劉 豪 王英民 王 媛

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 海洋學(xué)院 北京 100083;2.中國石油大學(xué) 資源與信息學(xué)院 北京 102249)

淺海陸棚環(huán)境下沉積坡折帶及其對局部強制海退體系域的控制①

劉 豪1王英民2王 媛2

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 海洋學(xué)院 北京 100083;2.中國石油大學(xué) 資源與信息學(xué)院 北京 102249)

南海珠江口盆地HZ地區(qū)珠江組沉積時期主要表現(xiàn)為一穩(wěn)定沉積的陸棚環(huán)境。在研究區(qū)西部發(fā)育大型的古珠江水系,為整個珠江組大型三角洲沉積提供了豐富的陸源碎屑。本研究以PSQ6為例進行了詳細分析,其沉積坡折帶具有一定的規(guī)模,斜坡寬度約4 km,高差為20～60 m,橫向延伸為80 km左右。沉積坡折帶主要發(fā)育在下伏層序高水位體系域三角洲沉積結(jié)束時期,與在前三角洲亞相以東的碳酸鹽巖隆起之間構(gòu)成了一個局部的“溝谷”體系,為PSQ6層序強制海退時期沉積和保存提供了良好的古地貌背景,并進一步控制了陸棚環(huán)境中局部強制海退楔的發(fā)育。陸棚背景下的“溝谷”古地貌地形往往易于導(dǎo)致強制海退砂的形成,進積砂體能夠直接覆蓋在下部層序高水位體系域所形成的淺海相泥巖上,其上覆蓋著水進域和高位域暗色泥巖,可形成有利的生、儲、蓋組合,是本地區(qū)尋找地層-巖性油氣藏的有利場所。

珠江口盆地 珠海組 沉積坡折帶 強制海退體系域

0 前言

經(jīng)典層序地層學(xué)理論[1,2]指出,低位域是具有陸架坡折I型層序的特殊產(chǎn)物,主要發(fā)育在陸棚坡折以下的斜坡和盆底位置。那么,除了低水位時期形成的下切谷充填沉積外,在整個相對比較平緩的陸棚環(huán)境能否發(fā)育其它類型的沉積呢?

在地質(zhì)學(xué)中最早,也是最常用的“斜坡”(slope)概念,主要是指“陸坡”(shelf slope),即陸架邊緣的斜坡地帶,而坡折也一般是特指陸架坡折,即外陸架與陸坡的地形由緩變陡的轉(zhuǎn)折部位。國際上研究的熱點——深水沉積體系也主要是指與陸坡相聯(lián)系的沉積體系[3～15]。但按更廣泛的地貌學(xué)的概念理解,不論是海相盆地還是陸相盆地,不論在沉積盆地中還是在剝蝕區(qū),地形的突然轉(zhuǎn)折都是很普遍的現(xiàn)象,單就地形坡度發(fā)生了明顯突變的地帶而言,坡折帶在任何地區(qū)都可以出現(xiàn),只是規(guī)模上存在差異。那么在這些規(guī)模上存在差異的坡折帶附近是否能形成局部的強制海退體系域?

目前,通過對陸相湖盆的研究許多學(xué)者[16-24]提出了湖盆坡折帶的概念,樊太亮[17]提出中國渤海灣盆地勝海地區(qū)東營組多級斷裂坡折帶對深切谷砂體具有明顯的控制作用。王英民等 2002-2004年[18～20]通過對準噶爾、松遼盆地盆地的研究認為在侏羅紀坳陷湖盆中存在明顯的坡折帶,按照坡折帶的成因可將坡折帶分為構(gòu)造坡折帶、侵蝕坡折帶和沉積坡折帶三種主要類型。同時坡折帶又可分為水上坡折和水下坡折,其中水下坡折帶可控制低位域的發(fā)育。劉豪等(2004-2006)[21～24]根據(jù)準噶爾坳陷湖盆的特點,提出了多級坡折帶明顯控制了層序和沉積的發(fā)育。

