白云-荔灣深水區新生界生物礁識別與發育模式及主控因素探討

梁 杰, 曾 驛， 周小康， 羅 澤， 萬瓊華， 衛 哲

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司研究院，深圳 518054)

0 引言

生物礁具有良好的儲集性能，世界上主要生物礁大油田的總儲量已達40×108t以上[1]。生物礁是由造礁生物原地生長堆積形成的碳酸鹽巖建隆[1-2],其生長發育受到造礁生物演化、光照及海水溫度、水深等環境條件及古地理和古構造背景等因素的控制[3-5],因此生物礁的分類存在多種依據。按照造礁生物種類可以將生物礁細分為珊瑚礁、珊瑚藻礁、海綿礁等；按照礁灰巖組分可細分為基質支撐的生物礁、骨架礁及膠結礁[1-2]；按古地理位置及礁體形態可以細分為岸礁、堡礁、點礁、塔礁及環礁等[1,6]。基于造礁生物種群、礁灰巖組分的分類需掌握大量的露頭、巖心及薄片資料，往往用于高成熟勘探區的儲層分析等研究，而古地理格局及形態分類相對容易展開，適用于礁體宏觀分布的研究[1]。

圖1 研究區范圍Fig.1 The structure sketch of the research area

生物礁油氣勘探在珠江口盆地(東部)油氣勘探中占有重要的地位。目前，在珠江口盆地(東部)東沙隆起淺水區陸續發現HZ33-1、LH11-1、LH4-1、LF22-1等生物礁油藏[1,9-11]，其中HZ33-1是我國海上發現的第一生物礁油藏[1,11]，LH11-1是我國海上發現的最大規模的生物礁油藏[9，10-11]，這一系列生物礁油藏的發現展現了珠江口盆地(東部)生物礁油氣藏勘探的巨大潛力。而相對于東沙隆起淺水區生物礁油藏巨大的勘探前景，珠江盆地(東部)深水區生物礁油藏的勘探卻止步不前，鮮有人對該區生物礁識別特征、發育模式及主控因素進行過系統研究。筆者通過地震資料的精細解釋，結合鉆井與前人研究資料，對白云-荔灣深水區生物礁進行了識別追蹤，并綜合生物礁發育的古構造背景對生物礁進行了分類，系統總結了該區不同類型生物礁的地震響應特征，發育模式，同時結合研究區古地理環境的變化對研究區生物礁發育的主控因素進行了系統分析，希望能為該區及類似地區生物礁油氣勘探有所指導。

1 研究區概況

研究區(圖1)位于南海北部大陸邊緣深水、超深水區(水深為300 m～5 000 m)，北部向東沙隆起和番禺低隆起過渡，南部向雙峰盆地過渡，主要包括白云凹陷、云開低凸起、順鶴隆起-云荔低隆起及其以南的超深水區域。與珠一地區諸多凹陷相似，研究區自下而上發育始新統半地塹河湖相沉積的文昌組、下漸新統河湖相煤系沉積的恩平組、上漸新統淺海陸架三角洲-深水陸坡沉積的珠海組、下中新統深水陸坡-深水扇沉積的珠江組-韓江組和上中新統深水陸坡欠補償沉積的粵海組、上新統萬山組及第四系[13-14]。截止目前，研究區鉆遇碳酸鹽巖井位共計16口，在恩平組、珠海組、珠江組和韓江組均有鉆遇碳酸鹽巖，厚度變化為0.51 m～317 m。前人對研究區碳酸鹽巖識別特征、發育模式及主控因素尚未進行過系統總結?；诖?，本文在類比東沙隆起淺水區碳酸鹽巖地震識別特征、發育模式及主控因素[15-19]的基礎上，對研究區的生物礁識別特征、發育模式及主控因素進行了系統闡述，并分析研究區生物礁發育層段的規律性，指明了研究區碳酸鹽巖油氣勘探的重點和下一步勘探方向，希望能為該區碳酸鹽巖油氣勘探指明方向。

2 生物礁的地震特征識別

國內、外學者從生物礁外形、頂界、底界、內部反射特征等方面對生物礁的地震識別進行過系統研究[9,14,19]，該研究成果對本次研究具有重要指導意義。筆者基于前人研究成果從頂界、底界、內部反射特征及與圍巖的接觸過渡關系等方面，總結了白云-荔灣深水區碳酸鹽巖在地震剖面上的識別特征。

