目前珠江口盆地经过30多年的勘探，现已发现碳酸盐岩油田5个，含油构造3个，储量规模2.5亿t，展现了良好的勘探前景。前人针对珠江口盆地东沙隆起浅水区碳酸盐岩的研究表明，本区在新近系珠江组具有发育大规模碳酸盐岩台地的构造、沉积背景和石油地质条件^[1-5]。“十一五”、“十二五”技术攻关认为东沙隆起珠江组碳酸盐岩是在滨岸、潮坪等海陆过渡相基础之上发育起来的碳酸盐岩建隆，是中新世早期海侵背景下生长起来的追赶海平面上升的镶边台地，最终发育成为孤立台地^[1-5]。随着本区的勘探工作进入深水区，针对深水区碳酸盐岩的研究不足的缺点越来越明显。总结前人观点发现，珠江口盆地深水区在渐新统和中新统主要以陆架破折沉积、深水重力流和远洋深水沉积为主。在这样的地质背景下能否发育大规模的碳酸盐岩台地一直是悬而未决的地质问题^[5-10]。

本文在“十一五”、“十二五”研究的基础上，利用钻井、地震资料，对珠江口盆地深水区碳酸盐岩的发育地质背景、地质特征、地震响应特征以及深水区灰岩发育的主控因素进行了探讨。

1.   区域地质背景

1.1   南海新生代构造沉积演化及其对碳酸盐岩分布的控制

中国南海经历过两次被动大陆边缘的拉张运动，造就了现今南海的扩张与海侵事件。海水入侵产生了海相碳酸盐岩生长发育的基础地质条件。

南海在30~16Ma的扩张，其扩张的方向均为近南北向，反映了新特提斯不同时期弧后扩张的性质。南海总体是新特提斯加里曼丹古晋弧弧后扩张导致华南陆缘裂解的产物。南海的扩张与古南海俯冲-消减-拖曳有关^[11-14]。由于南海第2期(E₁—E₂)的俯冲-消减-拖曳，南海西北次海盆在渐新世(30~25Ma)第1期扩张，其结果是华南陆缘的西沙、中沙、礼乐及北巴拉望等微地块与华南陆块分离。南海西南次海盆在渐新世晚期—中新世早期(25~16Ma)第2期扩张，其结果是西沙、中沙与礼乐、北巴拉望微地块进一步分离，现今南海海盆基本成形(图 1)。

图  1  南海消亡与扩张示意图

(据朱伟林(2007)修编)

Figure  1.  Extinction and expansion of South China Sea

(after Zhu Weilin, 2007)

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南海碳酸盐岩分布受南海扩张控制表现在两方面:一方面，作为具有浅水、清水沉积背景的碳酸盐岩，平面上分布在南海海盆(深水)周边，并避开了南海周缘主要河流三角洲(浊水)发育区域。另一方面，南海各沉积盆地碳酸盐岩纵向上主要分布在渐新世—中新世(基本与南海扩张同步)，反映了古新世—始新世(南海扩张之前)各沉积盆地主要为陆相—海陆交互相，渐新世—中新世早、中期(南海扩张期)主要为适宜碳酸盐岩发育的浅海陆棚相、中新世中期至今(南海扩张期之后)主要为淹没碳酸盐台地的深水陆坡相的构造沉积背景，适宜碳酸盐岩发育的窗口期正是南海扩张期(图 2)^[11-15]。

图  2  南海沉积盆地碳酸盐纵向分布特征

（据董治斌，2015整理）

Figure  2.  The vertical distribution of carbonate in South China Sea Basins

(after DONG ZhiBin, 2015)

