南沙萬安盆地新生界層序特征和主控因素

吳冬，朱筱敏，朱世發，張厚和，趙東娜，李維

（1.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；3.中海石油研究中心，北京100027）

南沙萬安盆地新生界層序特征和主控因素

吳冬1，2，朱筱敏1，2，朱世發1，2，張厚和3，趙東娜1，2，李維1，2

（1.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；3.中海石油研究中心，北京100027）

南沙海域是重要的含油氣盆地發育區，其西部的萬安盆地新生代沉積了陸相—海陸過渡相碎屑巖和海相灰巖。目前，萬安盆地的油氣勘探進展甚微，建立完善的層序地層格架并分析層序發育主控因素對研究盆地構造-沉積演化史、預測砂體分布以及落實油氣勘探目標均具有重要意義。綜合利用鉆井、測井和二維地震資料，運用層序地層學原理與方法，結合南海海域新生代構造-沉積演化背景，將萬安盆地新生界劃分為3個亞一級層序、6個二級層序和10個三級層序。SQ1—SQ2（古新統—始新統）發育范圍有限；SQ3—SQ10（漸新統—第四系）地層發育完整，主要為海陸過渡相砂泥巖和海相灰巖。分析認為，構造運動、海平面升降和物源供給共同影響盆地層序地層發育，其中構造運動是最主要的影響因素。

層序地層；主控因素；海洋地質；源-匯系統；南沙海域；萬安盆地

0　引言

南沙海域位于南海南部，總面積約82萬km2［1］。從地理位置來看，南沙海域位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋板塊的交會處，受三大板塊的聯合作用，新生代構造演化歷史復雜，形成了多個不同類型的沉積盆地。研究表明［1-4］，南沙地塊在漸新世之前位于華南古陸南緣，其南側為古南海，隨著漸新世以來南海擴張，南沙地塊南移，于中中新世末碰撞加里曼丹島，古南海消亡，現今的地理格局初步形成。在此構造背景之下，南沙海域新生代主要經歷了4次大規模構造運動，分別為古新世初期的禮樂運動、始新世末期的西衛運動、早漸新世末期的南海運動以及中中新世末的南沙運動。

南沙海域發育有13個新生代沉積盆地：萬安盆地、南薇西盆地、永暑盆地、南薇東盆地、九章盆地、安渡北盆地、禮樂盆地、北巴拉望盆地、南巴拉望盆地、北康盆地、南沙海槽盆地、曾母盆地和文萊—沙巴盆地。這些沉積盆地類型多樣，演化歷史復雜［2-5］，均沉積了巨厚的新生代地層，最厚處逾萬米，且西部與南部均較厚，東部與北部均較薄［4］。總體來看，南沙海域新生代地層經歷了早期陸相沉積、中期海陸過渡相沉積和晚期海相沉積的過程，發育了河湖相、三角洲相以及海相等多種沉積相類型。

萬安盆地是南沙海域最重要的含油氣盆地，目前多家國外石油公司已經在萬安盆地進行了較大規模的油氣勘探活動，并發現了大熊（DaiHung）等一批油氣田。由于多種原因，國內外對萬安盆地的研究均較薄弱，20世紀90年代中期以來，國內學者對其進行了構造、地層和成藏等方面的研究［6-9］，但層序地層學研究較少。明確萬安盆地層序發育特征和揭示其層序發育的主控因素，對追溯盆地的沉積充填過程、把握盆地烴源巖與儲集層分布規律以及生儲蓋組合特征和預測潛在的地層巖性油氣藏均具有重要的指導意義。筆者綜合運用鉆井、測井和地震資料，結合大量文獻調研，對萬安盆地層序地層進行劃分，探討其層序發育的主控因素，并考慮新生代青藏高原隆升事件對萬安盆地層序充填的影響，以期實現由“源”到“匯”的系統分析。

