珠江口盆地13.8 Ma陸架邊緣三角洲與陸坡深水扇的“源-匯”關系

祝彥賀，朱偉林，徐強，吳景富

(1. 中國海洋石油總公司 中海油研究總院，北京，100027；2. 中海石油(中國)有限公司 勘探部，北京，100010)

20世紀 90年代末，美國國家自然科學基金會(NSF)和聯合海洋學協會(JOI)組織專家提出大陸邊緣計劃(MARGINS計劃)，其中沉積學和地層學項目組制定了S2S(Source to Sink)——從源到匯復合體系科學計劃[1]。在中國，南海北部珠江口盆地成為該研究的主要熱點區域[2]，特別是中新世底界面T60構造層的形成，使陸架-陸坡區形成了特殊的構造古地貌和相對海平面變化特征[3]，促使古珠江三角洲形成不同類型的陸架三角洲，其中一種類型——陸架邊緣三角洲最為特殊，其與陸坡滑塌體、深水扇有碎屑物質溝通，形成陸架-陸坡復合沉積體系[4]。2003年，在美國休斯敦召開了GCSSEPM基礎研究年會，會議的主題是“陸架邊緣三角洲和陸坡深水發育的石油系統”，陸架邊緣三角洲開始受到石油地質學家的關注。之后，眾多學者熱衷于墨西哥灣的陸架邊緣三角洲研究，并結合露頭描述、鉆井巖心分析、地震解釋等手段，提出陸架邊緣三角洲形成的多元混合影響因素(波浪、潮汐、河流)、發育過程、沉積模式及與陸坡重力流之間關系[4-6]，其中，以Steel的研究成果最受關注。他提出了陸架邊緣三角洲的多種分類(按相對海平面變化分為低位陸架邊緣三角洲和高位陸架邊緣三角洲，按所處陸架邊緣位置有無斷層影響分為穩定陸架邊緣三角洲和不穩定陸架邊緣三角洲，按三角洲形成驅動機制分為物源驅動陸架邊緣三角洲和可容空間變化驅動陸架邊緣三角洲)、影響因素、陸架邊緣三角洲沉積構型、三角洲與深水扇共生關系等[7-9]，系統剖析了該類型三角洲的沉積特征。可以說，陸架和陸坡的石油地質研究進入了一個新的發展階段。陸架邊緣三角洲指發育于大陸架邊緣的特殊陸架三角洲，隨著相對海平面下降，其越過大陸架坡折向陸坡延伸，隨物源供給增多，沉積主體不斷向陸坡方向推進，陸架逐漸向陸坡方向生長，沉積坡折隨之遷移，且下部斷裂活動影響古地貌，控制三角洲沉積，形成一種發育于陸架坡折處向陸、向海沉積厚度減薄的特殊類型三角洲，其發育的大陸架坡度一般小于 1°，陸坡坡度一般為3°～6°，最高可達8°。陸架邊緣三角洲在生長過程中，三角洲沉積碎屑不斷向陸坡方向搬運，由于斷裂活動、物源供給等因素的影響，相當一部分沉積物會在自身重力的作用下越過坡折發生再沉積，成為深水陸坡區沉積物的供給“背景源”。

珠江口盆地是我國南海北部中新生代被動大陸邊緣裂陷盆地，在南海和東沙2次構造運動后形成南北分帶，東西分塊的構造格局。經過20多年的勘探開發，已在陸架區獲得諸多發現，近年在陸坡區亦發現了LW311深水扇體，該井的勘探成功標志著南海北部陸架-陸坡的油氣勘探進入重要階段，從淺水到深水的“源-匯”研究開始興起。

