珠江口盆地白云凹陷中新世水道发育的主控因素

乔　博，张昌民，李少华，杜家元，张忠涛

(1.中国石油长庆油田分公司 勘探开发研究院，陕西 西安　710018；2.长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉　430100； 3.中国海洋石油总公司 深圳分公司，广东 广州　510240)



珠江口盆地白云凹陷中新世水道发育的主控因素

乔博1,2，张昌民2，李少华2，杜家元3，张忠涛3

(1.中国石油长庆油田分公司 勘探开发研究院，陕西 西安710018；2.长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉430100； 3.中国海洋石油总公司 深圳分公司，广东 广州510240)

珠江口盆地白云凹陷在中新世21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma三个时期均发育有大型水道。不同时期水道的形态和内部结构均不相同。21～18.5 Ma时期水道内部结构简单，水道延伸距离远，搬运的沉积物在白云凹陷远端沉积下来；13.8～12.5 Ma水道逐渐向北退却迁移，早期水道在凹陷南部地区发育，随后逐渐向北溯源迁移。10.5～8.5 Ma水道逐渐变窄变深，具有典型汇聚水道的特点。上述水道迁移和形态特征的变化是由于各时期水道发育的控制因素不同造成的。21～18.5 Ma时期水道的发育与来自于陆架边缘三角洲的充足物源供给有关；13.8～12.5 Ma时期水道的主控因素是13.8 Ma时期海平面的大幅度下降；10.5～8.5 Ma水道的迁移与东沙运动造成白云凹陷相对隆升以及古地貌密切相关。对不同时期水道控制因素的分析为中新世以来白云凹陷水道的形态及演化过程分析提供了新的地质信息。

白云凹陷；控制因素；沉积物供给；海平面变化；东沙运动；古地貌

0　引　言

近几十年来，随着在巴西亚马逊扇、墨西哥湾以及西非大陆边缘等地区获得大量的油气资源，深水油气勘探取得长足的进步，深水沉积学研究也在逐步深入。深水水道大多位于被动大陆边缘，是深水沉积体系重要的组成部分；是物质向深海盆地输送的重要通道；是大陆边缘“由源到汇”研究的重要内容；同时,可作为粗粒沉积物的沉积场所而成为有利的储层发育预测研究的热点[1-4]。

深水水道的研究主要包含内部结构解剖、外部形态刻画以及演化过程展示[5-10]。深水水道的发育和演化过程中受到一系列因素的影响，这些因素包含直接要素和间接要素。直接要素为水动力性质、重力流类型及规模、沉积物粒度、峡谷形态、斜坡坡度、地形及科里奥利力等[11-17]；而间接要素主要为物源、海平面升降、气候及构造等[18-25]。这些要素都能影响水道的发育，同时它们彼此间也会相互影响。本文针对珠江口盆地白云凹陷的中新世水道形态特征，探讨水道发育的主要控制因素，分析其演化的地质条件。

1　区域地质概况

图1　珠江口盆地白云凹陷位置图和中新世层序划分Fig.1　Location map of Baiyun Sag and sequence stratigraphic classification in Miocene of Pearl River Mouth Basin

白云凹陷位于珠江口盆地珠二坳陷的深水区,北接番禺低隆起,南至南部隆起,西连云开低凸起,东邻东沙隆起,总体上为东西走向,水深为200～2 000 m，面积约为2×104km2，是珠江口盆地面积最大、沉积最厚的凹陷,同时也是盆地的沉积和沉降中心(图1)。白云凹陷中天然气富集，它是珠江口盆地的重要天然气勘探区域。从始新世到上新世，白云凹陷先后发育了文昌组、恩平组以湖相、三角洲—河流沼泽相为主的陆相沉积；珠海组大规模的三角洲和滨岸相的沉积组合；珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系的海相沉积。目前对珠江口盆地的研究主要集中在中新世的珠江组、韩江组和粤海组，在这三个层组中共识别15个层序界面，分别为23.8 Ma、21 Ma、18 Ma、17.5 Ma、17.1 Ma、16.5 Ma、15.5 Ma、14.8 Ma、13.8 Ma、12.5 Ma、11.7 Ma、10.5 Ma、8.5 Ma、6.3 Ma和5.5 Ma，其中13.8 Ma界面是全区最大的海退界面，18.5 Ma界面是最大的海泛面[26-28](图1)。

本文重点论述了21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma这三个时期的水道特征。21～18.5 Ma对应珠江组下段沉积期，13.8～12.5 Ma对应韩江组上段沉积时期，10.5～8.5 Ma为粤海组沉积时期。珠江口盆地在这三个时期均发育有大型水道。本文首先描述各个时期水道的形态和内部结构，再探讨各时期水道的主控因素，进而确立其沉积充填演化模式。

