珠江口盆地白云北坡韩江组层序格架及富砂沉积体研究

吴 伟，郑 伟，刘惟庆，代一丁，秦成岗

(1.河南理工大学资源环境学院，河南焦作 454003;2.中国海洋石油深圳分公司研究院，广东 广州 510240)

中国南海北部珠江口盆地是陆架边缘沉积学领域的热点区域，陆架和陆坡均比较发育。经过20多年的勘探开发，在陆架地区发现了砂岩油气藏和生物礁油气藏，在陆坡区发现了陆架边缘三角洲及海底扇砂体［1］。研究区韩江组SQhj1、SQhj2层序是目前主要的勘探目的层之一，探勘对象集中于陆架区的构造油气藏，对于陆架坡折之下的岩性地层油气藏的研究和勘探尚处于起步阶段。因此，笔者通过钻井、测井、地震资料分析，并利用层序地层学、地震沉积学等方法，对珠江口盆地白云北坡韩江组的层序地层格架、体系域和富砂沉积体进行研究。

1 区域地质概况

珠江口盆地是中国南海大陆边缘南部的一个重要的新生代含油气盆地，是在前古近系基底上发展起来的。自北向南依次划分为北部断阶带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带和南部隆起带等5个次级构造单元(图1)。在北西向调节正断层的作用下，各个构造带又可分若干个凹陷和低隆起。研究区包括番禺低隆起及白云凹陷北坡，区内从下到上发育古近系文昌组、恩平组、珠海组以及新近系珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系［2］。白云北坡是珠江口盆地天然气勘探的重点地区，目前已发现多个天然气藏和含气构造。

图1 珠江口盆地构造分区Fig.1 Regional geology map of Pearl River Mouth Basin

2 韩江组沉积层序特征

前人研究涉及珠江口盆地海平面变化和层序地层划分，主要依地震反射结构和地震沉积学特征对白云北坡韩江组进行三级层序及体系域划分［3-4］，均认为韩江组沉积早期以海退为主，而晚期以海进为主，但具体三级层序数量及划分方案存在较大的差异。根据连井剖面、井－震剖面、地震剖面上层序界面性质以及层序内部特征，对白云北坡韩江组的层序关键界面进行分析，识别4个三级层序界面，经超微化石定年分别对应15.5、13.8、12.5和10.5 Ma，将韩江组划分为3个三级层序(SQhj1、SQhj2、SQhj3)，不同层序内部体系域划分方案与前人研究差别较大:SQhj1层序体系域四分，包含低位体系域、海侵体系域、高位体系域和下降体系域;对SQhj2层序低位体系域两分，该层序内部包含早期低位体系域(LST1)、晚期低位体系域(LST2)、海侵体系域和高位体系域。由于在13.8 Ma时期白云洼陷发生大规模海退，白云北坡SQhj1层序的FSST和SQhj2层序的LST1和LST2中发育主要的富砂沉积体。

SQhj1层序位于韩江组底部，层序界面分别对应15.5 Ma和13.8 Ma。SQhj1层序底界面SB15.5以上超不整合接触关系为特征，地震剖面上可识别出大量下切水道，这些下切水道以下切深度小、延伸距离近为特点，而东南部深水区主要以地层上超为特征，重力流形成的具有丘状外形特征的扇体是SB15.5识别的辅助标志，界面之上的扇体与围岩相比往往具有低频反射特征，而且地震反射振幅能量一般与围岩间有较大差异。SQhj1层序顶界面SB13.8之下顶超－削蚀现象十分常见，尤其在白云北坡西部。界面之下高角度斜交前积与S形前积并存，而前积层顶端常见顶超－削蚀现象;界面之上常发育扁透镜状强反射，钻井揭示为水道滞留沉积。SQhj1层序内部可以识别出初始海进界面FFS、最大海进界面MFS和强制性水退底面BSFR(图2)，其中BSFR为一连续性很强的中强反射轴，为下降体系域FSST前积层的底超面，是一条易于全区追踪的正常水退界面。