1 中新世層序結構及沉積特征

1.1 層序結構

前人結合珠江口盆地中新統地震界面超削關系、相對海平面變化曲線、鉆井巖心、測井曲線特征和古生物化石鑒定資料，對比中新世陸架區惠州凹陷內層序格架和陸坡深水區白云凹陷的層序格架，將珠江口盆地中新統地層按年代劃分為7個三級層序，8個層序界面，以年代命名分別為SQ23.8，SQ21，SQ17.5，SQ16.5，SQ15.5，SQ13.8，SQ12.5 和 SQ10.5[10]。層序界面在陸架和陸坡內具有不同的反射特征。在中新世T60構造層形成，惠州凹陷處于緩慢沉降期，地層沉積平緩，厚度薄，在凹陷邊界和東沙隆起西北緣可見到削蝕、上超現象。白云凹陷由陸架環境快速沉降為上陸坡環境[11]，主要發育下切谷、復合水道、滑塌體和深水扇，下切谷成凹形雙向上超充填，水道化明顯，底部層序界面之上為向陸、向海的上超特征，并逐漸超覆[12]，深水扇可見底部侵蝕和丘狀輪廓，內部為雜亂反射特征，滑塌體為席狀不連續的雜亂反射，陸架-陸坡的銜接處見到多期的水道沉積，厚度較薄(圖1)。

1.2 沉積特征

與陸架有關的三角洲共有4種類型：內陸架三角洲(inner shelf delta)、大陸架三角洲(mid-shelf delta)、陸架邊緣三角洲(shelf-margin delta)和灣頭三角洲(bayhead delta)[4]。不同的海平面變化時期，隨著物源供給、海洋水動力等因素的影響，常常在不同類型的三角洲之間轉換，沿大陸架向海洋逐漸發育灣頭三角洲(水進期)—內陸架三角洲(高位期早期)—大陸架三角洲(高位期晚期和低位期早期)—陸架邊緣三角洲(低位期晚期)[7-8]。在中新世不同層序發育時期，古珠江三角洲受多因素影響，構成不同類型的陸架三角洲，并相互轉化。

珠江口盆地中新統沉積時期，相對海平面變化頻繁，在不同的時期內構成相對完整的海進-海退旋回。從圖1可見：相對海平面經歷多次的下降、上升旋回，低位期下降幅度大，變化迅速，持續時間短，造成低位域的沉積體系短期內快速發育。而與相對海平面變化對應的陸源碎屑供給強度亦有相似的變化關系[12-16]，相對海平面高位晚期和低位期，物源供應強度大，三角洲發育，分布面積大，易形成陸架三角洲和陸架邊緣三角洲，而水進期和高位早期，物源受到海洋潮流、潮汐、風暴流和波浪的沖洗改造作用，發育規模受到限制，常形成內陸架三角洲。中新世末期10.5 Ma三角洲的物源供給已經變得很弱，相對海平面達到最高點，三角洲以富泥沉積為主。所以，中新世古珠江三角洲在內陸架三角洲、大陸架三角洲和陸架邊緣三角洲之間相互轉換(圖2)。

圖1 中新世層序地層格架及地震反射特征(相對海平面變化曲線(據文獻[10]))Fig.1 Sequence framework in Miocene and seismic reflections (sea level line from Ref.[10])

圖2 珠江口盆地中新世相對海平面變化控制的陸架三角洲類型及演化Fig.2 Types and evolution of shelf delta caused by sea level in Miocene of Pearl River Mouth Basin

2 陸架-陸坡“源-匯”系統主控因素

被動大陸邊緣盆地作為國內外研究的熱點，多數學者常常將研究重點放在盆地結構、充填模式和成藏主控因素上，而實際決定盆地充填特征、生儲蓋組合的是沉積相的時空展布，特別是廣闊的陸架-陸坡區，由于存在的沉積相類型多，富泥、富砂背景不確定，往往使研究重點單獨放在陸架或者陸坡，無法二者兼顧，并從整體深入到局部。所以，國外學者提出了“從源到匯”的研究思想，讓地質家的勘探思路開闊起來，并結合諸多的分析化驗手段解決陸架-陸坡之間碎屑沉積物的搬運、沉積和再搬運、再沉積之間的復雜關系，以及該整合系統的運轉情況。

