珠江口盆地白云凹陷深水扇沉积相特征

戴朝成， 郑荣才， 戴朝勇

(1.东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌 330000;2.成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，四川 成都 610059;3.吉首铁路学校，湖南 吉首 416000)

深水沉积领域是目前全球油气勘探与研究的前缘(庞雄等，2007a，2007b)，近20年来，深水扇已成为国际石油产量与储量增长的主体，并在国际学术界获得高度重视，如1997年AAPG“深水碎屑沉积过程及储层意义年会、1998年4月伦敦地质协会举办的“当今深水研究最重要进展”的讨论会、2003年GCSSEPM 第23 届以“陆架边缘三角洲及陆坡沉积系统的全球意义及今后的勘探潜力”为主题的Houston年会等。彭大钧等(2005);庞雄等(2005)认为，深水浊流及其有关沉积和储层在今后至少25年内将成为油气勘探开发研究的热点。然而，目前国内外对深水沉积作用、沉积特点以及沉积模式存在较大的分歧(李云等，2011;李相博等，2013;李存磊等，2012)，自20 世纪60年代初Bouma(1962)提出浊流沉积之后，深水沉积研究经历了一个认识上的螺旋式上升旋回(李相博等，2013)，其中以Walker(1978)的综合扇模式最为经典并被广泛使用，但随着人们对深水沉积的深入研究，国内外学者已充分认识到深水沉积中不仅存在浊流，而且通常是碎屑流、浊流、牵引流共同作用的结果，现代和古代深水扇系统比预想的要复杂得多(Shanmugam，2000，2002，2003，2006)。深水沉积体系的发育及空间展布受多方面因素的控制(彭大钧等，2006;刘睿等，2013)。

目前深水扇储集砂岩在国外众多盆地中被发现(周蒂等，2007)，随着我国深水油气勘探的不断深入，先后在南海北部深水区发现了珠江深水扇系统、红河海底扇(Wang et al.，2011)，南海西北次海盆深水扇系统(刘睿等，2013)，其中珠江口盆地深水扇的发现为中国油气勘探中的重大突破，证实自30Ma 以来深水扇密集地分布在我国的近海海域内，并以其宏大的规模、典型的结构及巨大的勘探前景引起国内外的关注(庞雄等，2006)。深入展开深水扇的研究将是我国油气界与科学界的重大任务。本文以珠江口盆地白云凹陷深水扇识别标志、沉积相特征和控制因素进行分析，以期为深水扇研究提供更多基础地质资料。

1 地质概况

珠江口盆地位于中国广东省大陆外侧南海北部大陆架上的海南岛与台湾岛之间，东经111°—118°00′，北纬18°30′—23°00′，呈NE 走向，属于大致平行于华南大陆岸线的陆架和陆坡区海域，是华南大陆的水下延伸部分(图1)，珠江口盆地是一个新生代被动大陆边缘的张性断陷盆地(钟建强，1994)。在中—新生代经历了早白垩世裂前阶段、晚白垩世—渐新世初裂谷阶段、晚渐新世—早中新世沉降阶段和中中新世—第四纪断块升降四个构造演化阶段(邵磊等，2004)，其中裂谷阶段沉积了古新统至始新统的神狐组、文昌组和恩平组，沉降阶段沉积了渐新统-下中新统的珠海组和珠江组，断块升降阶段发育了中中新统-上中新统的韩江组、粤海组和上新统的万山组(图2)。由北向南可划分为5个NE 向的大型构造单元，即北部断阶带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带和南部隆起带，各个构造单元又可以分为若干个次级凹陷和低隆起(图1)。白云凹陷位于珠Ⅱ坳陷的东部，是盆地内规模最大和最深的凹陷，凹陷区水深200 ～2 000 m，为一个处于陆棚边缘斜坡带的沉积凹陷，具有十分优越的油气地质条件(代一丁，1999)。

