海湾辫状河三角洲沉积在陵三段广泛发育, 受海水作用影响范围具有明显的分带性, 可划分为辫状河三角洲平原、内前缘、外前缘及前三角洲4个亚相。三角洲平原亚相主要以河流控制为主, 其岩相及沉积构造与湖泊辫状河三角洲沉积相似, 而三角洲内、外前缘及前三角洲亚相则明显遭受到海洋作用的再改造, 形成独特的岩相和成因相类型(解习农等, 1996)。研究区受海洋作用影响的海湾辫状河三角洲相的突出特点为:(1)富含泥质条带、泥披盖及泥质纹层, 这些泥质沉积物赋存于不同粒级砂岩的纹层或纹层组界面中; (2)遗迹化石丰富, 不仅在细粒沉积物中见到, 在粗粒砂岩中也常见, 其中指示近岸快速沉积环境的遗迹化石Ophiomorpha(蛇形迹)较为常见; (3)发育独特的层理构造, 如羽状交错层理、潮汐层理等。

研究表明, 研究区内影响辫状河三角洲的海洋作用主要为潮汐作用, 且自下而上潮汐作用明显增强。以下将会对研究区海湾辫状河三角洲发育的沉积亚相及微相进行介绍, 并重点讨论辫状河三角洲沉积体系中遭受海洋作用影响的成因相及其沉积特征。

4.1.1 三角洲平原

三角洲平原亚相主要发育在陵三段底部S1、S2及顶部S8旋回内, 包括辫状河道和沼泽2种沉积微相。

辫状河道沉积物粒度粗, 主要为细砾岩(图3-A)、含砾粗砂岩及粗砂岩, 砾石成分复杂, 含泥砾, 呈块状构造, 单个砂层厚2~5 m。发育完整的辫状河道沉积序列构成为:底部冲刷界面依次出现含泥砾的块状砾岩或砂砾岩, 之上为具大型槽状、板状或楔状交错层理的砂砾岩或粗砂岩, 上部为含泥质条带的砂岩和具波纹交错层理的细砂岩。由于辫状河道的不稳定性, 导致辫状河道序列顶部的泥岩夹层很难保存下来, 常形成多个间断正韵律的叠加(图 4)。辫状河道沉积GR测井曲线呈高幅锯齿箱形, 顶底突变(图 5-A)。

图3

Fig.3

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	图3 琼东南盆地崖13-1气田陵三段海湾辫状河三角洲的岩相及沉积构造特征Fig.3 Lithofacies and sedimentary structure characteristics of braided river delta of the Member 3 of Lingshui Formation in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

图4

Fig.4

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	图4 琼东南盆地崖13-1气田陵三段辫状河三角洲(平原和内前缘)沉积序列(A6井, 3774.4~3783.5 m)Fig.4 Sedimentary sequence of braided river delta(delta plain and delta inner front) of the Member 3 of Lingshui Formation in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin(Well A6, depth 3774.4~3783.5 m)

图5

Fig.5

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	图5 琼东南盆地崖城13-1气田不同沉积微相的测井响应特征Fig.5 Log responses of different kinds of microfacies in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

沼泽沉积以碳质泥页岩为主(图 3-F), 常含有植物根茎或植物碎片, 可形成具有一定开采价值的煤层。

4.1.2 三角洲内前缘

三角洲内前缘沉积主要发育在陵三段S3、S4及S7旋回内, 可分为水下分流河道、水下分流河道间及河口坝微相。

水下分流河道岩性以含砾粗砂岩、粗砂岩及细砂岩为主, 发育槽状、板状交错层理及冲刷构造(图 3-B, 3-C)。纵向上可见多个3~5 cm厚的小型分流河道砂体叠置, 形成具有间断性正韵律的复合砂体(图 3-D)。单个水下分流河道沉积序列厚度一般为0.5~0.8 m, 大多小于1 m。垂向序列构成具有明显的二分性, 即下部为具块状层理的含砾砂岩和具交错层理的中粗砂岩, 上部为富含泥质条带、波纹交错层理的中细砂岩(图 4), 反映明显的潮汐改造作用。水下分流河道沉积的GR测井曲线呈中高幅锯齿状钟形(图 5-B)或多个正韵律的叠加。

水下分流河道间沉积物主要为灰色和灰黑色泥岩、泥质粉砂岩, 发育水平层理, 多被水下分流河道冲刷(图 3-E), 因此保存较少, GR测井曲线呈高值异常突变(图 5-B)。

