡折帶推進距離不大，末期隨著海平面快速下降，坡折帶特征不明顯，更多沉積物搬運至坡折之下，陸坡角度變小。

坡折帶北部的進積速率與西北部一致，可識別出兩期坡折帶的變化軌跡(圖8)，北部坡折帶向海推進距離為1.1km，進積速率為0.90km/Ma。西北部坡折帶變化主體處于白云南洼西南部，推進距離為1.6km，進積速率為1.30km/Ma。

2.4 坡折帶演化與深水沉積之間的關(guān)系及油氣勘探意義

白云南洼珠海組沉積期陸架坡折帶的分布和遷移控制了沉積物的空間分布。初始形成期(珠海組四段沉積期)深水沉積物較少，以泥質(zhì)為主，表現(xiàn)為弱均方根振幅； 發(fā)展期(珠海組三段沉積期)，受陸架邊緣三角洲的前積影響，坡折帶由彎曲形態(tài)變?yōu)榻麼E-SW向的平直形態(tài)，東北部由陸架邊緣三角洲直接供給的陸坡水道較發(fā)育，以砂質(zhì)沉積為主，西南側(cè)水道以泥質(zhì)為主，部分陸坡有重力滑塌體。穩(wěn)定期(珠海組二段和一段沉積期)陸架邊緣三角洲沉積范圍擴大，陸架邊緣砂質(zhì)沉積物增多，表現(xiàn)為強均方根振幅，對應(yīng)陸坡水道數(shù)量增加，水道形態(tài)特征明顯，深水沉積物增多。此外，在24～21Ma期間季風(fēng)的增強加速了物源區(qū)的剝蝕作用[15]，使?jié)u新世晚期粗粒沉積物增多，并大多搬運至陸架坡折帶之下，形成深水地層(巖性)儲集砂體。

白云南洼周邊的眾多鉆井證實，在珠海組沉積期白云南洼發(fā)育陸架坡折帶控制的陸架邊緣三角洲—深水扇沉積體系，與上覆珠江組泥巖形成南海北部深水區(qū)重要的儲蓋組合，并形成極具勘探價值的油氣聚集帶，為南海北部深水區(qū)重要的勘探目的層系。陸架坡折帶上、下廣泛發(fā)育的珠海組三角洲砂體與深水扇砂體具有一定的連片特征，既可作為主要儲層也可以是油氣橫向運移的良好輸導(dǎo)體系。白云南洼珠海組及其下伏的恩平組與文昌組作為烴源巖，而陸架坡折帶附近存在大量有利構(gòu)造及地層(巖性)圈閉，區(qū)域上晚期斷裂活動溝通烴源，再運聚至上部陸架坡折帶圈閉內(nèi)成藏。因此，陸架坡折帶的成藏條件優(yōu)越，為白云南洼有利的油氣聚集帶，其中發(fā)展期和穩(wěn)定期的陸架邊緣三角洲和深水扇砂體為主要儲集體，珠海組一段三角洲前緣和深水扇規(guī)模大，最為有利。

圖7 穩(wěn)定期陸架坡折帶剖面(上)、平面(下)展布(珠海組二段沉積期)

圖8 穩(wěn)定期陸架坡折帶剖面(上)、平面(下)展布(珠海組一段沉積期)

3 坡折帶控制因素探討

陸架坡折帶的演化與沉積物供給、海平面變化、構(gòu)造活動和古地貌等因素密切相關(guān)。大規(guī)模的沉積物供給，相對海平面先升后降和構(gòu)造活動相對穩(wěn)定共同控制了白云南洼陸架坡折帶形態(tài)演化。相對海平面變化因素是作用于全區(qū)的，但在研究區(qū)北部和西南部坡折帶形態(tài)差異明顯，不同主控因素的坡折帶形態(tài)不同。

3.1 充足的物源供給是坡折帶形成關(guān)鍵

沉積物供給是陸架邊緣增長的主要驅(qū)動力[16]。漸新世時期，白云南洼由西南方向的云開低凸起和北部方向的古珠江水系提供物源。古珠江水系在漸新世的沉積物通量為100～40000t/(km2·a)，與黃河、恒河等大型現(xiàn)代河流的沉積物通量相當(dāng)[6]，物源供給非常充沛。該時期海岸線位于白云凹陷北坡，沉積亞相為三角洲平原和潮坪[17]，距白云南洼陸架邊緣的距離為100km，較現(xiàn)代恒河的陸架寬度更小，有利于沉積物向深水搬運。