陸相湖盆的坡折帶發(fā)育特征及其對沉積、層序的模式是否能夠直接應(yīng)用于比較平緩的陸棚背景地區(qū)本研究將以此為線索進行詳細的分析和解剖。

珠江口盆地HZ凹陷位于南海北部珠一坳陷內(nèi),北靠北部斷階帶,南達中央隆起帶的東沙隆起,東西分別與惠陸低凸起和西江凹陷相臨,呈北東走向,是新近紀古珠江三角洲-濱岸沉積體系形成、發(fā)育及演化的主要場所(圖1)。珠江口盆地為一新生代沉積盆地,發(fā)育古新統(tǒng)神狐組、始新統(tǒng)文昌組、漸新統(tǒng)恩平組、中新統(tǒng)珠海組、珠江組、韓江組、粵海組和上新統(tǒng)萬山組。早期(神狐組-恩平組)為斷陷發(fā)育構(gòu)造樣式、中晚期(珠海組-現(xiàn)今)為穩(wěn)定坳陷沉積,其中珠江組主要為坳陷淺海陸棚沉積環(huán)境。

圖1 珠江口盆地惠州凹陷位置圖.圖中B為HZ凹陷三維工區(qū)范圍及珠江組中段PSB6構(gòu)造圖Fig.1 Location of the HZ Sag in the Pearl River Mouth Basin.B shows 3D seismic survey range of the HZ Sag and the structural characteristics of the sequence boundary PSB6 in the Zhujiang Formation Middle Member

本次研究通過嚴格的地震-鉆井結(jié)合,采用強調(diào)客觀物理關(guān)系的思想[27],在珠江組地層中共識別出13個四級層序界面,5個層序界面,2個構(gòu)造層序界面。據(jù)此劃分出1個構(gòu)造層序,4個層序和12個四級層序(圖2)。其中位于珠江組中段PSQ6包括三個體系域,分別為高水位、海侵和強制海退體系域。

圖2 HZ凹陷珠江組層序劃分(SQ-層序,PSQ-四級層序,LST-低水位體系域,TST-海侵體系域,HST-高水位體系域,FRWST-強制海退體系域)Fig.2 The sequence stratigraphic framework of the Lower Miocene in the HZ SagSQ-Sequence,PSQ-4th-order Sequence,LST-Lowstand systems tract,TST-Tansgressive systems tract, HST-Highstand systems tract,FRWST-Forced regressive wedge systems tract

1 珠江組中期沉積坡折帶發(fā)育特征

1.1 坡折帶的識別方法

坡折帶在地震剖面上表現(xiàn)為T0時間急劇變化的部位,地質(zhì)剖面上表現(xiàn)為地層厚度的急劇變化,通過地層等厚圖的編制,可以明顯看到坡折帶為等值線密集,地層厚度由坡折到坡腳急劇增厚[24]。本文中的坡折帶識別主要結(jié)合了地震、鉆測井地層對比以及層序等厚圖等資料,以地震剖面中厚度變化、反射結(jié)構(gòu)分析為出發(fā)點,結(jié)合鉆井地質(zhì)分析,首先在線上開展坡折帶的識別,將不同線上坡折帶可能發(fā)育的位置連接起來進行平面上組合,再將這種組合投影到地層等厚圖上并作局部修改使其更加完善。

1.2 珠江組沉積坡折帶

新近系沉積時期,珠江口盆地惠州地區(qū)發(fā)育了三角洲、濱岸和陸架沉積體系。大量研究資料表明,在三角洲前緣主體位置發(fā)育十分明顯的沉積坡折帶(圖3)。這些坡折帶主要分布在惠州凹陷南部A4-A9井區(qū)附近,坡折帶多呈北東-南西向展布。坡折帶形成規(guī)模具有較大的差異,其中PSQ6的坡折帶發(fā)育規(guī)模較大,其橫向距離約80 km,高差20～60 m,坡折帶斜坡寬度約4 km(圖4)。

1.3 沉積坡折帶發(fā)育成因

圖3 PSQ6底部沉積坡折地震反射特征A是原始地震剖面,B是解釋結(jié)果,沉積坡折帶之下發(fā)育了大型的三角洲沉積Fig.3 The seismic reflection characteristics of the depositional slope break developed at the bottom of sequence PSQ6A is the original seismic profile,B is the interpretation result.A large-scale delta characterized by the reflectance is developed below themain body of the depositional slope break