1)頂界反射特征。由于碳酸鹽巖的密度和速度均比上覆碎屑巖大，波阻抗差異明顯，碳酸鹽巖頂界面呈現出明顯的強反射(正相位、波峰顯示)、連續性好的地震反射特征。

2)底界反射特征。當碳酸鹽巖下伏為海陸過渡相碎屑巖沉積，波阻抗差大，底界表現為較高連續性的反射(負相位，波谷顯示)。

3)內部反射特征。碳酸鹽巖臺地內部整體表現為良好的成層性，中-弱振幅，中-低連續性，中頻，偶見弱反射、雜亂反射-空白反射。

4)與圍巖的接觸過渡關系。 碳酸鹽巖與碎屑巖主要有2種接觸關系：①出現在碳酸鹽巖與碎屑巖連續過渡區，表現為明顯的碳酸鹽巖強反射向碎屑巖中-弱振幅的過渡特征；②出現在碳酸鹽巖建隆向碎屑巖過渡區，由于碳酸鹽巖生長速度快于圍巖的沉積速度，其生長要求明顯的古隆起背景，因而后期的補償沉積在碳酸鹽巖的外圍形成了明顯的超覆現象。

為了減少該區生物礁的誤判風險，我們在識別碳酸鹽巖的基礎上，對研究區的生物礁進行了甄別，并總結了生物礁與火山丘的識別差異，具體如下：

1)生物礁外形反射特征。生物礁是造礁生物原地生長且生長速度快于圍巖沉積速度的大型碳酸鹽巖建隆，具有堅固抗浪骨架，因此，在地震剖面上表現為明顯的隆起加厚特征，總體形態以丘形、透鏡體狀、箱型為主。

2)生物礁頂界反射特征。由于礁灰巖的密度和速度均比上覆碎屑巖大，波阻抗差異明顯，碳酸鹽巖頂界面呈現出明顯的強反射(正相位、波峰顯示)、連續性好的地震反射特征，同時與上覆圍巖多表現為不整合接觸關系，即上覆圍巖多呈超覆接觸關系沉積在生物礁上部。

3)生物礁底界反射特征。生物礁底界反射相對較弱，表現為弱連續、弱振幅特征，且由于密度和速度均比下伏碎屑巖大，因此表現為負相位特征。

4)生物礁內部反射特征。生物礁內部具有平行、進積或退積地震反射特征，也可見雜亂、空白弱反射。

5)與火山丘的區別?；鹕角饍炔繛殡s亂反射特征，底部不連續，可見明顯火山通道，火山通道多呈塔狀。

圖2 碳酸鹽巖沉積類型Fig.2 The developed types of carbonate in research area(a)薄層灰巖;(b)古隆起斜坡礁;(c)火山周緣礁;(d)構造后期抬升形成的構造高部位礁;(e)孤立塔礁;(f)古隆起頂部礁;(g)臺地邊緣礁

3 生物礁的發育模式

3.1 碳酸鹽巖和生物礁的類型及識別

根據碳酸鹽巖及生物礁發育的位置及發育的規律性，將研究區碳酸鹽巖及生物礁劃分為7種生長類型(圖2),不同類型碳酸鹽巖及生物礁地震反射特征及發育背景具差異性：

1)薄層灰巖。研究區已有多口井鉆遇，地震相均表現為連續、強反射特征；厚度變化范圍大(0.51 m～317 m)，平面分布范圍廣；縱向上文昌組、恩平組、珠海組、珠江組和韓江組均有發育，具有“橫向分布面積廣，縱向分布層段多”的特征。

2)古隆起斜坡礁。該類生物礁主要分布在古隆起緩坡帶，該類生物礁主要發育在順鶴隆起斜坡帶上，表現為沿著古隆起緩坡帶呈追補生長特征，可細劃分為4個丘狀或低丘狀或透鏡體礁形(直徑分布范圍100 m～200 m，面積大于50 km2)，代表四期生物礁生長期次，對于每一個透鏡狀礁體,可以看見清晰的同向軸近乎平行于緩坡帶的地震反射特征，頂強-中反射，底部連續可追蹤，內部可見平行反射特征，各個礁體與上覆地層表現為超覆不整合接觸，反應了海平面的變化對生物礁體生長的影響。

