南沙万安盆地新生界层序特征和主控因素

吴冬，朱筱敏，朱世发，张厚和，赵东娜，李维

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；3.中海石油研究中心，北京100027）

南沙万安盆地新生界层序特征和主控因素

吴冬1，2，朱筱敏1，2，朱世发1，2，张厚和3，赵东娜1，2，李维1，2

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；3.中海石油研究中心，北京100027）

南沙海域是重要的含油气盆地发育区，其西部的万安盆地新生代沉积了陆相—海陆过渡相碎屑岩和海相灰岩。目前，万安盆地的油气勘探进展甚微，建立完善的层序地层格架并分析层序发育主控因素对研究盆地构造-沉积演化史、预测砂体分布以及落实油气勘探目标均具有重要意义。综合利用钻井、测井和二维地震资料，运用层序地层学原理与方法，结合南海海域新生代构造-沉积演化背景，将万安盆地新生界划分为3个亚一级层序、6个二级层序和10个三级层序。SQ1—SQ2（古新统—始新统）发育范围有限；SQ3—SQ10（渐新统—第四系）地层发育完整，主要为海陆过渡相砂泥岩和海相灰岩。分析认为，构造运动、海平面升降和物源供给共同影响盆地层序地层发育，其中构造运动是最主要的影响因素。

层序地层；主控因素；海洋地质；源-汇系统；南沙海域；万安盆地

0　引言

南沙海域位于南海南部，总面积约82万km2［1］。从地理位置来看，南沙海域位于欧亚板块、太平洋板块和印度洋板块的交会处，受三大板块的联合作用，新生代构造演化历史复杂，形成了多个不同类型的沉积盆地。研究表明［1-4］，南沙地块在渐新世之前位于华南古陆南缘，其南侧为古南海，随着渐新世以来南海扩张，南沙地块南移，于中中新世末碰撞加里曼丹岛，古南海消亡，现今的地理格局初步形成。在此构造背景之下，南沙海域新生代主要经历了4次大规模构造运动，分别为古新世初期的礼乐运动、始新世末期的西卫运动、早渐新世末期的南海运动以及中中新世末的南沙运动。

南沙海域发育有13个新生代沉积盆地：万安盆地、南薇西盆地、永暑盆地、南薇东盆地、九章盆地、安渡北盆地、礼乐盆地、北巴拉望盆地、南巴拉望盆地、北康盆地、南沙海槽盆地、曾母盆地和文莱—沙巴盆地。这些沉积盆地类型多样，演化历史复杂［2-5］，均沉积了巨厚的新生代地层，最厚处逾万米，且西部与南部均较厚，东部与北部均较薄［4］。总体来看，南沙海域新生代地层经历了早期陆相沉积、中期海陆过渡相沉积和晚期海相沉积的过程，发育了河湖相、三角洲相以及海相等多种沉积相类型。

万安盆地是南沙海域最重要的含油气盆地，目前多家国外石油公司已经在万安盆地进行了较大规模的油气勘探活动，并发现了大熊（DaiHung）等一批油气田。由于多种原因，国内外对万安盆地的研究均较薄弱，20世纪90年代中期以来，国内学者对其进行了构造、地层和成藏等方面的研究［6-9］，但层序地层学研究较少。明确万安盆地层序发育特征和揭示其层序发育的主控因素，对追溯盆地的沉积充填过程、把握盆地烃源岩与储集层分布规律以及生储盖组合特征和预测潜在的地层岩性油气藏均具有重要的指导意义。笔者综合运用钻井、测井和地震资料，结合大量文献调研，对万安盆地层序地层进行划分，探讨其层序发育的主控因素，并考虑新生代青藏高原隆升事件对万安盆地层序充填的影响，以期实现由“源”到“汇”的系统分析。

1　地质概况

万安盆地位于南沙海域西部，北隔昆嵩隆起与湄公盆地相望，西南接纳土纳隆起，东南西雅隆起将之与曾母盆地隔开，面积约为8.53万km2［10-11］。万安盆地近南北向展布，根据构造与沉积特征可进一步划分为北部坳陷、北部隆起、西北断阶带、西部坳陷、西南斜坡、中部坳陷、中部隆起、南部坳陷、东部隆起和东部坳陷等10个二级构造单元（图1），其中北部坳陷和中部坳陷均是盆地的沉降中心［11］。万安盆地是在古近纪伸展拉张盆地的基础上，后期受走滑断层影响，发生扭张而形成的，张性特征非常明显的剪切拉张复合型盆地［5］。万安断裂为万安盆地的控盆断裂，受该断裂以及南海新生代构造运动影响，万安盆地经历了古新世—始新世断陷阶段、渐新世—中中新世断坳阶段以及晚中新世以来的区域沉降阶段，发育了厚层的新生代地层。

