琼东南盆地深水区生物礁发育模式研究

席敏红，周兴海，王 琳，余学兵

(中国石化上海海洋油气分公司，上海 200120)

南海海域油气资源丰富，自北向南发育有北部湾、莺歌海和琼东南等大小含油气沉积盆地10余个，其中在南部南沙陆壳地块和北部西沙陆壳地块上均发现为大型的生物礁油气富集区。晚渐新世至中新世，南海海域因其特定的古构造、古隆起、古地理、古气候及古海平面变化条件所营造出良好的生物礁形成的背景，广泛发育生物礁。琼东南盆地南部深水区是指水深大于500 m的海域，包括乐东、陵水凹陷以南的区域(图1)，该区域新生界地层发育完全(表1)。从南海海域生物礁生长发育背景分析，该区中新世也具备生物礁形成的良好条件，为深水区油气富集提供了良好的储集空间，并具有广阔的勘探前景[1－14］。

1 生物礁生长条件分析

通过大量浅水区钻井资料揭示、二维和三维地震剖面的精细解剖，可以确定在琼东南盆地南部深水区的南部、古隆起边缘，尤其是北礁低隆起和永乐隆起边缘，晚渐新世至中新世，具备与南海海域隆起边缘生物礁生长类似的发育条件，主要表现在:(1)该时期构造相对稳定，大量二维剖面的沉积模拟结果显示晚渐新世至中新世，南部深水区的南部隆起(包括北礁低隆起和永乐隆起北部边缘)最大构造沉降量仅50～60 m/Ma，最大总沉降量小于100 m/Ma，总体为构造活动相对稳定并逐渐递减的演化过程，有利于碳酸盐岩生物礁的生长发育;(2)琼东南盆地南部深水区裂后期经历了从陆表海到深海环境的演变。尤其在晚渐新世至中新世，海平面变化相对稳定并缓慢上升，南部隆起持续保持浅水碳酸盐岩台地环境，中新世晚期台地快速淹没形成深水陆架陆坡及深海环境;(3)从永乐隆起南翼的西琛1井和西永1井钻孔揭示晚渐新世至中新世发育巨厚层生物礁，预示永乐隆起北翼及北礁低隆起同时期有台缘生物礁存在[1－4］。

图1 琼东南盆地构造单元划分Fig.1 Tectonic units of Qiongdongnan Basin

表1 琼东南盆地新生界地层简表Table 1 Cenozoic strata of Qiongdongnan Basin

从上述分析可见，琼东南盆地南部深水区中新世，即三亚组和梅山组沉积时期，发育有稳定的碳酸盐岩浅水台地亚相。另外，晚渐新世至中新世渐进的海平面变化、适宜气候条件及多类型的造礁生物等，为该区生物礁的广泛发育创造了优越的条件。

2 生物礁发育模式研究

近年来琼东南盆地深水区，特别是北礁低隆起西南倾伏端，处于其北部乐东陵水凹陷、南部华光礁凹陷和玉琢礁凹陷三大生烃凹陷的油气运移方向，区域位置优越，成为油气勘探的热点地区[11］。通过上述区域地质资料分析认为，该区中新世发育生物礁，并且经钻井证实生物礁是该地区主要的储集层之一[6－7］。同时，该区勘探程度低，石油地质资料较少，为了研究该地区中新世生物礁的发育情况，本文从层序地层结构模型研究入手，探讨生物礁生长及演化模式，为油气勘探提供依据。

层序地层结构模型是在高精度层序地层格架内，以正确的沉积模式为指导，对典型沉积体的三维几何形态及其内部结构进行精细刻画的过程，最终建立合理的层序地层结构模型，以指导油气储层研究和勘探实践。目前国内外发展趋势表明，层序地层学和地震沉积学是开展层序地层结构模型研究最适用和有效的理论和方法，特别是地震沉积学为精细层序地层格架分析提供有效的理论和方法支持[11，15－18］。

