珠江口盆地西江主洼珠瓊運動的沉積響應及構造意義

摘要：

珠江口盆地西江主洼經歷了早—中始新世的珠瓊運動一幕和晚始新世—早漸新世的珠瓊運動二幕，期間分別沉積了文昌組和恩平組。為研究兩幕運動的差異，通過對古近系沉積巖樣品主微量元素分析來判斷物源成分，從而理清珠瓊兩幕運動期間西江主洼的物源轉換規律。結果表明：西江主洼珠瓊運動一幕晚文昌期主要為風化酸性火成巖，緩坡處文一、二段頂部出現中性火成巖成分；珠瓊運動二幕恩平組在主洼中部和東部主要表現為中性火成巖風化產物，28洼恩四段底部由長英質變為中性巖母巖，洼陷西部則未出現中性巖母巖，珠海期由酸性火成巖向石英巖母巖成分過渡。基底巖性研究表明，研究區古近系存在珠一坳陷內低凸起酸性花崗巖和坳陷南部隆起帶中性花崗巖兩類不同局部物源區，文昌期珠一坳陷內低凸起為主要物源區，在珠瓊運動二幕時洼陷中部和東部物源區發生轉換，物源來自珠一坳陷南部東沙隆起帶，洼陷西部物源在恩平期沒有轉換，直到珠海期南海運動時與中、東部共同轉變為接受北部統一的區域物源控制。洼陷不同部位物源轉換存在差異，說明珠瓊運動兩幕之間存在物源的繼承性發育，但具有不同的沉積演化特征。

關鍵詞：

珠江口盆地；西江主洼；物源轉換；珠瓊運動；古近系；主微量元素

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20210146

中圖分類號：P618.13；P64

文獻標志碼：A

收稿日期：2021-05-14

作者簡介：單玄龍（1969—），男，教授，博士生導師，主要從事非常規油氣地質方面的研究， E-mail： shanxl@jlu.edu.cn

通信作者：熱西提·亞力坤（1997—），男，維吾爾族，碩士研究生，主要從事盆地構造和石油地質方面的研究，E-mail： 2669585747@qq.com

基金項目：國家自然科學基金項目（41790453，41972313）

Supported by the National Natural Science Foundation of China （41790453，41972313）

Sedimentary Response and Tectonic Significance of Zhuqiong Movement in Xijiang Main Sag， Pearl River Mouth Basin

Shan Xuanlong1， Yalikun·Rexiti1， Liu Pei2， Tao Wenfang2， Zhang Qin2， Hao Guoli1， Li Kecheng2， Yao Jiali2

1. College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061，China

2. Shenzhen Branch， CNOOC China Limited， Shenzhen 518000，Guangdong，China

Abstract：

The Xijiang main sag in the Pearl River Mouth basin experienced the first episode of the Zhuqiong movement in the Early Middle Eocene and the second episode of the Zhuqiong movement in the Late Eocene-Early Oligocene， during which the strata of Wenchang Formation and Enping Formation were deposited respectively. In order to study the difference between the two episodes， the major and trace elements of the Paleogene sedimentary rocks were analyzed to determine the provenance composition， so as to clarify the provenance transformation law of Xijiang main sag during the two episodes of Zhuqiong movement. The results show that the provenance of the first episode is mainly from weathered felsic rocks in the late Wenchang period， and the composition transformed to intermediate igneous rocks at the top of Wen-1 and Wen-2 Members at the gentle slope; The Enping Formation in the second episode of the Zhuqiong movement consists of mainly weathered by intermediate igneous rocks in the middle and east of the Xijiang Main Sag， the bottom of the Fourth Member of Enping Formation in the 28 subsag changed from felsic to intermediate igneous rocks， and no intermediate igneous rocks appear in the west of the sag. In the Zhuhai period， the parent composition transitioned from acidic igneous rocks to quartzites. The study of the basement lithology shows that there are two different local provenance areas in the Paleogene of the study area， the low uplift acid granite in the Zhu-1 sag and the intermediate granite in the southern uplift belt of the sag. The low uplift in the Zhu-1 sag is the main provenance area in the Wenchang period， and the central and eastern provenance areas of the sag were transformed during the second episode of the Zhuqiong movement， and the provenance comes from the Dongsha uplift belt in the south of the Zhu-1 sag. The provenance of the western part of the sag did not change during the Enping period， until the South China Sea movement in Zhuhai period changed， together with the central and eastern parts， changed to be controlled by the unified regional provenance in the north. The difference in provenance transformation in different parts of the sag indicates that there is an inherited development of provenance between the two episodes of the Zhuqiong movement， but with different sedimentary evolution characteristics.