图1　万安盆地构造单元划分［12］Fig.1 Structuralunit division in W an'an Basin

万安盆地基底以上发育了始新统—第四系，最大厚度逾万米，自下而上分别为古新统—始新统人骏群、渐新统西卫群、下中新统万安组、中中新统李准组、上中新统昆仑组、上新统广雅组和第四系。其中人骏群为盆地早期初始断陷阶段粗碎屑堆积而成，以陆相河湖沉积为主；西卫群沉积期盆地转为断坳沉降阶段并开始海侵，以陆相—海陆过渡相的三角洲和湖沼沉积为主；万安组和李准组沉积期海平面进一步上升，沉积环境由海陆过渡相往海相转变；李准组沉积末期，受南沙运动影响，盆地挤压反转，遭受严重剥蚀；在昆仑组沉积期区域沉降至今，沉积了厚层海相地层（图2）。

图2　万安盆地新生界综合柱状图［13］Fig.2 The geologic column of Cenozoic inW an'an Basin

2　层序地层特征

一般地，研究人员利用钻井、测井、地震与古生物等资料开展层序地层分析、建立等时层序地层格架［14-16］和划分体系域，进而寻找地层岩性圈闭。与多数低勘探区相似［17-18］，万安盆地缺乏岩心资料，钻遇基底的探井数量有限，笔者主要依据目前拥有的1.9万km二维地震剖面和9口钻井和测井资料开展研究工作。

单井层序界面的识别主要采用2种方法：①观察测井曲线及岩性剖面，寻找测井曲线的突变面（一般对应岩性突变面），相应的地层界面即为层序界面；②观察测井曲线组合特征，研究准层序叠加方式变化。以AM-1X井和11-D1X井为例，AM-1X井T32界面之上为大段泥岩，具有高GR、低RILD的特征，界面之下为台地相碳酸盐岩，GR值较低，RILD值较高，由此可以确定T32为层序SQ8和SQ7的分界面；11-D1X井层序SQ6顶界面之下为一套滨岸台地相碳酸盐岩沉积，GR曲线变化显示其为进积—加积—进积的沉积过程，层序SQ6顶界面之上，GR曲线变化则显示其为退积—进积的沉积过程［图3（a）］。

地震资料横向连续性好，在盆地层序地层划分中占有重要地位。层序边界的有效识别是地震层序研究的关键一步，主要是根据地震反射同相轴的终止关系，识别出上超、下超和削截［图3（b），剖面位置参见图1］，进而划分出不整合面及与之对应的整合面。根据地震层序界面反射特征，对万安盆地地震反射同相轴进行追踪，最终完成了层序边界的厘定以及层序的划分，建立起万安盆地层序地层格架。

综上所述，通过不整合面的识别［图3（c）］，将万安盆地新生界划分为3个亚一级层序、6个二级层序和10个三级层序（参见图2）。研究认为，古新统—始新统（SQ1—SQ2）沉积期盆地主要发育早期粗碎屑沉积，平面分布范围有限，渐新世（T80）以来，盆地东南部局部遭受海侵；南海运动（T70）之后，盆地广泛发育滨浅海相三角洲砂岩；直至中中新世盆地稳定沉降，海侵范围持续扩大，在北部、中部和南部均发育碳酸盐台地和生物礁；南沙运动是南海海域规模较大的构造事件，形成了明显的上超与下削不整合界面（T32）；南沙运动之后，盆地区域性稳定沉降，发育滨浅海碎屑岩和灰岩沉积以及第四系浅海—半深海泥岩。总体来讲，三级层序北厚南薄，后期随着构造沉降速率减缓，这种差异逐渐消失，北部坳陷和中部坳陷均为万安盆地新生代沉降中心，沉积了巨厚的渐新统和新近系地层，沉降中心三级层序平均厚度超过1 000m。

图3　万安盆地井-震层序地层划分Fig.3 The sequence division based on welland seism ic data in W an'an Basin

3　层序发育主控因素分析

层序地层学理论基础有：海平面升降变化具有全球周期性和4个基本变量（构造沉降、海平面升降、沉积物供给速率与气候）控制了地层单元的几何形态及岩性［19］。由于缺乏研究古气候的资料和手段，前人对研究区古气候研究亦属空白，因此本次研究仅从构造沉降、海平面升降和沉积物供给速率3个方面来分析万安盆地新生代层序地层发育的主控因素。

图4　南海扩张过程示意图［20］Fig.4 The schematic figure show ing the spreading history of the South China Sea