2　三个时期的水道描述

珠江口盆地白云凹陷在中新世时期发育有大量的水道。白云凹陷的水道基本上为弯曲水道，既有水道单体也有水道复合体。水道形态整体上以长条形为主。在珠江组时期，白云凹陷的深水水道内部结构简单，基本上都是水道单体。在韩江组时期，白云凹陷的深水水道内部结构复杂多样，以水道复合体为主，也有水道单体。

图2　21～18.5 Ma时期水道的均方根振幅属性图和4个关键地震剖面(实线代表水道基底)Fig.2　RMS amplitude map of the 21-18.5 Ma channel and four key seismic profiles

21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma这三个时期的水道形态各不相同，其内部结构差异明显。对水道的描述包含外部形态和内部结构两方面。外部形态的刻画主要是通过均方根属性图来实现，而内部结构的雕刻主要是通过关键位置的地震剖面来进行。

2.121～18.5 Ma时期水道

21～18.5 Ma时期的水道是本地区深层水道的典型实例。在21～18.5 Ma均方根振幅图(图2)上该水道形态清晰明确。水道从北向南发育，弯曲度并不是很大。水道的上部表现为线条状，水道的下部侧向摆动，水道内部由沉积物堆积。在垂直水道延伸方向的地震剖面，内部结构简单。在AA′剖面上，水道表现为一个强反射的点；在BB′剖面上，水道下切作用显著，侵蚀下部地层；在CC′剖面上，水道表现为三根强反射轴，由两个波峰和一个波谷组成，地震反射轴连续，振幅强，基本水平展布；在DD′剖面上，水道也表现三根强反射轴，由两个波峰和一个波谷组成，水道冲刷充填特征明显。

对水道中下部BB′、CC′和DD′三个位置的宽度和深度进行测量，并计算宽深比。在BB′处水道的宽度为1 885 m，深度为228 m，宽深比为8.27；CC′处水道的宽度为2 250 m，深度为200 m，宽深比为11.25；DD′处水道的宽度为2 460 m，深度为165 m，宽深比为14.91。该水道的宽深比是逐渐减小的，这说明该水道是逐渐变宽变浅的。

2.210.5～8.5 Ma水道

10.5～8.5 Ma水道是典型的汇聚水道。从10.5～8.5 Ma均方根属性图(图3)可以看出，该水道从北向南发育，在其发育过程中水道是逐渐收敛的，上部宽下部窄，弯曲度小。从关键位置的地震剖面看，水道的基底从开始的U型逐渐演化为V型，下切越来越深。水道内部侧积现象显著，整体上是从西向东侧积，并向水道的东侧基底处收敛。

此外，对水道的4个位置的宽度和深度进行测量，并计算宽深比。在AA′剖面上水道的宽度为4 674 m，深度为131 m，宽深比为35.68；BB′剖面上水道的宽度为3 913 m，深度为202 m，宽深比为19.37；CC′处剖面上水道的宽度为2 822 m，深度为292 m，宽深比为9.66；DD′剖面上水道的宽度为2 589 m，深度为348 m，宽深比为7.44。水道的宽深比是逐渐降低的，这反映了水道是逐渐变窄变深的。

2.313.8～12.5 Ma时期水道13.8～12.5 Ma水道在工区内最特殊。从13.8～12.5 Ma均方根振幅属性图(图4)可以看出，该水道整体上从北向南发育。在此过程中，向东侧发生迁移。通过关键位置的剖面图可以看出，在AA′剖面上，水道发育靠近层序的顶界面，水道内部呈现简单的下凹构造，内部发育有强反射点；在BB′剖面上，水道规模变大，从层序中部到顶部均发育。水道内部反射轴连续，出现有空白反射。在CC′剖面上，水道依然在层序的中部到顶部发育。水道内部的侧向加积现象明显。在DD′剖面上，水道在整个层序发育，而且一直延续到12.5 Ma之后。在水道的顶端，水道只是在层序的顶部发育。越往下，水道发育的层位越低，最后占据整个层序。

图4　13.8～12.5 Ma水道的均方根振幅属性图和4个关键地震剖面(实线代表水道基底)Fig.4　RMS amplitude map of the 13.8-12.5 Ma channel and four key seismic profiles

