珠江口盆地珠三坳陷中部珠江组沉积特征及主控因素^*

Sedimentary characteristics and controlling factors of the Neogene Zhujiang Formation in central Zhu-3 Depression, Pearl River Mouth Basin

摘要

珠三坳陷是南海北部大陆架主要产油区之一,但勘探程度低,还存在物源方向不清晰、沉积相展布范围不明确等问题。本研究利用岩心、钻测井、地震资料,以及粒度、重矿物等分析化验资料,完成了珠江口盆地珠三坳陷中部珠江组沉积体系研究。研究认为,研究区珠江组主要发育潮控河口湾、曲流河三角洲、扇三角洲、滨岸和浅海陆棚相5种沉积相类型。研究区主要物源来自西北部和东北部,次要物源来自于东南部神狐隆起。沉积早期,东南部发育扇三角洲,西北部半封闭环境发育潮控河口湾沉积; 随着从南向北的海侵作用逐渐加强,神狐隆起消失,西北部发育大规模的河控曲流河三角洲,整体经历了海侵的过程。在潮控及河控沉积特征对比的基础上,总结了沉积模式,并指出物源供给、相对海平面变化及古地貌为沉积主控因素。

Abstract

The Zhu-3 Depression is one of the main oil producing areas on the northern continental shelf of the South China Sea,but the exploration level is low,and issues such as unclear sediment source directions and ambiguous distribution ranges of sedimentary facies still exist. This study utilized core,drilling and logging,seismic data,as well as grain size and heavy mineral analysis data,to investigate the sedimentary system of the Zhujiang Formation in the central Zhu-3 Depression of the Pearl River Mouth Basin. The study identified five types of sedimentary facies,including tidal controlled estuary,meandering river delta,fan delta,shore and shallow sea shelf facies.The main sediment sources in the study area are from the northwest and northeast,while the secondary source is from the Shenhu Uplift in the southeast. During the early stages of sedimentation,fan deltas developed in the southeast,and tide-controlled estuary bay deposits formed in the semi-enclosed environment of the northwest. As the transgression from south to north gradually intensified,the Shenhu Uplift disappeared,and large-scale river-controlled meandering river deltas developed in the northwest,with the entire area experiencing a transgression process. Based on the comparison of tidal-controlled and fluvial-controlled sedimentary characteristics,the study summarized the sedimentary model and identified sediment supply,relative sea-level changes,and paleogeography as the main controlling factors of sedimentation.

Graphical abstract

关键词

物源 / 沉积体系 / 沉积模式 / 主控因素 / 珠江组 / 珠三坳陷 / 珠江口盆地

Key words

provenance / depositional system / depositional model / main controlling factors / Zhujiang Formation / Zhu-3 Depression / Pearl River Mouth Basin

0 前言

针对浅海陆架环境下沉积砂体的油气勘探越来越受到重视(范春花等,2013;李伟等,2019)。目前,在中国近海海域多个沉积盆地内发现大、中型油气田,取得重大进展,是当前的研究热点。珠江口盆地是中国近海最重要的含油气盆地之一,珠三坳陷为已证实的富生烃坳陷,也是珠江口盆地作为主要产油区之一,具备形成大中型油气田的物质基础(张迎朝等,2011;杨计海等,2019)。然而前人对珠三坳陷物源研究较少,且沉积相类型存在分歧,新近系下中新统珠江组是珠三坳陷油气的重要储集层位(李辉等,2014),因此对该区下中新统珠江组沉积特征及沉积演化进行深入研究对油气勘探具有重要的指导意义。