3.1构造运动因素分析

南海海域位于欧亚板块、太平洋板块和印度洋板块交会处，区域构造背景极为复杂，断裂系统发育，盆地类型多样。前人研究表明［20-22］，新生代以来，南海经历了4次大的构造运动，分别为礼乐运动、西卫运动、南海运动和南沙运动（图4）。始新世末由于南海西南海盆打开，原本连接在华南古陆—印支半岛周缘的礼乐块体和永署—太平块体裂离南移，伴随着南海的扩张和南沙地块的南移，古南海逐渐缩小，直至晚中新世—全新世南沙地块与加里曼丹岛相撞而彻底消亡。万安盆地位于南沙海域西南部，受控于万安断裂的活动和南海构造格局的变迁，新生代历经了多次构造运动阶段。

古新世初期的礼乐运动使得南海地区发生张裂，万安盆地开始发育，形成了垒堑相间的地形结构及早期断陷湖盆层序格架。始新世末的西卫运动在南海海域表现为北部拉张和南部挤压，万安盆地迅速扩张，相互孤立的洼陷逐渐连成一片，形成统一湖盆。据文献［19］报道，从Vail等侏罗纪—第三纪海平面相对变化周期图上可以清楚地看到渐新世中期的南海运动为全球新生代以来最大规模的海退发育明显的层序界面。中中新世末由于南沙地块和加里曼丹岛碰撞以及菲律宾板块向北西西运动而形成的万安运动，在南沙各盆地均形成了区域性不整合面，地震反射同相轴呈终止、上超与下削特征。

万安盆地经历了早期的隆升裂解与走滑拉张、中期的断坳沉降与挤压反转以及晚期的区域沉降几个阶段。每个构造阶段均对应着基准面旋回的变化，发育多个层序。

3.2海平面升降因素分析

不同学者围绕新生代全球海平面和南海海平面变化做了大量的研究［13，23-24］，普遍认为全球海平面在新生代总体表现为下降特征，存在短时期的震荡和升高。

南海海平面在新生代保持着上升的趋势，在中中新世南海停止扩张以前尤为明显。这一结论得到了海平面变化研究与珠江口、琼东南和莺歌海盆地沉积环境演变研究［25］的证实。西卫运动之前，古南海海平面变化与全球海平面变化差异不大。距今32Ma时南沙地块开始从华南古陆解体，虽然此时全球气候变冷，海平面下降［26］，但研究区海平面上升，随后万安盆地遭受海侵。距今10.4Ma的南沙运动（T32）以后，古南海消亡殆尽，现今构造格局基本形成，南海海平面与全球海平面变化存在一定相似性（图5）。

西卫运动开始至南沙运动结束，即南沙地块漂移期间，无论全球气候如何变化，海平面上升或下降，研究区海平面均保持上升。造成该种现象的原因可能有两方面：洋中脊的扩张和物源供给。洋中脊扩张往往造成海平面上升［19，27］，而青藏高原隆升造成新生代我国地势西高东低及加里曼丹岛与南沙地块碰撞造山均向南海倾注了大量沉积物，这也是导致南海古新世—早中新世、晚中新世—上新世以及第四纪海平面持续上升的原因。

图5　中国南海岩性、构造期次、海平面变化及全球海平面变化综合分析［13］Fig.5 Comprehensive analysisof lithology，tectonic stages，and sea level fluctuationsof the South China Sea

3.3相对海平面升降因素分析

一个地区相对海平面变化是全球海平面变化和当地沉降速率的函数［19］，而相对海平面变化决定了能否形成可供沉积物充填的可容纳空间。

如前所述，全球海平面变化与南海海平面变化存在差异，而南海各沉积盆地由于各自的沉降速率存在差异，其相对海平面变化也各不相同，形成了不同的可容纳空间，层序发育特征也不尽相同。

张云帆等［1］根据构造沉降史回剥法，计算出南沙海域不同盆地的沉降史，并在万安盆地内选取了8口模拟井（参见图1）计算其一维构造沉降速率，从而找出沉降中心的迁移规律。分析认为，万安盆地的沉降特征是早期的沉降速率大于后期的沉降速率，并可划分为3个沉降幕，第一沉降幕受西卫运动影响，南沙海域主要盆地均发生了大规模沉降作用；第二沉降幕开始于南海的扩张，并受到区域性抬升的影响；第三沉降幕发生于南沙运动之后，为一次大规模的快速沉降作用。

