层序地层学是20世纪80年代后期从油气勘探的实践中迅速发展起来的一门学科，它使地层学研究进入一个崭新的发展阶段。高分辨生物地层学对层序地层学的贡献不仅仅是为其提供了可靠的年代地层格架，而且生物的生态组合内容也可辅助识别层序界面及层序内部体系域特征，因此许多石油地质工作者认识到，将高分辨率的生物地层学、测井地质学与地震地层学的研究成果综合运用到层序地层学的研究中是提高层序地层分辨率的主要手段，即所谓的“三位一体”^{[1, 2]}。

新近系是珠江口盆地西部油气勘探的重要层位，但关于本区新近系生物地层格架及定量的海平面变化分析鲜有报道，目前已发表相关成果多针对南海北部^{[3, 4]}和珠江口盆地东部^{[5, 6]}。盆内的层序地层研究主要参考珠江口盆地东部及全球海平面变化曲线，但由于珠江口盆地东、西部局部构造运动的差异性，导致局部海平面变化略有差异。随着深海钻探生物地层研究工作的深入^[7-10]和珠江口盆地西部勘探的不断推进，迫切需要建立便于与国际最新研究成果对比的、适用研究区内的新近纪海平面变化曲线。本文在高分辨率生物地层研究中，结合最新的国际地层年代表，选择48口具有代表性钻井的有孔虫及钙质超微化石定量和定性分析资料，参考当前国际生物地层研究成果，制定适用油气勘探的、以生物末现事件为标志的珠江口盆地新生代中晚期微体古生物化石带标准年代表，建立与国际接轨的年代地层格架，便于与国际上最新的地层分析成果对比。以李学杰2004年建立的浮游有孔虫百分含量(P)与古水深的定量关系为基础^{[5, 11]}，结合沉积体系与层序地层学研究成果，初步建立珠江口盆地西部海平面变化曲线，为珠江口盆地新近系的勘探打下坚实的理论基础。

1.   区域地质背景

珠江口盆地位于南海北部大陆边缘，受印度—澳大利亚板块、太平洋板块及欧亚板块3个洲际板块相互作用的共同影响。以113°10′E为界将珠江口盆地分为东、西两部分(图 1)，珠江口盆地西部整体可划分为北部(海南)隆起、珠三坳陷和南部(神狐)隆起三部分，构造演化可分为两个大的阶段，即古近纪断陷阶段和新近纪裂后热沉降阶段^[25]。

图  1  珠江口盆地钻井和构造位置图

Figure  1.  Tectonic map of Pearl River Mouth Basin with drilling sites

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2.   样品分析

本文分析样品均为岩屑样品，其中常规鉴定采用了20~30m采样间隔，定量分析采用了10~15m的采样间隔。有孔虫样品采用常规方法处理：①样品称重(50g)；②散样(H₂O₂泡样、煮样)；③冲洗(筛孔径0.063mm、240目)；④烘干(称重，获得砂/泥比)；⑤筛样(使用3种孔径的筛：>0.75mm，20目；>0.25mm，60目；>0.125mm，120目)；⑥镜下鉴定(针对化石丰富的样品采用缩分鉴定，最后换算为每克数量)。

镜下鉴定主要针对上述三种粒级的有孔虫，进一步分为浮游有孔虫、底栖有孔虫(有孔钙质、无孔钙质及粘合质)两大类4种类型进行属种鉴定及数量统计，由此获得属种分布图及9个有孔虫定量参数。

3.   年代地层格架的建立

微体古生物化石带是中新生代海相沉积中年代地层对比的主要手段，因此，如何更充分、更科学地利用微古生物化石提供的信息将成为层序地层学研究中的关键。浮游有孔虫及钙质超微化石的LO(Last Occurrence，末现事件)能为层序地层提供精确可靠的年代地层格架。浮游有孔虫化石带的建立，主要参考Blow为代表的数字带^[11]及Bolli为代表的种名带^[8]。上述分带大多以标志种初现事件(FO-First occurrence)为标志，但是油气勘探中大多为岩屑录井，可能产生岩屑掉块造成初现面易位，因此，油气勘探中以标志种末现事件(Last Occurrence)定义分带界线相对更准确，初现事件仅作辅助参考^[5]。在研究区可建立中新世N4至更新世N22共19个有孔虫化石带或联合带(表 1)。

表  1  珠江口盆地西部年代地层格架及微体古生物化石标准年代

Table  1.  Chronostratigraphic framework of the western Pearl River Mouth Basin with standard age of microfossil

