層序地層學標準化理論在陸架坡折-陸坡區的應用——以珠江口盆地中中新世沉積層序為例

陳維濤，徐少華，孫珍，何敏，姚佳利，王英民，卓海騰

層序地層學標準化理論在陸架坡折-陸坡區的應用——以珠江口盆地中中新世沉積層序為例

陳維濤1，徐少華2，孫珍3，何敏1，姚佳利1，王英民4，卓海騰5

［1.中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000；2.重慶科技學院 復雜油氣田勘探開發重慶市重點實驗室，重慶 401331；3.中國科學院 南海海洋研究所 邊緣海與大洋地質重點實驗室，廣東 廣州 510301；4.浙江大學海洋學院，浙江 舟山 316021；5.中山大學 海洋科學學院，廣東 珠海 519082］

層序地層學標準化理論在陸架坡折-陸坡深水區的應用尚未成熟。截至目前，基于淺層高分辨率地震和露頭資料對深水層序開展的研究大多聚焦于深水水道或盆底扇內部，而忽視了與上陸坡以及陸架體系的系統對比。將層序地層學標準化理論應用于珠江口盆地中中新世（13.8 Ma前后）的陸架坡折到陸坡區，通過三維地震資料的系統解釋、屬性提取、可視化和鉆測井信息分析，建立了從陸架到陸坡區的統一層序地層格架。在此基礎上，明確了珠江口盆地陸架坡折-陸坡深水區中中新世沉積層序具有海侵體系域和高位體系域厚度薄、強制海退體系域和低位體系域前積層厚度大，以及底積層（主要為深水扇）普遍發育于低位體系域的層序地層發育特征。深水區層序地層格架的建立應從陸架坡折區到深水區整體考慮，結合“源-匯”體系演化特征進行三維空間的系統對比，才能準確劃分各個體系域，從而更好地認識陸架-陸坡-深水區的沉積耦合關系。

陸架坡折-陸坡；深水扇；標準化；層序地層；中中新世；珠江口盆地

層序地層學的出現為地層對比、等時地層格架的建立和沉積環境的分析給出了合理的解釋。自Catuneanu等［1-3］在2009年將層序地層學理論進行標準化，即對層序地層學的眾多學派（包括沉積層序、成因層序和T-R層序）的異同進行系統對比以來，目前沉積層序的應用最為普遍，即習慣以不整合面作為層序邊界。沉積層序的分類中又以Hunt等［4］在1992和1995年建立的層序模式的應用最廣，也就是將一個完整的3級層序細分為4個體系域，由底至頂依次為：低位體系域（LST）、海侵體系域（TST）、高位體系域（HST）和強制海退體系域（FSST），Catuneanu等［1］稱為“沉積層序Ⅳ”并已廣泛應用于全球不同類型的海相和湖相盆地、不同級次或不同尺度的資料當中，也被不同的研究手段（如地震、測井、露頭和模擬實驗）所采納［5-7］。但總的來說，層序地層學在陸架邊緣的應用頻次遠高于深水陸坡-深海平原地區，原因在于：①相對海平面變化對深水沉積體系是否產生影響，證據還不明確，現代觀測難度大；②受可容納空間變化影響，陸架沉積體系會迅速發生相應變化，但由于距岸甚遠，深水沉積體系不見得隨即發生改變；③深水沉積體系不僅受物源的控制，還受到等深流、內波和內潮汐等其他因素的影響。這些都充分反映了層序地層學應用于深水盆地的難度。近年來，Johnson等［8］、van der Merwe等［9］和Flint等［10］基于詳細的露頭觀測試圖為層序地層學應用于深水盆地提供實例。但由于露頭視野的限制，深水層序模式的建立大多聚焦于深水沉積單元本身［11］，如深水水道或盆底扇內部，束縛了層序格架在三維空間上的對比，缺少與陸坡、甚至陸架進行層序意義上的地層對比證據。基于地震的宏觀視野剖析深水層序的研究也不多見。Catuneanu等［1］在Posamentier和Kolla［12］對東婆羅洲深水扇研究的基礎上，對深水扇的地震反射特征進行詳細的解剖，探索性地將層序地層學標準化理論應用于深水沉積體系。但這種模式在實際應用過程中仍遇到一些問題，例如：依據少數典型剖面中的地震相特征分析所建立的層序地層格架是否具備側向對比的條件，如何與上陸坡甚至陸架的層序進行對比。以上說明，層序地層學在陸坡深水區的應用尚未成熟。珠江口盆地是中國南海北部發育的準被動大陸邊緣型盆地，穩定供源的古珠江流域、寬闊的陸架-陸坡古地理背景、周期性的海平面升降和持續的構造沉降為層序地層學標準化理論的推廣創造了地質條件［13-15］。本文以珠江口盆地中中新世三級層序界面SB13.8上下最大海泛面（MFS）之間的地層為例，對陸架坡折-陸坡的層序結構進行剖析，旨在說明：①傳統深水扇模式中簡單地將深水扇中底部的粗粒物質劃歸為FSST的做法需謹慎；②解決深水層序的劃分問題需將深水層序的劃分結果與陸坡甚至陸架的層序劃分結果相結合；③以層序地層格架的區域等時性和區域可編圖性為準則，才能確保深水層序劃分結果的實踐意義以及后續區域沉積相研究的有效進行。

