付超,于興河,金麗娜,董亦思,單新,何玉林
1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 1000832.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 1000293.國家海洋局第一海洋研究所海洋沉積與環(huán)境國家海洋局重點實驗室,山東青島 2660614.國土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510760
瓊東南盆地鶯歌海組重力流沉積演化過程
付超1,于興河1,金麗娜1,董亦思2,單新3,何玉林4
1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 1000832.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 1000293.國家海洋局第一海洋研究所海洋沉積與環(huán)境國家海洋局重點實驗室,山東青島 2660614.國土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510760
瓊東南盆地是我國重要的油氣富集區(qū)和水合物前景區(qū),研究其深水沉積體系的展布和演化過程對于油氣和水合物勘探具有重要意義。利用高精度三維地震資料,對瓊東南甘泉凸起西部陸坡沉積體系進(jìn)行研究。通過地震相識別的方法,分析了該地區(qū)濁積水道和滑塌體兩種不同成因沉積體的沉積特征:濁積水道受底流作用影響,和陸坡走向平行,發(fā)育有不對稱的天然堤;通過地震剖面的精細(xì)解釋,在水道上部和下部發(fā)育兩套滑塌體:下部滑塌體為正?;w,由多期的滑塌過程組成,滑塌體疊置現(xiàn)象明顯;上部為水道注入型滑塌體,由于外部流體的注入,使水體的密度和黏度下降,故滑塌范圍較廣,成層性明顯。通過均方根屬性切片與沉積模式重建的方法,將其沉積過程分成三期:即滑塌、侵蝕和再滑塌并受底流改造三個階段。
滑塌;濁積水道;沉積特征;演化過程;瓊東南盆地
瓊東南盆地位于南海北部陸坡上,晚中新世重力流沉積十分發(fā)育,鶯歌海組主要發(fā)育滑塌與濁積水道沉積[1-3]。濁積水道和滑塌體垂向上相互疊置,平面上相互交切[4]。從地震剖面上,瓊東南盆地鶯歌海組中可以識別出兩套滑塌體,其滑塌體的類型、發(fā)育規(guī)模、沉積特征均不相同[5-6],滑塌沉積類型多樣,需進(jìn)一步明確其成因機制。
隨著對深海油氣和礦產(chǎn)的勘探,滑塌體由于其獨特的儲集特性而日益受到關(guān)注。G?rler[7]提出滑塌堆積體的概念,將其定義為外來巖塊的沉積,形成于陸殼拉張分裂階段的陸坡或沉積盆地陡坡上。Walkeretal.[8]在研究滑塌體分類時提出了經(jīng)典的海底扇模式。Hecketal.[9]對滑塌體的形成背景和沉積特征進(jìn)行研究。李勝利等[10]在研究瓊東南盆地新近紀(jì)構(gòu)造沉降特征中指出該地區(qū)不同時期沉降速率不同。Gongetal.[3]在瓊東南盆地中央峽谷附近識別出兩套滑塌體,但并未對其形成機制和演化過程進(jìn)行研究。本研究以瓊東南盆地鶯歌海組為例,對鶯歌海組不同類型的滑塌體沉積特征進(jìn)行介紹與對比,并分析瓊東南水道伴生重力流沉積演化過程。
Stow[11]和Apeletal.[12]提出單相等深流對深水砂體的改造作用;Shepard[13]和Boumaetal.[14]局限區(qū)域內(nèi)(海底峽谷)的底流和潮汐流也可以對滑塌體進(jìn)行改造。前人研究普遍認(rèn)為外部流體注入,會對滑塌體的展布和物性有較大的改變。瓊東南地區(qū)滑塌體與濁積水道相互疊置、復(fù)雜錯亂,濁積水道和滑塌體間相互疊置,故其沉積演化有待重建。
瓊東南盆地位于海南島以南、西沙群島以北的海域,本次研究區(qū)位于盆地西南部,工區(qū)面積400 km2,工區(qū)呈NE—SW向展布,水深西高東低,平均水深1 500~2 000 m,地形非常平緩(圖1A)。
