珠江口盆地白云凹陷始新統物源體系展布特征

摘要：珠江口盆地白云凹陷是南海北部陸緣主要的油氣產區之一，因其廣闊的油氣遠景而受到了國內外學者的廣泛關注；然而目前對始新統沉積的源區構造背景、源巖成分、古水系及古地貌特征有待進一步研究，坳陷期—斷坳轉換期物源體系的演化仍不甚清晰。本文通過巖石礦物學分析、稀土元素特征研究及三維地震數據體解析等手段，系統揭示了白云凹陷始新統古地貌演化及物源展布特征。結果表明：文昌期、恩平期源區構造背景均具有再旋回造山帶屬性，而恩平組沉積同時受到了混合造山帶及穩定陸塊源區的制約，顯示了斷坳轉換期混源的特征。此外，金紅石/石榴石等深成巖礦物比重在恩平組較高，可能指示了源區強烈的構造變質作用。稀土元素特征顯示白云凹陷始新統源巖與花崗巖的配分模式相似。坳陷期—斷坳轉換期古水系由收斂至發散，整體呈順時針擺動。物源供給總體呈現盆內軸向供給—北部緩坡供給—盆外長軸供給的轉換特征，湖盆特征也呈現出小盆淺湖—大盆深湖—寬緩湖盆—淺水廣盆的特征。

關鍵詞：

珠江口盆地；白云凹陷；稀土元素；古水系；古地貌；物源體系

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240238

中圖分類號：P618.13

文獻標志碼：A

單玄龍，王志豪，衛哲，等.珠江口盆地白云凹陷始新統物源體系展布特征.吉林大學學報（地球科學版），2024，54（6）：18961911.doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240238.

Shan Xuanlong， Wang Zhihao， Wei Zhe，et al. Eocene Provenance System Distribution in the Baiyun Sag， Pearl River Mouth Basin. Journal of Jilin University （Earth Science Edition），2024，54（6）：18961911.doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240238.

收稿日期：20240825

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

通信作者：王志豪（2000—）， 男，碩士研究生， 主要從事石油地質方面的研究， E-mail： zhihaow22@mails.jlu.edu.cn

基金項目：中國海洋石油有限公司“十四五”重大科技項目（KJGG20210100）

Supported by the Major Science and Technology Project of CNOOC During" the 14th FiveYear Plan Period （KJGG20210100）

Eocene Provenance System Distribution in the Baiyun Sag， Pearl River Mouth Basin

Shan Xuanlong1， Wang Zhihao1， Wei Zhe2，3， Zhang Penglin1， Hao Guoli1， Yan Bo1

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

2. CNOOC Deepwater Development Limited， Shenzhen 518054，" Guangdong，China

3. CNOOC China Limited， Shenzhen Branch， Shenzhen 518054， Guangdong，China

Abstract：

Baiyun sag is one of the main oil and gas producing areas in the northern continental margin of the South China Sea. It has been widely discussed by scholars wroldwide because of its broad oil and gas prospects. However， the tectonic background， source rock composition， ancient water system， and ancient landform characteristics of the Eocene sedimentary source area need to be further studied. The evolution of the source system during the depression-fault-depression transition period is still not clear. In this paper， the characteristics of paleogeomorphology evolution and provenance distribution of Eocene in Baiyun sag

are systematically revealed based on rock mineralogy， rare earth element， and three-dimensional seismic data." The results show that the tectonic background of the source area in Wenchang and Enping periods has the attribute of recycled orogenic belt， and the deposition of Enping Formation is restricted by the mixed orogenic belt and the stable continental block source area， which shows the characteristics of mixed source in the fault-depression transition period. In addition， the proportion of deep rock minerals such as rutile/garnet is higher in the Enping Formation， which may indicate strong tectonic metamorphism in the source area. The characteristics of rare earth elements show that the distribution patterns of Eocene source rocks and granites in Baiyun sag are similar. The ancient water system transits clockwise from convergence to divergence in the depression-fault-depression transition period. The source supply generally shows the characteristics of axial supply in the basin-the supply of the northern gentle slope-the long axis supply outside the basin. The characteristics of the lake basin also show the characteristics of small basin shallow lake-large basin deep lake-wide gentle lake basin-shallow water wide basin.