Key words： Pearl River Mouth basin; Xijiang Main Sag; provenance transformation; Zhuqiong movement; Paleogene; major elements

0 引言

珠江口盆地是位于南海北部的典型伸展斷陷盆地，自晚白堊世—古新世神狐運動，至今經歷了裂陷—斷陷—坳陷的演化過程［1-3］。盧麗娟等［4］以突出地區主要特征和區別于其他構造運動的目的，將南海北部新生代構造分為4次運動：白堊紀末（65.0～56.5 Ma）受區域構造活動轉變影響，地殼引張破裂形成大小不一的塊斷體，對應裂陷期的神狐運動，形成現今盆地的雛形；古新世—始新世時盆地加速演化進入斷陷期（約49.0 Ma），地殼進一步拉張減薄，對應珠瓊運動；漸新世后（約32.0 Ma）開始進入坳陷期，對應南海運動；直至中新世末東沙運動，早期斷層再次活化，伴隨巖漿活動。其中，珠瓊運動分為兩幕，在西江主洼內分別對應文昌期和恩平期地層。對于這兩幕構造運動之間的轉換關系有兩種認識：一種觀點認為，兩幕運動是漸進式繼承性的演化，構造沉積格局并未有大的改變，僅僅在T80界面經歷了一次隆升［5-8］；另一種觀點認為，兩幕運動具有明顯不同的沉積演化特征［9-11］。

構造運動變化會改變盆地的沉積格局，而構造轉換活動會帶來物源體系的轉換。前人通過對西江凹陷的源匯體系分析認為，西江中低凸起在文昌期持續為四周洼陷提供碎屑物質［12］，但對同為裂陷期的恩平組物源，以及低凸起物源供給持續時間及其變化缺乏研究；同時，對于具體洼陷局部物源體系的變化不夠重視，如西江主洼由西江33西洼、33東洼和28洼3個不同的次洼構成，洼陷不同部位之間的差異性沒有厘定清楚；此外，古近系作為最早沉積地層，也經歷了多期的構造-巖漿活動，西江主洼古近系尤其是文昌組地震資料品質較差，缺乏清晰明顯的地震識別（如前積體、明顯的不整合面等）特征。

基于上述原因，結合主微量元素分析等地球化學手段，對含油氣盆地物源體系的轉換時期進行分析，明確南北部隆起和西江中央低凸起、恩西低凸起等古近紀物源區對西江主洼的物源供給變化與盆內沉積物的響應關系，對文昌組充填特征研究、盆地構造演化規律總結具有重要的現實意義，進一步明確西江主洼的沉積-構造演變特征，最終促進對盆地含油氣規律的認識。

1 地質背景

西江主洼研究區位于我國南海珠江口盆地北部西江凹陷內，由西江33西洼、西江33東洼和28洼組成（圖1）。西江凹陷內分布3個洼陷，北部為西江主洼，中部是西江中低凸起，南部為番禺4洼和西江36洼。凹陷向北沿濱海為北部隆起帶，東部由惠西低凸起連接惠州凹陷，南部、西南部分別為東沙隆起和番禺低隆起，西部通過恩西低凸起與恩平凹陷分隔。西江主洼斷陷期古近系為陸相湖泊沉積，前人的研究和研究區資料證明了這一點［13-15］。上始新統的晚文昌期為深湖—半深湖相泥巖沉積，下漸新統的恩平期為廣泛分布的濱淺湖—三角洲沉積，上漸新統的珠海期則是海陸過渡相，為大型濱海三角洲沉積（圖2）。