1　地質概況

萬安盆地位于南沙海域西部，北隔昆嵩隆起與湄公盆地相望，西南接納土納隆起，東南西雅隆起將之與曾母盆地隔開，面積約為8.53萬km2［10-11］。萬安盆地近南北向展布，根據構造與沉積特征可進一步劃分為北部坳陷、北部隆起、西北斷階帶、西部坳陷、西南斜坡、中部坳陷、中部隆起、南部坳陷、東部隆起和東部坳陷等10個二級構造單元（圖1），其中北部坳陷和中部坳陷均是盆地的沉降中心［11］。萬安盆地是在古近紀伸展拉張盆地的基礎上，后期受走滑斷層影響，發生扭張而形成的，張性特征非常明顯的剪切拉張復合型盆地［5］。萬安斷裂為萬安盆地的控盆斷裂，受該斷裂以及南海新生代構造運動影響，萬安盆地經歷了古新世—始新世斷陷階段、漸新世—中中新世斷坳階段以及晚中新世以來的區域沉降階段，發育了厚層的新生代地層。

圖1　萬安盆地構造單元劃分［12］Fig.1 Structuralunit division in W an'an Basin

萬安盆地基底以上發育了始新統—第四系，最大厚度逾萬米，自下而上分別為古新統—始新統人駿群、漸新統西衛群、下中新統萬安組、中中新統李準組、上中新統昆侖組、上新統廣雅組和第四系。其中人駿群為盆地早期初始斷陷階段粗碎屑堆積而成，以陸相河湖沉積為主；西衛群沉積期盆地轉為斷坳沉降階段并開始海侵，以陸相—海陸過渡相的三角洲和湖沼沉積為主；萬安組和李準組沉積期海平面進一步上升，沉積環境由海陸過渡相往海相轉變；李準組沉積末期，受南沙運動影響，盆地擠壓反轉，遭受嚴重剝蝕；在昆侖組沉積期區域沉降至今，沉積了厚層海相地層（圖2）。

圖2　萬安盆地新生界綜合柱狀圖［13］Fig.2 The geologic column of Cenozoic inW an'an Basin

2　層序地層特征

一般地，研究人員利用鉆井、測井、地震與古生物等資料開展層序地層分析、建立等時層序地層格架［14-16］和劃分體系域，進而尋找地層巖性圈閉。與多數低勘探區相似［17-18］，萬安盆地缺乏巖心資料，鉆遇基底的探井數量有限，筆者主要依據目前擁有的1.9萬km二維地震剖面和9口鉆井和測井資料開展研究工作。

單井層序界面的識別主要采用2種方法：①觀察測井曲線及巖性剖面，尋找測井曲線的突變面（一般對應巖性突變面），相應的地層界面即為層序界面；②觀察測井曲線組合特征，研究準層序疊加方式變化。以AM-1X井和11-D1X井為例，AM-1X井T32界面之上為大段泥巖，具有高GR、低RILD的特征，界面之下為臺地相碳酸鹽巖，GR值較低，RILD值較高，由此可以確定T32為層序SQ8和SQ7的分界面；11-D1X井層序SQ6頂界面之下為一套濱岸臺地相碳酸鹽巖沉積，GR曲線變化顯示其為進積—加積—進積的沉積過程，層序SQ6頂界面之上，GR曲線變化則顯示其為退積—進積的沉積過程［圖3（a）］。

地震資料橫向連續性好，在盆地層序地層劃分中占有重要地位。層序邊界的有效識別是地震層序研究的關鍵一步，主要是根據地震反射同相軸的終止關系，識別出上超、下超和削截［圖3（b），剖面位置參見圖1］，進而劃分出不整合面及與之對應的整合面。根據地震層序界面反射特征，對萬安盆地地震反射同相軸進行追蹤，最終完成了層序邊界的厘定以及層序的劃分，建立起萬安盆地層序地層格架。