Key words：

Pearl River Mouth basin; Baiyun sag; rare earth elements; ancestral river; ancient landscape; systems of provenance

0" 引言

白云凹陷是南海北部深水區域油氣勘查的核心區域，從21世紀初開始，區域內已陸續探明了番禺、荔灣、流花等氣田群以及流花油田群，成為南海北部的主要油氣產區之一，其油氣資源總量大約為31億t油當量，其中L3、LW9等井在文昌組、恩平組均有油氣顯示［1］。前人［2］研究認為，白云凹陷始新統文昌組物源主要由盆內低隆起與低凸起提供中—酸性火成巖，周緣番禺低隆起、云荔低隆起與云東低凸起為盆內潛在物源區，基底巖性主要為花崗巖和凝灰巖［3］。曾智偉［4］提出南海北部陸緣古近系恩平組存在兩大物源體系影響：盆地外部華南大陸陸緣碎屑物質影響；盆地內部隆起地區物源供給影響。但目前關于研究區的研究尺度整體較粗，缺乏對白云凹陷始新統物源體系的精細分析研究。

物源體系在盆地分析中占據關鍵的位置，沉積物源研究的目的在于通過分析沉積物的組成和結構來探索物源區的特征［5］，重建和解釋物源區母巖到埋藏地碎屑沉積物的演化歷史［6］。目前，中國的物源體系研究主要集中在陸相盆地上，珠江口盆地等洋陸交界型盆地研究面臨的主要難點在于盆地類型的多樣性。物源區與搬運區受到多重因素的共同影響以及物源區類型的多樣性［7］。研究區白云凹陷位于珠江口盆地內，其物源區在演化過程中曾發生過重要的變化，在古近系主要表現為溝渠等搬運通道在形式上的多樣性，研究白云凹陷深水深層少井及無井區的物源體系，對于白云凹陷的儲層預測和深層油氣探索都具有關鍵的參考意義。為此，本文基于覆蓋白云凹陷的三維地震資料和部分已鉆井資料，從巖礦組分、動態剝蝕演化規律及古水流方向刻畫等多方面入手，對白云凹陷始新統沉積期的源區開展研究，以期對白云凹陷物源區進行系統劃分。

1" 區域地質概況

珠江口盆地位于我國南海北部的陸坡邊緣處，呈NE—SW向展布，其總面積約為17.5×104 km2，是我國近海最大的含油氣盆地之一［8］。珠江口盆地大陸動力學背景復雜，在古生代及中生代形成了復雜的褶皺基底，這主要是由于受到了太平洋板塊、印度洋板塊以及歐亞板塊強烈的交匯作用的影響，其構造格局主要受NE向斷裂體系的影響，NE向斷裂體系與NWW向斷裂共同作用決定了盆地的隆坳模式（圖1）。整體上，珠江口盆地具有南北分帶、東西分塊的構造特征，并被劃分為5個構造單元（圖1a），呈現出“三隆夾兩坳”的構造格局，包括北部隆起帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶、南部隆起帶［1011］，其中北部坳陷帶由珠一坳陷和珠三坳陷組成，珠二坳陷則位于珠江口盆地南部。

研究區白云凹陷是珠江口盆地最大的凹陷，地處珠二坳陷的東北部，面積大于20 000 km2，水深跨度較大，為200～3" 000 m，其中約70%的盆地面

積水深大500 m，是珠江口盆地的沉降和沉積中心，

整體上表現為海陸過渡相［1214］。白云凹陷的構造位置獨特，北側是番禺低隆起與斜坡帶，西側是云開低凸起與陡坡帶，南部為云開低凸起、南部隆起帶及斷階帶，東側為東沙隆起，洼陷內多發育低隆起（圖1b）。整體上，白云凹陷表現為NEE走向的復式地塹結構，一共可被劃分為三個次級洼陷，分別為白云主洼（約4 800 km2）、白云東洼（約512 km2）和白云西洼（約900 km2），其中白云主洼北側為緩坡帶，南側為陡坡斷階帶，整體上表現為斷裂不完全控制沉積中心的斷坳結構［1516］。白云凹陷始新統主要發育文昌組、恩平組（圖1c）。在文昌組時期，白云凹陷整體上具有“洼陷分隔”的沉積格局，然而在恩平組沉積階段，由于受到了斷坳拉張作用以及深部熱衰減作用的影響，白云凹陷整體發生沉降，沉積范圍不斷擴大，東南與荔灣凹陷相連［8，1719］。

2" 巖礦分析

2.1" 巖石骨架顆粒特征

定量的碎屑巖巖相學分析是巖石學研究的重要環節，本文系統鑒定了白云深水區的13口井，共計130個碎屑巖薄片樣品，結果表明研究區巖石骨架顆粒成分主要以石英為主，巖屑體積分數較高，其類型主要為火成巖、變質巖及沉積巖巖屑（圖2）。