1　區域地質概況

珠江口盆地位于南海北部大陸邊緣的東區，是因歐亞板塊和印澳板塊碰撞以及太平洋板塊俯沖所形成的含油氣盆地（圖1）［16-17］。新生界的地層由老到新依次發育神狐組（古新統）、文昌組（始新統）、恩平組-珠海組（漸新統）、珠江組-韓江組-粵海組（中新統）、萬山組（上新統）和第四系［16-18］。白云凹陷是珠江口盆地內面積最大的凹陷，約12 000 km2，水深200 ～ 3 000 m，在沉積演化過程中長期處于陸架向深水環境演變的過渡地帶［16，19］。自晚漸新世白云運動發生以來（約23.8 Ma），白云凹陷由整體裂陷拉張的構造背景轉變為穩定的熱沉降［20］。其中，中中新世構造沉降幅度較大，平均介于500 ～1 000 m。此時白云凹陷除了控凹邊界斷裂活動之外，大多數斷層活動已經停止，沉積環境演變為深水陸坡，與現今的沉積格局基本一致［16］。

前人對白云凹陷中中新世韓江組做了大量的層序地層學研究工作，針對番禺低隆起至白云凹陷北坡一帶的研究最為詳實，共界定了9個三級層序界面（SB23.8，SB21，SB17.5，SB16.5，SB15.5，SB14.8，SB13.8，SB12.5和SB10.5），其間包含8個三級層序［21-24］（本文層序的命名以三級層序的底界面為準，例如SB13.8和SB12.5之間的地層將其命名為SQ13.8）。層序內部又可細分為低位體系域、海侵體系域、高位體系域和強制海退體系域［23-24］。特別是13.8 Ma受全球氣候變冷引起的海平面大幅下降，沉積速率普遍增高，盆地內河口-深水沉積物的侵蝕作用顯著增強，不僅形成了陸架邊緣三角洲，深水陸坡上還發育多種類型的深水沉積，如海底峽谷、單向遷移水道和塊體搬運復合體等［25-26］。

2　層序地層框架

從各體系域的井-震識別標志出發，根據地震反射終止關系、巖性和測井曲線的旋回突變面，進一步展開基于三維地震的系統解釋和對比，最終建立區域性的層序地層格架。

SB13.8之下的HST（介于SQ14.8MFS和SQ14.8BSFR）的頂、底界面在深水陸坡區為相鄰的反射波極性相反的地震同相軸（圖2），地層厚度薄。因為高海平面時期，陸架具備充足的可容空間接受沉積，陸源碎屑物質難以向深水區大規模推進，導致深水區的HST地層厚度很薄（＜18 ms）。

隨著相對海平面的下降，FSST在研究區中、西部（強物源供給區）表現為高角度的斜交型前積反射，這種缺失頂積層的高角度前積是FSST區別于HST的典型相標志（圖2a，c）。前積層沿陸坡走向展布，厚度普遍在60 ms以上（圖3a）。與之對比的是，研究區東部W952D井附近由于高地勢的古地貌背景而遠離河口，外陸架至上陸坡一帶長期缺乏高角度前積，地層傾角平緩且側向上廣泛延伸（圖2b）。總的來說，FSST的前積層厚度大且沿陸坡走向展布，向陸和向海雙向減薄（圖4）。底積層（即W611井以西）局部上超于云開低凸起，W611井以東底積層厚度稍有增大。

