32～10.5 Ma古韩江三角洲沉积演化与控制因素

刘辰生，侯文锋，邱争科，王 涛，张向涛，汪旭东

(1. 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学)，长沙 410083； 2.有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室，长沙 410083； 3.中南大学 地球科学与信息物理学院，长沙 410083； 4.中国石油 新疆油田分公司 采油二厂，新疆 克拉玛依 834009； 5.中海石油 深圳分公司，广东 深圳 518054)

古韩江三角洲位于珠江口盆地珠一坳陷的东北部陆丰—韩江凹陷(图1)，西邻珠江三角洲，并与珠江三角洲共同控制了珠江口盆地珠一坳陷东北部沉积。珠江三角洲是我国大型三角洲沉积体系，油气资源丰富[1-4]。珠江口盆地已取得油气勘探的突破，截至2016年底，已连续21年年产量超过1 000×104m3油当量[5]。近年来，珠江三角洲的研究成果也较丰富[6-13]。前期油气勘探成果表明，分布于陆丰和韩江凹陷的古韩江三角洲油气资源同样丰富，部分地区已发现重要的油气田，具有巨大的油气勘探潜力。但是，目前针对古韩江三角洲的沉积特征、演化规律以及控制因素等方面的研究仍较薄弱[14-16]。前人对该区的古韩江三角洲研究仅限于推测，认为古韩江三角洲以轴向物源为主，由北部韩江凹陷向南推至惠州凹陷，并与珠江三角洲共同影响惠州凹陷的沉积[17-19]，但这种认识与钻井、地球物理资料揭示的韩江三角洲沉积特征明显不符。因此，有必要开展古韩江三角洲的分布特征和演化规律等方面的研究。

图1 珠江口盆地珠一坳陷东北部构造位置Fig.1 Structural location of northwestern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

32～10.5 Ma，古韩江三角洲分布在陆丰—韩江地区，沉积了珠海组、珠江组和韩江组。珠海组沉积期(渐新世)研究区为断拗转换期，边界断裂的活动性明显减弱，对沉积的控制作用亦较弱[20-22]。珠江组和韩江组沉积期(中新世)为拗陷期，构造活动微弱，盆地以热沉降作用为主。古韩江三角洲的主控因素为海平面升降和物源，渐新世—中新世冰期是研究区海平面变化的主要诱因[23-25]。珠海组至珠江组下段沉积期，研究区以砾质粗砂岩沉积为主，且厚度巨大；珠江组上段至韩江组下段沉积期，研究区以泥页岩沉积为主；韩江组上段岩性又变粗，以中—细砂岩为主(图2)。

1 古韩江三角洲沉积相划分

1.1 古韩江三角洲沉积相划分

三角洲相是研究区珠江组和韩江组主要的沉积相。根据岩性组合、测井相和地震相可识别出三角洲平原、前缘和前三角洲亚相。三角洲平原亚相以长石石英粗砂岩和含细砾粗砂岩为主，发育大型板状交错层理和平行层理，且具有冲刷面(图3a)；测井曲线具有低伽马和低电阻的特征，曲线形态呈微齿化箱形(图4a)和漏斗形；地震资料中，多呈弱振幅中—弱连续性亚平行和乱岗状反射构造(图5)。

图2 珠江口盆地珠一坳陷西北部珠海组—韩江组沉积相划分Fig.2 Facies division of Zhuhai-Hanjiang formations in northwestern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

三角洲前缘以长石石英中砂岩为主，岩心中具平行层理、槽状交错层理、板状斜层理以及滑塌变形构造，部分岩心中可见波状层理和生物扰动构造(图3b)；测井曲线(图4b，c)呈齿化漏斗形和齿化、钟齿化钟形；显微镜下，岩石颗粒分选性差，棱角状—次棱角状，以点—线接触为主(图6)。地震资料中，前缘亚相具有中振幅、中—高连续性前积反射构造(图5)。前三角洲以泥岩和粉砂质泥岩主，测井曲线具有高伽马、高电阻率的特征。

图3 古韩江三角洲相沉积特征Fig.3 Sedimentary features of paleo-Hanjiang delta

图4 古韩江三角洲和滨岸相测井相特征Fig.4 Logging features of paleo-Hanjiang delta and shore facies

图5 珠江口盆地珠一坳陷东北部古韩江三角洲对应的地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristics of paleo-Hanjiang delta in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

图6 古韩江三角洲前缘砂岩矿物组分差异性Fig.6 Mineral composition differences of sandstones in paleo-Hanjiang delta front

