徐 強(qiáng) 王英民 王 丹 李 冬

(1中國(guó)海洋石油研究中心北京100027;2.中國(guó)石油大學(xué)北京102249)

南海白云凹陷深水區(qū)漸新世—中新世斷階陸架坡折沉積過程響應(yīng)①

徐 強(qiáng)1王英民2王 丹1李 冬2

(1中國(guó)海洋石油研究中心北京100027;2.中國(guó)石油大學(xué)北京102249)

南海珠江口盆地白云凹陷深水區(qū)在漸新世—中新世經(jīng)歷了后退斷階式的陸架坡折帶演化,該過程控制了本地區(qū)沉積體系的發(fā)育和分布,從而也在一定程度上影響了油氣藏的形成與分布。基于近期最新鉆井資料、精細(xì)沉積學(xué)分析和長(zhǎng)電纜高質(zhì)量三維地震資料解釋,結(jié)合陸架邊緣三角洲沉積模式理論,開展了該區(qū)斷階陸架坡折控制的沉積過程響應(yīng)特征研究。發(fā)現(xiàn)漸新世陸架坡折帶主要的沉積過程響應(yīng)是珠海組陸架邊緣三角洲前積楔-淺海陸架沉積體系,中新世后退斷階陸架坡折主要沉積響應(yīng)為生長(zhǎng)斷層復(fù)雜化的陸架邊緣三角洲與斜坡扇體系,該發(fā)現(xiàn)將有助于指導(dǎo)深水油氣勘探。

白云凹陷深水區(qū)斷階陸架坡折陸架邊緣三角洲斜坡扇

1 地質(zhì)背景

白云凹陷位于中國(guó)南海北部珠江口盆地南部(圖1),是南海最具代表性的第三系深水陸坡沉積區(qū)。由于其處于歐亞板塊、太平洋板塊和印―澳板塊作用的交匯地帶,盆地發(fā)育、演化復(fù)雜,這與國(guó)外深水勘探成功地區(qū)如西非的Gabon,巴西的Campos等典型被動(dòng)大陸邊緣斷陷盆地有所不同。白云主凹南北由斷裂帶所限,寬約80 km,沉積基底埋深大于11 km,在剖面(南北向)上呈大致對(duì)稱的深碟形;南凹寬約70 km,沉積基底深約9 km,剖面(近東西向)上呈“W”型。白云凹陷經(jīng)歷了斷陷、斷拗、拗陷的盆地發(fā)育演化過程[15],這顯然是在特殊地質(zhì)條件下發(fā)生的。白云凹陷位于中生代俯沖帶的構(gòu)造軟弱帶,處于減薄的洋陸過渡地殼和盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶位置,此處是構(gòu)造形變集中區(qū),在區(qū)域拉張背景下,幔源物質(zhì)上升,巖漿活動(dòng)較強(qiáng)烈,地殼減薄,導(dǎo)致巖石圈強(qiáng)度急劇降低并發(fā)生韌性變形,在經(jīng)歷了較短暫的脆性變形發(fā)育一系列半地塹之后即進(jìn)入“又?jǐn)嘤洲帧钡捻g性伸展階段,產(chǎn)生了垂向沉降變形,形成大型的斷—拗凹陷[15]。白云凹陷古近系包括神狐組、文昌組、恩平組、珠海組,其中漸新統(tǒng)以珠海組為主且研究程度較高;新近系包括珠江組、韓江組、粵海組、萬山組,其中完全固結(jié)成巖的主要為中新統(tǒng)珠江組,珠海組和珠江組為本文研究的主要對(duì)象。

圖1 珠江口盆地地理位置及構(gòu)造格局(據(jù)中海石油研究中心,1998)。Fig.1 Geographical location and tectonic pattern of the Pearl RiverMouth Basin(From CNOOC Research Center,1998)

2 漸新世—中新世后退式陸架坡折的證據(jù)

研究表明中新世(23.8 Ma)以來南海北部陸架坡折維持在白云凹陷的北側(cè),與今天的陸架坡折帶位置基本一致,白云凹陷為陸坡深水環(huán)境。但23.8 Ma以前的漸新世,白云凹陷表現(xiàn)為大套的自北向南前積反射地震相(圖2),具有典型三角洲斜交S型前積組合反射結(jié)構(gòu),前積體的頂超面與下超面的水平落差可達(dá)100～400 m,這表明晚漸新世的珠海組主要是一套增長(zhǎng)速度快、沉積厚、砂泥互層頻繁、分布面積廣的陸架邊緣三角洲沉積組合(圖2),結(jié)合凹陷北側(cè)探井也證實(shí)了的古珠江三角洲分布特點(diǎn),推測(cè)當(dāng)時(shí)的三角洲向南延伸推進(jìn)到達(dá)白云主凹的南側(cè),陸架坡折帶在白云主凹的南側(cè),漸新世—中新世過渡期間存在陸架坡折帶從白云主凹南側(cè)向北側(cè)遷移的重大地質(zhì)事件。而這一時(shí)間正好對(duì)應(yīng)白云運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈活動(dòng)期,隨著南海擴(kuò)張脊向南躍遷,區(qū)域深部地幔物質(zhì)異常活躍;同時(shí),深部結(jié)構(gòu)研究表明,白云凹陷位于減薄的過渡地殼之上,在這個(gè)薄弱帶深部地幔物質(zhì)上隆,對(duì)上部地殼物質(zhì)進(jìn)行可塑性改造和部分熔離,當(dāng)幔源物質(zhì)回返后地殼就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沉降,導(dǎo)致白云凹陷發(fā)生快速下陷,同時(shí)成為盆地沉降和沉積中心,最終演變?yōu)樯详懫律钏h(huán)境。此時(shí),陸架坡折由白云凹陷的南部遷移到白云凹陷的北部,同時(shí)在白云凹陷北側(cè)和西側(cè)產(chǎn)生了大量的張性斷裂系統(tǒng),這使后期白云凹陷在繼續(xù)沉降的過程中,陸架坡折表現(xiàn)為斷階性質(zhì)的深、淺海過渡地帶(圖3)。