对于珠江口盆地珠三坳陷地区的沉积相类型,前人已开展过一些研究。姜华等(2009)对珠三坳陷神狐组—珠江组二段进行了沉积体系和物源分析,认为北部斜坡带的阳江低凸起、琼海低凸起早期起到分割盆地地貌格局、阻挡北部物源并作为局部物源的作用; 南部基底控坳断裂以断阶、陡坡、缓坡等坡折类型控制着不同类型和规模的扇体的展布; 南部的神狐隆起初期长期暴露剥蚀,是珠三坳陷重要的物源区,后期逐渐接受沉积,并在许多高部位形成碎屑台地沉积,亦可作为重要的储集体。刘志峰等(2013)根据区域地质背景、岩性、古生物、成像测井、地震等综合分析,认为珠三坳陷北部珠海组—韩江组经历了一个海侵逐渐发展的过程,其中珠海组、珠江组二段发育潮坪,珠江组一段发育滨浅海,韩江组主要发育浅海和大型三角洲; 其主控因素有控凹断裂发育位置及活动性、物源供应程度等。钟泽红等(2018)从层序格架、岩心特征、有孔虫分布、岩石类型及岩性组合等方面,分析珠三坳陷珠江组3个层序的沉积特征及沉积演化规律,绘制了珠三坳陷珠江组3个层序的沉积相图,从下到上古珠江三角洲规模显示 “大—中—小”演变过程, 总体呈现三角洲前缘向外浅海的转化,是海侵的过程。综合前人的研究成果,发现研究区存在物源方向不清晰、沉积相类型不统一、沉积相展布范围不明确、沉积主控因素分析相对简单等问题。因此需要利用岩心、钻测井及地震资料进行精细化研究。

本次研究在前人研究基础上,首先通过地震反射特征,结合重矿物、轻矿物、薄片岩屑类型等分析化验资料及区域背景资料,来进行物源分析; 然后,确定沉积相类型,再通过砂岩厚度、砂地比等值线图、地震相分析等,分析沉积相平面展布及纵向演化特征; 最后总结沉积模式及主控因素,为油气勘探提供可靠的沉积地质基础。

1 区域地质概况

珠江口盆地位于南海北部,为新生代大陆边缘伸展盆地,总面积约为175 000 km²,是中国南海非常重要的含油气盆地之一(朱筱敏等,2016;权永彬,2018)。

珠三坳陷位于珠江口盆地西部(图1-a),面积约16 000 km²,为一南断北超的北东—南西向半地堑式张性坳陷(权永彬,2018)。珠三坳陷是新生代发育起来的坳陷,其基底为前古近系基岩,主要为古生代变质岩(刘志峰等,2013),从古近纪到新近纪,珠三坳陷经历了断陷期、断拗转换期、拗陷期的构造演化过程,盆地经历了先陆后海的沉积序列。渐新世—早中新世断拗转换阶段,在印度板块与欧亚板块相互碰撞、地幔对流、陆壳破裂与南海海底扩张影响下,发育了多条近东西向控洼断裂和次级断层。早中新世,南海运动使区域遭受抬升剥蚀,形成 T60区域不整合面,控洼断裂活动减弱,拗陷作用逐渐大于断陷作用,海侵逐渐扩大,隆起区逐渐没入水下(杨计海等,2019)。根据盆地基底性质、现今构造形态和特征,珠三坳陷可以划分为9个次级构造单元,其中负向构造单元包括阳春凹陷、阳江凹陷、琼海凹陷、文昌A凹陷、文昌B凹陷和文昌C凹陷; 正向构造单元包括阳春凸起、阳江低凸起和琼海凸起,研究区位于珠三坳陷中部区域(图1-b)。研究区有二维地震数据11条、460 km和22口井钻测井数据(图1-c)。

珠江组发育在断拗转换期的一套海相沉积,可进一步划分为珠江组二段下亚段和上亚段、珠江组一段下亚段和上亚段。珠江组二段(地震反射界面介于T50-T60之间),主要为三角洲—滨岸相沉积,岩性主要为砂岩,局部地区发育生物礁和碳酸盐岩台地; 珠江组一段(地震反射界面介于T40-T50之间)主要为半开阔滨海相沉积,岩性主要为泥岩夹砂岩。珠江组是珠三坳陷比较优质的储层,而且该地层的上部发育大套的泥岩,可以成为油气藏良好的盖层(李才等,2014a,2014b;权永彬,2018;廖成基和寥明光,2020)(图1-d)。

2 物源分析

物源分析是确定盆地沉积演化的首要条件。前人针对珠三坳陷新近系珠江组的物源研究较少,只是笼统地介绍珠三坳陷珠江组以神狐隆起、海南隆起或古珠江物源为主(钟泽红等,2018;杨计海等,2019;徐海春等,2021)。