沉積坡折帶是由于不同地區(qū)沉積速率差異造成地形坡度突變而形成的,對于三角洲沉積來說,在三角洲平原與三角洲前緣的結(jié)合部一般易于形成后期的沉積坡折帶,在地震剖面上一般與前積反射的頂部相對應(yīng)(圖3)。珠江組沉積以前,由于東沙隆起的形成并大幅度抬升,沉積自東向西形成一個明顯的古隆凹格局,隆起地區(qū)廣泛沉積碳酸鹽巖;同時西部地區(qū)的凹陷帶則因為古珠江水系提供大量的陸源碎屑開始沉積三角洲相,從三角洲平原-前緣-前三角洲亞相,因為存在明顯的沉積速率上的差異,導(dǎo)致在三角洲沉積體系以東與碳酸鹽巖隆起區(qū)之間形成了一明顯的呈北東-南西向展布的局部“溝谷”,其中“溝谷”西翼的斜坡就是因為早期的三角洲沉積速率差異所致(圖5、6)。本地區(qū)PSQ6～PSQ9皆發(fā)育這種古地貌背景.SQ4～PSQ5在該地區(qū)發(fā)育的沉積坡折帶亦屬于這種古地貌背景,但是由于其三角洲發(fā)育的規(guī)模相對較小不作為論文討論的重點。

圖4 PSQ6強制海退+海侵域厚度圖(圖中沿著A4-A9井發(fā)育一典型的沉積坡折,坡折上下地層厚度差異明顯)Fig.4 Isopach map of the FRWST and TST of sequence PSQ6(Typical depositional slope breaks are developed along wells A4-A9,and the strata thicknesses up and below the slope break are obviously different)

此外,在本地區(qū)自PSQ10～PSQ17由于東部隆起的逐漸消亡,同時伴隨后期陸源碎屑物質(zhì)不斷充填于“溝谷”低洼地帶,導(dǎo)致這些時期的古地形逐漸趨于平緩。盡管古珠江三角洲仍然十分發(fā)育,但是坡折帶規(guī)模較小,對于陸棚上的低位域控制不明顯。

1.4 沉積坡折帶演化規(guī)律

繼承性發(fā)育

在盆地西南部,自珠江組開始至粵海組頂,三角洲都十分發(fā)育。古珠江水系持續(xù)性提供的物源形成了多期的三角洲體系為沉積坡折帶的發(fā)育奠定了基礎(chǔ),在三角洲前緣帶,即A4井附近,從SB4到SB18,除了SB13界面上沉積坡折帶不明顯外,坡折帶的都呈繼承性發(fā)育(圖7)。

圖5 鉆測井中三角洲沉積與沉積坡折之間的對比關(guān)系Fig.5 Correlation of the drilling holeswhich shows the relationship between delta deposition and depositional slope break

圖6 PSB6界面上下古珠江三角洲-東沙隆起碳酸鹽巖巖隆之間“溝谷”地貌的地震響應(yīng)Fig.6 The seismic response of the“ditch-valley”setting which occurred in the area between the Palaeo-Zhujiang delta and the Dongsha Carbonate buildup up and below the sequence boundary PSB6

間歇性

所謂坡折帶發(fā)育的間歇性,指的是在一定地理位置、時期范圍內(nèi),受同一成因機制控制下的坡折帶在發(fā)育過程中表現(xiàn)為坡折帶的產(chǎn)生和消失的交替出現(xiàn)的規(guī)律.Z凹陷沉積坡折帶間歇性發(fā)育的規(guī)律也較明顯,自下而上,PSQ4～PSQ12坡折帶較發(fā)育,PSQ13坡折帶不發(fā)育,PSQ14～PSQ18坡折帶又發(fā)育,PSQ18之上坡折帶逐漸消失,沉積坡折帶的間歇性發(fā)育表明沉積物供給和海平面升降的差異(見圖7)。