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钙质超微化石带的建立，参考Martini提出的“NN”带方案^[13]及Okada和Bukry的“CN”带方案^[21]，研究区内可建立新近纪NN1—NN19共19个化石带或联合带(表 1)。

生物年代地层格架的建立，针对由于测试方法、手段、地区差异等原因，导致同一标志种生物事件的年龄值存在较大差异这一现象。本文结合2015年最新的“国际地质年代表”，参考ODP184航次(Ocean Drilling Program，大洋钻探计划)经天文调谐后的生物事件年代表^{[14, 15]}和具有全球对比意义的“新生代磁性生物年代表”^{[16, 17]}，以及ODP130航次、大西洋低纬度ODP154航次的研究成果^{[9, 10, 18, 19]}。选择48口具有代表性钻井的有孔虫及钙质超微化石定量和定性分析资料中标志种生物演化事件，建立适用油气勘探的、以生物末现事件为标志的年代地层格架及微体古生物化石标准年代表(表 1)。

4.   相对海平面变化分析

海平面变化是岩相古地理学和层序地层学研究的重要内容之一，是指随时间迁移海平面相对于某一基准面发生上下变动。通过对海平面变化规律的分析，可以预测沉积体系的展布方向、范围，研究砂体的成因及赋存位置，有助于全面了解研究区的沉积环境。海平面变化的研究方法有很多，目前广泛应用的有古生态分析方法、地震地层学、层序地层学方法、特征成因相法、稳定同位素法等^{[20, 21]}。

4.1   微体化石组合特征与古水深变化

海平面的升降变化会导致海水深度的不断变化，尤其对于大陆边缘盆地，必然导致生物居群的变化，具体表现为生物丰度与分异度周期性变化。因此，生物丰度与分异度变化是生物居群的综合生物事件响应，它与海泛面、凝缩层以及层序边界紧密相关^{[6, 22]}。20世纪50年代，国外就有科学家探索使用浮游有孔虫与底栖有孔虫的比值(P/B)^[23]或浮游有孔虫百分含量(P)来反映古水深^[24]。而后在不同海区进行了定量研究，得出适合不同海区的定量关系。

李学杰(2004)在南海西部4°~18°N、108.5°~115°E范围，36~4284m水深，共301个站位进行系统取样，包含了从陆架—陆坡—深海盆地的广大海域。通过分析，发现浮游有孔虫含量与水深关系在陆架区和半深海—深海盆地区具明显不同的特征，并在此基础上分别拟合了浮游有孔虫百分含量(P)与古水深(D)的定量关系。

在以上理论基础上，本文以WCA-9-1d井为例进行微体古生物层序及古水深综合分析。

WCA-9-1d井位于文昌A凹陷南部边缘靠近珠三南断裂(图 2)，珠江组—粤海组沉积期内主要识别出8个三级层序(图 2)。

图  2  WCA-9-1d井微体古生物层序及古水深综合解释图

Figure  2.  Diagram of micro-biological stratigraphy and deduced water depth for WCA-9-1d

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珠江组沉积期内共识别出4个三级层序，分别对应层序S1.4，S1.5，S2.1，S2.2，海平面整体呈现上升趋势。S1.4层序内自底部向上有孔虫丰度逐渐增大，最大海泛面位于2613m附近，>0.25mm的有孔虫丰度为1180枚/50g，GR曲线呈钟型，此时有孔虫及钙质超微化石的丰度及分异度达到了极大值，向上有孔虫丰度及分异度逐渐降低，在2421.2m浮游有孔虫稀少，有孔虫及钙质超微化石丰度及分异度降到极小值，推断位置为层序S1.4顶界面。层序S1.5在深度2296m处，>0.25mm的有孔虫丰度为570枚/50g，有孔虫分异度为15，钙质超微化石分异度为9，上升至极大峰值，推断此时为最大海泛面，2296~2109m，>0.25mm有孔虫丰度变化范围为(16~124)枚/150g，浮游有孔虫百分含量自下而上由98%下降到60%，表明水体逐渐变浅。根据浮游有孔虫百分含量与古水深定量关系，推断S1.5层序沉积期内平均水深在150m，层序S1.4平均水深120m，海平面呈上升趋势。层序S2.1自底部2109m向上至1934.5m，>0.25mm有孔虫丰度自16枚/50g上升至698枚/50g，同时分异度由10上升至27，浮游有孔虫百分含量由60%上升至93%，推断1934.5m海平面上升至最大值。根据浮游有孔虫百分含量与古水深定量关系推断水深在150m左右，此时沉积了全区稳定分布的龟背状泥岩，对应研究区内T50界面。1934.5~1652m，有孔虫丰度变化范围为13~262枚/50g，浮游有孔百分含量变化范围为29%~80%。顶界在浮游有孔虫带N6顶界附近，以有孔虫Cs.dissimilis末现面为标志。层序S2.2自底部1652~1509m有孔虫分异度由10呈锯齿状上升至34，浮游有孔虫的百分含量由底部56%上升至90%，钙质超微化石的分异度呈逐渐增加的趋势，推断海平面呈逐渐上升的趋势，在1509.4m处上升至最大值。根据浮游有孔虫百分含量与古水深定量关系，推断平均水深170m左右。有孔虫丰度变化范围为347~633枚/50g，顶界在钙质超微NN4带顶界附近，以钙质超微化石Helicosphaera. Ampliperta末现为标志。