圖1　珠江口盆地構造單元劃分和研究區位置

a.珠江口盆地構造單元劃分；b.13.8 Ma的陸架坡折帶及研究區地震和鉆井概況（據文獻［14］和［15］）

圖2　珠江口盆地白云凹陷北坡順物源方向的層序地層格架（剖面位置見圖3）

a.FSST在研究區中、西部（強物源供給區）表現為高角度斜交型前積反射； b.FSST在研究區東部地層傾角平緩且側向上廣泛延伸； c.研究區東部的LST表現為退積和向岸上超特征； d.物源供給區的LST發育大規模進積的陸架邊緣三角洲，相較FSST頻率更低，振幅更強 SB.層序界面；MFS.最大海泛面；MRS.最大海退面；BSFR.強制海退體系域底界面（地震剖面以層拉平顯示；井旁曲線為GR曲線；由于地震測線方位的不同，特別是和主物源供給位置的差異會導致體系域的地震識別特征發生變化。）

圖3　珠江口盆地白云凹陷北坡SB13.8上、下體系域地層時間等厚圖

a. SB13.8之下FSST地層；b. SB13.8之上LST地層

圖4　珠江口盆地白云凹陷南部沿WE方向的層序地層格架（剖面位置見圖3）

LST是由于沉積物的供給速率超過可容空間的增長速率所形成，以最大海退面SQ13.8MRS和層序界面SB13.8為頂、底面。物源供給區的LST是位于FSST之上的大規模進積的陸架邊緣三角洲，但具有頻率更低、振幅更強的地震反射特征（圖2a，d）。研究區東部的LST卻表現為退積和向岸的上超（圖2b，c）。這是因為該區域已偏離河口，沉積物的供給速率小于可容空間的增長速率所致。因為此時的SQ13.8MRS和SB13.8仍然能夠與研究區西部進行地震層位的等時追蹤和對比，所以該層段仍應解釋為LST而不是TST，盡管此時的地震反射終止關系已和TST類似。結合地層等厚度圖，LST發育的陸架邊緣三角洲主體位于研究區西部，即W521井和W311井以南的區域，厚度75 ～ 125 ms（圖3b）。但是厚層的深水扇并沒有發育在三角洲供給的正前方，而是以一定交角出現在研究區的東南部，即W611井鉆遇處，厚達150 ms以上（圖4），其沉積展布規律在第3節重點論述。

由于海平面的快速上升，TST（介于SQ13.8MRS和SQ13.8MFS）的沉積濱線向陸回退，深水陸坡區處于欠補償環境，厚度極薄。其中SQ13.8MFS的區域連續性好，振幅極強（可能和鈣質膠結作用有關），在白云凹陷西部表現為下超面，易于識別和大范圍的追蹤對比（圖2d）。

3　深水陸坡沉積體系

SQ13.8的LST在層序地層格架的建立過程中具有一定的特殊性，其層序樣式的不同是由于沉積體系宏觀展布規律的不同所致，所以對LST的沉積體系進行精細刻畫。

在W311井附近，地震相呈強振幅、平行-亞平行，且中-高連續性反射，在均方根振幅屬性上呈現出沿北北西方向帶狀展布的強振幅，測井曲線顯示發育一個反旋回高含砂率層段。

西部的W521井具有被波浪強烈改造的特點，砂體呈現出多方向和多期次的展布，總體表現為NE-SW向。結合前積反射的區域位置，LST的陸架邊緣三角洲發育在研究區中西部（圖5）。但受W711井附近的云開低凸起的影響，深水沉積在西部的規模不大，三角洲攜帶的沉積物難以繼續向南推進，而是在側向水流（如沿岸流或等深流等）的搬運作用下轉向SE方向，沉積在東部可容空間充足的W611井附近形成深水扇沉積。值得關注的是，該深水扇的正北方向缺乏明顯的前積，而表現為沿岸展布的、厚度較為一致的條帶狀砂體，解釋為沿岸砂壩復合體（圖2c）。SQ13.8 LST的這種受波浪強烈改造的沉積展布特征可以和澳大利亞東南部弗雷澤島的現代地貌特征［27］相類比，由此建立SQ13.8 LST的沉積模式（圖6）。

