珠江口盆地白云凹陷荔灣3-1地區(qū)珠江組深水扇沉積特征及微相劃分

珠江口盆地白云凹陷荔灣3-1地區(qū)珠江組深水扇沉積特征及微相劃分

0深水扇沉積特征沉積物重力流動(dòng)理論的興起是沉積物研究的一個(gè)革命。在沉積物重力流形成機(jī)制的理論研究方面,以濁流及其沉積物研究的最早,這一理論的產(chǎn)生,經(jīng)歷了很長(zhǎng)的醞釀過(guò)程,是與傳統(tǒng)觀點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期爭(zhēng)論才建立的。縱觀深水重力流研究發(fā)展的近幾十年,主要分為深水重力流理論的興起、濁積巖模式的建立、濁積巖模式的發(fā)展、濁積巖模式的拋棄及新模式的建立4個(gè)階段(表1)。根據(jù)不同的成因機(jī)制,沉積物重力流可分為液化流、顆粒流、碎屑流、濁流、泥流及滑塌。然而,在深水扇重力流形成機(jī)制方面尚有一些爭(zhēng)議性問(wèn)題,尤其是國(guó)內(nèi)外對(duì)典型濁流和其他重力流(如碎屑流、液化流、顆粒流)之間的流態(tài)區(qū)分與定義觀點(diǎn)不一,因此用濁流來(lái)解釋深水扇受到了更多質(zhì)疑。鑒于深水沉積,尤其是深水扇儲(chǔ)層正成為我國(guó)目前油氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域,而深水扇儲(chǔ)層的沉積特征、沉積模式及沉積微相的合理劃分對(duì)儲(chǔ)層特征的詳細(xì)描述、地質(zhì)模型的精確建立以及砂巖儲(chǔ)層的有效預(yù)測(cè)有重要作用。但是,國(guó)內(nèi)對(duì)南海不同類型深水扇沉積特征識(shí)別與模式、沉積微相劃分及儲(chǔ)層特征方面尚缺乏比較深入的研究,從而制約了南海深水油氣進(jìn)一步的開發(fā)。我國(guó)南海白云凹陷存在深水扇沉積的有利條件,并有學(xué)者論述了該凹陷中荔灣地區(qū)深水扇可能存在的范圍,而隨著荔灣3-1氣田的發(fā)現(xiàn),最近一些學(xué)者或研究人員已發(fā)表文章論述了該氣田珠江組確為深水扇沉積,并建立了簡(jiǎn)要的沉積模式。但對(duì)于該區(qū)深水扇的類型、動(dòng)力學(xué)形成機(jī)制與模式、沉積微相的劃分以及深水水道的分布特點(diǎn)等方面的研究還不夠充分。本文通過(guò)對(duì)我國(guó)南海荔灣3-1地區(qū)典型深水扇沉積特征、形成條件、流體動(dòng)力學(xué)形成機(jī)制等方面的分析,指出此類深水扇為富砂型深水扇沉積,具有水道與朵狀復(fù)合,碎屑流、底流及濁流伴生的特點(diǎn),進(jìn)而建立相應(yīng)的沉積模式并劃分了相應(yīng)的沉積微相類型,并明確了深水扇水道與天然堤的變化關(guān)系,為該氣田今后的儲(chǔ)層表征提供了借鑒。1地質(zhì)背景和地質(zhì)構(gòu)造珠江口盆地位于中國(guó)南海北部大陸邊緣,東西長(zhǎng)約800km,面積約17.8×104km2,總體成NE-SW向展布,是南海北部一個(gè)重要的含油氣盆地。盆地由北向南可劃分為5個(gè)NE向的大型構(gòu)造單元,即北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶,各構(gòu)造單元又可分為若干次級(jí)凹陷和低隆起。