時空遷移旋回性

所謂時空遷移指的是同一類型坡折帶在同一地理位置范圍內(nèi)在不同時期沿陸-海方向的來回遷移。惠州凹陷南部沉積坡折帶在不同時期具有明顯的遷移規(guī)律,不同時期形成的一個遷移周期就構(gòu)了一個遷移旋回,這種坡折帶的遷移反應(yīng)了沉積濱線的不穩(wěn)定性,是海平面變化、局部構(gòu)造活動、沉積物供給以及氣候等共同作用的結(jié)果。在SB4～SB18之間共有5個遷移周期,分別反映5次較大的相對海平面升降變化旋回(圖7)。

旋回一:PSQ4～PSQ7

PSQ4早期是該坡折帶雛形發(fā)育的時期,由陸向海方向遷移,至PSQ7早期(SB7)結(jié)束,SB7上坡折帶在旋回一中向海方向遷移距離最遠.SQ7末期坡折帶開始向陸方向回遷,因此在旋回一中有2個轉(zhuǎn)折點,即SB4、SB7。

旋回二:PSQ8～PSQ10

自PSQ8早期開始,坡折帶繼續(xù)表現(xiàn)為由陸向海轉(zhuǎn)移的演化規(guī)律,在PSQ10末期期坡折帶又出現(xiàn)回遷的現(xiàn)象,該旋回的轉(zhuǎn)折期點為SB10。

旋回三:PSQ11～PSQ13

PSQ10沉積結(jié)束后,沉積坡折帶又向海方向遷移,至PSQ13早期結(jié)束。因此該旋回末期SB13是一個重要的轉(zhuǎn)折點。

旋回四:PSQ14～PSQ16

坡折帶再次由陸向海方向再次遷移直至PSQ16晚期結(jié)束,PSQ17初坡折帶向陸方向回移,因此SB16是該旋回中的一個轉(zhuǎn)折期

旋回五:PSQ17～?

SB18以上坡折帶在研究工區(qū)內(nèi)不發(fā)育,該旋回是一個不完整的旋回。

2 沉積坡折帶與局部低水位期沉積的關(guān)系——以PSQ6為例

2.1 低水位期沉積發(fā)育特征

層序地層學(xué)研究結(jié)果表明,PSQ6具有明顯的三分層序結(jié)構(gòu),其中低水位期的沉積特征十分明顯。在鉆井上,初始海泛面主要位于比較明顯的以加積-進積為主的反旋回頂部,其發(fā)育的泥巖厚度要遠遠小于最大海泛面時期形成的凝縮層(圖5),地震資料解釋揭示低水位期沉積分布局限在A4～A8井與灰?guī)r頂以西的地帶,以斜交型前積-丘狀反射為主(圖3、6),砂體識別結(jié)果該低位期主要由2套砂體構(gòu)成(圖8)。

鉆井揭示砂巖厚度普遍在2 m以上,A4井區(qū)砂巖厚度最大,達22 m。含砂率普遍在2%以上,A4井區(qū)含砂率最大,達40%,沉積相類型單調(diào),僅在南部地區(qū)發(fā)育,主要為淺海和陸架砂相。

2.2 低水位期沉積成因討論

圖7 沉積坡折帶繼承性發(fā)育特征(A為實際地震剖面,B為地震反射結(jié)構(gòu)及沉積坡折帶解釋結(jié)果)Fig.7 The inheritance development feature of depositional slope breaks (A is the practical seismic profile,B is the interpretation results of seismic reflectance textures and depositional slope breaks)

海退以兩種不同的方式產(chǎn)生:①如果沉積物注入量超過了沉積物容納空間的增長量的情況下,即使處于海平面上升的背景下,也會產(chǎn)生濱線向海方向的遷移從而產(chǎn)生海退,這種海退稱之為正常海退;②在海平面相對下降期,沉積物可容空間增長速率呈負值,導(dǎo)致沉積物供給速率總是大于可容空間增長速率,即使沒有沉積物注入也會產(chǎn)生海退,有沉積物注入則更要產(chǎn)生海退,因此就把由海平面下降產(chǎn)生的海退稱之為強迫型海退[27～29]。

由強制海退形成的一系列前積楔稱為強制海退體系域(forced regressive wedge systems tract),在緩坡邊緣上,相對海平面下降期間沒有過路沉積物被輸送到盆底,沉積物可能被沉積為一組逐級下降的前積楔[28,29]。

