南海北部双峰南陆坡深水区早—中中新世沉积充填特征及其影响因素

2016-01-26 10:41韦振权帅庆伟
石油实验地质 2015年6期
关键词:南海影响因素

钱 星,张 莉,易 海,韦振权,帅庆伟

(国土资源部 海底矿产资源重点实验室 广州海洋地质调查局,广州 510075)



南海北部双峰南陆坡深水区早—中中新世沉积充填特征及其影响因素

钱星,张莉,易海,韦振权,帅庆伟

(国土资源部 海底矿产资源重点实验室 广州海洋地质调查局,广州510075)

摘要:深水陆坡沉积是近年来我国海域油气勘探关注的重点。利用二维多道地震剖面及周边钻井资料,以外部形态和内部结构相结合的方式对南海北部双峰南陆坡区早—中中新世地层进行地震相分析,识别出斜交型前积、丘状前积、席状杂乱、席状平行4种地震相类型。结合研究区古地理及其邻区同时期的构造—沉积演化分析,认为其主要发育了陆架边缘三角洲、斜坡扇及滑塌体3种典型的沉积体,它们的发育与演化是构造运动、相对海平面变化及物源三方因素相互作用的结果。以华南及古珠江供源的三角洲体系是影响陆坡区沉积体系发育的最重要因素,是沉积体系发育的物质基础,构造运动和相对海平面变化为陆坡区沉积体系的发育提供了可容纳空间。

关键词:沉积特征;影响因素;早—中中新世;陆坡深水区;南海

南海北部陆坡整体呈北东向展布,东起台湾东南端,西至西沙海槽西南端口。依据陆坡走向、地形地貌等特征可自西而东依次划分为莺琼、神狐、珠江海谷、东沙及台湾浅滩5个陆坡段[1]。

双峰南陆坡位于珠江海谷陆坡的下陆坡段,长约110 km,水深等深线呈NE向展布,由NW向SE逐渐变深,水深变化范围2~3 km,属超深水区(图1)。其东与白云陆坡相邻,西为具有大陆裂谷特征的西沙海槽,向南则逐渐与洋盆过渡,特殊的地理位置及其复杂的构造发展史,是研究深水区陆坡沉积的理想场所。

图1 南海北部双峰南陆坡区构造

研究分析表明[2],双峰南陆坡自下而上可划分为3个构造层序,在构造活动、海平面变化、海盆扩张及物源供给等因素因时而异的综合作用下,各构造层都表现出其独特的沉积充填结构特征。其中,中构造层对应于早—中中新世时期,经历了由浅水陆架逐渐向深水演变的沉积环境背景,发育了一系列独特的沉积体类型。

众所周知,沉积充填和重要沉积体系的分析对正确认识生储盖的发育和分布起着关键作用,更是预测有利储集体和正确认识烃源岩的重要基础。因此,深入解析陆坡区该构造层序内部沉积充填特征,分析各因素对沉积体系的发育控制及分布,对明确未来南海北部陆坡深水区勘探目标、降低勘探风险都具有重要的实际指导意义。本文以研究区详实的二维多道地震剖面为基础,从地震相特征分析入手,解析其早—中中新世沉积充填特征,并对其影响因素进行分析。

1区域地质概况

南海北部陆缘位于特提斯和古太平洋叠合部位,中生代以来,在印支期、燕山期和喜马拉雅期3期构造运动的作用下,形成了其复杂的构造演化史。自晚白垩世以来,南海南北部陆缘先后经历了3次拉张裂离过程,并呈现出由北往南的不断发展之势[3-6]。早古近纪一系列由NE和EW向边界断层控制的具有半地堑几何结构的断陷构成了珠江口盆地珠二凹陷,与周围隆起区形成隆凹相间的地貌格局。

晚渐新世以来,在岩石圈持续伸展作用的影响下,南海海盆开始扩张,南海北部大陆边缘由早期太平洋型活动陆缘向新生代边缘海被动大陆边缘转换[7]。随着岩石圈和地壳厚度向海盆方向的逐渐减薄,以及区域构造的进一步作用,在双峰南陆坡区发育了一系列呈NE走向的断裂体系(图2),并伴随着一系列的火山活动,研究区由原先隆凹相间的地貌格局逐渐发展为整体向海盆方向倾斜沉降的斜坡,奠定了现今陆坡地貌之格局。