白云凹陷是珠江口盆地的一個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元,位于南部隆起帶與中央隆起帶之間(圖1),是一個(gè)由走向NE、傾向NW的張性斷層構(gòu)成的半地塹凹陷,也是珠江口盆地的沉積和沉降中心,新生代沉積厚度超過(guò)11km。白云凹陷是萌發(fā)于晚白堊至古新世的斷陷盆地,研究區(qū)荔灣3-1氣田位于白云凹陷東南邊緣,目的層段為下中新統(tǒng)珠江組的底部地層(圖1)。自珠海組以來(lái),珠江口盆地整體海平面呈現(xiàn)一個(gè)上升的過(guò)程,珠海組到珠江組,海平面又分別經(jīng)歷了3次短期旋回。荔灣3-1氣田上漸新統(tǒng)珠海組為三角洲濱淺海的沉積背景,這為后續(xù)下中新統(tǒng)珠江組深水扇的發(fā)育創(chuàng)造了非常好的條件(圖1)。2水深扇的沉積特性2.1扇重力流沉積相本區(qū)碎屑巖巖性以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主(圖2A),巖石類型主要有含礫砂巖、中粗砂巖、粉細(xì)砂巖及泥巖。(1)砂巖類。砂巖類主要包括4種類型:①無(wú)明顯沉積構(gòu)造塊狀砂巖(圖2B),顏色為灰—灰白色,該類砂巖不含礫石,無(wú)明顯沉積構(gòu)造,粒度由粗砂到粉細(xì)砂,以中粗—中細(xì)砂為主,多具有均質(zhì)韻律;②具明顯沉積構(gòu)造的塊狀砂巖(圖2C),構(gòu)造表現(xiàn)為泄水、變形和砂巖團(tuán)塊,顏色由白灰到灰色,巖性為細(xì)砂到粉細(xì)砂;③富含介屑、蟲孔和黃鐵礦的塊狀粉砂巖,蟲孔多成橢圓狀,部分周邊被黃鐵礦化,顏色為褐灰色—灰色,粒度中—粉細(xì)砂④含礫石塊狀砂巖,顏色由灰白、灰到深灰色,礫石多為泥礫,粒徑大小不一,雜亂分布,磨圓中等,并與大量介屑并存,表現(xiàn)了一種短距離的快速沉積。總之,本區(qū)砂巖比較發(fā)育,以塊狀沉積構(gòu)造為主,無(wú)牽引沉積構(gòu)造,主要是由塑性塊體流搬運(yùn)沉積的結(jié)果,表現(xiàn)出富砂型的深水扇重力流沉積特征。(2)粉砂巖及泥巖類。粉砂巖類主要有3種類型:①塊狀粉砂巖,顏色為灰色,沉積構(gòu)造不發(fā)育,偶見介屑、黃鐵礦和泥礫;②具變形構(gòu)造粉砂巖(圖2D),淺灰色粉砂巖或粉砂質(zhì)細(xì)砂巖呈長(zhǎng)條狀分布于灰色或深灰色泥巖中,砂質(zhì)條帶變形程度強(qiáng)烈,下部往往發(fā)育滑動(dòng)面;③具牽引流構(gòu)造的粉砂巖,顏色由淺灰色到深灰色,常發(fā)育水平層理、雙粘土層理、S形交錯(cuò)層理和波狀層理,為底流沉積產(chǎn)物。泥巖類主要為純泥巖為主(圖2E),塊狀或不太明顯的水平層理,顏色分為灰—深灰色和灰褐色—褐灰色,深灰色一般代表遠(yuǎn)洋泥沉積,褐灰或灰褐色代表異地搬運(yùn)沉積物。部分暗色泥巖含有砂質(zhì)團(tuán)塊、生物介屑、海綠石、藻以及蟲孔、介形蟲和黃鐵礦,普遍含鈣。2.2牽引流沉積相在巖心上,珠海組以牽引流為主,槽狀、板狀、復(fù)合層理等各種牽引流構(gòu)造明顯,為淺水三角洲濱淺海沉積;而珠江組底部發(fā)育塊狀厚層砂體沉積,主要表現(xiàn)為重力流的沉積特征,可見不夠發(fā)育的牽引流沉積構(gòu)造。研究區(qū)珠江組沉積背景比較特殊,既有陸架沉積,也有陸坡半遠(yuǎn)洋沉積,因此該區(qū)沉積構(gòu)造豐富,主要受底流和重力流影響較大。本區(qū)沉積構(gòu)造主要可分為物理成因與生物成因兩大類,均反映深水沉積背景下的重力流沉積特征(圖3)。