“多元法”建立南海區(qū)域地層格架及其研究意義

宋 雙

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

1 概況

南海是西太平洋大陸邊緣面積最大、水深最深的邊緣海，位于2°30′～23°30′N，109°30′～121°50′E，北鄰中國大陸，東接菲律賓群島，南依加里曼丹和蘇門答臘群島，西抵中南半島，南北長約2900km，東西寬約1600km，總面積約為350×104km2，平均水深為1212m，中央海盆部分平均水深超過4000m，最大水深達(dá)5559m。南海在新生代處于歐亞板塊、太平洋板塊和印度—澳大利亞板塊的交會處，受特提斯構(gòu)造域的影響，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化歷程，形成了裂谷、推覆、走滑拉分等多種構(gòu)造，發(fā)育陸殼、過渡地殼和洋殼等類型，被譽(yù)為“地球上最好的天然實驗室”[1-3]。多年以來，由于勘探程度不一，資料分布分散，品質(zhì)差異較大，南海南、北地層一直未能統(tǒng)一，制約著油氣勘探進(jìn)展。本文以覆蓋南?？瓶紖^(qū)域地震大剖面(圖1)為基礎(chǔ)，采用“多元法”綜合多種地球物理資料開展地震地質(zhì)層位標(biāo)定和對比、解釋，進(jìn)行了南海南、北統(tǒng)層，建立區(qū)域地層格架，分析地層展布特征，為進(jìn)一步的地質(zhì)綜合研究和油氣勘探提供基礎(chǔ)。

圖1 南海區(qū)域地震測線分布圖紅色為科考測線

2 “多元法”層位綜合標(biāo)定與識別

南海區(qū)域地層覆蓋范圍廣，界面特征復(fù)雜，難以開展準(zhǔn)確的層位標(biāo)定與識別。本文采用“多元法”(圖2)，即綜合利用高勘探程度區(qū)鉆井地震地質(zhì)層位標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行地震引層、其他探區(qū)收集的地震資料解釋成果輔助層位識別、ODP(大洋鉆探)資料層位標(biāo)定及南海磁異常條帶定年標(biāo)定等方法，開展層位標(biāo)定與識別。

2.1 鉆井層位標(biāo)定結(jié)果地震引層

南海科考區(qū)域地震大剖面覆蓋范圍較廣，可以利用其鄰近的高勘探程度區(qū)(如珠江口、瓊東南和禮樂盆地等)的鉆井資料，根據(jù)鉆井分層信息及地震地質(zhì)層位標(biāo)定結(jié)果，歸納、總結(jié)地震反射波組特征，對比、引層到鉆井分布稀少或無鉆井區(qū)域(圖2a)，在科考區(qū)域地震大剖面上準(zhǔn)確識別地層。

2.2 地震解釋成果輔助層位標(biāo)定

在其他勘探程度較高的地區(qū)(如萬安、曾母、北康和文萊—沙巴盆地等)，研究成果比較豐富[4-7]。根據(jù)定年地震剖面，利用數(shù)字化手段，按坐標(biāo)等比例投影到低勘探程度區(qū)，將定年地震剖面與科考地震大剖面立體交叉，在相交的閉合點，參考地震波組及界面反射特征和地層產(chǎn)狀等輔助低勘探程度區(qū)層位標(biāo)定(圖2b)。

2.3 ODP資料確定層位

在南海洋殼區(qū)，地震資料稀少，則主要采用ODP資料標(biāo)定層位。大洋鉆探通過研究海底巖石和沉淀物所包含的大量地質(zhì)和環(huán)境信息，獲得地球的演化過程和變化趨勢。本文根據(jù)鉆探井位與南海科考地震大剖面的相對位置，將大洋鉆探1431、1433井投影到科考測線上，根據(jù)井位分層數(shù)據(jù)、巖性變化，結(jié)合科考測線界面地震反射特征、地層深度等確定地層年代(圖2c、圖2d)。