SQhj2层序位于韩江组中部，层序界面分别对应13.8 Ma和12.5 Ma。层序底界面SB13.8也是SQhj1层序顶界面，界面之下存在顶超－削蚀现象，而界面之上有连续上超现象。SQhj2层序顶界面SB12.5之上在陆坡区发育侵蚀水道，水道下切不整合明显;而陆架大部分地区界面上下均为平行－亚平行结构特征，界面之上少见上超现象，局部可见顶超现象。层序内部可以识别出关键界面FFS和MFS，划分出LST、TST和HST，而LST内部存在两期比较明显的水道下切现象(图3)，代表低位域两期水退过程，将LST细分为LST1和LST2。地震剖面上LST1可见透镜状反射，其包络线为强振幅特征，内部反射杂乱，局部存在下蚀现象;LST2中下蚀现象发育，且其充填相为弱反射特征。

图2 韩江组SQhj1层序FSST三角洲前缘典型井-震对比剖面Fig.2 Classic well-seismic comparison section of FSST delta front in sequence SQhj1，Hanjiang formation

图3 韩江组SQhj2层序LST中两期水道地震特征Fig.3 Twice channels seismic character of lowstand systems tract in sequence SQhj2，Hanjiang formation

3 富砂沉积体特征

白云凹陷北坡沉积相主要以陆架三角洲、陆架边缘三角洲为主，东南部深海区分别对应了陆坡环境的深海－半深海沉积和斜坡扇、盆底扇沉积，其中砂体储层相对富集的沉积体包括SQhj1层序顶部的下降体系域三角洲前缘砂体和SQhj2层序底部低位域的斜坡扇、盆底扇及中部海进体系域的滨岸砂坝等沉积体。

3.1 SQhj1层序下降体系域三角洲

SQhj1层序顶部的三角洲地震反射明显，前端表现为强振幅、连续性较差的地震反射，呈高角度的退覆斜交前积，表示海平面下降明显，且前积层之下存在明显的连续性很强的中强振幅标志层BSFR作为底积层;顶部常见透镜状强振幅反射，与下部前积层呈不整合接触(图2)，是常见的大型下切水道特征，代表海退加剧后先前的三角洲前缘遭受河道侵蚀。

对下降体系域进行了地层切片分析:对FSST的三角洲的底积层和顶积层进行三维体连续追踪解释，解释网格125 m×250 m，进行网格内插后，以底积层和顶积层为底顶进行等比例划分6段，并提取6个顶界面的均方根振幅属性(图4)。属性图可以大体反映早－晚期的三角洲前缘特征:早期属性中强反射的前缘地震相表现为鸟足状(图4(e)、(f))，表示早期海平面下降较快，而河流作用很强，沉积物快速堆积以致平面上为鸟足形态，与剖面中的高角度退覆斜交前积体对应;而晚期几个切片则表现为环带状特征(图4(a)、(b)、(c)、(d))，表明后期河流作用减弱，波浪及沿岸流的改造作用增强，导致三角洲前缘表现为朵状和环带状特点，三角洲的分布范围明显比早期要大。

SQhj1层序沉积晚期对应了南海大规模的13.8 Ma海退［5］，滨线退到陆架边缘附近，同时绝对海平面存在明显下降，河流下蚀作用增强，将高位三角洲前缘的粗碎屑剥蚀并向前搬运堆积，在其水道前端形成粗碎屑退覆沉积，在地震剖面上对应连续性较差的高角度斜交前积强反射，在平面上对应鸟足状的强反射特征;由于多种因素影响，后期海平面下降速度变慢，导致河流下蚀作用减弱，而海浪及沿岸流的改造作用增强，将河流搬运的沉积物分布进行改造，在地震剖面上对应了连续性较强的低角度前积反射，而在平面上对应了朵状和环带状的强反射特征。

3.2 SQhj2层序低位盆底扇特征

SQhj2层序中LST中水道充填相比较发育，主要存在两大期次:LST1底部存在一套较强透镜状强振幅反射，内部显示为较杂乱的反射，局部削蚀下伏地层，可能以粗碎屑的砂质沉积为主，地震属性表现为明显扇形强振幅;LST2底部下蚀水道非常发育，向下侵蚀深度较大，而内部充填相为弱反射，可能以泥质充填为主。与这两套水道遥相呼应的已钻井BY6－A在该层位钻遇两套盆底扇砂体，LST1底部盆底扇砂体较薄，但物性非常好;LST2盆底扇砂体较厚，物性相对较差，两套深海储层对应了两期低位水退过程。

