珠江口盆地古珠江三角洲沉积演化特征研究.pdf

水大规模入侵和加深，形成了古珠江三角洲沉积体系。各期叠合面积达7 万平方公里，沉积 厚度3 0 0 0 多米，穿越时间3 0 几个百万年，经历了数十次的区域性升降旋回，是一个大型的 海相三角洲。 目前，珠江口盆地发现的油气田除少数礁灰岩储层外，大多数是发育在吉珠江三角洲之上 的砂岩储层，但长期以来对三角洲缺乏整体解剖，对其沉积特点、成藏条件认识还不够全面。 为了在南海东部海域寻找更多的油气资源，认为有必要深入开展古珠江三角洲沉积特征及演 化规律的基础性研究。 1 古珠江的形成与海侵 古珠江何时形成，海侵又何时开始? 此前多有议论。现有许多资料表明：古珠江的形成 和盆地的海侵是从始新世晚期，也就是从恩平组开始的业1 。 从地层发育史上看，恩平组( 特别是恩平组上部) 沉积期，珠江口盆地大部分地区为 河流相、河间湖沼及小型三角洲沉积，未见大型蓄水盆地。恩平组沉积晚期古珠江已具雏形， 并在惠州凹陷以西的广大地区形成大面积的河流平面和三角洲平原。当时主要蓄水区在珠i i 坳陷，与外海相通，形成半封闭环境。由于当时的海平面相对较低，海水仅影响珠i i 坳陷的 大部地区，北侧主要发育三角洲平原一前缘。 根据钻井资料，惠州凹陷以西地区在珠海组底部发育有数十米到上百米厚的砂泥岩互 层段，无论从岩性、电性、古生物及沉积环境上，都与下伏地层陆相沉积有较大区别。 a 下伏地层泥岩含炭屑丰富，并见很多煤层，为典型陆相环境。而本层泥岩纯，砂岩呈 现由下向上变粗的反韵律层。 b 下伏的自然伽马曲线呈尖峰状，是煤层或含炭高的反映。而本层的泥岩自然伽马曲线 较低平，类似于上覆海相沉积的特点。 c 本层海绿石常见，而下伏层没有。 d 本层间有甲藻，薄片中见有孔虫、棘皮等海相生物化石碎片。 由此看出，在珠海组沉积早期，珠江口盆地的海侵已达惠州凹陷以西地区。中晚期海侵 遍布整个珠江口盆地。 2 古珠江三角洲类型及特点 2 1 物源分析 ? 物源分析帮助确定沉积物来源方向、侵蚀区或母岩区位置、搬运距离及母岩性质。最终 落实解决砂层和砂体的分布规律。地震前积结构和重矿物分析在本区对物源方向的判断有很 好的指向作用。 2 1 1 地震前积指向： 前积结构反映某种携带沉积物的水流在向前推进( 前积) 过程中由前积作用产生的反射 结构呤。，是判断水流方向的重要标志之一，也是确定沉积体系最重要的具有一定指向意义的 地震相标志。前积结构一般都具有明显的下超反射。由于水动力条件不同，可以是高角度的， 也可以是低角度的。在研究区，无论珠海组、珠江组还是韩江组都可以见到代表三角洲的前 积反射特征，本区前积结构内部形态主要有：s 型前积、斜交型前积、s 型与斜交混合型以 及叠瓦状前积等类型( 图1 ) 。 h1 维地震制线7 9 p r l 5 0 0p r o s 2 0 0 2 前积反射特征 珠汀口盆地地势呈西北高东南低特点，前积结构大多南北向南进积，水往低处流，说 明珠汀 j 盆地的主要物源柬自盐地的两北边，陆源碎屑物质由古球江人河带八。 212m 10 重矿物分析 重矿物资料是研究物源方向、分析沉静 环境变化趋辨和砂体走向的有效于段2 1 - 。 为，更好地研究二角洲授台区物源供给情况，我们选择具自代表性的m 10 砂体作为重矿 物研宄对氰。m 1 0 层发育r 珠辩组厩端，是古近系渐新统与新近系中新统的分界砂层较厚、 分布相对稳定。 