图5　13.8～12.5 Ma水道模式图Fig.5　Model of the channel in 13.8-12.5 Ma

13.8～12.5 Ma时期水道与其他两个时期发育的水道区别在于，其他时期的水道的顶端均在层序的早期发育，末端逐渐占据整个层序。而13.8～12.5 Ma时期则是水道的顶端发育在层序的末期，末端占据整个层序，也就是说在层序的早期水道在南部地区发育，在层序的末期水道延伸到北部地区(图5)。归根结底，这代表两种不同的演化方式。在21～18.5 Ma和10.5～8.5 Ma这两个时期，水道是从上游向下游推进演化的，是顺流发育。而在13.8～12.5 Ma时期，水道是由下游向上游推进演化的，是溯源发育。它们的推进演化的方向是不同的。

21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma三个时期水道形态各不相同，内部结构也不同。21～18.5 Ma水道是逐渐变宽变浅的，内部结构简单。10.5～8.5 Ma的水道是收敛型水道，逐渐变窄变深，水道内部侧积显著。13.8～12.5 Ma时期水道与其他两个时期不同，水道溯源发育。

3　控制因素的讨论

图6　三维工区10.5 Ma的时间构造图(虚线框标注水道发育位置)Fig.6　Time structure map of the 3D study zone in 10.5 Ma

水道的发育过程中，受到一系列因素的影响，主要包含古地貌、沉积物供给、海平面变化、构造运动和断层活动、气候、流体性质(大小、密度和颗粒大小)、变形构造和盐构造等因素的影响。此外，水道的一些自身因素如水道的受限程度和水道堤岸的侵蚀能力也会影响水道的发育。在白云凹陷中，水道发育的控制因素主要有沉积物供给、海平面变化、古地貌和构造运动。三个时期水道的主控因素各不相同。

10.5～8.5 Ma水道的主控因素是构造运动和古地貌。在10.5 Ma时期珠江口盆地发生了东沙运动[32-33]，东沙隆起抬升，白云凹陷也随之抬高，白云凹陷北部的断裂活动也使得沉积物更易于滑塌搬运，这为水道提供了物质。此外，通过时间构造图(图6)可以看出该水道发育的位置有沟谷存在。该沟谷从北向南是逐渐变窄的，这也从宏观上决定了10.5～8.5 Ma的水道形态也是逐渐变窄的。在10.5～8.5 Ma，东沙运动和古地貌共同决定水道的发育。

在21～18.5 Ma时期，水道的主控因素是沉积物供给，白云凹陷水道中的沉积物是由古珠江三角洲供给的。该时期古珠江三角洲越过陆架坡折，成为陆架边缘三角洲。陆架边缘三角洲前缘的沉积物会发生滑塌等，再次搬运沉积下来，进而成为水道的物质来源。由于水道靠近陆架坡折，并且位于陆架边缘三角洲的主流向上，其沉积物供应就相对充足，这样就使得水道弯曲度大，延伸距离远，甚至会在盆地内形成扇体。此即为完整的“源—渠—汇”系统，陆架边缘三角洲是“源”，水道是“渠”，盆地内的扇体是“汇”[29-31]。陆架边缘三角洲为21～18.5 Ma时期水道提供了充足的沉积物供给，导致了该水道延伸距离远，并在远端沉积下来。

图7　PY-X井测井曲线Fig.7　Logging curves of the well PY-X

图8　珠江口盆地海平面变化曲线Fig.8　Eustatic sea level change curve of Pearl River Mouth Basin

此外，通过离这三期水道最近的PY-X井的测井曲线(图7)也可以看出，在21～18.5 Ma时期该井主要是砂岩沉积，其间也夹有泥岩。这说明古珠江三角洲的沉积物相对充足，以砂质为主。在13.8～10.5 Ma时期主要为泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩沉积，其沉积物粒度较细。这说明该时期古珠江三角洲的沉积物供给相对缺失，以泥质为主。

13.8～12.5 Ma时期水道最大的特点就是水道溯源发育。这一现象是由13.8 Ma时期海平面的特殊变化造成的(图8)。在13.8 Ma珠江口盆地发生大规模海退，海平面大幅下降，此时水深接近500 m。从13.8 Ma到12.5 Ma时期，13.4 Ma时海平面最高，也只有200 m，海平面依然很低。这就决定了在层序的早期水道只能在凹陷的南部发育，到后期才能在凹陷的北部发育。

4　结　论

(1)珠江口盆地白云凹陷在21～18.5 Ma、13.8～12.5 Ma和10.5～8.5 Ma这三个时期均发育有水道。

(2)三个时期的水道形态和内部结构均不同。21～18.5 Ma时期水道弯曲，延伸距离远，水道内部结构简单，在远端堆积下来。10.5～8.5 Ma的水道是收敛型水道，水道逐渐变窄变深。13.8～12.5 Ma时期水道与其他两个时期的水道不同，水道溯源发育。在层序的早期水道只在南部地区发育，随后水道逐渐向北推进，在层序的末期水道在北部地区发育。