从被动大陆边缘盆地到陆相盆地的层序地层研究中，许多学者认识到坡折带是一个层序结构划分中非常重要的依据。Van Wagooner等根据陆架陆坡的存在与否提出了经典的被动大陆边缘盆地的Ⅰ类、Ⅱ类层序结构[19］。在低位体系域形成时期，当海平面下降到坡折带(或陆坡)以下时，坡折带之上成为剥蚀或暴露区，形成不整合和下切谷，坡折带以下则可能形成盆底扇或斜坡扇，而无坡折地区则低位体系域不发育。因此，坡折带存在与否及其类型的识别是总结层序结构模型的关键所在。

2.1 新近系层序地层结构特征

琼东南盆地裂后期经历了热沉降(早—中中新世)和加速沉降(晚中新世—上新世)2个阶段，每个阶段的构造活动强度在不同区域也存在明显差别，因而其层序结构特征也存在明显差别[20－25］。根据不同构造部位所发育层序剖面特征的不同，可以将研究区裂后期层序地层主体格架归纳为2种模型:(1)构造坡折型层序。分布在盆地断裂活动区域，根据断层活动特性，又可进一步分为断裂坡折型(图2a)和挠曲坡折型(图2b)2种样式。断裂坡折型主要是断层活动时间较长，一直延伸至早中新世三亚组沉积时期，挠曲坡折则是在隐伏断层控制下地层产生挠曲造成的;(2)缓坡型层序。主要发育在盆地构造活动较弱的缓坡区域(图2c)。

2.1.1 构造坡折型层序结构

图2 琼东南盆地南部深水区新近系层序发育样式Fig.2 Development style of Neogene in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin

构造坡折带型层序受同沉积构造长期活动形成的构造坡折带控制明显，按照构造坡折带的成因可以进一步分为断裂坡折带和挠曲坡折带。断裂坡折带是由于同生断层活动而形成的地形坡折带;挠曲坡折带则是由于盆地中央和边缘沉降速率差异较大而形成的地形坡折带，有时受控于深部隐伏断层。相对活跃的构造活动，必然造成坡折带两侧明显的构造沉降量差异，进而导致坡折带上、下地层厚度差别较大，总体表现为自盆地中央向盆地边缘地层厚度明显变薄的楔形形态(图2a，b)。构造坡折带型层序结构主要出现于北礁低隆起西南端向华光礁凹陷过渡的构造部位。

2.1.2 缓坡型层序结构

缓坡型层序主要发育在构造活动相对稳定，地势比较平缓的古地貌背景下。自盆地边缘向盆地内部构造沉降速率差异较小，基本表现为略微向盆地方向下倾的均匀热沉降特征。低位体系域时期，随着海平面的下降，会在这些缓坡上形成一些低位三角洲进积体，受物源供给的影响，这些低位三角洲沉积体可以是经物源区向下的连续的台阶式分布，也可以表现微弱物源供给背景下的不连续斑点状分布。从发育区域看，这类层序主要发育于北礁低隆起西南端东北部、靠近陵水凹陷处;从发育层位看，这类层序主要发育于梅山组沉积期之后(图2c)。

2.2 台缘生物礁发育模式

从层序地层结构分析，台缘坡折是台地边缘向台前斜坡明显弯折的地带，它是区分台前斜坡体系和台地及台缘礁滩体系的明显沉积边界线。不同的台缘坡折可导致其台缘结构内的礁滩体系和生物礁几何形态及台前斜坡体系产生明显的不同。其发育的碳酸盐岩沉积体系类型、生物礁生长方式、礁体时空展布及其演化也会有很大的差异。因此，深入研究和认识碳酸盐岩台地边缘的结构特征及差异性，并准确确定台缘坡折，将对碳酸盐岩台缘生物礁的预测和油气勘探起到有针对性的指导作用，因此具有非常重要的理论和实践意义。

研究认为，盆地不同构造部位的层序地层构型控制了碳酸盐岩台地边缘结构特征。根据前述层序地层结构模型研究认为，琼东南深水区中南部主要发育2种类型台缘生物礁:即由构造坡折层序结构控制的断控型台缘生物礁和由缓坡层序结构控制的缓坡型台缘生物礁(图3)。由于断控型台缘主要受控于断层，而缓坡型台缘主要受控于差异沉积，导致这2种台缘类型的生物礁不论是在外部形态、发育特征上，还是在内部结构上均存在明显的差异。