2 沉積層序和取樣位置

珠瓊兩幕運動西江主洼發育文昌組和恩平組，以陸相湖泊沉積為主要特征。珠瓊運動一幕文昌組沉積以近源的辮狀河三角洲和深湖沉積為主，而珠瓊運動二幕恩平組發育分布廣泛的濱淺湖和三角洲平原沉積（圖2）。為進一步區分兩幕運動之間的沉積差異，對西江主洼內的鉆井巖屑地球化學特征進行分析。本文涉及的井震資料和巖石樣品化學數據來自于中海石油深圳分公司報告［13］。

在斷陷盆地演化中：陡坡帶雖然隆升劇烈，但出露面積有限剝蝕范圍小，往往發育小規模的河流-扇三角洲，斷裂發育并形成物源輸入通道；緩坡帶地形寬廣，剝蝕面積大，河流分布范圍廣，一般發育大規模辮狀河三角洲，物源補給充沛，是盆地主要的物源區。因此，緩坡帶內的鉆井資料可以代表盆地內的物源，用少數井來代表盆地內物源的研究是有意義的。在研究區緩坡帶分別選取5口井地化數據用于分析，C、D、E井文昌組樣品和A、B、E井恩平組樣品分別代表西江33西洼、西江33東洼和西江28洼不同時期的沉

積環境。取樣井位置見圖1c，其中A

井樣品號A1—A10，B井樣品號B1—B42，C井樣品號C1—C27，D井樣品號D1—D13，E井樣品號E1—E51，取樣深度見圖3。另有A、C、D井珠海組沉積巖樣品50個。

3 母巖識別

3.1 碎屑巖母巖類型

運用Roser等［16］根據Ti、Al、Fe、Mg、Ca、Na和K的氧化物提出的物源判別圖解，對C、D、E井文昌組和A、B、E井恩平組，以及A、C、D井珠海組的沉積巖分別投圖判斷成分（圖4a、b、c）。碎屑巖主量元素判別函數F1、F2如下：

F1=-1.773 w（TiO2）+0.607 w（Al2O3）+0.76 w（TFe2O3）-1.5 w（MgO）+0.616 w（CaO）+0.509 w（Na2O）-1.224 w（K2O）-9.09；

F2=0.445 w（TiO2）+0.07 w（Al2O3）-0.25×w（TFe2O3）-1.142 w（MgO）+0.438 w（CaO）+1.475 w（Na2O）+1.426 w（K2O）-6.861。

并利用w（TiO2）-w（SiO2） 圖解［17］（圖4d）對珠瓊運動一幕文昌組和珠瓊運動二幕恩平組樣品進行火

成巖和沉積巖分類。

文昌組E井樣品全部落在長英質物源區（圖4a）；C井樣品分布在3區和4區，其中4區樣品都為文三段樣品，而3區為文一二段樣品，文三段到文一二段沉積由下而上表現了從長英質向中性巖過渡；D井樣品分布在1區和2區，1區樣品在文一二段下部，散布在石英巖、鎂鐵質和中性巖幾個不同區域，2區樣品在文一二段上部，集中在中性巖物源區，與C井3區樣品分布一致。通過w（TiO2）-w（SiO2）圖解（圖4d）對D井的進一步判斷，1區樣品全部落在了火成巖區，2區樣品落在了火成巖和沉積巖過渡區，表明D井1區樣品母巖可能是火山沉積巖。

恩平組樣品數量上以中性火成巖物源為主。A井樣品主要落在長英質物源區（圖4b），落在鎂鐵質物源區的是凝灰質巖樣品A3、A4。B井整體為中性巖物源夾雜鎂鐵質物源（圖4b），鎂鐵質物源樣品分布在3個區間，恩一二段樣品號為B1—B4，恩三段有兩段，分別為B20、B21和B27—B29。w（TiO2）-w（SiO2）圖解上，A井多位于火成巖區，B井位于沉積巖區，部分樣品位于過渡區。恩平組E井以中性巖和長英質物源（圖4b）為主，長英質成分樣品為E47—E50，全部處于恩四段底部，與E井文昌組長英質物源有連續性。

