錢　星，張　莉，易　海，韋振權，帥慶偉

(國土資源部 海底礦產資源重點實驗室 廣州海洋地質調查局，廣州　510075)

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南海北部雙峰南陸坡深水區(qū)早—中中新世沉積充填特征及其影響因素

錢星，張莉，易海，韋振權，帥慶偉

(國土資源部 海底礦產資源重點實驗室 廣州海洋地質調查局，廣州510075)

摘要：深水陸坡沉積是近年來我國海域油氣勘探關注的重點。利用二維多道地震剖面及周邊鉆井資料，以外部形態(tài)和內部結構相結合的方式對南海北部雙峰南陸坡區(qū)早—中中新世地層進行地震相分析，識別出斜交型前積、丘狀前積、席狀雜亂、席狀平行4種地震相類型。結合研究區(qū)古地理及其鄰區(qū)同時期的構造—沉積演化分析，認為其主要發(fā)育了陸架邊緣三角洲、斜坡扇及滑塌體3種典型的沉積體，它們的發(fā)育與演化是構造運動、相對海平面變化及物源三方因素相互作用的結果。以華南及古珠江供源的三角洲體系是影響陸坡區(qū)沉積體系發(fā)育的最重要因素，是沉積體系發(fā)育的物質基礎，構造運動和相對海平面變化為陸坡區(qū)沉積體系的發(fā)育提供了可容納空間。

關鍵詞：沉積特征；影響因素；早—中中新世；陸坡深水區(qū)；南海

南海北部陸坡整體呈北東向展布，東起臺灣東南端，西至西沙海槽西南端口。依據陸坡走向、地形地貌等特征可自西而東依次劃分為鶯瓊、神狐、珠江海谷、東沙及臺灣淺灘5個陸坡段[1]。

雙峰南陸坡位于珠江海谷陸坡的下陸坡段，長約110 km，水深等深線呈NE向展布，由NW向SE逐漸變深，水深變化范圍2~3 km，屬超深水區(qū)(圖1)。其東與白云陸坡相鄰，西為具有大陸裂谷特征的西沙海槽，向南則逐漸與洋盆過渡，特殊的地理位置及其復雜的構造發(fā)展史，是研究深水區(qū)陸坡沉積的理想場所。

圖1　南海北部雙峰南陸坡區(qū)構造

研究分析表明[2]，雙峰南陸坡自下而上可劃分為3個構造層序，在構造活動、海平面變化、海盆擴張及物源供給等因素因時而異的綜合作用下，各構造層都表現出其獨特的沉積充填結構特征。其中，中構造層對應于早—中中新世時期，經歷了由淺水陸架逐漸向深水演變的沉積環(huán)境背景，發(fā)育了一系列獨特的沉積體類型。

眾所周知，沉積充填和重要沉積體系的分析對正確認識生儲蓋的發(fā)育和分布起著關鍵作用，更是預測有利儲集體和正確認識烴源巖的重要基礎。因此，深入解析陸坡區(qū)該構造層序內部沉積充填特征，分析各因素對沉積體系的發(fā)育控制及分布，對明確未來南海北部陸坡深水區(qū)勘探目標、降低勘探風險都具有重要的實際指導意義。本文以研究區(qū)詳實的二維多道地震剖面為基礎，從地震相特征分析入手，解析其早—中中新世沉積充填特征，并對其影響因素進行分析。

1區(qū)域地質概況

南海北部陸緣位于特提斯和古太平洋疊合部位，中生代以來，在印支期、燕山期和喜馬拉雅期3期構造運動的作用下，形成了其復雜的構造演化史。自晚白堊世以來，南海南北部陸緣先后經歷了3次拉張裂離過程，并呈現出由北往南的不斷發(fā)展之勢[3-6]。早古近紀一系列由NE和EW向邊界斷層控制的具有半地塹幾何結構的斷陷構成了珠江口盆地珠二凹陷，與周圍隆起區(qū)形成隆凹相間的地貌格局。

