引用本文
Xie Yuhong,Fan Caiwei,Zhou Jiaxiong,et al.Sedimentary features and controlling factors of the gravity flows in submarine fan of Middle Miocene in the Qiongdongnan Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(2):220-228.[谢玉洪,范彩伟,周家雄,等.琼东南盆地中中新世重力流海底扇沉积特征及控制因素[J].天然气地球科学,2016,27(2):220-228.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.02.0220
琼东南盆地中中新世重力流海底扇沉积特征及控制因素
关键词: 琼东南盆地 中中新统 坡折带 海底扇 控制因素 沉积特征
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1672-1926(2016)02-0220-09
Sedimentary features and controlling factors of the gravity flows insubmarine fan of Middle Miocene in the Qiongdongnan Basin
Key words: Qiongdongnan Basin; Middle Miocene; Slope break zone; Submarine fan; Control factors; Sedimentary features;
引言
近年来,重力流海底扇一直是沉积盆地和油气勘探的重点领域,超过60多个国家对深水重力流进行了油气勘探,并且勘探成果显著,特别是在墨西哥湾盆地、孟加拉湾盆地、北海盆地以及刚果盆地,相继发现了大型油气田[1]。虽然我国重力流海底扇研究和勘探起步较晚,但是在南海珠江口盆地LW3-1、莺歌海盆地DF13都有非常好的油气发现[2,3],证实了重力流海底扇是我国油气勘探极为重要的领域,海底扇控制因素和沉积特征的研究是勘探突破关键,也是重力流沉积研究热点之一。Vail等[4]首先认识到海底扇沉积体系与相对低海平面相关,重力流沉积主要发育在相对海平面下降期间,并建立了海底扇叠加模式;Bouma[5]提出相对海平面下降对沉积物搬运到陆架边缘的过程中具有特别重要的作用;Posamentier等[6]提出除相对海平面下降外,沿岸迁移的沉积物也是重要控制因素之一,在相对低海平面情况下沿岸沉积物向盆地方向迁移,更有利于海底扇发育;Muntingh等[7]认为高位沉积物的粒度和分布对海底扇沉积是富砂或富泥具有直接影响,古地理重建需要考虑前期高位体系域;庞雄[8]提出重力流沉积受到陆架坡折带、三级层序界面和低位体系域共同控制,强调重力流沉积研究应在三级层序界面等时的基础上,展开穿时性、跨层序界面的研究;李磊等[9]提出重力流沉积受物源供给、海底地形、可容纳空间和沉积过程等因素控制,强调重力流沉积由于控制因素的差异不能简单套用某一种模式。 琼东南盆地中央坳陷是盆地资源规模最大的二级构造单元[10-13],预计远景油气资源量占全盆地总资源量的60%以上,但是2012年之前除个别井发现少量油气外,未获得商业性油气发现,总结分析认为是对中央坳陷中新世沉积环境和沉积体系认识不够全面和客观。随着油气勘探程度的不断深入,三维地震资料基本覆盖乐东—陵水凹陷,盆地已钻探50余口井,积累了大量地震、钻井、测井等基础资料。本文利用层序地层学及地震沉积学等方法,通过研究盆地北部地区中新世坡折带类型分布、区域海平面下降及陆架边缘三角洲迁移的关系,逐步认识了中央坳陷中中新统梅山组沉积控制因素和分布规律,进一步论证了中央坳陷梅山组是以重力流为主的海底扇沉积特征,这些认识已经指导盆地的油气勘探工作,并获得了良好的商业油气发现。
1 地质概况
琼东南盆地位于中国南海北部大陆边缘,是大陆边缘新生代断坳盆地,受太平洋板块与欧亚板块的碰撞和南海扩张作用的共同控制。盆地平面上具有“三坳两隆”的构造格局,分为北部坳陷、中部隆起、中央坳陷和南部隆起(图1);垂向上按古构造运
图1 琼东南盆地构造单元及结构特征
