駱帥兵,張莉,徐國(guó)強(qiáng),王笑雪,雷振宇,余秋華,帥慶偉
1.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510075
2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059
自Sloss提出層序概念以來(lái),后續(xù)學(xué)者對(duì)此開(kāi)展了不同程度的研究。Mitchum等將頂?shù)酌嬉圆徽厦婊蚺c之可以對(duì)比的整一界面為界,成因上有聯(lián)系的一套地震反射層定義為地震層序[1];Sangree在一個(gè)等時(shí)地層單元內(nèi)開(kāi)展沉積相研究,建立了有別于巖性地層單元的地震地層學(xué)時(shí)代[2];Vail等在地震地層學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上,建立了受全球海平面變化、構(gòu)造、物源供給條件控制的年代地層框架模式,即Exxon層序地層模式[3];隨后20多年,又先后提出了多種層序地層模式,并逐漸形成3大主流的層序地層模式:沉積層序?qū)W(Vail)、成因?qū)有颍℅alloway)和高分辨率層序(Cross)以及我們熟知的5種獨(dú)立模式[3-8];Cross等提出針對(duì)4級(jí)以下層序的高分辨層序地層學(xué)模式[7]。這些模式的提出,盡管在一定程度上推動(dòng)和促進(jìn)了層序地層學(xué)的發(fā)展,但各學(xué)派間在層序模式、概念上所存在的差異或矛盾使得層序地層學(xué)沒(méi)有一個(gè)正確的標(biāo)準(zhǔn)尺度;Catuneanu等根據(jù)海平面升降變化與基準(zhǔn)面旋回之間的關(guān)系,通過(guò)定義一個(gè)層序由海進(jìn)、高位正常海退、強(qiáng)制海退和低位正常海退4種沉積成因類(lèi)型構(gòu)成而將層序地層學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化[6]。
中國(guó)對(duì)南海的層序地層學(xué)研究主要集中在南海北部[9-12],經(jīng)過(guò)近20多年的相關(guān)工作,海相地層的層序系統(tǒng)已經(jīng)基本建立[13-17],但對(duì)于南海南部北康-曾母盆地,由于中國(guó)暫無(wú)鉆井,而國(guó)外在該地區(qū)的研究多為構(gòu)造和沉積演化方面,因此在層序界面、體系域特征以及層序樣式等方面尚不明確。
本文充分利用二維地震資料,通過(guò)識(shí)別典型的地震反射終止關(guān)系來(lái)明確層序界面,開(kāi)展相鄰界面內(nèi)部精細(xì)刻畫(huà)來(lái)分析層序內(nèi)幕結(jié)構(gòu)、堆砌方式及成因單元,并采用Catuneanu提出的層序地層學(xué)4分法來(lái)開(kāi)展層序地層學(xué)研究[6],建立北康-曾母盆地中中新世以來(lái)的體系域特征及層序地層樣式,為該地區(qū)深水油氣勘探提供基礎(chǔ)資料。
北康和曾母盆地為中國(guó)南海南部海域內(nèi)新生代含油氣盆地,兩者之間以廷賈斷裂帶相隔。其中,北康盆地為位于南沙地塊西南緣上的斷陷盆地,總面積約 4×104km2,最大沉積厚度約 12000 m,水深范圍 100~1200 m,盆地可劃分為三隆三坳,共6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。曾母盆地位于曾母、巽他地塊會(huì)聚帶上,是被走滑斷裂復(fù)雜化的周緣前陸盆地[18-22],總面積約 17×104km2,最大沉積厚度約 16000 m,主體水深<500 m,盆地可劃分為8個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。