此外,ODP1l48孔(圖3)23.8Ma界面處的沉積速率也表現(xiàn)出明顯突變(圖4)。23.8 Ma以前沉積速率較高,屬離物源較近的上陸坡環(huán)境;23.8 Ma之后,沉積速率急劇降低,低于23.8 Ma以前一個(gè)數(shù)量級(jí),代表了離物源較遠(yuǎn)的下陸坡環(huán)境[15,16]。沉積速率的劇烈減小同樣反映陸架坡折帶遷移至白云凹陷北側(cè)以后,北部陸架區(qū)沉積物都被白云凹陷攔截,而無法到達(dá)陸坡下方ODP1148井位置[15]。其次, ODP1l48孔巖芯中的底棲有孔蟲和介形蟲組合特征反映本區(qū)漸新世—中新世海水逐漸加深,從水深約1 000 m的上陸坡環(huán)境逐漸向水深2 000～3 000 m的中下陸坡環(huán)境轉(zhuǎn)變至中新世水深大于3 000 m,與現(xiàn)與現(xiàn)代水深接近,屬于深海環(huán)境。而單純的海平面變化(圖5)是無法造成如此巨大的水深變化,所以區(qū)域性的沉降應(yīng)該是造成水深加大的主導(dǎo)因素,這也是導(dǎo)致陸架坡折向北遷移主要因素。孢粉分析表明漸新世地層含有豐富的孢粉化石(源于陸生植物),反映近物源海洋沉積環(huán)境;中新世地層孢粉化石稀少反映遠(yuǎn)物源海洋沉積環(huán)境(圖4),這也支持漸新世—中新世海水逐漸加深,陸架坡折向白云凹陷北側(cè)遷移,白云凹陷快速沉降的特征。

圖2 白云凹陷南北向高分辨率地震剖面,可見23.8 Ma界面以下(珠海組),強(qiáng)烈的前積充填自北向南跨越白云凹陷Fig.2 On north-south,high-resolution seismic profiles ofBaiyun Depression,classic delta progradational reflection is very clear under 23.8Ma reflecting interface①

圖3 珠江口盆地近南北向地震解釋剖面及陸架坡折遷移示意圖(據(jù)龐雄,2008)Fig.3 Seismic interpretation profile acrossWell PY4,Well PY33,Baiyun Depression and site ODP1148 (modified from Pang,X.,2008)

利用數(shù)十口探井微體古生物資料分析建立的珠江口盆地相對(duì)海平面變化曲線(圖5),也從另一方面表現(xiàn)出這種陸架坡折帶的后退變化。21 Ma以來的三級(jí)周期海平面下降最大可達(dá)到白云凹陷北側(cè)的陸架坡折帶;而23.8 Ma以前的珠海組上部海平面下降程度則可以達(dá)到BY7-1以南,而通過最新鉆井LW3-1珠海組上部的淺水陸棚沉積組合也可以推測(cè)相對(duì)海平面下降到了白云凹陷的中部甚至南側(cè)附近。這也說明當(dāng)時(shí)陸架坡折應(yīng)該位于白云凹陷的中部甚至南側(cè)附近,否則在不考慮沉積厚度增長(zhǎng)的情況下海平面從白云凹陷北側(cè)下降至此需要至少2 000 m以上的海平面垂向下降量或者同尺度構(gòu)造抬升,這顯然是不符合實(shí)際地質(zhì)演化歷史。

層序地層研究也證實(shí)23.8～10.5 Ma六個(gè)三級(jí)層序都在陸架坡折帶以南的白云凹陷發(fā)育深水陸坡沉積,明顯不同于23.8 Ma以前的淺海陸架及陸架邊緣三角洲沉積[17]。

圖4 ODP1148孔巖心分析在23.8Ma界面表現(xiàn)為沉積速率突和所有分析數(shù)據(jù)突變①龐雄,陳長(zhǎng)民,朱明,等.珠江深水扇系統(tǒng)及油氣資源研究成果報(bào)告.中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司,2006.Fig.4 Correlation analysis of core ODP1148 documents that sedimentation rate and all other analysis data mutated at 23.8Ma①