2.4 磁異常條帶定年標(biāo)定層位

在大洋鉆探無法標(biāo)定層位的洋殼區(qū)域，借鑒磁異常條帶定年標(biāo)定。由于南海擴(kuò)張，地幔膨脹形成熱對流，地球磁極倒轉(zhuǎn)磁化，形成正、負(fù)相間的條帶狀磁異常。結(jié)合最新的磁異常地層年代表，每個磁異常條帶都對應(yīng)一個地質(zhì)時代年齡(圖2e)，即指示該時期基底之上沉積地層的最老年齡。例如C6a磁條帶(22.6Ma)對應(yīng)T60地震反射界面(上漸新統(tǒng)頂面)，表示該磁條帶位置洋殼之上沉積最老地層年齡為22.6Ma，為中新統(tǒng)沉積。因此，在無鉆井標(biāo)定資料地區(qū)，可以借鑒磁異常條帶年齡，標(biāo)定科考測線地層年代。

通過“多元法”標(biāo)定地震地質(zhì)層位，確定了T100、T80、T70、T60、T50、T40等六個地震反射界面，具體界面地震反射特征見表1，每個界面上、下地層地球物理屬性特征見表2。

表1 反射界面特征分析表

3 區(qū)域大剖面地震地質(zhì)解釋

地震反射界面的形成與區(qū)域構(gòu)造運動具有很好的對應(yīng)關(guān)系。地層由老到新，分別對應(yīng)禮樂運動、西衛(wèi)運動、南海運動、洋殼躍遷、南沙運動一幕以及南沙運動二幕[8-18]。其中，T100地震反射界面(前新生界頂)為禮樂運動形成。中生代南海處于歐亞板塊—太平洋板塊“雙板塊匯聚”體系。新生代早期，開始由擠壓作用轉(zhuǎn)為拉張作用，從而形成區(qū)域性不整合界面，其后開始裂陷，形成盆地。T80地震反射界面(始新統(tǒng)頂)由西衛(wèi)運動形成，在古南海俯沖作用下，曾母地塊與婆羅洲地塊碰撞，古南海逐漸開始消亡于婆羅洲之下，在婆羅洲北部形成逆沖增生楔，三角洲沉積開始并向北推進(jìn)。T70地震反射界面(下漸新統(tǒng)頂)受南海運動影響，中漸新世早期，新南海開始擴(kuò)張、破裂，導(dǎo)致南海南、北兩側(cè)形成區(qū)域性不整合面，并且隨著新南海自東向西的擴(kuò)張，不整合面逐漸向西遷移，中央海盆形成，海相沉積范圍擴(kuò)大。T60地震反射界面(上漸新統(tǒng)頂)對應(yīng)南海洋殼躍遷，隨著新南海的擴(kuò)張，在晚漸新世末期，受區(qū)域應(yīng)力場變化的影響，南海中央海盆擴(kuò)張方向發(fā)生改變，由東西向擴(kuò)張轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|—南西向擴(kuò)張，西南次海盆打開。南沙運動分為兩幕，其中T50地震反射界面(下中新統(tǒng)頂)對應(yīng)南沙運動一幕，其成因為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞，古南海消亡殆盡，新南海擴(kuò)張停止，該時期在南部曾母盆地和文萊—沙巴盆地發(fā)育三角洲沉積，沉積環(huán)境為海陸過渡相；T40地震反射界面(中中新統(tǒng)頂)對應(yīng)南沙運動二幕，蘇祿海擴(kuò)張導(dǎo)致卡加延脊與巴拉望、禮樂地塊的碰撞，在巴拉望島和禮樂盆地南部形成大量逆沖斷層，區(qū)域上以擠壓應(yīng)力場為主，沉積環(huán)境為深海相。

北部的瓊東南盆地與南部的禮樂盆地沉積地層有差別。始新統(tǒng)在瓊東南盆地不發(fā)育，上漸新統(tǒng)在禮樂盆地不發(fā)育(圖3)，兩個盆地之間地層是如何過渡的一直未有定論。本文根據(jù)構(gòu)造活動和地層界面形成的關(guān)系及上述地層地震反射特征，利用“多元法”開展區(qū)域大剖面地震地質(zhì)解釋，建立南海區(qū)域地層格架。其中，以FF′地震大剖面(圖3)為例，該剖面長度為1120km，呈北西—南東向，橫跨中央海盆，首次揭示了中央海盆區(qū)域沉積地層特征，主要沉積下中新統(tǒng)及其以上地層。上漸新統(tǒng)及其之前沉積地層主要分布在北部的瓊東南盆地以及南部的禮樂盆地，下中新統(tǒng)及其以上地層在區(qū)域上達(dá)到了南北統(tǒng)一。中央海盆裂開的距離達(dá)到了550km，火山活動活躍，受火山活動影響，斷層近乎直立，火山兩側(cè)的地層向中間具有雙向上超的特點。

