北部湾涠西探区浅层地质特征初步研究

蔡春麟，胡津荧，胡 斌，戴顺翔

（中石化海洋石油工程有限公司上海物探分公司，上海 201208）

北部湾涠西探区位于中国南海的西北部，距广西北海市西南约110 km，是一个浅海半封闭性大陆海域。随着该区油气勘探开发不断深入，相应的一些工程活动也将逐步展开。但是，针对涠西探区的地质调查研究程度不高，可利用的成果资料很少，特别是对浅部工程地质条件了解不够，这不利于今后进一步的勘探和工程活动开展。截至目前，在该区域仅完成了近十个海洋井场调查项目（每个井场的调查范围为3 km×3 km），取得了一些浅部的地质资料。井场位置分布主要集中于涠洲油田区域，北部和南部较少(图1)。

本文主要依据这些井场调查资料，结合本区域前人的研究成果，对本区的浅层地质特征作一初步研究。

1 区域概况

涠西探区属南海大陆架地形区，由北东向南西缓慢倾斜，水深约为40～50 m，北东浅西南深。涠洲油田海域则由西北向东南缓倾，呈微小的潮脊状地形，走向为东南偏南，南部水深最大，最深处约49.6 m，西部水深较浅，最浅处约38.4 m，中部及东北部极其平缓，坡降仅为0.7‰。

图1 北部湾涠西探区钻孔位置分布示意图（南部两个钻孔已出图）

区内海底地貌既有海蚀地貌,也有海积地貌,地貌类型包括陆架堆积平原、水下堆积岸坡、陆架侵蚀浅谷及洼地、潮流沙脊-沙波群和侵蚀残余凸地等[1]。涠洲油田位于南海北部二级地貌单元的陆架堆积平原之中部边缘和现代潮流沙脊沟槽区北部，西南部有一近南北走向的现代潮流沙脊[2]。

北部湾是一个以新生代为主的中新生代沉积盆地，属大陆边缘的被动盆地。涠西探区位于北部湾盆地西部，跨越粤桂隆起区、涠西南凹陷、涠西南低凸起、海中凹陷和企西隆起等五个不同级别的构造单元[3]。涠洲油田所在的涠西南凹陷与海中凹陷，均呈NE-SW 向分布。区内断裂构造发育。其基底主要由古生代地层及中生代花岗岩组成，沉积地层主要由古近系（下第三系）与新近系（上第三系）组成，其上覆盖有较薄的第四纪沉积（数米～数十米）。

2 井场调查方法

井场调查是海洋油气勘探开发过程中重要的一环，包括工程物探和工程地质两方面调查内容。前者主要查明井场区海底障碍物、水深和地层变化情况，以及海底以下一定深度范围内埋藏古河道、断层、浅层气等地质灾害；后者通过地质浅钻查明海底以下一定深度范围内土层分布、土质类型、强度以及工程物理力学特性。其中，地质钻探和浅地层剖面测量是研究井场区浅部地质特征、建立地层结构的必要手段，分别揭示了各土层在垂向上的岩性组成和在横向上的空间展布，两者呈互为解释和对应的关系。地质钻孔一般布设于井场中心，孔深达40 m；浅地层剖面测线呈网格状布设，主测线方向大致垂直海底地形线。

3 工程地质特征

工程地质层划分是评价工程地质条件的基础，其划分原则主要依据地层的岩性、厚度、埋藏深度及岩土的工程物理和力学性质，同时还与沉积环境和形成时代有关。涠西探区工程地质层划分除了根据浅钻揭示的岩性及其组合、工程地质参数等外，还借助于浅地层剖面资料对地层结构在空间上的变化进行追踪，查明其埋藏分布情况。在涠西探区工程地质层可分为以下几层（图2）。

图2 北部湾涠西探区钻孔剖面工程地质层划分对比图

（1）第Ⅰ工程地质层：由淤泥混粉砂、淤泥质粉质黏土、黏质粉土和淤泥质黏土组成，呈软塑到流塑状态。仅分布于涠西探区北部至近中部区域的海底表层。厚度在0.7～6 m 之间。该土层含水率40%～55%，压缩模量1.8～3.5 MPa，液性指数0.85～1.98，塑性指数14.5～21，为含水率较高的高压缩性土。

