白云凹陷东南部晚渐新世陆架边缘三角洲沉积特征及沉积地貌演化

2017-03-30王思琦张忠涛林畅松秦成岗邢作昌

东北石油大学学报 2017年1期

王思琦，张忠涛，林畅松，秦成岗，邢作昌

( 1. 中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083； 2.中国海洋石油(中国)有限公司深圳分公司，广东深圳 510240； 3. 中国地质大学(北京) 海洋学院，北京 100083 )

王思琦1，张忠涛2，林畅松3，秦成岗2，邢作昌1

综合利用岩心、测井及三维地震资料，应用地震沉积学和地震地貌学方法，建立白云深水区晚渐新世三级层序地层格架，揭示白云凹陷东南部晚渐新世大型陆架边缘三角洲的沉积结构和沉积地貌特征。结果表明：珠海组至珠江组下段可划分7个层序，中上部ZHSQ5、ZHSQ6和ZHJSQ1时期发育三期陆架边缘三角洲沉积，其中ZHSQ5时期陆架边缘三角洲发育范围较小且相对富泥，前三角洲在地震剖面上呈约300 m厚的斜交前积反射；ZHSQ6时期陆架边缘三角洲展布最广，前缘水下分流河道微相呈网状交织，横向展布达5 km，三角洲前缘在地震剖面上为S型前积反射，前积体的高度向盆地方向逐渐减薄，前三角洲斜坡远端发育多个小型滑塌浊积体；ZHJSQ1时期继承早期陆架边缘三角洲的沉积特点，同时前缘下斜坡伴生较大规模的滑塌浊积扇。估算三角洲沉积古水深为600 m，三角洲前缘斜坡倾角为4°～7°，反映三角洲形成于深水陆架边缘环境。晚渐新世相对海平面变化和沉积物供给共同作用控制研究区陆架边缘三角洲的形成期次和展布规模，而同沉积断裂活动对陆架边缘三角洲的发育位置及沉积形态具有制约作用。陆架边缘三角洲前缘砂坝、分流河道砂体及前三角洲浊积砂体可构成重要的油气储层。

白云凹陷；晚渐新世；陆架边缘三角洲；沉积结构；沉积地貌

0 引言

Suter J R等在墨西哥湾西北部晚第四纪的陆架边缘层序中首次识别陆架边缘三角洲，并提出陆架边缘三角洲主要发育在相对海平面下降和低位时期[1]。Sydow J和Steel R J等认同“陆架边缘三角洲发育在相对海平面下降时期”的观点[2-3]。Uroza C A等发现在沉积物供给十分充足或陆架边缘较为狭窄时，海平面相对高位，甚至上升时期仍可发育陆架边缘三角洲[4]。陆架边缘三角洲通常是富砂沉积，并且与陆坡深水区油气系统有着密切关系，近年来浅海陆架勘探已不能满足日益增长的油气需求，陆架边缘三角洲逐渐受到关注。Steel R J等提出陆架边缘三角洲是河流向斜坡和盆地运移砂体的主要驱动力[5]。Bourget J等对波拿巴盆地第四纪陆架边缘三角洲进行研究，提出陆架边缘三角洲沉积的水动力过程才是决定它是否与浊流油气藏伴生的根本因素[6]。

南海珠江口盆地与世界上典型的被动大陆边缘盆地在盆地演化、沉积充填上有可比性[7]，具有利于陆架边缘三角洲发育的沉积盆地背景，对珠江口盆地新近纪陆架—陆坡区的陆架边缘三角洲，人们开展层序地层、地震及沉积序列的识别标志等方面的研究，多以珠江组和韩江组为研究层段，对21.0、13.8 Ma两个时期陆架边缘三角洲的发育进行探讨，对于晚渐新世珠海组陆架边缘三角洲的研究较少。文献[7-11]以珠江口盆地为研究单元，认为晚渐新世珠海组陆架边缘三角洲平面北东向展布于白云凹陷至白云南部的鹤山凹陷一带，随各凹陷陆架边缘三角洲研究的不断深入，其平面展布图仅为模式化图形，难以对实际勘探起到进一步指导作用。以白云凹陷东南部为研究区，根据晚渐新世陆架边缘三角洲内部结构和沉积特征，综合地震沉积学和地震地貌学方法，研究该区陆架边缘三角洲的性质和平面展布，解释不同沉积地貌单元形态及其配置关系，揭示三角洲的演化规律和控制因素，为三角洲形成演化的研究和油气勘探提供指导。