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1.2   珠江口盆地新生代构造演化

珠江口盆地新生代处于(新特提斯加里曼丹古晋弧)弧后扩张背景的华南大陆边缘，其构造演化包括3个阶段多幕次的演化过程：晚白垩世—早渐新世断陷裂谷阶段(对应于南海的第2期拉张-俯冲-消减)，晚渐新世—中中新世裂后断拗转换及热沉降阶段(南海第1期扩张)，中中新世以后新构造运动阶段(南海第2期扩张运动)。珠江口盆地随着南海的扩张-消减到南海的扩张，经历了盆地构造性质的转换，由弧后扩张的断陷盆地，而后转变为海陆过渡的陆架边缘盆地，最后随着南海的急剧扩张，盆地南缘快速沉降，转变为陆架边缘深水沉积^[16]。碳酸盐岩台地的形成、演化是这一海侵事件的最终物质表现。

1.3   白云深水区构造演化

南海北部深水区主要包括珠江口盆地南部水深300m以上区域。其北部向东沙隆起和番禺低隆起过渡，南部向双峰盆地过渡，主要包括白云凹陷、云开低凸起、云荔低凸起和含荔湾凹陷在内的南部隆起带等构造单元，其大部分构造区划处于珠江口盆地白云凹陷，故也称白云深水区(图 3)。

图  3  白云深水区碳酸盐岩采样钻井分布图

Figure  3.  Distribution map of sampling sites for carbonate in Baiyun deep water area

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珠江口盆地深水区位于珠江口盆地南缘向洋盆过渡的位置。其凹陷结构和沉积充填演化既具有类似于珠一坳陷的演化特征，又具有特殊性。

在古近纪古新世，珠江口盆地深水区(白云深水区)同珠一坳陷一样处于弧后拉张环境，受古南海第2期的俯冲-拖曳-消减作用影响，形成了多组正向和反向断裂分割成的多个半地堑，充填陆相湖盆地层。古新纪恩平世，陆壳快速减薄，湖盆由“断陷分隔”，形成统一的大断坳湖盆，并开始在盆地南缘局部位置发生小规模的海侵，珠一坳陷还没有发生海侵。

古近纪渐新世时期，古南海已经关闭，深水区受新南海第1期扩张作用的影响，开始接受比较大规模的海侵事件，形成了海陆过渡相到浅海陆架相－陆坡深水沉积体系，此时珠一坳陷更靠近内陆而发生海陆过渡的滨海沉积。该期是白云深水区碳酸盐岩初次较大规模发育的时期。

中新世深水区进一步沉降，逐步演变为陆坡深水环境。23.03Ma陆架坡折带位于南部隆起带附近，随着沉降加速，坡折带向北跃迁，到21.0Ma陆架坡折带稳定在白云凹陷北坡^{[8, 9]}。在白云凹陷发育大型盆底扇和斜坡扇。具有强烈下切特征的峡谷水道主要发育在凹陷北缘和西部断裂发育区^[16-18]。该期也是白云深水区碳酸盐岩镶边台地、火山建隆周缘碳酸盐岩台地较发育时期。

拗陷期粤海－万山组开放陆坡深水泥质沉积从10.5Ma至今海侵程度增强，陆架三角洲向海方向推进受到限制，沉积作用明显向北迁移，白云凹陷的沉积速率大大降低，只有少量的细粒或泥质沉积物进入到白云深水区，沉积以泥质为主，演变成单斜的开放陆坡环境^{[17, 18]}。

2.   单井地质发育特征

白云深水区钻井85口，碳酸盐岩井段钻厚0.51~317m，其中共有52口钻井钻遇碳酸盐岩，分布在白云凹陷、番禺低隆起、云开低凸起、云荔低凸起和南部隆起带(图 3)，主要发育在恩平组、珠海组及珠江组。由于钻井资料过多，仅选取B1、B2两口单井对白云深水区碳酸盐岩发育地质特征进行分析。

2.1   B1井

B1位于白云凹陷中部，水深达1036m。B1灰岩总厚355m，主要分布在珠海组和珠江组，是白云深水区少数存在礁灰岩的钻井。

B1缺失神狐组(地震资料)，新生代沉积演化经历了：①文昌组—恩平组中深湖泥质(烃源岩)沉积(地震资料)；②珠海组三角洲前缘砂质沉积(地震、钻井资料)；③珠海组—珠江组孤立碳酸盐台地(钻井资料)；④珠江组—韩江组—粤海组—万山组深水陆坡泥质沉积(钻井、地震资料)4个阶段。