图1 珠江口盆地构造位置示意图Fig.1 Tectonic diagram of Pearl River Mouth basin

2 沉积相标志

2.1 岩石学特征

白云凹陷中新统珠江组砂岩粒度以中-粗粒岩屑长石砂岩为主，次为长石岩屑砂岩(图3)。砂岩的成分成熟度低而结构成熟度较高，分选较好和泥质含量极低，砂岩中石英碎屑含量为60. 67% ～70.55%，平均64.26%;长石碎屑含量17.21% ～23.7%，平均20.33%;岩屑11.65% ～17.66%，平均15.42%左右。砂岩中发育有块状层理(图4A)，具特征的逆粒序和逆-正粒序层理(图4B)，近源浊流鲍玛序列(图4C)，同时在坡脚-盆地相泥岩中的粉砂岩夹层中含有颗石藻化石，出现等深流沉积沙纹层理的粉砂岩透镜体(图4D)，这些特征都反映深水沉积环境背景条件下的重力流沉积标志。因此，珠江组砂岩属于深水扇砂质颗粒流和碎屑流两种类型的重力流沉积，以砂质碎屑流沉积占主导位置。它是高密度的颗粒流在高速流动过程中受外来物质(被侵蚀的泥、粉砂和海水)掺合影响形成，流体密度和性质发生变化而形成的另一类颗粒浓度中等至较高，泥质含量低至中等的层状塑性流体。

图2 珠江口盆地层和沉积相综合柱状图Fig.2 Columnar section of stratum and sedimentary facies of Pearl River Mouth Basin

2.2 粒度分布特征

珠江组深水沉积砂岩的概率曲线主要表现为两段式，由牵引和悬浮两次总体组成，以牵引总体为主，累计概率曲线较平缓，粒度分布范围较宽，可延至细砂和粗砂，伴有凝结过程中的泥砾和顺层排列板条状碎片，是由于碎屑流内部顺层剪切作用的结果。砂质碎屑流表现为沉积物的整体冻结沉降，但重力分异对较重的颗粒更有效，线段陡并向着细端逐渐变平。常成一波折的、向上凸的曲线，以很低的坡度延伸，分选中等，矿物成熟度和结构成熟度都较低。在C-M 图上(图5)，珠江组砂岩的C 值与M 值平行于C=M 基线分布，反映珠江组砂岩以重力流沉积为主。

2.3 地球化学特征

地球化学分析不仅能反映研究区的物源特征，同时也能反映沉积时区域构造背景(朱志军等，2012;李云等，2013)，珠江组深水扇沉积发生在23.8 Ma之后，这期间珠江口盆地曾经历过几次强烈海退，古珠江三角洲受海平面大幅度下降影响，数次跨过陆架进入到陆架边缘及更深水的陆坡沉积区(郑荣才等，2012)，本文拟通过深水扇沉积物的稀土、微量元素地球化学特征分析物源区构造背景，为深水扇沉积时所需的构造坏境提供依据。

图3 白云凹陷X-1 气田珠江组砂岩分类三角投点图Fig.3 The triangular diagram for sandstones of the Zhujiang Formation in the Baiyun Sag X-1 gas field

本次分别从X-l、X-2、X-3、X-4 和X-5 井采集10 件岩芯的泥岩样品进行稀土元素地球化学分析。稀土元素分析在中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室测试完成。执行标准为电感耦合等离子质谱(ICP-MS)方法通则DZ/T0223—2001和海洋沉积物化学分析方法GB/T20260 -2006，测试结果相对偏差均小于2%。珠江组泥岩样品稀土分析结果如表1 所示，稀土总量(ΣREE)介于128.87 ～231.68 μg/g 之间，平均值为175.41 μg/g，明显高于大陆地壳平均值(146.37 μg/g)而接近北美页岩平均值(173. 21 μg/g)。(La/Yb)N为10.38 ～13.95，平均值为11.41，表明轻、重稀土元素分异大。采用球粒陨石标准值对深水沉积10 件泥岩样品进行标准化处理，其稀土元素配分模式基本一致(图6)，具明显“右倾”特点，说明轻稀土元素分馏程度较高，重稀土元素分馏程度较低，Eu 明显负异常。

