雷振宇，蘇　明，張　莉，帥慶偉，孫　鳴，劉　杰，楊　睿

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760；2. 國(guó)土資源部 海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510760；3. 中國(guó)科學(xué)院 廣州能源研究所 天然氣水合物成藏機(jī)制研究實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；4. 中國(guó)科學(xué)院 廣州天然氣水合物研究中心，廣東 廣州 510640)

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南海北部陸坡瓊東南盆地晚中新世以來(lái)沉積物來(lái)源及輸送樣式

雷振宇1,2，蘇明*3,4，張莉1,2，帥慶偉1,2，孫鳴1,2，劉杰3,4，楊睿3,4

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760；2. 國(guó)土資源部 海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510760；3. 中國(guó)科學(xué)院 廣州能源研究所 天然氣水合物成藏機(jī)制研究實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；4. 中國(guó)科學(xué)院 廣州天然氣水合物研究中心，廣東 廣州 510640)

摘要:為了更好地揭示南海北部陸坡瓊東南盆地晚中新世以來(lái)的沉積物輸送樣式，本次研究將盆地裂后期加速沉降階段以來(lái)的沉積物充填樣式作為研究對(duì)象，基于前人對(duì)這一區(qū)域潛在物源區(qū)的分析，通過(guò)對(duì)已有勘探成果的總結(jié)和歸納，對(duì)深水沉積體的類型進(jìn)行識(shí)別，建立具有成因關(guān)系或相同來(lái)源的深水沉積體組合，嘗試對(duì)沉積物輸送樣式進(jìn)行劃分和歸類。研究結(jié)果認(rèn)為，晚中新世以來(lái)，瓊東南盆地主要存在海南島物源、鶯西物源、南部隆起帶物源和神狐隆起物源等4個(gè)潛在物源區(qū)，沉積物輸送樣式可劃分為垂向沉積物輸送、軸向沉積物輸送和轉(zhuǎn)向沉積物輸送3種類型。

關(guān)鍵詞:沉積物輸送；晚中新世；瓊東南盆地；南海北部陸坡

0引言

沉積物輸送路徑是沉積物“源匯系統(tǒng)”(source to sink, S2S)的重要組成部分[1-3]。在陸緣碎屑沉積物由陸向海的搬運(yùn)和沉積過(guò)程中，沉積物輸送路徑起到溝通物源區(qū)和沉積區(qū)的作用，進(jìn)而控制了沉積物的聚集樣式和規(guī)模大小。自20世紀(jì)90年代末以來(lái)，以深水(深海)沉積體為對(duì)象的研究已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，這其中包括對(duì)現(xiàn)代沉積物輸送過(guò)程的觀測(cè)、利用地球化學(xué)分析和地層記錄的特征重建沉積物物源區(qū)和沉積區(qū)的關(guān)聯(lián)、利用數(shù)值模擬的方法再現(xiàn)沉積物的輸送和沉積過(guò)程等[4-7]。此外，受深水背景下石油、天然氣、天然氣水合物等能源礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的直接驅(qū)動(dòng)，基于高精度2D/3D地震數(shù)據(jù)對(duì)沉積體進(jìn)行形態(tài)的描述和內(nèi)部建造的刻畫，是目前深水沉積盆地內(nèi)資源勘探的重點(diǎn)任務(wù)之一[8-11]。因此，通過(guò)對(duì)沉積物輸送樣式的精細(xì)解剖，不僅可以更好地理解沉積物受侵蝕作用，經(jīng)由陸地、陸架-陸坡，在深海平原中沉積下來(lái)的過(guò)程，還可以為更加準(zhǔn)確預(yù)測(cè)深海平原內(nèi)沉積物堆積樣式、展布空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等提供借鑒。