斷陷期，下文昌組巖石中石英平均體積分數為63%，長石平均體積分數為26%，巖屑平均體積分數為11%（其中火成巖巖屑體積分數為6%，沉積巖巖屑體積分數為1%，變質巖巖屑體積分數為4%）；上文昌組沉積時期，石英平均體積分數有所增加，達到了68%，長石平均體積分數減少至12%，巖屑平均體積分數為20%（其中火成巖巖屑體積分數為18%，沉積巖巖屑體積分數為1%，變質巖巖屑體積分數為1%）。斷坳轉換期，下恩平組巖石中石英平均體積分數為66%，長石平均體積分數為19%，巖屑平均體積分數為15%（其中火成巖巖屑體積分數為10%，變質巖巖屑體積分數為5%）；上恩平組巖石中石英平均體積分數為57%，長石平均體積分數為5%，巖屑平均體積分數顯著增加高達38%，（其中火成巖巖屑體積分數為35%，變質巖巖屑體積分數為3%）（圖3）。

砂巖碎屑組分與受大地構造背景控制的物源區密切相關，它不僅反映了母巖的性質，也反映了源區構造背景。本研究采用最常見的Gazzi-Dickinson法進行砂巖的碎屑顆粒統計并進行投圖［20］，繪制QtFL、QmPK、QpLvLs和QmFLt等4個三角圖解（圖4）。其中QtFL對砂巖碎屑成分的區分度較弱，側重反映砂巖的成熟度；QmFLt用于分析源巖成分；QpLvLs對砂巖碎屑成分的區分度最強，能夠體現巖屑體積分數;QmPK通常說明各礦物的相對體積分數。

從砂巖碎屑成分來看，白云凹陷始新統砂巖顆粒以石英和巖屑為主，含部分長石（圖4）。在QmFLt三角圖解（圖4d）中，白云凹陷樣品點大部分位于再旋回造山帶區域，其中早文昌期樣品主要為石英再旋回，晚、早恩平期樣品則以過渡再旋回為主，值得注意的是，晚恩平期樣品燧石/石英比率明顯增加。在QtFL圖解（圖4a）中，樣品點大部分落于再旋回造山帶區域，下恩平期部分樣品點落在過渡大陸區，說明早恩平期這部分樣品對應物源區巖石類型增加。在QpLvLs圖解（圖4c）中，樣品均位于混合造山帶區域。在QmPK圖解（圖4b）里，樣品基本位于穩定陸塊。

2.2" 重礦物特征

重礦物可以參與其他一些碎屑物質的產生、搬運乃至沉積的全部過程，能夠較好地保留其母巖特性。相同或相似的重礦物組合可以指示相同的母巖區，為判別物源區位置、沉積和構造活動提供線索［21］。

研究區重礦物組合整體上為黃鐵礦+白鈦礦+鋯石+重晶石+磁鐵礦+赤褐鐵礦（圖5）。鋯石作為巖漿巖中常見的副礦物，主要分布在文昌期云荔低隆起及番禺低隆起等周緣物源區；金紅石/石榴石等深成巖礦物比重在恩平組較高，可能指示了源區強烈的構造變質作用。

基于重礦物分布和比例，計算出不同的重礦物指數能反映出沉積巖的物源信息，IGZ和IRUZ指數（圖6）常用來指示物源區深成巖的比例，其值越大，則深成巖占比越多［22］。通過對研究區重礦物指數計算（圖6），發現研究區內：早文昌期IGZ指數平均為4.4％，IRUZ指數平均為4.6％；晚文昌期IGZ指數平均為20.3％，IRUZ指數平均為3.1％；早恩平期IGZ指數平均為14.3％，IRUZ指數平均為16.3％；晚恩平期IGZ指數平均為3.4％，IRUZ指數平均為14.3％。恩平期IRUZ指數明顯高于文昌期，說明源區深成巖比例增加。

