向绪洪, 张丽丽, 鲁毅, 乔培军, 陈淑慧, 吴梦霜, 马琼, 邵磊. (2024). 南海北部深水区古近系沉积物源演变及古地理意义* [J]. 古地理学报, 26(2): 296-307.
XIANG Xuhong, ZHANG Lili, LU Yi, QIAO Peijun, CHEN Shuhui, WU Mengshuang, MA Qiong, SHAO Lei. (2024). Paleogene sediment source evolution and palaeogeographic significance in deep-water area of the northern South China Sea[J]. Journal Of Palaeogeography, 26(2): 296-307.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2024.02.014
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南海北部深水区古近系沉积物源演变及古地理意义*
向绪洪1,2, 张丽丽1,2, 鲁毅3, 乔培军3, 陈淑慧1, 吴梦霜1, 马琼3, 邵磊3
1 中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳 518054
2 中海石油深海开发有限公司,广东深圳 518054
3 同济大学海洋地质国家重点实验室,上海 200092
通讯作者简介 鲁毅,男,1996年生,同济大学博士研究生,主要从事海洋地质学、沉积学与地球化学工作。E-mail: luyi962180@tongji.edu.cn。

第一作者简介 向绪洪,男,1986年生,2012年获同济大学理学硕士学位,现为中海石油深海开发有限公司工程师,主要从事石油地质学研究。E-mail: xiangxh@cnooc.com.cn。

收稿日期:2023-01-25 修回日期:2023-02-25
基金资助:*国家自然科学基金项目(编号: 42076066, 92055203)和中海油综合科研项目“南海东部大中型天然气田勘探潜力与突破方向”联合资助
摘要

南海北部深水区古近纪经历了由陆到海的环境转换过程,沉积物源也随时间发生明显改变。由于水深的限制,目前对深水区的沉积物来源及古地理背景存在争议。通过碎屑锆石 U- Pb年龄谱系源汇对比方法,对南海北部珠二坳陷古近系沉积物来源进行系统研究。结果发现,在早中始新世,珠二坳陷沉积物以近源输入为特征,沉积物主要来自坳陷周缘的局部隆起区; 晚始新世,源自坳陷西侧的昆莺琼古河为盆地提供大量沉积物,坳陷北侧的珠江沉积物对珠二坳陷影响较小; 渐新世,珠江沉积物从北向南越过番禺低隆起进入珠二坳陷,与昆莺琼古河沉积物在白云凹陷北部和中西部混合沉积,形成大型河流三角洲体系。南海北部深水区古近系物源演变过程明显受中生代末区域构造古地理控制,查明该时期物源演变对恢复区域古地理格局具有重要意义。

关键词: 南海; 珠二坳陷; 古近纪; 物源; 古地理
中图分类号:P531 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2024)02-0296-12
Paleogene sediment source evolution and palaeogeographic significance in deep-water area of the northern South China Sea
XIANG Xuhong1,2, ZHANG Lili1,2, LU Yi3, QIAO Peijun3, CHEN Shuhui1, WU Mengshuang1, MA Qiong3, SHAO Lei3
1 Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong Shenzhen 518054,China
2 CNOOC Deepwater Development Ltd.,Guangdong Shenzhen 518054,China
3 State Key Laboratory of Marine Geology,Tongji University,Shanghai 200092, China
About the corresponding author LU Yi,born in 1996,is a Ph.D. candidate at Tongji University,mainly engaged in marine geology,sedimentology and geochemistry. E-mail: luyi962180@tongji.edu.cn.

About the first author XIANG Xuhong,born in 1986,received a master degree from Tongji University in 2012. Now he is an engineer of Shenzhen Branch of CNOOC(China)Co.,LTD.,mainly engaged in petroleum geology research. E-mail: xiangxh@cnooc.com.cn.