其次,鈣質(zhì)超微化石地層分析表明,白云凹陷北坡以北的廣闊地區(qū)大約在22 Ma以后才有化石可記錄的海相地層,反映這些地區(qū)之前以陸相—濱岸沉積為主,其南部的白云凹陷應(yīng)屬于陸架環(huán)境。

3 斷階陸架坡折控制的沉積過程響應(yīng)

白云凹陷漸新世—中新世陸架坡折帶顯著的后退式遷移使得白云凹陷的沉積體系發(fā)生了巨大的變化。但由于缺乏鉆井資料,以前對(duì)于白云凹陷的沉積體系研究只能通過白云凹陷周邊的鉆井資料和地震資料進(jìn)行推測(cè)。而本次研究結(jié)合了白云凹陷東南邊緣的深水陸坡區(qū)最新的鉆井和巖芯資料,這就大大提高了研究成果的可信度,同時(shí)也取得了一些全新的認(rèn)識(shí)。

3.1 漸新世陸架邊緣三角洲前積楔沉積體系

圖5 基于微體古生物分析建立的新生代晚期珠江口盆地相對(duì)海平面變化曲線(據(jù)秦國(guó)權(quán),1996,有改動(dòng))[18]Fig.5 Late Cenozoic sea level changes of Zhujiang River Mouth Basin,which is built on nannofossil analysis. (modified from Qing GQ,2008)[18]

白云凹陷漸新世沉積以珠海組為主,從地震資料分析發(fā)現(xiàn)該套地層主要為自北向南前積反射地震相組合(圖2),具有典型三角洲前積組合反射結(jié)構(gòu)特征,但是這些前積反射的頂超面與下超面水平落差可達(dá)100～400 m,水平延伸可達(dá)數(shù)千米(圖6),如此大落差和長(zhǎng)距離的前積楔也只有在陸架邊緣才能形成。這是因?yàn)楫?dāng)三角洲沉積越過陸架坡折帶沉積時(shí),由于陸坡的坡度較陡沉積物依陸坡地形向前搬運(yùn)較遠(yuǎn),因此可以形成較大型的前積體(圖7A)。其次,由于重力作用使得向陸坡供給的沉積物逐漸增多,陸坡的穩(wěn)定性也逐漸增加,這使得陸架邊緣附近成為了最大的沉積、沉降中心。因此陸架邊緣三角洲往往由向陸和向海方向各自出現(xiàn)的兩個(gè)斜坡楔形體構(gòu)成,這一特征也不同于陸架三角洲的單向前積楔,而該特征在圖6中的地震剖面上也有體現(xiàn);圖6地震剖面中的陸架邊緣三角洲形態(tài)與典型的陸架邊緣三角洲不完全相同是因?yàn)檠豑7界面拉平后的地震剖面不僅去除了后期構(gòu)造變形的影響,同時(shí)也將陸架坡折的地形起伏拉平了,從而使陸架邊緣三角洲的特征有所削弱。此外,地震相反應(yīng)該層段前積趨勢(shì)明顯,垂向加積發(fā)育少,說明珠海組是一套向海增長(zhǎng)速度快、沉積厚、砂泥互層頻繁、分布面積巨大的淺海陸架邊緣三角洲沉積,而且在這樣的快速前積作用下陸架坡折帶會(huì)向南逐漸推移。

Vanapalli等[15]通過理論演繹和試驗(yàn)驗(yàn)證，提出了基于兩個(gè)獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量的非飽和土抗剪強(qiáng)度方程，方程形式如下：

圖6 白云凹陷近南北向地震剖面(以T7(紅色粗實(shí)線)拉平),T6(紫色實(shí)線)和T7之間的珠海組可見大型雙向前積楔形體(黑色虛線)Fig.6On north-south,high-resulotion seismic profiles(flatted by T7)ofBaiyun Depression, there is a large classic delta progradational reflection with wedges in both sides(black dotted lines)

白云深水區(qū)最新的六口鉆井均鉆遇了珠海組,各井取芯顯示白云凹陷珠海組主要為深灰色、灰色,中—細(xì)粒、中—粗粒和粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖及粉砂巖與灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層組合,局部可見鈣質(zhì)砂巖、灰質(zhì)粉砂巖和生屑灰?guī)r的混積巖。發(fā)育塊狀層理、板狀斜層理、槽狀斜層理、楔狀交錯(cuò)層理、沖洗層理、平行層理、正粒序?qū)永?、逆粒序?qū)永?常見植物碎片,可見生物遺跡(生物擾動(dòng)、鉆孔等),沖刷面構(gòu)造(圖版Ⅰa-e),局部含鐵質(zhì)結(jié)核、黃鐵礦、海綠石。