綜上所述，通過不整合面的識別［圖3（c）］，將萬安盆地新生界劃分為3個亞一級層序、6個二級層序和10個三級層序（參見圖2）。研究認為，古新統—始新統（SQ1—SQ2）沉積期盆地主要發育早期粗碎屑沉積，平面分布范圍有限，漸新世（T80）以來，盆地東南部局部遭受海侵；南海運動（T70）之后，盆地廣泛發育濱淺海相三角洲砂巖；直至中中新世盆地穩定沉降，海侵范圍持續擴大，在北部、中部和南部均發育碳酸鹽臺地和生物礁；南沙運動是南海海域規模較大的構造事件，形成了明顯的上超與下削不整合界面（T32）；南沙運動之后，盆地區域性穩定沉降，發育濱淺海碎屑巖和灰巖沉積以及第四系淺海—半深海泥巖。總體來講，三級層序北厚南薄，后期隨著構造沉降速率減緩，這種差異逐漸消失，北部坳陷和中部坳陷均為萬安盆地新生代沉降中心，沉積了巨厚的漸新統和新近系地層，沉降中心三級層序平均厚度超過1 000m。

圖3　萬安盆地井-震層序地層劃分Fig.3 The sequence division based on welland seism ic data in W an'an Basin

3　層序發育主控因素分析

層序地層學理論基礎有：海平面升降變化具有全球周期性和4個基本變量（構造沉降、海平面升降、沉積物供給速率與氣候）控制了地層單元的幾何形態及巖性［19］。由于缺乏研究古氣候的資料和手段，前人對研究區古氣候研究亦屬空白，因此本次研究僅從構造沉降、海平面升降和沉積物供給速率3個方面來分析萬安盆地新生代層序地層發育的主控因素。

圖4　南海擴張過程示意圖［20］Fig.4 The schematic figure show ing the spreading history of the South China Sea

3.1構造運動因素分析

南海海域位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋板塊交會處，區域構造背景極為復雜，斷裂系統發育，盆地類型多樣。前人研究表明［20-22］，新生代以來，南海經歷了4次大的構造運動，分別為禮樂運動、西衛運動、南海運動和南沙運動（圖4）。始新世末由于南海西南海盆打開，原本連接在華南古陸—印支半島周緣的禮樂塊體和永署—太平塊體裂離南移，伴隨著南海的擴張和南沙地塊的南移，古南海逐漸縮小，直至晚中新世—全新世南沙地塊與加里曼丹島相撞而徹底消亡。萬安盆地位于南沙海域西南部，受控于萬安斷裂的活動和南海構造格局的變遷，新生代歷經了多次構造運動階段。

古新世初期的禮樂運動使得南海地區發生張裂，萬安盆地開始發育，形成了壘塹相間的地形結構及早期斷陷湖盆層序格架。始新世末的西衛運動在南海海域表現為北部拉張和南部擠壓，萬安盆地迅速擴張，相互孤立的洼陷逐漸連成一片，形成統一湖盆。據文獻［19］報道，從Vail等侏羅紀—第三紀海平面相對變化周期圖上可以清楚地看到漸新世中期的南海運動為全球新生代以來最大規模的海退發育明顯的層序界面。中中新世末由于南沙地塊和加里曼丹島碰撞以及菲律賓板塊向北西西運動而形成的萬安運動，在南沙各盆地均形成了區域性不整合面，地震反射同相軸呈終止、上超與下削特征。

萬安盆地經歷了早期的隆升裂解與走滑拉張、中期的斷坳沉降與擠壓反轉以及晚期的區域沉降幾個階段。每個構造階段均對應著基準面旋回的變化，發育多個層序。

3.2海平面升降因素分析

不同學者圍繞新生代全球海平面和南海海平面變化做了大量的研究［13，23-24］，普遍認為全球海平面在新生代總體表現為下降特征，存在短時期的震蕩和升高。

南海海平面在新生代保持著上升的趨勢，在中中新世南海停止擴張以前尤為明顯。這一結論得到了海平面變化研究與珠江口、瓊東南和鶯歌海盆地沉積環境演變研究［25］的證實。西衛運動之前，古南海海平面變化與全球海平面變化差異不大。距今32Ma時南沙地塊開始從華南古陸解體，雖然此時全球氣候變冷，海平面下降［26］，但研究區海平面上升，隨后萬安盆地遭受海侵。距今10.4Ma的南沙運動（T32）以后，古南海消亡殆盡，現今構造格局基本形成，南海海平面與全球海平面變化存在一定相似性（圖5）。