研究区域的基底主要为下古生界变质沉积岩(如神狐隆起),东北部以中生界火山岩为主,阳江凸起部分为白垩系闪长岩(陈冰,2004;Sun et al., 2014)。研究区外的基底岩性具有如下分布特征,东北部以白垩系花岗岩为主,东南部为火山岩和碎屑岩,西北部和西南部为浅变质砂岩和砾岩。

由于珠三坳陷具有凹凸相间的构造背景和多源多相的沉积特征,为了弄清研究区珠江组砂体的成因和物源方向,更好地进行沉积体系分析,明确砂体空间展布特征,本研究综合轻矿物、重矿物、ZTR指数及地震前积反射特征对珠江组物源体系进行了研究,认为珠江组主要存在北部和东北部两大物源方向,此外,在沉积早期东南部神狐隆起未被海水淹没,也可以为研究区提供一定的沉积物供给。

2.1 重矿物特征

本次研究收集了珠江组18口井294个岩石样品的重矿物数据,经过统计发现重矿物组分以白钛矿、赤褐铁矿、锆石、电气石、磁铁矿和石榴石为主,以上矿物占重矿物总量的96.3%,其中白钛矿含量最高,平均约35.3%,赤褐铁矿含量平均约21.3%,锆石含量平均约16.1%。

根据重矿物组合类型不同,研究区在珠江组二段沉积时期可分为A区、B区、C区、D区和混源区5个区域(图2-a)。A区以“锆石+白钛矿+赤褐铁矿”为主、B区为“锆石+白钛矿+电气石”组合、C区以“赤褐铁矿+白钛矿”为主、D区为“锆石+白钛矿+赤褐铁矿+电气石”组合。在B、C区和D区之间为混源区。研究区在珠江组一段沉积时期,可分为A区、B区和混合区3个区域(图2-b)。A区发育“白钛矿+锆石+电气石”组合,反映沉积物来源于沉积岩为主体的母岩区(魏斌等,2003),且ZTR指数较高,为28.9~54.5,说明很可能来源于盆外物源体系。B区发育“赤褐铁矿+白钛矿”组合,沿南西—北东向ZTR指数增大(12~22.3),表示搬运距离较短。在研究区南部也有很多样品表现为复杂的重矿物组合特征和较广的ZTR指数范围(12~50.6),表明研究区域可能存在混合物源区。

2.2 碎屑组分特征

对研究区珠江组15口井砂岩碎屑组分特征进行研究,可知研究区珠江组沉积岩岩屑含量较低,反映沉积岩地层较少出露。依据变质岩和火成岩岩屑的相对含量,认为在珠江组二段中,研究区A区主体为“火成岩+变质岩+沉积岩”岩屑区,岩屑组合复杂。北部物源系统可以划分为B、C两部分,B区主体为“变质岩(>95%)”岩屑区,C区主体为“火成岩(平均70%)+变质岩(平均30%)”岩屑区,C区火成岩含量高,表明早期火成岩源区提供了较多物源。D区以变质岩岩屑(约90%)为主,可能来自东南部的物源系统。此外最南端的混源区碎屑样品的特征是变质岩的含量略高于岩浆岩,为C区和D区共同控制的区域(图2-c)。研究区珠江组一段岩屑组合分布与珠江组二段略有不同,差异主要体现在由于海侵作用,神狐隆起被完全淹没,隆起周围混源区面积缩小(图2-d)。

2.3 地震反射特征

在对珠江组物源方向的研究中,也利用了前积地震反射特征来判断物源方向。地震反射前积构型不仅可以显示研究区的物源输入方向,而且可以指示水体相对较浅的沉积环境,如斜交前积反映水动力较强,S型前积反映水动力较弱,而叠瓦型前积反映水体较浅。珠三坳陷L3、L4测线,在珠江组一段沉积时期(T40-T50)发育的西北向东南的中振幅、中频率、叠瓦状前积说明物源来自于西北部(图3-a,3-b)。图3-c为南北向的解释前后的L7测线,从测线上可以看出,珠江组一段沉积晚期(T40-T41)发育具有高振幅、中高频、连续至半连续和S型前积特征,同样说明该时期珠三坳陷存在北部物源系统。东西向的X4测线东北部也存在S型前积,反映了研究区具有东部物源(图3-d)。