兩盆地新生代地層發(fā)育齊全,從下往上,劃分出 Tg、T5、T4、T3、T2和 T1共 6個(gè)關(guān)鍵地質(zhì)界面,其中,在早中新世晚期—中中新世中期存在一個(gè)區(qū)域明顯的、同裂谷至裂后的轉(zhuǎn)換帶,Cullen稱之為南海不整合[23],Madon等使用“早中新世不整合”(EMU)這個(gè)術(shù)語(yǔ)[24],而 Krebs、Hutchison 和Vijayan則傾向術(shù)語(yǔ)MMU,因?yàn)樗粡V泛使用[25-26],為了避免MMU和EMU術(shù)語(yǔ)相關(guān)年齡差異的問(wèn)題,以及對(duì)太大的范圍造成影響(南海不整合面),Steuer等恢復(fù)了舊的術(shù)語(yǔ)‘Red Unconformity’(紅色不整合)[27]?;贛ulu-1和Bako-1井的鉆井結(jié)果[24],本文定義該不整合面的年代為早中新世和中中新世的分界(T3),響應(yīng)于南沙運(yùn)動(dòng),為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用的結(jié)果。
圖1 北康-曾母盆地構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 The tectonic zoning of Beikang basin
由于中國(guó)在該地區(qū)沒(méi)有鉆井,在收集借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上,利用地震資料,主要通過(guò)識(shí)別地震反射終止關(guān)系以及縱向上的沉積趨勢(shì)來(lái)確定層序界面。研究發(fā)現(xiàn),北康-曾母盆地主要的地震反射終止關(guān)系有上超、下超、頂超、離超(退覆)、削截、不整合等(圖2),其中,上超、頂超以及離超(退覆)主要發(fā)育在陸架邊緣和陸架坡折帶處,下超主要發(fā)育在大陸架和下陸坡處,削截、不整合主要發(fā)育在構(gòu)造高部位或構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈區(qū),在深水盆地區(qū),由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較弱,層序界面主要通過(guò)縱向上沉積趨勢(shì)的變化來(lái)識(shí)別。
圖2 北康-曾母盆地層序界面主要反射終止關(guān)系Fig.2 The main reflectance termination relation of sequence interface in Beikang-Zengmu basin
通過(guò)研究地震反射終止標(biāo)志、不整合面以及沉積趨勢(shì),在北康-曾母盆地中中新世以來(lái)的地層中,劃分了14個(gè)三級(jí)地震層序界面,分別命名為SB1-SB14(圖3)。其中,SB11、SB8和SB1為區(qū)域性不整合面,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局將其分別命名為T(mén)1、T2和T3反射界面,其主要地震反射特征為:
圖3 北康-曾母盆地中中新世以來(lái)層序地層界面地震測(cè)線AA′位置見(jiàn)圖1。Fig.3 Sequence stratigraphic interface since middle Miocene in Beikang-Zengmu basinThe location of AA′ seismic line is in Fig.1.
(1)SB11層序界面
該界面為第四紀(jì)與上新世地層分界面,廣泛發(fā)育于北康-曾母盆地陸架-陸坡區(qū)域,主要表現(xiàn)出高頻、中-強(qiáng)振幅、較連續(xù)反射的特征,局部可見(jiàn)沉積趨勢(shì)在該界面發(fā)生變化的現(xiàn)象。
(2)SB8層序界面
該反射界面為上新世與中新世地層分界面,在北康-曾母盆地陸架-深水盆地區(qū)域廣泛發(fā)育,主要表現(xiàn)出高頻、中-強(qiáng)振幅、較連續(xù)反射的特征。界面上下反射層發(fā)生輕微變形或末變形,往往表現(xiàn)為上超尖滅,偶有削截。
(3)SB1層序界面