2.2.1底流成因構(gòu)造區(qū)內(nèi)珠江組內(nèi)反映重力流的物理成因構(gòu)造主要有塊狀層理(圖2B)、漂礫(圖3A)、具成層性的粗尾遞變(圖3B)、滑塌變形或撕裂屑(圖3C)以及泄水構(gòu)造(圖3D)等。其中塊狀層理是本區(qū)砂質(zhì)沉積物的主要沉積構(gòu)造特征,它出現(xiàn)在深水沉積環(huán)境中,主要是深水碎屑流塑性搬運(yùn)快速沉積的結(jié)果。漂礫是指一些大的泥巖團(tuán)塊漂浮在砂巖中,泥礫呈褐色,扁平并定向排列,是碎屑流中層狀塑性沉積的產(chǎn)物。粗尾遞變是細(xì)粒全層分布,粗粒物質(zhì)向上逐漸減少和變細(xì),是由于懸浮體含有各種大小不等的顆粒,在流速減低時(shí)因重力分異而整體堆積的結(jié)果,它是顆粒流沉積的最顯著的特征之一。泄水構(gòu)造是迅速堆積的松散沉積物內(nèi)由于孔隙水的泄出而形成的同生變形構(gòu)造,為重力流沉積的典型特征之一。上述典型的重力流沉積現(xiàn)象,更多表現(xiàn)出碎屑流的特征,但也具有一定的濁流特征,并不能單純用濁流或碎屑流來(lái)解釋其流體動(dòng)力學(xué)機(jī)制,而更多的是兩者的復(fù)合。底流成因構(gòu)造主要是雙粘土層(圖3E)和波狀或S形斜交層理。其中雙粘土層是發(fā)育在有內(nèi)波內(nèi)潮汐影響的深水沉積構(gòu)造,從另一方面反映了當(dāng)時(shí)沉積的古環(huán)境水深相對(duì)較大。沉積構(gòu)造面能反映當(dāng)時(shí)的沉積過(guò)程,主要有①重荷模和火焰構(gòu)造(圖3F),為同生變形構(gòu)造,主要是下伏含水塑性泥巖承受不均勻壓力的負(fù)載,使上覆砂巖陷入泥巖中,為重力流成因標(biāo)志;②頂部突變波浪面(圖3G),是砂質(zhì)碎屑流向前滑動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生的頂部不規(guī)則界面;③沖刷面,是流體發(fā)生侵蝕的標(biāo)志,在重力流中表現(xiàn)為水道沉積;④平直突變面,該面上下巖性突變,上部一般為塊狀砂巖或含有撕裂砂質(zhì)條帶的泥巖,沉積物在重力作用下滑動(dòng),但沒(méi)有產(chǎn)生侵蝕水道,是沉積物重力流滑動(dòng)階段的標(biāo)志。2.2.2中—生物成因構(gòu)造研究區(qū)的生物化石主要表現(xiàn)為兩種形式,一種是出現(xiàn)在泥巖和粉砂質(zhì)泥巖中的介殼類化石、雙殼類及有孔蟲化石,泥巖中多見針狀植物碎屑和鱗片狀植物碎屑。生物遺跡在泥巖中表現(xiàn)為蟲孔,多為平行蟲孔,個(gè)體較小,大部分周邊發(fā)生黃鐵礦或菱鐵礦化(圖3H),代表了一種相對(duì)安靜的還原性沉積環(huán)境。第二種生物化石出現(xiàn)在中—細(xì)砂巖中,主要為介殼碎屑,大部分定向排列,呈擾動(dòng)狀(圖3I),表明隨著沉積物發(fā)生了一定的搬運(yùn)作用。總的來(lái)說(shuō),在Unit1主要以無(wú)層理的中厚塊狀沉積與具層理的薄層細(xì)粒沉積交替出現(xiàn),體現(xiàn)了重力流中碎屑流、濁流及底流的綜合作用的結(jié)果。因此,深水扇沉積存在多種流體流動(dòng)機(jī)制的復(fù)合,而不是單一的。3狀砂體的幾何形態(tài)Stow等對(duì)世界70個(gè)深水厚層砂巖的例子記錄結(jié)果,得出流體起源、搬運(yùn)和沉積的過(guò)程是多樣而復(fù)雜的。搬運(yùn)過(guò)程中,塊狀砂體主要發(fā)育4種幾何形態(tài):流體滑坡,水道帶,朵體或透鏡體和席狀砂。