1.2 沉积相组合

在古韩江三角洲演化过程中，陆棚相与古韩江三角洲组合是最主要的沉积相组合。该组合由下部的陆棚相泥页岩和上部的三角洲砂泥岩组成，广泛分布于珠海组、珠江组和韩江组。下部的陆棚相泥页岩是快速海侵条件下的深水沉积；上部的三角洲相常形成下细上粗的反韵律：韵律层下部为前三角洲或三角洲前缘远砂坝泥岩和砂质泥岩，上部为河口砂坝和水下分流河道沉积的粗砂岩、砂质细砾岩。自下而上，该组合水体逐渐变浅，物源不断向盆地推进，沉积物粒度不断变粗，且在纵向上重复出现。地震剖面中，三角洲相以中—强振幅弱连续乱岗状反射结构和前积反射结构为主，局部可见亚平行反射结构；而陆棚相以中—强振幅高连续平行反射为主，两者易于区分。地震剖面中可见珠江组至韩江组下段三角洲具有逐渐退缩的趋势，陆棚相具有逐渐扩大的趋势；韩江组下段至上段则相反(图7)。连井沉积相对比也表明，随着海平面变化，三角洲相与陆棚相具有相互消长的关系(图8)。该组合广泛发育在受古韩江物源影响的北部隆起区一带。

2 古韩江三角洲展布

在沉积相连井对比和地震相解释的基础上，勾画出研究区珠海组至韩江组沉积相平面分布图(图9，10)。珠海组和珠江组下段，地震剖面中以中—弱振幅弱连续杂乱反射和透镜状反射为主，在盆地内部还发育中振幅、中连续性前积反射构造。测井资料和钻井资料分析表明，珠海组和珠江组下段厚度大、岩性以含砾粗砂岩和粗砂岩等粗粒沉积为主，碎屑颗粒分选性中—差，磨圆度为次棱角状—棱角状，沉积物的低成熟度表明珠海组为近物源快速堆积，沉积相组合以三角洲相—陆棚相为主。

图7 珠江口盆地珠一坳陷东北部地震剖面中三角洲相与浅海陆棚相消长关系地震剖面位置见图1 。Fig.7 Relationship between delta and shallow sea shelf in seismic section in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

图8 珠江口盆地珠一坳陷东北部珠海组—韩江组沉积相连井剖面剖面位置见图1 。Fig.8 Well correlation section of Zhuhai-Hanjiang formations in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

图9 珠江口盆地珠一坳陷东北部珠海组(a)和珠江组下段(b)沉积相平面展布Fig.9 Facies distribution of Zhuhai Formation (a) and lower section of Zhujiang Formation (b) in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

根据地震和测井资料综合分析，认为珠海组至珠江组下段沉积期古韩江三角洲分布在陆丰和韩江凹陷内部。珠海组沉积期，古韩江三角洲是陆丰凹陷主要的沉积相类型，受物源和古地貌的影响，古韩江三角洲向西南延伸至陆丰凹陷中心。韩江凹陷内部的古韩江三角洲规模较小，零星分布在盆地的东北部和北部。珠江组下段沉积期，陆丰凹陷内部的古韩江三角洲规模缩小，但古韩江内部的三角洲却增长、扩大，并在韩江凹陷西北部形成2个古韩江三角洲体(图9b)。

珠江组上段下部广泛发育含生物碎屑灰岩和生物礁灰岩，这种碳酸盐岩是在整个珠一坳陷大规模海侵大背景下沉积的。研究区大部为碳酸盐岩台地相沉积，仅在盆地边缘过渡为混积陆棚相和滨岸相，南部变为陆棚相(图10a)。自珠江组上段沉积开始，东沙隆起被完全淹没，研究区仅发育古韩江物源，古韩江三角洲也成为研究区唯一三角洲群(图10b-d)。珠江组上段沉积期，古韩江三角洲广泛分布在陆丰—韩江凹陷，并形成古韩江三角洲群。韩江组下段沉积期，古韩江三角洲仅分布在韩江凹陷，三角洲的规模明显缩小。韩江组上段沉积期，古韩江三角洲广泛分布在陆丰—韩江凹陷，形成大型的古韩江三角洲群。由西南向东北，该古韩江三角洲可划分为4个规模较大的三角洲个体，陆丰凹陷分布着该期最大的古韩江三角洲(图10d)。

图10 珠江口盆地珠一坳陷东北部珠江组—韩江组沉积体系展布Fig.10 Facies distribution of Zhujiang-Hanjiang formations in northeastern Zhu Ⅰ Depression, Pearl River Mouth Basin