該反射界面為中中新世和晚中新世地層分界面,為北康-曾母盆地廣泛發(fā)育的大型區(qū)域性角度不整合,主要表現(xiàn)出中頻、中-強(qiáng)振幅、連續(xù)反射的特征??梢?jiàn)大量削截、角度不整合現(xiàn)象。
關(guān)于層序內(nèi)部體系域的劃分,不同學(xué)者之間存在較大的分歧,Vail等和Haq等認(rèn)為層序內(nèi)部由海進(jìn)、高水位和低水位3種類(lèi)型的體系域構(gòu)成[3, 28];Hunt等對(duì)其進(jìn)一步修整,提出層序的四分模式[29-30];Catuneanu等強(qiáng)調(diào)一個(gè)層序主要受海平面升降變化和基準(zhǔn)面變化之間的相互關(guān)系所影響,并將已有的層序地層學(xué)基本概念及術(shù)語(yǔ)做了規(guī)范化的定義,提出一個(gè)層序由海進(jìn)、高位正常海退、強(qiáng)制海退和低位正常海退4種成因單元構(gòu)成(圖4)[6]。
本文主要采用Catuneanu等的劃分方案,通過(guò)對(duì)整體橫跨北康、曾母兩個(gè)盆地的BB′測(cè)線開(kāi)展層序地層內(nèi)幕結(jié)構(gòu)精細(xì)解釋與刻畫(huà),識(shí)別出外陸架、陸架邊緣、沉積坡折帶和深水凹陷4個(gè)沉積構(gòu)造單元和海進(jìn)、高位正常海退、強(qiáng)制海退和低位正常海退4種成因單元構(gòu)成。中中新世以后地層發(fā)育齊全,是研究北康-曾母盆地中中新世以來(lái)層序地層格架特征的典型剖面(圖5)。
下面對(duì)體系域特征及BB′測(cè)線層序地層內(nèi)幕結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。
高位體系域發(fā)育于相對(duì)海平面或基準(zhǔn)面緩慢上升至緩慢下降且較穩(wěn)定時(shí)段,地層以加積-前積的方式堆砌,底面為最大海進(jìn)面,頂面為陸上不整合面+強(qiáng)制海退底面(CC1)[6],主要由河流、前積型三角洲、淺海-深海陸架、向盆地方向收斂的泥質(zhì)楔和盆地區(qū)發(fā)育的密集段組合而成(圖4a)。
圖4 4 種體系域典型成因單元樣式特征[6]Fig.4 The four typical genetic element style characteristics of system tract[6]
BB′測(cè)線上較為典型的高位正常海退主要發(fā)育于SB1-SB2、SB10-SB11和SB13-SB14層序內(nèi),每個(gè)高位正常海退內(nèi)部可見(jiàn)外陸架中-強(qiáng)振幅、連續(xù)的席狀反射和向盆地方向下超、收斂的楔狀弱-中振幅、較連續(xù)反射。SB1-SB2、SB10-SB11層序內(nèi)部的高位正常海退可見(jiàn)丘狀不連續(xù)、側(cè)向加積反射和斜坡處向盆地下超收斂的弱反射帶,揭示為河流(三角洲朵葉橫切面)和高位泥質(zhì)楔(圖5)。
圖5 BB′測(cè)線層序地層格架特征地震測(cè)線BB′見(jiàn)圖1。Fig.5 The section characteristics of BB′ sequence stratigraphic framework The BB′ seismic line is in Fig.1.
強(qiáng)制海退體系域發(fā)育于相對(duì)海平面或基準(zhǔn)面快速下降時(shí)段,地層以下降前積的方式堆砌。底面為陸上不整合面+強(qiáng)制海退底面(CC1),頂面為陸上不整合面+強(qiáng)制海退頂面(CC2)[6],強(qiáng)制海退體系域最明顯的特征為其發(fā)育的兩種下降前積樣式,一種為穿過(guò)三角洲水下分流河道,頂面被水流沖刷削平,而呈現(xiàn)出沒(méi)有降階的下降前積;另一種為偏離水下分流河道,頂面呈離超、降階方式的下降前積(圖4b)。