图4 研究区西北部SQhj1层序FSST三角洲前缘地震RMS属性切片Fig.4 FSST delta front seismic RMS attribute slice of sequence SQhj1 in northwest study area

4 沉积-层序控制因素

在研究区沉积层序特征研究的基础上，开展了盆地古地貌、同沉积断裂及断裂坡折带、沉积物供给以及海平面变化等对SQhj2沉积层序发育演化控制作用的研究。

4.1 沉积层序发育背景

23.8 Ma以来白云凹陷持续沉降，总体呈海侵趋势，于18.5 Ma发生大规模海侵后，白云凹陷及边缘地区形成了陆棚－陆坡－深海平原沉积环境，此后白云北坡发育了21.0～10.5 Ma多套层序低位扇体的垂向叠置序列，整体上珠江组—韩江组沉积层序呈现出海进－海退大致平衡的加积型组合［6］。白云北坡 SQhj1、SQhj2沉积层序形成于该阶段，13.8Ma南海发生最大规模海退，SQhj1层序陆架三角洲向东南推进，导致大陆坡位置向南小规模迁移，SQhj2层序低位三角洲和斜坡扇－盆底扇体系也向南推进。

4.2 盆地古构造地貌

作为沉积地层发育的背景，古地貌控制了古物源供给系统，包括物源区、沉积区、搬运方向和方式等，是控制沉积相发育与展布的重要因素［7］。本次研究利用地震、测井及露头资料，在结合沉积相等分析的基础上，应用地震数据结合钻井资料约束，通过拉平不同时期沉积层或古沉积水平面来恢复盆地的古地貌特征并揭示其演化。通过对层序厚度的压实校正和古水深校正，对番禺低隆起的珠江组－韩江组的三级层序进行了古地貌恢复。总体上，可将研究区古地貌分划为洼槽区、陡斜坡带、缓斜坡带、高隆起区等古地貌单元(图5)。SQhj1、SQhj2沉积时期，研究区北部古地貌主要为高隆区，主要发育河流、三角洲、滨岸等沉积体系;PY35－2井区东南侧长期为不同构造背景下的缓坡坡折带，向南依次为陡坡带和洼槽区，主要发育深切谷充填、斜坡扇、盆底扇及低位进积复合体等低位扇深水扇系统沉积物。

4.3 同沉积断裂及断裂坡折带

韩江组沉积时期白云北坡发育多条大型NNE向同沉积断裂，这些断裂控制了“构造坡折带”的发育，进而制约着盆地充填可容纳空间的变化，控制着低水位体系域、高水位域三角洲－岸线体系的发育部位［8］，对沉积体系的发育和砂体分布起重要的控制作用。研究表明，白云北坡的多组同沉积断裂的活动形成了控制层序和体系域发育的断裂坡折带。断裂坡折带的主断裂是由裂陷期已发育的缓坡反向断裂所形成的，构成了白云深凹带与隆起带的边界断裂带。断裂带东南侧中中新世以来具有相对深水环境，三级层序的低位域主要分布于断裂坡折带向海方向下部，各层序厚度也明显增加;断裂坡折带的西北侧为一东南倾的番禺古隆斜坡，在地震剖面上可观察到各层序界面上倾方向的连续上超或削蚀不整合现象。

图5 韩江组部分层序古地貌Fig.5 Ancient landform of sequence SQhj1 and SQhj2 in Hanjiang formation

白云北坡长期为不同构造背景下的坡折带，对不同时期发育的层序结构和体系域都具有重要的制约作用。研究区发育断裂坡折时，主要表现为低水位楔的下超面或平行不整合或整合面。古坡折带的斜坡分布直接控制着层序界面的结构特征。SQhj1层序下降体系域的陆架三角洲、SQhj2层序的低位楔的上超尖灭线受控于坡折带顶界。SQhj2层序的低位楔沿坡折带的上斜坡呈NE向分布，与陆架坡折线近平行;同时断裂坡折的活动性也是白云凹陷深水区陆架边缘三角洲沉积物发生再搬运、再沉积形成陆坡复合水道、重力流沉积的主要控制因素。