奉次分析化验选取基本能控制拿m 的2 0 余n 井的m 1 0 样品，采用激光剥蚀等离于体质 谱( l ai c p m s ) 技术，利川i a i c p m s 分析方法，对丈量来游可能小- j 的碎屑锆右颗粒进行随 帆姒位卜p b 定年分析，肝在j 年龄分析近同点l 开展u 、t h 、p b 、r e e 、y 、h f 、n b 等具 戚冈指小意义的微量元素分析。 通过实验窒分析化验，肝与华肓地区花岗岩分布罔作比较，戢得如下认识： i ) 珠订n 盆地沉积物特征总体反映m 华南、尤其广东及沿海源k 的特征，但是对于不 同的陷米说，供给物质的水流体系和物质来源不尽相同， 2 ) 球江u 盆地各川陷碎屑锖石谐和年龄范同9 5 - - 3 0 7 2m a 。# 要峰值是1 3 5m a 和1 4 5 m a ，次要峰值是9 8 、1 1 3 】6 3 、15 6 、2 4 7 和4 3 0m a ，与广东前新生代地质发展演化历史相 煦： 3 ) 球江口盆地碎悄玑# ! 主要求自盆地两侧的近源物质，至少存在5 条横向水流体系向 凹陷供给近源碎屑物质。 综合地震反射特征与重日物分 f 认为，古珠江二角洲的物质米源主要来自盆地的西北 边，古珠江是运载t 具，但也排除早先存在j 南海地区的古隆起提供局部的少量物源。 22 三角洲的判别 河沂【被证实存在，物源方刊摹本确定，井 l 存在沉积物充填的空问浅海陆架，现在 k 要是判定沉秘娄型。 221 岩一。覆测苷标志： 通过对珠江口窳地球海射一韩江组多口抖的岩心观察和描述，结合单井相研究和连井对 比分析( 图2 ) ，识别m 了属r j 角洲类型的不问沉秘微相在测井、并心上的响应特征。 “ 一1 1 “ h 1 “ 圈2 珠n 口盆地惠州地目井沉积模式幽 岩心上层理类型复杂多样。如砂( 砾) 岩板状交错层理、槽状变错层理、块状层理和杂 乱堆积，粉细砂岩的沙纹层理、变形层理，砂混岩透镜状层理，粉砂岩水平层理，暗色泥岩 的水平纹理。岩心中也可见到波状层理、冲刷一充填构造，牛物钻孔、爬行、牛物扰动现象。 还可以看到生物碎屑、海绿石等化石，正韵律、反韵律砂砾岩相亦为常见。这些构造特征足 河流、海洋波浪、潮汐相互作用的结果，是典型的海陆过渡环境三角洲的直接证据。 正是依据岩心的粮度分析、沉积构造、沉积旋回以及测井曲线形态分流河道、天然堤、 分流间湾、沼泽、水下分流河道、河口坝、远砂蚬等多种沉积微相被很好地识别出来。限于 篇幅，各种微相的岩电特征不作赘述。 222 地震相标志 地震相是特定沉积相或地质体在地震剖面上的响应这种响应包括内部反射结构、外部 几何彤态、振幅、连续性、波形、频率等方面”。 地震相解释发现，区内地层从珠海组一韩江组都可以见到典型的三角洲地震反射特征。 地震剖面上表现为斜交跫、s 型、复合s 一斜交型、叠瓦扶等前积结构。平行于倾向方向总 体上呈楔形，内部为前积反射结构：在走向e 总体为丘形，单个朵叶体内部呈双向下超反射 结构， 进一步识别出三角洲菩亚相在地震上的反射特征： 1 ) 主水道：中弱振幅，琏续性差，见乱岗一蠕虫状反射； 2 ) 三角洲平原：中强振幅，中等连续，亚平行波状； 3 ) 1 _ 三角洲前缘：中振幅、中连续，见发散、前积特征； 4 ) 前。角洲：中商频率， 中强连续，平行q e 平行； 5 ) 浅海陆棚：中高频率，中强连续，甲行亚平行。 