3" 稀土元素特征

Nothdurft等［23］研究表明稀土元素（REE）在風化、遷移、沉積和成巖過程中具有很強的穩定性。通常將沉積巖中的稀土元素總量（w（∑REE））（澳大利亞后太古宙頁巖（PAAS）質量分數為184.8×10-6）［23］作為陸地物質總量的一個指標：當沉積物或沉積巖中的w（∑REE）接近或高于該值時，說明其微量元素主要由陸源碎屑提供；當w（∑REE）遠低于這個值，說明它受陸相物質的影響較小［23］。白云凹陷文昌組、恩平組樣品稀土元素總量除12號樣品外均低于PAAS值（表1），表明其他樣品陸源碎屑物質供給有限。樣品中稀土元素w（∑REE）介于98.57×10-6 ～188.85×10-6之間，w（HREE）介于14.05×10-6～24.08×10-6之間，w （LREE）介于84.52×10-6～166.59×10-6之間，w （LREE）/w（HREE）介于6.02～7.55之間，平均值為6.69（表1）。上述結果顯示研究區輕、重稀土元素分異明顯，輕稀土元素富集而重稀土元素虧損。

稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖（圖7a）顯示，研究區樣品的稀土元素配分模式基本類似，LaSm曲線呈略陡的下降趨勢，DyLu 曲線變化不明顯，說明重稀土元素虧損、輕稀土元素富集；Eu出現小規模波動，略有虧損（表1）。通常酸性花崗巖以δEu負異常（δEult;0.90）為特征，玄武巖以δEu無明顯異常（0.90lt;δEult;1.0）為特征，而中

底圖據文獻［21］。Qt.石英總量（Qt=Qm+Qp）；F.長石（F=P+K）；L.不穩定巖屑（L=Lv+Ls）；Qm.單晶石英；Qp.多晶石英（包括燧石）；P.斜長石；K.堿性長石；Lv.火山/變火山巖屑；Ls.沉積/變沉積巖屑；Lt.巖屑總量（Lt=L+Qp）。A.穩定陸塊；B.巖漿弧；C.再旋回造山帶。

性斜長石以δEu正異常（1.0llt;δEult;2.33）為特征［2527］。白云凹陷文昌組、恩平組的δEu值為0.20～0.35，平均值為0.25，表現為明顯負異常，表明其源巖主要是酸性花崗巖，這種特征在文昌組、恩平組中均有體現（圖7），說明物源區較為穩定。從La/Yb w（∑REE）二元圖解（圖7b）可以看出，白云凹陷文昌組、恩平組樣品的La/Yb值介于8.33～12.18之間，大多落在花崗巖區域，說明花崗巖是白云凹陷文昌組、恩平組的主要源巖。

4" 物源體系

4.1" 主要前積體古水系特征

在物源體系的研究當中，對古水流方向的恢復是一項重要內容。前積反射構型是地震和層序地層學的基本類型之一，被廣泛認為是最常見的地震內反射構型之一，對古水流方向和沉積物源的判別具有指示意義［28］。

根據前積反射成因，選取兩條交點處目的層位

IGZ=100%×石榴石/（石榴石＋鋯石）；IRUZ=100%×金紅石/（金紅石+鋯石）。

能顯示清晰前積反射現象的測線，測量視傾角后根

據適量疊加原理即可定量計算古水流方向。首先，本文選取具有典型前積反射結構的剖面（圖8a），對上下地層進行層拉平以消除構造運動帶來的影響；其次，利用張金偉等［29］建立的方法計算最大前積角（圖8b）。通過計算發現下文昌組白云凹陷西南部前積體規模較大，文六段主古水流方位角集中于60°，文五段及文四段主古水流方向分別為65°和80°。上文昌組白云北坡前積體規模逐漸變大，文三段至文二段主古水流方位角由140°過渡為170°；文三段后西南部前積體逐漸萎縮并消失，古水流方向集中于50°；然而由于文一段參與厚度較薄，無法準確識別前積體方向。恩平組西北部出現溝通盆外源區的大規模前積體［9］，古水流方向集中于120°，而西南部前積體仍呈現90°最大方位角特征。由此可見，文昌期—恩平期古水系整體呈現順時針擺動。

4.2" 古地貌演化及物源展布特征

古地貌的形態及物源區的分布對盆地充填及沉積體系的空間配置起著控制作用。古地貌恢復方法眾多，主要包括印模法、層拉平法、地層趨勢面法和高分辨率法等［3032］。印模法適用于上覆標志層條件較好的狀況，但其精度較低，誤差較大；高分辨率法需要高分辨率層序等時格架的建立及上覆對比參照物的正確選取。本文依據現有資料以及復雜地質背景的限制，選擇地層趨勢法恢復研究區剝蝕厚度。該方法操作簡單，考慮了后期構造作用，誤差小，有助于直觀地表現研究區古地貌的特征。

