白云凹陷水道几何形态研究

乔　博，张昌民，李少华，杜家元，李向阳，3

白云凹陷水道几何形态研究

乔博1*，张昌民1，李少华1，杜家元2，李向阳1，3

1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 荆州 434023 2.中国海洋石油总公司深圳分公司研究院，广东 广州 510083 3.河南省核工业地质局，河南 信阳 464000

以珠江口盆地白云凹陷中的水道为例，对水道的几何形态展开研究，通过均方根振幅属性图确定水道的整体形态，截取若干横截面刻画水道的内部结构，并测量水道的深度和宽度，计算宽深比。研究发现，在该地区发育有两种几何形态的水道，21.0∼18.5 Ma时期水道变宽变浅和10.5∼8.5 Ma时期水道变窄变深。水道的形态首先受到古地貌的控制，21.0∼18.5 Ma时期和10.5∼8.5 Ma时期不同的地貌环境对两个时期水道的发育有重要的影响。此外，沉积流体的侵蚀能力也影响了水道的形态。在21.0 Ma时海平面上升，并且远离沉积物源会导致水道中的沉积物供给降低，流体侵蚀能力较小，故水道变宽变浅。在10.5 Ma时由于东沙隆起抬升的影响，并靠近物源使得水道中沉积物更多地以重力流形式向下搬运沉积，侵蚀能力较强，故水道变窄变深。水道几何形态研究对研究水道的整体演化过程有重要意义，也有助于了解该地区的沉积条件。

白云凹陷；水道；几何形态；古地貌；海平面变化

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20150323.1553.005.html

乔 博，张昌民，李少华，等.白云凹陷水道几何形态研究［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2015，37（2）：65-72.

Qiao Bo，Zhang Changmin，Li Shaohua，et al.Study of the Configuration of Two Types of Submarine Channels in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：65-72.

引言

20世纪40年代，在北美大陆边缘首次识别出深水水道，自此深水水道成为石油工业界关注的焦点。深水水道是由重力流流动形成的，具有伸长的负向地貌特征，它代表一个相对长期的沉积物搬运通道。浊流系统内的水道形态和位置受沉积过程或侵蚀下切作用的控制，水道地貌可以是侵蚀或沉积成因，也可以是两者兼而有之的复合。它作为运移通道将沉积物从大陆架运移到深海盆地中［12］。

近几年来中国对水道的研究逐渐增多，主要集中在南海的琼东南盆地、莺歌海盆地和珠江口盆地，更多地关注于水道的形态识别和时空演化［39］。Martin等通过实验室模拟研究下切谷的动力机制，对下切谷的几何形态和演化进行定量模拟，提出下切谷演化的3种模式：峡谷加积和增宽；峡谷下切和增宽；峡谷下切和变窄，并分析其受控因素［10］。本文受Matrin文章的启发，对珠江口盆地白云凹陷两种不同类型水道的几何形态进行研究，并分析它们的形成原因。

1　区域地质概况

珠江口盆地位于南海北部陆缘，是受太平洋板块向中国大陆的俯冲挤压作用控制而在加里东、海西和燕山期褶皱基底上发育起来的以新生代沉积为主的张性盆地。白云凹陷位于珠江口盆地珠二拗陷的深水区（图1），北接番禺低隆起，南至中部隆起，西连云开低凸起，东邻东沙隆起，总体上为东西走向，水深为200∼2 000 m，面积约为2×104km2，是珠江口盆地面积最大、沉积最厚的凹陷，同时也是盆地的沉积和沉降中心。白云凹陷先后经历了断陷期、断拗过渡期和拗陷期3个构造演化阶段，沉积了以湖相、三角洲—河流沼泽相为主的文昌组、恩平组陆相地层；大规模的三角洲和滨岸相的珠海组地层；珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系的海相地层（图2）。

图1　白云凹陷位置图Fig.1　Location map of Baiyun Sag

图2　珠江口盆地地层柱状简图Fig.2　Stratigraphic column of Pearl River Mouth Basin

前人对珠江口盆地的层序地层做了大量工作［1115］，在珠江组、韩江组和粤海组中共识别了15个层序界面（图3），分别为23.8，21.0，18.0，17.5，17.1，16.5，15.5，14.8，13.8，12.5，11.7，10.5，8.5，6.3和5.5 Ma，还有一个最大海泛面18.5 Ma。从21.0 Ma开始，陆架坡折基本位于白云凹陷的北部边缘，位置变化并不大。白云凹陷的主体位于陆架坡折之下，即属于大陆坡的范畴。18.5 Ma时达到最大海泛面，故从21.0 Ma到18.5 Ma是海平面不断上升的时期。10.5 Ma时，珠江口盆地发生了东沙运动，东沙隆起抬升，使得盆地在沉降过程中发生块断升降，隆起剥蚀。

