戴朝成， 鄭榮才， 戴朝勇

(1.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330000;2.成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059;3.吉首鐵路學(xué)校，湖南 吉首 416000)

深水沉積領(lǐng)域是目前全球油氣勘探與研究的前緣(龐雄等，2007a，2007b)，近20年來(lái)，深水扇已成為國(guó)際石油產(chǎn)量與儲(chǔ)量增長(zhǎng)的主體，并在國(guó)際學(xué)術(shù)界獲得高度重視，如1997年AAPG“深水碎屑沉積過(guò)程及儲(chǔ)層意義年會(huì)、1998年4月倫敦地質(zhì)協(xié)會(huì)舉辦的“當(dāng)今深水研究最重要進(jìn)展”的討論會(huì)、2003年GCSSEPM 第23 屆以“陸架邊緣三角洲及陸坡沉積系統(tǒng)的全球意義及今后的勘探潛力”為主題的Houston年會(huì)等。彭大鈞等(2005);龐雄等(2005)認(rèn)為，深水濁流及其有關(guān)沉積和儲(chǔ)層在今后至少25年內(nèi)將成為油氣勘探開發(fā)研究的熱點(diǎn)。然而，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)深水沉積作用、沉積特點(diǎn)以及沉積模式存在較大的分歧(李云等，2011;李相博等，2013;李存磊等，2012)，自20 世紀(jì)60年代初Bouma(1962)提出濁流沉積之后，深水沉積研究經(jīng)歷了一個(gè)認(rèn)識(shí)上的螺旋式上升旋回(李相博等，2013)，其中以Walker(1978)的綜合扇模式最為經(jīng)典并被廣泛使用，但隨著人們對(duì)深水沉積的深入研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已充分認(rèn)識(shí)到深水沉積中不僅存在濁流，而且通常是碎屑流、濁流、牽引流共同作用的結(jié)果，現(xiàn)代和古代深水扇系統(tǒng)比預(yù)想的要復(fù)雜得多(Shanmugam，2000，2002，2003，2006)。深水沉積體系的發(fā)育及空間展布受多方面因素的控制(彭大鈞等，2006;劉睿等，2013)。

目前深水扇儲(chǔ)集砂巖在國(guó)外眾多盆地中被發(fā)現(xiàn)(周蒂等，2007)，隨著我國(guó)深水油氣勘探的不斷深入，先后在南海北部深水區(qū)發(fā)現(xiàn)了珠江深水扇系統(tǒng)、紅河海底扇(Wang et al.，2011)，南海西北次海盆深水扇系統(tǒng)(劉睿等，2013)，其中珠江口盆地深水扇的發(fā)現(xiàn)為中國(guó)油氣勘探中的重大突破，證實(shí)自30Ma 以來(lái)深水扇密集地分布在我國(guó)的近海海域內(nèi)，并以其宏大的規(guī)模、典型的結(jié)構(gòu)及巨大的勘探前景引起國(guó)內(nèi)外的關(guān)注(龐雄等，2006)。深入展開深水扇的研究將是我國(guó)油氣界與科學(xué)界的重大任務(wù)。本文以珠江口盆地白云凹陷深水扇識(shí)別標(biāo)志、沉積相特征和控制因素進(jìn)行分析，以期為深水扇研究提供更多基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 地質(zhì)概況