西衛運動開始至南沙運動結束，即南沙地塊漂移期間，無論全球氣候如何變化，海平面上升或下降，研究區海平面均保持上升。造成該種現象的原因可能有兩方面：洋中脊的擴張和物源供給。洋中脊擴張往往造成海平面上升［19，27］，而青藏高原隆升造成新生代我國地勢西高東低及加里曼丹島與南沙地塊碰撞造山均向南海傾注了大量沉積物，這也是導致南海古新世—早中新世、晚中新世—上新世以及第四紀海平面持續上升的原因。

圖5　中國南海巖性、構造期次、海平面變化及全球海平面變化綜合分析［13］Fig.5 Comprehensive analysisof lithology，tectonic stages，and sea level fluctuationsof the South China Sea

3.3相對海平面升降因素分析

一個地區相對海平面變化是全球海平面變化和當地沉降速率的函數［19］，而相對海平面變化決定了能否形成可供沉積物充填的可容納空間。

如前所述，全球海平面變化與南海海平面變化存在差異，而南海各沉積盆地由于各自的沉降速率存在差異，其相對海平面變化也各不相同，形成了不同的可容納空間，層序發育特征也不盡相同。

張云帆等［1］根據構造沉降史回剝法，計算出南沙海域不同盆地的沉降史，并在萬安盆地內選取了8口模擬井（參見圖1）計算其一維構造沉降速率，從而找出沉降中心的遷移規律。分析認為，萬安盆地的沉降特征是早期的沉降速率大于后期的沉降速率，并可劃分為3個沉降幕，第一沉降幕受西衛運動影響，南沙海域主要盆地均發生了大規模沉降作用；第二沉降幕開始于南海的擴張，并受到區域性抬升的影響；第三沉降幕發生于南沙運動之后，為一次大規模的快速沉降作用。

筆者將南海海平面變化曲線［13］與萬安盆地構造沉降曲線［1］擬合，繪制出萬安盆地不同位置的8條相對海平面變化曲線（圖6，本次研究不考慮距今40Ma之前已有的沉降量，即使加上距今40Ma之前已有的沉降厚度，也只是令構造沉降曲線和相對海平面變化曲線上下平移，不影響耦合曲線的趨勢形態及分析結果）。

從圖6可以看出，雖然就某個單一盆地而言，海平面變化曲線是固定不變的，但由于不同的二級構造單元沉降速率和幅度均存在差異，萬安盆地8條相對海平面變化曲線并不完全相同，這就造成了可容納空間或新增可容納空間的不同，進而影響層序地層的發育。

圖6　萬安盆地不同位置構造沉降、海平面波動及相對海平面變化概念模型Fig.6 The influence of tectonic subsidence and sea level fluctuation on relative change of sea levelof different places inWan'an Basin

從相對海平面曲線的時間特征來看，距今30Ma之前相對海平面變化曲線斜率較大，反映了可容納空間增長速率較快，究其原因，主要是受禮樂運動影響，萬安盆地處于張裂期，形成了很多地塹供沉積物充填。距今30Ma之后，斷陷特征不再明顯，轉為斷坳沉降，相對海平面變化曲線升高減慢，可容納空間增大減緩。11-D1X井［參見圖3（a）］與02模擬井位置接近（參見圖1），從井底到距今15Ma所對應深度（2 550m）可劃分為一個上升超長期半旋回，GR曲線為鐘形，巖相由早期粗碎屑砂礫巖變為砂泥巖以及碳酸鹽巖，沉積相由陸相三角洲轉變為海相三角洲和臺地相。距今15～10Ma，相對海平面變化曲線下行，指示了可容納空間減小，這主要是中中新世南沙地塊進一步與加里曼丹島碰撞，同時菲律賓板塊擠壓研究區造成盆地褶皺抬升所致，井上可觀察到一個下降超長期半旋回，巖相上可見碳酸鹽巖夾厚層砂巖。距今10～3Ma，可容納空間穩步增大，距今3Ma～今，相對海平面停止升高或略下降再到急劇上升，11-D1X井第四系巖相由泥巖轉為砂巖，反旋回特征明顯。