BB′測(cè)線上較為典型的強(qiáng)制海退主要發(fā)育于SB8-SB9和SB12-SB13層序內(nèi),主要處于高位正常海退的斜坡之上,每個(gè)強(qiáng)制海退內(nèi)部可見(jiàn)向盆地的高角度傾斜反射層,其下發(fā)育弱振幅側(cè)向加積-前積層,或弱振幅丘狀反射體,為強(qiáng)制海退期發(fā)育于水下的三角洲朵葉及濁積層斜切面,是典型的三角洲-濁積扇沉積體系的地震響應(yīng)。不同的是,發(fā)育于SB12-SB13層序內(nèi)的3個(gè)非常清楚的強(qiáng)制海退準(zhǔn)層序,其中1和2兩個(gè)準(zhǔn)層序頂面為陸表不整合或過(guò)路沖刷面,具有顯著的侵蝕、削截特征;3準(zhǔn)層序頂面呈明顯的高程下移,以離超方式堆積(圖5)。
低位體系域發(fā)育于相對(duì)海平面或基準(zhǔn)面緩慢下降至緩慢上升且較穩(wěn)定時(shí)段,地層以加積-向盆地進(jìn)積或加積-向陸退積的方式堆砌,底面為陸上不整合面+強(qiáng)制海退頂面(CC2),頂面為最大海退面,由向陸地方向退積三角洲、退積斜坡扇(回春扇)和向盆地方向進(jìn)積的水下前積楔構(gòu)成(圖4c)。
BB′測(cè)線上較為典型的低位正常海退主要發(fā)育于SB5-SB6和SB11-SB12層序內(nèi),分布于斜坡和凹陷盆地區(qū)域,總體呈退積趨勢(shì),發(fā)育向陸地遷移的盆底扇和斜坡扇,其沉積坡折(或岸線)遷移軌跡呈凹面向上,均顯示低位正常海退沉積特征。SB5-SB6層序內(nèi)低位正常海退下斜坡處發(fā)育丘狀堆積的三角洲朵葉為河流相,凹陷盆地區(qū)域?yàn)槿跽穹瞻追瓷?,泥巖為主,淺海陸架相。SB11-SB12層序低位正常海退上斜坡-下斜坡區(qū)域,分別發(fā)育加積、側(cè)向加積、前積層,以及傾斜反射之下丘狀反射,為低位三角洲沉積體系的地震響應(yīng),盆地區(qū)域發(fā)育向陸地遷移的盆底扇、斜坡扇;加積層表現(xiàn)為連續(xù)性差的弱-中振幅反射,推測(cè)為水下的前三角洲相沉積(圖5)。
海進(jìn)體系域發(fā)育于海平面或基準(zhǔn)面快速上升時(shí)段,地層以向陸地退積的方式堆砌,底面為最大海退面,頂面為最大海進(jìn)面,主要由海進(jìn)早期上陸坡重力流沉積、退積型三角洲和陸架-陸坡相泥頁(yè)巖組合而成(圖4d)。
BB′測(cè)線上較為典型的海進(jìn)主要發(fā)育于SB10層位上下,表現(xiàn)為系列海進(jìn)沉積,地層堆砌方式總體表現(xiàn)為“千層餅”堆積。在外陸架區(qū)域,層狀特征清晰,靠近盆地的大部分區(qū)域,為塊狀泥巖的弱振幅空白反射,層狀特征不明顯。沉積過(guò)程中水體不斷加深,地層由于含鈣質(zhì)或灰質(zhì)而振幅略大(圖5)。
中中新世之后,北康-曾母盆地進(jìn)入被動(dòng)邊緣大陸沉積階段,由早期的斷陷-裂陷沉積演變?yōu)閰^(qū)域熱沉降作用[28-34],其層序地層樣式主要受沉積物供應(yīng)量大小、可容空間增量變化以及相對(duì)海平面變化共同影響[35]。開(kāi)展CC′測(cè)線層序內(nèi)幕結(jié)構(gòu)精細(xì)解釋(圖6),通過(guò)層序內(nèi)部地層結(jié)構(gòu)及相分布關(guān)系研究與分析發(fā)現(xiàn),該剖面SB1以來(lái),發(fā)育了在海退-海進(jìn)過(guò)程中的強(qiáng)制海退、低位體系域和海進(jìn)體系域,根據(jù)其內(nèi)部不同地層結(jié)構(gòu)堆砌方式和沉積特征,提出了3種北康-曾母盆地陸架邊緣三角洲-深水扇沉積體系樣式:① 陸架邊緣富砂型三角洲進(jìn)積楔(發(fā)育于強(qiáng)制海退和低位體系域內(nèi)),② 退積型生物礁(發(fā)育于海進(jìn)體系域內(nèi)),③ 陸架邊緣富砂-富泥型退積楔(發(fā)育于海進(jìn)體系域內(nèi))。
圖6 北康-曾母盆地陸架邊緣三角洲-深水扇沉積層序發(fā)育特征CC′地震測(cè)線位置見(jiàn)圖1,層位數(shù)值單位為Ma。Fig.6 The sand-rich delta wedge sequence stratigraphic framework at shelf edgeThe CC′ seismic line is in Fig.1, the unit of horizon value is Ma.