1 地质背景

珠江口盆地位于中国南海北部，呈北东走向，属于大致平行于华南大陆岸线的陆架和陆坡区海域(见图1(a))。盆地可划分为5个北东向大型构造单元[12]，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。白云凹陷位于珠江口盆地珠二坳陷内，面积约为2×104km2，是珠江口盆地代表性的、规模最大和最深的新生代凹陷，整体呈北东向展布，经历断陷裂谷阶段、断坳转换及热沉降阶段、东沙运动及热沉降坳陷阶段，垂向上具有断陷、断坳和坳陷3层结构，现今水深介于200～2 000 m。

白云凹陷可分为白云主洼、白云东洼、白云南洼和白云西洼4个主要洼陷带，自下而上发育古近系神狐组、文昌组、恩平组、珠海组，以及新近系珠江组、韩江组、粤海组等多套海相碎屑岩地层[13]，文中主要研究古近系渐新世珠海组沉积。研究区位于白云主洼东南侧的三维地震覆盖区(见图1(b-c))，东临云荔低隆起，面积约为3 700 km2，其中渐新世珠海组主要为海相碎屑岩沉积，现今地层厚度介于300～800 m。

图1 研究区位置及构造划分Fig.1 Location and tectonic division of the study area

2 层序地层格架

Vail P R等按级别将层序划分为一级、二级、三级、四级和五级层序，每个层序级别对应相同级别的海平面变化旋回和不同的时间跨度及地层沉积厚度[14]，如三级层序对应1～10 Ma的时间跨度。根据全区连片三维地震及测井资料，对珠江口盆地新近系二级层序界面进行识别(见图2)。珠海组底界面(T70地震反射层)为断坳转换期的破裂不整合界面[15]，在地震剖面上呈明显的上超和削蚀特征，可全区追踪对比，界面上下测井曲线突变，上部为箱型、指型砂岩，下部为齿型泥岩(见图3)；顶界面(T60地震反射层)为区域不整合界面，在地震剖面上可见明显的削蚀不整合，测井曲线突变，界面之上为高伽马泥岩，界面之下为箱型或漏斗型砂岩(见图3)。

珠海组沉积时期，相对海平面处于持续上升阶段[16]，白云运动造成断裂活动频繁，凹陷可容纳空间增大，同时青藏高原和喜马拉雅东翼的隆升导致珠江口盆地沉积物通量增大[17]，相对海平面、可容纳空间及沉积通量的变化导致一系列三级界面的形成。利用井震资料在珠海组内部识别7个层序边界，分别为ZHSB1(T70)、ZHSB2—ZHSB6、SB23.8(T60)，从而将珠海组分为6个三级层序，即ZHSQ1—ZHSQ6，同时，识别珠江组下段三级层序ZHJSQ1(见图2)。ZHSB1相当于T70地震反射层，SB23.8相当于T60反射层，ZHSB2—ZHSB6界面以上超反射为主，测井曲线上ZHSB5界面之上为薄层指型砂岩，下部为高伽马泥岩；ZHSB2—ZHSB4和ZHSB6测井曲线表现为明显的电性突变，界面之上为箱型、钟型砂岩，界面之下为高伽马泥岩(见图4)。ZHJSQ1以T60反射层为底界面，顶界面为21 Ma反射(见图2)，SB21在地震剖面上以上超反射为主要特征，局部见削蚀不整合(见图3)，测井曲线表现为电性突变，界面之上为箱型砂岩，界面之下为高伽马泥岩(见图4)。ZHSQ3—ZHJSQ1为Ⅰ型层序，具有发育三角洲—深水扇沉积体系的条件，研究区三角洲—浊积扇沉积主要发育于ZHSQ5—ZHJSQ1层序(见图2)。

图2 研究区始新世—早中新世综合柱状图Fig.2 Tertiary division of Eocene-early Miocene in study area

图3 研究区地震层序界面特征(剖面位置见图1(c))Fig.3 The characteristics of seismic sequence in study area (see fig.1(c) for location)