Fund:Co-funded by National Natural Science Foundation of China Project(Nos.42076066, 92055203)and CNOOC Comprehensive Scientific Research Project “Exploration Potential and Breakthrough Direction of large-medium sized Gas Fields in the Eastern South China Sea”
Abstract

The deep-water area of the northern South China Sea experienced a transition from lacustrine to marine environments in the Paleogene,and has rich oil and gas resources and broad exploration prospects. Due to the limitation of water depth,the provenance of sediments and the palaeogeographic evolution of the basin are not clear. In this paper,the Paleogene of the Zhu-2 depression in the Pearl River Mouth Basin is systematically studied by means of detrital zircon U-Pb ages and source-sink correlation. The results show that in the Early and Middle Eocene,the sediments of the Zhu-2 depression were mainly from local uplift area around the depression. In the Late Eocene,the Kunyingqiong River originated from the western side of the depression provided a large amount of sediments for the basin,whereas the Paleo-Pearl River sediments had little influence on the deposition in the depression. In the Oligocene,the Paleo-Pearl River crossed the Panyu low uplift and entered the Baiyun sag,carrying sediments mixed with the Kunyingqiong River sediments in the form of delta deposition in the north and mid-west of the sag,forming a dual provenance river-delta system. The Paleogene provenance evolution of the deep-water area of the northern South China Sea was obviously controlled by regional tectonic palaeogeography of the Mesozoic. Identifying the provenance evolution during this period is of great significance for restoring the regional palaeogeography pattern.

Key words: South China Sea; Zhu-2 Depression; Paleogene; provenance; palaeogeography

近十余年来全球海洋油气勘探在500 m以下的深水区发现一系列大型油气田, 成为世界相关国家油气勘探的热点领域(朱伟林等, 2012; 张功成等, 2014)。中国南海北部深水区的油气勘探也取得了重大突破, 先后在珠江口盆地白云凹陷和琼东南盆地发现一系列大型油气田, 显示出良好的油气勘探前景(张功成, 2010; 张功成等, 2015; 高阳东等, 2021; Zhang et al., 2021)。白云凹陷多口探井研究发现, 该区域砂岩分选良好, 成分成熟度和结构成熟度均较高, 反映沉积物经过一定距离的搬运磨圆(罗静兰等, 2019)。但是, 凹陷不同区域沉积物储集层物性存在较大差异, 这种差异是沉积物物质来源不同造成的, 还是差异成岩作用影响的, 现在并不清楚(陈淑慧等, 2022)。到目前为止, 该区域沉积物源研究主要集中在珠江物源的演化上, 已经形成良好共识(Cao et al., 2017; Ma et al., 2019)。但是, 由于总体勘探程度低, 受钻井及化验分析资料较少等条件限制, 深水区始新世沉积物源演变过程争议较大(Lei et al., 2019; 侯元立等, 2020; Meng et al., 2021), 无法准确建立该时期河流演变史。邵磊等(2019)提出, 晚始新世在南海北部深水区发育1条昆莺琼古河, 在南海北部深水区将沉积物由西向东输送, 但在白云凹陷尚需要更多钻井样品分析结果支持该认识。白云凹陷位于南海北部深水区东侧, 如果接受了该河流的沉积物堆积, 则对当时的古地理重建工作有着重要意义, 值得深入研究。针对这一问题, 作者采用碎屑锆石U-Pb年龄谱系对比方法, 对珠二坳陷深水区沉积物进行物源示踪分析, 研究深水区古近系沉积物源特征及演变信息, 揭示南海北部深水区河流水系发育的主要过程, 探讨其沉积充填过程。

1 区域地质概况

珠江口盆地位于中国南海北部大陆边缘, 北靠华南大陆东南缘, 西接琼东南盆地与海南岛, 东至台西南盆地, 呈NE-SW走向展布, 面积约17.5× 104 km2。从大地构造位置来看, 南海现今处于欧亚、太平洋和印— 澳板块碰撞拼合地带, 受三大板块相互作用的控制。中生代末古太平洋板块与欧亚大陆碰撞, 在华南东南缘形成安第斯型的板块边界, 现今的南海是在中生代末陆缘弧拼合褶皱基底上形成的新生代含油气盆地(Li et al., 2012; Cui et al., 2021; Zhu et al., 2021)。珠二坳陷主要包括白云凹陷和开平凹陷, 北部以神狐隆起、番禺低隆起与珠一坳陷、珠三坳陷相邻, 南部以南部隆起为界与珠四坳陷相隔, 东部为东沙隆起。本研究样品分别采自开平凹陷和白云凹陷(图 1)。

图 1 南海北部钻井及地震剖面位置分布图Fig.1 Location map of the study area and borehole sites and seismic profiles in northern South China Sea

1.1 珠二坳陷古近纪地层序列

珠二坳陷古近系自下而上分别发育文昌组、恩平组以及珠海组3套地层(图 2), 通过不整合面与上覆新近系珠江组接触。

图 2 珠二坳陷古近系岩性剖面及研究样品分布Fig.2 The Paleogene lithologic section and distribution of study samples in Zhu-2 Depression