圖3 FF′地震地質(zhì)解釋大剖面(測線位置見圖1)

4 區(qū)域地層展布特征

在南海區(qū)域地震大剖面解釋的基礎(chǔ)上，分析南海新生代地層展布規(guī)律。始新統(tǒng)—下漸新統(tǒng)主要分布在南部的禮樂及北康盆地(圖4a)和北部的珠江口盆地、瓊東南盆地局部凹陷內(nèi)，這些區(qū)域沉積厚度較大，而在大型隆起區(qū)始新統(tǒng)—下漸新統(tǒng)基本不發(fā)育，地層缺失邊界與南海磁異常條帶邊界相似；上漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)展布范圍逐漸擴(kuò)大(圖4b)，在北部局部隆起區(qū)、南部禮樂盆地臺地局部位置不發(fā)育；下中新統(tǒng)基本覆蓋全區(qū)，只是在洋盆中心位置未沉積，研究認(rèn)為早中新世南海仍處于持續(xù)擴(kuò)張階段末期，擴(kuò)張趨于結(jié)束，故下中新統(tǒng)出現(xiàn)條帶狀小范圍沉積缺失；中中新世以后區(qū)域構(gòu)造趨于穩(wěn)定，地層全區(qū)分布(圖4c)。

同時,南海區(qū)域地層受新南海擴(kuò)張控制,可以分為三個階段：①前擴(kuò)張期(古新世—早漸新世)，新南海尚未擴(kuò)張，古新統(tǒng)及始新統(tǒng)地層分布比較局限，主要分布在中央海盆兩側(cè)盆地中的深層(圖4a、圖3)。②同擴(kuò)張期(晚漸新世—早中新世)，新南海由北東往南西逐漸擴(kuò)張，中央海盆區(qū)域無沉積地層，上漸新統(tǒng)主要沉積在中央海盆東部區(qū)域；晚漸新世末由于洋中脊躍遷，中央海盆西南部逐漸打開，上漸新統(tǒng)及以下地層主要沉積在其南北兩側(cè)(圖4b、圖3)。③后擴(kuò)張期(中中新世—現(xiàn)今)，由于新南海擴(kuò)張的停止，區(qū)域構(gòu)造運動趨于穩(wěn)定，中中新世及后期地層分布范圍擴(kuò)大，全區(qū)普遍發(fā)育(圖4c、圖3)[19-22]。

圖4 南海區(qū)域地層展布平面特征(a)始新統(tǒng)—下漸新統(tǒng); (b)上漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng); (c)中中新統(tǒng)—第四系

5 南海區(qū)域地層格架研究意義

(1)首次建立南海區(qū)域地層格架，開展南、北盆地地震統(tǒng)層，解決了在地層認(rèn)識方面存在的分歧，為以后的研究工作提供了基礎(chǔ)。

(2)為南海新生代盆地劃分提供了依據(jù)(圖5)。利用區(qū)域地震大剖面解釋成果，結(jié)合重磁資料反演的新生界厚度，可以劃分出17個盆地，從而對南海盆地分布有了新的認(rèn)識。

(3)區(qū)域地層格架的建立，為深部莫霍面特征的研究提供了資料基礎(chǔ)。結(jié)合重磁資料反演的莫霍面深度(圖6)，利用區(qū)域地震大剖面可以識別莫霍面反射特征(圖7)，從而可以揭示南海深部地殼活動特征。

圖5 南海新生代盆地劃分圖

圖6 南海莫霍面深度圖

6 結(jié)論

(1)在勘探程度低或者鉆井少地區(qū)，可以采用“多元法”進(jìn)行地震地質(zhì)層位的識別和對比、解釋。

(2)區(qū)域地層格架的建立解決了南海南、北盆地一直以來在地層認(rèn)識方面存在的分歧。

(3)區(qū)域地層格架的建立為對揭示新南海擴(kuò)張、南北兩側(cè)盆地地層對比、莫霍面研究等均具有重要科學(xué)意義。