B1珠海组(4870~4519m)主要为玄武岩，夹流纹岩、凝灰岩、英安岩、中—酸性火山岩。中间层段多处见结晶灰岩，如含硅粉—细晶灰岩、细—粉晶灰岩、含云巨—粗晶灰岩、细—粉晶灰岩及泥质细晶白云岩，见造礁生物海绵，反映B1火山建隆在珠海组顶部开始发育孤立台地，并出现生物礁、生屑滩、砂—砾屑滩。(图 4)

图  4  白云深水区白云凹陷B1钻井地质特征

Figure  4.  Carbonate lithology of well B1 in the Baiyun Depression of the Baiyun deep water area

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珠江组下段(4519~4075m)主要为孤立台地灰岩沉积。夹玄武岩、凝灰岩、酸性火山岩或中—酸性火山岩。珠江组灰岩见较多低能沉积的(含)颗粒微晶灰岩，也见较多高能及较高能沉积的亮晶生屑灰岩、微晶生屑灰岩、亮晶砾屑—砂屑灰岩，见造礁生物珊瑚、红藻、苔藓，含浮游有孔虫、底栖有孔虫等，反映B1火山建隆在珠江组发育的孤立台地也存在生物礁、生屑滩、砂-砾屑滩。珠江组上段以及韩江组-粤海组-万山组以浅灰、浅黑色泥岩为主，为淹没孤立台地的深水陆坡泥质沉积(图 4)。

B1井微量元素V/Ni和Sr/Cu、稀土元素Th/U及常量元素Al₂O₃/MgO在SB24.8、SB23.03、SB21等3个界面附近有较明显的反应(图 5)。V/Ni值从陆相到海相不断减小(可由海岸2.31降低到深海1.13)，界面附近该值变化较大，由高值(2~3.5)突变到低值(1±)，反映了界面附近暴露(低位体系域)-海侵(海侵体系域)的沉积序列。Sr/Cu值大于10属干热气候(反映海相咸水)，界面附近多小于10属温湿气候(反映大气淡水改造)。Th/U值界面附近也为突变。Al₂O₃/MgO值多为4以下低值，属干旱气候(咸水)，界面附近局部尖突高值属于温湿气候(大气淡水改造)。

图  5  白云深水区白云凹陷B1灰岩段微量元素、稀土元素及常量元素特征

Figure  5.  Geochemical characteristics of trace elements, rare earth element, major element of the limestones from B1 section of Baiyun Depression in Baiyun deep water area

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2.2   B2井

B2井新生代沉积演化与B1井类似(图 6)。

图  6  白云深水区云开低凸起B2钻井灰岩段地质及地震特征

Figure  6.  The geological and seismic characteristics of B1 limestone section on Yunkai lower uplift in Baiyun deep water area

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B2井揭示珠海组(3120~2834m)岩性主要为浅灰色泥质粉砂岩、浅灰色薄层砂岩、深灰色粉砂质泥岩，为三角洲前缘粉砂质沉积，GR中值；夹玄武岩、微晶灰岩，为混积陆棚沉积。珠江组(2750~2135m)主要为玄武岩，GR低值微齿状；玄武岩中夹薄层状灰岩及砂泥岩，灰岩岩性为含海绿石含泥砂质有孔虫灰岩、含有孔虫和海百合茎的微晶灰岩、生物屑灰岩等，砂泥岩岩性主要为含海绿石含有孔虫含泥砂质粉砂岩等；微晶灰岩见造礁生物珊瑚、红藻及苔藓虫碎屑(图 6)及红藻屑，反映B2火山建隆在珠江组发育的孤立台地存在生物礁、生屑滩。珠江组灰岩顶(2400m之上)为灰色泥岩、粉砂岩，反映B2珠江组孤立台地被淹没而出现混积的过程。珠江组-韩江组-粤海组-万山组为深水陆坡泥质沉积。