瓊東南盆地位于中國(guó)南海西北部，是一個(gè)坐落在中生代基底之上發(fā)育的大型新生代裂谷型大陸邊緣盆地[12]。現(xiàn)有的油氣勘探結(jié)果表明，瓊東南盆地是我國(guó)南海北部重要的深水油氣勘探區(qū)域之一，盆地深水區(qū)內(nèi)的海底扇、三角洲砂體和濁積水道等，是重點(diǎn)的油氣勘探目標(biāo)[13-15]。前人在這一區(qū)域針對(duì)陸架陸坡體系、深水水道/峽谷、塊體流沉積體等典型的深水沉積體類型開展了大量的研究工作[16-19]，并初步建立了“雙向”的沉積物輸送模式[20-21]。然而，目前對(duì)晚中新世以來(lái)瓊東南盆地沉積物輸送樣式的研究還存在著如下問(wèn)題：(1)盆地深水區(qū)主要的沉積物源自盆地周緣主要水系，如紅河、海南島水系、珠江等，但盆地周緣潛在的物源區(qū)有哪些，它們?cè)谂璧夭煌恢煤筒煌牡刭|(zhì)演化歷史時(shí)期，其沉積物供給能力和影響范圍存在哪些不同，發(fā)生了哪些變化？(2)盆地沉積特征總體上表現(xiàn)為“多物源供給區(qū)、多沉積物輸送方式、多類型深水沉積體”的特征，沉積體類型都是沉積物聚集的具體表征，同一類型的沉積體可能具有不同的沉積物來(lái)源和輸送方式，通過(guò)對(duì)單一沉積體的解剖來(lái)進(jìn)行沉積物輸送樣式的分析是否適合？(3)盆地晚中新世以來(lái)，存在著哪些沉積物的輸送樣式，在不同位置處，造成其明顯差異性的控制因素是什么？針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題，本次研究選取瓊東南盆地晚中新世以來(lái)的充填序列作為研究對(duì)象，系統(tǒng)梳理和總結(jié)前人對(duì)這一區(qū)域潛在物源區(qū)的分析，通過(guò)對(duì)鉆井和高精度2D/3D地震資料的精細(xì)解釋，對(duì)盆地裂后期加速沉降階段深水沉積體進(jìn)行識(shí)別和描述，建立具有成因關(guān)系或相同來(lái)源的沉積體組合，嘗試對(duì)沉積物輸送的通道和樣式進(jìn)行劃分和歸類，分析并對(duì)比各沉積物輸送樣式的控制因素和差異性。

1區(qū)域地質(zhì)背景

瓊東南盆地位于南海北部大陸邊緣，整體上呈北東向展布，西部為鶯歌海盆地，東北部為珠江口盆地，東部為西北次海盆。盆地表現(xiàn)出明顯的“南北分帶”特征，自北向南劃分為北部坳陷帶、中央隆起帶、中央坳陷帶(包括樂(lè)東-陵水凹陷、松南低凸起、北礁凹陷、松南-寶島凹陷和長(zhǎng)昌凹陷)以及南部隆起帶(圖1)。

圖1　區(qū)域地質(zhì)概況及研究區(qū)位置圖Fig.1　Regional geological setting and location of study area

盆地的充填序列主要為新生代地層，包括始新統(tǒng)，漸新世崖城組和陵水組，中新世三亞組、梅山組和黃流組，上新世鶯歌海組以及第四系地層(圖2)。S60破裂不整合面(23.0 Ma)將新生代地層劃分為上下兩大構(gòu)造層，分別代表了裂陷作用和裂后熱沉降作用的產(chǎn)物[12]。裂后期充填又可根據(jù)沉降速率的差異進(jìn)一步劃分為熱沉降階段和加速沉降階段，二者以S40不整合界面(11.6 Ma)為界[22]。對(duì)應(yīng)著這3個(gè)構(gòu)造演化階段的劃分，瓊東南盆地在晚漸新世末期和晚中新世早期發(fā)生了2次大的環(huán)境變化，即從洪積和湖相向?yàn)I淺海相再向半深海-深海相轉(zhuǎn)變[23]。晚中新世以來(lái)，瓊東南盆地進(jìn)入裂后期的加速沉降階段，整個(gè)區(qū)域的地質(zhì)背景具有如下特征：(1)盆地表現(xiàn)為統(tǒng)一坳陷，斷裂體系不發(fā)育，整體構(gòu)造背景趨于穩(wěn)定[24]；(2)盆地現(xiàn)今海底具有“東深西淺”和“南深北淺”的特征，整個(gè)中央坳陷帶幾乎全部位于深水環(huán)境，自晚中新世以來(lái)，瓊東南盆地已經(jīng)具有了這種特征，且一直持續(xù)至今[22]；(3)盆地深水區(qū)主要的沉積物源自盆地周緣主要的水系，如紅河、海南島水系和珠江等；(4)盆地沉積特征總體上表現(xiàn)為“多物源供給區(qū)、多沉積物輸送方式、多類型深水沉積體”的特征。