珠江口盆地位于中國(guó)廣東省大陸外側(cè)南海北部大陸架上的海南島與臺(tái)灣島之間，東經(jīng)111°—118°00′，北緯18°30′—23°00′，呈NE 走向，屬于大致平行于華南大陸岸線的陸架和陸坡區(qū)海域，是華南大陸的水下延伸部分(圖1)，珠江口盆地是一個(gè)新生代被動(dòng)大陸邊緣的張性斷陷盆地(鐘建強(qiáng)，1994)。在中—新生代經(jīng)歷了早白堊世裂前階段、晚白堊世—漸新世初裂谷階段、晚漸新世—早中新世沉降階段和中中新世—第四紀(jì)斷塊升降四個(gè)構(gòu)造演化階段(邵磊等，2004)，其中裂谷階段沉積了古新統(tǒng)至始新統(tǒng)的神狐組、文昌組和恩平組，沉降階段沉積了漸新統(tǒng)-下中新統(tǒng)的珠海組和珠江組，斷塊升降階段發(fā)育了中中新統(tǒng)-上中新統(tǒng)的韓江組、粵海組和上新統(tǒng)的萬(wàn)山組(圖2)。由北向南可劃分為5個(gè)NE 向的大型構(gòu)造單元，即北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶，各個(gè)構(gòu)造單元又可以分為若干個(gè)次級(jí)凹陷和低隆起(圖1)。白云凹陷位于珠Ⅱ坳陷的東部，是盆地內(nèi)規(guī)模最大和最深的凹陷，凹陷區(qū)水深200 ～2 000 m，為一個(gè)處于陸棚邊緣斜坡帶的沉積凹陷，具有十分優(yōu)越的油氣地質(zhì)條件(代一丁，1999)。

圖1 珠江口盆地構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Tectonic diagram of Pearl River Mouth basin

2 沉積相標(biāo)志

2.1 巖石學(xué)特征

白云凹陷中新統(tǒng)珠江組砂巖粒度以中-粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，次為長(zhǎng)石巖屑砂巖(圖3)。砂巖的成分成熟度低而結(jié)構(gòu)成熟度較高，分選較好和泥質(zhì)含量極低，砂巖中石英碎屑含量為60. 67% ～70.55%，平均64.26%;長(zhǎng)石碎屑含量17.21% ～23.7%，平均20.33%;巖屑11.65% ～17.66%，平均15.42%左右。砂巖中發(fā)育有塊狀層理(圖4A)，具特征的逆粒序和逆-正粒序?qū)永?圖4B)，近源濁流鮑瑪序列(圖4C)，同時(shí)在坡腳-盆地相泥巖中的粉砂巖夾層中含有顆石藻化石，出現(xiàn)等深流沉積沙紋層理的粉砂巖透鏡體(圖4D)，這些特征都反映深水沉積環(huán)境背景條件下的重力流沉積標(biāo)志。因此，珠江組砂巖屬于深水扇砂質(zhì)顆粒流和碎屑流兩種類型的重力流沉積，以砂質(zhì)碎屑流沉積占主導(dǎo)位置。它是高密度的顆粒流在高速流動(dòng)過(guò)程中受外來(lái)物質(zhì)(被侵蝕的泥、粉砂和海水)摻合影響形成，流體密度和性質(zhì)發(fā)生變化而形成的另一類顆粒濃度中等至較高，泥質(zhì)含量低至中等的層狀塑性流體。

圖2 珠江口盆地層和沉積相綜合柱狀圖Fig.2 Columnar section of stratum and sedimentary facies of Pearl River Mouth Basin

2.2 粒度分布特征

珠江組深水沉積砂巖的概率曲線主要表現(xiàn)為兩段式，由牽引和懸浮兩次總體組成，以牽引總體為主，累計(jì)概率曲線較平緩，粒度分布范圍較寬，可延至細(xì)砂和粗砂，伴有凝結(jié)過(guò)程中的泥礫和順層排列板條狀碎片，是由于碎屑流內(nèi)部順層剪切作用的結(jié)果。砂質(zhì)碎屑流表現(xiàn)為沉積物的整體凍結(jié)沉降，但重力分異對(duì)較重的顆粒更有效，線段陡并向著細(xì)端逐漸變平。常成一波折的、向上凸的曲線，以很低的坡度延伸，分選中等，礦物成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都較低。在C-M 圖上(圖5)，珠江組砂巖的C 值與M 值平行于C=M 基線分布，反映珠江組砂巖以重力流沉積為主。