对双峰南陆坡区北部XPx-1-1钻井古生物资料及陆坡区地震剖面的对比与追踪分析表明[2],其主要发育了自始新世以来地层,自下而上可以划分出3个构造层组,分别对应于陆缘初始张裂、陆缘向南倾斜形成陆坡雏形及陆坡进一步倾斜沉降3个演化阶段。

图2 南海北部双峰南陆坡区早中新世(T6)构造纲要

自始新世以来,陆坡区海平面总体呈不断上升趋势,总体经历了从湖相—海陆交互—海相的沉积环境转变过程。渐新世末的T6界面(23.8 Ma)是南海北部的沉积突变面[8-9],位于双峰陆坡东部的ODP1148站位在沉积速率、岩石地球化学分析、孢粉及有机质含量等方面都表现出明显的突变[10],指示出南海北部地区自渐新世末期以来由浅海向深水的沉积环境转变。

2沉积充填特征

2.1地震相类型

以外部形态和内部结构相结合的分类方式,对研究区早—中中新世地层进行地震相分析,识别出4种具有典型特征的地震相。这些地震相于特定的地质背景下,在剖面上有规律的组合变化指示了研究区相关沉积体系的发育。

(1)斜交型前积相,发育于研究区陆架坡折中上部地区,地震相外形似扫帚状,沿前积方向呈中间厚两侧薄的形态特征。地震反射连续性好,振幅强弱变化均匀,内部由相对倾斜且相互平行的反射结构组成,发育有前积层和较厚的顶积层(图3a),往往代表了三角洲沉积。

(2)丘状前积相,主要见于陆坡中部地区,沉积于受断裂及火山岩体控制的微盆地内。丘状体内部地震反射连续性较好,中—强振幅,反射层呈平行结构,有明显的下超、上超特征(图3b),指示了低水位时期,沉积物越过陆坡向海盆方向推进的沉积过程,为斜坡扇沉积。

(3)席状杂乱相,多发育于陆坡中下部地区。以地震同相轴错乱不连续、地震反射振幅弱为特征(图3c),是地层内部组成及产状紊乱的地震响应,代表了一种深水环境下的滑塌或重力流沉积。

(4)席状平行相是陆架区常见的地震相类型,披盖于渐新统或基底之上,地震反射中—高频,中—强振幅,连续性极好,厚度稳定(图3d),指示了稳定水体下陆架边缘三角洲垂向加积的沉积过程。

图3 南海北部双峰南陆坡区典型地震相类型与特征

2.2沉积体系构成

根据地震相特征及其展布特点,结合研究区北部XPx-1-1钻井及其东部ODP1148站位资料,并与其周边邻区白云陆坡同时期的沉积演化对比分析,认为其主要发育了3种类型的沉积体。

2.2.1陆架边缘三角洲

主要见于双峰南陆坡中上部陆架坡折较平缓地区,是一种发育于陆架或近陆架边缘三角洲,是相对海平面下降或上升早期,沉积物越过陆架坡折向陆坡前方延伸发育的结果。碎屑物质在向陆坡方向搬运的过程中,于陆架边缘上发育巨厚的前缘沉积层,在地震剖面上主要表现为大套的前积三角洲地震反射组合特征(图4)。

研究区陆架边缘三角洲主要表现出2个特征,一是以斜交型前积相形式出现,反映了沉积时期充足的物源供给和较快的堆积速率;二是在地震剖面上呈明显楔状外形,没有底积层但发育较厚的顶积层,反映了沉积前后由强变弱的水动力背景。其邻区白云陆坡研究分析表明[11],该类型沉积体在白云凹陷北坡珠海、珠江组沉积时期都有发育。珠海组沉积时期,以大型斜交“S”型组合前积地震反射结构为特征的陆架边缘三角洲已推进至陆架边缘附近。在23.8 Ma时期,受“白云运动”地质事件影响,该区由浅海陆架向深水转变,陆架边缘三角洲则随着陆架坡折逐渐向南迁移,沉积于现今番禺低隆起地区。