瓊東南盆地經(jīng)歷了裂陷期(65~20 Ma)、熱沉降期(20~5 Ma)和新構(gòu)造運動期(5~0 Ma)三個構(gòu)造運動期次[15-16]。形成南斷北超的特點,構(gòu)造區(qū)劃在平面形態(tài)上呈菱形,具有明顯的“南北分帶、東西分塊”特征,表現(xiàn)為“三坳兩隆”的構(gòu)造格局(圖1B)[10,17]。瓊東南盆地裂陷期的主要沉積過程受紅河斷裂的走滑運動控制,紅河斷裂在35~20 Ma,為左旋走滑;5.5 Ma之后為右旋走滑。這次構(gòu)造反轉(zhuǎn)引起的沉積失穩(wěn),使滑塌體在鶯歌海組廣泛發(fā)育[18]。
圖1 研究區(qū)位置、地形與綜合柱狀圖A.海底地形特征;B.瓊東南構(gòu)造分區(qū)圖;C.瓊東南地區(qū)晚漸新統(tǒng)—更新統(tǒng)綜合柱狀圖Fig.1 Location, topography and integrated histogram of Qiongdongnan Basin
本研究的主要層段為上新統(tǒng)的鶯歌海組(圖1C),為一套海平面逐漸下降,以泥巖粉砂巖為主的淺海—半深海沉積相沉積[16,19-20]。上覆地層為第四系樂東組,以淺灰色、綠灰色黏土(巖)為主,夾薄層粉砂、細(xì)砂,富含生物屑,未成巖。下覆地層為中新統(tǒng)黃流組,由于該時期海平面逐漸上升,故為一套粒度向上變細(xì)的半深?!詈3练e[21-22]。
瓊東南盆地滑塌體主要為南部陸坡進(jìn)積型供源,甘泉隆起為該區(qū)滑塌提供物源[22-23],其長軸方向為NW向堆積。研究區(qū)濁積水道為西北方向,與紅河水系平行。依據(jù)前人的鋯石和重礦物研究認(rèn)為濁積水道物源為西北部紅河水系和越南東部水系[19,23-25]。濁流作用受平行于中央峽谷的地形影響,多形成近NEE向水道。根據(jù)Gongetal.[24]研究,該地區(qū)的鹽度差異引起海底底流較為發(fā)育,底流對濁積水道的走向有一定作用,使其與中央峽谷走向方向更加平行,進(jìn)而其發(fā)育方向和早期形成的滑塌體近乎垂直[26-27]。同時由于水道物源與滑塌體完全不同,因此可以對其產(chǎn)生一定的侵蝕和改造。
瓊東南盆地深水區(qū)鉆井較少,但地震測線覆蓋廣,因此借助地震地層學(xué)方法,綜合研究目的層各沉積相的沉積特征[28]。通過地震相識別,認(rèn)為雜亂相為滑塌體、充填相為水道,楔狀下超相為天然堤[24,29]。將一系列的剖面按其發(fā)育平行排列,通過不同剖面的邊界和內(nèi)部同相軸的樣式來研究各沉積體的沉積特征。
2.1 滑塌體
瓊東南地區(qū)在地震剖面上可以識別出兩種類型的滑塌體:正?;w和水道注入型滑塌體。Martinsen[30]對滑塌體內(nèi)部進(jìn)行三分,劃分為頭部、體部和尾部。本次研究依據(jù)地震剖面對每個部分的沉積特征進(jìn)行描述。
2.1.1 正常滑塌體
通過地震識別等方法,在水道沉積的底部,可以發(fā)現(xiàn)大量早上新世的滑塌體(2 100 ms處),在地震剖面上厚度多在75 m之上,形狀呈現(xiàn)出丘形和楔形,與其他地層之間呈現(xiàn)逐漸尖滅的漸變接觸關(guān)系,或者是近乎垂直的突變接觸關(guān)系,連續(xù)性差—中、振幅中—弱。剖面D—A滑塌體的寬度變化不大(圖2),內(nèi)部反射整體較為雜亂說明其搬運粒度較粗,為雜亂堆積。從剖面深度上可以看出,上上新統(tǒng)時地形坡度不大,故滑塌體無法獲得更大的能量繼續(xù)滑動,從而不易連續(xù)滑動,進(jìn)而發(fā)育為限制型滑塌體。
通過分析丘狀地震相發(fā)育的方位和規(guī)模,認(rèn)為研究區(qū)可識別多個滑塌體相互疊置。扇體在滑塌過程中尾部常有的擠壓逆沖構(gòu)造發(fā)育,通過應(yīng)力分析,認(rèn)為滑塌體處于擠壓應(yīng)力環(huán)境,也說明搬運體在研究區(qū)內(nèi)已經(jīng)演變?yōu)樗樾剂??;w的剖面特征顯示逆沖斷層為由南向北的應(yīng)力擠壓形成的,指示其滑塌體的重力流是從南部斜坡帶流入研究區(qū)域。王英民等[31]認(rèn)為滑塌體是沉積在東南部斜坡上的第四紀(jì)沉積物在一定的誘發(fā)機制作用下,沿南東—北西向流入研究區(qū),流動過程中形成了碎屑流,在平坦開闊地帶流體逐漸失去動能,形成目前研究區(qū)的塊體搬運沉積體系。