PSQ6低位期沉積地震特征表現(xiàn)為典型的斜交型前積反射(圖3、6),砂體呈條帶狀孤立分布,以一個沉積物超越帶同高水位沉積體相區(qū)分,沉積相研究結(jié)果表明該組砂體為遠離物源區(qū)的淺海陸架沉積,運用強制海退成因?qū)@些些呈孤立狀分布于陸架上的砂體解釋可能更為合理。同時位于坡折帶上部地層發(fā)育明顯的地層削蝕,常以下切谷的形式出現(xiàn)[25]。如果將坡折帶斜坡帶與上坡腳之間的夾角看成是陸棚上的次一級濱岸線,這恰好與Posamentier等[27]提出的強制性海退概念一致,因此初步認為形成的此類低位砂體以強制海退砂為主。

2.3 沉積坡折帶與強制海退體系域的保存

從已識別的沉積坡折帶與強制海退體系域發(fā)育范圍展布關(guān)系上看,強制海退體系域基本上位于沉積坡折帶以西與東沙隆起之間的狹長低洼地帶,緊鄰沉積坡折帶發(fā)育,二者匹配關(guān)系良好(圖5、圖6)。

一般來說在寬緩的陸棚上,當海平面強制下降,低水位期沉積物除了陸棚上的河流侵蝕形成的下切谷,更多的前積楔主要沉積在陸棚坡折帶斜坡及其下部,而陸棚上則無法保留前積楔沉積.Z地區(qū)強制海退體系域的發(fā)育和保存得益于早期高位域建設(shè)性三角洲形成的沉積坡折帶和東部東沙隆起上的碳酸鹽巖沉積,東沙隆起生物礁生長為純海相沉積環(huán)境的產(chǎn)物,遠離物源區(qū),水體清潔透明,礁體單體面積和厚度較大,類型多,分布廣,為臺地邊緣礁,屬于清水-咸水型成礁模式,意味著PSQ5高位期三角洲的沉積對生物礁的生長影響甚小,三角洲與碳酸鹽臺地之間水體相對較深,可容空間較大,因此在三角洲與碳酸鹽巖臺地之間形成一“溝谷”古地貌,沉積坡折帶的形成為強制海退體系域的發(fā)育提供了古地貌背景;同時碳酸鹽臺地的發(fā)育又起到良好的遮擋作用。盡管HZ凹陷處于陸棚之上,當海平面下降,陸棚之上沉積可容空間逐漸減小,沉積物向海推進;當海平面進一步下降至陸架坡折帶以下,陸棚環(huán)境的大部分地區(qū)主要遭受剝蝕或表現(xiàn)為沉積物過路,由于存在一明顯的“溝谷”低洼地區(qū),為沉積物的沉積和保存提供了一定的空間(圖6)。因此,在海平面下降的低位時期,沉積坡折帶上下存在明顯的可容空間差異,坡上沉積可容空間較小,受各種海流的影響沉積物遭受一定的侵蝕,被剝蝕的沉積物將被帶入可容空間較大的低洼部位,形成明顯的前積楔沉積。故這種“溝谷”古地貌為強制海退體系域的發(fā)育和保存提供了良好條件。

3 沉積坡折帶控制低位域的油氣意義

強制性水退所形成的進積砂體能夠直接覆蓋在下部層序高水位體系域所形成的淺海相泥巖上,其上覆蓋著水進域和高位域暗色泥巖,可形成有利的生、儲、蓋組合,易發(fā)育大面積錯疊連片的巖性油氣藏。

在實際研究中,通過振幅提取、波阻抗反演等開展了低位砂體的精細刻畫發(fā)現(xiàn)在PSQ6層序內(nèi)部強制海退砂體十分發(fā)育且以條帶狀孤立分布,與構(gòu)造展布十分匹配,可形成多個地層-巖性圈閉(圖9)。同時由于該強制性低位砂遠離物源區(qū),砂體之下廣泛沉積了HST5前三角洲或陸架泥,之上為海侵體系域泥巖沉積,圈閉的封堵條件十分理想;此外,油田開發(fā)及油氣顯示表明,PSQ6兩套低位砂屬于本地區(qū)主力油層K22砂層組[25],儲集條件較好,屬性及波阻抗反演結(jié)果亦反映出砂體十分發(fā)育;同時低位砂北部緊靠斷裂,可通過這些斷裂將北部生油凹陷的油氣具運移至低位砂中,具備很好的油源溝通條件(圖9)。因此由沉積坡折帶控制的強制性水退低位砂對于指導(dǎo)隱蔽性油氣藏的勘探工作具有重要的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