主要發(fā)育于SB1-SB2、SB2-SB3、SB3-SB4、SB4-SB5層序內(nèi)的強(qiáng)制海退和低位體系域,在相對(duì)海平面或基準(zhǔn)面的下降-緩慢上升時(shí)期,河流帶來(lái)大量陸源碎屑沉積物,沉積于陸架邊緣-斜坡-盆地區(qū)域,砂體整體呈現(xiàn)向盆地進(jìn)積的趨勢(shì),形成富砂型的三角洲前積楔。其主要特征有:
在強(qiáng)制海退沉積早期,砂體主要發(fā)育于陸架邊緣,表現(xiàn)為低頻強(qiáng)振幅連續(xù)反射,反映三角洲前緣相砂體為主,砂泥骨架地層分布穩(wěn)定;到強(qiáng)制海退中-晚期,由于陸源碎屑供應(yīng)量大于可容空間增大速率以及海岸線推移到陸架邊緣,砂體隨著逐漸變陡的陸架邊緣沉積坡折不斷向盆地進(jìn)積,F(xiàn)R表現(xiàn)為側(cè)向加積的傾斜強(qiáng)反射(含砂),其下發(fā)育規(guī)模較大的深水扇,呈中頻中振幅較連續(xù)反射,丘狀外形,內(nèi)呈雜亂狀,反映高含砂特征。
在低位正常海退時(shí)期,相對(duì)海平面或基準(zhǔn)面最低,且處于緩慢上升階段,陸架邊緣的深切溝谷(三角洲前緣溝)已經(jīng)形成,為砂體不斷的進(jìn)積至盆底提供通道。此時(shí)期發(fā)育3種典型沉積體,即:含砂量較高的盆底扇、斜坡帶具有水道和天然堤的斜坡扇和表現(xiàn)為向盆地振幅減弱的丘狀上超體,整體表現(xiàn)出盆底到斜坡再到盆地的退積—加積—進(jìn)積模式(圖7)。
圖7 陸架邊緣富砂型三角洲進(jìn)積楔層序地層樣式Fig.7 The sand-rich delta wedge sequence stratigraphic patten at shelf edge
主要發(fā)育于SB5-SB6、SB6-SB7、SB7-SB8層序內(nèi)的海進(jìn)體系域,從SB5開(kāi)始發(fā)育生物礁,到SB8結(jié)束。該時(shí)期相對(duì)海平面或基準(zhǔn)面快速上升,生物礁總體呈向陸地方向退積的趨勢(shì),礁體范圍不斷縮小,內(nèi)部地層整體表現(xiàn)為退積堆砌(圖8)。
圖8 退積型生物礁層序地層樣式Fig.8 The regressive organic reef sequence stratigraphic patten
主要發(fā)育于SB8以來(lái)各層序內(nèi)的海進(jìn)和高位體系域。在相對(duì)海平面或基準(zhǔn)面快速上升到緩慢上升-緩慢下降且較穩(wěn)定時(shí)段內(nèi),由于可容空間增量遠(yuǎn)大于沉積物供應(yīng)量,陸源粗粒物質(zhì)(砂體)無(wú)法通過(guò)河流搬運(yùn)至斜坡-盆地區(qū)域,而是在陸架邊緣-外陸架區(qū)域,整體呈向陸地退積的趨勢(shì)堆砌,陸源細(xì)粒物質(zhì)(泥巖)隨海水漂浮至陸架邊緣-斜坡區(qū)域,整體呈向盆地收斂的楔狀體,形成富砂-富泥型退積楔。其主要特征有:
海進(jìn)期沉積主要分布于外陸架-陸架邊緣-斜坡區(qū),在外陸架區(qū)局部可見(jiàn)波狀(丘狀)強(qiáng)振幅反射,發(fā)育退積型砂體;在陸架區(qū)域,主要為三角洲朵葉前緣泥質(zhì)沉積,整體呈楔狀退積堆砌,部分通過(guò)滑塌和濁流沉積的深水扇也主要以泥質(zhì)為主;在斜坡區(qū)域,總體呈厚層狀、弱振幅、平行連續(xù)反射,泥巖為主,靠近上超點(diǎn)附近可見(jiàn)強(qiáng)振幅、連續(xù)反射的含鈣質(zhì)層段響應(yīng),表現(xiàn)出明顯的退積特征。
高位正常海退沉積主要分布于外陸架-陸架邊緣區(qū),在外陸架區(qū)可見(jiàn)中-強(qiáng)振幅丘狀反射和侵蝕下切谷,推測(cè)為向陸地遷移的三角洲退積型朵葉和主水道河流-濱海相沉積;在陸架邊緣區(qū)以加積-前積型沉積為主,中-弱振幅反射,由于沉積厚度較薄,地震上分辨較難,隱約呈現(xiàn)出前積-退積的堆砌特征;再往盆地方向,為向下收斂的高位泥質(zhì)楔,呈弱振幅近空白反射(圖9)。
圖9 陸架邊緣富砂-富泥型退積楔層序地層樣式Fig.9 The sand-rich and mud-rich sedimentary wedge sequence stratigraphic patten at shelf edge
(1)通過(guò)地震資料解釋發(fā)現(xiàn),北康-曾母盆地主要有上超、下超、頂超、離超(退覆)、削截、不整合等地震反射終止關(guān)系。在陸架邊緣和陸架坡折帶處主要發(fā)育上超、頂超以及離超(退覆),在大陸架和下陸坡處多呈現(xiàn)下超,削截,不整合主要發(fā)育在構(gòu)造高部位或構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈區(qū),深海盆地地層多呈整一接觸,可見(jiàn)由細(xì)變粗或由粗變細(xì)的沉積趨勢(shì)變化。
(2)識(shí)別出北康-曾母盆地中中新世以來(lái)的14個(gè)三級(jí)層序界面SB1-SB14,其中SB11、SB8和SB1分別對(duì)應(yīng)于廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局劃分的T1、T2和T3反射界面。
(3)通過(guò)開(kāi)展層序地層內(nèi)幕結(jié)構(gòu)刻畫(huà),發(fā)現(xiàn)陸架區(qū)域地層多呈加積-前積的堆砌方式,地震反射以中-強(qiáng)振幅、較連續(xù)反射為主,局部可見(jiàn)三角洲朵體橫切面丘狀反射;陸架邊緣-陸坡區(qū)域地層以下降前積、加積-進(jìn)積或加積-退積的方式堆砌,地震反射特征為弱-中振幅、較連續(xù)-不連續(xù),可見(jiàn)大量丘狀反射體,根據(jù)發(fā)育位置確定為斜坡扇和盆底扇;深水區(qū)域地層多以縱向加積堆砌為主,呈現(xiàn)弱振幅、連續(xù)反射,為深海泥巖。以此,識(shí)別出北康-曾母盆地海進(jìn)、高位正常海退、強(qiáng)制海退和低位正常海退4種成因單元。
(4)通過(guò)層序內(nèi)部地層結(jié)構(gòu)及相分布關(guān)系研究,提出了北康-曾母盆地陸架邊緣三角洲-深水扇沉積體系3種層序地層樣式:陸架邊緣富砂型三角洲進(jìn)積楔、退積型生物礁和陸架邊緣富砂-富泥型退積楔。