2.3 地球化學(xué)特征

地球化學(xué)分析不僅能反映研究區(qū)的物源特征，同時(shí)也能反映沉積時(shí)區(qū)域構(gòu)造背景(朱志軍等，2012;李云等，2013)，珠江組深水扇沉積發(fā)生在23.8 Ma之后，這期間珠江口盆地曾經(jīng)歷過(guò)幾次強(qiáng)烈海退，古珠江三角洲受海平面大幅度下降影響，數(shù)次跨過(guò)陸架進(jìn)入到陸架邊緣及更深水的陸坡沉積區(qū)(鄭榮才等，2012)，本文擬通過(guò)深水扇沉積物的稀土、微量元素地球化學(xué)特征分析物源區(qū)構(gòu)造背景，為深水扇沉積時(shí)所需的構(gòu)造壞境提供依據(jù)。

圖3 白云凹陷X-1 氣田珠江組砂巖分類三角投點(diǎn)圖Fig.3 The triangular diagram for sandstones of the Zhujiang Formation in the Baiyun Sag X-1 gas field

本次分別從X-l、X-2、X-3、X-4 和X-5 井采集10 件巖芯的泥巖樣品進(jìn)行稀土元素地球化學(xué)分析。稀土元素分析在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)方法通則DZ/T0223—2001和海洋沉積物化學(xué)分析方法GB/T20260 -2006，測(cè)試結(jié)果相對(duì)偏差均小于2%。珠江組泥巖樣品稀土分析結(jié)果如表1 所示，稀土總量(ΣREE)介于128.87 ～231.68 μg/g 之間，平均值為175.41 μg/g，明顯高于大陸地殼平均值(146.37 μg/g)而接近北美頁(yè)巖平均值(173. 21 μg/g)。(La/Yb)N為10.38 ～13.95，平均值為11.41，表明輕、重稀土元素分異大。采用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)深水沉積10 件泥巖樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其稀土元素配分模式基本一致(圖6)，具明顯“右傾”特點(diǎn)，說(shuō)明輕稀土元素分餾程度較高，重稀土元素分餾程度較低，Eu 明顯負(fù)異常。

據(jù)Elderfield 提出了Ceanom 指數(shù)，其計(jì)算公式為:Ceanom =lg［3CeN/(2LaN+NdN)］，式中N 為一個(gè)給出樣品的北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化值。目前，Ceanom指數(shù)已被作為判斷古水介質(zhì)氧化還原條件的標(biāo)志。以Ceanom ＞-0.1 表示Ce 的富集，反映水體呈缺氧的還原環(huán)境;而Ceanom ＜-0.1 表示Ce 虧損，反映水體呈氧化環(huán)境。珠江組各泥巖的Ceanom 指數(shù)均大于-0.1，代表珠江組沉積時(shí)水體呈缺氧的還原環(huán)境，這一分析數(shù)據(jù)與珠江組砂巖為碎屑流沉積環(huán)境相符。

2.4 地球物理特征

通過(guò)地球物理方法識(shí)別深水扇是油氣勘查中較為常用的方法之一(張忠濤等，2011)，龐雄等(2006)、王聰?shù)?2013)在珠江口盆地、南海西北次海盆、鶯歌海盆地等盆地中識(shí)別出深水扇沉積體。龐雄(2007)通過(guò)對(duì)白云凹陷地震剖面研究，識(shí)別出盆底扇、斜坡扇(圖7)。盆底扇具有低角度的丘狀外形，扇內(nèi)具有平行-亞平行強(qiáng)振幅反射，反射波組向外扇區(qū)逐漸收斂成高頻反射;盆底扇通常有多水道供給，形成多個(gè)朵葉復(fù)合體。斜坡扇位于陸坡中下部，為盆底扇向物源供應(yīng)一側(cè)較為雜亂的地震反射相，有明顯的水道天然堤系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有丘形、海鷗翼狀、水道遷移等(龐雄等，2006)。