珠海組樣品分布在長英質物源、中性巖物源和石英巖物源區（圖4c）。A、C和D井珠海組上段分別為圖4c中1、2、3區，A井珠海組成分由下段長英質物源區向上段石英巖物源區過渡，C、D井珠海組則是由下段長英質物源區和中性巖物源區向上段石英巖物源區過渡。石英巖物源的出現指示古老的沉積體系或克拉通/再旋回造山帶，在珠江口盆地屬于盆地外的區域物源，其出現反映了區域上構造環境的變化［18］，這時盆地受到南海運動的影響具有統一的區域物源背景。

3.2 碎屑巖風化

Cullers等［19］通過沉積巖中不活動元素來區分碎屑巖的成分成熟度和源區經歷的風化作用強弱，風化作用的強弱和沉積物的再旋回會影響元素分配。研究區沉積巖風化程度投圖如圖5所示。

w（SiO2）-w（Al2O3）圖解（圖5a、c）判別文昌組和恩平組樣品的礦物成分相近，主要在石英和斜長石之間變化；D井1區樣品成分上向黑云母端接近，表明其沉積過程有火山物質混入。同時文昌期源區化學風化作用弱，而恩平組樣品（圖5c）化學風化程度顯然比文昌組樣品（圖5a）更強。低風化程度沉積巖Th/U值＜3；當Th/U值＞4時，沉積巖的形成與母巖的風化作用有關；而當Th/U值＞5時，表明母巖經歷了明顯的風化作用過程［22］。Th/U-w（Th）圖解也說明了文昌組普遍風化程度弱（圖5b），而恩平組樣品主要受到母巖風化影響（圖5d）。

La/Th- w（Hf）圖解（圖5e）顯示：文昌組碎屑巖的分布比較集中，C井文昌組樣品全部落在被動大陸邊緣區，而D井文昌組古老沉積物含量較低，物源區介于酸性島弧和被動大陸邊緣區之間；恩平組A、B井大部分樣品分布于酸性島弧物源區，文昌—恩平期的被動大陸邊緣物質和酸性島弧物源可能與本區前古近系基底有關。

Th/Sc-Zr/Sc圖解（圖5f）顯示：D井碎屑沉積明顯為兩個不同區域，與圖5a中的1、2區一致；且對應圖4a和圖5b中的區域1和2樣品，與同期C井和E井文昌組差異大且成熟度低，說明D井沉積巖樣品是與火山物質相關的碎屑沉積。文昌組C井樣品巖性為碎屑粒徑較大的砂巖，且樣品多位于初始沉積循環線左邊，表明母巖沒有經過循環搬運，表現近源沉積特征。A井、B井和E井恩平組相對文昌組均表現了高成分成熟度和接受沉積再循環作用的特征，是相對文昌組的遠源沉積。

4 物源區判斷

珠江口盆地西江主洼是典型的斷陷盆地，斷陷盆地沉積受風化和火山兩種成因物質的影響。古近系隆起區是盆地最主要的風化剝蝕區，是最重要的物源；而新生代的珠瓊運動盆地斷陷伸展伴隨火山活動進行，也為盆地提供了部分物源。

4.1 前古近系基底風化

西江主洼周圍的盆內低凸起和東沙隆起均為古近紀剝蝕區，同時也是現今盆地的基底，盆地邊緣文昌期—恩平期—珠海期的沉積層層序與這些正向構造單元的不整合接觸是斷陷期沉積層序的主要特征。基底形成與中生代的巖漿侵入活動相關，在研究區統稱為前古近系地層。前人研究認為珠江口盆地西江主洼所處的基底為中生代燕山期中酸性巖漿巖基底［23-25］。在新生代盆地張裂伸展斷陷階段，構造活動強烈，中生代基底的抬升剝蝕和沉積填充緊密聯系快速進行，珠江口盆地盆內隆起和凸起是西江主洼主要的物源區。