（2）第Ⅱ工程地质层：由黏土、黏质粉土和粉质黏土组成，可见褐黄色团块，可塑～硬塑，以硬塑为主。主要分布于探区中南部区域，呈条带状向南延伸。厚度变化在0.7～14.7 m 之间，具有从北往南逐渐增大的趋势。岩土含水率25%～34%，压缩模量4～6 MPa，液性指数0.3～0.7，塑性指数14～18，凝聚力26～75 kPa，为含水率低的中高压缩性土层。

（3）第Ⅲ工程地质层：本层岩性主要由粗颗粒砂组成，以含大小不一的砾石为特征，但在探区南部两个钻孔中该层为粗砂，不含砾石。厚度变化在3～14 m 之间。土层含水率15%～27%（平均21%），压缩模量12 ～28 MPa（平均18 MPa），内摩擦角15°～38°（平均35°），为含水率低、较为密实的砂土层。

（4）第Ⅳ工程地质层：本层在探区范围内皆有分布，以黏性土为主，软塑～可塑。厚度1.8～8.3 m。含水率24%～48%（平均37%），压缩模量2.5 ～7.8 MPa（平 均4.2 MPa），液 性 指数0.3～1.2 之间（平均0.8），塑性指数13～21（平均17.1），凝聚力24～139 kPa（平均50 kPa），为含水率较高的高压缩性土层。

（5）第Ⅴ工程地质层:在探区范围内皆有分布，厚度较大，由于钻孔深度所限，底界深度无法确定。该层岩性主要由粉砂、细砂、中砂、粗砂和砾石等砂质沉积组成，下部有的夹黏土质粉土和黏土层。含水率15.9%～34.8%（平均22.4%），压缩模量3.9～23.4 MPa（平均15.6 MPa），液性指数0.4～0.8，塑性指数15.3～16.7，内摩擦角26°～38°（平均30°），凝聚力42～82 kPa（平均64 kPa），为含水率较低的中等压缩性土。

4 沉积环境和浅地层层序划分

4.1 南海北部第四纪以来沉积环境变化和地层层序划分

在第四纪早更新世时期，南海北部发生了大范围的海退而广泛发育海陆交互相沉积；至中更新世，气候回暖，海面由南向北推进，许多地区成为滨海与浅海环境，但在此时期，气候波动较大，造成海平面波动和沉积环境发生变化，海陆交互频繁；从晚更新世开始至全新世，经历了数次全球性大的气候变化[4-5]。晚更新世早期进入里斯-玉木间冰期，全球气候转暖，发生向陆海侵，范围可达现今珠三角地区，南海陆架沉积了一套自滨海相到浅海相地层；在晚更新世中期进入早玉木冰期，南海陆架大部地区成为陆相环境，发育了海陆过渡相滨岸与近岸浅水环境下的砾砂或砂沉积；在晚玉木冰期，南海北部陆架广大区域为河、湖相陆域环境，含铁质风化黏土发育。进入全新世，南海北部形成冰后期全新世第一海侵层，沿海陆架河道及河口湾进入溯源充填堆积，沉积物近岸区以粗碎屑为主，滨外浅海区稍细，多为黏土质粉砂。

根据钻孔及柱状样资料，南海北部第四纪地层从上往下可划分为全新统、上更新统、中更新统和下更新统。

4.2 涠西探区沉积环境

前人[6-9]在涠西探区东部近雷州半岛、东北部涠洲岛附近及广西廉州湾外等海域都实施了数个钻孔，并完成了有孔虫测试和14C 测年工作，以此进行层组划分和沉积环境恢复。早更新世沉积地层为浅海相；中更新世沉积地层由沿海平原相组成；晚更新世沉积地层由陆相、滨海相、潮间带相和浅海相组成；全新世沉积地层以沼泽相、浅海相和滨海相为主，且厚度由北部湾近岸地区向海逐渐减薄至尖灭。