圖7 陸架邊緣三角洲的沉積特征Fig.7 Features of deposition from shelfmargin delta

LW3-X-X井第二、三、四次取心均為珠海組地層,自下而上第四次取芯巖芯特征為底部泥巖段幾乎包括了全套的Zoophycos和部分Nereites、Cruziana遺跡相組合,唯獨(dú)沒有濱海及陸上的Skolithos遺跡相組合(圖8),指示外陸架至陸坡較深水的環(huán)境,間歇受到重力流邊緣相的影響。生物的多樣性反映了受濁流的影響較小,說明陸架邊緣三角洲及其伴生的重力流海底扇主體尚未推進(jìn)至此;中部砂巖雖多Cruziana遺跡相組合,但種屬單調(diào),且泥巖夾層中仍為Zoophycos遺跡相,說明淺海的造跡生物是隨重力流搬運(yùn)至深水的(圖9);上部泥巖雖然是大套厚層泥巖,但水平層理不多,僅隱約見斜層或交錯(cuò)層理,反映沉積時(shí)的坡度較大,見少量Nereites遺跡相組合,表明為深水環(huán)境。此外,同屬于珠海組下部的LWX-1-1(3 193.56 m)、LWY-1-1(2 945.52 m)井取芯段發(fā)現(xiàn)了抱球蟲灰?guī)r(圖10),這也表明珠海組早期沉積的環(huán)境為上陸坡深水環(huán)境。LW3-X-X井第二、三次取芯巖芯總體呈下細(xì)上粗的反旋回特征,主要發(fā)育三角洲前緣的各種微相,由陸棚→三角洲前緣→前三角洲組成的連續(xù)強(qiáng)烈進(jìn)積序列,形成了典型的三角洲前積楔沉積體系。該體系主要出現(xiàn)在海平面下降的低位體系域,有利儲(chǔ)層發(fā)育的河口壩砂體大部分出現(xiàn)在沉積演化序列的中部,中、上部以發(fā)育水下分流河道砂體為主,頂部往往為大型底沖刷面或暴露面,發(fā)育板狀斜層理、槽狀斜層理等沉積構(gòu)造(圖版Ⅰb-e)。還可見Cruziana淺海遺跡化石組合,以上特征表明LW3-X-X第二和第三回次取心段為淺海陸架—陸架邊緣三角洲沉積體系。珠海組的以上沉積特征正好與陸架邊緣三角洲的發(fā)育過程特征相吻合。當(dāng)陸架邊緣三角洲尚未推進(jìn)至白云凹陷南側(cè)時(shí),即珠海組早期沉積環(huán)境為上陸坡深海環(huán)境這與LW3-X-X第四次取芯底部的沉積特征相吻合(圖11 A),隨著三角洲的向南推進(jìn),由圖2可知在陸架坡折帶快速堆積的前積體在高坡度的陸坡上部穩(wěn)定性很差,常常會(huì)形成重力滑塌,使陸架邊緣三角洲前緣沉積物發(fā)生二次搬運(yùn)滑向深水陸坡。因此,最先到達(dá)深水陸坡的應(yīng)該是這些深水重力流沉積物,這與第四次取芯的中、上部沉積特征吻合(圖11 B);其后,三角洲進(jìn)一步推進(jìn)前期的重力流沉積物又會(huì)被后期進(jìn)積三角洲前積楔和穩(wěn)定階段的淺海陸架沉積所覆蓋(圖11 C),這與第二、三次取芯的沉積特征吻合。

圖8 LW3-X-X第四次取心底部泥巖遺跡化石組合(據(jù)呂明,內(nèi)部資料)Fig.8 Trace fossils in bottom mudstone of the fourth cores in LW3-X-X(from LuMing,unpublished data)

圖9 LW3-X-X第四次取心中部砂巖遺跡化石組合(據(jù)呂明,內(nèi)部資料)Fig.9 Trace fossils in middle sandstone of the fourth cores in LW3-X-X(from LuMing,unpublished data)

圖10 LWX-1-1珠海組抱球蟲灰?guī)r,3193.56m (據(jù)鄭萊才,內(nèi)部資料)Fig.10 Globigerinid marl in Zhuhai Formation ofLWX-1-1 (from Zheng Rongcai unpublished data)

圖11 珠海組陸架邊緣三角洲進(jìn)積示意圖Fig 11 Features of deposition from shelfmargin delta

綜上所述,珠海組在垂向上形成了下部為深水重力流沉積,中、上部為陸架邊緣三角洲前積楔沉積,頂部為主要發(fā)育于進(jìn)積晚期海平面緩慢上升或相對(duì)穩(wěn)定階段的淺海陸架沉積,并且由于陸架邊緣三角的推進(jìn)作用使淺水陸架的范圍向南擴(kuò)張,至23.8 Ma達(dá)到了最大范圍。這也與該時(shí)期陸架坡折帶位于白云凹陷南側(cè)的推測(cè)相吻合。