(3)三个时期水道的主控因素各不相同。21～18.5 Ma时期水道的主控因素是来自于陆架边缘三角洲的充足沉积物供给。13.8～12.5 Ma时期水道主要是受到13.8 Ma海平面大幅下降的影响。10.5～8.5 Ma水道主要是东沙运动造成白云凹陷抬升以及古地貌的影响。

[1]KOLLA V, POSAMENTIER H W, WOOD L J. Deep-water and fluvial sinuous channels-Characteristics, similarities and dissimilarities, and modes of formation[J]. Marine and Petroleum Geology, 2007, 24:388-405.

[2]WYNN R B, CRONIN B T, PEAKALL J. Sinuous deep-water channels: Genesis, geometry and architecture[J]. Marine and Petroleum Geology, 2007, 24:341-387.

[3]付彦辉.琼东南盆地南部深水水道沉积体系及其油气意义[D].北京：中国石油大学, 2009：37-47.

[4]袁圣强.南海北部陆坡区深水水道沉积体系研究[D].青岛：中国科学院海洋研究所,2009：9-27.

[5]LOPEZ M. Architecture and depositional pattern of the Quaternary deep-sea fan of the Amazon[J]. Marine and Petroleum Geology, 2001, 18: 479-486.

[6]BABONNEAU N, SAVOYE B, CREMER M, et al. Morphology and architecture of the present canyon and channel system of the Zaire deep-sea fan[J].Marine and Petroleum Geology, 2002, 19: 445-467.

[7]DEPTUCK M E, STEFFENS G S, BARTON M, et al. Architecture and evolution of upper fan channel-belts on the Niger Delta slope and in the Arabian Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2003, 20: 649-676.

[8]POSAMENTIER H W, KOLLA V. Seismic geomorphology and stratigraphy of depositional elements in deep-water settings[J]. Journal of Sedimentary Research, 2003, 73: 367-388.

[9]MAYALL M, JONES E, CASEY M. Turbidite channel reservoirs—Key elements in facies prediction and effective development[J].Marine and Petroleum Geology,2006,23: 821-841.

[10]GEE M J R, GAWTHORPE R L, BAKKE K, et al. Seismic geomorphology and evolution of submarine channels from the Angolan continental margin[J].Journal of Sedimentary Research, 2007, 77:433-446.

[11]李华，何幼斌，王振奇.深水高弯曲度水道-堤岸沉积体系形态及特征[J].古地理学报,2011, 13 (2):139-149.

[12]ARDIES G W, DALRYMPLE R W, ZAITLIN B A. Controls on the geometry of incised valleys in the basal quartz unit (Lower Cretaceous), western Canada sedimentary basin[J]. Journal of Sedimentary Research, 2002, 72(5):602-618.

[13]KNELLER B. The influence of flow parameters on turbidite slope channel architecture[J]. Marine and Petroleum Geology, 2003, 20: 901-910.

[14]RITCHIE B D, GAWTHORPE R L, HARDY S. Three-dimensional numerical modeling of deltaic depositional sequences 2: influence of local controls[J]. Journal of Sedimentary Research, 2004, 74(2):221-238.

[15]BAZTAN J, BERNE S, OLIVET J L, et al. Axial incision: The key to understand submarine canyon evolution (in the western Gulf of Lion)[J]. Marine and Petroleum Geology, 2005, 22: 805-826.

[16]DREXLER T M, NITTROUER C A, MULLENBACH B L. Impact of local morphology on sedimentation in a submarine canyon, ROV studies in Eel Canyon, northern California, U.S.A[J]. Journal of Sedimentary Research, 2006, 76: 839-853.

[17]KANE I A, MCCAFFREY W D, PEAKALL J. Controls on sinuosity evolution within submarine channels[J].Geology, 2008, 36(4):287-290.

[18]ESCHARD R. Geological factors controlling sediment transport from platform to deep basin: a review[J]. Marine and Petroleum Geology, 2001, 18: 487-490.

[19]BOURQUIN S, ROBIN C, GUILLOCHEAU F, et al. Three-dimensional accommodation analysis of the Keuper of the Paris Basin: discrimination between tectonics, eustasy and sediment supply in the stratigraphic record[J]. Marine and Petroleum Geology, 2002, 19: 469-498.

[20]WELLNER R W, BARTEK L R. The effect of sea level, climate, and shelf physiography on the development of incised-valley complexes: a modern example from the East China Sea[J]. Journal of Sedimentary Research, 2003, 73(6):926-940.