据Elderfield 提出了Ceanom 指数，其计算公式为:Ceanom =lg［3CeN/(2LaN+NdN)］，式中N 为一个给出样品的北美页岩标准化值。目前，Ceanom指数已被作为判断古水介质氧化还原条件的标志。以Ceanom ＞-0.1 表示Ce 的富集，反映水体呈缺氧的还原环境;而Ceanom ＜-0.1 表示Ce 亏损，反映水体呈氧化环境。珠江组各泥岩的Ceanom 指数均大于-0.1，代表珠江组沉积时水体呈缺氧的还原环境，这一分析数据与珠江组砂岩为碎屑流沉积环境相符。

2.4 地球物理特征

通过地球物理方法识别深水扇是油气勘查中较为常用的方法之一(张忠涛等，2011)，庞雄等(2006)、王聪等(2013)在珠江口盆地、南海西北次海盆、莺歌海盆地等盆地中识别出深水扇沉积体。庞雄(2007)通过对白云凹陷地震剖面研究，识别出盆底扇、斜坡扇(图7)。盆底扇具有低角度的丘状外形，扇内具有平行-亚平行强振幅反射，反射波组向外扇区逐渐收敛成高频反射;盆底扇通常有多水道供给，形成多个朵叶复合体。斜坡扇位于陆坡中下部，为盆底扇向物源供应一侧较为杂乱的地震反射相，有明显的水道天然堤系统，内部结构有丘形、海鸥翼状、水道迁移等(庞雄等，2006)。

3 沉积相划分

深水扇是重力流沿海底峡谷流动，穿过陆棚和斜坡流入斜坡脚-深海盆地时形成的扇状沉积体，深水扇一般分布在斜坡脚的峡谷口处，也常常彼此连接成陆隆，有时也可长距离地延伸到深海平原上。理论上，该沉积体系可划分为深水扇内扇、中扇和外扇三个亚相(Walker，1978;姜在兴，2002)。

3.1 水道颗粒流微相

X 气田取芯段内扇和中扇水道颗粒流微相由极疏松的浅灰色块状中-粗粒长石岩屑砂岩组成，单层砂体较薄，厚一般为0.15 ～0.2 m，在单个颗粒流沉积的砂体中，大多数发育有特征的逆粒序或逆粒序→正粒序结构(图8)，在垂向剖面上常与水道间(或废弃水道)相邻发育，或连续叠置形成非常好的储集体。

3.2 水道砂质碎屑流微相

在白云凹陷X 气田取芯段砂质碎屑流沉积广泛发育，岩性以浅灰色块状中-粗粒和含细砾石的粗粒-极粗粒长石岩屑砂岩为主，部分为中-细粒岩屑长石砂岩组成的韵律层，其中粗粒砂岩韵律层中产有呈漂浮状产出的同生泥砾，局部砾级大小的生物碎片含量较高，并由同生泥砾或生屑含量变化显示出正粒序和逆粒序→正粒序结构。在垂向剖面上，往往由数个被底冲刷面分割的单砂体连续叠置形成大砂体(图8)，并由颗粒流沉积逐渐过渡为砂质碎屑流的连续沉积，形成充填内扇和中扇水道的大砂体。此类砂体往往具有很好的物性和宽阔的分布范围，是最有利于优质储集砂体发育的沉积微相。

表1 白云凹陷X-1 气田珠江组泥岩稀土元素地球化学参数表Table 1 REE parameters of mudstones from the Zhujiang Formation in the Baiyun Sag X-1 gas field

图4 白云凹陷X-1 气田珠江组砂岩沉积相标志Fig.4 Sedimentary facies marks of sandstone of Zhu Jiang Formation in Pearl River Mouth Basin X-1 gas field

3.3 水道间微相

水道间指水道沉积之间细粒的部分，通常以充填远洋悬浮沉积的泥岩为主，它在取芯段中较为发育，岩性为深灰色、暗色泥岩，具变形纹层理。在垂向剖面上位于水道颗粒流和砂质碎屑流之间，呈岩性突变关系(图8)。水道间微相由于沉积物较细，以泥质为主，不利于储层发育，常形成储集砂体之间的致密隔层。

