南海北部深水区天然气水合物相关活动构造类型及成因机制

【摘要】：南海北部边缘海盆地处于特提斯构造域和太平洋构造域的叠置区，夹持于太平洋板块、印度板块和欧亚板块之间，有着极为特殊的大地构造位置和复杂的演化过程。研究区位于水深大于300m的陆缘深水区，涉及到珠江口、琼东南和台西南等盆地的大部。这一地区是我国水合物研究与开发的重点区域。前人对南海北部地区的天然气水合物与特殊构造地质体之间的关系已有过长期的研究，取得了一系列重要成果。但是见诸报道的研究往往局限于某一区域，而缺乏宏观的认知。基于水合物专题项目所提供的丰富的地震资料，为系统研究这一区域与天然气水合物相关的活动构造类型及两者的成因关系提供了有利的条件。 本文通过对大量地震资料的解译并综合前人研究成果，拟对活动断裂、海底滑坡、底辟构造、层控断层的分布、成因及与天然气水合物的成藏关系进行探讨。国内外学者对于天然气水合物研究中时序性问题已有论述，但是尚没有学者真正从这一角度探讨已知天然气水合物与相关活动构造类型之间的关系。似海底反射（BSR）作为一种重要的地球物理标识，在天然气水合物研究与勘探开发中的有着至关重要的作用。本文一系列关键问题的论述，便是基于BSR的识别。最后通过对活动断裂、海底滑坡、底辟构造、层控断层等的研究，建立起南海北部深水区天然气水合物成藏系统的区域性模式。 通过系统研究，最终得出以下几点认识： （1）南海北部晚中新世以来的断裂活动，在研究区内分布存在非均一性，存在“西强东弱，北强南弱”的特点。NE向断层多为长期活动的继承性断层。受前新生代的早期北西向断层影响，东沙运动期间产生的NW-NWW向左旋张剪性断裂规模不大。但东沙运动的初始强度可能很大，影响范围比前人认为的要广，而后快速后撤，集中发育于东沙隆起及周缘地区。晚中新世以后，研究区基本处于张性应力环境下，NE、NW-NWW和近EW向断层在东沙运动以后的地质时期内仍有所活动。对于部分地区逆断层、构造反转和地层褶曲等压性形迹的存在，本文认为是东沙运动期间的区域性构造隆升对周缘地区产生了不均匀水平挤压作用下的局部应力调整。而且，晚中新世以来活动断裂对于深部气的垂向运移至关重要，但是与天然气水合物的具体成藏关系异常复杂。 （2）海底滑坡、底辟构造在研究区内发育不均一。针对研究区内海底滑坡的情况，提出了“海洋核杂岩模式”和“高压砂体模式”两种新的类型，并对区内典型滑坡形态进行了归纳。与天然气水合物相关的底辟构造有岩浆底辟和泥底辟两种。侵入T1的岩浆底辟的发育具有丛集性，其发育范围内BSR发育甚少。第四纪以来的岩浆活动对于天然气水合物稳定域的影响已经消失。由于受控于不同的应力场，泥底辟在不同区域机制各异。从时序性的角度出发，现存的天然气水合物与活动断裂、底辟构造、海底滑坡的共生关系可以划分为多种不同的类型。针对每一种类型，天然气水合物的赋存特征与工程开采条件差异巨大。 （3）对于区内新发现的层控断层，基于不同的地质背景给予不同的成因解释。这些层控断层的发育是多阶段、多种作用过程的综合结果，部分层控断层的产生直接受控于构造活动或其叠加改造。长期以来，国内外学者多注重于层控断层非构造成因的解释，而忽略了构造应力场与非构造因素的耦合，这极大束缚了对层控断层的研究。层控断层的发育可有效地改变细粒沉积岩的物性，在适宜的条件下，是可以作为储层出现的，但在南海北部尚无发现此类共生关系。 （4）完整的天然气水合物成藏系统包括烃类生成、流体运移和成藏-逸散三个体系。南海北部深水区盆地具备良好的烃源条件和多种流体运移通道，但是受区域地质条件的影响存在不同的成藏系统模式。在琼东南盆地以烃源层-构造断层、层控断层-泥底辟的纵向组合最为典型。在珠江口盆地以烃源层-构造断层、泥底辟-滑坡的纵向组合最为典型。在台西南地区则以岩浆底辟-活动断裂和断褶-滑坡组合最为典型。琼东南盆地与珠江口盆地BSR发育层位所存在的巨大差异，很大程度上受到了烃源气的有效富集能力与天然气水合物稳定域之间的相互耦合作用影响。