由此可見,深水扇沉積是多種流動(dòng)機(jī)制的綜合效應(yīng),它們以不同規(guī)模發(fā)育在扇三角洲、斜坡、扇水道、朵葉或透鏡體、溝槽或盆地內(nèi)。3.1陸架重力流與海水水池之間的耦合關(guān)系Galloway認(rèn)為深水重力流沉積主要形成于陸架坡折以下的相對(duì)深水區(qū)。而本區(qū)珠江組Unit1主要發(fā)育在陸架坡折及其以下的低位體系域,屬于深水重力流沉積為主的陸坡和坡底沉積體系。Walker認(rèn)為,沉積物重力流的最小坡度為3°~5°。而深水重力流,尤其水下碎屑流易于發(fā)育滑塌效應(yīng),可以大大減少床底拖曳,并增加頭部的流速,因此對(duì)坡度的要求可以更小,這就解釋了為什么水下碎屑流比陸上碎屑流在微斜坡上流動(dòng)的快而遠(yuǎn)。因此,只要重力流與海水(湖水)之間有足夠的密度差,就具備了形成重力流的充分條件。如前所述,研究區(qū)位于陸架坡折變化區(qū),本身具有重力流形成的坡度條件,統(tǒng)計(jì)研究區(qū)Unit1砂組底部坡度,其中西部靠近物源區(qū)的坡度在3°~7°,完全滿足深水重力流形成的地形坡度條件?！霸辞R”的宏觀研究表明,在青藏高原隆升的遠(yuǎn)源控制下,珠江大河充沛的陸源碎屑物質(zhì)受到周期性海平面變化的控制,在廣闊的淺海陸架形成了巨厚、大型、且富含砂巖的珠江三角洲系統(tǒng);而在低位期間,在白云凹陷陸坡深水區(qū)即可出現(xiàn)沉積富砂的深水扇系統(tǒng)。從局部詳細(xì)的巖心觀察(圖4),本研究區(qū)目的層段砂體發(fā)育明顯的同生斷層。因此,斷裂是造成剝蝕物不穩(wěn)定的觸發(fā)機(jī)制,形成大規(guī)模沉積物水下滑動(dòng)和流動(dòng)的誘發(fā)因素。3.2深水扇重力流形成過(guò)程模式塊體重力流的搬運(yùn)過(guò)程依據(jù)內(nèi)部離解作用逐漸增加的次序可分為滑動(dòng)或滑塌、塊體流和濁流4個(gè)階段?；瑒?dòng)、滑塌主要顆粒之間的相互碰撞作用,形成分散壓力支撐;而碎屑流具有多種支撐機(jī)制,砂質(zhì)碎屑流階段為黏結(jié)強(qiáng)度、摩擦強(qiáng)度、浮力支撐;液化流階段主要是顆粒間流體溢出浮力;而泥質(zhì)碎屑流階段為泥質(zhì)機(jī)制支撐。到濁流階段,沉積物內(nèi)部主要為流體的紊流引起的懸浮支撐。本區(qū)Unit1砂組就是在裂陷期陸坡開始不斷發(fā)育的時(shí)期沉積的,受盆地裂陷的動(dòng)力機(jī)制,沉積在白云主凹陷的陸架三角洲沉積物很容易被觸發(fā),順斜坡向下滑動(dòng)。由前述巖心上的沉積現(xiàn)象可知,本區(qū)深水扇中重力流(碎屑流或濁流)水道沉積比較發(fā)育,是深水扇中比較優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層;而同時(shí)由于快速沉積的影響,攜帶沉積物的水流迅速減速并擴(kuò)散,易形成朵體(狀)沉積。本文以研究區(qū)總體沉積背景為依據(jù),綜合巖心、測(cè)井和地震等資料,建立研究區(qū)珠江組深水重力流形成過(guò)程模式(圖5)以及水道加朵體型的深水扇沉積模式(圖6)。