3 沉积体系类型

综合考虑珠三坳陷的物源、构造与古气候等多种地质背景,充分运用岩心、粒度、钻测井及地震资料进行沉积相研究,分析确定珠三坳陷珠江组主要发育潮控河口湾相、曲流河三角洲、扇三角洲、滨岸和浅海陆棚5种沉积相类型(表1)。

3.1 潮控河口湾

河口湾是河口或下切河道被海水淹没的半封闭海岸环境,在相对海平面上升时形成,常受到河流、潮汐、波浪作用的共同影响(王润怀等,2000;李阳等,2020)。潮控河口湾沉积的地震相特征为中振幅、中频率、叠瓦状前积和丘状地震反射(图3-a,3-b),与河流输入相比,河口湾处更强的潮汐改造能力导致了地震剖面上更薄、更平缓的前积(Plink-Bjǒrklund et al., 1992)。研究区潮控河口湾相主要发育内—中河口湾亚相,内—中河口湾亚相发育潮汐水道、潮汐沙坝、混合坪和泥坪等微相。下文将详细介绍不同沉积微相的岩电特征(图4)及粒度概率累积曲线特征(图5)。

3.1.1 内—中河口湾亚相潮汐水道微相

潮控河口湾中的潮汐水道的岩性主要由灰色含砾中粗砂岩组成,具有高幅箱形测井响应特征,反映沉积过程中物源供给丰富和水动力条件稳定,表明潮控河口湾中的强潮汐过程。如A3井珠江组二段1980~2000 m(图4-a)。

A13井3599~3608.75 m(图6-a)和A1井3200~3207.3 m(图6-b)发育潮汐水道沉积。A13井下部为灰色块状层理砾岩和含砾粗砂岩,可见冲刷面,砾石分选良好,为次棱角状或次圆状。砂岩中发育羽状交错层理和双向交错层理,可见棕红色泥砾和泥质披覆。中部为含砾粗砂岩,发育羽状交错层理和斜层理,倾斜角度为15°(图7-a),生物扰动强烈(BI=4)。上部为褐灰色粗砂岩,发育板状交错层理,可见泥质条带。总体表现为多个间断正韵律,单个旋回最大厚度为1.6 m,最小厚度只有0.35 m,反映多期潮汐水道叠覆冲刷,从下到上呈退积型(图6-a)。

A1井底部为灰色压扁层理细砂岩,见生物遗迹化石Chondrites(树形迹)、Planolites(漫游迹)(图7-b),下部为棕灰色厚层含砾粗砂岩,发育板状交错层理(图7-c),可见泥质条带和双黏土层(图7-d);中部为灰色波状层理含砾中—细砂岩; 上部为浅灰色细砂岩夹泥岩,泥岩厚度为0.4 m,可见虫孔,总体表现为正韵律(图6-b)。

3.1.2 内—中河口湾亚相潮汐沙坝微相

研究区潮汐沙坝大多垂向上与潮汐水道叠置发育,分布在港湾区范围内,反映了研究区遭受多次海侵作用,形成了多期潮控河口湾充填。岩性主要为浅灰色至灰色细砂岩和中砂岩,在测井上具有中—高幅锯齿漏斗形响应(图4-b),粒度累积概率曲线通常为多段式(图5-a)或三段式特征(图5-b)。

B5井2091~2099.4 m为潮汐沙坝沉积。岩性自下而上为深灰色泥质粉砂岩、细砂岩和浅灰色厚层中砂岩,粒度向上变粗,上部偶见小断层,整体具有强烈生物扰动构造(BI=5)(图6-c)。砂岩分选磨圆较好,生物遗迹Planolites(漫游迹,图7-e,7-f)、Skolithos(针管迹,图7-g)和Ophimorpha(蛇形迹,图7-h)发育,可见泥质条带和贝壳碎屑(图7-i),偶见完整的贝壳,表明泥岩形成于安静的贫氧或缺氧环境中(向坤鹏等,2021)

砂岩颜色由深灰色到浅灰色表明还原环境由强变弱。Ophimorpha(蛇形迹)经常出现在过渡环境中纯净的中细砂岩中,常与潮汐沙坝有关。Skolithos(针管迹)代表充氧环境,可以指示沿海的潮间带或滨岸浅滩环境(齐永安等,2012;郑伟等,2023)。综上所述,有氧和缺氧环境交替变化可判断其发育于近岸潮汐环境中,其向上粒度变粗序列主要由潮汐变化引起。