(1)珠江組沉積時期HZ凹陷西南部廣泛發(fā)育三角洲沉積,由于平原-前緣-前三角洲亞相之間的差異沉降導(dǎo)致在該地區(qū)形成沉積坡折帶。

(2)沉積坡折帶的發(fā)育具有明顯的繼承性、間歇性和時空遷移旋回性,這與沉積物供給、海平面升降以及早期古地貌特征等有很大的關(guān)系。

(3)不是所有沉積坡折帶都能控制低水位期沉積的形成,特殊的古地貌-早期高位域建設(shè)性三角洲與東部碳酸鹽巖臺地之間形成的“溝谷”才能控制后期層序內(nèi)部局部強制海退體系域的發(fā)育。

(4)圈閉要素初步地質(zhì)分析表明,強制性水退所形成的進積砂體能形成較好的形態(tài)圈閉,圈閉封堵、儲集、油源條件很好,對于指導(dǎo)隱蔽性油氣藏的勘探工作具有重要的指導(dǎo)意義。

圖8 PSQ6強制海退體系域砂體識別,發(fā)育2套砂體A是波阻抗反演剖面,黃色-紅色表示高阻抗值的砂巖,B是強制海退砂體的解釋結(jié)果Fig.8 Recognition of the FRWST6 sandbodies,2 sets of sandbodies are developed in FRWST (A is the wave impedance inversion section,the yellow-red area represents the high value of wave impedance, which reflects the developing characteristics of sandbodies.B is the interpretation result of FRWST sandbodies)

圖9 強制海退體系域砂體與構(gòu)造形態(tài)的匹配關(guān)系Fig.9 Thematching relationship between FRWST6 sandbodies and the structural forms

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Depositional Slope Break in Shallow M arine Shelf Setting and Its Control on Regional Forced Regressive W edge System s Tract

LIU Hao1WANG Ying-min2WANG Yuan2

(1.School of Ocean Sciences,China University of Geosciences,Beijing 100083; 2.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249)

During the deposition of the Miocene Zhujiang Formation,the HZ Sag in the Pearl River Mouth Basin, South China Sea,was a stably deposited shelf setting.A large-scale paleo-Pearl River water system was developed in the western part of the study area and provided abundant terrestrial clastic deposits for the large-scale Pearl River delta.A case study on sequence PSQ6 has been carried out in this paper.The depositional slope break of sequence PSQ6 is characterized by a certain developing scale of about4 km slope width,20-60 m height difference and 80 km transverse distribution range.Depositional slope breaksweremainly developed during the ending time of the depositional period of highstand systems tract delta of underlying sequence.A regional“ditch-trough”system was formed along the area between depositional slope break and carbonate buildup in the eastof prodeltaic subfacies,thus provided a favorable paleogeomorphic setting for the deposition and preservation of PSQ6 forced regressive wedge systems tract (FRWST)and furthermore controlled the development of regional forced regressive wedge in shelf environment.The forced regressive sandbodies are easily formed due to the“ditch-trough”paleogeomorphic setting in shelf environment.The prograded sandbodies directly cover the shallow marine mudstones of the underlying sequence highstand systems tract and are overlaid with the dark-colormudstones of transgressive and highstand systems tracts,thus a favorable source-reservoir-caprock assemblage is formed and stratigraphic-lithologic hydrocarbon accumulations usually occur in these areas.

Pearl River Mouth Basin;Zhujiang Formation;depositional slope break;forced regressive wedge systems tract

劉豪 男 1974年出生 博士 副教授 礦產(chǎn)普查與勘探 E-mail:forest_lh@sina.com

P512.2

A

1000-0550(2011)05-0906-11

①國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)課題(編號:2007CB411705/2007CB411703)和國家自然科學(xué)基金項目(批準號:40572067)共同資助。

2010-08-21;收修改稿日期:2010-11-05