4.4 构造沉降速率变化

珠江口盆地断陷期的沉积速率与拗陷期的沉积速率有着重要差异，平稳的陆架发展期沉积速率与快速沉降的陆坡发展期的沉积速率也有着重要差异，它是沉积体系发生变革的响应［9］。为了探讨构造沉降速率对层序和沉积演化的控制作用，应用SSMb的模拟系统，对研究区的沉降速率进行回剥模拟分析。研究表明，SQhj2沉积期研究区进入较快的沉降期，部分断层活动，构造沉降和总体沉降速率最大可达200 m/Ma和600 m/Ma，导致相对海平面的快速上升。事实上，盆地不同部位不同时期的沉降有很大差别，最大沉降的变化受到同沉积断裂活动的控制，导致沉降中心在不同的裂陷幕发生了明显迁移，从SQhj2两期低位的时间厚度上可以看出，晚期低位域的沉积中心较早期低位域向北方向迁移(图6)。

图6 SQhj2早期、晚期低位体系域时间厚度Fig.6 Time thickness maps of early and later stage of low stand system tract in sequence SQhj2

4.5 沉积物供给

对任何沉积层序体系域的形成来说，物源供给都是重要的影响因素，物源区的物质组成、沉积物的供给量、以及受构造作用或海平面变化等所导致的供源体系的变化都会控制沉积层序的平面分布及纵向叠置关系。珠江口盆地浅水区发育的大规模三角洲以及白云深水扇都反映了古珠江对该地区沉积物输送的贡献。32 Ma以后来自古珠江水系巨大的稳定的西北物源，在研究区沉积了巨厚的碎屑岩系，并在白云凹陷存在着众多的纵向叠置及平面展布特征［10-11］。在稳定的古珠江水系及海平面进退的控制下，向南呈现沉积相带的依此更迭，并在低位时期于白云凹陷形成沉降和沉积中心。SQhj1层序沉积时期，珠江水域为研究区提供了大量的物源，尤其在该层序沉积晚期，充足的粗碎屑物质推进至陆架边缘;SQhj2层序沉积早期，由于下蚀作用增强，除了珠江继续提供物源外，先前SQhj1层序的FSST三角洲被剥蚀为SQhj2层序低位沉积提供粗碎屑物质。从沉积相展布特征分析可知，研究区由北往南依次出现河流、三角洲、滨岸、浅海陆架的沉积体系，向南跨越陆架坡折带以后，在白云凹陷依次出现下切谷充填、低位三角洲、斜坡扇、盆底扇等富砂沉积体。

4.6 海平面变化对层序结构和演化的控制作用

层序地层学强调体系域的变迁主要受控于相对海平面变化。珠江口盆地三级海平面变化曲线的建立，确认了新近系以来南海北部陆缘存在周期性海平面变化。根据层序地层学的概念，也必然存在体系域随海平面变化升降的变迁，从而影响层序结构和演化。珠江口盆地从珠海组以来有4个大的二级旋回，相对海平面总体呈上升趋势，研究区的沉积层序是在总体海侵的沉积序列中发育的［10-11］，这一总体的趋势对层序结构的基本特征具有重要影响。坡折斜坡带上的海水进退决定着层序结构的基本特征。SB13.8层序界面形成于海平面相对下降时期，层序界面广泛出现剥蚀及下切谷充填，为典型的Ⅰ型层序，坡折带向海方向发育低位三角洲、海底扇沉积，沉积物粒度较粗，层序界面沉积物多为中粗粒河口坝或水下水道砂岩。坡折带向陆方向主要以水进到高位体系域为主，形成于相对海平面上升时期，层序界面之上上超广泛发育。

5 结论

(1)SQhj1层序的FSST三角洲砂体和SQhj2层序的低位扇体是研究区重要的富砂沉积体。SQhj1层序中FSST三角洲具有由早期河控演化到晚期浪控的演变特征。SQhj2层序低位体系域LST细分为LST1和LST2，均以发育水道为特征:LST1水道以粗碎屑充填为主，盆底扇－斜坡扇系统推进距离较近;LST2水道以泥质充填为主，盆底扇－斜坡扇系统推进距离较远。

(2)构造古地貌、同沉积断裂(坡折带)、构造沉降、沉积物供给及海平面变化等对沉积层序的沉积中心、沉积相分布以及砂体走向和展布等具有明显的控制作用。

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