3.2 中新世生長(zhǎng)斷層復(fù)雜化的陸架邊緣三角洲與斜坡扇體系

23.8 Ma以后陸架坡折帶穩(wěn)定在白云凹陷北坡,白云凹陷強(qiáng)烈沉降形成持續(xù)的陸坡內(nèi)盆地,來自北側(cè)陸架的沉積物基本上被限制在了白云凹陷,這是白云凹陷沉積速度比周邊高出許多的重要原因[19]。

白云凹陷中新世地層包括:珠江組、韓江組和粵海組,其中珠江組已經(jīng)完全固結(jié)成巖,包括有利的儲(chǔ)蓋層組合,并具有區(qū)域研究的可對(duì)比性,因此選擇珠江組作為主要研究對(duì)象。白云深水區(qū)最新的六口鉆井均鉆穿了珠江組,鉆井揭示巖性主要為深灰色、灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖與灰色中—細(xì)粒、中—粗粒和粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖互層組合,具塊狀層理、小型沙紋層理、波狀層理、水平層理,部分泥巖中生物擾動(dòng)和變形紋層構(gòu)造發(fā)育,有孔蟲等化石發(fā)育,偶見結(jié)核。部分砂巖發(fā)育變形、撕裂、沖刷面構(gòu)造(圖版Ⅰf-h),含有菱鐵礦結(jié)核,生物碎片、小泥礫、淺水貝殼碎片等。

從巖性、沉積構(gòu)造等因素分析,白云凹陷珠江組發(fā)育以陸架邊緣三角洲斜坡扇為主的沉積體系。在取芯井段可見陸架邊緣三角洲前緣水下分流水道沉積,巖性以粗粒和中—粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖為主,往往由略顯正韻律結(jié)構(gòu)的塊狀層理的單砂體相互截切和連續(xù)疊置,單砂體底部可發(fā)育底沖刷構(gòu)造(圖版Ⅰg),還可見砂巖中的生物碎屑成定向排列(圖12 A);而且該段砂巖的巖石薄片顯示,礦物分選好,泥質(zhì)含量低,結(jié)構(gòu)成熟度與成分成熟度均較高;粒度分析數(shù)據(jù)(圖12 B)也表明該砂巖屬于牽引流沉積或成分成熟度較高的砂體二次搬運(yùn)形成的濁流水道沉積。巖心泥巖段也可見陸架邊緣三角洲深水斜坡沉積,巖性為深灰色、暗色泥巖,含生物擾動(dòng)和變形紋層構(gòu)造發(fā)育,有孔蟲等化石發(fā)育(圖版Ⅰh)。三角洲在河流的推進(jìn)和相對(duì)海平面下降作用下,逐漸向陸架邊緣推進(jìn),形成典型的陸架邊緣三角洲,三角洲前緣帶在陸架坡折內(nèi)發(fā)育,垂向厚度上不斷增大,加之陸架坡折帶的活動(dòng),造成三角洲前緣帶的碎屑物質(zhì)不斷經(jīng)過陸架外的水道、下切谷和峽谷向上陸坡內(nèi)白云凹陷搬運(yùn),形成深水扇體。在取芯井段多處可見該類型沉積,巖性深灰色、暗色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主,具水平層理、壓實(shí)變形和撕裂構(gòu)造,偶爾夾有等深流沉積或風(fēng)暴沉積的沙紋層理粉砂巖和滑塌碎屑流沉積的泥質(zhì)同生礫巖(圖版Ⅰi-j)。

圖12 A LWX-1-1井第一回次取心中段砂巖中見生物碎屑成定向排列;B該段砂巖粒度統(tǒng)計(jì)概率累積曲線反應(yīng)牽引流沉積特征與典型濁流沉積概率累積曲線(圖C)差異較大Fig.12 A There are bioclastics in middle sandstone of the fourth cores in LW3-X-X.,which is oriente;B Probability am ofintegration curve of particle size analysis of the sandstone reflects tractive current character,not turbidity current(Fig.C)

此外,LW3-X-X井第一回次取芯段見Zoophycus -N ereites遺跡相組合,據(jù)Husky鑒定的遺跡化石屬種有:Zoophycus;Helm inthopsis;Cosm orhaphe; M egagrapton;Nereites,此遺跡化石相組合主要出現(xiàn)在半深海到深海環(huán)境靜止但有氧的水體中,這也符合珠江組上陸坡的沉積環(huán)境。

