“多元法”建立南海区域地层格架及其研究意义

2018-11-30宋双

石油地球物理勘探 2018年6期

宋双

(中海油研究总院有限责任公司，北京 100028)

1 概况

南海是西太平洋大陆边缘面积最大、水深最深的边缘海，位于2°30′～23°30′N，109°30′～121°50′E，北邻中国大陆，东接菲律宾群岛，南依加里曼丹和苏门答腊群岛，西抵中南半岛，南北长约2900km，东西宽约1600km，总面积约为350×104km2，平均水深为1212m，中央海盆部分平均水深超过4000m，最大水深达5559m。南海在新生代处于欧亚板块、太平洋板块和印度—澳大利亚板块的交会处，受特提斯构造域的影响，经历了复杂的构造演化历程，形成了裂谷、推覆、走滑拉分等多种构造，发育陆壳、过渡地壳和洋壳等类型，被誉为“地球上最好的天然实验室”[1-3]。多年以来，由于勘探程度不一，资料分布分散，品质差异较大，南海南、北地层一直未能统一，制约着油气勘探进展。本文以覆盖南海科考区域地震大剖面(图1)为基础，采用“多元法”综合多种地球物理资料开展地震地质层位标定和对比、解释，进行了南海南、北统层，建立区域地层格架，分析地层展布特征，为进一步的地质综合研究和油气勘探提供基础。

图1 南海区域地震测线分布图红色为科考测线

2 “多元法”层位综合标定与识别

南海区域地层覆盖范围广，界面特征复杂，难以开展准确的层位标定与识别。本文采用“多元法”(图2)，即综合利用高勘探程度区钻井地震地质层位标定结果进行地震引层、其他探区收集的地震资料解释成果辅助层位识别、ODP(大洋钻探)资料层位标定及南海磁异常条带定年标定等方法，开展层位标定与识别。

2.1 钻井层位标定结果地震引层

南海科考区域地震大剖面覆盖范围较广，可以利用其邻近的高勘探程度区(如珠江口、琼东南和礼乐盆地等)的钻井资料，根据钻井分层信息及地震地质层位标定结果，归纳、总结地震反射波组特征，对比、引层到钻井分布稀少或无钻井区域(图2a)，在科考区域地震大剖面上准确识别地层。

2.2 地震解释成果辅助层位标定

在其他勘探程度较高的地区(如万安、曾母、北康和文莱—沙巴盆地等)，研究成果比较丰富[4-7]。根据定年地震剖面，利用数字化手段，按坐标等比例投影到低勘探程度区，将定年地震剖面与科考地震大剖面立体交叉，在相交的闭合点，参考地震波组及界面反射特征和地层产状等辅助低勘探程度区层位标定(图2b)。

2.3 ODP资料确定层位

在南海洋壳区，地震资料稀少，则主要采用ODP资料标定层位。大洋钻探通过研究海底岩石和沉淀物所包含的大量地质和环境信息，获得地球的演化过程和变化趋势。本文根据钻探井位与南海科考地震大剖面的相对位置，将大洋钻探1431、1433井投影到科考测线上，根据井位分层数据、岩性变化，结合科考测线界面地震反射特征、地层深度等确定地层年代(图2c、图2d)。

2.4 磁异常条带定年标定层位

在大洋钻探无法标定层位的洋壳区域，借鉴磁异常条带定年标定。由于南海扩张，地幔膨胀形成热对流，地球磁极倒转磁化，形成正、负相间的条带状磁异常。结合最新的磁异常地层年代表，每个磁异常条带都对应一个地质时代年龄(图2e)，即指示该时期基底之上沉积地层的最老年龄。例如C6a磁条带(22.6Ma)对应T60地震反射界面(上渐新统顶面)，表示该磁条带位置洋壳之上沉积最老地层年龄为22.6Ma，为中新统沉积。因此，在无钻井标定资料地区，可以借鉴磁异常条带年龄，标定科考测线地层年代。

通过“多元法”标定地震地质层位，确定了T100、T80、T70、T60、T50、T40等六个地震反射界面，具体界面地震反射特征见表1，每个界面上、下地层地球物理属性特征见表2。

