“多元法”建立南海區域地層格架及其研究意義

宋 雙

(中海油研究總院有限責任公司，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，受特提斯構造域的影響，經歷了復雜的構造演化歷程，形成了裂谷、推覆、走滑拉分等多種構造，發育陸殼、過渡地殼和洋殼等類型，被譽為“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，品質差異較大，南海南、北地層一直未能統一，制約著油氣勘探進展。本文以覆蓋南海科考區域地震大剖面(圖1)為基礎，采用“多元法”綜合多種地球物理資料開展地震地質層位標定和對比、解釋，進行了南海南、北統層，建立區域地層格架，分析地層展布特征，為進一步的地質綜合研究和油氣勘探提供基礎。

圖1 南海區域地震測線分布圖紅色為科考測線

2 “多元法”層位綜合標定與識別

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

2.1 鉆井層位標定結果地震引層

南海科考區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(如珠江口、瓊東南和禮樂盆地等)的鉆井資料，根據鉆井分層信息及地震地質層位標定結果，歸納、總結地震反射波組特征，對比、引層到鉆井分布稀少或無鉆井區域(圖2a)，在科考區域地震大剖面上準確識別地層。

2.2 地震解釋成果輔助層位標定

在其他勘探程度較高的地區(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]。根據定年地震剖面，利用數字化手段，按坐標等比例投影到低勘探程度區，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狀等輔助低勘探程度區層位標定(圖2b)。

2.3 ODP資料確定層位

在南海洋殼區，地震資料稀少，則主要采用ODP資料標定層位。大洋鉆探通過研究海底巖石和沉淀物所包含的大量地質和環境信息，獲得地球的演化過程和變化趨勢。本文根據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，根據井位分層數據、巖性變化，結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 磁異常條帶定年標定層位

在大洋鉆探無法標定層位的洋殼區域，借鑒磁異常條帶定年標定。由于南海擴張，地幔膨脹形成熱對流，地球磁極倒轉磁化，形成正、負相間的條帶狀磁異常。結合最新的磁異常地層年代表，每個磁異常條帶都對應一個地質時代年齡(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T60地震反射界面(上漸新統頂面)，表示該磁條帶位置洋殼之上沉積最老地層年齡為22.6Ma，為中新統沉積。因此，在無鉆井標定資料地區，可以借鑒磁異常條帶年齡，標定科考測線地層年代。

通過“多元法”標定地震地質層位，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 區域大剖面地震地質解釋

地震反射界面的形成與區域構造運動具有很好的對應關系。地層由老到新，分別對應禮樂運動、西衛運動、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，開始由擠壓作用轉為拉張作用，從而形成區域性不整合界面，其后開始裂陷，形成盆地。T80地震反射界面(始新統頂)由西衛運動形成，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。T70地震反射界面(下漸新統頂)受南海運動影響，中漸新世早期，新南海開始擴張、破裂，導致南海南、北兩側形成區域性不整合面，并且隨著新南海自東向西的擴張，不整合面逐漸向西遷移，中央海盆形成，海相沉積范圍擴大。T60地震反射界面(上漸新統頂)對應南海洋殼躍遷，隨著新南海的擴張，在晚漸新世末期，受區域應力場變化的影響，南海中央海盆擴張方向發生改變，由東西向擴張轉變為北東—南西向擴張，西南次海盆打開。南沙運動分為兩幕，其中T50地震反射界面(下中新統頂)對應南沙運動一幕，其成因為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞，古南海消亡殆盡，新南海擴張停止，該時期在南部曾母盆地和文萊—沙巴盆地發育三角洲沉積，沉積環境為海陸過渡相；T40地震反射界面(中中新統頂)對應南沙運動二幕，蘇祿海擴張導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，區域上以擠壓應力場為主，沉積環境為深海相。

北部的瓊東南盆地與南部的禮樂盆地沉積地層有差別。始新統在瓊東南盆地不發育，上漸新統在禮樂盆地不發育(圖3)，兩個盆地之間地層是如何過渡的一直未有定論。本文根據構造活動和地層界面形成的關系及上述地層地震反射特征，利用“多元法”開展區域大剖面地震地質解釋，建立南海區域地層格架。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域沉積地層特征，主要沉積下中新統及其以上地層。上漸新統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，下中新統及其以上地層在區域上達到了南北統一。中央海盆裂開的距離達到了550km，火山活動活躍，受火山活動影響，斷層近乎直立，火山兩側的地層向中間具有雙向上超的特點。

圖3 FF′地震地質解釋大剖面(測線位置見圖1)

4 區域地層展布特征

在南海區域地震大剖面解釋的基礎上，分析南海新生代地層展布規律。始新統—下漸新統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，這些區域沉積厚度較大，而在大型隆起區始新統—下漸新統基本不發育，地層缺失邊界與南海磁異常條帶邊界相似；上漸新統—下中新統展布范圍逐漸擴大(圖4b)，在北部局部隆起區、南部禮樂盆地臺地局部位置不發育；下中新統基本覆蓋全區，只是在洋盆中心位置未沉積，研究認為早中新世南海仍處于持續擴張階段末期，擴張趨于結束，故下中新統出現條帶狀小范圍沉積缺失；中中新世以后區域構造趨于穩定，地層全區分布(圖4c)。

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

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

5 南海區域地層格架研究意義

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

(2)為南海新生代盆地劃分提供了依據(圖5)。利用區域地震大剖面解釋成果，結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識。

(3)區域地層格架的建立，為深部莫霍面特征的研究提供了資料基礎。結合重磁資料反演的莫霍面深度(圖6)，利用區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 結論

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

(2)區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識方面存在的分歧。

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