3 沉積相劃分

深水扇是重力流沿海底峽谷流動(dòng)，穿過(guò)陸棚和斜坡流入斜坡腳-深海盆地時(shí)形成的扇狀沉積體，深水扇一般分布在斜坡腳的峽谷口處，也常常彼此連接成陸隆，有時(shí)也可長(zhǎng)距離地延伸到深海平原上。理論上，該沉積體系可劃分為深水扇內(nèi)扇、中扇和外扇三個(gè)亞相(Walker，1978;姜在興，2002)。

3.1 水道顆粒流微相

X 氣田取芯段內(nèi)扇和中扇水道顆粒流微相由極疏松的淺灰色塊狀中-粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖組成，單層砂體較薄，厚一般為0.15 ～0.2 m，在單個(gè)顆粒流沉積的砂體中，大多數(shù)發(fā)育有特征的逆粒序或逆粒序→正粒序結(jié)構(gòu)(圖8)，在垂向剖面上常與水道間(或廢棄水道)相鄰發(fā)育，或連續(xù)疊置形成非常好的儲(chǔ)集體。

3.2 水道砂質(zhì)碎屑流微相

在白云凹陷X 氣田取芯段砂質(zhì)碎屑流沉積廣泛發(fā)育，巖性以淺灰色塊狀中-粗粒和含細(xì)礫石的粗粒-極粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，部分為中-細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖組成的韻律層，其中粗粒砂巖韻律層中產(chǎn)有呈漂浮狀產(chǎn)出的同生泥礫，局部礫級(jí)大小的生物碎片含量較高，并由同生泥礫或生屑含量變化顯示出正粒序和逆粒序→正粒序結(jié)構(gòu)。在垂向剖面上，往往由數(shù)個(gè)被底沖刷面分割的單砂體連續(xù)疊置形成大砂體(圖8)，并由顆粒流沉積逐漸過(guò)渡為砂質(zhì)碎屑流的連續(xù)沉積，形成充填內(nèi)扇和中扇水道的大砂體。此類砂體往往具有很好的物性和寬闊的分布范圍，是最有利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集砂體發(fā)育的沉積微相。

表1 白云凹陷X-1 氣田珠江組泥巖稀土元素地球化學(xué)參數(shù)表Table 1 REE parameters of mudstones from the Zhujiang Formation in the Baiyun Sag X-1 gas field

圖4 白云凹陷X-1 氣田珠江組砂巖沉積相標(biāo)志Fig.4 Sedimentary facies marks of sandstone of Zhu Jiang Formation in Pearl River Mouth Basin X-1 gas field

3.3 水道間微相

水道間指水道沉積之間細(xì)粒的部分，通常以充填遠(yuǎn)洋懸浮沉積的泥巖為主，它在取芯段中較為發(fā)育，巖性為深灰色、暗色泥巖，具變形紋層理。在垂向剖面上位于水道顆粒流和砂質(zhì)碎屑流之間，呈巖性突變關(guān)系(圖8)。水道間微相由于沉積物較細(xì)，以泥質(zhì)為主，不利于儲(chǔ)層發(fā)育，常形成儲(chǔ)集砂體之間的致密隔層。

3.4 近源和遠(yuǎn)源濁流微相

顆粒流和砂質(zhì)碎屑流在搬運(yùn)過(guò)程中，隨著水體的加入，至扇中下游和外扇部位，進(jìn)一步稀釋為近源-遠(yuǎn)緣低密度濁流沉積為主，?？梢婖U瑪序列，在X 氣田取芯段近源和遠(yuǎn)源濁流巖性以灰色含砂質(zhì)和生物碎片泥巖為主，生物碎片為有孔蟲類化石，其中含較多扁平狀泥礫和變形構(gòu)造，近源和遠(yuǎn)源濁流微相因泥質(zhì)含量高，不利于儲(chǔ)層發(fā)育，常形成差儲(chǔ)集或者隔層。