吼上钻测井、岩心、地震等多种资料联合分析认为，珠江口盆地自渐新世以来属典型的 浅海碎屑沉积环境，发育了大型的古珠江= 角洲。 23 三角洲类型硬特点 三角洲的形成、发育和形态特征土要受河流作用及蓄水体能量的相对强度所控制。三角 洲主要是因河流带来大量泥砂井迅速堆积而成，而海水的各种作用( 波浪、潮汐、沿岸流等) 对三角洲起着改造、破坏和再分布的作用“。凼此，河流与海水的消长作用便产生了不同 粪型的三角洲。 下面按组讨论古珠江三角洲的类型。 2 3 1 珠海组三角洲类型 珠海组沉积时期为珠江口盆地由断陷向坳陷的转换阶段，也是由陆相到海相的过渡阶 段。这一时期南海扩展加剧，盆地大范围沉降，海水广泛海侵，珠江可能汇聚成几条大的主 干支流入海，即辫状河入海，在盆地中西部地区形成了一个规模巨大的海相三角洲沉积体系。 珠海组三角洲岩性粒度粗，以中、粗粒砂岩、含砾砂岩和细砂岩为主，粉砂岩、泥岩较 少，砂岩百分含量高，且分布广。沉积构造类型有块状层理及各种交错层理。另外，地震剖 面上无法识别象曲流河那样单一明显的河道。因此认为珠海组三角洲应属辫状河三角洲范 畴，是粗类三角洲。 珠海组三角洲受古珠江和海洋的共同作用。总体上看，河流输入的沉积物的数量超过波 浪和潮汐的改造作用，三角洲形态呈向海突出的半圆状或朵状。说明珠海组三角洲是以河控 为主的三角洲。 2 3 2 珠江组三角洲类型 珠江组继承了珠海组晚期三角洲的发育特点。主要为灰色、深灰色泥岩类中细砂岩。从 河源供给来看，珠江组早期主要是辫状河供源，末期为曲流河供源。由于海侵范围扩大，海 水时进时退，时速时缓，三角洲的发育表现为建设性和破坏性交替。但总体形态仍然呈半圆 状或朵状，属河控作用为主的三角洲。 2 3 3 韩江组三角洲类型 韩江组早期为三角洲体系，晚期为陆棚泥相所取代，与珠江组类似。由于海侵影响，三 角洲由南向北推进，形成破坏性为主的三角洲。开始由河流和波浪起控制作用，以后河流作 用逐渐减弱，波浪作用逐渐加强，三角洲开始萎缩。 从地震、测井上看，为韩江组三角洲供源的是曲流河。 3 三角洲沉积的主控因素 三角洲沉积相的变化是由各种动力过程相互作用造成的，这些动力过程对三角洲砂体的 分布、排列方向和内部形态起重要作用h 。5 。就地质意义而言，对古珠江三角洲沉积起明显 控制作用的因素主要包括：物源供给，河流与波浪、潮汐等的相对作用，海平面变化，构造 古地貌等。 ( 1 ) 物源供给 前面物源分析揭示三角洲沉积物主要来自盆地的西北缘，古珠江大河是沉积物运送的载 体。 物源供给，首先会决定沉积层序的厚度、岩性的粗细及成分等，在靠近物源区的沉积层 序多较粗、厚度大、分选差、成熟度低等特征，如在研究区西北部的沉积主要为三角洲平原 亚相的粗粒沉积，靠近盆地方向，岩性逐渐变细，过渡为三角洲前缘、陆架砂和陆架泥沉积， 多以中细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩为主。 物源供应量的相对大小也会直接影响到不同体系域的准层序组的叠置样式。当物源供应 量充分，远大于可容纳空间时，低位体系域往往为多个加积序列，水进体系域开始也会出现 一个或多个小型加积序列，高位体系域则表现为典型的进积特征。 ( 2 ) 河流与海洋的相互作用 河流的流量和输砂量，是形成三角洲的物质基础。