3.1.3 内—中河口湾亚相混合坪和泥坪微相

B5井2007~2011.8 m为泥坪、混合坪沉积。泥坪岩性以泥岩为主,具有低幅直线形测井响应特征(图4-a)。混合坪岩性主要为深灰色—灰色泥岩与棕灰色薄层含砾砂岩互层,含砾砂岩厚4~20 cm(图4-a),粒度累积概率曲线为三段式(图5-c)。其中,含砾砂岩分选较差至中等,磨圆呈次棱角至次圆形,含红棕色泥砾(图8-a)。深灰色至灰色泥质粉砂岩中发育透镜状层理和波状层理,可见生物扰动构造(图8-b)和回填构造(图8-c);泥岩中发育生物遗迹Chondrites(树形迹)和Planolites(漫游迹)。总体上,砂岩层向上变薄,粒度变细,为正韵律(图6-d),表明自下而上水动力逐渐减弱。

总的来说,生物遗迹Chondrites、Planolites、Ophimorpha、Skolithos、Zoophycos等通常出现在半咸水沉积环境中(图7),反映陆相向海相沉积的过渡(齐永安,1999;Pemberton 等,2000;于兴河等,2017)。

潮控河口湾根据河流、潮汐、波浪作用强弱不同,可以划分为以潮汐作用为主的潮控河口湾和以波浪作用为主的浪控河口湾。浪控河口湾以障壁沙坝和湾头三角洲为特征(Dalrymple et al., 1992;赵霞飞等,2013),在本研究区不发育。本区发育的是潮控河口湾,这种沉积类型在地形较缓的海陆过渡带较为常见(李顺利等,2018)。

3.2 曲流河三角洲

曲流河三角洲相主要来源于研究区的西北部,由于该区地势较为平坦,三角洲既具有广泛分布的展布样式,又有呈现出多期推进、多套前积体叠置的发育特征(蔚远江等,2020)。

在珠江组一段沉积期间(T40-T50),它成为主要的边缘相组合,以响应强制海退(余烨等,2018;彭松等,2019)。其特征为高振幅、中高频、连续至半连续和S形前积地震反射,地震前积速率比较高(图3-c),表明河口建设较快,沉积物输入的速率和体积超过了盆地水体能量对三角洲活动边缘的再改造能力。研究区曲流河三角洲相主要发育三角洲前缘亚相,三角洲前缘发育分流河道、河口坝和远沙坝微相。

3.2.1 曲流河三角洲前缘亚相水下分流河道微相

B5井1799~1801 m发育水下分流河道沉积(图6-e)。下部为薄层含砾粗砂岩,含贝壳碎屑; 中部为棕灰色中砂岩和细砂岩互层; 上部为绿灰色薄层细砂岩,厚约0.2 m。棕灰色至绿灰色表明氧化还原环境交替变化,水体环境多变,棕灰色砂岩可能是汛期河床溢流沉积物。砂岩层中发育生物扰动构造和爬升沙纹层理,含泥质条带、间断正韵律(图8-d)。

B5井1789.4~1790.56 m也为水下分流河道沉积(图6-f)。岩性为浅绿色至灰绿色厚层块状层理中砂岩,分选中等,磨圆为次圆形,可见泥质条带和红棕色泥砾(图8-e),砂岩颜色从浅绿色过渡到灰绿色,粒度向上变细。浅绿色和灰绿色砂岩均表明氧化还原环境较弱,表明海水涨落频繁,沉积环境多变,砂岩中的泥质条带反映了水动力的不断交替变化。

曲流河三角洲中的水下分流河道主要以中—高幅箱形测井响应为特征,如B9井1430~1490 m(图4-c)。粒度累积概率曲线以跳跃和悬浮总体为主,滚动组分较少。跳跃总体含量较高,粒度Φ值为0~3.5Φ,斜率约50°;悬浮总体含量约10%,粒径大于4Φ,斜率较低(倾斜角约10°~20°);跳跃总体与悬浮总体交点的粒径值为4Φ,反映搬运距离较远,牵引流水动力较弱(图5-d)。