图4 珠海组及珠江组下段三角洲沉积序列

3 三角洲沉积结构特征及古水深

在地震层序格架中，研究区晚渐新世发育三期陆架边缘三角洲沉积。在地震剖面上，主要表现为斜交前积和S型前积反射(见图3)，每期前积层厚度为300～350 m。其中斜交前积具有中—强振幅、中等连续性，顶积层不发育，前积层下倾的角度逐渐变小，随着地层在顺倾方向逐渐减薄或消失；S型前积顶积层向陆方向具有低角度下倾、中等振幅、中低连续性，底积层以更低的角度下超并终止于沉积相单元下界面，前积体的高度向盆地方向逐渐减薄。

在进积型三角洲沉积体中，每期前积体的底积层和顶积层之间的原始沉积厚度可以代表当时的古水深[18]。由于研究区珠海组三角洲多次进积叠加，在三维地震剖面上可以很好地被识别，因此采用前积层恢复古水深的方法，恢复珠海组三角洲古水深。根据上超点、下超点识别和时深关系转换，研究区三角洲沉积厚度高达306 m(见图5)，统计LWX-1-1井砂岩、粉砂岩和泥岩占比，利用Petromod软件对三角洲进行压实校正，计算研究区压实率约为51.31%，因此三角洲沉积时期水深高达597 m。大陆架水深为20～550 m，大部分在200 m以内[19]，当水深为597 m时，表明沉积时期三角洲位于陆架向陆坡过渡及陆坡区。Porębski S J等对墨西哥湾、地中海及西非等地陆架边缘三角洲进行研究，陆架边缘三角洲与内陆架三角洲、大陆架三角洲最主要的区别在于，其前积角度通常为3°～6°，有时可达8°[20]，文中研究的三角洲前缘斜坡前积倾角为4°～7°(见图5)，为陆架边缘三角洲。

图5 拉平18.5 Ma的地震剖面Fig.5 Seismic profile with its 18.5 Ma flattened

4 三角洲地震—沉积地貌特征及平面演化

地震沉积学和地震地貌学广泛应用于沉积相和沉积砂体分布研究，采用地层切片技术和地震地貌学方法，揭示研究区沉积地貌单元和沉积特征。地层切片是在2个参考地层界面之间等比例均匀内插出一系列层面，沿着这些层面生成的切片，地层切片既可以克服地层厚度横向的变化，也可以克服穿时的问题。分别在ZHSQ5、ZHSQ6和ZHJSQ1层序内均等内插出一系列地层切片，提取均方根振幅属性进行比对和筛选，其中ZHSQ5时期属性切片以蓝色弱振幅为主，反映三角洲发育范围较小且相对富泥，特征不明显；最终选取2张ZHSQ6和ZHJSQ1时期的属性切片(见图6)，进行三角洲刻画，分析三角洲随着时间推移的平面展布规律。

4.1 ZHSQ6时期

针对研究区钻井少的实际，结合均方根振幅属性解释不同沉积地貌单元的形态特征及其配置关系，沉积地貌单元包括水下分流河道、前缘砂坝、前三角洲下斜坡带的浊积扇等。根据地震剖面上前积反射方向识别主要沉积物搬运路径，ZHSQ6沉积时期，研究区三角洲沉积体系进积水深为500 m以上的外陆架及陆架斜坡上，均方根振幅属性高值及地震剖面上前积层进积呈NW—SE方向延伸，反映砂体主要进积方向为由北西至南东向，属性高值反映水下分流河道呈网状相互交叉，垂直物源方向横向展布宽为5 km，三角洲前缘远端受波浪和潮汐作用形成前缘裙带砂坝，向前过渡为前三角洲泥质沉积，大陆斜坡向深海—半深海过渡区，即前三角洲远端伴随多期小型滑塌浊积扇体沉积(见图7)。

4.2 ZHJSQ1时期

ZHJSQ1沉积时期，三角洲沉积体系随着区域性的海进不断向海方向进积，后又被21 Ma大规模海侵的厚层泥岩上覆，形成良好的储、盖组合，成为区内重要的勘探对象。该时期继承上阶段的沉积特征，物源方向主体为北西向，以三角洲前缘水下分流河道最为发育，多期呈网状交织的分流河道带来的碎屑岩沉积后形成多期叠置的舌型沉积体，舌型沉积体内部具有良好的连通性，陆架边缘三角洲前缘的主体部位在均方根振幅属性上表现为连片高振幅，在地震剖面上表现为高连续性、强振幅反射。该沉积时期小型滑塌扇体发育不明显，但三角洲向南向发育浊积扇沉积(见图8)。