Fig.1 Tectonic unit and structural characteristic in Qiongdongnan Basin
2 沉积单元及沉积特征
陵水13海底扇位于陵水凹陷北坡,属于中中新统早期扇群,整体展布方向为NE—SW方向,平面上不具备典型海底扇形态特征,分布面积约为40km2。根据录井、测井等资料分析认为研究区海底扇沉积单元可分为浊积水道、漫溢—天然堤、朵叶复合体和陆坡泥等(图2),主要沉积单元识别标志如表1所示。海底扇顶部主要为碎屑流和泥石流沉积,岩性以厚层泥岩偶夹薄层粉砂岩为主,发育包卷层理,储层横向连续性差,解释为陆坡泥沉积;而底部沉积砂体主要为浊流沉积,粒度相对较粗,储层界面地震反射强、连续性好,为海底扇水道、朵叶复合体沉积单元。水道主体岩性以灰色厚层粉砂岩为主,主要发育块状、交错层理,测井曲线呈箱型或钟型,平面上不叠置,呈近端独立近平行分布,远端交叉叠置,每条单一水道长约为14km,宽约为2km,内部为强振幅反射,同相轴连续性好,与周围地层之间存在明显“U”型下切侵蚀面。水道边缘主要为漫溢—天然堤沉积单元,是重力流沉积物越过水道发生漫溢沉积形成的,岩性以深灰色泥质粉砂岩为主,发育波纹、递变层理,少见交错或平行层理,呈反韵律叠置特征,其反射振幅较弱,连续性较差;朵叶复合体是水道末端重力流流速变缓后发生卸载形成的,受控沉积断层控制主要发育在断层下降盘沉积,岩性以灰色厚层粉细砂岩为主,发育波状层理、平行层理,砂岩沉积厚度大,呈扁平丘状,反射振幅呈平行—亚平行、中—强振幅等特征,后期由于受到潮汐 底流的改造作用,朵叶复合体分布不规律,以至于陵
图2 陵水凹陷中中新统陵水13海底扇振幅属性(位置见图4)
Fig.2 Amplitude attribute of Lingshui 13 Middle Miocene submarine fan in Lingshui Sag
3 沉积控制因素及演化规律
Vail等[4]提出重力流沉积主要受控于海平面变化、沿岸物源供给等。结合前人研究成果,针对琼东南盆地重力流发育特征,细化了海底扇沉积控制因素,主要包括坡折带类型及分布、区域海平面下降幅度、坡折边缘三角洲沉积规模和位置。
3.1 坡折带的类型和分布
重力流发育的一个重要因素就是地形具有一定的坡度,前人[18]研究认为,琼东南盆地在晚中新世—早上新世开始发育陆架陆坡体系,并出现深水重力流沉积,早—中中新世是一个简单向盆地中心倾斜的缓坡沉积环境。但是新的区域研究发现在缓坡沉积背景上,由于沉降和沉积差异作用,在中央坳陷北部边缘部分地区开始发育坡折,坡折带在构造上表现为深度急剧下降,表现为厚度急剧变化,结合钻井、地震及地层厚度变化开展坡折带识别,进而在平面上组合,确定其分布范围,按照类型可细分沉积坡折、断裂坡折和挠曲坡折(图4)。 沉积坡折主要分布在乐东—陵水凹陷以北地区,其发育规模最大,整体呈NE—SW展布特征,延伸长度超过120km。沉积坡折的形成与海南岛北部物源水系形成的三角洲相关,三角洲前缘位置由于沉积速率差异造成坡度突然变化,发育十分明显的沉积坡折,坡度较陡的地区由于不断增加的紊流引起向下侵蚀作用,切谷呈量多谷深的特征,这一时期的沉积坡折与富砂海底扇关系最为密切,在乐东—陵水凹陷发育多个大型海底扇。
图3 乐东凹陷中中新统崖城24海底扇振幅属性(位置见图4)
Fig.3 Amplitude attribute of Yacheng 24 Middle Miocene submarine fan in Ledong Sag
3.2 区域海平面下降幅度
区域海平面的下降导致滨岸线向盆地中心迁移:一是可以将更粗的陆源碎屑搬运到盆地中心;二 是由于滨岸线发生强制海退,陆上的不整合侵蚀范
图4 琼东南盆地中中新世沉积相平面特征
Fig 4 Middle Miocene sedementary facies in Qiongdongnan Basin
图5 琼东南盆地乐东凹陷海底扇典型剖面(位置见图4)
Fig.5 The typical submarine fans seismic profile in Ledong Sag,Qiongdongnan Basin
3.3 坡折边缘三角洲沉积规模和位置