河口坝位于水下分流河道前端, 沉积物粒度比水下分流河道细, 主要为具波纹交错层理的中粗砂岩和细砂岩。由于辫状河三角洲水下分流河道迁移频繁, 河口坝沉积物多被冲蚀, 常夹杂泥砾, 具有向上变粗的沉积序列(图 3-G; 图4)。GR测井曲线为典型的中幅漏斗形, 顶部突变底部渐变, 反韵律特征明显(图 5-C)。

与湖泊辫状河三角洲相比, 海湾辫状河三角洲内前缘亚相遭受海洋作用改造明显, 富含泥质条带和波状泥质纹层, 生物扰动强烈, 常见的遗迹化石有Ophiomorpha nodosa(蛇形迹)和Skolithos linearis(线形石针迹)(图 6-A, 6-B)。

图6

Fig.6

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	图6 琼东南盆地崖13-1气田陵三段遗迹化石特征Fig.6 Ichnofossil features of the Member 3 of Lingshui Formation in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

4.1.3 三角洲外前缘及前三角洲

三角洲外前缘及前三角洲沉积主要发育在陵三段S5和S6旋回内, 包括远砂坝、席状砂和前三角洲泥3种沉积微相。

远砂坝发育规模小于河口坝, 垂向上通常位于河口坝之上, 平面上更靠近海盆方向(李胜利等, 2010)。其沉积物岩性以中砂岩、细砂岩及粉砂岩为主, 富含泥质纹层, 发育波状交错层理(图 3-H), 具有向上变粗的反韵律沉积特征。GR测井曲线变为中低幅漏斗形(图5-D), 幅度低于河口坝。

席状砂是先期形成的分流河道和河口坝沉积被波浪及潮汐作用改造后, 发生横向迁移并连接成片的砂体。其沉积物岩性较细, 以细砂岩、粉砂岩及泥质粉砂岩为主, 分选好, 具波纹层理、平行层理和块状层理构造(图 3-I), GR测井曲线呈低幅锯齿状、单指状, 无明显韵律特征(图 5-D)。

前三角洲泥岩性主要为灰色及深灰色泥岩, 夹一些具有递变层理和变形层理的薄层粉砂质条带, 受海洋作用影响强烈, 常发育风暴沉积(图 3-J)。

与辫状河三角洲内前缘相比, 外前缘更靠近海盆, 受海洋作用影响更加强烈, 具体表现为:(1)沉积序列岩性细, 泥质纹层及泥披盖更加丰富(图 7); (2)生物扰动强烈, 常见Planolites montanus(山地漫游迹), Ophiomorpha nodosa(蛇形迹)和Palaeophycus tubularis (古藻迹)(图 6-C, 6-D, 6-E); (3)前三角洲沉积具粒序层理、泄水构造及生物逃逸构造等, 推测为风暴成因。

图7

Fig.7

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	图7 琼东南盆地崖13-1气田陵三段辫状河三角洲(内前缘+外前缘)沉积序列(A6井, 3902.5~3909.1 m)Fig.7 Sedimentary sequence of braided river delta(delta inner front and delta outer front)of the Member 3 of Lingshui Formation in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin(Well A6, depth 3902.5~3909.1 m

河口湾沉积是一个受潮汐、波浪和河流作用共同影响的具有河道形态的沉积复合体, 常常形成在相对海平面上升时期(齐永安, 1999; 王英国, 2000; 邓宏文和郑文波, 2009)。研究区内河口湾— 潮坪沉积主要发育在陵二段, 以潮汐作用为主, 主要识别标志有:(1)特殊的岩相配置关系。下部为河道切割充填沉积, 中部为海侵河口湾沉积, 上部为高水位的滨岸或潮坪沉积。(2)独特的生物成因构造及遗迹化石。在河口湾上游, 生物以低分异度和高丰度为特征, 但由于河流改造而难以保存(Richard et al., 2003); 在河口湾中游, 河流与海水交替作用明显, 生物具有极低的分异度, 可见能指示盐度变化的极不稳定遗迹化石Planolites和Palaeophycus; 在河口湾下游, 底栖生物十分发育, 生物成因构造以正常海相造迹生物的居住潜穴为特征, 常见遗迹化石Ophiomorpha nidosa(蛇形迹)。(3)特殊的沉积构造。既有河道与砂坝中常见的粗粒滞积层、槽状和板状交错层理, 又有潮汐沉积中常见的双向交错层理、透镜状层理、脉状层理、再作用面和泥披盖等。