图6 选取切片的层位在地震剖面上的位置(剖面位置见图1(c))Fig.6 Location of the selected slices on the seismic profile (see fig.1(c) for location)

图7 ZHSQ6时期属性切片及地震沉积地貌解释Fig.7 The mean square amplitude of the ZHSQ6 period as well as its interpretation

5 三角洲沉积微相特征

陆架边缘三角洲是指发育于大陆架边缘，越过陆架坡折向陆坡延伸发育的三角洲，随着沉积物不断向陆坡方向推进，陆架坡折逐渐向远陆方向前进。根据研究区三角洲在地震剖面、测井曲线和岩心上的特征，研究区以三角洲前缘和前三角洲最为发育，且三角洲前缘远端伴生多期小型滑塌浊积体，其前三角洲厚度为300～350 m。研究区晚渐新世测井曲线及岩心资料表明，电性特征明显，砂岩质地较纯，沉积构造特征清晰，研究区三角洲为陆架边缘三角洲，陆架边缘三角洲前缘沉积微相特征见表1。

图8 ZHJSQ1时期属性切片及地震沉积地貌解释Fig.8 The mean square amplitude of the ZHSQ6 period as well as its interpretation

沉积微相砂岩相电性特征地震相水下分流河道楔状交错层理高幅值箱型/齿化钟型、箱型块状层理中幅值微齿化箱型分流河道间泥岩、透镜状/水平层理中低幅值薄层指型/低幅值微齿状河口坝波状层理中高幅值漏斗型—箱型远砂坝透镜状中幅值漏斗型前缘环带状砂坝冲洗交错层理中等幅值指型S型/斜交/双向前积反射

5.1 三角洲前缘

三角洲前缘是三角洲的水下部分，为三角洲砂体发育的主体部分，沉积作用最为活跃。研究区三角洲前缘亚相较为发育，根据岩性、测井和地震特征，可将三角洲前缘微相划分为水下分流河道、分流河道间、远砂坝、河口坝和前缘环带状砂坝。

水下分流河道是三角洲分流河道在水下的延伸部分。沉积物以灰色、浅灰色中粒岩屑长石砂岩为主，其次为粉、细粒砂岩，单层厚度大，底部见冲刷面，电性曲线呈中、高幅值箱型，见多期下粗上细的正粒序结构(见图4和图9(a))，自然伽马曲线呈现从下到上幅值突然增大，而后逐渐减小至泥岩基线的钟型特征(见图4)，发育大型斜交虫管和近水平的生物钻孔(见图9(b))、板状和槽状交错层理(见图9(c))等沉积构造。

分流河道间是水下分流河道之间相对低洼的地区，水动力较弱。沉积物以泥岩沉积为主，含少量粉砂岩，粉砂岩多由水下分流河道两侧的砂脊和洪水期河床漫溢的沉积形成，见透镜状层理(见图9(e))、水平层理(见图9(h))等沉积构造；测井曲线具有中低幅值薄层指型的特点(见图4)。

远砂坝是位于河口坝远端的砂体，相比于河口坝沉积物粒度更细，且黏土含量增多。岩性以纹层状粉砂岩和泥岩互层为主，局部见滑动变形，发育透镜状层理、大量生物扰动、低角度—水平钻孔及球枕状构造(见图9(d))；自然伽马曲线为中低等幅值，具有典型的漏斗型特点(见图4)。

河口坝是在水下分支河道的河口处，由河流携带的泥沙沉积速率降低堆积而成。沉积物主要是浅灰色、灰色的粉、细粒砂岩，含少量泥质粉砂岩，见小型波状层理、沙纹层理和反粒序层理，发育生物扰动、滑塌包卷层理及球枕状构造(见图9(f))；测井曲线形态与远砂坝类似，但伽马曲线为中等幅值。

前缘环带状砂坝为河口坝和远砂坝砂受海水淘洗，并发生侧向迁移，呈带状分布于三角洲前缘。岩性以较纯净的浅灰色粉—细砂岩为主，见泥岩撕裂屑和低角度冲洗交错层理(见图9(g))；自然伽马曲线呈指型(见图4)。