图3 琼东南盆地南部深水区断控型、缓坡型台缘结构模式Fig.3 Structure mode of fault-controlled and slope platform margins in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin

2.2.1 断控型台缘结构

断控型台缘结构主要发育在北礁低隆起西部倾伏端，该台缘坡折早期断陷和断拗期同生断层落差大，断层面相对较陡而且在热沉降期(渐新世以后)仍有强烈的滞后沉降作用，导致其陡断坡的上、下巨大的沉积差异(图3a)。其台缘结构特征、沉积体系和生物礁分布、生物礁沉积构成特征如下:

(1)台缘结构特征

该台缘结构主要表现在台缘坡折主要受控于隐伏牵引断裂，从而导致台缘坡折上、下的地形地貌的巨大差异。通常坡折下为台缘陡斜坡发育区，斜坡较陡较窄，坡折上为较宽缓平坦的台缘发育区(图3a)。

(2)沉积体系和生物礁分布

由于断控型台缘坡折断坡较陡且窄，而断层上盘台地上地形较为宽缓，上下落差大。这就使得断控型台缘带对海平面升降变化不是很敏感，随着海平面缓慢上升到达台缘坡折并达到适宜礁滩生长的水深条件时，生物礁才在该台地之上生长。发育于断控型台缘上的生物礁礁体的外部轮廓清晰(图3)，整体形态呈丘形，丘体较为对称，迎风面、背风面坡度差别不大;其内部反射趋于成层(由于礁发育过程中有间歇，内部有夹层等，形成一层或多层连续性较好、层理较清楚的反射界面)，但大多数不连续、强弱不一，与丘体外部的地震反射结构有明显差异。两相邻礁丘之间为地层双向上超现象明显，说明在礁体的生长过程中海平面亦不断上升。丘体上部是一明显的连续性强轴反射，说明海平面上升到最大，礁体停止生长，其后上部地层披覆在下伏礁体上。

(3)生物礁内部沉积构成

在台缘阶地上生长的、呈下平上凸的丘状生物礁体，其礁脊和礁沟发育，地震剖面显示(图3a)，礁脊两翼和礁沟均比较对称并呈间互分布特征，礁脊内部的地震反射表现为下部呈强同相轴的上凸的丘状，上部披覆向斜坡呈前积的反射特征，礁沟内部为向礁翼双向上超的反射结构，指示生物礁生长时先形成沟道、后期再填充的特征。

(4)生物礁外部形态

通过地震剖面可以看出，研究区台缘生物礁具明显的沉积地貌隆起，外形呈丘状、透镜状;顶底轮廓清晰，顶界面通常为一正极性强反射同相轴;生物礁上部具有披覆现象，底部呈现下凹现象，翼间具有双向上超。

断控型台缘受同生断层及底部隆起的影响形成一个局部高地，生物礁在此之上呈丘状独立生长，在地震剖面上易于识别(图4)。

2.2.2 缓坡型台缘结构

沉积缓坡型台缘结构主要发育在研究区北部，早期深部断裂消失，或断层落差相当小，尤其在热沉降期(中新世)为一缓倾斜的沉积斜坡地貌，生物礁沿该缓倾斜沉积斜坡退积生长(图3b)。其台缘结构特征、沉积体系和生物礁分布、生物礁沉积构成特征如下:

(1)台缘结构特征

图4 琼东南盆地南部深水区断控型台缘生物礁外部形态Fig.4 External form of bioherm developed in fault-controlled platform margin in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin

该台缘结构发育于北礁低隆起南部，主要表现在无明显的台缘坡折，为低起伏的沉积斜坡，随着海平面的阶段上升，沿斜坡面形成台缘生物礁(图3b)。

(2)沉积体系和生物礁分布

缓坡型台地边缘断层不发育，礁体外部形态清晰，呈丘形，但不对称，礁前礁后坡度差别较大，迎风面陡，背风面缓，进积现象明显;丘体内部反射多为杂乱或空白弱反射，成层性不好;相邻礁丘之间地层双向上超。由于沉积斜坡坡度较缓，随着海平面的阶段上升，呈丘状的生物礁体沿沉积斜坡向隆起区退积生长，而礁前的斜坡滑塌沉积不发育，同时也不发育斜坡扇和盆底扇体系。每期丘状生物礁体具有向深凹内的礁翼坡度更缓，向台内礁翼更陡的外形特点;礁基为沿斜坡面发育的碳酸盐岩礁基，地震剖面上显示为强同相轴平行反射的地震波组。

(3)生物礁内部沉积构成

沿沉积斜坡退积生长的生物礁的礁脊和礁沟也相当发育。地震剖面显示(图5)，礁脊内部前积结构发育，礁沟形态和分布均不对称且间互分布也不规则，礁脊内部的地震反射表现为下部呈强同相轴的上凸的丘状，上部披覆前积层的反射特征不发育，礁沟仍为先成沟道后填充的特征。

(4)生物礁外部形态特征

缓坡型台缘生物礁由于地貌坡度小，对海平面变化反应敏感，多期礁体整体上呈退积式叠置生长，但每期生物礁的丘状顶界面可识别(图5)。

3 台缘生物礁演化特征

2种类型的台缘结构由于形成机制不同，断控型台缘主要受控于断层，而缓坡型台缘主要受控于差异沉积，从而导致2类台缘上发育的生物礁在演化上同样具有明显的差异性。

3.1 断控型台缘

断控型台缘受断层影响明显，台缘较为平缓，台缘斜坡较陡，生物礁生长对海平面变化敏感度不强，梅山组二段沉积期主要为成滩期，该时期生物个体的抗浪性较差，难以形成固着的生物礁，因此形成大量的生屑滩。梅山组一段沉积期，随着海平面不断上升，生物在生屑滩的基础上不断生长，其抗浪性不断增强，逐渐形成固着的生物礁(图6a)。

3.2 缓坡型台缘

缓坡型台缘未受断裂控制，坡度较缓，但其对海平面变化更为敏感，因此其上台缘生物礁的演化与断控型生物礁演化略有不同，主要表现在梅山组二段沉积期可分为成滩期和成礁期，但该时期生物礁发育规模较小;梅山组一段沉积期为主成礁期，且生物礁呈退积叠置方式不断生长，生物礁沿缓坡台缘大面积展布(图6b)。

4 结论

图5 琼东南盆地南部深水区缓坡型台缘生物礁外部形态Fig.5 External form of bioherm developed in slope platform margin in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin

图6 琼东南盆地南部深水区梅山组台缘生物礁演化Fig.6 Evolution of platform margin bioherm in Meishan Formation in deepwater area of southern Qiongdongnan Basin

(1)晚渐新世至中新世，琼东南盆地南部深水区构造相对稳定、海平面变化相对稳定并缓慢上升，结合南海海域特定的古构造及古隆起、古地理、古气候变化条件分析，该区中新世生物礁具备良好的形成条件。

(2)根据层序地层结构特征分析，琼东南盆地深水区南部发育断控台缘和缓坡台缘2种台缘结构生物礁发育模式。其中，断控台缘结构主要表现在台缘坡折主要受控于牵引断裂，从而导致台缘坡折上下的地形地貌的巨大差异。通常坡折下为台缘陡斜坡发育区，斜坡较陡较窄，坡折上为较宽缓平坦的台缘发育区。斜坡台缘结构主要表现在无明显的台缘坡折，为低起伏的沉积斜坡，随着海平面的阶段上升，沿斜坡面形成台缘生物礁。

(3)断控型台缘和缓坡型台缘2种发育模式的生物礁在演化上差异性明显。断控型台缘梅山组二段沉积期主要为成滩期，梅山组一段沉积期主要为成礁期;缓坡型台缘表现为梅山组二段沉积期可分为成滩期和成礁期，但生物礁发育规模较小，梅山组一段沉积期为主成礁期。琼东南盆地南部深水区生物礁相发育模式的研究为该区生物礁储层的分布和有利勘探区带的评价提供了理论依据。

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