晚漸新世以來，在巖石圈持續(xù)伸展作用的影響下，南海海盆開始擴張，南海北部大陸邊緣由早期太平洋型活動陸緣向新生代邊緣海被動大陸邊緣轉換[7]。隨著巖石圈和地殼厚度向海盆方向的逐漸減薄，以及區(qū)域構造的進一步作用，在雙峰南陸坡區(qū)發(fā)育了一系列呈NE走向的斷裂體系(圖2)，并伴隨著一系列的火山活動，研究區(qū)由原先隆凹相間的地貌格局逐漸發(fā)展為整體向海盆方向傾斜沉降的斜坡，奠定了現今陸坡地貌之格局。

對雙峰南陸坡區(qū)北部XPx-1-1鉆井古生物資料及陸坡區(qū)地震剖面的對比與追蹤分析表明[2]，其主要發(fā)育了自始新世以來地層，自下而上可以劃分出3個構造層組，分別對應于陸緣初始張裂、陸緣向南傾斜形成陸坡雛形及陸坡進一步傾斜沉降3個演化階段。

圖2　南海北部雙峰南陸坡區(qū)早中新世(T6)構造綱要

自始新世以來，陸坡區(qū)海平面總體呈不斷上升趨勢，總體經歷了從湖相—海陸交互—海相的沉積環(huán)境轉變過程。漸新世末的T6界面(23.8 Ma)是南海北部的沉積突變面[8-9]，位于雙峰陸坡東部的ODP1148站位在沉積速率、巖石地球化學分析、孢粉及有機質含量等方面都表現出明顯的突變[10]，指示出南海北部地區(qū)自漸新世末期以來由淺海向深水的沉積環(huán)境轉變。

2沉積充填特征

2.1地震相類型

以外部形態(tài)和內部結構相結合的分類方式，對研究區(qū)早—中中新世地層進行地震相分析，識別出4種具有典型特征的地震相。這些地震相于特定的地質背景下，在剖面上有規(guī)律的組合變化指示了研究區(qū)相關沉積體系的發(fā)育。

(1)斜交型前積相，發(fā)育于研究區(qū)陸架坡折中上部地區(qū)，地震相外形似掃帚狀，沿前積方向呈中間厚兩側薄的形態(tài)特征。地震反射連續(xù)性好，振幅強弱變化均勻，內部由相對傾斜且相互平行的反射結構組成，發(fā)育有前積層和較厚的頂積層(圖3a)，往往代表了三角洲沉積。

(2)丘狀前積相，主要見于陸坡中部地區(qū)，沉積于受斷裂及火山巖體控制的微盆地內。丘狀體內部地震反射連續(xù)性較好，中—強振幅，反射層呈平行結構，有明顯的下超、上超特征(圖3b)，指示了低水位時期，沉積物越過陸坡向海盆方向推進的沉積過程，為斜坡扇沉積。

(3)席狀雜亂相，多發(fā)育于陸坡中下部地區(qū)。以地震同相軸錯亂不連續(xù)、地震反射振幅弱為特征(圖3c)，是地層內部組成及產狀紊亂的地震響應，代表了一種深水環(huán)境下的滑塌或重力流沉積。

(4)席狀平行相是陸架區(qū)常見的地震相類型，披蓋于漸新統(tǒng)或基底之上，地震反射中—高頻，中—強振幅，連續(xù)性極好，厚度穩(wěn)定(圖3d)，指示了穩(wěn)定水體下陸架邊緣三角洲垂向加積的沉積過程。

圖3　南海北部雙峰南陸坡區(qū)典型地震相類型與特征

2.2沉積體系構成

根據地震相特征及其展布特點，結合研究區(qū)北部XPx-1-1鉆井及其東部ODP1148站位資料，并與其周邊鄰區(qū)白云陸坡同時期的沉積演化對比分析，認為其主要發(fā)育了3種類型的沉積體。

2.2.1陸架邊緣三角洲

主要見于雙峰南陸坡中上部陸架坡折較平緩地區(qū)，是一種發(fā)育于陸架或近陸架邊緣三角洲，是相對海平面下降或上升早期，沉積物越過陸架坡折向陸坡前方延伸發(fā)育的結果。碎屑物質在向陸坡方向搬運的過程中，于陸架邊緣上發(fā)育巨厚的前緣沉積層，在地震剖面上主要表現為大套的前積三角洲地震反射組合特征(圖4)。