3.4 近源和远源浊流微相

颗粒流和砂质碎屑流在搬运过程中，随着水体的加入，至扇中下游和外扇部位，进一步稀释为近源-远缘低密度浊流沉积为主，常可见鲍玛序列，在X 气田取芯段近源和远源浊流岩性以灰色含砂质和生物碎片泥岩为主，生物碎片为有孔虫类化石，其中含较多扁平状泥砾和变形构造，近源和远源浊流微相因泥质含量高，不利于储层发育，常形成差储集或者隔层。

4 沉积相模式

图5 X-1 气田珠江组砂岩粒度分析C-M 交会图Fig.5 C-M diagram of Zhujiang Formation sandstones X-1 gas field

图6 白云凹陷X-1 气田珠江组泥岩稀土元素配分模式Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution diagram of the mudstones from the Zhujiang Formation in the Baiyun Sag X-1 gas field

珠江口盆地白云凹陷在渐新世-中新世之间的23.8 Ma 期间曾经发生一次极为强烈的构造隆升运动—白云运动(彭大钧等，2005)，形成大规模海退及之后的快速海侵事件，这一次构造运动对区域性海平面大幅度的升、降和珠江组沉积物的物源供给、沉积环境和沉积格局产生了极为深刻的影响和巨大的变化。在大规模白云运动的作用下，南海扩张脊向南跃迁，珠江流域突然向西扩展，沉积物源区由东南沿海海西-燕山期花岗岩分布区延伸到云贵高原及青藏高原东麓一带(李云等，2013)，白云凹陷荔湾地区由珠海组发育的陆架边缘三角洲沉积体系突变为珠江组深水扇沉积(庞雄等，2005)，在相当陆棚暴露期间的低位早期，来自于陆架边缘三角洲的大量沉积物，在各种触发机制下，随重力流沿大陆坡上的峡谷搬运到深海区，并在坡内盆地堆积形成直接超覆在珠江组底部层序界面之上的深水扇沉积，提出珠江组初始海侵背景条件下的深水扇理想沉积模式(图9)。随着沉积充填作用的进行和相对海平面上升的低位中、晚期，扇体逐渐向大陆一侧迁移，沉积物不断在陆坡上堆积形成斜坡扇沉积。

图7 白云凹陷珠江组深水扇地震剖面及解释(剖面长约50 km)Fig.7 Seismic section and interpretation of submarine fan in Zhujiang formation，Baiyun depression(the length of the section is about 50 km)

图8 内扇水道颗粒流和砂质碎屑流沉积序列和剖面结构Fig.8 Sedimentary sequence and Sectional Characteristics of grain flow and sandy debris flow in inner fan channel

5 认识

(1)根据珠江口盆地白云凹陷中新统珠江组砂岩的沉积相标志识别出深水扇沉积体，将深水扇划分为内扇、中扇和外扇三个亚相和水道颗粒流、砂质碎屑流、水道间、近源和远源浊流等微相。其中水道颗粒流、砂质碎屑流为最有利优质储集砂体发育的沉积微相。在区域研究的基础上提出珠江组初始海侵背景条件下的深水扇理想沉积模式。

图9 珠江口盆地白云凹陷深水扇理想沉积模式图Fig.9 Ideal depositional model of Deep-Water Fan in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin

(2)深水扇沉积是目前全球油气勘探与研究的前缘，在我国南海和东海亦发育大量深水扇沉积储集层，深水扇沉积砂体可通过岩石学特征、古生物特征、地球物理和地球化学等特征加以识别，即使在深水扇沉积作用的地质概念、沉积过程和沉积模式等诸多方面仍存在较大分歧，随着深水油气勘探开发和研究深入，深水扇沉积成因机制和油气成藏规律将逐步得到深化。

代一丁，庞雄. 1999. 珠江口盆地珠二坳陷石油地质特征［J］. 中国海上油气(地质)，13(3):169-173.

姜在兴. 2002. 沉积学［M］.石油工业出版社.