根據(jù)Frey-Martínezetal.[32]對滑塌體的分類,早上新統(tǒng)形成的滑塌體多為限制性滑塌體。剖面D為滑塌體頂部,內(nèi)部同相軸雜亂,整體較均一;剖面C為兩期相互疊置滑塌體,滑塌體內(nèi)部開始出現(xiàn)分層現(xiàn)象,即滑塌體上部同相軸較為雜亂,而下部同相軸較為連續(xù);剖面B為滑塌體的體部,其底部剪切作用十分明顯;剖面A為滑塌體的根部,顯示出限制性滑塌體的前端擠壓撓曲。
2.1.2 水道注入型滑塌體
在水道沉積的上部,也發(fā)育一期大規(guī)模的滑塌體(2 000 ms處),在地震剖面上厚度多在30 m左右,形狀呈現(xiàn)出楔形和席狀相。該期滑塌體在平面上分布規(guī)模較大;在尾部,反射同相軸由斷續(xù),振幅中—弱向同相軸連續(xù)變化,未出現(xiàn)小型逆沖構(gòu)造。同時水道注入型滑塌體下切侵蝕能力有限,與下覆沉積體整合接觸(圖3)。
剖面D為改造型滑塌體的頂部,內(nèi)部同相軸較為雜亂,具有和正?;w相似的為尾部;剖面C、B為滑塌體部,滑塌體寬度增加很快,同相軸內(nèi)部逐步趨于平行,說明粒度逐漸變細(xì)。剖面A為滑塌體的底部,呈現(xiàn)席狀雜亂相,同相軸連續(xù),主要沉積作用由塊體搬運沉積向漫溢沉積轉(zhuǎn)化。
2.1.3 兩類滑塌體對比
通過兩期滑塌體沉積特征的對比,發(fā)現(xiàn)上部滑塌體的流動性要遠(yuǎn)優(yōu)于底部滑塌體。臨近研究區(qū)的LS-33-1有測井曲線(圖4),其井位于嶺南低凸起西北側(cè),和甘泉低凸起相聚小于40 km,構(gòu)造背景與工區(qū)一致[20,33-34]。上鶯歌海組粒度較細(xì),多為塊狀泥和粉砂質(zhì)沉積,雜基支撐;而下鶯歌海組,粒度相對較粗,為較為均質(zhì)的正粒序,顆粒支撐。從測井曲線上認(rèn)為下部正?;w的測井曲線自然伽馬值幅度變化較大,呈現(xiàn)為多期不對稱的漏斗形;而上部水道注入型滑塌體,伽馬值變化不大,整體較為平緩。
通過對研究區(qū)西北部的順滑塌物源方向的地震剖面進(jìn)行解釋,在2 020 ms處可以識別多期楔狀雜亂相疊置,滑塌體頭部具有小型的逆沖構(gòu)造,頭部—體部—尾部較為均一,這種為正?;练e。而在2 000 ms處可以見到席狀雜亂相,其局部可見連續(xù)的同相軸,但整體較為雜亂,沿伸范圍較大,厚度較薄,這些特征被認(rèn)為是水道注入型滑塌體的地震標(biāo)志[35-36]。
圖2 正?;w沉積特征和模式圖Fig.2 The sedimentary characteristics and model of normal slump sheet
圖3 水道注入型滑塌體沉積特征和模式圖Fig.3 The sedimentary characteristics and model of slump sheet reconstructed by underflow channel
上部滑塌體為水道注入型滑塌體,由于濁積水道的注入,引入大量濁流的細(xì)粒沉積物,斜坡上未固結(jié)部分和濁流相互混合,降低其流動的黏度,流動性增強,故滑塌面積較大,而下切侵蝕能力較弱。同時由于濁積水道發(fā)育大量的天然堤復(fù)合體,其粒度較細(xì),在未完全成巖的條件下可以為上部滑塌體向下滑動起到潤滑作用。而底部的滑塌體多由沉積失穩(wěn)引起的,粒度較粗,下切侵蝕作用十分明顯,發(fā)育規(guī)模有限。通過對工區(qū)內(nèi)上新世進(jìn)行時間切片,發(fā)現(xiàn)下鶯歌海組滑塌體呈現(xiàn)多期疊置的現(xiàn)象,故認(rèn)為其形成過程沒有外界流體的干擾,為正?;w。
2.2 濁積體系
上新世,紅河水系和海南島沉積物大量供給,紅河斷裂帶由左旋走滑轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚呋沟贸练e水動力條件增強[37-39]。由于濁流能量較強,形成的大型水道或溝槽內(nèi)部充填著高含砂率的垂向加積序列。水道及天然堤復(fù)合體沉積體系主要發(fā)育于陸坡下傾方向,該體系由水道充填沉積、近緣天然堤、遠(yuǎn)源天然堤、決口扇、水道末端朵葉體組成。該類沉積體系多發(fā)育在陸坡底部和盆地內(nèi)部。水道通常一直保持濁流特征,其代表相對長期的沉積物搬運通道[40-41]。天然堤為沉積物重力流溢出堤岸并側(cè)向延伸超過水道邊緣的細(xì)粒沉積。由于重力流漫溢隨時速下降很快,致使近源天然堤很厚而遠(yuǎn)源很薄,呈現(xiàn)海鷗翼狀。