4.3 涠西探区浅地层层序划分

涠西探区已完成井场的调查范围小，且分散，对于每个井场中所采集的浅地层剖面资料仅能以反射界面的识别标志（上超、下超、削截、顶超等）来划层、对比和闭合，并结合前人区域资料，将海底面以下一定深度范围内的地层划分为若干套层序，推测其沉积环境及形成时代。根据实测资料和层序划分原则，在涠西探区海底约40 m 内，划分出5 套层序：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，且与工程地质层分层呈对应关系（表1）。

表1 涠西探区浅地层层序划分表

（1）地层层序Ⅰ：分布于调查区东北部，呈层状产出，包含一反射强的、以平行状反射结构为主的似透镜状层理，厚约2～6 m，其平面分布范围可追踪，且与下伏层组界线明显（图3）。在透镜状层理层内部及两侧还可见波状反射及弱反射，呈充填结构，其深度在6 m 以浅，宽度有大有小，走向NW-SE。有4 个钻孔揭示本层序，岩性解释为淤泥质粉质黏土和灰色淤泥质黏土，透镜状反射层为淤泥质黏土层，为全新世海进时期浅海相沉积。

（2）地层层序Ⅱ：与层序Ⅰ界线难以划分。似层状，以弱反射、杂乱状和波状反射为主。底界与下伏地层呈不整合接触。层组厚度1～15 m，自北向南逐渐增大，有5 个钻孔钻遇。岩性解释为硬塑为主的黏性土，推测为晚更新世时晚期的陆相沉积经风化而成。

（3）地层层序Ⅲ：与层序Ⅱ呈不整合接触，呈层状，遍布调查区。杂乱状反射、振幅中等，连续性差。其底界存在明显的侵蚀特征。层组厚度3～14 m。全部钻孔钻遇该层组，从钻遇厚度来看，具南北大中间小的特点。岩性解释为一套在高能动荡环境下形成的含贝壳碎屑及颗粒较大的砂质沉积。根据资料[10]，在北部湾中部40～50 m水深海区，出露了大面积的晚更新世地层，呈圆形展布，沉积物以细砂为主，夹粗砂和砾石，是晚更新世晚期低海面时的滨海相沉积产物。

图3 层序Ⅰ中淤泥质黏土层呈透镜状反射特征（测线位置见图1）

（4）地层层序Ⅳ：与上下层组呈不整合接触，遍布整个调查区。振幅强弱不均、频率较低、连续性差，似平行状反射结构，顶面有剥蚀现象。层组厚度2～9 m。岩性解释为一套黏土沉积层，底部为粉质黏土。该层由陆源碎屑夹生物碎屑组成，属沿海平原相，形成时代为中更新世。

（5）地层层序Ⅴ：遍布调查区，由于在浅剖资料上无法追踪，因此未划分其底界。杂乱状、波状及弱反射。岩性解释为一套夹粉质黏土薄层的砂质沉积层，以粉砂、粗砂、中砂、细砂等砂质沉积为主，沉积物颗粒由下部为粗粒向上部变为细粒、中粒，反映了多次海侵过程，且为陆源碎屑经海洋动力作用而成为浅海相，形成于早更新世。

5 结论

（1）涠西探区浅部地质可划分五个工程地质层，从上至下分别为淤泥质黏土层、硬黏土层、含砾砂质层、黏土层和砂质沉积层。淤泥质黏土层分布于探区北部海底，呈透镜状产出，由于缺乏调查资料，其在空间上的范围可能存在变化；之下的硬黏土层主要分布于探区中南部，呈条带状向南延伸；其它各工程地质层在探区内均有分布，且厚度具有从北向南逐渐增大的趋势。

（2）通过对比区域上前人成果，在涠西探区海底40 m 范围内划分出五套地层层序，且与工程地质层相对应。各层组形成时代从上至下分别为全新世和更新世晚、中、早期，沉积环境则为浅海相、陆相和滨海相、沿海平原相、浅海相。