3)火山周緣礁。Bb-1-1井鉆遇的碳酸鹽巖建隆為典型的火山周緣礁，發育在珠海組頂部及珠江組內部，礁體分布范圍限于火山島周緣，面積270 km2，厚度均大于200 m。剖面上兩翼坡度很大，灰巖尖滅部位同相軸明顯減弱，中部同相軸下凹部位為明顯的火山口，火山巖漿再次活動向上刺穿整個珠江組，靠近火山口部位受巖漿影響嚴重，內部出現空白反射。

4)構造后期抬升形成的構造高部位礁。該類生物礁以發育在東沙25構造帶的構造高部位礁為例，分布面積230 km2，厚度大于600 m，剖面上被晚期斷層活動切斷，上覆碎屑巖超覆沉積在礁體之上，頂界面中振幅、連續可追蹤，底界與下覆碎屑巖不整合接觸，表現為中振幅、連續可追蹤，礁體內部弱反射，可將礁體劃分為A、B兩個生長期次。A期，生物礁響應特征為平行弱振幅、低連續、弱成層性，主體以向上建造為主，見加積、雙向下超反射結構，反應生物礁生長速率大于海平面上升速率，為海侵期生物礁發育的典型地震響應特征；B期，生物礁響應特征為中弱振幅、弱連續、中頻的反射，成層性較好，見強制海退的進積反射特征，但主要為向南單側進積生長，底部見下超反射。

5)孤立塔礁。該類生物礁發育在臺地邊緣礁向海一側，規模大小不等，具丘狀外形，頂、底強-中反射，連續可追蹤，內部可見平行、雜亂或空白地震反射特征，與上覆地層表現為超覆不整合接觸。

圖3 典型生物礁發育模式示意圖Fig.3 Diagrams of different types of carbonate platform mode(a)臺地邊緣礁發育模式;(b)古隆起斜坡礁發育模式;(c)古隆起頂部礁發育模式;(d)與構造后期抬升相關的構造高部位礁;(e)與古火山相關的火山周緣礁

6)古隆起頂部礁。該類生物礁分布在云荔低凸起東南部的古隆起基底之上，灰巖發育層位主要為珠江組，規模不等。該種模式生物礁發育主要分為兩個重要階段：①礁體生長階段 當礁體生長速率接近或等于海平面上升速率時，生物礁呈加積生長，同時伴隨著海平面的短暫下降，在礁體邊緣也可見進積地震相特征；②礁體淹沒階段 海平面上升速率大于生物礁生長速率時，生物礁淹沒，晚期碎屑巖超覆沉積在礁體之上。

7)臺地邊緣礁。研究區發育的鑲邊碳酸鹽巖臺地主要分布在東沙隆起向白云凹陷的自然延伸區域，最為典型特征是臺地規模大(單個臺地邊緣礁厚度100 m～700 m，面積70 km2～250 km2)，臺緣礁及臺緣之下的混積陸棚厚度變化明顯。其頂、底表現為強振幅、連續反射特征，內部表現為近平行地震反射特征，而臺緣之下的混積陸棚主要發育在珠江組頂部，厚度明顯減薄，反射軸比較雜亂，且分布范圍局限，僅在隆起區分布，為海侵初期隆起邊緣的鑲邊碳酸鹽巖臺地[4,6]。

3.2 生物礁的發育模式

生物礁的發育模式存在多種劃分依據，如按造礁生物種類[1-2]、礁體形態[1,6]，但是以上劃分依據都需要掌握大量的露頭、巖心及薄片資料，往往用于高成熟勘探區的儲層分析等研究,對于生物礁低成熟勘探區，國外學者主要基于生物礁生長類型和發育構造背景進行劃分[17]，因此本文基于研究區生物礁的生長類型，考慮構造活動和古隆起背景及生物礁的分布位置，建立了生物礁的3種發育模式。