結(jié)合地震剖面識別(圖5),在研究區(qū)內(nèi)自西向東識別出多期水道—天然氣堤沉積體系。圖中剖面F為深切的“V”型單水道,主要發(fā)育于水道頂部,坡度較陡,隨著向東坡度的減緩,水道限制作用的減弱,剖面E中水道形態(tài)演變?yōu)椤癢”型,水道深度變小,甚至在剖面C中,水道發(fā)生了分叉,后期逐漸演化為雙水道。這一系列的水道演化正符合地貌自西向東的階梯狀減小。水道內(nèi)部同相軸也發(fā)生改變,剖面F、E、D多為充填前積相和充填雜亂相,說明水道頂部沉積充填速度較快,剖面B、A水道內(nèi)部變?yōu)槌涮钇叫邢啵捎谒雷儨\,在尾端主要沉積細(xì)粒的沉積物。
圖4 LS-33-1綜合柱狀圖,兩期滑塌體井震對比(井位見圖 1)Fig.4 Integrated histogram of LS-33-1,comparison the core-seismic between two kings of slump
圖5 濁積水道沉積特征及模式圖Fig.5 The sedimentary characteristics and model of turbidite channel
通過上新世的地震切片可以識別出不同時期沉積相的展布規(guī)律,選取10 ms為時窗提取RMS屬性,根據(jù)LS-33-1的井震標(biāo)定,其高值區(qū)代表粒度較粗的沉積體[42],再利用剖面各個時期的層位進(jìn)行分解,從而保證各個時期演化過程中平面和剖面的一致?;谏鲜龈鞒练e體的沉積特征,以基準(zhǔn)面旋回為依據(jù),按1 Ma的時間尺度,將上新統(tǒng)鶯歌海組劃分成三個階段(圖6):沉積失穩(wěn)—滑塌階段、水道發(fā)育侵蝕階段和多重作用—再滑塌階段。
3.1 沉積失穩(wěn)—滑塌階段
碎屑流滑塌體為該時期的主要沉積體,單個滑塌體的規(guī)模較小。從RMS振幅屬性圖上可以識別出,單個滑塌體的面積小于50 km2,發(fā)生多期滑塌體疊置的現(xiàn)象明顯,整個滑塌區(qū)呈NWW向垂直陸坡展布(圖7A)。該期滑塌體的主要特征為滑塌體整體均勻,下切剪切能力較強。從剖面上丘狀雜亂相和楔狀雜亂相發(fā)育,證明該時期碎屑流整體搬運能力較強。體部和尾部搬運能力相近,搬運過程在尾部有限制性滑塌特征,表現(xiàn)為小型的逆沖構(gòu)造。
早期的滑塌體發(fā)育于鶯歌海組底部,在早上新世由南部的甘泉隆起供源?;w分布有限,滑塌體周圍可見小型滑塊,為滑塌過程中從滑塌體上散落的部分。除滑塌部分,其余從地震剖面上為連續(xù)強反射現(xiàn)象,反映了其深?!肷詈:5准?xì)粒沉積物。
該階段研究區(qū)西北部可識別水道充填沉積,而在研究區(qū)南部主要為大量的楔狀雜亂相沉積。通過恢復(fù)該時期的古地貌,此時研究區(qū)坡度為新近紀(jì)以來最大的。該階段的水道和滑塌體主要受重力作用,相互間沒有發(fā)生交切。
3.2 水道發(fā)育—侵蝕階段
受侵蝕下切作用形成的水道,受海底底流的作用下發(fā)生側(cè)向遷移。并在晚上新世時期流進(jìn)研究區(qū),對滑塌體進(jìn)行切割。同時由于滑塌體使海底地形不平,故侵蝕水道一般發(fā)育兩邊不對稱的天然堤。由于水道侵蝕下切能量有限,故河道水流滿溢顯現(xiàn)明顯,發(fā)育大規(guī)模的滿溢席狀砂,在剖面上反應(yīng)為同相軸連續(xù),偶見下超。根據(jù)Sprague[43]對水道的分類,將其歸為水道層。受遠(yuǎn)端紅河水系和中央峽谷的影響,其水道內(nèi)部多充填濁流沉積體。粒度較細(xì)的正粒序堆積,并且在河流發(fā)育初期快速充填現(xiàn)象較為明顯。在水道的尾端發(fā)育朵葉體。
圖6 瓊東南盆地新近系沉積演化的三個階段A. RMS屬性圖;B.沉積相展布圖Fig.6 The three stages of Neogene sedimentary evolution