李存磊，任伟伟，唐明明.2012. 流体性质转换机制在重力流沉积体系分析中应用初探［J］.地质论评，58(2):285-296.

李相博，卫平生，刘化清，等. 2013. 浅谈沉积物重力流分类与深水沉积模式［J］.地质论评，59(4):607-614.

李云，郑荣才，杨宝泉，等. 2013. 珠江口盆地白云凹陷中新统珠江组物源及其研究意义［J］.地质论评，59(1):41-51.

李云，郑荣才，朱国金，等.2011. 沉积物重力流研究进展综述［J］.地球科学进展，26(2):157-165.

刘睿，周江羽，张莉，等. 2013. 南海西北次海盆深水扇系统沉积演化特征［J］.沉积学报，31(4):707-716.

庞雄，陈长民，彭大钧，等. 2007a.南海珠江深水扇系统的层序地层学研究［J］. 地学前缘，14(1):220-229.

庞雄，陈长民，施和生，等. 2005. 相对海平面变化与南海珠江深水扇系统的响应［J］. 地学前缘，12(3):167-177.

庞雄，陈长民，朱明，等.2007b. 深水沉积研究前缘问题［J］.地质论评，53(1):36-43.

庞雄，申俊，袁立忠，等. 2006. 南海珠江深水扇系统及其油气勘探前景［J］. 石油学报，27(3):11-15.

彭大钧，庞雄，陈长民，等. 2006. 南海珠江深水扇系统的形成特征与控制因素［J］.沉积学报，24(1):10-18.

彭大钧，庞雄，陈长民，等.2005. 从浅水陆架走向深水陆坡:南海深水扇系统的研究［J］.沉积学报，23(1):1-11.

邵磊，李献华，汪品先，等. 2004. 南海渐新世以来构造演化的沉积记录—ODP1148 站深海沉积物中证据［J］. 地球科学进展，19(4):539 -544.

王聪，李茂文，陈殿远，等. 2013. 深水沉积层序与沉积演化模式典型实例-莺歌海盆地中深层黄流组［J］. 海相油气地质，18(4):59-68.

张忠涛，秦成岗，高鹏，等.2011. 珠江口盆地白云凹陷北坡陆架坡折带地质特征及其油气勘探潜力［J］. 天然气工业，31(5):39 -44.

郑荣才，李云，戴朝成，等. 2012. 白云凹陷珠江组深水扇砂质碎屑流沉积学特征［J］. 吉林大学学报(地球科学版)，42(6):1582-11589.

钟建强. 1994. 珠江口盆地的构造特征与盆地演化［J］. 海洋湖沼通报［J］. (1):1-8.

周蒂，孙珍，陈汉宗. 2007. 世界著名深水油气盆地的构造特征及对我国南海北部深水油气勘探的启示［J］. 地球科学进展，22(6):561-572.

朱志军，陈洪德. 2012. 川东南地区志留系小河坝组砂岩特征及物源分析［J］. 吉林大学学报:地球科学版，42(6):1590-1600.

Bouma A H. 1962. Sedimentology of Some Flysch Deposits:A Graphic Approach to Facies Interpretation［M］. Amsterdam:Elsevier，

Shanmugam G. 2000. 50 Years of the turbidite paradigm (1950s-1990s):deep-water processes and facies models -a critical perspective［J］. Marine and Petroleum Geology，17:285 -342.

Shanmugam G. 2002. Ten turbidite myths［J］. Earth-Science Reviews，58:311 -341.

Shanmugam G. 2003. A Preliminary experimental study of turbidite fan deposits discussion［J］. Journal of Sedimentary Research，73(5):838-841.

Shanmugam G. 2006. Deep-water Processes and Facies Models:Implications for Sandstone Petroleum Reservoirs［M］. New York:Elsevier，473.

Walker R G. 1978. Deep-water sandstone facies and ancient submarine fans:Models for exploration for stratigraphic traps［J］. AAPG Bulletin，62:932-966.

Wang Y，Xu Q，Li D，et al.2011. Late Miocene Red River submarine fan，northwestern South China Sea［J］. Chinese Science Bulletin，56(14):1488-1494.