3.2.1 臺地邊緣礁發育模式

臺地邊緣礁(圖3(a))主要發育在具有高能外部邊緣的淺水臺地邊緣上。臺地邊緣與深水盆地之間有坡度較陡的斜坡，水體淺、能量高，是發育高能障壁礁或灘帶的有利場所，其向岸一側可發育點礁及低能的瀉湖，向海一側可能發育塔礁。本區發育的臺地邊緣礁主要分布在東沙隆起向白云凹陷的自然延伸區域，最為典型特征是分布面積大，臺緣礁及臺緣之下的混積陸棚厚度變化明顯。該種模式生物礁僅在白云北坡近東沙隆起區分布[5-10]，且主要發育在珠江組下段，厚度相對較大，為海侵初期臺地邊緣發育的生物礁。

3.2.2 古隆起斜坡礁發育模式

古隆起斜坡(圖3(b))要求海底向海平緩傾斜，水體逐漸變深，從近岸高能波浪作用帶向下逐漸過渡為深水低能環境，其間沒有明顯的坡折。該種模式下生物礁發育主要受海平面的變化：早期低位域時期，生物礁在緩坡帶底部發育，之后海平面上升，生物礁表現為沿著緩坡追補生長的特點,當海平面上升速度大于生物礁生長速度時，生物礁逐漸被海水淹沒并停止生長。

圖4 火山周緣礁發育模式Fig.4 Model for isolated carbonate platform associated with volcanism(a)火山噴發;(b)岸礁發育;(c)環礁發育;(d)珊瑚鳥形成

圖5 研究區碳酸鹽巖與生物礁分布圖Fig.5 The structure sketch of Carbonate and reefs in the study area

3.2.3 古隆起頂部礁發育模式

古隆起頂部礁具有面積相對較小、厚度相對較大(多于100 m)的特點，白云-荔灣深水區古隆起頂部礁多發育在小面積的孤立的古隆起之上。根據構造活動及古隆起的形成機制，可將古隆起頂部劃分為①與基底古隆起相關的古隆起頂部礁(圖3(c))；②與構造后期抬升相關的構造高部位礁(圖3(d))；③與古火山相關的火山周緣礁(圖3(e))。

古隆起頂部礁和構造高部位礁均發育在古隆起內地勢相對平緩的位置，為臺地內部點礁或臺地邊緣堡礁，該類生物礁外形呈丘形，其頂界為平行-亞平行強反射軸，上覆海侵層披覆于其上，底界受基底隆起影響，為中-弱振幅的強反射軸，內部雜亂-前積-空白反射結構，可以隱約見到生物礁的垂向建造(圖3(d), 圖3(f))，而礁體范圍不斷變小，反應海平面上升，礁體生長至死亡的過程[19-20]。

火山周緣礁的發育與火山活動密切相關，分布范圍限于火山島周緣(如圖2(c))，通常該發育模式經歷5個過程[19-20]：①受巖漿上涌影響，火山島形成，形成可供生物礁發育的隆起背景；②相對海平面上漲，構造活動減弱，在火山島兩翼具備生物礁發育的清水條件，岸礁發育，開始形成碳酸鹽巖建??；③相對海平面繼續上升，火山口幾乎淹沒于海平面之下，生物礁在之前形成的碳酸鹽巖建隆之上持續發育，形成環礁，內部出現局限潟湖沉積；④相對海平面繼續上升，火山口被全部淹沒，環礁持續向上建造，其內部潟湖環境水體能量較低，且由于生物礁生長，水體中碳酸鈣過飽和，潟湖內部碳酸鹽巖沉淀，火山島消失，珊瑚島形成；⑤當海水上漲不再適合生物礁體生長時。整個礁體淹沒，上覆碎屑沉積直接超覆在礁體之上，生物礁停止發育(圖4)。

4 分布及其發育主控因素分析

4.1 碳酸鹽巖與生物礁的分布

本次研究在統計白云-荔灣深水區16口鉆井灰巖厚度統計及高密度二維、三維地震剖面識別的基礎上，理清了白云-荔灣深水區碳酸鹽巖及生物礁分布特征。總體而言，白云-荔灣深水區碳酸鹽巖主要分布于南部隆起帶順鶴隆起-云開低凸起、興荔凸起-云荔低凸起及東沙隆起向白云凹陷延伸帶之上，發育層段位于T70～MFS18.5之間。生物礁發育時期有一定規律性，鶴山凹陷及番禺低隆起生物礁主要發育在恩平組沉積時期，順鶴-云荔低隆起帶生物礁發育在T60層位上下即23 Ma左右，白云凹陷及流花-東沙隆起帶生物礁主要發育在珠江組沉積時期。