3 古韩江三角洲演化

32～10.5 Ma古韩江三角洲演化可划分为3个阶段，即早期古韩江三角洲初始发育阶段、中期古韩江三角洲缩小阶段和晚期古韩江三角洲扩张阶段。

3.1 早期初始发育阶段

初始发育阶段形成于珠海组—珠江组沉积期，其主要特点为分布局限，沉积物粒度粗。由于海平面较低，物源距离陆丰凹陷近，古韩江三角洲成为陆丰凹陷的主要沉积相类型。实际上，该阶段古韩江三角洲在韩江凹陷并不发育(图9a)。该期三角洲岩性以岩屑石英粗砂岩、中砂岩为主，部分岩心中可观察到细砾岩。该三角洲在地震剖面上为中—强振幅弱连续前积反射，电测曲线为弱齿化箱形、钟形和漏斗形。因此，岩心、测井和地震资料均表明，早期古韩江三角洲为低海平面近物源区快速沉积。

3.2 中期缩小阶段

韩江组下段沉积期是古韩江三角洲逐渐向物源退缩的时期。珠江组上段沉积早期，由于海平面快速上升，造成研究区碎屑物源供应不充分，陆丰和韩江地区仅沉积了一套厚约20 m的碳酸盐岩和浅海陆棚相泥页岩(图10a)。这次大规模快速的海侵也使得研究区南部的东沙物源被完全淹没，东沙三角洲也随之停止发育，研究区仅发育古韩江三角洲(图10b)。随着海平面进一步上升，古韩江三角洲规模逐渐减小，并在韩江组下段沉积期达到最小，仅在韩江凹陷的西北部发育小型的古韩江三角洲(图10c)。

3.3 晚期再扩张阶段

韩江组上段沉积期是古韩江三角洲扩张阶段。该期随着海平面逐渐下降，三角洲面积逐渐增大，并在韩江组上段上部达到最大(图10d)。该期古韩江三角洲岩性以中—细砂岩为主，地震剖面表现为中振幅弱连续前积反射和波状反射结构，电测曲线以发育漏斗形、钟形和指状为特征。因此，珠海组至韩江组沉积期，海平面呈现低—高—低，而古韩江三角洲群规模相应表现为大—小—大(图11)。

图11 32～10.5 Ma古韩江三角洲演化模式Fig.11 Evolution pattern of paleo-Hanjiang delta during 32-10.5 Ma

4 三角洲演化的控制因素

古韩江三角洲的发育受到海平面变化、物源和水动力条件等因素的控制，其中海平面变化和物源是控制古韩江三角洲演化的主要因素。

4.1 海平面变化

4.2 物源

根据珠一坳陷珠海组至珠江组不同井砂岩的矿物组分和重矿物体积含量，划分出古韩江三角洲物源体系域和古珠江三角洲物源体系。前人分析表明，古韩江三角洲砂岩中辉绿岩含量最大，约46%，正长岩次之，约为35%，花岗岩含量最小，约19%；古珠江三角洲砂岩中辉绿岩含量最高，约60%，正长岩和花岗岩含量非常接近，均约20%，不同井揭示的含量变化具有相似性。根据上述物源区岩石组合类型的差异，划分出古珠江三角洲和古韩江三角洲大致的分布区域。通过古韩江三角洲沉积期古水流体系分析认为，其上游水系包括了韩江—榕江河流体系、练江河流体系和汕尾河流体系，这些河流体系均源自古韩江。因此，古韩江三角洲群(32～10.5 Ma)是由古汕尾三角洲、古练江三角洲、古榕江三角洲以及古韩江三角洲组成，而不是只发源于现今韩江的一支三角洲。

5 结论

(1)古韩江三角洲随着海平面的变化，其分布范围也发生相应变化。古韩江三角洲演化过程可划分为3个阶段：①初始发育期，珠海组—珠江组下段沉积期，古韩江三角洲主要分布在陆丰凹陷，而韩江凹陷不发育；②退缩期，珠江组上段至韩江组下段沉积期，随着海平面不断上升，古韩江三角洲分布范围逐渐减小，并在韩江组下段达到最小，这与全球性海平面变化曲线相一致；③再扩张期，韩江组上段沉积期海平面逐渐下降，古韩江三角洲不断向陆丰凹陷和韩江凹陷进积，该期也是古韩江三角洲的繁盛时期。

(2)河流水系和物源特征分析表明，古韩江三角洲是由韩江—榕江、练江和汕尾水系形成的三角洲群，与现代韩江三角洲差别较大。

(3)古韩江三角洲的发育受到海平面变化、物源等因素的控制，海平面上升期，古韩江三角洲的分布范围缩小，而海平面下降期其范围则扩大。古韩江三角洲的分布面积与全球海平面变化曲线具有相关性。古韩江三角洲与古珠江三角洲具有不同的物源体系。