研究區(qū)陸架邊緣三角洲主要表現出2個特征，一是以斜交型前積相形式出現，反映了沉積時期充足的物源供給和較快的堆積速率；二是在地震剖面上呈明顯楔狀外形，沒有底積層但發(fā)育較厚的頂積層，反映了沉積前后由強變弱的水動力背景。其鄰區(qū)白云陸坡研究分析表明[11]，該類型沉積體在白云凹陷北坡珠海、珠江組沉積時期都有發(fā)育。珠海組沉積時期，以大型斜交“S”型組合前積地震反射結構為特征的陸架邊緣三角洲已推進至陸架邊緣附近。在23.8 Ma時期，受“白云運動”地質事件影響，該區(qū)由淺海陸架向深水轉變，陸架邊緣三角洲則隨著陸架坡折逐漸向南遷移，沉積于現今番禺低隆起地區(qū)。

圖4　南海北部雙峰南陸坡區(qū)

2.2.2斜坡扇沉積體

多發(fā)育于雙峰陸南坡中部地區(qū)，是陸架坡折區(qū)的沉積物在海平面升降、斷裂活動等因素綜合作用下以重力流或濁流形式發(fā)生再沉積的結果。

研究區(qū)斜坡扇沉積體在地震剖面上結構特征明顯，整體表現為底部有下超特征的丘狀體外形(圖4)，具有內部平行、連續(xù)的中—強反射層，反映了沉積時期來自坡折區(qū)沉積物不斷向前搬運沉積的過程，是坡折處較粗、富砂沉積物再沉積的結果。該類型沉積體在南海北部陸坡其他地區(qū)也廣泛存在[12-13]，研究表明[14]，這種富砂巖性的斜坡扇沉積體是深水陸坡地區(qū)尋找有利儲集體的重點方向。

2.2.3滑塌沉積體

發(fā)育于雙峰南陸坡下部地區(qū)，也是陸架邊緣沉積物發(fā)生再沉積的結果。該類型沉積體整體呈雜亂不連續(xù)的弱反射特征(圖4)，指示了其沉積物顆粒粒度較為均一、地層內部成層性差的巖性特征。其與斜坡扇沉積體在地震相特征上巨大差異，反映出其沉積時期在水動力和物源背景上的不同。

滑塌沉積體主要發(fā)育于海平面上升晚期，該時期來自于陸架邊緣三角洲砂巖多以席狀濁流朵葉形式分散沉積在陸架坡折的上部地區(qū)，而在陸架坡折區(qū)則多為前三角洲沉積，距物源相對較遠且不足，沉積物粒度也較細，與斜坡扇沉積體相比，該類型沉積體很難形成有利儲層。

3早—中中新世沉積充填過程模式

隨著全球陸坡盆地的大量勘探，陸坡盆地的沉積充填過程逐漸被人們所認識。Satterfield 和Be-hrens[15]首次提出了“充填—溢出”模式，并已被運用于許多現代陸坡盆地[16-19]及地下地質體中[20-23]來描述陸坡內盆地從上傾到下傾的復雜沉積過程。基于前人研究成果，結合研究區(qū)實際地質情況，雙峰南陸坡地區(qū)早—中中新世時期的沉積充填過程可歸納為：

(1)在華南、古珠江物源和相對海平面變化的相互作用影響下，大量的沉積物在陸架坡折附近堆積，并以重力流或其他形式越過坡折向下部陸坡繼續(xù)搬運。在沉積過程初期，在陸坡上方由最低溢出點所控制的三維閉合區(qū)域空間b1最先捕獲沉積物發(fā)生沉積，而其下方的b2、b3則處于暫時的饑餓狀態(tài)未接受沉積；隨著沉積活動的持續(xù)進行，微型盆地b1被陸續(xù)填滿而開始發(fā)生溢出，沉積物越過b1繼續(xù)向下方搬運，并先后于微型盆地b2、b3、b4內充填沉積(圖5a)。