另一方面，從相對海平面曲線的空間特征來看，不同二級構造單元內可容納空間變化不同，進一步使得層序和沉積特征均呈現出差異。距今10～3Ma，盆地北部的05號模擬井相對海平面變化速率較大，相應的北部隆起上DAIHUANG-1X等5口井對應層段泥巖發育較厚，砂泥比較小。

3.4物源供給因素分析

前人研究表明，西北部古湄公河在中新世之前被昆嵩隆起阻擋，無法為萬安盆地供源［28］，因此推斷早期湖盆物源來自盆地北部和西北部局部隆起，沉積物為近源粗碎屑堆積，直至早中新世，古湄公河水系途經昆嵩隆起進入萬安盆地，但是從北部5口井巖相來看，此刻物源供給不足，盆地處于欠補償狀態，主要發育濱淺海相泥巖和碳酸鹽臺地，局部發育三角洲相砂巖。筆者認為，古湄公河物源在上新世以后才大面積影響萬安盆地北部沉積和層序發育，該結論不僅可以從井上觀察到，也可以通過分析青藏高原隆升得出。

印度洋板塊持續擠壓歐亞板塊，青藏高原開始隆升，這一事件被認為是新生代最重要的一次構造運動。印度洋的兩大深海沉積扇（孟加拉扇與印度河扇）均被認為是新近紀以來喜馬拉雅山脈上升剝蝕的產物，兩者的體積相當于4～5個現代南海的容積［29］。此外，青藏高原隆升事件還影響了鶯歌海盆地巨厚沉積物的發育、珠江口盆地北部物源的演化以及上新世以來西沙珊瑚礁的生長［29-31］。

目前，青藏高原隆升對萬安盆地的影響研究近乎空白。發源于青藏高原的湄公河攜帶了大量的碎屑物質注入萬安盆地，從“源-渠-匯”體系來看，青藏高原與萬安盆地沉積層序關系緊密不言而喻。筆者認為，青藏高原早期對萬安盆地層序地層的影響較弱，后期影響則較強。從現有資料可以發現，始新世—漸新世、中中新世和上新世至今，都是沉積物供給充足的時期，前2個階段沉積物的供給與青藏高原隆升事件關系不大，主要是早期張裂和后期反轉剝蝕為盆地充填提供了豐富的物源。對比發現，喜馬拉雅運動Ⅱ幕青藏高原抬升強烈，南海的碎屑物質供給卻不充足，而上新世至今，尤其是距今3.4Ma～今，青藏高原快速隆升（青藏運動），大約抬升了2 km［32］，經過瀾滄江和下游的湄公河為萬安盆地提供了大量的碎屑物質（圖7），在單井上表現為大段泥巖之上出現粗碎屑沉積。

圖7　青藏高原與中國南海及萬安盆地新生代構造演化［13，29，32-36］Fig.7 Cenozoic tectonic evolution in Qinghai-Tibetan Plateau，South China Sea and W an'an Basin

3.5不同影響因素綜合分析

（1）構造運動、海平面升降和物源供給3個因素共同控制了研究區層序地層發育。從上述分析可知，南海海域海平面變化與全球海平面變化不一致，這與新生代南海的擴張事件密不可分。同時，歐亞板塊、印度洋板塊和太平洋板塊的交會擠壓造成了印支半島和加里曼丹島中部的抬升，抬升剝蝕產生的碎屑物質不斷向南海傾注，為研究區提供沉積物源供給的同時也影響著南海海平面的變化。因此，構造因素同時決定了海平面變化和物源供給，是控制層序發育的核心因素。