在地震剖面上也可發(fā)現(xiàn)珠江組陸架邊緣三角洲的大型前積反射和大量具有下切特征峽谷水道反射(圖13)以及水道下方丘型地震反射波組的深水扇沉

白云凹陷北坡生長(zhǎng)斷層平面延伸可達(dá)幾十至近百公里,走向多為近東西向,部分為北西西向,大部分平面上表現(xiàn)為東西向弧形斷裂,剖面上多表現(xiàn)為鏟形積體組合。經(jīng)過系統(tǒng)的層序地層學(xué)研究[14,17,20]發(fā)現(xiàn)具有強(qiáng)烈下切特征的峽谷水道主要發(fā)育在凹陷的北緣和西部斷裂發(fā)育區(qū)?？梢?斷層的發(fā)育有利于峽谷水道的發(fā)育,尤其是長(zhǎng)期活動(dòng)的生長(zhǎng)性斷層,這種斷層具有規(guī)模大、活動(dòng)期長(zhǎng)、控制早期斷陷沉積的特點(diǎn),斷層形成的裂谷區(qū)往往是峽谷水道優(yōu)先發(fā)育的地方,而峽谷水道又是陸架邊緣沉積物通往陸坡形成深水扇的主要通道。因此,活動(dòng)性生長(zhǎng)斷層對(duì)陸架邊緣三角洲的改造使得更多的沉積物進(jìn)入深水陸坡形成深水扇。同時(shí),白云凹陷的強(qiáng)烈下陷為沉積物創(chuàng)造了充分的容納空間,這就造成了多期深水扇體層層疊置產(chǎn)出,為形成巨厚的有利儲(chǔ)層創(chuàng)造了條件。(圖2),并且這些生長(zhǎng)斷層垂向上切穿古近系和新近系多套沉積單元,北坡發(fā)育的水道具有強(qiáng)烈的削截深切(可達(dá)100～200 ms)、側(cè)向遷移和垂向疊加,以及從“V”谷向“U”谷變化的特征。更重要的是這些生長(zhǎng)斷層可以成為油氣垂向輸導(dǎo)運(yùn)移的主要通道。研究表明研究區(qū)油氣主要來源于古近系文昌組和恩平組烴源巖[21,22],但新近系所有儲(chǔ)集層均見到油氣顯示,且新近系各層間發(fā)育較厚的泥巖隔層,古近系油氣要進(jìn)入到新近系儲(chǔ)層,必須穿越多個(gè)分隔層,這只有靠以斷層為主的垂向輸導(dǎo)體系才可能實(shí)現(xiàn)。多層疊置的深水扇體也只有在斷層疏導(dǎo)體系的連通下才能成為大型的油氣藏[23]。因此,生長(zhǎng)斷層的活動(dòng)對(duì)于白云凹陷深水扇油氣儲(chǔ)層的發(fā)育有建設(shè)性作用。

圖13 白云凹陷北坡層序界面下切水道的地震剖面特征(據(jù)龐雄等,2007)[19]Fig.13 Seismic section characters of down-cutting channels in the north side ofBaiyun Depression (Pang X,et al.2007)[19]

4 討論和結(jié)論

發(fā)生在漸新世與中新世界線處(23.8 Ma)的重大地質(zhì)事件,使研究區(qū)地化、古生物、海平面、古地貌均發(fā)生了巨大的變化,在區(qū)域沉積記錄中也留下了明顯的印跡。白云凹陷漸新世珠海組表現(xiàn)為大套的自北向南前積的陸架邊緣三角洲沉積體系,在珠海組末期陸架邊緣已經(jīng)推移至邊緣凹陷南緣,這時(shí)白云凹陷整體處于淺水陸架-陸架邊緣環(huán)境,因此珠海組頂部沉積了淺海陸架沉積。23.8 Ma以后白云凹陷快速沉降,并且迎來了一次大的海侵作用,導(dǎo)致陸架邊緣躍遷至白云凹陷北側(cè),同時(shí)在白云凹陷西、北緣形成了一系列生長(zhǎng)斷層,白云凹陷轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏h(huán)境,形成了巨大可容納空間,在這樣的環(huán)境下珠江組形成了陸架邊緣三角洲與斜坡扇沉積為主的沉積體系,三角洲前緣帶在陸架坡折帶內(nèi)發(fā)育,垂向厚度上不斷增大,加之陸架坡折帶的生長(zhǎng)斷層活動(dòng)頻繁,造成三角洲前緣帶的碎屑物質(zhì)在重力作用不斷經(jīng)過陸架外的水道、下切谷和峽谷向上陸坡內(nèi)白云凹陷搬運(yùn),形成深水扇體。而峽谷水道體系主要發(fā)育在凹陷的北緣和西部斷裂發(fā)育區(qū),說明斷層的發(fā)育,尤其是生長(zhǎng)型斷層,有利于峽谷水道的發(fā)育,從而為陸架邊緣三角洲—峽谷水道—白云深水扇的“源—渠—匯”耦合系統(tǒng)的發(fā)育提供了便利。同時(shí),這些生長(zhǎng)斷層垂向上切穿古近系和新近系多套沉積單元,成為油氣垂向輸導(dǎo)運(yùn)移的主要通道,為多層疊置的深水扇體成為大型的油氣藏儲(chǔ)集體創(chuàng)造了條件。

References)

1 Januszczak N,EylesN.ODP drilling leads to a new modelof shelf and slope sedimentation along the Antarctic continentalmargin[J].Geoscience Canada,2001,28(4):203-210.