對于陸架-陸坡的“源-匯”系統而言，影響其發育的主要控制因素分為內因、外因2種。其中外因包括相對海平面變化、陸架坡折演化和海洋水動力作用，內因包括沉積物供給強度，二者的辯證關系決定了系統的運轉特征。內、外因不協調導致突發事件產生，過多的沉積物向陸坡搬運，沉積重心向海偏移，形成陸坡內事件性重力流沉積；內、外因協調發展使系統正常運轉，沉積物總體分配均勻，陸架充填多數的碎屑物質，陸坡以細粒沉積為主，達到沉積重心平衡，形成穩定的陸架-陸坡沉積系統。

2.1 相對海平面變化

中新世相對海平面變化呈整體上升趨勢，但SQ15.5沉積時期發生了1次快速下降，之后在SB13.8達到較低位置，隨后反彈，開始上升(圖1)。這一迅速的相對海平面變化引起了陸架-陸坡體系內沉積相的時空變化，特別是陸架上三角洲類型的變化。SB15.5和 SB13.8時期的濱岸線位置和陸架坡折之間的關系如圖3所示。從圖3可以看到，濱岸線與坡折之間的距離自西向東逐漸變窄，且最近距離發育在東沙隆起南部和番禺低隆起的東部，距離為10～85 km。這種相對海平面的迅速下降造成濱岸線與陸架坡折之間的距離逐漸縮小，同時使陸架沉積體迅速向坡折方向生長，不斷的進積、加積使三角洲前緣帶變寬、變厚，并呈東西向展布，在坡折處的三角洲前緣沉積物不穩定性增加，容易發生事件性的重力流沉積。

2.2 陸架坡折演化

珠江口盆地陸架與陸坡的銜接處發育多種坡折，包括斷裂型坡折、沉積型坡折[12-13,15]，均分布在層序界面附近。中新世以來，由于T60構造層的發育，在南東-近南北向拉張應力的作用下形成了北西、近東西和北東向三組斷層，向白云凹陷為逐漸變深的階梯狀正斷層，番禺低隆起南部發育少量反向正斷層，形成掀斜斷塊或翹傾半背斜，使斷裂坡折集中在白云凹陷北坡-番禺低隆起南部一帶，隨著相對海平面上升，坡折向陸遷移[13,15]。縱向上的坡折類型亦有規律變化，靠近陸架方向發育多級斷裂型坡折，多級坡折使古珠江三角洲向陸坡生長，當相對海平面緩慢上升時，三角洲前緣呈持續的加積作用，形成生長型沉積坡折，坡度較緩。所以，縱向上形成靠陸發育斷裂坡折、靠海發育沉積坡折的陸架坡折分布特征(圖4)。

坡折本身在陸架邊緣呈帶狀分布，造成坡折處的古地貌十分復雜，有大角度的陡坡帶，亦有小角度的緩坡帶，同時，相對海平面的快速升降使濱岸線快速遷移，造成陡坡帶水深高差變化大，緩坡帶水深高差變化小，形成不同變化率的可容空間，影響坡折處的三角洲前緣沉積體的展布和發育。

2.3 物源供給

物源是匯水區內沉積體形成的物質基礎，從珠江口盆地發育過程看，青藏高原隆升與南海擴張直接影響著珠江口盆地內的充填物質和充填序列[12-15]。從沉積總量來看，搬運到盆地內的碎屑物質及其他外源物質在陸架-陸坡區的分配關系決定了沉積體的規模和發育，特別是對于一定總量的沉積物，陸架區與陸坡區的“量”的分配均勻與否決定了“源-匯”系統的穩定性。陸架區分配多(圖5中A)，陸坡區分配少(圖5中C)，形成富砂陸架和富泥陸坡，上陸坡復合水道為富泥充填(圖5中B)；陸架區分配少(圖5中A)，陸坡區分配多(圖5中 C)，形成陸坡的重力流沉積體系，其中上陸坡的復合水道為富砂或者砂泥混合充填(圖5中B)，這里所說的多少不是絕對概念，而是相對概念。在具體決定分配量的過程中，相對海平面變化、陸架坡折演化及海洋水動力共同作用沉積物，使其經歷不同的搬運過程和搬運距離，從而形成多因素控制的物源供給體系和分配體系(圖5)。