3.   地震识别及分布特征

前人对珠江口盆地浅水区碳酸盐岩台地利用地震相面法对外部形态(席状、箱型、丘状、不规则等)、内部结构(如振幅、频率、连续性等)及物理参数进行仔细分析对比，取得了许多认识^[14]，对比中生代、古生代碳酸盐岩台地发育特征^{[19, 20]}，发现其具有明显的独特性。而深水区发育的碳酸盐岩台地及生物礁更加具有比较特殊的几何、地震反射特征。在外部形态上，多呈丘状、箱型、透镜状、块状等。通常不具备成层性，呈现杂乱空白反射特征。受海平面升降影响，生物礁呈旋回性出现礁滩相互层，内部会出现前积、平行、波状等反射结构。深水区碳酸盐岩及生物礁顶部一般被海侵泥岩覆盖，其与灰岩形成巨大的波阻抗差异，常具有光滑连续的强反射界面。另外，由于生物礁与周围沉积体厚度之间的差异，两翼沉积物会上超于生物礁之上，依据上超点可确定生物礁的范围。碳酸盐岩台地底部一般呈光滑明显反射，但是常常因火山活动穿刺作用而出现断续、模糊反射。

3.1   碳酸盐岩台地地震识别

白云深水区主要发育两种类型的碳酸盐台地，一类是古隆起镶边台地，另一类是火山建隆孤立台地。

(1) 古隆起镶边碳酸盐台地

古隆起镶边碳酸盐台地具有面积大、厚度小(多小于50m)的特点，但其台内、台缘、斜坡生物礁厚度明显加大(50~100m)。白云深水区有利于碳酸盐岩及生物礁发育的古隆起多为古近系大面积岩浆岩建隆，主要发育在东沙隆起、云荔低凸起东南部及顺鹤隆起(图 7)，镶边台地就分布在这些古隆起边缘或之上。

图  7  白云深水区古近纪岩浆岩建隆和新近纪火山建隆

Figure  7.  The Palaeozoic igneous and Neogene volcanic build-ups in Baiyun deep water area

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东沙隆起镶边碳酸盐台地分布在东沙隆起向白云凹陷的自然延伸区域，台缘之上碳酸盐台地厚度相对较大，台缘之下混积陆棚厚度较薄，分布范围广(图 8)。碳酸盐台地主要发育在珠江组下段，台缘之下混积陆棚发育在珠江组顶部，此处恩平组—珠海组发育了强反射－低频厚度较大灰岩，为海侵初期隆起边缘镶边碳酸盐台地，分布范围较为局限，仅在隆起区分布。向西逐渐过渡为深水碎屑岩沉积，珠江组灰岩在其强振幅、内部空白杂乱反射消失位置尖灭。

图  8  白云深水区东沙隆起西南部镶边碳酸盐台地地震响应特征

Figure  8.  Seismic characteristics of a rimmed carbonate plateform in southwest Dongsha uplift of Baiyun deep water area

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云荔低凸起东南部镶边碳酸盐台地具有与东沙隆起类似的成礁条件，薄层台地相灰岩在古隆起基底之上广泛分布，灰岩主要发育层位为恩平组(图 9)。台地两侧均为相对深水的碎屑岩沉积，台地内部灰岩反射特征明显，为光滑平直的较强反射轴，台地内部有相对构造低, 灰岩强反射消失，指示了台间凹陷的灰岩缺失。灰岩段表征为连续强反射轴，见弱前积反射，向两翼碎屑岩沉积转换位置表现为强振幅尖灭，同时台地边缘发育台地边缘生物礁，其南东方向碳酸盐岩陆棚位于荔湾凹陷内部，发育疑似斜坡生物礁，特征较为明显。

图  9  白云深水区云荔低凸起东南部镶边碳酸盐台地地震响应特征

Figure  9.  Seismic characteristics of a rimmed of carbonate plateform in southeast Yunli lower uplift of Baiyun deep water area