事實(shí)上,深水扇重力流沉積一般要經(jīng)歷5個(gè)階段:(1)三角洲砂體的垮塌,在斷裂系統(tǒng)的震動(dòng)下,三角洲前緣砂體垮塌滑落在陸架坡折帶;(2)塊體的滑動(dòng)滑塌,三角洲前緣的垮塌物沿斜坡向下滑動(dòng)、滑塌搬運(yùn);(3)碎屑流搬運(yùn),隨著沉積物的不斷移動(dòng),不斷下切海底,生成泥質(zhì)碎屑,加上海水的不斷加入轉(zhuǎn)換成碎屑流,繼續(xù)攜帶沉積物向深海運(yùn)移;(4)濁流階段,隨著移動(dòng)的推進(jìn),粗粒碎屑逐漸減少,沉積物濃度逐漸下降,滑動(dòng)速度增加,碎屑流前部逐漸發(fā)育低流速的濁流,并攜帶細(xì)粒沉積物在平緩的海底繼續(xù)向海運(yùn)移;(5)再次搬運(yùn),隨著坡度的變緩、變平或局部抬升,濁流速度變慢并擴(kuò)散沉積在平緩的海底和陸隆附近。部分沉積物越過(guò)陸隆,或經(jīng)過(guò)底流的改造,在陸隆另一側(cè)再次發(fā)生滑動(dòng)沉積。以上每一個(gè)過(guò)程沒(méi)有截然的界限,而是有一個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)渡期。特別的,濁流也僅僅是深水扇中的一種流體動(dòng)力機(jī)制或一個(gè)階段,每個(gè)深水扇沉積并不能僅用濁積扇來(lái)解釋。而濁積扇中也是多種流體動(dòng)力學(xué)機(jī)制綜合的結(jié)果,僅用濁流也不能解釋濁積扇中的所有沉積現(xiàn)象。另外,每次事件并非都經(jīng)歷這5個(gè)過(guò)程,可能在某個(gè)過(guò)程突然停止,并最終沉積下來(lái)。4沉積物、微相和水流特征的分類4.1點(diǎn)物源分類方案深水扇沉積微相的劃分是隨著扇模式的發(fā)展而發(fā)展的。早期的扇模式相帶劃分較粗,Mutti等建立的古代扇模式亞相劃分如下,①具有朵體的扇模式劃分為斜坡、上扇、中扇、下扇和盆地平原幾個(gè)亞相帶;②具有分開朵體的扇模式劃分為上扇、沉積繞過(guò)帶、下扇和盆地平原。Walker提出的綜合扇模式一直指導(dǎo)我們?nèi)绾螌ふ矣欣纳绑w,其模式在石油工業(yè)盛行了幾十年。其主要考慮點(diǎn)物源供給的深水扇,根據(jù)發(fā)育的位置將其劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇3種亞相。本次研究綜合多種微相研究成果,并結(jié)合本區(qū)的實(shí)際情況,提出一個(gè)較系統(tǒng)的分類方案(表2)。這一方案把一個(gè)完整的深水扇分個(gè)4個(gè)亞相,而每個(gè)亞相帶主要流體流動(dòng)機(jī)制有所差異。且上扇與中扇沉積微相類型更為發(fā)育,并主要以重力流水道、天然堤及滑塌體沉積為主,為本區(qū)的主要儲(chǔ)層;而底流和遠(yuǎn)洋泥在扇體的多種部位均有出現(xiàn),主要在一次重力流事件結(jié)束后發(fā)生的沉積。但這一方案中的每種亞相與微相并非在每個(gè)深水扇都發(fā)育完全,荔灣3-1氣田區(qū)就主要以上扇及中扇為主,且區(qū)內(nèi)東部地區(qū)以水道沉積為主,而西部地區(qū)主要為水道復(fù)合朵體,表現(xiàn)出“西朵東道”的總體沉積特征(圖6)。4.2粗粒砂體及含水層沉積相對(duì)區(qū)內(nèi)Unit1東部重力流水道橫切多條剖面,統(tǒng)計(jì)水道寬、水道深和天然堤寬度數(shù)據(jù),可知水道深度與天然堤寬度成正相關(guān),天然堤寬/水道深值為15.6~23。隨著沉積物的不斷前移,天然堤雖然展布較寬,但粗粒砂體主要沉積在水道中(圖7)。水道加朵體型深水扇沉積模式(圖6)及深水水道與天然堤的變化規(guī)律(圖7)表明深水扇中下切水道與天然堤的分布總體上存在如下規(guī)律:(1)隨著水道逐漸遠(yuǎn)離物源,水道由寬淺下