西沙海槽盆地強限制性中央峽谷水道地震相與內部結構的分段特征

姚悅，周江羽 ，雷振宇，劉浩冉

1.中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083 2.中國地質大學構造與油氣教育部重點實驗室，武漢 430074 3.國土資源部廣州海洋地質調查局，廣州 510760

近年來，深水水道沉積體系儲集體作為油氣圈閉在墨西哥灣、巴西、西非海域深水區已得到了證實，深水水道儲層已成為油氣勘探的優質目標[1-2]。深水水道可以定義為長條形的、主要是由沉積物卸載的濁流和其他富砂沉積的重力流作用而形成的持續延伸的負地形，是將大量陸上沉積物輸送到深水的長期通道[3-6]。水道在發育階段受到環境影響，表現為限制性水道和非限制性水道，前者具有坡度陡，水流速度大，侵蝕作用強烈等特點；后者通常水道發生明顯遷移，兩側形成側向加積，水道口末端形成朵體[7]。由于深水水道復雜多樣，國內外目前尚未統一水道及其單元分類 。同一深水水道其在不同地區發育時，其周邊物源供給，地貌地勢，構造活動會造成其分段性差異，影響水道內部能量分配，沉積物分布與外部結構差異[8]。

我國南海地區廣泛發育深水水道，包括瓊東南盆地中央峽谷、珠江口盆地峽谷水道、福爾摩沙、平湖與高屏峽谷處的深水水道[8-9]。南海西北部發育的中央峽谷深水水道體系，跨越瓊東南盆地、西沙海槽盆地和雙峰盆地。 此深水水道由于規模大、下切深、彎曲度低且較平直， 稱其為中央峽谷水道[10]。文獻對比發現，中央峽谷深水水道體系在西沙海槽盆地內具有強限制性, 分支復合, 多期充填與水道遷移現象不明顯, 東部與西部周邊陸坡體系與物源供給體系不盡相同[11-13]。前人對水道分段差異性系統研究還不夠深入，因此有必要探究中央峽谷水道的限制性強弱與分段性特征。本文以地震資料為出發點，根據等T0圖、古地貌恢復圖、地震相與沉積相圖分析，開展河道結構形態與沉積特征研究，探討水道分段差異性及其控制因素。研究不僅對深水水道成因結構差異性對比有意義，更對本區潛在油氣資源勘探有實際意義。

1 地質背景

西沙海槽盆地(圖1A)位于南海北部陸坡西段，又名長昌凹陷，展布方向近東西向，盆地面積約2×104km2，東西長約350 km，南北寬約100 km[14]。 受斷裂體系的控制，內部又可以進一步劃分為 6個二級構造單元(圖1B)。西沙海槽盆地是發育在南海北部陸坡深水區的新生代斷陷盆地，自65.5 Ma以來，盆地開始逐漸形成。古近紀屬于陸緣裂陷盆地，新近紀統一發展為陸架—陸坡坳陷盆地[15]。地震分界面以T6(中新統和漸新統之間)為界分為上下兩構造層序，整體表現出下斷上拗的特點。沉積自下而上從湖相過渡到深海相[16]。

結合構造歷史與瓊東南盆地對比分析，西沙海槽盆地中央峽谷體系的形成演化可分為四期[16-17]，其發育演化示意圖可見等T0圖與古地貌恢復圖(圖2)。初始發育始于中晚中新世，東沙運動使東部快速下沉形成負地形，此為水道雛形。上新世早期，以紅河物源為代表的西北物源開始向瓊東南盆地大量供給， 濁流能量加強，下切侵蝕作用強烈，而陸架陸坡體系的進積則為中央峽谷提供了大量的塊體流沉積物(簡稱MTC，下同)，是峽谷形成的壯年期。上新世晚期，由于物源減少，下切作用減弱，主要以沉積作用為主。最后從更新世至今，由于氣候與海平面的變化，物源又一次加強，沉積侵蝕作用繼續[16-17]。

2 中央峽谷水道體系強限制性地震相特征

由于研究區域缺少鉆井資料，本次研究主要依靠廣州海洋地質局提供的二維地震資料來解釋西沙海槽處中央水道的發育與特征。區域內地震測線分布密集，為了便于研究，筆者從區域地震測線從西南方向A1到北東向H1等間隔選取了八條主測線，本文主要利用這八條地震測線及部分聯絡線分析地震相，并識別水道特征(圖3)。

圖1 研究區位置(A)及西沙海槽盆地構造區劃 (B) 圖(據廣州地質調查局資料改編)Fig.1 Research area location(A) and Xisha trough basin structural area division map (B)

圖2 各界面等T0圖(上圖)和構造古地貌恢復圖(下圖)Fig.2 T0 map (up) and paleo-geomorphology map (down)