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顺鹤隆起镶边碳酸盐台地在地震剖面上反映为两根较强反射轴，以隆起边界断层作为台地边缘，在云开低凸起发育混积陆棚。在此台地上搜索出的生物礁相对较少。

(2) 火山建隆孤立碳酸盐台地

火山建隆孤立碳酸盐台地具有面积相对较小、厚度相对较大(多大于100m)的特点。白云深水区孤立碳酸盐台地多发育在古近系小面积火山建隆之上。典型的有B-1孤立台地、云荔低凸起西南部孤立台地和荔湾凹陷西北部孤立台地。

B-1孤立台地发育在珠海组顶部及珠江组内部，分布范围限于火山岛周缘(图 10)。剖面上两翼坡度很大，灰岩尖灭部位同相轴明显减弱，中部同相轴下凹部位为明显火山口，靠近火山口部位受岩浆影响严重，内部出现空白反射。

图  10  白云深水区白云凹陷B1灰岩段过井地震特征

Figure  10.  Seismic characteristics of B1 limestone section of Baiyun depression in Baiyun deep water area

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云荔低凸起西南部孤立台地生物礁多与岩浆岩伴生(图 11)。该孤立台地发育在珠海组及珠江组底部，相对宽缓，为较强反射轴，内部见杂乱空白反射，并且底界面见同相轴的双向下超，灰岩在隆起区斜坡带强反射轴减弱及内部空白反射消失部位尖灭，两翼地层上超于强轴包络面之上。

图  11  白云深水区云荔低凸起西南部孤立碳酸盐台地地震响应特征

Figure  11.  Seismic characteristics of an isolated carbonate platform in southwest Yunli lower uplift, Baiyun deep water area

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荔湾凹陷西北部孤立台地主要发育层位在珠海组及珠江组下段底部。珠海组沉积初期，该火山隆起暴露，珠海组沉积中后期，该隆起被海水淹没，具明显“上拱”丘形体，为疑似孤立堡礁发育部位，向两翼同相轴振幅明显降低部位疑为碳酸盐岩建造结束部位，地震特征类似于云荔低凸起西南部孤立台地。

3.2   典型生物礁地震识别

在白云深水区东沙隆起西南缘、云荔低凸起、荔湾凹陷北缘、荔湾凹陷南缘及顺鹤隆起见较为典型的生物礁。

(1) 东沙隆起西南缘生物礁

东沙隆起南缘发育3个面积较大的生物礁，位于东沙隆起向南延伸带。①号生物礁位于台缘斜坡带上，表现为块状，顶底界面为连续强轴，内部亚平行—空白反射，中连续、低频，见低角度前积，其东部明显受火成岩影响呈杂乱的模糊带。②号生物礁位于台缘带上，表现为楔形，顶底界面均为光滑、干净强反射界面，内部同相轴能量中等，表现为低角度前积，生物礁受到火山基底持续抬升的影响而侧向迁移。③号生物礁位于台缘带内侧，与①号生物礁类似(图 12)。

图  12  白云深水区东沙隆起西南缘台缘-斜坡生物礁地震响应特征

Figure  12.  Seismic characteristics of the Platform edge - slope reef in southwest Dongsha uplift, Baiyun deep water area

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(2) 云荔低凸起生物礁

南部隆起带云荔低凸起西南部由于受新生代火山影响十分严重，灰岩、碎屑岩与火成岩混杂(图 13)。

图  13  白云深水区云荔低凸起南部生物礁地震响应特征

Figure  13.  Seismic characteristics of the reef in south Yunli lower uplift, Baiyun deep water area

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剖面(A)为台地内部点礁，地震上呈低丘反射外形，顶底界面干净、清晰，内部反射能量相对较低，具杂乱－前积反射结构。剖面(B)生物礁发育在古隆起边缘，外形为丘状，为古隆起台地边缘堡礁，其顶界为平行—亚平行强反射轴，上覆海侵层披覆于其上，底界受基底隆起影响，为中—弱振幅的强反射轴，内部杂乱—前积—空白反射结构，可见生物礁垂向建造和侧向(东南侧)前积。