文昌组(早中始新世, 47.8-38 Ma)与盆地中生代基底呈角度不整合接触, 是盆地初始断陷期的产物, 也是珠二坳陷湖相地层最为发育的时期(高阳东等, 2021; 吴哲等, 2022)。在盆地中生代基底断裂控制下, 盆地发生NE-NEE向断陷沉降, 断裂活动强烈, 形成浅湖-半深湖相暗色泥岩为主的沉积, 在盆地边缘发育少量粗砂岩、砂岩, 形成小规模扇三角洲沉积。

恩平组(晚始新世, 38-33.9 Ma)与文昌组呈平行或角度不整合接触, 是拆离断陷期的产物。该时期湖盆水体变深(庞雄等, 2009, 2022), 湖盆之间连通性变好, 大型河流开始发育, 岩性为灰黑色、深灰色泥岩, 灰色砂岩和粉砂岩互层, 夹薄煤层, 是盆地煤系地层最为发育的时期, 坳陷西部发育大套砂岩、含砾砂岩夹灰色泥岩, 形成大型辫状河三角洲平原相及前积相沉积(张功成等, 2010; 高阳东等, 2021)。

珠海组(渐新世, 33.9-23.3 Ma)呈角度不整合覆盖在恩平组之上, 以海陆过渡相及浅海相沉积为主。始新世末发生南海运动, 恩平组被广泛抬升剥蚀, 形成T70区域不整合面, 珠江口盆地由断陷期转为拗陷期。珠海组下部岩性为砂岩与泥岩的互层; 上部为大套灰色砂岩, 之上被中新统不整合覆盖(庞雄等, 2007; 吴哲等, 2022)。

1.2 潜在沉积物源区

珠二坳陷古近系沉积物潜在源区包括坳陷北侧珠江、坳陷西侧神狐隆起以及盆地基底和周边隆褶带(Shao et al., 2019)(图 1)。

1.2.1 坳陷北侧物源(珠江物源)

珠江源自云贵高原, 是南海北部最大的河流, 为珠江口盆地输入大量沉积物, 其形成发育过程对珠江口盆地的沉积充填起到重要控制作用(张向涛等, 2022)。

珠江水系沉积物按照重矿物组合, 可以分为3种类型: (1)磁铁矿+钛铁矿+锆石+白钛石+磷灰石组合, 发育在西江上游源区; (2)锆石+钛铁矿+磁铁矿+电气石+白钛石+绿帘石组合, 发育在西江中下游源区; (3)角闪石+电气石+磁铁矿+钛铁矿+绿帘石+石榴子石组合, 发育在东江和北江源区(向绪洪等, 2011), 显示各流域沉积物特征差异明显。对珠江河流砂样品中碎屑锆石进行U-Pb定年研究, 发现珠江流域中的北江、东江以燕山— 印支主峰为主, 含少量加里东期的峰值, 西江沉积物除燕山— 印支期锆石外, 加里东期的锆石含量明显增加, 在桂江、柳江沉积物中元古— 太古代锆石含量很高, 珠江各流域锆石U-Pb年龄谱系具有明显差异, 为判断珠江的形成演化过程提供了重要证据(Xu et al., 2007; 赵梦等, 2013; Cao et al., 2018)。

1.2.2 坳陷西侧物源

最新研究成果显示, 南海北部西侧在晚始新世发育1条大型河流— 昆莺琼古河(高阳东等, 2021; Zhang et al., 2021; 邵磊等, 2022), 该河流在早中始新世开始在琼东南盆地东侧发育, 把南海西部以及神狐隆起的沉积物输送到开平凹陷及白云凹陷; 到晚始新— 早渐新世, 该河流发育达到了鼎盛阶段, 把南海西侧沉积物从西向东大量输送到白云凹陷等东部地区; 由于晚渐新世以来南海扩张, 海平面增高, 海侵范围逐步扩大, 导致该河流开始萎缩, 大部分淹没在南海中(邵磊等, 2019)。该河流把坳陷西侧包括海南岛以及神狐隆起的物源由西向东输送, 进入到珠二坳陷。该沉积物源最大特征是沉积物稀土元素呈现明显的Eu正异常, 碎屑锆石年龄谱系除中生代锆石, 还含有古生代、元古代及太古代的锆石, 具有宽谱特征, 其中加里东期及印支期峰值常构成主要峰值, 明显不同于珠江来源沉积物。