研究區薄層碳酸鹽巖廣泛分布，分布面積約20 000 km2，其中流花-東沙隆起帶碳酸鹽巖分布面積約2 000 km2，番禺低隆起碳酸鹽巖分布面積約600 km2，順鶴隆起-荔灣凹陷-興荔凸起碳酸鹽巖分布面積約13 000 km2，白云坳陷-云荔低凸起碳酸鹽巖分布面積約2 700 km2?；規r最大厚度分布于東沙-流花隆起帶，厚度多超過300 m，順鶴-云荔低隆起薄層灰巖(5 m～10 m)廣泛分布，由于缺乏鉆井資料，確切厚度有待證實。大型生物礁多呈孤立、零星的分布，本次識別出可靠生物礁37個(圖5)，其中臺地邊緣礁共7個，孤立塔礁共8個，基底古隆起頂部礁共10個，古隆起斜坡礁共2個，與構造后期抬升相關的構造高部位礁共3個，火山周緣礁共7個。

4.2 碳酸鹽巖發育主控因素

4.2.1 構造演化與古地理條件

生物礁發育背景與盆地演化背景密切相關[15-19]，筆者對白云-荔灣深水區生物礁發育在時間和空間上的規律性與該區構造演化及沉積充填背景進行了詳細分析。

研究區新生代沉積充填從老到新經歷了斷陷期文昌組的半地塹河湖相沉積、斷拗期恩平組的河湖相煤系沉積、過渡期珠海組的淺海陸架三角洲，拗陷期珠江組-韓江組的深水陸坡-深水扇沉積和深水陸坡欠補償沉積的粵海組、上新統萬山組及第四系[6](圖6)。

斷陷期文昌組河湖沉積充填了規模巨大的文昌組陸相斷陷湖盆沉積，不利于碳酸鹽巖及生物礁發育。斷拗期恩平組大型湖盆沉積充填開始于晚始新世，研究區西北面的番禺低隆起及凹陷主體為湖相沉積環境，而白云凹陷南部開始與海相通，開始呈現典型的海相特征。已鉆井在恩平組晚期地層中發現櫟類花粉-柯式雙溝粉-雙束松粉組合中常綠櫟類花粉多占明顯優勢，反應恩平組晚期為較暖濕氣候，綜合分析恩平組晚期在海水清-淺-溫暖的條件下是利于生物礁生長和發育的。

過渡期淺海陸架三角洲發育在珠海組時期，在珠海組沉積初期白云凹陷的北坡、西南云開低隆起帶及南部隆起帶與東沙隆起帶都暴露在地表之外，只有南部隆起帶中間部分區域與外海相通，此時的深水區還是局限海灣的沉積環境；在珠海組沉積中期，白云深水區的沉積和沉降中心從NE向轉為NNE向，盆地發育另外一次重要的構造沉降的遷移，隨著海侵規模逐漸擴大，研究區主體處于濱淺海環境，同時，珠海組陸架坡折帶雛形開始形成。此后，珠海組沉積晚期陸架坡折帶穩定發育在南部隆起帶附近，受古珠江三角洲供源主體沉積作用、穩定的構造沉降和大的海退背景控制，珠海組晚期沉積時的陸架坡折帶由NW向SE方向遷移，直至23.8 Ma左右，珠海組開始最大珠海組開始最大一次海退進積[6]。始新世末至漸新世早期全球的氣候變冷事件[21-24]以及現有文獻資料[24-25]對于珠江口盆地珠海組的孢粉學特征是亞熱帶、溫帶孢粉植物群的表述，反應珠海組沉積時期為涼干氣候，綜合分析認為南海北部深水區在珠海組時期，在穩定的構造沉降和大的海退背景控制下，不利于大型碳酸鹽巖建隆的發育，這與研究區在珠海組并沒有發現大型生物礁具有很好的吻合性。

圖6 研究區構造演化與全球海平面變化的關系Fig.6 The relationship between tectonic evolution and global sea level change in the study area