[21]PRATHER B E. Controls on reservoir distribution, architecture and stratigraphic trapping in slope settings[J]. Marine and Petroleum Geology, 2003, 20: 529-545.

[22]RITCHIE B D, GAWTHORPE R L, HARDY S. Three-dimensional numerical modeling of deltaic depositional sequences 1: influence of the rate and magnitude of sea-level change[J]. Journal of Sedimentary Research, 2004, 74(2):203-220.

[23]FARABAUGH R L, RIGSBY C A. Climatic influence on sedimentology and geomorphology of the Rio Ramis valley, Peru[J]. Journal of Sedimentary Research, 2005, 75(1):12-28.

[24]CLARK I R, CARTWRIGHT J A. Key controls on submarine channel development in structurally active settings[J]. Marine and Petroleum Geology, 2011, 28: 1333-1349.

[25]SALLER A, DHARMASAMADHI I N W. Controls on the deve-lopment of valleys, canyons, and unconfined channel-levee complexes on the Pleistocene Slope of East Kalimantan, Indonesia[J]. Marine and Petroleum Geology, 2012,29: 15-34.

[26]曾麟，张振英.珠江口盆地第三系[J].石油学报,1992,13(2):178-183.

[27]王春修.珠江口盆地海相中新统层序地层分析及其意义[J].中国海上油气(地质),1996，10(5)：279-288.

[28]施和生，李文湘，邹晓萍，等.层序地层学在珠江口盆地(东部)油田开发中的应用[J].中国海上油气(地质), 2000,14(1):16-20.

[29]庞雄,彭大钧,陈长民,等. 三级“源—渠—汇”耦合研究珠江深水扇系统[J].地质学报, 2007, 81 (6):857-864.

[30]吴景富,徐强,祝彦贺.南海白云凹陷深水区渐新世—中新世陆架边缘三角洲形成及演化[J].地球科学——中国地质大学学报, 2010, 35(4):681-690.

[31]郑荣才,郑哲,高博禹,等. 珠江口盆地白云凹陷珠江组海底扇深水重力流沉积特征[J].岩性油气藏, 2013, 25(2):1-8.

[32]林长松，高金耀，虞夏军，等.南海北部新生代的构造运动特征[J].海洋学报，2006, 28(4): 81-86.

[33]赵淑娟，吴时国，施和生，等.南海北部东沙运动的构造特征及动力学机制探讨[J].地球物理学进展,2012,27(3):1008-1019.

Controlling Factors on the Miocene Channel in Baiyun Sag,Pearl River Mouth Basin

QIAO Bo1,2, ZHANG Chang-min2,LI Shao-hua2,DU Jia-yuan3,ZHANG Zhong-tao3

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,ChangqingOilFieldCompany,Xi’an,Shaanxi710018,China;2.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOilandGasResourcesoftheMinistryofEducation,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China；3.ShenzhenBranch,CNOOCLtd.,Guangzhou,Guangdong510240,China)

During 21-18.5 Ma, 13.8-12.5 Ma and 10.5-8.5 Ma of Miocene, the channels developed in Baiyun Sag. In these three stages, the shape and architecture of the channels were different. During 21-18.5 Ma, the architecture of the channel was simple, the channel extended a long distance and the sediment was deposited in the distal end. In 13.8-12.5 Ma, the channel migrated northward. During the early of 13.8-12.5 Ma, the channel only developed in the south, then developed upstream. The channel in 10.5-8.5 Ma became deeper and narrower, and had the convergent feature. These changes of these channels’ migration and shape feature were due to different controlling factors in these stages. In 21-18.5 Ma, the channel was related to the abundant sediment supply from the shelf margin delta. In 13.8-12.5 Ma, the channel was affected by the significant sea-level decline in 13.8 Ma. In 10.5-8.5 Ma, Dongsha Movement led to the Baiyun Sag uplift and the paleo-topography determined the channel development. The analysis of the controlling factors in different stages provided new information to the research of the channel shape and evolution in each stage.

Baiyun Sag; controlling factor; the sediment supply; the sea-level change; Dongsha Movement; paleo-topography

2015-03-20；改回日期：2015-05-07；责任编辑：孙义梅。

国家“十二五”科技重大专项(2011ZX05023-002)。

乔博，男，博士研究生，1987年出生，矿产普查与勘探专业，主要从事沉积学与层序地层学方面的研究工作。

Email：qb123124@126.com。

张昌民，男，教授，博士生导师，1963年出生，矿产普查与勘探专业，主要从事沉积学、储集层地质、开发地质的教学和科研工作。Email：zcm@yangtzeu.edu.cn。

TE121.3

A

1000-8527(2016)01-0200-09