1.2.3 坳陷基底及周边隆褶带物源

珠二坳陷周边古隆起(神狐隆起、番禺低隆起、东沙隆起以及云开低凸起)基本与盆地基底一致, 其锆石U-Pb年龄一般为燕山期单峰, 约100-170 Ma, 局部存在新生代岩浆岩, 峰值年龄小于65 Ma; 神狐隆起基底锆石年龄峰值相对复杂, 碎屑锆石年龄谱系以燕山期、印支期、加里东期为主要的年龄峰, 此外还含有少量的晋宁期的锆石颗粒(Cui et al., 2021; Zhu et al., 2021)。

2 材料及方法

作者对珠二坳陷开平— 白云凹陷基底及始新— 渐新统(文昌组、恩平组和珠海组)9个钻孔23个样品(图 1; 图 2)进行了碎屑锆石U-Pb年龄谱系分析。

所有样品均为钻井岩屑样品。在样品处理中, 首先进行挑样清洗, 烘干粉碎后经重液分选及电磁分选, 挑出锆石颗粒。每个样品至少挑出1000颗锆石颗粒, 随机选出250颗锆石颗粒进行制靶抛光, 通过反射光及透射光观察, 筛除缺陷锆石颗粒, 在扫描电子显微镜下获取阴极发光(CL)照片(图 3)。从CL图中可以看出, 碎屑锆石颗粒多数为岩浆岩成因, Th/U值大于0.4, 具有发育良好的韵律环带, 仅少数来自变质岩的颗粒缺乏生长环带, Th/U值小于0.1, 总体呈次棱角状到次圆状, 经受了一定的磨蚀搬运(图 3)。

图 3 南海北部古近系部分样品锆石CL图及Th/U值分布图Fig.3 CL images of representative zircon grains and Th/U ratio from the Paleogene in northern South China Sea

锆石颗粒的采集、制靶、阴极发光成像和LA-ICP-MS同位素测年均在同济大学海洋地质国家重点实验室完成。其中锆石同位素定年采用213 nm的激光剥蚀器与Thermo Elemental X-Series ICP-MS质谱仪进行测试分析。激光束重复频率为10 Hz, 激光束斑直径一般采用30μ m。测试中选取国际标准锆石91500(1065.4± 0.3 Ma)为外标、锆石标样PleŠ ovice(年龄为337.1± 0.4 Ma)进行校正, 分析过程选取30 s的空白信号和70 s的样本信号。铀铅同位素比以及年龄计算过程均通过ICPMSDataCa软件完成, 同时利用Andersen方法进行普通Pb校正(Andersen, 2002)。根据Cao(2018)的研究, 晚于1000 Ma采用 206Pb/238U计算年龄, 而早于1000 Ma采用 207Pb/206Pb 计算年龄。实验获取的数据不一致性和不确定性均不大于10%, 年龄协和度为1δ 。

实验分析共获得碎屑锆石U-Pb定年数据2004个。同时, 收集整理了已发表珠江碎屑锆石U-Pb定年数据1168个(Xu et al., 2007)、昆莺琼古河碎屑锆石U-Pb定年数据394个(Shao et al., 2019), 进行综合对比分析。地层年龄数据由中海石油(中国)有限公司深圳分公司提供。

3 分析结果

分析结果显示, 在所有分析样品中有4口探井钻遇盆地基底, 其锆石年龄均为中生代燕山期岩浆岩或火山岩活动年龄, 年龄峰值分别为102 Ma, 108 Ma, 135 Ma和141 Ma(图 4), 显示白云凹陷盆地基底主要由燕山期岩浆岩组成, 该结果与前人相关研究完全一致(Cui et al., 2021)。

图 4 珠二坳陷周边河流及盆地基底锆石年龄谱
黄色阴影样品为珠江物源Fig.4 Detrital zircon U-Pb age distribution of the surrounding rivers and basin base samples in Zhu-2 Depression