图4 南海北部双峰南陆坡区

2.2.2斜坡扇沉积体

多发育于双峰陆南坡中部地区,是陆架坡折区的沉积物在海平面升降、断裂活动等因素综合作用下以重力流或浊流形式发生再沉积的结果。

研究区斜坡扇沉积体在地震剖面上结构特征明显,整体表现为底部有下超特征的丘状体外形(图4),具有内部平行、连续的中—强反射层,反映了沉积时期来自坡折区沉积物不断向前搬运沉积的过程,是坡折处较粗、富砂沉积物再沉积的结果。该类型沉积体在南海北部陆坡其他地区也广泛存在[12-13],研究表明[14],这种富砂岩性的斜坡扇沉积体是深水陆坡地区寻找有利储集体的重点方向。

2.2.3滑塌沉积体

发育于双峰南陆坡下部地区,也是陆架边缘沉积物发生再沉积的结果。该类型沉积体整体呈杂乱不连续的弱反射特征(图4),指示了其沉积物颗粒粒度较为均一、地层内部成层性差的岩性特征。其与斜坡扇沉积体在地震相特征上巨大差异,反映出其沉积时期在水动力和物源背景上的不同。

滑塌沉积体主要发育于海平面上升晚期,该时期来自于陆架边缘三角洲砂岩多以席状浊流朵叶形式分散沉积在陆架坡折的上部地区,而在陆架坡折区则多为前三角洲沉积,距物源相对较远且不足,沉积物粒度也较细,与斜坡扇沉积体相比,该类型沉积体很难形成有利储层。

3早—中中新世沉积充填过程模式

随着全球陆坡盆地的大量勘探,陆坡盆地的沉积充填过程逐渐被人们所认识。Satterfield 和Be-hrens[15]首次提出了“充填—溢出”模式,并已被运用于许多现代陆坡盆地[16-19]及地下地质体中[20-23]来描述陆坡内盆地从上倾到下倾的复杂沉积过程。基于前人研究成果,结合研究区实际地质情况,双峰南陆坡地区早—中中新世时期的沉积充填过程可归纳为:

(1)在华南、古珠江物源和相对海平面变化的相互作用影响下,大量的沉积物在陆架坡折附近堆积,并以重力流或其他形式越过坡折向下部陆坡继续搬运。在沉积过程初期,在陆坡上方由最低溢出点所控制的三维闭合区域空间b1最先捕获沉积物发生沉积,而其下方的b2、b3则处于暂时的饥饿状态未接受沉积;随着沉积活动的持续进行,微型盆地b1被陆续填满而开始发生溢出,沉积物越过b1继续向下方搬运,并先后于微型盆地b2、b3、b4内充填沉积(图5a)。

图5 南海北部双峰南陆坡区

(2)随着b1、b2、b3、b4局限盆地被陆续填满,陆坡上受断阶及火成岩体所控制形成的局限盆地可容纳空间发生消亡。由陆坡地形控制形成的愈合可容纳空间h1成为下一时期的沉积场所,其上方已被充填满的b1盆地则处于潜在的侵蚀或过路不沉积状态,沉积物经由b1盆地往下搬运,而最终在h1内沉积充填(图5b)。

(3)随着愈合可容纳空间被陆续填满,陆坡区可容纳空间暂时消亡,陆坡由原先的非均衡状态进入了短暂的均衡状态,沉积物越过陆坡而不发生沉积作用。随着后期陆坡沉降以及火山活动的再次改造,陆坡区又形成新一轮的可容纳空间(图5c),陆坡则又开始了从非均衡到均衡演变的沉积充填演变过程。

4影响因素分析

4.1构造运动

自晚白垩世以来,南海南北部陆缘先后经历了3次拉张裂离过程,并呈现出由北往南不断发展之势[3-4]。始新世时期,在研究区主要发育了一系列由NE和EW向边界断层控制的半地堑结构断陷,并与其周围隆起区形成隆凹相间的地貌格局。晚渐新世—中中新世晚期,是南海海底扩张并奠定现代南海海盆构造格局的主要时期[24]。在海盆扩张、沉降的背景影响下,北部陆缘古地理格局被进一步改造,邻近海盆区的北部陆缘进一步发生张裂,并被改造发展为整体向西北次海盆方向倾斜的断阶斜坡(图6),形成了双峰南陆坡的雏形。