3.2.2 曲流河三角洲前缘亚相河口坝微相

曲流河三角洲前缘中的河口坝位于水下分流河道前端,沉积物比水下分流河道细。B5井1801~1803.6 m为多期河口坝叠置,岩性为绿灰色薄层波状层理细砂岩,见泥质条带和生物扰动,呈向上变粗的反旋回(图6-e)。以中幅漏斗形测井响应为特征(图4-c),位于水下分流河道前端,沉积物比水下分流河道细。

3.2.3 曲流河三角洲前缘亚相水下分流河道间微相

B5井1790.56~1791.72 m岩性为灰色泥岩夹薄层粗砂岩(图6-f)。泥岩中发育生物扰动构造(BI=1~2)和透镜状层理,可见虫孔,识别出Planolites(漫游迹)、Diploceraterion(双杯迹)等生物遗迹(图8-f)。灰色泥岩表明存在弱还原环境,Planolites、Diploceraterion生物遗迹和虫孔的同时出现可以指示海陆过渡相或海相的沉积环境。

3.3 扇三角洲

仅在珠江组二段下亚段沉积时期,文昌A凹陷的边界断层附近发育面积较小的扇三角洲沉积。扇三角洲沉积具有中—高振幅、中频、半连续到不连续、杂乱前积的地震反射特征。在研究区内主要发育前缘亚相,如A5井2270~2790 m,可进一步分为辫状河道、河口坝和支流间湾微相(图9)。

辫状河道微相的岩性粒度较粗,主要为灰色含砾砂岩、中—细砂岩,偶见灰绿色细砂岩、泥质砂岩,测井曲线具有中高幅箱形和钟形响应特征。砂体的单层厚度2~20 m,多发育冲刷面,多期正粒序叠置。河口坝微相的岩性为灰色中—细砂岩,测井曲线具有中高幅漏斗形响应特征,单层厚度为2~15 m。支流间湾微相由厚度小于10 m的灰色泥质粉砂岩、泥岩组成,具有低幅锯齿状测井响应特征,由于河道迁移作用,其保存较少。

3.4 滨岸

在珠江组一段上亚段,研究区广泛发育滨岸相临滨亚相沉积。临滨亚相主要由下临滨和上临滨微相组成。上临滨水浅,受波浪和离岸流作用强,岩性为薄层粉砂岩等,在测井曲线上呈中低幅锯齿漏斗形。下临滨水深,受波浪和离岸流作用弱,岩性以灰色泥岩为主,如A3井2350~2650 m(图10)。

3.5 浅海陆棚

浅海陆棚相主要发育陆棚泥和潮汐沙脊微相。浅海陆棚泥的岩性主要为大套厚层泥岩或粉砂质泥岩等细粒沉积物,如A8井1570~1680 m(图4-d),偶见海绿石和生物碎屑。测井曲线表现为中低幅测井响应,地震反射特征整体为平行—亚平行地震反射特征。

潮汐沙脊岩性以灰色粉砂岩为主,厚度在10~35 m左右,如A8井1680~1710 m为潮汐沙脊沉积(图4-d),地震剖面上见丘状反射特征(图3-a)。其与潮汐沙坝的区分可以从粒度、粒序、发育位置等几个方面来考虑。潮汐沙坝粒度偏粗,多为砂岩,反粒序,在靠近陆地的内河口湾亚相中发育; 而潮汐沙脊粒度偏细,为粉砂岩,发育于远离陆地的浅海陆棚相之中。

4 沉积体系展布

珠三坳陷珠江组沉积时期处于断拗转换阶段,具有物源供给多、坳陷面积小、相类型复杂的特征。研究区珠江组整体经历了海侵逐渐发展的过程(刘志峰等,2013;权永彬,2018;钟泽红等,2018;徐海春等,2021)。海侵时期,潮控河口湾相广泛发育,部分地区发育滨浅海相沉积; 海退时期主要发育曲流河三角洲沉积。下文将阐述不同层位砂体的平面分布和纵向演化特征。

珠江组沉积相类型包括潮控河口湾、曲流河三角洲、扇三角洲、滨岸和浅海陆棚相。沉积体系的展布是在物源分析的基础上,利用地震相、砂岩厚度和砂地比等值线图,综合确定了不同沉积相类型的展布范围(图11)。