通过对岩心及测井资料分析, 认为研究区内河口湾沉积体系由潮道、潮坪及潮汐砂坝组成。

4.2.1 潮道

主要发育由含砾砂岩、中粗砂岩组成的复合砂体, 厚度为2~4 m。根据沉积物特征及序列构成特征, 可划分为底部滞留沉积、活动潮道沉积和废弃潮道沉积(赵霞飞等, 2013)。底部滞留沉积发育冲刷界面(图 8), 砾石由石英和泥砾组成, 呈棱角状, 分选差。活动潮道的岩相构成从下往上依次为:具块状层理的含砾砂岩或粗砂岩, 具槽状交错层理、羽状交错层理(图 9-A)及变形构造的中细砂岩。废弃潮道沉积由粉砂岩和粉砂质泥岩组成, 发育水平层理, 生物扰动十分剧烈, 常见的遗迹化石有Planolites, Palaeophycus和Ophiomorpha nidosa(图 10-A, 10-B, 10-G), 部分泥岩被潮汐打碎呈泥砾分布。总体来看, 潮道沉积的岩性及沉积构造与水下分流河道相似, 但是前者中泥质条带或泥披盖更丰富, 生物活动更明显, 可见羽状或青鱼刺状交错层理。

图8

Fig.8

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	图8 琼东南盆地崖13-1气田A2井以潮汐作用占优势的河口湾沉积序列Fig.8 Sedimentary sequence of estuary by tidal action in Well A2 of Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

图9

Fig.9

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	图9 琼东南盆地崖13-1气田陵三段及陵二段河口湾— 潮坪相沉积构造特征Fig.9 Core photographs of sedimentary structures of estuary-tidal flat sedimentary facies of the Members 2 and 3 of Lingshui Formation in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

图10

Fig.10

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	图10 琼东南盆地崖13-1气田陵三段上部及陵二段遗迹化石特征Fig.10 Ichnofossil features of the upper part of Member 3 and Member 2 of Lingshui Formation in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

4.2.2 潮坪

在河口湾侧翼或水道间地区发育潮坪沉积, 由砂坪和砂泥混合坪组成。砂坪由细砂岩及少量的中砂岩组成, 发育平行层理和板状交错层理, 其中板状交错层理的前积层常具有极薄的泥披盖, 砂岩中发育大量的垂直潜穴Skolithos(图 10-C)。砂泥混合坪由粉砂岩和粉砂质泥岩组成, 发育波状层理、透镜状层理(图 9-B)及变形构造(图 9-C), 遗迹化石由代表低能条件的沉积进食潜穴组成, 包括Palaeophycus, Planolites, Zoophycus isp.和Taenidium(图 10-D, 10-E, 10-F)。潮坪沉积垂向岩相构成自下向上依次为:具波纹交错层理或中小型交错层理的细砂岩、粉砂岩, 具脉状或透镜状层理的砂泥岩薄互层以及具水平层理的粉砂质泥岩或泥岩(图 8)。

4.2.3 潮汐砂坝

主要由中— 极细砂岩组成, 分选磨圆好, 发育槽状交错层理、板状交错层理和双向交错层理。潮汐砂坝的沉积构成与物源区远近密切相关, 其中毗邻河口区, 序列岩性粗、由于遭受潮汐和波浪的双重作用导致坝砂缺乏泥质纹层及泥披盖、生物扰动微弱, 而远离河口区, 序列岩性细、生物扰动强烈、且常见由于坝间潮道侧向迁移而形成的再作用面(图 9-D)。潮汐砂坝单层厚度一般为1~2 m, 通常显示总体向上变粗的沉积序列(图 8)。

研究区常见的河口湾— 潮坪沉积体系岩相纵向构成为:含Planolites-Palaeophycus遗迹化石、具有典型潮汐层理、变形构造或液化泥石流特征的泥质粉砂岩或粉砂质泥岩; 具羽状交错层理、含Skolithos遗迹化石组合、具有向上变粗反韵律特征的粉— 细砂岩; 具羽状交错层理及泥披覆、含Ophiomorpha遗迹化石组合的中砂岩、细砂岩(图 11)。这种沉积构成特征可被解释为潮坪(混合坪— 砂坪)— 潮汐砂坝— 潮汐水道沉积序列。

图11

Fig.11

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	图11 琼东南盆地崖13-1气田A2井陵二段潮坪(混合坪— 砂坪)— 潟湖— 潮汐水道沉积序列Fig.11 Sedimentary sequence formed by intertidal deposits, subtidal deposits, tidal channel sands and lagoon mudstone of the Member 2 of Lingshui Formation in Well A2 of Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