韩江组沉积期内由于水体较深，远离物源，以泥岩沉积为主。由于采样精度及沉积环境所限，本区仅识别层序S2.3—S2.5联合带及层序S2.6，层序S2.3—S2.5无法进一步将其区分开，主要分布于钙质超微化石带NN5—NN7附近，在1331m处附近水深达到152m，1331~1273m浮游有孔虫百分含量略有降低，有孔虫丰度自底部向上，由3956枚/50g下降到1440枚/50g左右，推断海平面呈下降趋势。层序S2.6，在1260m处有孔虫丰度达到最大值114617枚/50g，浮游有孔虫百分含量最高近100%，推断此时为最大海泛面，根据浮游有孔虫百分含量推断，此时水深为183m，水体较层序S2.3—S2.5联合带深。有孔虫丰度及浮游有孔虫百分含量在1260~1201m沉积期内呈现逐渐下降的趋势，推断海平面逐渐下降。

粤海组沉积期内识别出层序S3.1—S3.3联合带，层序S3.3顶界在钙质超微化石NN11带顶部附近，以Discoaster quinaqueramus末现为标志。粤海组沉积期内平均水深116m左右，中中新统韩江组平均水深150m，粤海组海平面明显较韩江组沉积期内低。

4.2   有孔虫壳体的碳氧同位素与相对海平面变化

氧的表生地球化学与古气候密切相关，因此，氧同位素的周期变化可以间接反映古气候的演变。根据同位素分馏原理，在冰期，大量淡水集中到两极形成冰盖，¹⁶O将随着冰冻作用而聚集到两极，从而使海水中的¹⁸O相对富集。钙质生物骨骼的氧同位素组成与海水关系密切，也必然出现¹⁸O相对增高的趋势，间冰期的情况与冰期相反。因此，冰期钙质生物骨骼中¹⁸O同位素含量要比间冰期生物骨骼含量高。

ODP184航次1148站获取了迄今为止晚新生代最连续、最完整的δ¹⁸ O曲线^{[22, 25]}。通过与其他站位δ¹⁸O曲线对比分析可以看出，南海与全球有一致的气候变化过程，晚新生代以来，氧同位素曲线发生5次变重事件(图 3)，其中14.8~13.6Ma的氧同位素变化规模最大，标志着气候变冷，南极冰盖形成，与研究区内S2.5底部界面相对应。

图  3  北大西洋608(a)与南海ODP1148(b)和西南太平洋588站(d)晚新生代底栖有孔虫氧同位素地层对比(据文献[25])

(a)608站点氧同位素数据及年龄取自文献[8]，Mila，1-7为δ¹⁸O变重事件；(b)1148站底栖有孔虫(Cibicidoides. Wuellerstorfi)氧同位素曲线；(c)b图氧同位素经5点平滑曲线，垂直虚线分别为3个δ¹⁸O平台段的平均值，NHG代表北半球冰盖；(d)588站氧同位素数据取自文献[7]

Figure  3.  Correlation of oxygen isotopic curves of Late Cenozoic benthic foraminifera from North Atlantic station 608(a), South China Sea station ODP1148 (b) and station 588 in the South West Pacific(d)

(a)Oxygen isotope data and age from literature^[8], Mila, 1-7 is δ¹⁸O Weight change event at station 608; (b)Benthic foraminifera (Cibicidoides. Wuellerstorfi) Oxygen isotope curve at station 1148; (c)Figure b is the oxygen isotope smoothing curve through five points; The vertical dashed lines are the average values of three Delta ¹⁸O platform segments, and NHG represents the northern hemisphere ice sheet; (d)Oxygen isotope data from station 588 are collected from literature^[7]