圖7 瓊東南盆地鶯歌海組重力流沉積演化過程示意圖A.沉積失穩(wěn)—滑塌階段演化階段;B.水道發(fā)育—侵蝕階段;C 再滑塌階段演化階段Fig.7 The gravity flow deposit process schematic model of the Yinggehai Formation in Qiongdongnan Basin
從分頻屬性切片和相干體技術(shù)上可以識別出水道的流動方向和范圍。研究區(qū)內(nèi)有兩條水道,根部分成兩個分支水道(圖7B),以NEE向注入滑塌體內(nèi)。該時期的水道從剖面上多為“U”型和“W”型,研究發(fā)育大量天然堤復(fù)合體對上一階段形成的滑塌體進(jìn)行覆蓋。
3.3 多重作用—再滑塌階段并受底流改造
該期主要發(fā)育滑塌體,但其不同于滑塌階段的滑塌體,其同相軸連續(xù)性增強,內(nèi)部雜亂現(xiàn)象不明顯,并且頭部有明顯的變大,表現(xiàn)為頭部大于體部的特征。該期滑塌體發(fā)育較大,不僅全工區(qū)內(nèi)發(fā)育,在甘泉隆起—嶺南低凸起都有發(fā)育。該階段海平面繼續(xù)上升,隨著來自紅河水系和南部的物源不斷供給,使其滑塌過程不僅有來自西南向濁積水道的沉積物,同時也混合了南部供源的滑塌體堆積物。
在平面上出現(xiàn)大規(guī)?;w,其滑塌體規(guī)??梢愿采w整個研究區(qū)。通過恢復(fù)該時期的古地貌,可以發(fā)現(xiàn)該時期地勢相對較平。該期滑塌體主要由于水道注入對其物性的改變,以及濁積水道的細(xì)粒天然堤復(fù)合體對滑塌體移動的潤滑作用所共同作用的結(jié)果。認(rèn)為是由于中部水道的注入,推測顆粒間接觸關(guān)系有原來的顆粒接觸變成雜基接觸,不僅整體粒度變細(xì),并且其流動性增強。
(1) 通過地震相識別和屬性提取的方法,分析了該地區(qū)水道和滑塌體兩種主要沉積體的特征:伴生水道受底流遷移作用影響,和陸坡走向平行,發(fā)育有不對稱的天然堤,對下覆的滑塌體下切作用明顯,下切剖面形態(tài)發(fā)育有“V”、“U”、“W”和復(fù)合型;滑塌體可以分成兩期,底部正常滑塌體和頂部底流改造滑塌體,其中正常滑塌體粒度較粗,滑塌范圍有限,多期疊置現(xiàn)象明顯。底流改造滑塌體,粒度相對較細(xì),范圍較大,與底部滑塌體相比具較高的可流動性。
(2) 底流注入是引起兩期滑塌體不同的主要原因,濁積水道濁流的細(xì)粒沉積物注入滑塌體內(nèi),使滑塌體的密度和黏稠度下降,更便于流動;除此之外大面積的天然堤還在滑塌體底部形成有利于其滑動的潤滑層。
(3) 結(jié)合早更新世后的時間切片和地震相垂向演化特征,將研究區(qū)第四系分成滑塌、侵蝕和再滑塌三個階段,從演化過程上比較各期滑塌體的異同。上新統(tǒng)鶯歌海組沉積期,滑塌體分布規(guī)模和范圍不斷發(fā)生改變,由南部供源逐步轉(zhuǎn)為東南供源。
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Sedimentary Evolution of Gravity Flow Disposition of Yinggehai Formation in Qiongdongnan Basin
FU Chao1,YU XingHe1,JIN LiNa1,DONG YiSi2,SHAN Xin3,HE YuLin4
1. China University of Geoscience (Beijing), Beijing 100083, China2. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China3. Key Laboratory of Marine Sedimentology and Environment Geology, First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao, Shandong 266061, China4. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China