笔者将南海海平面变化曲线［13］与万安盆地构造沉降曲线［1］拟合，绘制出万安盆地不同位置的8条相对海平面变化曲线（图6，本次研究不考虑距今40Ma之前已有的沉降量，即使加上距今40Ma之前已有的沉降厚度，也只是令构造沉降曲线和相对海平面变化曲线上下平移，不影响耦合曲线的趋势形态及分析结果）。

从图6可以看出，虽然就某个单一盆地而言，海平面变化曲线是固定不变的，但由于不同的二级构造单元沉降速率和幅度均存在差异，万安盆地8条相对海平面变化曲线并不完全相同，这就造成了可容纳空间或新增可容纳空间的不同，进而影响层序地层的发育。

图6　万安盆地不同位置构造沉降、海平面波动及相对海平面变化概念模型Fig.6 The influence of tectonic subsidence and sea level fluctuation on relative change of sea levelof different places inWan'an Basin

从相对海平面曲线的时间特征来看，距今30Ma之前相对海平面变化曲线斜率较大，反映了可容纳空间增长速率较快，究其原因，主要是受礼乐运动影响，万安盆地处于张裂期，形成了很多地堑供沉积物充填。距今30Ma之后，断陷特征不再明显，转为断坳沉降，相对海平面变化曲线升高减慢，可容纳空间增大减缓。11-D1X井［参见图3（a）］与02模拟井位置接近（参见图1），从井底到距今15Ma所对应深度（2 550m）可划分为一个上升超长期半旋回，GR曲线为钟形，岩相由早期粗碎屑砂砾岩变为砂泥岩以及碳酸盐岩，沉积相由陆相三角洲转变为海相三角洲和台地相。距今15～10Ma，相对海平面变化曲线下行，指示了可容纳空间减小，这主要是中中新世南沙地块进一步与加里曼丹岛碰撞，同时菲律宾板块挤压研究区造成盆地褶皱抬升所致，井上可观察到一个下降超长期半旋回，岩相上可见碳酸盐岩夹厚层砂岩。距今10～3Ma，可容纳空间稳步增大，距今3Ma～今，相对海平面停止升高或略下降再到急剧上升，11-D1X井第四系岩相由泥岩转为砂岩，反旋回特征明显。

另一方面，从相对海平面曲线的空间特征来看，不同二级构造单元内可容纳空间变化不同，进一步使得层序和沉积特征均呈现出差异。距今10～3Ma，盆地北部的05号模拟井相对海平面变化速率较大，相应的北部隆起上DAIHUANG-1X等5口井对应层段泥岩发育较厚，砂泥比较小。

3.4物源供给因素分析

前人研究表明，西北部古湄公河在中新世之前被昆嵩隆起阻挡，无法为万安盆地供源［28］，因此推断早期湖盆物源来自盆地北部和西北部局部隆起，沉积物为近源粗碎屑堆积，直至早中新世，古湄公河水系途经昆嵩隆起进入万安盆地，但是从北部5口井岩相来看，此刻物源供给不足，盆地处于欠补偿状态，主要发育滨浅海相泥岩和碳酸盐台地，局部发育三角洲相砂岩。笔者认为，古湄公河物源在上新世以后才大面积影响万安盆地北部沉积和层序发育，该结论不仅可以从井上观察到，也可以通过分析青藏高原隆升得出。

印度洋板块持续挤压欧亚板块，青藏高原开始隆升，这一事件被认为是新生代最重要的一次构造运动。印度洋的两大深海沉积扇（孟加拉扇与印度河扇）均被认为是新近纪以来喜马拉雅山脉上升剥蚀的产物，两者的体积相当于4～5个现代南海的容积［29］。此外，青藏高原隆升事件还影响了莺歌海盆地巨厚沉积物的发育、珠江口盆地北部物源的演化以及上新世以来西沙珊瑚礁的生长［29-31］。

目前，青藏高原隆升对万安盆地的影响研究近乎空白。发源于青藏高原的湄公河携带了大量的碎屑物质注入万安盆地，从“源-渠-汇”体系来看，青藏高原与万安盆地沉积层序关系紧密不言而喻。笔者认为，青藏高原早期对万安盆地层序地层的影响较弱，后期影响则较强。从现有资料可以发现，始新世—渐新世、中中新世和上新世至今，都是沉积物供给充足的时期，前2个阶段沉积物的供给与青藏高原隆升事件关系不大，主要是早期张裂和后期反转剥蚀为盆地充填提供了丰富的物源。对比发现，喜马拉雅运动Ⅱ幕青藏高原抬升强烈，南海的碎屑物质供给却不充足，而上新世至今，尤其是距今3.4Ma～今，青藏高原快速隆升（青藏运动），大约抬升了2 km［32］，经过澜沧江和下游的湄公河为万安盆地提供了大量的碎屑物质（图7），在单井上表现为大段泥岩之上出现粗碎屑沉积。