图3　珠江口盆地中新世层序划分Fig.3　Sequence stratigraphic classification in Miocene of Pearl River Mouth Basin

2　水道实例

在珠江口盆地白云凹陷中，发现有两种类型的水道。第一种类型的水道是变宽变浅。第二种类型的水道是变窄变深。采用均方根属性图来展示水道的整体形态，截取若干横截面刻画水道的的内部结构，以此来对两种类型的水道进行研究。

第一种类型的水道整体趋势是变宽变浅的（图4），发育在21.0∼18.5 Ma时期，该水道位于大陆坡的下部较平缓地区。从图4属性图中可以看出该水道越往下越宽。取该水道I、II和III等3个位置横截面的地震剖面。在I处水道的宽度为1 885 m，深度为228 m，宽深比为8.27；II处水道的宽度为2 250 m，深度为200 m，宽深比为11.25；III处水道的宽度为2 460 m，深度为165 m，宽深比为14.91。从这3处地震剖面的宽度和深度测量，并结合宽深比，可以看出该水道是逐渐变宽变浅的。

图4　第一种类型的水道属性图和3个位置的横截面地震剖面Fig.4　Attribution map and three cross-section seismic maps of the first type of channel

第二种类型的水道整体趋势是变窄变深的（图5），发育在10.5∼8.5 Ma时期，该水道位于大陆坡的上部，靠近陆架坡折。从图5属性图中可以看出该水道稍有弯曲，越往下越窄。取该水道A、B、C和D等4个位置横截面的地震剖面。在A处水道的宽度为4 674 m，深度为131 m，宽深比为35.68；B处水道的宽度为3 913 m，深度为202 m，宽深比为19.37；C处水道的宽度为2 822 m，深度为292 m，宽深比为9.66；D处水道的宽度为2 589 m，深度为348 m，宽深比为7.44。从这4处地震剖面的宽度和深度测量，并结合宽深比，可以看出该水道是逐渐变窄变深的。

图5　第二种类型的水道属性图和4个位置的横截面地震剖面Fig.5　Attribution map and four cross-section seismic maps of the second type of channel

3　解　释

在珠江口盆地白云凹陷中发育两种形态的水道，一种是变宽变浅，一种是变窄变深。在深海环境中，水道的形成、发育和演化受到一系列因素的影响［1620］。海底地貌对水道的发育起到控制作用。此外，还受到相对海平面变化（下降还是上升，持续时间和速率）、沉积物供给（粒度和速率）、最初远滨的水深以及侧壁的侵蚀能力等诸多要素的影响。

古地貌对水道中的流体有强烈的控制作用，会对水道中流体的方向、速度、容量等产生影响，进而决定了水道的形态和发育［1617］。在深海环境中进行古地貌的恢复，不用考虑剥蚀的影响，只需要考虑压实。虽然没有进行压实恢复，但是时间构造图还是能反映当时的古地貌，大致反映当时的地形起伏。

通过 21.0∼18.5 Ma和 10.5∼8.5 Ma两个时期水道地区的时间构造图（图6）可以看出，在21.0∼18.5 Ma水道地区有沟槽发育，水道位置的时间值与周围的差别并不大，说明该沟槽深度并不大，而且越往下沟槽的宽度越大。而在10.5∼8.5 Ma水道地区，该地区明显发育有沟槽，该沟槽上部宽下部明显变窄，深度也逐渐增大。这样的古地貌决定了这两个时期的水道的大体形态。

图6　21.0 Ma和10.5 Ma时水道地区的时间构造图Fig.6　Channel foemation along time in 21.0 Ma and 10.5 Ma

除了古地貌的控制作用，还有其他因素对这两期水道的形态产生影响。

对于在21.0∼18.5 Ma时期形成的第一种类型水道，由于在18.5 Ma时出现最大海泛面，所以海平面在21.0 Ma时处于不断上升的过程中。由于海平面上升产生顶托作用，阻碍了沉积物顺斜坡向下运移。而且该水道位于大陆坡的下部，远离陆架坡折，远离古珠江三角洲，沉积物供给量相对较少，而且搬运距离还较长（图7）。

图7　第一种类型水道模式图Fig.7　Scheme of the first type of the channel

从I、II、III等3处的地震剖面素描图中可以看出这3个地方的水道基底均较为圆滑，水道横截面呈现为U型，反映其沉积时期下切侵蚀作用并不是很强，更多的是以加积的形式沉积下来。故水道顺大陆坡往下发育，变宽变浅。

对于在10.5∼8.5 Ma时期形成的第二种类型水道，由于在10.5 Ma时发生东沙运动，东沙运动使盆地在沉降过程中发生块断升降，隆起侵蚀。东沙隆起抬升，而白云凹陷靠近东沙隆起，也受其影响而抬升。该水道位于大陆坡上部，靠近陆架坡折，距离古珠江三角洲也较近，沉积物供给相对充足，构造隆起抬升使得陆架边缘的大量沉积物更多的是以重力流的形式沿着大陆坡向下运移（图8）。重力流的侵蚀能力强，对下伏地层进行侵蚀切割。