中新世时期主要有3个水系对琼东南盆地供应陆源碎屑,包括万泉河、陵水河及宁远河,这3条水系均发源于五指山,沉积物重矿组分以岩浆岩为主,其中中部陵水河为主的水系物源供应最为稳定。海南岛3个物源水系发育形成3个三角洲沉积,它们发育持续时间、沉积范围和前缘位置均有较大变化,最终影响重力流沉积体的富砂程度[21]。 早中新世时期,北部3个水系均流向琼东南盆地,形成东、中、西3个三角洲分布,三角洲沉积影响范围分别大约为1 500km2、1 200km2和800km2。在13.8Ma附近,随着区域海平面下降,最大临滨线向盆地中央前移,三角洲前缘临近坡折区,但最大临滨线仍高于坡折边缘,大部分砂都聚集在上临滨体系之内,只有前三角洲的细粒沉积物在风暴等不稳定因素作用下带到斜坡区形成偏泥石流沉积下来,斜坡切谷规模较小、数量少,这一时期的海底扇以低密度浊流沉积为主,粒度较细,主要分布在宝岛凹陷和陵水凹陷北部(图4)。 中中新世期,东部万泉河水系主要流向珠江口盆地西南部,对琼东南盆地物源影响较小,西部宁远河水系主要流向莺歌海盆地东南部,影响琼东南盆地崖北西区较小范围,中部陵水河水系对琼东南盆地碎屑供应稳定,三角洲沉积影响范围约为1 600km2。11.6Ma附近,随着区域海平面下降,最大临滨线大幅度向盆地中央方向迁移,在较长时期低于坡折边缘,造成斜坡区切谷规模大,数量多,大量三角洲前缘砂体沿切谷进入坡折之下,这时形成的重力流主要以高密度浊流为主,形成大型富砂海底扇,主要分布在乐东凹陷东北部(图6)。 晚中新世时期,莺琼盆地形成统一的沉积体,莺歌海盆地的物源开始影响到琼东南盆地,沉积物输入方式主要以水道或悬浮物为主,琼东南盆地北部三角洲沉积范围大规模缩减,仅陵水河三角洲在盆地北部边缘小规模发育,面积小于400km2。在中新世末(5.5Ma),区域海平面下降期间也未见三角洲沉积大规模前积特征,深水区也未见大规模重力流沉积复合体,主要原因是中新世晚期盆地水文环境发生很大的变化[22,23],莺琼盆地形成共同体后,盆地轴向的海流(也有认为是潮汐流)作用明显增强,特别是低水位时期,莺歌海南部中建隆起挡住向南海流方向,莺琼盆地形成“L”型海湾环境,轴向海流作用极强,盆地轴向水道非常发育,因此中新世末5.5Ma左右,区域海平面下降期,海底扇不发育。
3.4 沉积演化规律
琼东南盆地中中新统海底扇演化规律总体上是中央坳陷沉积中心由陵水凹陷逐渐迁移到乐东凹陷的过程,通过乐东—陵水凹陷地震剖面可以看出[图7(b),图7(c)],中中新统海底扇表现为垂向上叠置迁移规律,并且陵水凹陷海底扇沉积时期早于乐东凹陷海底扇。 中中新世早期,陵水海底扇受沉积坡折控制,其物源主要来自NE方向的三角洲前缘砂体,在凹陷中心发育陵水13、陵水15和陵水20等多个扇体,构成了陵水凹陷早期扇群[图7(a)]。到中中新世晚期,中央坳陷沉降中心从盆地中部逐渐向SW方向转移,沉积中心从陵水凹陷逐渐向乐东凹陷迁移,三角洲砂体向SW方向越过沉积坡折,并在乐东凹陷沉积中中新世晚期扇群,形成了大型富砂重力
图6 琼东南盆地早—中中新世沉积模式
Fig.6 Sedimentary model of early and Middle Miocene in Qiongdongnan Basin
图7 乐东—陵水凹陷中中新统海底扇沉积分布
Fig.7 Sedimentary distribution of the Middle Miocene submarine fans in Ledong-Lingshui Sag
4 结论
琼东南盆地中中新统早期海底扇位于陵水凹陷北坡,以陵水13扇体为代表,浊积水道迁移快,数量多但下切作用不强,不具备典型扇体形态;晚期海底扇位于乐东凹陷北坡,以崖城24扇体为代表,浊积水道稳定分布,数量少,下切明显,朵页体平面呈扇形分布。虽然早晚2期海底扇沉积特征差异较大,但是海底扇水道和朵页体发育,为油气勘探有利的沉积单元。 琼东南盆地中中新世时,重力流海底扇主要受坡折带类型和分布、区域海平面下降及坡折边缘三角洲等3个因素影响,三者联合控制海底扇的分布位置和规模。在10.5Ma区域海平面下降时期,盆地北部三角洲物源供应稳定并发育沉积坡折,在陵水凹陷、乐东凹陷沉积大型富砂海底扇群,按照沉积时期分为早晚2期:陵水凹陷发育早晚海底扇,而乐东凹陷发育晚期海底扇。
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