圖2　瓊東南盆地地層綜合柱狀圖(改編自文獻(xiàn)[23])Fig.2　Comprehensive stratigraphic column in Qiongdongnan Basin (adapted from reference[23])

2晚中新世以來(lái)瓊東南盆地物源分析

近年來(lái)，眾多學(xué)者利用南海的表層及柱狀沉積物樣品、ODP184航次的站位數(shù)據(jù)以及各個(gè)沉積盆地油氣勘探階段的鉆井資料[25-27]，通過(guò)地球化學(xué)分析，研究了南海的沉積物來(lái)源和特征，并探討了沉積物入海后的運(yùn)移沉積規(guī)律和沉積過(guò)程。但是從現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看，晚中新世以來(lái)瓊東南盆地物源分析方面的研究多集中于盆地的某個(gè)區(qū)域(表1)，如李學(xué)杰 等[25,28]利用獲取的南海西部表層沉積物樣品，通過(guò)碎屑礦物分析，將南海西部劃分為北、中、南三部分，其中北區(qū)物源(大致相當(dāng)于瓊東南盆地中央坳陷帶和南部隆起帶)主要是紅河、海南島、華南大陸，其中源自海南島的沉積物對(duì)西沙海槽的影響不是很大；徐方建 等[29]利用海南島南部陸架的S20鉆孔(大致與瓊東南盆地北部坳陷帶相對(duì)應(yīng))，認(rèn)為近4 ka以來(lái)這一區(qū)域的沉積物主要來(lái)自海南島東部河流和珠江水系；王英民 等[30]通過(guò)瓊東南盆地西部的鉆井資料和相關(guān)的地震解釋認(rèn)為，紅河水系的沉積物可以經(jīng)由鶯歌海盆地進(jìn)入到瓊東南盆地的西部，并形成了規(guī)模巨大的海底扇；陳奎[31]對(duì)盆地中央坳陷帶內(nèi)鉆井的分析認(rèn)為，盆地北部井位的物源主要來(lái)自海南隆起帶以及相應(yīng)井位附近的凸起部分，南部隆起帶及相應(yīng)的凸起可以為南部地區(qū)提供沉積物。總的來(lái)說(shuō)，晚中新世以來(lái)，瓊東南盆地主要的潛在物源區(qū)包括由北向南的海南島物源、由西向東的鶯西物源(可能為紅河水系沉積物進(jìn)入到鶯歌海盆地之后進(jìn)一步的輸送)、由南向北的南部隆起帶物源、以及由北向南的神狐隆起物源(圖3)。

表1　晚中新世以來(lái)瓊東南盆地潛在的沉積物來(lái)源

圖3　研究區(qū)潛在物源供給及其影響區(qū)域示意圖Fig.3　Sketch map of potential sediment supply and affecting region

3沉積物輸送樣式及控制因素分析

瓊東南盆地晚中新世以來(lái)沉積物輸送樣式主要有3種類型，分別為垂向沉積物輸送、軸向沉積物輸送和轉(zhuǎn)向沉積物輸送。

3.1 垂向沉積物輸送

這種沉積物輸送模式通常表現(xiàn)為由海南島物源、南部隆起帶物源及神狐隆起物源提供的沉積物由北向南(沿陸坡)或由南向北(沿地勢(shì))向低地勢(shì)區(qū)聚集。常見的輸送樣式為陸坡-塊體流沉積組合樣式(圖4和圖5)。沉積物經(jīng)由陸坡最終匯聚在下陸坡-盆底部位。陸坡明顯的進(jìn)積型特征及陸架坡折由緩到陡的遷移，表明了來(lái)自北部的沉積物供給充足，在坡折處局部出現(xiàn)沉積物失穩(wěn)、垮塌的現(xiàn)象。

圖4　垂向沉積物輸送模式Fig.4　Model of sediment vertical transportation

圖5　沉積物輸送模式圖(改編自文獻(xiàn)[32])Fig.5　Model of sediment transportation (adapted from reference[32])