2 武強(qiáng),解習(xí)農(nóng),姜濤,等.陸架邊緣三角洲的研究現(xiàn)狀及其意義[J].海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài),2005,21(3):1-5[Wu Qiang,Xie Xinong, Jiang Tao,et al.The present situation and meaning of research on shelf-margin deltas[J].Marine GeologyLetters,2005,21(3):1-5]

3 ZhuM Z,Stephan G TM,Pang X,et al.Comparison of characteristics and evolution of two submarine canyon systems in two Cenozoic post-rift continental slope basins along the northern margin of the South China Sea[C].AAPGMeeting Poster,2005

4 Lang S C,PowellR,Boyd R,et al.Seismic andmultibeam expression of a clastic shelf to deepwater sediment delivery system,eastern Australian continental margin[C]∥Anonymous,Abstracts Volume of AAPG 2006 Annual Convention,2006,15:60

5 Huppertz T J,PiperD J W.The influence of shelf-crossing glaciation on continental slope sedimentation,Flemish Pass,Eastern Canadian continentalmargin[J].Marine Geology,2009,265(1-2):67-85

6 EdwardM B.UpperW ilcox Rosita delta system of South Texas growthfaulted shelf-edge deltas[J].AAPGBulletin,1981,65:54-73

7 W inker C D.Cenozoic shelfmargins,northwestern Gulf ofMexico[C]∥MoradM A,Kilgore J E,Cameron JrD K,eds.32nd Ann.Meet-ing 32.Gulf CoastAss Geol.Societies,New Orleans,1982:427-448 8 Suter J R,Berryhill Jr H L.Late Quaternary shelf-margin deltas, northwest Gulf ofMexico[J].AAPGBulletin,1985,69:77-91

9 Elliot T.Deltaic systems and their contribution to an understanding of basin-fill successions[M]∥Whateley M K G,Pichering K T,eds. Deltas:Sites and Traps for Fossil Fuels.Geol.Soc.Spec.Publ., 1989,41:3-10

10 Reading H,Collinson J D.Clastic Coasts[M]∥Reading H G,eds. Sedimentary Environments:Processes,Facies andStratigraphy. Blackwell Press.,Oxford,1996:154-231

11 Porebski SJ,SteelR J.Shelf-margin deltas:their stratigraphic significance and relation to deepwater sands[J].Earth-Science Reviews, 2003,62:283-326

12 Porebski S J,Steel R J.Deltas and sea-level change[J].Journal of Sedimentary Research,2006,76:390-403

13 Steel J R,Cristian C,Andrew L P,et al.Shelf and shelf-margin growth in scenariosof rising and falling sea level[J].Special Publication-Society for Sedimentary Geology,2008,90:47-71

14 彭大鈞,陳長(zhǎng)民,龐雄,等.南海珠江口盆地深水扇系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)[J].石油學(xué)報(bào),2004,25(5):18-23[Peng Dajun,Chen Changmin,Pang Xiong,et al.Discovery of deep-water fan system in South China Sea[J].Acta Petrolei Sinica,2004,25(5):18-23]

15 龐雄,陳長(zhǎng)民,彭大鈞,等.南海北部白云深水區(qū)之基礎(chǔ)地質(zhì)[J].中國(guó)海上油氣,2008,20(4):215-222[Pang Xiong,Chen Changmin,PengDajun,et al.Basic geologyofBaiyun deep-water area in the northern South China Sea[J].China Offshore Oil and Gas, 2008,20(4):215-222]

16 邵磊,李獻(xiàn)華,汪品先,等,南海漸新世以來構(gòu)造演化的沉積記錄——ODP1148站深海沉積物中的證據(jù)[J].地球科學(xué)進(jìn)展, 2004,19(4):539-544[Shao Lei,Li Xianhua,Wang Pinxian,et al.Sedimentary record of the tectonic evolution of the South China Sea since the Oligocene-Evidence from deep sea sediments of ODP Site-1148[J].Advance in Earth Sciences,2004,19(4):539-544]

17 祝彥賀.南海古珠江體系沉積過程響應(yīng)及儲(chǔ)集體分布特征[D].北京:中國(guó)石油大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文,2009:28-51[Zhu Yanhe.The response of sedimentary to development processes of ancient Pearl River system and reservoirs distribution in the South China Sea [J].Beijing:China University of Petroleum,2009:28-51]

18 秦國(guó)權(quán).微體古生物在珠江口盆地新生代晚期層序地層學(xué)研究中的運(yùn)用[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),1996,16(4):1-18[Qing Guoquan.Application of micropaleontology to the sequence stratigraphic studies of late Cenozoic in the Zhujiang River Mouth Basin [J].Marine Geology&Quaternary Geology,1996,16(4):1-18]

19 龐雄,陳長(zhǎng)民,彭大鈞,等.南海珠江深水扇系統(tǒng)及油氣[M].北京:科學(xué)出版社,2007:64-166[Pang Xiong,Chen Changmin, PengDajun,et al.The Pearl RiverDeep-Water Fan System&Petroleum in South China Sea[M].Beijing:Science Press,2007:64-166]

20 龐雄,陳長(zhǎng)民,施和生,等.相對(duì)海平面變化與南海珠江組深水扇系統(tǒng)的響應(yīng)[J].地學(xué)前沿,2005,12(3):167-177[Pang Xiong,Chen Changmin,Shi Hesheng,et al.Response between relative sea-level change and the Pearl River deep-water fan system in the South China Sea[J].Earth Science Fromtiers,2005,12(3):167-177]