圖3 濱岸線位置與陸架坡折位置之間的關系(以SB15.5和SB13.8為例)Fig.3 Relationship between shore line and break position (Taking SB15.5 and SB13.8 as examples)

圖4 珠江口盆地陸架坡折的類型及演化(以SQ13.8坡折類型為例，坡折分布據文獻[15])Fig.4 Types and evolution of shelf break of Pearl River Mouth Basin(Taking SQ13.8 as an example,break position from Ref. [15])

圖5 陸架-陸坡沉積物總量分配的多主體概念模式Fig.5 Multi-main-block conceptual model of shelf and slope supply distribution

2.4 海洋水動力作用

海洋水動力作用方式較多，包括波浪、潮汐、風暴流和內波、內潮汐等，在漫長的地質歷史中，陸架區持續的水動力作用主要為波浪、潮汐、風暴流，而內波、內潮汐只存在于上陸坡的峽谷中，是驅動峽谷內殘留沉積向中、下陸坡再搬運的往復水流。通過大量陸架區的水動力研究，Leeder[17]認為，自陸向海的沉積體系中，從內陸架、中陸架到外陸架，海洋水動力具有此消彼長的特征。在內陸架環境中，靠近海岸，波浪和沿岸流是搬運、改造沉積物的主要水動力；在廣闊的中陸架，由于在浪基面附近，波浪影響范圍變小，風暴流、潮汐開始大范圍的作用于沉積物，并重新改造沉積物，分配沉積物的沉積地點，特別是風暴流，其影響的范圍甚廣；之后過渡為外陸架，潮汐作用被放大，周而復始的漲潮落潮形成雙向水流，不斷改造著陸架邊緣上的沉積物，特別是陸架坡折處的三角洲前緣帶，不斷的被改造和再搬運，很容易在各種因素的觸發下發生垮塌。

3 中新世 SQ13.8陸架-陸坡的“源-匯”關系

在SQ13.8的發育過程中，體系域內的主控因素之間協調作用各異，形成不同的“源-匯”系統運轉特征。對于低位域發育的陸架邊緣三角洲，四大控制因素調控著其發育特征及與陸坡重力流沉積體之間的關系。下面針對低位期的“源-匯”系統進行剖析。

3.1 地震反射及沉積解釋

結合地震反射特征不難發現，自陸架向陸坡延伸的狹長地帶，靠近層序界面的陸架坡折處存在明顯的三角洲進積和上陸坡的滑塌體、深水扇反射特征，在向陸一側的上陸坡內還見到下切明顯的多期水道疊置及下切谷(圖6)。在番禺低隆起南坡的東部(圖6中AA′)見到斷裂坡折控制的向陸、向海雙向變薄的陸架邊緣三角洲沉積，同時，向隆起西南方向由于地形、地貌變低，發育陸架邊緣三角洲與上陸坡滑塌體、深水扇的反射特征(圖6中BB′和DD′)。圖6中 BB’顯示層序界面之上雜亂反射的斜坡滑塌體，由于地貌上存在一個緩沖的階梯，使順陸架坡折滑下的碎屑物質停滯，堆積成內部混雜的滑塌體。圖6中DD′顯示了進積型陸架邊緣三角洲，由于斷裂坡折的控制，物源供給增加形成生長型沉積坡折，并逐漸向上陸坡內沉積，并在下方見到大型的深水扇體。靠近陸架坡折向陸坡一側，發育多期疊置水道充填的下切谷(圖6中CC′)，其作為碎屑物質的搬運通道將陸架沉積物向陸坡內搬運，形成陸架邊緣三角洲-上陸坡復合水道-上陸坡滑塌體、深水扇的三位一體沉積格局。