陵三段底部S1和S2中期旋回形成时期, 海平面较低, 海湾辫状河三角洲沉积受河流控制作用较强, 三角洲平原亚相相对发育(图13), 沉积相展布形态呈朵叶状(李胜利等, 2010)。随着海平面逐渐升高, 海水逐渐侵入到研究区, 至S3和S4中期旋回形成时期, 研究区辫状河三角洲逐渐向西北物源方向后退, 但河流作用仍占主导地位, 三角洲朵叶状特征明显。研究区大部分地区为辫状河三角洲平原及内前缘亚相组合带, 多数钻孔揭示煤层发育, 三角洲外前缘亚相组合仅分布于S4旋回内。

图13

Fig.13

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	图13 琼东南盆地崖13-1气田陵三段及陵二段海陆过渡带沉积演化及沉积模式Fig.13 Sedimentary evolution and model of transitional belt of the Members 2 and 3 of Lingshui Formation in Ya13-1 Gasfield, Qiongdongnan Basin

S5、S6中期旋回形成时期, 海平面持续上升, 并在S5旋回形成期间达到最高水平, 海湾辫状河三角洲向崖城脊方向退积, 研究区主要为三角洲内前缘、外前缘及前三角洲(滨浅海)亚相组合。该阶段潮汐作用明显, 为河流与潮汐混合作用阶段, 具体表现为:(1)三角洲内前缘水下分流河道具有低弯曲度、近于直流的特征(图 13); (2)三角洲外前缘远砂坝微相较为发育, 并且远砂坝砂体厚度明显增大; (3)前三角洲泥岩中可见风暴沉积; (4)沉积序列表现为以反韵律为主导的复合韵律, 同时具有河流影响形成的槽状、板状交错层理和潮汐影响形成的波纹层理、双向交错层理, 富含泥质条带和波状泥质纹层; (5)生物扰动明显, 常见的遗迹组合有Ophiomorpha和Skolithos。6.3 陵三段沉积晚期: 以潮汐作用占优势阶段 即S7、 S8中期旋回形成时期, 海平面略有下降, 但仍保持较高水平, 研究区发育以潮汐作用占主导的潮控三角洲。三角洲形态表现为漏斗状, 其中三角洲平原不再为连片状, 而是表现为由潮控河道切割而形成的岛屿状, 三角洲前缘主要由分流潮控河道及潮汐砂坝组成, 潮汐砂坝呈长条状展布(图13)。该阶段沉积岩性较细, 以粉砂岩及细砂岩为主, 发育泥质纹层、 潮汐层理、 羽状交错层理等典型的潮汐作用层理。生物扰动强烈, 常见的遗迹化石有Ophiomorpha nidosa、 Planolites和Palaeophycus。6.4 陵二段沉积时期:海洋作用阶段 即S9、S10中期旋回形成时期, 研究区南部盆地边缘隆起区经过构造抬升, 面积略有增加, 西北部盆地内隆起区面积略变小(蔡佳和王华, 2011)。该时期海平面快速上升, 陆相河流的供给明显减弱, 研究区发育以潮汐作用占主导的河口湾— 潮坪沉积, 由潮汐水道、潮汐砂坝及潮坪沉积组成。该沉积体系的典型特征表现为:潮汐水道呈直流状、潮汐砂坝呈长条状分布在近海盆方向, 潮坪沉积主要分布于河口边缘(图 13)。

综上所述, 琼东南盆地崖南凹陷崖13-1气田陵三段及陵二段海陆过渡带沉积相形成于整体的海侵背景下, 自下而上海洋作用逐渐增强, 每一个演化阶段反映了海陆过渡带复杂的沉积作用方式和独特的沉积特征。此外, 研究区相对海平面升降频率及变化趋势与全球海平面变化非常相似(魏魁生等, 2001), 在研究区构造沉降相对缓慢期间, 海平面的升降变化及沉积物供给对沉积体系演化产生了明显的影响, 进而形成了垂向上由海湾辫状河三角洲到河口湾— 潮坪的沉积演化过程。区域资料综合分析表明琼东南盆地经历了从断陷到拗陷2个阶段(解习农等, 1996; 蔡佳和王华, 2011), 陵水组为盆地断坳转化期产物, 其沉积环境也属于海陆过渡环境, 研究区沉积体系控制作用的多变性反映了海陆过渡带沉积环境的复杂性。