圖5　珠江口盆地白云凹陷北坡SQ13.8 LST的沉積相

圖6　珠江口盆地白云凹陷北坡SQ13.8 LST的沉積模式

4　討論

4.1　與常規深水層序模式的區別

當前層序地層學在陸架和上陸坡的應用比較廣泛，層序的劃分和對比也相對成熟，但在深水區的應用仍比較有限。截至目前，深水層序地層格架的建立大多習慣于從深水沉積單元本身的地層疊置規律入手，并以此為基礎進行相關體系域和層序的劃分和命名［28-30］。但在實際研究過程中，有關深水層序的研究大多是根據已有的模式，將陸坡的粗粒沉積物劃歸于FSST和LST，上覆細粒沉積物劃歸于TST和HST，使一個完整的深水層序旋回起始于隨著下切谷或深水水道被帶入海盆的碎屑流或濁流沉積，結束于陸源體系的向岸回撤。最終將體系域按沉積物由粗到細的順序以FSST>LST>HST>TST來分配［31-33］。

常被忽略的是以上關于深水層序的劃分是以近陸源沉積背景為前提，即深水沉積體系能夠直接并且快速地響應于陸架沉積體系的變化［34-35］。也就是說，陸架體系由于基準面的變化造成岸線的進退直接作用于深水體系也隨即發生改變。但在以“浪控”和寬陸架沉積背景為主的珠江口盆地除了順物源方向的搬運過程之外，還需重點關注側向水動力的搬運作用。正因如此，珠江口盆地中中新世的深水層序地層格架的研究結果有別于以順物源為主導的常規深水層序模式，區別主要表現在：

1） FSST具有較大厚度的前積層并向陸和向海雙向減薄直至尖滅，深水扇幾乎全部發育在LST（圖4）。這區別于理論模式中“FSST（尤其是FSST晚期，臨近層序界面）是一個完整層序內深水儲層最具潛力的體系域”的認識，因為這一結論僅是基于陸源物質通過下切河谷和陸坡侵蝕溝谷對盆底扇直接供源的考慮（圖7）。

2）三角洲和盆底扇的對應關系根據地震測線方位的不同，可以表現出“有洲無扇”、“無洲無扇”、“無洲有扇”和“有洲有扇”。以SQ13.8LST為例，如圖2所示，這一體系域內部就囊括了上述4種類型，豐富了理論模式中僅強調的“有洲有扇”的單一類型，說明在深水層序地層的實踐過程中更應具有三維空間體的概念。

圖7　從陸架、陸坡到盆底的沉積樣式（據文獻［36］修訂）

［理論模式中認為FSST（尤其是FSST晚期，臨近SB）是一個完整層序內深水儲層最具潛力的體系域，這一結論僅是基于陸源物質通過陸表下切河谷和陸坡侵蝕溝谷對盆底扇直接供源的考慮。但由于強烈的側向水動力的作用，珠江口盆地中中新世的盆底扇發育在LST。］

4.2　深水層序劃分的研究思路

過去建立深水層序地層格架時，常常從復雜的深水體單元內部出發開展工作，以此為基礎建立層序地層格架，其結果能否與上陸坡、甚至陸架體系進行層序意義上的地層對比往往被忽略，以至于層序地層學的應用常處于“分塊”或“分沉積環境”探索的局面，容易導致全盆地內層序格架建立的混亂，最終使層序地層格架難以統一。

例如在圖4b中，當視域過小時，依靠剖析扇體內部的水道、水道-堤岸復合體或朵體等沉積單元進行層序劃分時，很有可能將雜亂的強振幅反射即扇體底部的水道化豐富的區域劃歸為FSST，上部劃歸為LST，以便更加符合層序地層的理論模式。但在實際研究過程中，當與陸坡進行層序對比時，結果發現FSST極薄，幾近尖滅，深水扇體幾乎全部發育于LST（圖4a）。這說明層序標準化理論模式中將深水扇底部最粗粒的沉積物劃歸為FSST的做法不具有普遍意義，實際研究不能直接套用深水層序地層的理論模式，還需因地制宜。如果深水層序格架建立的結論不能和陸坡，甚至陸架的方案等時等比，將導致不同工區或不同沉積環境的層序無法對比和區域性編圖，那么深水層序地層學的實踐意義將大為減弱。因此，在研究方法上本文建議從陸坡的地層疊置規律入手，根據陸坡層序的劃分結果繼而向深水區“引軸”來進行深水層序結構的研究，并進行三維空間上的系統對比，而不再僅僅局限于分析深水沉積單元內部的地層疊置規律來建立深水層序地層格架。目的是以層序地層格架的區域等時性和區域可編圖性為原則，既確保了深水層序劃分結果的實踐意義，又是全盆地尺度上構造、沉積和地層對比的基礎。只有經過三維空間上的系統對比才能準確厘定“源-匯”耦合關系，若僅依據二維剖面的觀察，忽略了三維空間體的概念，有可能得出一些片面結論。