圖3 西沙海槽盆地主測線分布圖Fig.3 Xisha trough basin main seismic line distribution map

2.1 外部形態特征

地震反射特征上，根據邊界上出現削截反射終止類型，判斷水道最初發育的層位與時間，得出研究區域的水道底部主要出現在T5界面上下(圖4)。水道外部呈現典型的“U型“或“V型”。并沒有發現W型或W復合型，表示峽谷水道不具有多期侵蝕的標志。西部測線(A-E)主要呈U型，東部測線(E-H)主要呈V型。

根據測線的統計，該峽谷水道在深寬比與規模方面也有著統一的特征， 寬度在15～10 km左右，而深度約5 km， 深寬比在 0.3到 0.5之間浮動，這一比例已經相當之高。東部深寬比高于西部地區，說明東部下切作用更強烈，由于受到更強的限制，難以向水平方向拓展。

2.2 水道內部結構地震相

依據地震反射終止類型(下超削截)、地震反射頻率、振幅、連續性(高中差)等特征，可以識別水道的內部結構，結合外部幾何形態，如席狀楔狀與內部反射結構如平行、雜亂反射結構，來劃分峽谷水道典型的地震反射結構與地震相(表1)。

圖4 水道深寬比示意圖(C1-C2為西部測線，F1-F2為東部測線)Fig.4 Channel depth and width ratio schematic diagram (C1-C2 is western line, F1-F2 is eastern line)

表1 西沙海槽盆地盆地中央峽谷水道內部典型地震相反射結構與地質解釋

綜合識別出水道內部五種主要地震沉積相類型。第一類水道底部滯留沉積，具有明顯的強振幅，但是并非所有的剖面底部都存在。 第二類濁積砂體沉積，表現為砂泥互層的強反射特征，一般為中高振幅，連續性較好，砂體形態各異，主要表現為單個U型和V型的向下凹陷的內部小水道形態，缺少復合疊置多期改造的明顯現象，還有少量呈現扇體形態。第三類塊體流沉積(MTC)，在地震相上表現出連續性差，雜亂反射特征，砂泥比含量的變化引起其振幅有弱有強，在剖面上的直觀體現是其顏色深淺變化。第四類是頂部平行結構強振幅高頻率連續性好的深海細粒沉積物。第五類是水道頂部兩側發育的海鷗翼狀堤岸沉積物或滑塌沉積物。此外還有非常連續的席狀砂，各種復合沉積如 MTC與席狀砂復合，濁流沉積物與塊體流混合等形成的地震相。

深水水道沉積物充填模式尚未形成統一的認識，目前常用的模式是Mayalletal.[17]提出的垂向充填模式：基底滯留沉積層，滑塌和碎屑流，高砂泥比疊置水道，低砂泥比水道—堤壩層序。西沙海槽峽谷水道內部充填序列十分符合深水水道經典模式，由于地貌上的強限制性約束，其容納空間形態相對固定，基本不存在后期水道切過前期水道的現象，其地震相順序自下而上保持一致，從而避免了錯誤性的地震沉積相解釋。即底部為基底滯留沉積物，自下而上從高砂泥比沉積物過渡到低砂泥比沉積物，水道上部兩側發育滑塌體(圖5)，如果是限制性弱的水道，其兩側坡度較緩，通?；练e物不明顯。

第一階段底界面具有反射能量較強、沖刷特征明顯的濁積沉積體，代表水道初始形成時期受到了強烈的重力流的侵蝕。第二階段中等反射強度、連續性弱的MTC與MTC席狀砂復合體廣泛分布，并且出現小型濁積砂體，說明此時物源充足。第三階段主要以MTC和正常的深海細粒沉積為主，濁積沉積體不發育，整體是物源不足的表現。第四階段充填存在增厚的特征，且底部具有明顯的侵蝕沖刷特征，說明物源再次供應，而上部又侵蝕減弱沉積增強變為深海泥質沉積，恢復正常沉積過程。

3 東西分段差異

3.1 平面展布

通過對主測線與聯絡測線的閉合解釋， 利用地震屬性， 采用均方根振幅，最大能量與最大震級振幅三種屬性相結合，繪制地震相圖并以此刻畫出研究區沉積相圖(圖6)。沉積相圖能更為直觀的展示出了T5-T4與T4-T0中央水道的平面展布特征，水道兩側物源供給與演化模式。

圖5 中央峽谷體系F1-F2測線水道沉積充填序列劃分方案Fig.5 Central canyon system F1-F2 seismic line sedimentary internal filling sequence division schema

圖6 研究區T5-T4，T4-T0中央峽谷體系沉積相圖與東西分段示意圖Fig.6 Research area T5-T4, T4-T0 sedimentary facies map and west-east segmentation schematic diagram

從T5-T4沉積相圖上看出(圖6)，T5之后由于構造作用東部發生了突然性的沉降，大量的物源從北部陸坡處給予供應，中央峽谷水道從西沙海槽盆地東部發育雛形，沉降中心在T4時期內突然向東邊轉移，以西部紅河間接供應。從T4-T0沉積相圖可以看到，成型的中央峽谷水道西寬東窄，顯示追蹤北西西向，北東東向和近東西向三組斷裂組成，以西沙次凹處為拐點整體呈完展的海鷗式近東西的展布。