海洋的水动力条件表现为波浪、潮汐、 沿岸流等，它们对三角洲起破坏、改造作用。 珠海组、珠江组和韩江组各期三角洲都是在海进背景下发育的，波浪、潮汐及海流的破 坏作用比较严重。从珠海组到韩江组，三角洲位置节节北退。 珠海组早期为浅水环境，河流和波浪作用都比较强，三角洲经改造，前三角洲泥岩很薄， 整个三角洲可看作为一个厚层席状砂体，砂体内部泥岩夹层甚少，连续性差。珠海组后期由 于海水深度增加，沉积速率与沉降速率基本平衡，保存了较好的前三角洲泥和前积型的三角 洲层序。 珠江组时期三角洲向北推移，纵向上有两次海水进退，海退时河流作用强烈，分布前积 砂体；海进时，河流向北退缩，为前三角洲泥所替代。在三角洲东翼或更远海岸，发育滨海 平原一港湾泻湖相沉积物，那里潮汐作用影响较大。 韩江组早期，三角洲受河流与波浪共同作用，后来河流作用逐渐减弱，波浪作用不断加 强，三角洲逐渐向北萎缩，而滨岸沉积愈来愈代替三角洲沉积。 ( 3 ) 海平面升降 海平面升降直接决定着可容纳空间的大小，进一步控制了沉积体系及层序结构形式。从 古生物资料分析看，自珠海组开始海水不断向北侵入，各个时期海侵的速度不同，海水时进 时退，古珠江三角洲发育也随着变化，建设性与破坏性交替出现。珠江口盆地自渐新世以来 经历了3 次大的区域性海侵，在每一个海平面升降周期中，三角洲沉积体系的展布及发育规 模都存在着显著变化。 ( 4 ) 构造古地貌一陆架坡折对沉积的控制 珠江口盆地陆架坡折位于盆地南边，地处番禺低隆起到白云凹陷，随着地质历史时期不 同而发生迁移。坡折对三角洲的沉积起着明显控制作用拍1 。 自陆相向海方向，坡折带上部发育粗粒沉积为主的三角洲平原亚相，在坡折位置处逐渐 过渡为三角洲细粒沉积，地震剖面上在斜坡带及坡脚向海发育广泛的前积反射结构，是三角 洲前缘相带的主体部位。在坡折带下部还可局部发育低水位体系域，但是由于远离物源区， 沉积物的粒度较细甚至完全转化为泥岩。 4 沉积相平面展布及演化规律 晚渐新世以后，南海海底拉张作用进一步加剧，盆地全面下沉，海水从南、西方向侵入。 这时古珠江携带大量陆源碎屑物质，在广阔的陆棚上形成了晚渐新世珠海组、下中新统珠江 组和中中新世韩江组三个三角洲沉积体系，迭合面积达7 万平方公里。 各期三角洲平面展布及演化规律叙述如下： 4 1 珠海组时期 珠海组沉积时期，随着南海第二次扩张，海水由南北进，古珠江三角洲也随之发育起来。 这一阶段三角洲分布较广：北起万山隆起，南至白云凹陷，东抵惠州凹陷，西临珠坳陷。 阁3r i l ：i 】地# 海组沉概相平而展巾幽 珠海组= 角洲砂体粒度较粗，砂岩百分肯量高人于6 0 ，而且砂体连h 分布，为典 型辫状w 一角洲特点，属柑牲= 角洲范畴，其弧相接阴分原则划分为j 二角洲平原、f 。角 洲下6 i 、_ 二角洲前缘及前角洲”，这四部分地震特征响应明显，由北向南的地震剖面l 能清楚地看出相带的变迁。t 三角洲平原发育丁l i t 3 井- - x j l731 井咀北地区，至盆地边 界属一角洲陆上部分。砂岩粒度较粗，泥岩音量相对轼少，垂向i 呈现正韵律变化，以辫 状河道沉积为主，相当f 士水道。下二角洲平原m ：水道开始分叉处到分流河道消失或河n 坝形成处为l p 时而位r 水上，时而位于水f 主要发育于y j 2 3 】_ 1 井以尔、h 7 1 9i1 升 以西、e p i2 1 1 井咀南，k p 611 井以北地区，沉积范围较，涵盖阳江凹陷、恩平h 陪、 西江凹陷大部、惠州凹陷西部以及番禺低隆起。