圖5　南海北部雙峰南陸坡區(qū)

(2)隨著b1、b2、b3、b4局限盆地被陸續(xù)填滿，陸坡上受斷階及火成巖體所控制形成的局限盆地可容納空間發(fā)生消亡。由陸坡地形控制形成的愈合可容納空間h1成為下一時期的沉積場所，其上方已被充填滿的b1盆地則處于潛在的侵蝕或過路不沉積狀態(tài)，沉積物經由b1盆地往下搬運，而最終在h1內沉積充填(圖5b)。

(3)隨著愈合可容納空間被陸續(xù)填滿，陸坡區(qū)可容納空間暫時消亡，陸坡由原先的非均衡狀態(tài)進入了短暫的均衡狀態(tài)，沉積物越過陸坡而不發(fā)生沉積作用。隨著后期陸坡沉降以及火山活動的再次改造，陸坡區(qū)又形成新一輪的可容納空間(圖5c)，陸坡則又開始了從非均衡到均衡演變的沉積充填演變過程。

4影響因素分析

4.1構造運動

自晚白堊世以來，南海南北部陸緣先后經歷了3次拉張裂離過程，并呈現出由北往南不斷發(fā)展之勢[3-4]。始新世時期，在研究區(qū)主要發(fā)育了一系列由NE和EW向邊界斷層控制的半地塹結構斷陷，并與其周圍隆起區(qū)形成隆凹相間的地貌格局。晚漸新世—中中新世晚期，是南海海底擴張并奠定現代南海海盆構造格局的主要時期[24]。在海盆擴張、沉降的背景影響下，北部陸緣古地理格局被進一步改造，鄰近海盆區(qū)的北部陸緣進一步發(fā)生張裂，并被改造發(fā)展為整體向西北次海盆方向傾斜的斷階斜坡(圖6)，形成了雙峰南陸坡的雛形。

圖6　過南海北部雙峰南陸坡地震測線平衡剖面恢復

在海盆擴張的同時，雙峰南陸坡區(qū)發(fā)生較強烈的火山活動，巖漿沿斷層侵入，部分巖體刺穿下部地層上拱，陸坡地貌被進一步改造。最終，在斷階及火成巖體的共同作用下，陸坡區(qū)發(fā)育了一系列由斷階及火成巖體控制的微型盆地，為后期沉積物的堆積提供了場所。該時期陸坡表現出典型的非均衡特征，發(fā)育了一系列的局限盆地及愈合陸坡2種類型的可容納空間[20](圖5)，它們的形成與消亡，對后期陸坡區(qū)的沉積充填過程有深遠影響。

4.2物源供給與相對海平面變化

漸新世晚期，在南海擴張作用的影響下，南海北部開始發(fā)生廣泛而持續(xù)的海侵，海平面總體呈不斷上升之勢。珠一坳陷、番禺低隆起和白云凹陷的大多數地區(qū)由局限海灣演變成淺海陸架沉積環(huán)境，并隨著相對海平面的變化廣泛分布著以華南及古珠江為供源的三角洲沉積體系。

在海平面下降及上升早期(圖7)，陸坡區(qū)物源供給充足，來自陸坡北部地區(qū)的三角洲攜帶著大量的沉積物越過陸架由北往南向海盆方向推進，地層從加積逐漸向前積過渡，大量粗碎屑沉積物在陸架坡折地區(qū)堆積，于陸架坡折附近發(fā)育了大套的、自北向南的、以前積反射地震相為特征的陸架邊緣三角洲；隨著海平面的逐步上升，原先發(fā)育于陸架坡折地區(qū)的陸架邊緣三角洲逐漸往后于岸方向退積，向陸架坡折地區(qū)輸送的粗粒沉積物隨之相對變少。推測該時期在研究區(qū)上部的陸架地區(qū)，沉積物多以席狀濁流朵葉形式沉積于先前發(fā)育的粗碎屑沉積物之上，而在陸架坡折區(qū)則多為前三角洲沉積，沉積物相對減少且顆粒粒度也相對較小；在海平面上升晚期，隨著陸坡區(qū)水深的持續(xù)加大，研究區(qū)演變?yōu)檩^深水的陸棚沉積環(huán)境，三角洲往更靠岸方向退積，到達陸坡折處的沉積物要更少且顆粒粒度也更為細小。