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4.3   上超点变化与相对海平面变化

相对海平面变化是指海平面相对与陆地表面的视上升或视下降。海岸沉积物超覆点的迁移记录了盆地沉积范围阶段性扩张与收缩。海平面相对上升，海岸沉积物向陆方向渐进上超，表现为超覆点不断向陆方向迁移。海平面相对下降，其标志是削蚀或海岸沉积物上超点的向下迁移。

研究区内地震剖面的反射终止模式主要有超覆、削蚀和断超三种关系，层序界面的主要识别依据有：①削顶或冲刷充填形成的不整合关系(图 4a、c、d)；②地层沉积上超造成的不整合关系(图 4c)；③底超和顶超(图 4a、b)。通过上超点的变化恢复海平面变化曲线，首先要根据上述地震剖面反射终止模式划分地震层序，识别层序界面，同时结合微体古生物化石带确定层序界面年龄。利用层序内部上超点的变化幅度及水平距离，计算海平面变化的幅度(图 5)。

图  4  珠江口盆地层序界面的识别标志(剖面位置见图 1)

(a)T20界面上发育潮汐水道及S型前积体；(b)T40为顶超面，上覆地层上超，下伏发育大型S型前积体；(c)T40界面底部削蚀，上覆地层上超；T20-T40间海侵体系域低频、弱-中连续反射，高位域中频、连续强反射；(d)T60构造削蚀面

Figure  4.  Identification characteristics of sequence boundaries in Pearl River Mouth Basin

(a)Tidal channel and s-type foreset are developed at the T20 interface; (b)T40 is the top overpass, the overlying strata are overpass, and large s-type foreset is developed underneath; (c)The bottom of the T40 interface is eroded and the overlying strata are overpass; the low-frequency, weak-medium continuous reflection and high-potential medium-frequency, continuous strong reflection in the transgressive system tract(TST) between T20 and T40; (d)T60 is the tectonic erosion surface

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图  5  珠江口盆地西部珠江组—韩江组海岸上超及海平面变化曲线

Figure  5.  The changes in coastal onlap points and the curve of sea level changes for Zhujiang-Hanjiang Formation in The Western Pearl River Mouth Basin

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5.   与Haq等全球海平面变化曲线对比

5.1   珠江口盆地西部海平面变化曲线

珠江口盆地西部自新近纪开始海平面变化包含了两个完整的二级海平面变化旋回(图 6)。

图  6  珠江口盆地海平面变化曲线与全球海平面变化曲线对比

Figure  6.  Sea level changes in the Western Pearl River Mouth Basin and correlation with global standard

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第一个二级旋回，时间为23.03~10.5MaBP。在23.03MaBP沉积期，珠江口盆地开始接受全面的海侵，神狐隆起逐渐淹没于水下，自珠江组开始，有孔虫的丰度逐渐增多，滨海的范围逐渐缩小，浅海的范围逐渐扩大。主要最大海泛面在钻井中出现两处：一是在18.3MaBP左右，在浮游有孔虫N6/N5带界线和钙质超微NN4/NN3带界线附近，是S2.1层序的最大海泛面，此时有孔虫丰度及分异度较高，沉积了全区稳定分布的龟背泥岩，与地震界面T50一致。二是S2.2的最大海泛面，年龄值为16.7MaBP，有孔虫丰度及分异度均较高。由WCB-6N-2井底栖有孔虫分布图可以看出，自1347m开始代表陆架—半深海的底栖有孔虫Uvigerina (葡萄虫属)以及Lenticulina (凸镜虫)、Martinottiella (节鞭虫)等明显增加(图 7)^{[3, 4, 26]}，推断古水深多为100~200m，主要为中浅海—外浅海沉积背景。

图  7  WCB-6N-2井特征底栖有孔虫分布图

Figure  7.  The distribution of characteristic benthic foraminifera in WCB-6N-2 well

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第二个二级层序，时间为10.5~2.5MaBP，由于本区的有孔虫样品所限，目前多数钻井仅可以观察到S3.1—S3.2两个层序，该段沉积期内主要参考莺琼盆地海平面变化^[27]，有孔虫丰度及分异度较高，底栖有孔虫均出现代表深水沉积环境的Robulus nikobare、Uvigerina striatissima等组合，结合莺琼盆地古水深变化，在5.2Ma整个陆架水体较深，海侵范围最广。