表1 反射界面特征分析表

3 区域大剖面地震地质解释

地震反射界面的形成与区域构造运动具有很好的对应关系。地层由老到新，分别对应礼乐运动、西卫运动、南海运动、洋壳跃迁、南沙运动一幕以及南沙运动二幕[8-18]。其中，T100地震反射界面(前新生界顶)为礼乐运动形成。中生代南海处于欧亚板块—太平洋板块“双板块汇聚”体系。新生代早期，开始由挤压作用转为拉张作用，从而形成区域性不整合界面，其后开始裂陷，形成盆地。T80地震反射界面(始新统顶)由西卫运动形成，在古南海俯冲作用下，曾母地块与婆罗洲地块碰撞，古南海逐渐开始消亡于婆罗洲之下，在婆罗洲北部形成逆冲增生楔，三角洲沉积开始并向北推进。T70地震反射界面(下渐新统顶)受南海运动影响，中渐新世早期，新南海开始扩张、破裂，导致南海南、北两侧形成区域性不整合面，并且随着新南海自东向西的扩张，不整合面逐渐向西迁移，中央海盆形成，海相沉积范围扩大。T60地震反射界面(上渐新统顶)对应南海洋壳跃迁，随着新南海的扩张，在晚渐新世末期，受区域应力场变化的影响，南海中央海盆扩张方向发生改变，由东西向扩张转变为北东—南西向扩张，西南次海盆打开。南沙运动分为两幕，其中T50地震反射界面(下中新统顶)对应南沙运动一幕，其成因为南沙地块与婆罗洲地块碰撞，古南海消亡殆尽，新南海扩张停止，该时期在南部曾母盆地和文莱—沙巴盆地发育三角洲沉积，沉积环境为海陆过渡相；T40地震反射界面(中中新统顶)对应南沙运动二幕，苏禄海扩张导致卡加延脊与巴拉望、礼乐地块的碰撞，在巴拉望岛和礼乐盆地南部形成大量逆冲断层，区域上以挤压应力场为主，沉积环境为深海相。

北部的琼东南盆地与南部的礼乐盆地沉积地层有差别。始新统在琼东南盆地不发育，上渐新统在礼乐盆地不发育(图3)，两个盆地之间地层是如何过渡的一直未有定论。本文根据构造活动和地层界面形成的关系及上述地层地震反射特征，利用“多元法”开展区域大剖面地震地质解释，建立南海区域地层格架。其中，以FF′地震大剖面(图3)为例，该剖面长度为1120km，呈北西—南东向，横跨中央海盆，首次揭示了中央海盆区域沉积地层特征，主要沉积下中新统及其以上地层。上渐新统及其之前沉积地层主要分布在北部的琼东南盆地以及南部的礼乐盆地，下中新统及其以上地层在区域上达到了南北统一。中央海盆裂开的距离达到了550km，火山活动活跃，受火山活动影响，断层近乎直立，火山两侧的地层向中间具有双向上超的特点。

图3 FF′地震地质解释大剖面(测线位置见图1)

4 区域地层展布特征

在南海区域地震大剖面解释的基础上，分析南海新生代地层展布规律。始新统—下渐新统主要分布在南部的礼乐及北康盆地(图4a)和北部的珠江口盆地、琼东南盆地局部凹陷内，这些区域沉积厚度较大，而在大型隆起区始新统—下渐新统基本不发育，地层缺失边界与南海磁异常条带边界相似；上渐新统—下中新统展布范围逐渐扩大(图4b)，在北部局部隆起区、南部礼乐盆地台地局部位置不发育；下中新统基本覆盖全区，只是在洋盆中心位置未沉积，研究认为早中新世南海仍处于持续扩张阶段末期，扩张趋于结束，故下中新统出现条带状小范围沉积缺失；中中新世以后区域构造趋于稳定，地层全区分布(图4c)。

同时,南海区域地层受新南海扩张控制,可以分为三个阶段：①前扩张期(古新世—早渐新世)，新南海尚未扩张，古新统及始新统地层分布比较局限，主要分布在中央海盆两侧盆地中的深层(图4a、图3)。②同扩张期(晚渐新世—早中新世)，新南海由北东往南西逐渐扩张，中央海盆区域无沉积地层，上渐新统主要沉积在中央海盆东部区域；晚渐新世末由于洋中脊跃迁，中央海盆西南部逐渐打开，上渐新统及以下地层主要沉积在其南北两侧(图4b、图3)。③后扩张期(中中新世—现今)，由于新南海扩张的停止，区域构造运动趋于稳定，中中新世及后期地层分布范围扩大，全区普遍发育(图4c、图3)[19-22]。