3.2 牽引流向重力流轉化機制

沉積物從陸架向陸坡的搬運過程中，4種控制因素不斷的調整沉積物的搬運、分配，以使陸架-陸坡的沉積物協調發育，并不斷的處于運轉之中。南海北部臺灣淺灘陸坡存在自陸架向陸坡發育的多級陸架-陸坡坡折系統，自陸架向陸坡的重力流沉積過程中，存在坡度的逐漸變小，以及坡度控制的重力流流態的演化[18]，SB13.8界面之上的低位域沉積亦有此特征。陸架邊緣三角洲處于平坦的陸架上，物源供給使三角洲前緣帶向陸坡進積，由于陸架坡折的存在，坡度不斷變陡，通常大于 3°，最高可達 6°(圖6 中BB′和DD′)，隨后沉積物的不斷沉積及坡度變化容易觸發重力垮塌，啟動重力流的活動，之后快速搬運使沉積物在上陸坡內的局部可容空間(坡度變小，3°～4°)形成滑塌體(圖6中BB′)，隨著坡度變緩，沉積物繼續向陸坡方向搬運，坡度變為 1°～2°(圖6中DD′)，形成碎屑流深水扇體，而細粒濁流扇體在更遠的地區沉積下來(坡度小于 1°)，形成陸架向陸坡的沉積物供給過程，完成 1期的快速“源-匯”物質溝通，過程連續而短暫，呈事件性發育(圖7)。

3.3 形成“源-匯”的內、外因聯系

SQ13.8的低位域具有特殊性，內、外因彼此不協調，存在沉積物分配不均，形成“源-匯”系統內陸坡區的重力流沉積體系。相對海平面在SQ13.8初期下降到低點，使古珠江三角洲進積至番禺低隆起南部，此時陸架坡折遷移到白云凹陷北坡，兩者之間距離較小，陸架區的可容空間變小，源源不斷的物源供給使三角洲不斷向陸架坡折生長，此時的外陸架潮汐往復水流改造前緣帶，使沉積物重新分配，當其供給沉積量大于可容空間的時候，三角洲前緣沉積物會越過陸架斷裂坡折向上陸坡內堆積，來調整沉積總量分配的不均衡性，同時，進積生長形成沉積坡折。多類型坡折使陸坡存在分帶性坡度變化，改變了重力垮塌的啟動，上陸坡內的復合水道與進積前緣帶連接，在復雜水道搬運系統的銜接下，上陸坡深水區形成滑塌體-碎屑流扇體-濁流扇體，從而形成 SQ13.8低位期的特殊“源-匯”沉積系統內多流態演化格局。

圖6 SQ13.8低位期陸架-陸坡“源-匯”系統內多類型沉積體地震反射特征(剖面位置見圖3)Fig.6 Multi-sedimentary bodies’ seismic reflection in shelf and slope S2S system during LST of SQ13.8(Profiles position from Fig.3)

圖7 SQ13.8低位期“源-匯”系統內牽引流向重力流流態演化特征Fig.7 Evolution of sediment from traction current to gravity current in LST of SQ13.8

4 結論

(1) 南海中新世三級層序內，相對海平面變化控制古珠江三角洲類型，水進期和高位期早期為內陸架三角洲，高位期晚期和低位期早期為大陸架三角洲，低位期晚期為陸架邊緣三角洲。

(2) 相對海平面變化、陸架坡折演化、沉積物供給和海洋水動力共同作用古珠江三角洲，在中新世低位期晚期使其供給沉積量大于相對海平面和陸架坡折控制的可容空間，并使三角洲前緣帶越過斷裂坡折向上陸坡內生長形成沉積坡折，形成向陸、向海厚度減薄的陸架邊緣三角洲。

(3) SQ13.8低位期具有典型的“源-匯”系統發育特征，陸架邊緣三角洲形成后，持續的物源供給使沉積物總量分配不均，過多的沉積物向上陸坡內沉積，此時上陸坡內分帶性的坡度變化改變這部分沉積物的重力垮塌啟動，并在坡度變化的控制下形成滑塌體-碎屑流扇體-濁流扇體的流態變化特征。

(4) 由于“源-匯”關系的存在，陸架坡折附近沉積大量三角洲前緣砂體，成為油氣勘探的主力區帶。同時，上陸坡內發育的重力流沉積，由于“背景源”均是三角洲前緣砂，其內部儲層會有細微差異，但都應該作為油氣勘探的主要目標，其中重點是靠近坡折帶的緩坡地貌處，其常常為碎屑流和濁流扇體的沉積地點。

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