5.2   与Haq等全球海平面变化曲线对比

珠江口盆地西部海平面变化曲线与珠江口盆地东部海平面变化曲线总趋势较为吻合(图 6)，与盆地东部海平面变化曲线^[5]差异主要表现在层序界面的年龄及海平面变化的幅度不同，如S2.5的顶部，珠江口盆地东部顶界面年龄12.5Ma，本区S2.5的顶界面年龄10.5Ma。海平面下降的幅度也不及盆地东部强烈。产生这些区别的原因可能有两个方面：一是人为定量统计有孔虫存在误差所致；二是沉积物厚度计算时，忽略构造沉降幅度、不同岩性压缩比、地层倾角等因素导致最终海平面变化曲线幅度有差异。由于神狐隆起的阻隔，珠江口盆地西部海侵由东向西逐步推进，东部海侵时间略早于研究区。同时，本区界面年龄多采用最新的有孔虫及钙质超微事件年龄，与东部的微体古生物事件年龄标准略有差异。

本曲线图与全球海平面变化曲线图(图 6)比较可以看出，与Haq的全球海平面变化主要差异表现在中中新世—晚中新世海平面，全球海平面^[1]在中中新世—晚中新世较大的海退只出现一处，即在S3.1层序底界，本区则出现两处：一处在中中新世S2.5层序底界，另一处在晚中新世S3.1层序底界。全球海平面幅度最低的S3.1层序恰处于本曲线高部位，造成二级层序对比不协调，究竟是何原因，以下进行初步分析。

(1) 据ODP钻探资料，中中新世暖水群Globorotalia fohsi分布范围缩小，推断中中新世西北太平洋古海流由一个温带冷水浮游有孔虫动物群代替接近热带的早中新世动物群，在加里福尼亚、北和南大西洋^[16]，南太平洋中—低纬度深海钻孔^[7]等地区的新近纪中记录有相似的动物群变化，结合较多的氧同位素资料，可见14.5~13.6Ma左右δ¹⁸O值明显向正值偏移，指示气候变冷，南极冰盖形成(图 3)，与本区海平面变化曲线S2.5层序底部出现的海平面下降相对应。Haq等编制的全球海平面变化曲线对中中新世(大约14Ma前)这次气候变冷而引起的环太平洋和大西洋地区的大海退事件，没有反映在全球海平面变化曲线中。

(2) 中中新世晚期的S2.3—S2.5层序，由于钻井中有孔虫和钙质超微化石生物鉴定结果普遍以化石联合带出现，同时珠江口盆地西部主要以中—外陆架沉积环境为主，海平面波动对其影响较小，因此，有孔虫定量分析难以辨别联合层序S2.3—S2.5。结合1148航站Mi3的氧同位素加重事件与东部的海平面变化曲线，推断中中新世海平面最低点位于S2.5层序的底界(13.65Ma)。

(3) 全球海平面变化图中的大海退放在11.6Ma，钙质超微NN7带的顶部，所在的S3.1三级层序位于二级层序的最低部位，而珠江口盆地西部，此时海平面位于较高的位置，浮游有孔虫丰度和百分含量与相邻层位比较相对较高。本区的海退位于钙质超微化石带NN9带内部10.5Ma左右(图 6)，浮游有孔虫丰度及百分含量呈明显的下降趋势。

(4) 晚中新世(10~5Ma)的东沙运动时期，珠江口盆地西部发生构造热事件, 造成该区裂后热沉降过程中的断块差异升降运动、岩浆活动及断裂活动等。由于受区域热沉降的影响，本区10.5~5Ma的海平面升降曲线下降幅度较全球海平面小。

6.   结论

(1) 珠江口盆地西部新近系以来在全球海平面变化、区域构造运动和拗陷阶段的持续沉降的影响下形成了不同于海退型全球海平面变化的珠江口盆地西部台阶式海侵型相对海平面变化。新近纪海平面整体表现为一个大的上升过程，发育2个完整的二级旋回和15个三级旋回。

(2) S2.4层序底部出现的海平面下降与13.8Ma南极冰盖的形成、环太平洋和大西洋地区海平面下降相对应，结合本地区构造运动，盆地主要处于稳定沉降的拗陷阶段，弱化了海平面下降对沉积物的影响，在盆地内部没有明显的侵蚀面。

(3) 珠江口盆地西部最高海平面时期为上新世，即NN12—NN16带，其次为晚中新世早期，相当于NN7—NN8带以及早中新世NN3带顶部，高海平面时期形成的泥岩是全区十分理想的盖层, 与韩江—珠江组等低海平面时期的砂岩形成多套优质储盖组合。