研究區(qū)陸架邊緣三角洲與陸坡沉積體系的發(fā)育有特殊的“源—匯”響應關系。在相對海平面變化的作用背景下，陸架邊緣三角洲帶來大量的沉積物在陸架坡折附近堆積，成為雙峰南陸坡深水沉積體系發(fā)育的物質基礎。受后期斷裂活動、物源供給等因素的影響，相當一部分沉積于陸架坡折斷裂邊緣的沉積物在自身重力的作用下向陸坡內滑動，越過陸架坡折發(fā)生再沉積，形成各種重力流—滑塌體沉積，成為雙峰南陸坡深水區(qū)沉積物的重要來源。

圖7　南海北部雙峰南陸坡區(qū)

5結論

(1)以外部形態(tài)和內部結構相結合的分類方式，在南海北部雙峰陸坡早—中中新世地層中識別出斜交型前積、丘狀前積、席狀雜亂、席狀平行4種具有典型特征的地震相。根據陸坡區(qū)地震相特征及其展布特點，并與其周邊鄰區(qū)陸坡同時期的沉積演化對比分析，認為其主要發(fā)育了陸架邊緣三角洲、斜坡扇及滑塌體3種類型的沉積體。

(2)各類型沉積體及其內部構成特征受構造運動、海平面變化及物源供給三大因素因時而異的綜合作用，來自華南及古珠江為供源的三角洲體系是陸坡區(qū)沉積體系發(fā)育的物質基礎，構造運動和相對海平面變化為陸坡區(qū)沉積體系的發(fā)育提供了可容納空間。

(3)綜合雙峰南陸坡早—中中新世的沉積充填特征及影響因素的分析，結合全球陸坡的沉積“充填—溢出”模式，建立了雙峰南陸坡早—中中新世時期的沉積充填過程模式。

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(編輯黃娟)

Sedimentary filling characteristics and the main controlling factors

during the Early-Middle Miocene in the deep-water area of

Shuangfengnan Slope in the northern South China Sea

Qian Xing, Zhang Li, Yi Hai,Wei Zhenquan, Shuai Qingwei

(MLRKeyLaboratoryofMarineMineralResources,GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou,Guangdong510075,China)

Abstract:Deep-water deposition on the slope has become one of the major issues in China’s offshore oil and gas exploration in recent years.We studied the seismic facies of the Shuangfengnan Slope in the northern South China Sea during the Early-Middle Miocene by combining external form and inner structure based on 2D multi-channel seismic and drilling data.Four typical seismic facies were recognized, including “S” type progradational seismic facies, mound type progradational seismic facies, parallel chaotic seismic facies, and parallel seismic facies. The paleogeographic evolution of the study area and the tectonic-sedimentary evolution of its adjacent area during the same period showed that three typical sedimentary systems (shelf-margin delta, slope fans, and slump deposits) were developed under the control of relative sea level change, provenance and the tectonic movement. The delta system with sources from South China and the Pearl River is the most important factor affecting the development of slope depositional system, and is the material basis of the depositional system. Tectonic movement and relative sea level change provided accommodation for the slope sedimentary system development.

Key words:sedimentary characteristics; controlling factors; Early-Middle Miocene; deep-water area in slope; South China Sea

基金項目：國土資源部海底礦產資源重點實驗室開放 (KLMMR-2013-A-11)及“南海北部陸坡及臺灣海峽盆地西部油氣地質特征及賦存規(guī)律研究”項目([2013]GZH002-31)資助。

作者簡介：錢星(1985—)，男，工程師，從事海洋地質方面的生產及科研工作。E-mail:qian.xing@foxmail.com。

收稿日期：2014-10-17；

修訂日期：2015-10-09。

中圖分類號：TE121.3

文獻標志碼：A

文章編號：1001-6112(2015)06-0751-07doi：10.11781/sysydz201506751