h 特点是辫状分流河道较发育，也古部分废 弃河道分流间垮、天然堤、缺口扇、牛轭湖等届常见。三角洲前缘位于三角洲平原外侧的 海方向。处于海平面一r ，主要分布在番禺低隆起与f i 云凹陷地r 。i _ w 31 【井的计探证 实了三角洲前缘在向“凹陷的存在，扩大了人们对古珠江三角洲沉移 范踊的认识。前缘部位 砂质较细，沉积比较均匀。前三角洲位于三角洲前缘的前方，沉秘相带很窄，与浅海陆棚泥 质沉积较难隧分( 图3 ) 。 珠海组二角洲受。t t 珠汀与海洋批同作用，三角洲前缘被波浪和潮汐作用改造，但总体还 是以7 a 控为主，尤其在珠海组上郎，这种河控体现更加明硅，j 角洲平面总体形忐呈朵状。 42 珠江组时期 珠 f 组沉积时期，海侵范围进步扩大，。角洲自北推移。海水时进时退，时速时缓， 角洲发育表现为建设什和破坏性交替出现。总体看柬还是以建设性为主。 一角洲沉积特点表现为，d ：河流入海的部似，前税作用明显，保存丁较多较好的向r 变 粗的层序。由j 二三角洲朵叶体向深水方向前积，确洲前缘砂和前二角洲泥保存良好。 珠江纽三角洲，以曲流河供源为丰，在甲丽j 分为二个相带角洲甲原、角洲前缘 和前三角洲滩：其中王角洲平原丰要分布在盆地f 目北边的阳江凹陷、西扛凹陷、恩平凹陷以 及患州凹陷的西部地区。角洲前缘则土姜分布在番禺低隆起到白云即陷的北边。再往南就 是n 口一角洲泥一拽尚陆棚沉积了( 翻4 ) 。 图4 珠n i 盆地珠江组沉积相平面胜靠圈 跟珠海纽三角洲相比沉积范隔变小，砂岩总体 t 度受 【l ，砂岩百分台龟硪少泥岩分 布面积增广，泥岩厚度增大。说明返一时期海侵范罔打太，海水变椿。 43 韩江组时期 韩江组甲期为三角洲沉秘，开始由河流和波浪起控制作用，后米河流作用诬渐减弱，波 浪作小断加强，二角洲逐渐萎缩，三角洲前缘被破坏为滨岸沉积，三角洲后退仅分布r 西江 凹陷的北部，其余大部分地雎为一j i 2 角洲相和大陆架相沉积。 5 古珠江三角洲与油气勘探 51 古珠江三角j 【潜在生油 珠江l 】盆地始新统文昌组# 深湖一深湖相泥岩、思甲组河湖沼洋相泥岩央煤层，是被证 实丁的两大主力生油层系。珠海蛆、珠江组的前角洲泥质沉积为潜在的生油层呆。近年深 水区自云凹陷i , w 3 卜1 井的钻探，揭示珠海组泥岩厚度较大，均质性较好，有机质丰度和有 机质类型变异系数较小，属1 1 h 犁有机质，成熟度r o 值o5 l 2 5 ，为中等烃源岩：珠江 组泥岩描l l i i i b 犁有机质，r o 值0 4 3 0 0 - 05 3 ，为差烃源岩。枉自云凹陷深水区t 珠海组 为又一套有效烃源岩。 52 三角洲砂体是优质储层 过去2 0 多年珠江口盆地的勘探主要钊对三角洲成油体系进行，取得了丰硕成果，找到 了近5 0 个油田和含油构造，油气主要聚集在古珠i 工三角洲的砂岩储层中。三角洲砂体受波 浪簸扬，分选很好，具有高扎，高渗的特点，孔隙度一般大r2 0 ，有效渗透率一般 6 5 87 3 9 0 m d ，为优质储层，也是油气的商产层。 53 珠海组_ 眇体是油气运移的“高速公路” 珠海组是以二角洲相和滨岸相为主的沉积，砂岩横向分布稳定，备井砂岩均选7 0 左 右。分选好，很少岩瞒，与陆扣砂岩硅著不问。