據李平魯等［26］的研究，西江中低凸起基底K2-E1侵入巖以偏酸性的正長花崗巖為主，東沙隆起—番禺低隆起基底J3-K1侵入巖以花崗閃長巖等中性花崗巖為主。珠江口盆地基底花崗巖主要有S型花崗巖和I型花崗巖兩種，分別對應酸性花崗巖和中性花崗巖［27］（圖6）。這些區域基底巖石受構造運動據文獻［28］修編。

控制，其暴露地表部分是珠瓊兩幕運動時的剝蝕區。雖然K2-E1侵入巖和J3-K1侵入巖二者均為花崗巖，但巖石性質存在差異，S型花崗巖是殼源沉積物質經部分熔融、結晶形成，而I型花崗巖是殼源巖漿和幔源巖漿混合的產物。原始巖漿成分不同，形成花崗巖后的礦物成分不同，I型花崗巖相較S型花崗巖暗色礦物含量更多，因此礦物成分上更接近中性巖，而S型花崗巖礦物成分中長英質成分居多［28-30］。西江主洼內的長英質（酸性巖）物源和中性巖物源可能對應這兩類花崗巖的風化產物，由此我們可以確定：西江中低凸起、恩西低凸起和惠西低凸起是盆地長英質風化產物的物源區，東沙隆起和番禺低隆起是中性巖風化產物的物源區。

4.2 同沉積期火山巖

在盆地斷陷期發育火山活動，火山灰或鎂鐵物質與風化沉積物混雜沉積成巖，如C井的凝灰質砂巖和A井的凝灰巖。這些火山巖的風化產物出現母巖分類異常，可能與同期基性火山噴發物質混入沉積有關。其w（MgO+Fe2O3）＞15%，遠大于文昌組沉積巖的平均值1.65%，并且成分成熟度低，沒有分選。基性火山噴發的事件沉積與正常沉積相比，持續時間短暫但物源供給充足，沉積速率高形成厚的沉積物。這種沉積物的物源區在成分上與源巖區的風化物質不同，碎屑巖沉積具有在成分變化上的突然性，鎂鐵質源巖分布很少，說明古近紀西江主洼的物源主要來自基底的風化剝蝕，火山噴發充填占據次要位置。

5 討論

5.1 古近系物源轉換特征

源巖的性質決定了盆地內碎屑沉積物的性質。珠江口盆地在早期斷陷活動時期被不同凸起和隆起分割，因此這些正向構造單元成為了斷陷活動時期的重要物源區。西江主洼文昌期和恩平期雖同處盆地斷陷活動期，但其物源區存在差異，在古近紀沉積巖層中表現為不同的母巖分類。將不同井的母巖分類連井（圖7）可知，盆地古近紀整體上經歷了兩次

物源轉換，第一次物源轉換在文一二段—恩四段的T80層序界面附近，這也是珠瓊運動一幕與二幕沉積層序界面。盆地東部33東洼和西江28洼由來自西江中低凸起的長英質物源向來自東沙隆起帶的中性火成巖物源轉變，南部剝蝕區南遷至東沙隆起—番禺低隆起帶。但在盆地西部， 33西洼物源仍來自西江中低凸起和恩西低凸起的長英質風化，剝蝕區沒有變化，珠瓊運動二幕時期仍以長英質物源沉積為主，即到珠海后期才變為北部華南褶皺帶統一的區域物源區，珠瓊運動一二幕之間沒有物源轉換。珠瓊運動時期西江主洼受到了不同性質的局部物源的控制，因此第一次物源轉換是不徹底的，表現為珠瓊運動一幕向二幕的轉變在盆地東西部的不均衡。

第二次物源轉換則發生在珠海組上段中，此時受到南海運動的影響，珠江口盆地發生由南向北海侵，沉積環境由陸相變為海相［31］。而且盆地開始由斷陷期進入坳陷期，盆地基底大面積沉降，東沙隆起也在這一時期開始接受沉積，西江主洼只接受來自北部內陸的變質巖源區母巖。在母巖類型判別圖解上，珠海組上段樣品全部位于石英巖物源區，來自古老沉積巖和克拉通造山帶，對應前人研究中的華南褶皺帶變質巖物源區，此時西江主洼受到北部區域物源控制。