5.2 前三角洲

研究区前三角洲发育于大陆坡到陆隆区，坡度较陡，因此与内陆架前三角洲沉积不同，是三角洲沉积最厚、分布最广的位置，其沉积厚度可达上百米。岩性为灰色、深灰色泥岩(见图9(i))和泥质粉砂岩，自然伽马和声波时差曲线整体呈低幅值，具有齿化特点(见图4)，具有块状结构，上部见泥质条带和泥纹层，虽为弱水动力环境下产物，但沉积坡度较陡，伴随滑动和滑塌作用，局部见滑塌构造(见图9(e))和生物扰动构造。

图9 珠海组及珠江组下段岩心特征Fig.9 Core characteristics in Zhuhai formation and the lower Zhujiang formation

6 控制因素

陆架边缘三角洲为深水陆坡沉积背景的产物，研究区沉积体系展布及层序结构的演化，主要受相对海平面变化、物源供给及同沉积断裂等因素控制。

6.1 相对海平面变化

珠江口盆地渐新世时期，相对海平面整体处于上升的二级旋回，二级旋回可细分多个三级旋回，每个三级旋回存在海平面的上升和下降。文中研究层序位于21～26 Ma，经历三期三级旋回的海平面变化(见图2)，三级旋回的相对海平面下降期为沉积物向前推进创造条件，有利于沉积物向前推进至陆架坡折位置沉积。研究区每一期海平面升降发育一期陆架边缘三角洲，表现为三期退覆前积的地震反射组合。

6.2 物源供给

自32 Ma以来，来自西北方向的古珠江水系为研究区提供物质来源。曾清波等计算珠海组5口井的沉积物通量在(100～400)×102t/(km2·a)之间变化[11]。在古珠江水系和海平面下降的共同作用下，沉积物向南跨过陆架坡折，在海平面相对下降时期，形成大量深水低位沉积体系。ZHSQ5层序形成时，物源供给处于弱补偿状态，陆架边缘三角洲发育范围较小，且泥质含量较高；ZHSQ6层序形成时，西北向物源供给充足，研究区陆架坡折之下形成厚层陆架边缘三角洲楔形体；至ZHJSQ1沉积时期，强物源的输入使得该时期陆架边缘三角洲处于“超负荷”状态，前端发育明显的浊积扇沉积(见图8)。

6.3 同沉积断裂

研究区发育一系列北东—南西向的同沉积断层，在三角洲演化期间持续活动，对研究区深水低位沉积体系的平面展布和砂体厚度具有明显控制作用。一系列断层在陆架边缘三角洲前缘部位组成帚状断裂系，通常认为帚状发散部位形成构造低地貌，一般控制砂质沉积中心[21]。由于帚状断裂持续活动，三角洲前缘砂主要沉积于研究区西南位置，同时促进深水区陆架边缘三角洲前缘沉积物发生滑塌，在重力作用下进行二次搬运和沉积。

7 结论

(1)白云凹陷东南部晚渐新世发育3期三角洲，具有约300 m厚的S型前积和斜交前积体，前积体高度向盆地方向逐渐减薄。研究区三角洲沉积时期古水深为597 m，前积角度为4°～7°，为陆架边缘三角洲。

(2)研究区陆架边缘三角洲前缘水下分流河道极为发育，且呈网状相互交叉；ZHSQ6沉积时期前三角洲斜坡远端发育多个小型滑塌体，ZHJSQ1时期发育浊积扇沉积。

(3)白云凹陷东部晚渐新世陆架边缘三角洲沉积特征：三角洲前缘发育包卷层理、生物扰动等沉积构造，受波浪改造作用，发育裙带砂坝，前三角洲厚度为300～350 m。

(4)相对海平面变化和沉积物供给共同作用，控制研究区陆架边缘三角洲的形成期次和展布规模，同沉积断裂主要控制陆架边缘三角洲的发育位置及沉积形态。

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2016-11-07；编辑：陆雅玲

国家自然科学基金项目(91328201；91528301)

王思琦(1992-)，女，硕士研究生，主要从事沉积学及层序地层学方面的研究。

TE121.3

2095-4107(2017)01-0033-10

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.01.004