5　結論

1）確立了白云深水區整體上SQ13.8的TST和HST極薄，FSST和LST具有厚層前積層，但底積層（即深水扇）普遍集中于LST的深水層序地層格架。

2）珠江口盆地中中新世以“浪控”和寬陸架為背景，建立的深水層序地層格架和傳統的模式有所區別，表現在：FSST的前積層厚和底積層薄，深水扇主體發育在LST，傳統層序模式中簡單的將深水扇底部的粗粒沉積劃歸為FSST的做法需謹慎；三角洲和盆底扇的對應關系根據地震測線方位的不同，可以表現出“有洲無扇”、“無洲無扇”、“無洲有扇”和“有洲有扇”4種類型。

3）建議根據陸坡體系域的分析結果向深水盆地“引軸”來建立深水層序地層格架，繼而進行三維空間的系統對比。以層序地層格架的區域等時性和區域可編圖性為原則，確保深水層序劃分結果的實踐意義以及后續區域沉積相研究的有效進行。

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Application of standardized sequence stratigraphy theory in the shelf break-to-slope area：A case study of the Middle Miocene sedimentary sequence in the PRMB

Chen Weitao1，Xu Shaohua2，Sun Zhen3，He Min1，Yao Jiali1，Wang Yingmin4，Zhuo Haiteng5

［1，，518000，；2，，401331，；3，，，，510301，；4，，，316021，；5，，，519082，］

The application of standardized sequence stratigraphy theory is yet to be improved in the shelf break-to-slope area in deep water. As of now，the researches on the sequence stratigraphic framework mostly focus on deep-water channels or interior basin floor fans （BFFs） based on the high-resolution seismic data of shallow layers and outcrop observation，while ignoring systematic correlation with the upper slope and shelf system. In this regard，the study sets up a uniform sequence stratigraphic framework running from continental shelf to slope on the basis of systematic interpretation，attribute extraction and visualization of 3D seismic data，as well as analysis of drilling and logging data，while applying the standardized sequence stratigraphy theory to the Middle Miocene （around 13.8 Ma） shelf break-to-slope area in deep water in the Pearl River Mouth Basin （PRMB）. As shown by the newly established framework，deposit sedimentary sequences in both transgressive systems tract （TST） and highstand systems tract （HST） are extremely thin as a whole； foreset beds of the falling stage systems tract （FSST） and lowstand systems tract （LST），however，are much thicker，and bottomset beds （mainly of deep-water fan） are widely developed in the LST. In a nutshell，the establishment of deep-water sequence stratigraphic framework is supposed to have a holistic consideration from shelf break to deep-water areas at first； 3D systematic comparison of seismic events is to be followed while analyzing the evolutionary features of "Source-to-Sink" system，with a view to better dissecting the system tracts and understanding the coupling relationship of shelf，slope and deep-water sedimentary facies.

shelf break-to-slope area，deep-water fan，standardization，sequence stratigraphy，Middle Miocene，Pearl River Mouth Basin （PRMB）

TE121.3

A

0253-9985（2021）06-1414-09

10.11743/ogg20210615

2020-04-20；

2021-10-06。

陳維濤（1983—），男，高級工程師，石油地質勘探。E?mail：chenwt2@cnooc.com.cn。

徐少華（1987—），男，講師，層序地層學和沉積學。E?mail： xsh_xu@163.com。

國家科技重大專項（2016ZX05024-004）；中海石油（中國）有限公司綜合科研項目（CNOOC-KJ135ZDXM37SZ02SZ）。

（編輯 梁慧）