雙物源差異供給對陸架坡折帶平面展布的影響較大，尤其表現(xiàn)在珠海組三段(圖9b)和二段(圖9c)沉積期的陸架坡折帶形態(tài)方面，北部的古珠江物源供給量較西南部的近源供給量大很多，導(dǎo)致沉積物厚度差異明顯，如在珠海組四段至二段沉積期(圖9a～圖9c)北部地區(qū)沉積厚度大。持續(xù)的物源供給導(dǎo)致珠海組三段沉積期的坡折帶形態(tài)由凹變平(圖9b)。珠海組二段沉積期由于三角洲沉積中心往南部遷移，在珠海組二段沉積晚期南部坡折帶進一步向海推進(圖9c)。珠海組一段沉積期則由于整體沉積厚度小，坡折帶推進距離不明顯(圖9d)。因此，不同時期坡折帶向海的推進距離和進積速率存在差異。

圖9 珠海組厚度與陸架坡折帶疊合圖(a)珠海組四段； (b)珠海組三段； (c)珠海組二段； (d)珠海組一段

3.2 相對海平面先升后降，改造坡折帶展布形態(tài)

漸新世初期(33.9～28.4Ma)，白云南洼開始海侵，相對海平面上升，沉積環(huán)境為局限淺海，此時陸架坡折帶尚未形成。漸新世中晚期(28.40～23.03Ma)，研究區(qū)相對海平面先升后降，在26Ma海平面上升到最大，與南海西部瓊東南盆地的情況一致，均經(jīng)歷一次廣泛海侵，淺海沉積覆蓋盆地大部分區(qū)域[18]。之后海平面開始下降，至漸新世末冰期海平面大幅下降。在海平面上升階段的物源供給基本沉積于陸架及陸架邊緣，使陸架坡折帶向海推進。在海平面下降時期，向陸坡搬運的沉積物總量多于陸架邊緣，陸架邊緣受陸坡水道侵蝕切割明顯，陸架坡折帶變成鋸齒狀。隨著海平面進一步下降，陸架邊緣沉積物整體被侵蝕，陸架與陸坡的高差減少，致使陸架坡折帶形態(tài)變光滑，更多沉積物被搬運至陸坡深水區(qū)。

3.3 拗陷期整體構(gòu)造活動穩(wěn)定，順鶴隆起限制坡折帶范圍

陸緣巖石圈薄化程度的差異導(dǎo)致拗陷期熱沉降差異，進而控制了拗陷期陸架坡折帶的發(fā)育和深水儲集層沉積環(huán)境[19-20]。南海運動之后，珠江口盆地進入斷拗轉(zhuǎn)換階段，裂后的熱衰減沉降有利于漸新世早期海侵，白云南洼一帶變?yōu)闇\海陸架環(huán)境。在漸新世中晚期(28.40～23.03Ma)，盆地?zé)岢两邓俾蔬M一步減小，除局部古隆起有火山活動外，周邊無明顯構(gòu)造運動，屬于構(gòu)造沉降的平靜期。隨著沉積物源的不斷供給，在珠海組沉積晚期順鶴隆起開始接受西北部物源的沉積，后期未能繼續(xù)沉積，表現(xiàn)為“過路不留”，最終搬運至更南部的陸坡深水區(qū)。

因此，南海北部白云南洼珠海組的不同物源體系方向、供給規(guī)模、陸架寬度及地形坡度等因素形成不同的陸架坡折帶，研究其演化特征及控制因素可以了解坡折帶上、下不同沉積體系特征及分布規(guī)律，預(yù)測有利儲集砂體及分布區(qū)域，對南海北部深水區(qū)油氣勘探評價具有重要現(xiàn)實意義，也對其他地區(qū)坡折帶研究具有借鑒意義。

4 結(jié)論

(1)白云南洼陸架坡折帶整體呈NE-SW向展布，各個時期坡折帶推進距離不一，從珠海組四段到一段沉積期，坡折帶的寬度先大后小，逐漸向SE向推進。陸架坡折帶平均坡度為0.96°～4.76°，向海推進距離為21～28km，進積速率約為0.9～10.6km/Ma。北部和西北部坡折帶特征差異明顯。

(2)坡折帶演化可劃分為初始形成期、發(fā)展期和穩(wěn)定期三個階段。珠海組六段和五段沉積期坡折帶尚未形成，珠海組四段沉積中期坡折帶才初步形成； 隨后至珠海組三段沉積期陸架坡折帶快速向海推進，陸架坡折帶形態(tài)由彎曲變平直； 珠海組二段沉積期陸架坡折帶逐漸穩(wěn)定，坡折帶外形由鋸齒狀變光滑； 珠海組一段沉積期陸架坡折帶最終穩(wěn)定，為坡折帶穩(wěn)定期。

(3)充足的物源供給是坡折帶形成的關(guān)鍵因素，雙物源差異供源造成北部和西北部坡折帶形態(tài)差異，相對海平面先升后降，改造了坡折帶展布形態(tài)； 拗陷期整體構(gòu)造活動穩(wěn)定，順鶴隆起限制坡折帶范圍。陸架坡折帶的演化受沉積物供給、海平面變化、構(gòu)造活動等相互影響，最終形成陸架坡折帶的地貌特征。研究陸架坡折帶對南海北部深水區(qū)白云南洼的沉積體系演化和油氣勘探具有重要意義。