拗陷期珠江組-韓江組陸坡深水沉積始于23.8 Ma的白云運動，此時，珠海組陸架坡折帶由南部隆起帶向白云凹陷北坡珠江組陸架坡折帶遷移[2]，并發育了一系列火山及局部隆起帶，這些火山及古隆起正是白云深水區珠江組深水環境大型孤立碳酸鹽巖建隆發育的基礎。伴隨著大規模的海侵，在東沙隆起帶發育大面積厚度較大的碳酸鹽巖鑲邊臺地，臺地內部或邊緣發育大型生物礁。

粵海-第四系為陸坡深水欠補償期沉積[6]，研究區的沉積速率大大降低，只有少量的細粒或泥質沉積物進入到白云-荔灣深水區，沉積以泥質為主，含少量細砂，不利于碳酸鹽巖發育。

4.2.2 生物礁發育主控因素分析

國內、外學者研究表明[10-12,17]海相碳酸鹽臺地及其生物礁發育應具備2個條件:①清水環境；②淺水環境,但不同地區影響水體變化的因素各具差異，研究區古構造演化及古地理條件具有其獨特特征，因此碳酸鹽巖發育的主要控制因素也具獨特性，總結起來主要表現為構造運動和海平面升降變化綜合作用影響碳酸鹽巖發育(圖6)。

首先，構造運動對白云深水區碳酸鹽巖及生物礁發育的控制表現為3個方面：

1)研究區古新世-始新世神狐組-恩平組沉積期(新南海擴張前)主要為碎屑巖沉積，此時碳酸鹽巖的發育非常局限；漸新世晚期23.8 Ma附近-中新世珠江組沉積期(新南海擴張期)為適宜碳酸鹽巖發育的沉積期，中新世中期韓江組沉積期至今(新南海擴張后)主要為淹沒碳酸鹽巖臺地的深水陸坡泥質沉積[6，13-15]。因此，新南海擴展及其開啟之后大規模的海侵，為研究區區海相沉積以及碳酸鹽巖及生物礁發育提供了必要的構造背景。

2)研究區碳酸鹽巖及生物礁分布明顯受遠離物源分布的古隆起或火山建隆控制，而古隆起及火山建隆的分布受構造作用控制。

3)白云凹陷持續沉降，特別是南海北部陸架坡折帶在23.8 Ma～21 Ma期間[6-7]，由南部隆起帶向白云凹陷北坡遷移，白云深水區開始由淺海陸架沉積向深水陸坡沉積演變，是研究區碳酸鹽巖及生物礁短暫發育并淹沒消亡的主要構造因素。

其次， 海平面升降的影響：全球海平面變化與構造運動的疊加效應引起相對海平面周期性升降，是碳酸鹽巖臺地發育、演化與消亡的最直接的影響因素[10,12,16]。不同體系域生物礁發育模式明顯不同。海侵體系域形成于海平面主體上升時期，古隆起斜坡礁即發育在此種沉積背景。伴隨著每一次大規模的海侵作用，碳酸鹽臺地大范圍的消減，相對高地貌的古隆起頂部礁得以保存和繼續發育。高位體系域形成于海平面主體下降時期，主要發育高能動蕩臺地邊緣礁。

5 結論與建議

筆者基于地震資料首次總結了白云-荔灣深水區的生物礁類型及識別特征，同時根據生物礁發育構造背景建立了研究區可能存在的生物礁發育模式，這也是首次在珠江口盆地(東部)生物礁低勘探程度區從生物礁發育背景出發建立生物礁發育模式；研究區處于水深超過300 m的區域，其構造演化和古地理背景的獨特性決定了該區生物礁具有在構造高部位零星發育的特點，我們從構造演化和古地理環境出發首次分析了珠江口盆地(東部)深水沉積背景下碳酸鹽巖及生物礁發育的主控因素，期望能為該區碳酸鹽巖油氣勘探提供指導作用。

白云-荔灣深水區目前油氣勘探主要集中在白云凹陷及周邊珠江組碎屑巖儲層中[5,7]，鑒于碳酸鹽巖儲層非均質性較強，儲層精細刻畫難度大等因素，要實現此類油藏的油氣勘探難度較大，因此建議在油氣優勢匯聚區(具體包括白云坳陷內部、云荔低隆起和東沙隆起區)對已經識別出的碳酸鹽巖建隆或生物礁開展儲層精細研究，尋找有利碳酸鹽巖儲層發育區，進而推動有利目標上鉆。