在地震剖面上可以识别出多种地震相类型(图11-a,11-c,11-e,11-g)。如分布在研究区中部与北部的叠瓦状前积和丘状地震相,可以解释为潮控河口湾相; 分布在研究区中部与北部的S型前积地震相,可以解释为曲流河三角洲相; 分布在研究区西南部凸起与东南部边界断层附近的杂乱前积地震相,可以解释为扇三角洲相; 分布在研究区中部与南部的平行或亚平行地震相,可以解释为滨岸相; 分布在研究区东南部的平行或亚平行、空白地震相,可以解释为浅海陆棚相。

珠江组二段下亚段沉积时期,研究区北部、西南、东南处存在构造高点。据前文可知,物源来自北部和东南部。受潮汐作用影响,在研究区西北部发育大面积(约200 km²)的呈现叠瓦状前积和丘状地震相的潮控河口湾相,砂岩厚度介于45 m和221 m之间,砂地比值介于20%~60%之间;神狐隆起边界断层根部和西南小凸起附近发育小型扇三角洲,地震相类型为杂乱前积相,砂地比值介于20%~60%之间,西南部以滨岸相为主,浅海陆棚相面积较小,约40 km²,砂地比值小于20%,局部有潮汐沙脊发育,砂地比值介于20%~30%之间(图11-b)。

珠江组二段上亚段沉积时期,物源主要来自北部。随着从南到北的海侵作用逐渐加强,研究区东南方向神狐隆起逐渐消失(李才等,2014a;钟泽红等,2018;杨计海等,2019)。西北部广泛发育半封闭环境的潮控河口湾相,自北西向南东方向,砂地比值逐渐从70%减小至20%,砂岩厚度为101~268 m;浅海陆棚相面积比珠江组二段下亚段有所增加,面积近80 km²,偶见砂地比介于20%~30%之间的潮汐沙脊(图11-d)。

珠江组一段下亚段沉积时期,海水持续加深(余烨等,2018)。受北部物源的影响,研究区北部沉积发育大规模的曲流河三角洲(西侧三角洲面积约1400 km²,东侧三角洲面积约600 km²),砂地比值从北到南,由平均80%减小到30%,砂岩最大厚度达132.5 m;滨岸相发育在研究区中北部; 而浅海陆棚相发育于研究区中南部,其中的高部位发育潮汐沙脊,面积较小,一般20~30 km²(图11-f)。

珠江组一段上亚段沉积时期,来自于东北部的三角洲面积显著缩小(每个三角洲面积约为400 km²),砂地比值介于30%~50%之间; 中北部以滨岸相沉积为主,中南部地区为浅海陆棚相(图11-h)。

5 讨论

5.1 潮控与河控沉积体系特征对比

通过对岩心、钻测井和地震相的分析,明确了研究区最主要的沉积相类型为潮控河口湾和曲流河三角洲,这2种沉积相类型的最主要区别在于水动力条件,即受控于潮汐作用,还是河流作用?表2列举了潮控河口湾和河控曲流河三角洲的重要鉴别特征。潮控河口湾的岩性为砂泥薄互层,富含泥砾,见泥质披覆和双黏土层,常见沉积构造为羽状交错层理,波状、脉状、透镜状层理,生物扰动强烈、生物遗迹化石较多; 而河控曲流河三角洲岩性为中细砂岩与泥岩互层,夹薄层含砾粗砂岩,沉积构造为爬升沙纹层理、槽状或板状交错层理,生物扰动微弱,生物遗迹化石较少。潮控河口湾的地震相类型为叠瓦状前积,曲流河三角洲的地震相类型为S形前积。潮控河口湾一般在海侵时期发育,水体盐度较高,沉积物堆积速度较慢,受双向水流控制; 而河控曲流河三角洲一般在海退时期发育,水体盐度较低,沉积物堆积速度较快,受单向水流控制。

5.2 沉积体系控制因素

5.2.1 物源供给

据前文分析可知,珠江组主要存在北部和东北部两大物源方向,此外,在沉积早期东南部神狐隆起未被海水淹没,也可以为研究区提供一定的沉积物供给(图2)。物源供给对沉积展布具有很好的控制作用,因此,在珠江组二段下亚段沉积时期,来自于北部和东北部的物源控制了潮控河口湾的分布范围,东南部神狐隆起的物源在研究区内沉积了面积较小的扇三角洲相(图11-a)。而此后的珠江组二段上亚段和珠江组一段沉积时期,由于神狐隆起被海水淹没,东南部物源消失,研究区主要受北部和东北部物源的影响,在研究区中北部沉积了潮控河口湾和曲流河三角洲沉积相(图11-b,11-c,11-d)。