图7　青藏高原与中国南海及万安盆地新生代构造演化［13，29，32-36］Fig.7 Cenozoic tectonic evolution in Qinghai-Tibetan Plateau，South China Sea and W an'an Basin

3.5不同影响因素综合分析

（1）构造运动、海平面升降和物源供给3个因素共同控制了研究区层序地层发育。从上述分析可知，南海海域海平面变化与全球海平面变化不一致，这与新生代南海的扩张事件密不可分。同时，欧亚板块、印度洋板块和太平洋板块的交会挤压造成了印支半岛和加里曼丹岛中部的抬升，抬升剥蚀产生的碎屑物质不断向南海倾注，为研究区提供沉积物源供给的同时也影响着南海海平面的变化。因此，构造因素同时决定了海平面变化和物源供给，是控制层序发育的核心因素。

（2）万安盆地层序地层的充填与发育不是静止的，而是一个动态的过程。在这个过程中，某一时刻某一种或多种因素控制层序发育，其他时刻则不然。万安盆地经历了礼乐运动、西卫运动、南海运动和南沙运动，期间盆地的几何形态和构造格局均发生了巨大的变化，构造运动直接控制了万安盆地的层序发育，而在构造运动相对平静的时期，尤其是在晚中新世南沙地块碰撞加里曼丹岛之后，古南海消亡和南海停止扩张以来，海平面变化和物源变化共同决定了地层的叠置样式。

4　结论

（1）万安盆地新生界可划分为3个亚一级层序、6个二级层序和10个三级层序，三级层序自下而上命名为SQ1—SQ10。

（2）万安盆地新生界层序发育主要受控于构造运动、海平面升降和物源供给3个因素。构造运动是控制万安盆地层序发育的最主要因素，其不仅控制着层序的发育，也控制着相对海平面的变化以及物源供给。

（3）不同时期万安盆地层序发育的影响因素不同，板块（或地块）活动期间构造运动直接控制万安盆地层序发育，构造活动减弱时海平面升降和物源供给影响更突显。

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（本文编辑：李在光）

Characteristicsandmain controlling factorsof Cenozoic sequence stratigraphy inW an'an Basin，Nansha Islands

WU Dong1，2，ZHU Xiaom in1，2，ZHU Shifa1，2，ZHANG Houhe3，ZHAO Dongna1，2，LIWei1，2
（1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.College ofGeosciences，China University ofPetroleum，Beijing 102249，China；3.CNOOCResearch Center，Beijing 100027，China）

Wan'an Basin isone of the uppermostbasins in thewestern partofNansha Islandswhich developsseveral significant petroliferous basins.The sedimentary layermainly consists of conglomerate，sandstone andmudstone of Cenozoic continental facies，marine-continental transitional facies andmarine facies.So far，because of the restriction ofmany factors，the oil and gas exploration progress in Wan'an Basin is slow.A reasonable and reliable sequence stratigraphic framework is necessary and important for analyzing tectonic-sedimentation evolution history and predicting the distribution of sandstone and implementing lithological reservoirs.Based on the drilling，logging and 2D seismic data，under the guidance of sequence stratigraphic theory and method，combined with the tectonicsedimentation evolution background of Cenozoic in South China sea，this paper divided the Cenozoic into three subfirst-order sequences，six second-order sequencesand ten third-order sequences（SQ1-SQ10）in Wan'an Basin.SQ1 and SQ2，corresponding to Paleocene-Eocene，can't be identified completely because of erosion and the limit of seismic quality.The strata of SQ3-SQ10（Oligocene-Quaternary）were developed completely andmainly composed of sand-shale and marine limestone of marine-continental transitional faceis.The controlling factors of sequence stratigraphic development include tectonic movement，sea level change and sediments supply，among which thetectonicmovement is themost important factor.

sequencestratigraphy；main controlling factors；marinegeology；source to sink system；Nansha Islands；Wan'an Basin

P618.13

A

1673-8926（2015）02-0046-09

2014-04-23；

2014-07-21

国家重大科技专项“海洋深水区油气勘探关键技术”（编号：2011ZX05025-005-02）资助

吴冬（1987-），男，中国石油大学（北京）在读博士研究生，研究方向为沉积学和层序地层学。地址：（102249）北京市昌平区府学路18号中国石油大学地球科学学院。E-mail：lisandpw@163.com

朱筱敏（1960-），男，博士，教授，主要从事沉积学与储层地质学的教学和科研工作。E-mail：xmzhu@cup.edu.cn。