采自珠二坳陷6口探井古近系18个样品分别来自始新世文昌组、恩平组及渐新世珠海组(图 5)。文昌组3个样品沉积物碎屑锆石年龄谱系均由燕山期单峰组成, 年龄峰值分别为154 Ma, 161 Ma和108 Ma(图 5)。恩平组6个样品的碎屑锆石年龄谱系以加里东期的主峰为特征, 包含印支— 燕山期次峰及少量晋宁期锆石。样品P33-1则比较特殊, 由明显的燕山期148 Ma主峰及较弱的加里东期456 Ma次峰为特征, P33-2则具有明显的印支期和加里东期峰值(图 5)。珠海组9个样品的沉积物碎屑锆石年龄谱系跨度从太古代到新生代均有分布, 主要峰值为: 500-400 Ma、300-230 Ma、120-148 Ma, 分别对应加里东期、印支期、燕山期构造运动, 还有700-2500 Ma的较小峰值, 代表晋宁期等构造运动。根据碎屑锆石U-Pb年龄谱系特征可以把样品分为2类, 一类样品由加里东期主峰和印支— 燕山期次峰为特征, 前寒武纪古老锆石含量高; 另一类样品则以燕山期主峰和较弱的加里东期及印支期次峰为特征, 前寒武纪古老锆石含量低(图 5)。

图 5 珠二坳陷古近系碎屑锆石U-Pb年龄谱系特征
黄色阴影样品与珠江物源特征完全吻合, 灰色阴影样品源自盆地基底物源Fig.5 Detrial zircon U-Pb age distribution of the Paleogene sequences in Zhu-2 Depression

4 讨论
4.1 潜在物源区锆石U-Pb年龄谱系特征

4.1.1 坳陷北侧物源(珠江物源)

Xu等(2007)对华南陆壳锆石年龄分布特征进行了系统分析, 发现珠江的北江+东江支流碎屑锆石年龄谱系分别由155 Ma、437 Ma和949 Ma的峰值组成, 而西江样品碎屑锆石年龄谱系特征与北江+东江样品存在明显差异, 分别由259 Ma、437 Ma、830 Ma和968 Ma的峰值组成, 另外还包含1854 Ma及2500 Ma的古老年龄, 反映有内陆古老地块的物质供给。采自晚渐新世珠江三角洲的X28样品, 碎屑锆石U-Pb年龄谱系应代表当时珠江来源沉积物的特征, 呈现148 Ma的主峰和240 Ma的次峰以及443 Ma等弱小峰值(图 4), 与现代珠江岸外的沉积物碎屑锆石年龄谱系特征十分类似(Zhong et al., 2017)。

4.1.2 坳陷西侧物源

Shao等(2019)认为, 南海西部在新生代早期发育了1条东西方向的古河, 把南海西侧沉积物从西向东搬运, 其沉积物锆石U-Pb年龄谱系表现出跨度较大的分布特征, 其中印支期、加里东期、晋宁期及古元古代的信号均十分明显(图 4)。来自琼东南盆地渐新世— 中新世样品QE+QW的碎屑锆石年龄谱系峰值, 呈现较高的印支期233 Ma和加里东期417 Ma主峰, 燕山期141 Ma及晋宁期752 Ma的次峰, 922 Ma到2500 Ma的弱小峰值(Cui et al., 2019), 显示宽幅的年龄变化范围。

来自海南岛的碎屑锆石年龄谱系普遍表现出双峰特征, 年龄主要集中在燕山期(95 Ma)和印支期(230 Ma)2个区间(Xu et al., 2014)。

4.1.3 坳陷基底及周边隆褶带物源

珠二坳陷周边古隆起(神狐隆起、番禺低隆起、东沙隆起以及云开低凸起)基本与盆地基底一致, 其锆石年龄一般为燕山期单峰, 约100-170 Ma, 局部存在新生代岩浆岩, 峰值年龄小于65 Ma; 神狐隆起基底锆石年龄峰值相对复杂, 碎屑锆石年龄谱系以燕山期、印支期、加里东期为主要的年龄峰, 此外还含有少量的晋宁期锆石颗粒, 岩石发生一定程度的变质作用(柳保军等, 2011)。

4.2 珠二坳陷沉积物源演变

珠二坳陷早中始新世文昌组3个样品(K1-1, K1-2及B13-2)碎屑锆石U-Pb年龄谱系均展现出单一的燕山期峰值, 年龄峰值分别为154 Ma、161 Ma和108 Ma, 反映出当时物源来源较为单一, 为来自盆地内或盆地边古隆起的局部物源(图 5), 与盆地当时处于断陷初期, 沉积物与近源搬运形成的扇三角洲堆积密切相关(高阳东等, 2021; Zhang et al., 2021)。