3.2 軸向沉積物輸送

這種沉積物輸送模式通常表現(xiàn)為由鶯西物源提供的沉積物在水動(dòng)力條件和西高東低的地形地貌(例如中央峽谷)共同控制下，自西向東運(yùn)移(圖5)。常見的輸送樣式為中央峽谷-深水扇沉積組合樣式[33]。沉積物進(jìn)入到峽谷體系之后，被限制在峽谷之中，在東深西淺的地貌條件下沿著峽谷走向開始自西向東的軸向運(yùn)移。

3.3 轉(zhuǎn)向沉積物輸送

這種沉積物輸送模式通常表現(xiàn)為南北向的物源供給沉積物在輸送方向上存在地形地貌的遮擋，沉積物無(wú)法漫過(guò)或是沖破遮擋物，從而發(fā)生轉(zhuǎn)向(圖5)。常見的輸送樣式為中央峽谷-塊體流沉積組合樣式[34]。源自北部的沉積物進(jìn)入到中央峽谷，在松南低凸起及南部隆起的遮擋下，改變其原有自北向南的運(yùn)動(dòng)方向，從西向東順著地勢(shì)運(yùn)移。

4結(jié)論

(1)晚中新世以來(lái)，瓊東南盆地主要存在4個(gè)潛在物源區(qū)，分別為由北向南的海南島物源、由西向東的鶯西物源(可能為紅河水系沉積物進(jìn)入到鶯歌海盆地之后進(jìn)一步的輸送)、由南向北的南部隆起帶物源、以及由北向南的神狐隆起物源。

(2)晚中新世以來(lái)瓊東南盆地的沉積物輸送樣式可劃分為3種類型，分別為垂向沉積物輸送、軸向沉積物輸送和轉(zhuǎn)向沉積物輸送。

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收稿日期:2015-07-01修回日期:2016-01-22

基金項(xiàng)目:國(guó)土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目資助(MRE201305)；中國(guó)科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目資助(MGE2013KG02)；國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目資助(KLMMR-2014-A-09)

作者簡(jiǎn)介:雷振宇(1983-)，男，湖北武漢市人，工程師，主要從事油氣成藏動(dòng)力學(xué)、油氣資源評(píng)價(jià)、盆地分析等方面的研究。E-mail: 44231234@qq.com *通訊作者：蘇明(1983-)，男，副研究員，主要從事深水沉積體系與油氣勘探、海域天然氣水合物成藏地質(zhì)條件分析方面的研究。 E-mail: suming@ms.giec.ac.cn

中圖分類號(hào):P736.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1001-909X(2016)02-0035-08

Doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.02.005

Sediment sources and transport patterns of Qiongdongnan Basin in Northern Slope of South China Sea since Late Miocene

LEI Zhen-yu1,2， SU Ming*3,4， ZHANG Li1,2， SHUAI Qing-wei1,2， SUN Ming1,2， LIU Jie3,4， YANG Rui3,4

(1.GuangzhouMarineGeologySurvey,ChinaGeologicalSurvey,Guangzhou510760，China； 2.KeyLaboratoryofMarineMineralResources,MinistryofLandandResources,Guangzhou510760,China； 3.LaboratoryofGasHydrateFormationMechanism,GuangzhouInstituteofEnergyConversion,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510640,China； 4.GuangzhouCenterforGasHydrateResearch,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510640,China)

Abstract:The sediment transport patterns were revealed in the Qiongdongnan Basin on the Northern Slope of South China Sea since Late Miocene by the research of the sediment filling patterns since the period of post-rift accelerated subsidence. On the basis of the previous analysis on the potential provenance, combined with the summary and induction of the exploration achievement in the research area, the types of the deep-water sedimentation were identified and the combinations of the deep-water depositional packages which have genetic relationship or the same source were built. In addition, the sediment transport patterns were classified tentatively. The results show that since Late Miocene, there are 4 potential sedimentary sources in the Qiongdongnan Basin: they are Hainan Island’ sources, West Yinggehai’ sources, Southern uplift’ sources and Shenhu uplift’ sources, respectively. The sedimentary transport patterns can be divided into three types: they are vertical direction, axial direction and turning direction sedimentary transportation.

Key words:sediment transportation; Late Miocene; Qiongdongnan Basin; Northern Slope of South China Sea

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