从A、B、C、D等4处的地震剖面素描图中可以看出这4个位置的水道基底越来越尖锐，水道横截面呈现为从U型逐渐演化为V型，反映其沉积时期下切侵蚀作用顺斜坡逐渐增强。故水道顺大陆坡往下发育，变窄变深。

水道的形态究竟是变宽还是变窄，变深还是变浅？这首先取决于海底地貌，古地貌对水道的形态起到决定性的作用。此外就是沉积流体的侵蚀能力的大小。无论是海平面变化还是构造运动，他们通过不同的方式和途径最终影响了沉积物的供给，影响了沉积流体的侵蚀能力，进而影响水道。它们最终决定了水道的整体几何形态。

图8　第二种类型水道模式图Fig.8　Scheme of the second type of channel

两种类型的水道，其内部充填不同。虽然没有取芯来予以证实，但是根据距离物源的远近依然可以判定，第一种水道由于远离三角洲，其沉积物供给较少，砂质沉积物相对较少，不易成为储层。而第二种水道靠近古珠江三角洲，其沉积物供给充足，砂质沉积物充足，有可能成为较好的储层。

4　结　论

（1）在珠江口盆地白云凹陷中识别出两种几何形态的水道，分别为变宽变浅和变窄变深。第一种类型的水道发育在21.0∼18.5 Ma时期，水道形态为变宽变浅；第二种类型的水道发育在10.5∼8.5 Ma时期，水道形态为变窄变深。

（2）水道的几何形态首先是受到古地貌的影响。其次是受到海平面变化、构造运动等因素的影响。它们决定了水道中沉积流体侵蚀能力的大小，影响了水道中的侵蚀、沉积过程，进而决定了水道的形态。

（3）水道的几何形态研究是水道研究的重要组成部分。通过定量化研究，能够确定水道形态的变化，对于研究水道的演化过程具有重要意义，这也有助于了解和认识该地区的沉积条件。

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乔 博，1987年生，男，汉族，河南灵宝人，博士研究生，主要从事沉积学与层序地层学研究。E-mail：qb123124@126.com

张昌民，1963年生，男，汉族，河南灵宝人，教授，博士生导师，主要从事沉积学与石油地质研究。E-mail：zcm@yangtzeu.edu.cn

李少华，1972年生，男，汉族，湖北武汉人，教授，博士，主要从事储层建模与GIS应用方面的研究。E-mail：pishli@163.com

杜家元，1964年生，男，汉族，湖北松滋人，高级工程师，博士研究生，主要从事石油天然气勘探综合研究。E-mail：dujy@cnoon.com.cn

李向阳，1969年生，男，汉族，河南卢氏人，高级工程师，博士，主要从事地震沉积学研究。E-mail：lxyflr@163.com

编辑：张云云

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Study of the Configuration of Two Types of Submarine Channels in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin

Qiao Bo1*，Zhang Changmin1，Li Shaohua1，Du Jiayuan2，Li Xiangyang1，3
1.MOE Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China 2.Research Institution，Shenzhen Branch，CNOOC，Guangzhou，Guangdong 510083，China 3.Henan Province Nuclear Geology Bureau，Xinyang，Henan 464000，China

Taking the submarine channels in the Baiyun Sag as examples，we carried out the study of the geometry of the submarine channels.We defined the shape of the submarine channels through RMS attribution map，described the internal structure，measured the depth and width of the channels and calculated the width/depth ratio.Through these studies，we found there are two types of submarine channels in the Baiyun Sag，Pearl River Mouth Basin.One type is wider and shallower in 21.0∼18.5 Ma，the other type narrower and deeper in 10.5∼8.5 Ma.The geometry of submarine channels are largely controlled by the topography；different topographies in these two phases play an important role in the submarine channel development. Besides，the erosion of the flow in the channels could influence the geometry of submarine channels.In 21.0 Ma，the sea-level rises and the sediment supply decreases as the channel is far from the paleo-Pearl River Delta，so that the channel becomes wider and shallower.In 10.5 Ma，as the Dongsha Uplift rose and the channel is close to the paleo-Pearl River Delta，so that the sediment is transported in the form of the gravity flow，which leads to high erosion ability.Ultimately the submarine channel becomes narrower and deeper.The research of the geometry of submarine channels is important in understanding the evolution of the channels and helpful to explore the sedimentary condition of this area.

Baiyun Sag；submarine channel；geometry；topography；sea-level change

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.06.18.01

1674-5086（2015）02-0065-08

TE122

A

2013-06-18网络出版时间：2015-03-23

乔 博，E-mail：qb123124@126.com

国家“十二五”重大专项（2011ZX05023-002-007）；国家自然科学基金（41302096）。