图6 过南海北部双峰南陆坡地震测线平衡剖面恢复

在海盆扩张的同时,双峰南陆坡区发生较强烈的火山活动,岩浆沿断层侵入,部分岩体刺穿下部地层上拱,陆坡地貌被进一步改造。最终,在断阶及火成岩体的共同作用下,陆坡区发育了一系列由断阶及火成岩体控制的微型盆地,为后期沉积物的堆积提供了场所。该时期陆坡表现出典型的非均衡特征,发育了一系列的局限盆地及愈合陆坡2种类型的可容纳空间[20](图5),它们的形成与消亡,对后期陆坡区的沉积充填过程有深远影响。

4.2物源供给与相对海平面变化

渐新世晚期,在南海扩张作用的影响下,南海北部开始发生广泛而持续的海侵,海平面总体呈不断上升之势。珠一坳陷、番禺低隆起和白云凹陷的大多数地区由局限海湾演变成浅海陆架沉积环境,并随着相对海平面的变化广泛分布着以华南及古珠江为供源的三角洲沉积体系。

在海平面下降及上升早期(图7),陆坡区物源供给充足,来自陆坡北部地区的三角洲携带着大量的沉积物越过陆架由北往南向海盆方向推进,地层从加积逐渐向前积过渡,大量粗碎屑沉积物在陆架坡折地区堆积,于陆架坡折附近发育了大套的、自北向南的、以前积反射地震相为特征的陆架边缘三角洲;随着海平面的逐步上升,原先发育于陆架坡折地区的陆架边缘三角洲逐渐往后于岸方向退积,向陆架坡折地区输送的粗粒沉积物随之相对变少。推测该时期在研究区上部的陆架地区,沉积物多以席状浊流朵叶形式沉积于先前发育的粗碎屑沉积物之上,而在陆架坡折区则多为前三角洲沉积,沉积物相对减少且颗粒粒度也相对较小;在海平面上升晚期,随着陆坡区水深的持续加大,研究区演变为较深水的陆棚沉积环境,三角洲往更靠岸方向退积,到达陆坡折处的沉积物要更少且颗粒粒度也更为细小。

研究区陆架边缘三角洲与陆坡沉积体系的发育有特殊的“源—汇”响应关系。在相对海平面变化的作用背景下,陆架边缘三角洲带来大量的沉积物在陆架坡折附近堆积,成为双峰南陆坡深水沉积体系发育的物质基础。受后期断裂活动、物源供给等因素的影响,相当一部分沉积于陆架坡折断裂边缘的沉积物在自身重力的作用下向陆坡内滑动,越过陆架坡折发生再沉积,形成各种重力流—滑塌体沉积,成为双峰南陆坡深水区沉积物的重要来源。

图7 南海北部双峰南陆坡区

5结论

(1)以外部形态和内部结构相结合的分类方式,在南海北部双峰陆坡早—中中新世地层中识别出斜交型前积、丘状前积、席状杂乱、席状平行4种具有典型特征的地震相。根据陆坡区地震相特征及其展布特点,并与其周边邻区陆坡同时期的沉积演化对比分析,认为其主要发育了陆架边缘三角洲、斜坡扇及滑塌体3种类型的沉积体。

(2)各类型沉积体及其内部构成特征受构造运动、海平面变化及物源供给三大因素因时而异的综合作用,来自华南及古珠江为供源的三角洲体系是陆坡区沉积体系发育的物质基础,构造运动和相对海平面变化为陆坡区沉积体系的发育提供了可容纳空间。

(3)综合双峰南陆坡早—中中新世的沉积充填特征及影响因素的分析,结合全球陆坡的沉积“充填—溢出”模式,建立了双峰南陆坡早—中中新世时期的沉积充填过程模式。

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(编辑黄娟)

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

基金项目:国土资源部海底矿产资源重点实验室开放 (KLMMR-2013-A-11)及“南海北部陆坡及台湾海峡盆地西部油气地质特征及赋存规律研究”项目([2013]GZH002-31)资助。

作者简介:钱星(1985—),男,工程师,从事海洋地质方面的生产及科研工作。E-mail:qian.xing@foxmail.com。

收稿日期:2014-10-17;

修订日期:2015-10-09。

中图分类号:TE121.3

文献标志码:A

文章编号:1001-6112(2015)06-0751-07doi:10.11781/sysydz201506751

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