(3) 荔湾凹陷南缘生物礁

荔湾凹陷南缘发育了一个比较典型的生物礁群(图 14)，呈阶梯状分布于基底古隆起侧翼的缓坡带上，最终发育到古隆起顶部，共发育了7个期次的生物礁，呈追补生长特征。

图  14  白云深水区荔湾凹陷南缘生物礁地震响应特征

Figure  14.  Seismic characteristics of the reef in south Liwan Sag, Baiyun deep water area

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7个期次生物礁发育特征相似，均具较明显丘状或低丘状或透镜状礁形，礁体顶部强反射，内部杂乱—空白反射，中—低连续。①号礁最早发育，⑦号最晚，可见明显上超反射，反映了海平面的逐步上升对生物礁生长的影响，最终形成了期次连续的生物礁群。

4.   发育规律及主控因素

国内对于南海早中新世碳酸盐岩的研究止步于20世纪90年代。近年来，在“十一五”、“十二五”的支持下，延续前人研究成果后又重新开展了一系列工作，取得了较大的进展。珠江口盆地深水区碳酸盐岩的发育规律同古生代和中生代碳酸盐岩相比，既存在很多共性的地方，又因为特殊的构造演化背景，导致其具有一定独特性。

(1) 珠江口盆地碳酸盐岩是在南海的扩张、消减的构造背景下生长形成的。随着海侵的不断加大，海平面不断上升，适合碳酸盐岩生长的隆起范围逐渐减小，导致碳酸盐岩发育面积从深水区逐渐向台地隆起高地不断溃缩，呈不断退积的特征。

(2) 珠江口盆地处于被动大陆边缘的裂陷区，深水构造区更是在南海扩张时期快速沉降变为陆坡乃至深水环境，没有形成大型、巨型碳酸盐岩台地的先天条件。由于强烈的快速拉张、掀斜作用，仅仅形成了一些古近世小规模的基岩隆起，碳酸盐岩往往生长发育于古隆起的边缘。

(3) 深水区在南海的第2次快速扩张期，海平面上升极为迅速，陆壳急剧减薄，海底火山活动尤为剧烈。火山活动在带来大量营养物质的同时，也形成了海底高地，为碳酸盐岩的生长发育提供了良好的地质场所。期间围绕火山生长发育，与火山沉积物间歇互层沉积成为一大特色地质现象。

5.   结论

(1) 白云深水区随着南海的2期扩张构造运动开始发育碳酸盐岩台地及生物礁建造。白云深水区存在较为广泛的灰质沉积。在火山建隆和构造继承性高部位往往发育灰岩和凝灰岩、玄武岩等火山岩的交互沉积。

(2) 白云深水区碳酸盐岩生物礁主要分布在东沙隆起西南缘、云荔低凸起、荔湾凹陷南缘，主要发育的层位在珠海组及珠江组，主要发育的类型为碳酸盐台地(含生物礁)和混积陆棚沉积。

(3) 深水区发育的碳酸盐岩台地及生物礁在外部形态上，多呈丘状、箱型、透镜状、块状等，通常不具备成层性，呈现杂乱空白反射特征。受海平面升降影响，生物礁呈旋回性出现礁滩相互层，内部会出现前积、平行、波状等反射结构。地质体的顶部具有光滑连续的强反射界面，底部常常被火山通道刺穿而形成模糊带。其中古隆起镶边台地范围发育广，主要在古隆起边缘发育，呈条带状分布，内部平行空白反射，底部平滑，而火山建隆孤立台地厚度大，以丘型为主，面积相对较小，呈散点与火山相关分布，底部模糊断续。

建议针对白云深水区碳酸盐岩开展层序地层研究，以体系域为单元编制沉积相平面图，精细查明碳酸盐岩目标体时空分布及碳酸盐岩储层分布。建议继续针对碳氧同位素、微量元素、稀土元素及常量元素反映SB24.8、SB23.03、SB21这3个界面附近存在的疑似3次暴露及大气淡水改造，进行灰岩储层发育特征研究。