通過地層趨勢法對白云凹陷文昌期、恩平期削截現象識別并對剝蝕厚度進行恢復發現，在早文昌期呈現出總體持續剝蝕的特征，白云東洼剝蝕厚度逐漸變小（圖9a），而白云西南和北坡剝蝕厚度逐漸變大（圖9b）；晚文昌期維持持續剝蝕特征，但白云北坡剝蝕厚度逐漸變大（圖9c），白云西南剝蝕厚度逐漸變小（圖9d）；然而到了恩平期，白云凹陷西北區剝蝕厚度逐漸變大（圖9e）。

將研究區文昌組、恩平組剝蝕地層厚度與相應層段殘余地層厚度進行累加，得出原始地層厚度。再疊合古水流方向，即可形成白云凹陷文昌、恩平期三級層序下的古地貌圖。從恢復的古地貌圖（圖10）中可以看出，早文昌期盆地為NE向構造體系，以軸向物源供給為主（圖10a、b、c），晚文昌期為NEEEW向構造體系，北部緩坡物源逐漸占據主導地位（圖10d、e、f），恩平期為EW向構造體系，物源供給逐步演化為盆外長軸物源供給為主（圖10g、h、i）。

下文昌組為白云凹陷強斷陷期，此時期對應珠江口盆地珠瓊運動一幕的裂陷Ⅰ幕中的Ⅰa亞幕構造演化階段。此次運動使珠江口盆地發生強烈斷陷沉降、抬升剝蝕，形成區域性不整合面Tg，且邊界斷裂的強烈活動控制形成了許多彼此分隔的湖盆［3334］。此階段白云凹陷湖盆整體表現為小盆淺湖特征，該時期以軸向物源沉積為主，凹陷以西南部云開低凸起為主要物源區，巖石類型主要為長石石英砂巖，發育單斷槽為物源通道的辮狀河三角洲沉積［35］。此外，早文昌期處于均一裂陷——強烈伸展構造階段，差異隆升造成復雜的供源體系，軸向物源供給快速堆積［7］。

上文昌組進入到弱斷陷期，此階段對應珠江口盆地珠瓊運動一幕的裂陷Ⅰ幕中的Ⅰb亞幕，與Ⅰa亞幕以不整合面T83為界［3334］。白云凹陷北部砂體規模進一步擴大，且東北部砂體疊置連片，西南部源區規模較小。該時期湖盆地貌逐漸平緩，這一時期白云凹陷整體上延續了之前的沉積發育格局，然而北部緩坡物源成為主要供給來源，凹陷呈現寬緩湖盆形態，規模砂體零散分布。

恩平期進入到斷坳轉換期，此階段對應珠江口盆地珠瓊運動二幕的裂陷Ⅱ幕。此次構造運動最強烈，珠江口盆地再次抬升并大量剝蝕［3334］，研究區斷陷湖盆開始向坳陷湖盆演化，沉積環境也由文昌期的湖相環境逐漸向局限海灣環境過渡。在恩平早期，周緣隆起還對白云凹陷有一定供源，在之前的發育格局上垂向疊置。值得注意的是，該時期白云凹底圖據文獻［24］。

據文獻［29］修改。前積剖面位置見圖1。α.前積反射面沿測線Ⅰ方向的視傾角；β.前積反射面沿測線Ⅱ方向的視傾角；γ=arctan（tanβ/tanα）。

陷西北物源通道打開，受到來自古珠江水系的物源供給，形成規模巨大的盆外長軸搬運的三角洲體系。恩平期整體具有坳陷特征，恩平末期盆外強烈隆升，盆地整體處于斷坳轉換期，盆內隆起萎縮準平原化，最終以盆外長軸物源供給為主，淺水廣盆，規模砂體連片分布。

5" 結論

1）文昌期、恩平期源區構造背景均具有再旋回造山帶屬性，而且恩平組沉積同時受到了混合造山帶及穩定陸塊源區的制約，顯示斷坳轉換期混源的特征。此外，金紅石/石榴石等深成巖礦物比重在恩平組較高，可能指示了源區強烈的構造變質作用。

2）始新統輕稀土元素富集而重稀土元素虧損，Eu負異常明顯的特征與花崗巖的配分模式相似，稀土元素表明受陸相物質影響較小。

3）早文昌期—晚文昌期—恩平期古水系整體呈順時針擺動，盆地由窄盆深湖過渡為寬緩湖盆形態，而后盆內隆起萎縮準平原化，最終周緣隆起供源逐漸減弱，盆外長軸物源供給占據主導，進而形成規模巨大的混合物源供給體系。

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