（2）萬安盆地層序地層的充填與發育不是靜止的，而是一個動態的過程。在這個過程中，某一時刻某一種或多種因素控制層序發育，其他時刻則不然。萬安盆地經歷了禮樂運動、西衛運動、南海運動和南沙運動，期間盆地的幾何形態和構造格局均發生了巨大的變化，構造運動直接控制了萬安盆地的層序發育，而在構造運動相對平靜的時期，尤其是在晚中新世南沙地塊碰撞加里曼丹島之后，古南海消亡和南海停止擴張以來，海平面變化和物源變化共同決定了地層的疊置樣式。

4　結論

（1）萬安盆地新生界可劃分為3個亞一級層序、6個二級層序和10個三級層序，三級層序自下而上命名為SQ1—SQ10。

（2）萬安盆地新生界層序發育主要受控于構造運動、海平面升降和物源供給3個因素。構造運動是控制萬安盆地層序發育的最主要因素，其不僅控制著層序的發育，也控制著相對海平面的變化以及物源供給。

（3）不同時期萬安盆地層序發育的影響因素不同，板塊（或地塊）活動期間構造運動直接控制萬安盆地層序發育，構造活動減弱時海平面升降和物源供給影響更突顯。

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（本文編輯：李在光）

Characteristicsandmain controlling factorsof Cenozoic sequence stratigraphy inW an'an Basin，Nansha Islands

WU Dong1，2，ZHU Xiaom in1，2，ZHU Shifa1，2，ZHANG Houhe3，ZHAO Dongna1，2，LIWei1，2
（1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.College ofGeosciences，China University ofPetroleum，Beijing 102249，China；3.CNOOCResearch Center，Beijing 100027，China）

Wan'an Basin isone of the uppermostbasins in thewestern partofNansha Islandswhich developsseveral significant petroliferous basins.The sedimentary layermainly consists of conglomerate，sandstone andmudstone of Cenozoic continental facies，marine-continental transitional facies andmarine facies.So far，because of the restriction ofmany factors，the oil and gas exploration progress in Wan'an Basin is slow.A reasonable and reliable sequence stratigraphic framework is necessary and important for analyzing tectonic-sedimentation evolution history and predicting the distribution of sandstone and implementing lithological reservoirs.Based on the drilling，logging and 2D seismic data，under the guidance of sequence stratigraphic theory and method，combined with the tectonicsedimentation evolution background of Cenozoic in South China sea，this paper divided the Cenozoic into three subfirst-order sequences，six second-order sequencesand ten third-order sequences（SQ1-SQ10）in Wan'an Basin.SQ1 and SQ2，corresponding to Paleocene-Eocene，can't be identified completely because of erosion and the limit of seismic quality.The strata of SQ3-SQ10（Oligocene-Quaternary）were developed completely andmainly composed of sand-shale and marine limestone of marine-continental transitional faceis.The controlling factors of sequence stratigraphic development include tectonic movement，sea level change and sediments supply，among which thetectonicmovement is themost important factor.

sequencestratigraphy；main controlling factors；marinegeology；source to sink system；Nansha Islands；Wan'an Basin

P618.13

A

1673-8926（2015）02-0046-09

2014-04-23；

2014-07-21

國家重大科技專項“海洋深水區油氣勘探關鍵技術”（編號：2011ZX05025-005-02）資助

吳冬（1987-），男，中國石油大學（北京）在讀博士研究生，研究方向為沉積學和層序地層學。地址：（102249）北京市昌平區府學路18號中國石油大學地球科學學院。E-mail：lisandpw@163.com

朱筱敏（1960-），男，博士，教授，主要從事沉積學與儲層地質學的教學和科研工作。E-mail：xmzhu@cup.edu.cn。