5.2.2 相对海平面变化

海平面升降变化的研究是研究层序地层划分和沉积主控因素的重要手段之一。通过对珠江口盆地西部海平面升降变化的分析,可以预测沉积体系的平面展布和纵向演化规律,以及研究砂体的成因及赋存位置,有助于全面了解研究区的沉积环境。

在珠江组二段沉积期间,海平面快速上升(秦国权,2002;廖杰等,2011;毛雪莲等,2019;聂国权等,2021),从南到北的海侵作用逐渐加强,东南方向神狐隆起逐渐消失,受潮汐作用影响,在西北部半封闭环境发育大范围潮控河口湾相(图11-b,11-d)。

在珠江组一段沉积期间,盆地主要处于稳定沉降的拗陷阶段,弱化了全球海平面下降对沉积物的影响(毛雪莲等,2019),相对海平面呈现小幅度振荡上升然后下降的趋势(图1-d)。由于潮汐作用减小、河流作用增强,因此研究区由潮控河口湾沉积体系逐渐过渡为曲流河三角洲沉积体系(图11-f,11-h)。

5.2.3 古地貌

古地貌分析是盆地沉积模式研究的基础,对沉积相展布和储集层发育研究具有重要的意义(程逸凡等,2020)。珠江组的古地貌特征对沉积展布具有很好的控制作用。

如珠江组二段下亚段沉积时期,研究区具有北高南低的地势特点,在隆起区域周围发育扇三角洲相沉积,由于神狐隆起的障壁作用,仅有部分低洼区域被海水淹没,发育浅海陆棚沉积,局部高地有潮汐沙脊发育(图12-a,12-b)。

又如珠江组一段上亚段沉积时期,研究区西北与中部地势高,对砂体有分隔作用。东北部古地貌低洼的区域,为主要沉积中心,沉积了来自北部物源的曲流河三角洲相; 南部地区由于从南到北大规模的海侵,神狐隆起被海水淹没,浅海陆棚面积扩大(图12-c,12-d)。

5.3 沉积模式

通过前述分析,可以总结出研究区珠江组一段和二段的沉积模式(图13)。在珠江组二段沉积期间,海平面快速上升(秦国权,2002;廖杰等,2011;毛雪莲等,2019;聂国权等,2021),从南到北的海侵作用逐渐加强,东南方向神狐隆起逐渐消失,受潮汐作用影响,在西北部半封闭环境发育大范围潮控河口湾相,内—中河口湾亚相中普遍发育潮汐水道和潮汐沙坝微相(图13-a)。

在珠江组一段沉积期间,盆地主要处于稳定沉降的拗陷阶段,弱化了全球海平面下降对沉积物的影响(毛雪莲等,2019),相对海平面呈现小幅度振荡上升趋势(图1-d)。研究区物源来自西北部和北部2个方向,潮控河口湾沉积体系逐渐过渡为曲流河三角洲沉积体系,浅海陆棚中间高部位发育潮汐沙脊(图13-b)。

6 结论

1)珠江口盆地珠三坳陷中部珠江组主要物源来自西北部和东北部,次要物源来自于东南部早期未被海水淹没的神狐隆起,主要发育潮控河口湾、曲流河三角洲、扇三角洲、滨岸和浅海陆棚相5种沉积相类型。

2)珠江组整体经历了海侵逐渐发展的过程。沉积早期,研究区东南部发育扇三角洲沉积,西北部半封闭环境发育潮控河口湾沉积; 随着从南向北的海侵作用逐渐加强,神狐隆起消失,西北部发育大规模的河控曲流河三角洲沉积。

3)在潮控及河控沉积特征对比的基础上,总结了沉积模式,并指出物源供给、相对海平面变化及古地貌为沉积主控因素。

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基金资助

*国家重大科技专项(2017ZX05001-002-002)

国家自然科学基金项目(41202078)