到晚始新世恩平组沉积期, 碎屑锆石年龄谱系特征与文昌组非常不同, 表现出跨度较大的分布特征, 多数样品以加里东期、印支期峰值为主, 明显高于燕山期峰值, 还包含有晋宁期和吕梁期的信号, 年龄谱系特征和昆莺琼古河物源十分类似(图 4; 图 5)。此时的物源不再是单一的近源古隆起物源, 印支期、加里东期主峰以及晋宁期次峰和前晋宁期更古老锆石的出现, 表明此时受到远源物源的控制。证据显示, 南海北部在晚始新世开始发育1条东西向古河— 昆莺琼古河。在早中始新世, 包括琼东南盆地在内的南海西部地区尚为隆升剥蚀区, 昆莺琼古河仅是近源小河, 在白云凹陷西侧形成扇三角洲堆积; 到晚始新世— 早渐新世, 昆莺琼古河规模明显扩大, 将南海西部物源由西向东输送, 在开平— 白云凹陷形成大规模辫状河三角洲; 到了晚渐新世, 由于南海扩张造成海平面上升, 海侵范围扩大, 使昆莺琼古河大部分淹没在南海中(邵磊等, 2019; 高阳东等, 2021)。昆莺琼古河在发育早期主要携带的物源是神狐隆起物源, 其典型特征是印支期与加里东期锆石年龄峰值。因此, 晚始新世开平— 白云凹陷沉积物主要受昆莺琼古河影响, 在白云凹陷西侧形成大型三角洲沉积(庞雄等, 2009; 柳保军等, 2011)。但是, P33-1样品碎屑锆石年龄谱系则表现出独特的特征, 具有1个明显的燕山期148 Ma主峰和1个加里东期456 Ma的次峰, 与珠江物源特征十分相似(图 4; 图 5)。在同一口探井中P33-2样品则表现得与昆莺琼古河物源类似。因此, 在白云凹陷北侧存在西侧物源与北侧物源混合堆积的现象。

渐新统珠海组碎屑锆石U-Pb年龄谱系跨度更大, 前寒武纪古老锆石年龄更多, 表现出比始新世更为复杂的物质来源(图 5)。样品明显分为2类, 多数样品展现的年龄峰值以加里东期占主导地位, 表现为417-443 Ma、253-259 Ma及121-155 Ma几个峰值, 分别代表加里东期、印支期和燕山期岩浆活动, 存在较多的晋宁期及更老年龄锆石, 与南海西侧物源特征相同; 另一类则表现出很高的燕山期148 Ma主峰及较弱的印支期及加里东期的峰值, 前寒武纪古老锆石含量相对较低, 与南海北侧东江及北江物源特征相同, 此类样品占同时代分析样品的三分之一(图 5)。

过A5井的地震剖面上显示(图 6), 珠海组下部地层(黑线-T70, 包括A5-2和A5-5)可以清晰地看到西向三角洲前积反射, A5井此时处于西向三角洲前缘环境, A5-2和A5-5锆石年龄谱也显示以加里东期占主导地位, 存在较多的晋宁期及更老年龄锆石; 珠海组上部地层(黑线-T60, 包括A5-1和A5-7)可以清晰地看到北向三角洲前积反射, A5井此时处于北向三角洲前缘环境, A5-1和A5-7表现出很高的燕山期148 Ma主峰及较弱的印支期及加里东期的峰值, 前寒武纪古老锆石含量相对较低。因此, 渐新世白云凹陷沉积物分别来自坳陷西侧和北侧, 为昆莺琼古河与珠江混合沉积的产物, 而且随着时间变年轻, 珠江来源沉积物量逐步增大。

图 6 白云凹陷西侧(A)与北侧(B)珠海组物源剖面Fig.6 Profiles showing west(A) and north(B) sides provenance of the Zhuhai Formation in Baiyun sag

4.3 珠二坳陷古近系沉积充填

中生代末南海地区逐步从主动大陆边缘转为被动大陆边缘。珠琼运动一幕使南海北部处在拉张作用下, 在基底中生代先存断裂的控制下, 发育了一系列NE-SW向断裂, 使南海北部形成一系列呈NE-NEE向展布、南北隆凹相间的古地貌景观, 珠二坳陷即是其中呈NE向展布的半地堑之一。在早中始新世文昌期, 珠二坳陷以湖相沉积为主, 发育了白色砂岩夹灰色页岩与浅灰色泥岩的滨浅湖相及灰色泥岩夹钙质及碳质薄层、富含孢粉和藻类化石的中深湖相沉积(朱伟林, 2010), 坳陷边缘发育扇三角洲沉积, 沉积物碎屑锆石年龄以燕山期单峰为主, 反映沉积物源以盆地周边的中生代近源隆起区为主(图 7-A)。