21 代一丁,龐雄奇.珠江口盆地珠二坳陷石油地質(zhì)特征[J].中國(guó)海上油氣(地質(zhì)),1999,13(3):169-174[Dai Yiding,Pang Xiongqi.Petroleum geological characteristics of ZhuⅡdepression,Pearl RiverMouth basin,China[J].China Offshore Oil and Gas(Geology),1999,13(3):169-173]

22 江德昕,楊惠秋.珠江口盆地早第三紀(jì)油源巖形成環(huán)境[J].沉積學(xué)報(bào),2000,18(3):469-474[JiangDexin,Yang Huiqiu.Original environmentof Eogene petroleum souce rocks in the PearlRiverMouth Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2000,18(3):469-474]

23 于水明,梅廉夫,施和生,等.珠江口盆地番禺低隆起—白云凹陷北坡斷層與油氣成藏關(guān)系[J].石油勘探與開發(fā),2007,34 (5):561-579[Yu Shuiming,MeiLianfu,ShiHesheng,et al.Relationship between faults and hydrocarbon accumulation in Panyu low massif and north slope of Baiyun Sag,Pearl RiverMouth Basin[J]. Petroleum Exploration and Development,2007,34(5):561-579]

Sedi mentary Responses of Retreating Shelf Break from Oligocene to M iocene,in DeepWater Area of Baiyun Depression,South China Sea

XU Qiang1WANG Ying-min2WANG Dan1L IDong2
(1.Research Center of CNOOC,Beijing 100027;2.China Un iversity of Petroleum,Beijing 102249)

Retreating ShelfBreak occurred from Oligocene toMiocene in deep water area ofBaiyun depression,South China Sea,which controlled the development and distribution of sedi mentation in the study area.And,to some extent,effective reserves are for med.Based on the latest drilling data,detailed sedimentary analysis and meticulous interpretation of long cable,high quality,three di mensional seis mic data,research of sedimentary responses of retreating shelf break is carried out,meanwhile integrating the theories of shelf-margin delta,which indicates that the responses of shelf break is shelf-margin delta progradational system of Zhuhai Formation in Oligocene and growth faults complicating shelf-margin delta and deep-water fan system of Zhujiang Formation.This discoverywill be favorable for oil and gas exploration ofBaiyun Depression.

Baiyun Depression;deep-water area;shelf break;shelf-margin delta;deep-water fan

book=5,ebook=286

徐強(qiáng)男1958年出生研究員石油地質(zhì) E-mail:xuqiang@cnooc.com.cn

P512.2

A

圖版Ⅰ說明:a～e:LW3-1-1井珠海組巖心沉積構(gòu)造。a.淺灰色細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖,塊狀層理,具水平生物鉆孔(黃色箭頭所示),孔徑0.5～1.0 cm,3 132 m;b.上部具板狀斜層理淺灰色中-細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖,下部含泥紋粉-細(xì)粒砂巖組成逆粒序結(jié)構(gòu),含少量鈣質(zhì)膠結(jié)斑塊和生物擾動(dòng)構(gòu)造,3 133.64～3 133.89 m;c.距頂11 cm處為底沖刷面,其上為灰色中-粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖,具槽狀斜層理:其下為中-細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖,具板狀斜層理,3 138.64～3 138.89 m;d.灰色中-粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖,發(fā)育雙向傾斜的楔狀交錯(cuò)層理,3 139.14～3 139.39 m;e.距頂10 cm處都為沖刷面,其上依次為具平行層理,淺灰色中—粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和具正粒序的灰色塊狀極粗粒巖屑砂巖, 3 132.04～3 132.29 m。f-j.LW3-1-1井珠江組巖心沉積構(gòu)造。f.淺灰色塊狀中-粗粒砂巖,具明顯下細(xì)上粗逆粒序?qū)永?3 069m;g.距底5 cm為底沖刷面,其上為極疏松灰色粗粒砂巖;其下為具紋層理變形的暗色泥巖,3 066 m;h.泥巖中生物擾動(dòng)構(gòu)造和變形紋層構(gòu)造發(fā)育,可見有孔蟲等化石發(fā)育,可能為前陸架邊緣三角洲斜坡泥巖,3 059 m;i.下部為灰色泥巖,具生物擾動(dòng)和變形紋層構(gòu)造,中部為淺灰色粉-細(xì)砂巖,具小型沙紋層理,向上為波狀,可能為丘狀層理的部分,上部深灰色粉砂巖見變形構(gòu)造過渡到水平層理?？赡転橐淮物L(fēng)暴沉積,或者陸架環(huán)流沉積,3 058 m;j.深灰色、暗色泥巖夾灰白色砂巖條帶,下部砂巖層主要為生物遺跡、變形和撕裂狀,底部為侵蝕面,其中有比較多的泥質(zhì)-菱鐵質(zhì)礫片,頂部泥巖中有生物遺跡、包卷、變形砂。泥巖中生物擾動(dòng)和變形紋層構(gòu)造發(fā)育,有孔蟲等化石發(fā)育,3 062 m。

1000-0550(2010)05-0906-11

①國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目課題(編號(hào):2009CB219407)資助。

2010-05-20;收修改稿日期:2010-06-05