此外，在文昌期和恩平期發現了多個鎂鐵質物源沉積，其時空分布與同期火山巖地層具有相關性，元素分析也說明了巖層形成與火山活動有關。鎂鐵質物源在西江主洼屬于事件沉積產物，在文昌期和恩平期出現，珠海期未發現任何鎂鐵質沉積，珠海組及以上地層也未發現火山巖或相關地層。

5.2 物源轉換構造意義

西江主洼的物源轉換特征與珠瓊運動不同裂陷幕源區物源供給與沉積充填特征等相關，而沉積充填結構的變化由盆地不同時期的構造活動控制，物源體系的轉變實際上反映了構造格局的改變。在斷陷期，西江主洼受到局部物源的影響，局部物源區分為坳陷內物源、盆內物源、盆外物源等3類。坳陷內物源區包括西江中低凸起、恩西低凸起和惠西低凸起等局部物源，盆內物源包括北部隆起帶、東沙隆起和番禺低隆起等局部物源，盆外物源指海陸過渡相沉積時期來自盆地外區域的物源，古近系不同物源區的隆升沉降決定了西江主洼的物源屬性。

珠瓊運動一幕活動開始，西江主洼以單斜不對稱半地塹形式開始沉積文昌組，西江中低凸起所在的斜坡區不斷抬升剝蝕，陡坡區抬升雖然劇烈但剝蝕范圍小，因此緩坡區為盆地的主要物源區。文昌期末和恩平早期珠瓊運動二幕開始，在洼陷東部，長英質局部物源在文一二段和恩四段沉積期轉變為中性巖局部物源，但在洼陷西部到珠海期才由局部物源向區域物源轉變；受珠瓊運動二幕的影響，在洼陷東部西江中低凸起不再遭受剝蝕，盆地開始接受來自東沙隆起的遠源物源供給，物源區SE向遷移，但在洼陷西部，恩西低凸起和西江中低凸起作為物源區存在，珠瓊運動二幕時物源區仍處于西江中低凸起和恩西低凸起處（圖8）。

文昌期西江凹陷內各個次洼均發育文昌組，凹陷中央的東西向西江中低凸起分割南北部次洼，但珠瓊運動二幕時發生構造轉換，西江凹陷內西南部發生隆升作用，造成西南部的番禺4洼恩平組欠發育，而北部的西江主洼和凹陷東南部區域繼續沉降，直到南海運動時期盆地進入坳陷期統一接受內陸區域物源。

6 結論

1）西江主洼從珠瓊運動一幕到珠瓊運動二幕沉積物母巖成分經歷了從長英質向中性巖的轉換。文昌期碎屑巖是酸性花崗巖風化產物，與西江中低凸起S型花崗巖基底風化有關；而恩平期碎屑巖母巖與東沙隆起的I型花崗巖風化相關，同時恩平組沉積巖成熟度、風化程度更高。珠瓊運動二幕時期物源區由西江中低凸起向東沙隆起等南部物源區遷移，在珠海期受南海運動影響，盆地受到來自北部的區域物源控制。

2）西江主洼古近系不同層位出現了同期火山成因的沉積巖，這類沉積巖的共同特點是鎂鐵質成分高，顏色上多為雜色，巖石的風化度和成熟度低，以及同期沉積物中包含火山地層物質，說明珠瓊兩幕運動時期火山物質參與了盆地沉積充填過程，但并不占據主要地位。

3）文昌期和恩平期沉積均受到局部物源控制。西江主洼西部區域繼承第一幕活動時期的西江中低凸起物源區，但在東部區域卻改變為東沙隆起—番禺低隆起物源區供給。珠瓊運動二幕西江主洼構造沉積格局在洼陷西部直接繼承第一幕，東部沉積格局卻發生轉變。西江主洼珠瓊兩幕運動之間具有不同的沉積演化特征。

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