图 7 南海北部地区始新世— 渐新世物源演变特征示意图
A— 早中始新世; B— 晚始新世; C— 渐新世; D— 渐新世末(23 Ma)Fig.7 Schematic map of the Eocene-Oligocene provenance evolution characteristics in northern South China Sea

晚始新世恩平期, 白云凹陷西侧普遍发育泛滥平原煤系地层以及河流三角洲沉积。该时期沉积物碎屑锆石年龄谱系特征显示, 从开平凹陷向东、到白云凹陷中西部, 受昆莺琼古河携带的西部物源控制, 沉积物主要来自神狐隆起, 在碎屑锆石年龄谱系中以极高加里东期峰值为特征; 珠江物源主要影响珠一坳陷, 仅有少量进入到白云凹陷北侧(图 7-B)。

渐新世珠海期, 白云凹陷逐步从海陆过渡相转为滨海和浅海沉积, 在凹陷西侧和北侧以发育大型三角洲为特征(图 7-C)。柳保军等(2011)认为该时期深水区是局限海湾的沉积环境, 凹陷北侧出露地表, 陆架坡折位于凹陷南侧, 陆架坡折带下方的荔湾凹陷则发育了一定规模的深水扇, 从北向南沉积环境从海陆过渡相— 浅海相— 陆坡深水相逐步过渡, 构成一套从陆向海完整的沉积体系(庞雄等, 2007)。

受到南海东部岩石圈破裂扩张的影响, 位于珠二坳陷西侧的琼东南盆地该时期发育比较强烈的正断层活动, 差异沉降明显(Lei et al., 2019), 总体呈东西向展布, 隆凹相间(Zhang et al., 2021)。南海形成早期, 海侵地层具有从东向西逐步扩展的特征, 反映出当时古地理为西高东低(Jian et al., 2019), 使河流由西向东搬运成为可能。

珠海组沉积物碎屑锆石年龄谱系特征显示, 珠江沉积物已经越过番禺低隆起搬运到白云凹陷中部、西部; 昆莺琼古河流域面积向西进一步拓展, 碎屑锆石中元古代及太古代锆石明显增多, 使南海西部物源仍然持续输送到白云凹陷(图 7-D), 造成白云凹陷同时接受珠江和昆莺琼古河双物源的供给(邵磊等, 2022)。由于大型三角洲及三角洲平原相的存在, 该时期也是白云凹陷煤系地层最为发育的时期(张功成等, 2020)。

从古近纪河流发育特征可以看出, 南海北部新生代初始古地理主要受古太平洋板块与欧亚大陆中生代末的俯冲拼合作用控制, 以NE-NEE向展布、南北向隆凹相间的地貌形态为特征, 整体地形西高东低, 使早期河流呈近东西向、沿坳陷长轴方向进行搬运。

5 结论

通过沉积物碎屑锆石U-Pb年龄谱系对比方法, 对珠江口盆地珠二坳陷古近系沉积特征开展研究, 揭示了不同来源沉积物的空间展布特征, 建立了研究区河流体系分布及发育演化过程, 查明了古地理演化历史, 主要取得了以下认识:

1)早中始新世(文昌期)珠二坳陷沉积物源以近源输入为特征, 沉积物主要来自坳陷周边构造高部位。

2)晚始新世(恩平期)在开平— 白云凹陷西部发育三角洲相沉积, 源自坳陷西侧的昆莺琼古河为开平— 白云凹陷输送了大量沉积物, 该时期昆莺琼古河源区主要为神狐隆起, 该古河输送的沉积物主要分布在开平凹陷及白云凹陷中西部, 珠江沉积物此时对凹陷沉积贡献较小。

3)渐新世(珠海期)白云凹陷发育了一套滨海相— 浅海相— 深水陆坡相沉积体系, 昆莺琼古河源区扩展至越南北、中部, 珠江沉积物也越过番禺低隆起推进至凹陷中部。该时期源自昆莺琼古河以及珠江沉积物在凹陷北部和中部以三角洲堆积的形式连为一体, 构成双物源沉积。

(责任编辑 郑秀娟; 英文审校 陈吉涛)

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