分析認為，構造因素對于水道的走向起到了重要的控制作用。從斷裂分布可以看出，拐點兩側的水道與斷裂帶十分平行， 很有可能是構造作用控制斷層與沉降，從而導致地貌地勢阻礙水道方向。與曲流深水水道不同，西沙海槽中央峽谷水道發育的彎曲度較小，近乎平直，也可歸因于構造控制，即受到近東西向的地塹式裂谷控制，為限制性峽谷水道，擺動很少，難以側向遷移擺動形成分支水道。到達非限制性地貌才得以發育深水扇[18-19]。

3.2 剖面形態與充填特征

選取5條典型測線來表示水道充填形態(圖7)，a到b之間，測線上所反映出來的水道為補償性的，被沉積物充填滿，說明物源比較充足。b到c之間，水道內充填開始逐漸顯示出非補償性，物源沉積物減少，c至d這種非補償性逐漸加大，到e已經可以看出非常明顯的饑餓性了。而補償性開始轉換交界處(D1-D2區域內)，恰好與上文中定義的拐點位置非常吻合。

水道東西部幾何形態與填充程度差異主要歸因于地貌差異與物源供應。地貌方面，長昌凹陷的西部發育了寬緩型陸坡，坡度在1°左右， 凹陷東部地區發育10°左右的陡坡型陸坡[20]，緩坡型對水道的限制小，所以水道活動空間大，呈U型，可以發育海鷗狀堤壩沉積，陡坡型對水道有約束作用，限制性大，因此活動空間小，下切強烈多呈V型。物源方面，水道發育早期北部陸坡物源充足，后期以西北紅河物源為主[20]，從西向東運輸的過程中能量減弱，搬運能力減小，物源不斷減少，由于東沙運動所帶來的快速沉降，使東部可容納空間變大，沉積物又不充足，自然出現東部非補償性的沉積。

3.3 地震相變化

東部水道的塊體流沉積物(MTC) 多，砂泥比低，兩側陡峭出現了滑塌沉積。 而西部水道兩側平緩出現溢岸沉積，砂泥比較高，MTC沉積較少(圖8)。 結合前人的研究與區域物源背景[8-12]， 塊體流沉積的物源方向為北側陸架—陸坡區域。而濁流沉積則傾向于是以紅河物源為代表的西北物源體系所影響的。從西向東，峽谷水道體系的沉積物在頂底變化不大，但是在中間部分很不一樣，西側的水道中部充填物普遍具有中高強度振幅，中高頻率，在剖面上顏色也較鮮艷，MTC比較少，說明其波阻抗較大，砂泥互層。然后在東側的水道中部填充物普遍具有中低振幅，中低頻率，MTC塊體流明顯且分布廣泛，細粒沉積物較多。歸因就是從老到新，紅河處物源從西向東搬運的過程中逐漸減少，能量降低，濁積砂體含量越來越少，然而陸坡所供給的塊體流沉積越來越多。

圖7 補償型水道與饑餓型水道的過渡Fig.7 Compensation channel and starvation channel transition map

圖8 東西峽谷水道體系分段對比圖Fig.8 West-east canyon channel system segmentation comparison map

基于以上分析，我們可以總結出西沙海槽盆地中央峽谷水道的東西分段特點如下表2。東西分段的方向，平面展布，側向下切程度與沉降中心轉移主要受控于構造作用，其內部充填特點和沉積相與物源供應關聯，其外部形態與地形地貌限制有關。

表2 峽谷水道東西分段特征對比

4 結論

(1) 西沙海槽中央峽谷水道體系具有強限制性，屬于低彎曲度限制性水道，其峽谷部分近似順直水道，只有單一的峽谷體系，其多次侵蝕和充填特征不明顯，沒有發現明顯側向遷移。

(2) 中央峽谷地震剖面上可以識別出五大類典型的地震相：底部滯留沉積、濁積砂體沉積、塊體流沉積、泥質沉積、滑塌沉積。峽谷內部可分為四個沉積階段，自下而上從高砂泥比沉積物過渡到低砂泥比沉積物。

(3) 中央峽谷水道以中間拐點兩側具有東西分段性，且東部限制性強于西部，表現在水道的外部形態、平面展布、地震相等有區別。

(4) 限制性與分段性相互關聯，由于限制性強度不同導致分段性差異，主要受到構造斷裂帶，地貌與物源供給的控制。中央峽谷水道的走向主要取決于構造斷裂帶的分布、水道形態、寬度和深度，滑塌強度主要取決于地貌地勢，其內部地震相與物源供應有極大關系。

(5) 水道內濁積沉積砂體，位于河道中下部，粒度相對較粗，可以視為良好儲層。

致謝 廣州海洋地質調查局提供研究基金及相關資料。