二要是冈搬运较远和受潮汐、波浪淘选的缘 故。据岩心分析资料，孔隙度般 2o 口6 ，有数渗透率5 0 02 0 0 0 m d 。珠海组砂岩足油气运移 体系中摄重要的输导层。正因如此，深层古近系生成的油气爿得以沿着连通砂层、断层、不 整合面和构造脊，并受区域盖层控制，进行长距离运移旧1 。如流花l l l 油田，油气运移距 离在5 0 一l o o k m 左右。 5 4 三角洲存在地层岩性圈闭勘探潜力 构造圈闭及生物、礁滩给珠江口盆地的油气勘探带来过辉煌，但我们也一直重视非构造 圈闭的勘探。笔者认为在三角洲成油体系中存在地层岩性圈闭勘探的较大潜力。 地化分析表明：古近系珠海组白云凹陷的前三角洲泥具生烃潜力。三角洲前缘席状砂体 或指状砂体穿插于生油的泥岩之中，这些砂体有望找到自生自储的岩性圈闭。 新近系三角洲前缘砂体往东沙隆起呈上倾尖灭，在三角洲与东沙隆起的交界地带应该可 以找到一定数量、一定规模的地层岩性圈闭u 引。 6 结论 古珠江大河形成于始新世晚期，渐新统珠海组和中新统的珠江、韩江组是三角洲发育存 在的主要时期。古珠江三角洲沉积受物源供给、水动力条件、海平面变化及构造古地貌等多 种因素控制。三角洲的建设性与破坏性交替出现，受大规模海侵影响，三角洲逐渐向北萎缩， 直至消亡。 古珠江三角洲砂体是珠江口盆地重要的油气输导层和聚集层，针对三角洲的勘探已取得 丰硕成果。最新研究认为古珠江三角洲存在地层岩性圈闭勘探潜力，希望在该领域有所突破。 致谢：本文在撰写过程中得到了中海油深圳分公司研究院施和生地质总师的悉心指导，得到 了沉积室同仁的协助，李小平同志为本文了提供珠江组的沉积相图，地化室朱俊章同志提供 了部分地化资料，同时参阅了南海东部地区油气勘探有关科研报告。在此深表感谢! 参考文献 1 陈长民，施和生，许仕策，等珠江口盆地( 东部) 第三系油气藏形成条件 m 北京：科学出版社，2 0 0 3 2 中国石油地质志卷十六 m 】北京；石油工业出版社，1 9 9 0 3 除怀对陆伟文，王世风地震地层学 m 武汉地质学院石油地质教研室，1 9 8 3 4 冯增昭沉积岩石学( 下册) _ 】北京：石油工业出版社，1 9 9 3 c 5 于兴河碎屑岩系油气储层沉积学 岫北京：石油工业出版社，2 0 0 2 6 林畅松，潘元林，肖建新，等“构造坡折带”惭陷盆地层序分析与和油气预测的重要概念( j ) 地球科学( 中国地质大学 学报) 。2 0 0 0 ，2 5 ( 3 ) ：2 6 0 - 2 6 6 7 i lj 韦默三角洲和浅海砂岩的沉积、构造及石油分布 町北京：石油工业出版社。1 9 8 2 【8 朱俊章。施和生，庞雄，等珠江口盆地白云凹陷深水区珠海组烃远岩评价及储层烃来源分析( j ) 中国海上油气，2 0 0 8 ，2 0 ( 4 ) ：2 2 3 - 2 2 7 9 李明诚石油与天然气运移 m 北京：石油工业出版社，2 0 0 4 1 0 】龙更生，旄和生，杜家元，珠江口盆地惠州地区中新统地层岩性圈闭形成条件分析( j ) 中国海上油气，2 0 0 6 ，1 8 ( 4 ) ：2 2 9 2 3 5 第一作者简介：龙更生( 1 9 7 0 - - ) ，男，研究生，工程师，主要从事层序地层学及沉积学方面的研究工作 基金项目：国家科技重大专项( 2 0 0 8 z x 0 5 0 0 0 - - 0