Qiongdonan Basin is one of China’s important hydrocarbon and hydrate-bearing basin. The study of its sedimentary characteristic and deep water deposition system evolution plays a significance role to the future exploration. Based on the high precision 3D seismic data, we analysis the depositional system of the western of Ganquan Uplift in the deep area of Qiongdongnan Basin. Through the method of seismic attribute extraction and recognition, we distinguish the sedimentary characteristics of two different sedimentary bodies, including turbiditic channel and slump. The channel, influenced by the bottom flow, is parallel with the continental slope of South China Sea and combining with the asymmetric levee. Through seismic section interpretation, we can also distinguish the two sets of slide disposition. The bottom slide is a kind of normal disposition with several variable period. The top slide disposition, due to the injection of bottom flow, has a lower density and viscosity. Because of the decrease of the density and viscosity of water, these kinds of slide have wide influence range and significantly layered property. With the help of RMS-attribute slice and sedimentary reconstruction of Yinggehai Formation, we divide the evolution into three stages: the stage of sliding, the stage of erosion by bottom flow channel, and the stage of re-sliding.
slump; turbidite channel; sedimentary characteristics; sedimentary evolution; Qiongdongnan Basin
1000-0550(2017)03-0552-09
10.14027/j.cnki.cjxb.2017.03.013
2016-07-15; 收修改稿日期: 2016-08-30
國家自然科學(xué)基金項目(41272132);國家專項項目(GZH2011003-05-02-02)[Foundation: National Natural Science Foundation of China.No.41272132; National 127 Project. No. GZH2011003-05-02-02]
付超,男,1992年出生,碩士研究生,沉積學(xué),E-mail: fuchaopjb@163.com
于興河,男,教授,E-mail: billyu@cugb.edu.cn
P618.13 P512.2
A