4 沉積相模式

圖5 X-1 氣田珠江組砂巖粒度分析C-M 交會(huì)圖Fig.5 C-M diagram of Zhujiang Formation sandstones X-1 gas field

圖6 白云凹陷X-1 氣田珠江組泥巖稀土元素配分模式Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution diagram of the mudstones from the Zhujiang Formation in the Baiyun Sag X-1 gas field

珠江口盆地白云凹陷在漸新世-中新世之間的23.8 Ma 期間曾經(jīng)發(fā)生一次極為強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升運(yùn)動(dòng)—白云運(yùn)動(dòng)(彭大鈞等，2005)，形成大規(guī)模海退及之后的快速海侵事件，這一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)區(qū)域性海平面大幅度的升、降和珠江組沉積物的物源供給、沉積環(huán)境和沉積格局產(chǎn)生了極為深刻的影響和巨大的變化。在大規(guī)模白云運(yùn)動(dòng)的作用下，南海擴(kuò)張脊向南躍遷，珠江流域突然向西擴(kuò)展，沉積物源區(qū)由東南沿海海西-燕山期花崗巖分布區(qū)延伸到云貴高原及青藏高原東麓一帶(李云等，2013)，白云凹陷荔灣地區(qū)由珠海組發(fā)育的陸架邊緣三角洲沉積體系突變?yōu)橹榻M深水扇沉積(龐雄等，2005)，在相當(dāng)陸棚暴露期間的低位早期，來(lái)自于陸架邊緣三角洲的大量沉積物，在各種觸發(fā)機(jī)制下，隨重力流沿大陸坡上的峽谷搬運(yùn)到深海區(qū)，并在坡內(nèi)盆地堆積形成直接超覆在珠江組底部層序界面之上的深水扇沉積，提出珠江組初始海侵背景條件下的深水扇理想沉積模式(圖9)。隨著沉積充填作用的進(jìn)行和相對(duì)海平面上升的低位中、晚期，扇體逐漸向大陸一側(cè)遷移，沉積物不斷在陸坡上堆積形成斜坡扇沉積。

圖7 白云凹陷珠江組深水扇地震剖面及解釋(剖面長(zhǎng)約50 km)Fig.7 Seismic section and interpretation of submarine fan in Zhujiang formation，Baiyun depression(the length of the section is about 50 km)

圖8 內(nèi)扇水道顆粒流和砂質(zhì)碎屑流沉積序列和剖面結(jié)構(gòu)Fig.8 Sedimentary sequence and Sectional Characteristics of grain flow and sandy debris flow in inner fan channel

5 認(rèn)識(shí)

(1)根據(jù)珠江口盆地白云凹陷中新統(tǒng)珠江組砂巖的沉積相標(biāo)志識(shí)別出深水扇沉積體，將深水扇劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇三個(gè)亞相和水道顆粒流、砂質(zhì)碎屑流、水道間、近源和遠(yuǎn)源濁流等微相。其中水道顆粒流、砂質(zhì)碎屑流為最有利優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集砂體發(fā)育的沉積微相。在區(qū)域研究的基礎(chǔ)上提出珠江組初始海侵背景條件下的深水扇理想沉積模式。

圖9 珠江口盆地白云凹陷深水扇理想沉積模式圖Fig.9 Ideal depositional model of Deep-Water Fan in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin

(2)深水扇沉積是目前全球油氣勘探與研究的前緣，在我國(guó)南海和東海亦發(fā)育大量深水扇沉積儲(chǔ)集層，深水扇沉積砂體可通過(guò)巖石學(xué)特征、古生物特征、地球物理和地球化學(xué)等特征加以識(shí)別，即使在深水扇沉積作用的地質(zhì)概念、沉積過(guò)程和沉積模式等諸多方面仍存在較大分歧，隨著深水油氣勘探開發(fā)和研究深入，深水扇沉積成因機(jī)制和油氣成藏規(guī)律將逐步得到深化。

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