2. 中国科学院研究生院, 北京 100049;
3. 中国国土资源部航空物探遥感中心, 北京 100083
2. Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. China Aero Geophysical Survey & Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China
刘光鼎提出的“油气二次创业”[1, 2]概念深化了前新生代海相碳酸盐岩层系石油地质理论的研究和实践,为中国油气资源可持续发展指明了新的方向.近年来的油气突破显示了海相残留盆地油气资源的巨大潜力[3~5].前新生代残留盆地油气和深水油气正逐步成为海域油气勘探和资源研究的新亮点和重要的发展方向,近年来,许多学者在此领域开展了大量的探索.如刘光鼎等[2, 6~10]、邱燕等[11]、蔡乾忠[12]、何家雄等[13]、郝沪军等[14]、夏戡原等[15]的研究均表明前新生代残留盆地油气勘探是我国未来油气勘探的重要新领域.
我国南海海域广泛存在中生代沉积地层,在南海东北部的台西南盆地和北港隆起、南部的礼乐滩盆地已钻遇.2003年9月,潮汕坳陷北坡的LF35-1-1井钻遇约1500 m 中生界[16, 17],揭示了中生代海相沉积及侏罗系烃源岩的存在,显示出南海中生界油气勘探的良好前景.但是迄今为止,南海前新生代油气研究程度总体还很低,加上南海周边国家对南海油气的勘探开发争夺日趋激烈,迫切需要对南海前新生代残留盆地开展综合研究.针对于此,本文选取南海海域为研究区,利用综合地球物理方法,获取南海海域前新生代残留盆地及残余厚度分布,为南海前新生代油气资源潜力研究提供基础资料,以提高我国在南海油气勘探的竞争能力.
2 数据与研究方法 2.1 数 据研究区范围为:105°E~122°E,0°~25°N,本文使用的空间重力数据来自广州海洋地质调查局及前身实际测量的重力资料,部分海域为1∶50万,在没有实测资料的海域则由全球卫星重力异常(数据网格间距:2′×2′)拼接.磁力数据来自中国科学院地质与地球物理研究所“中国近海前新生代残留盆地油气资源研究”(1∶100万)数据库1).成图网格5km×5km,墨卡托投影,椭球参数:WGS-84,中央经度为105°E,标准纬度为12°N.
1)郝天珧.中国近海前新生代残留盆地油气资源研究.研究报告.中国科学院地质与地球物理研究所,2005
2.2 研究方法本文以“区域约束局部、深层制约浅层”为指导思想,遵循“一个指导、两个环节、三个结合、多次反馈”的综合地球物理方法原则.通过岩石物理性质这一纽带,建立地质地球物理模型.以钻井、地震等高精度资料作为先验约束条件,主要依据重、磁等资料,利用综合地球物理研究方法反演计算重力、磁性基底埋藏深度,提取南海中生界及前中生界(主要为古生界)的残余厚度,圈划南海海域前新生代残留盆地的宏观分布.具体研究流程见图 1.
考虑到南海范围广阔,构造演化复杂,地形变化剧烈,因此,在基底反演选取平均埋深参数时,很难照顾周全.鉴于此,本文采用分区处理计算南海重力、磁性基底埋深,具体分区方式如图 2 所示.研究区共分五个区域进行计算,分别为:(1)北部陆架区、(2)海盆区、(3)南沙区、(4)南海西南区、(5)南海东南区.计算过程中,针对不同的区域,分别选取适合该区域的反演参数.各个分区之间的空白地带,通常为陆架、陆坡或深海平原之间的过渡区域,这些区域一般为条带状的狭长地带,基底埋深变化较大,因此,对这些区域的基底埋深通过插值的方式来获取.
岩石物性是重磁正反演的基础与前提.为了建立合理的地球物理模型,本文调研了研究区大量的密度和磁化率数据与资料并进行了分析、归纳和总结.其中密度数据有来自南海周边地区出露岩石的实测结果,也有来自地震剖面层速度换算的地层平均密度[18~23].
对表 1~表 2 综合分析,结合南海及周边地质构造,研究区存在以下几个主要的密度界面,这些密度界面与地质构造的不整合面相吻合.
(1) 海水层与海底的密度界面,密度差0.97~1.41g/cm3;
(2)新生代沉积盆地基底与前各时代地层之间的界面,该界面随着接触地层时代不同而有变化,与中生界之间的密度差0.1~0.3g/cm3;
(3)中生界与古生界的密度界面,密度差0.1~0.2g/cm3;
(4)莫霍面:下地壳与上地幔之间的密度界面,密度差0.4~0.5g/cm3.
总结出研究区磁性资料(表 3~表 4),研究区沉积岩及寒武系至中生代的浅变质岩基本为无磁性或弱磁性,地层的磁性主要是由于火山岩及侵入岩引起;中生代侵入岩、火山岩和古生代具有磁性的岩石(变质古生界)均可成为磁性基底.
2)郝天珧。重磁震联合反演成果综合解释技术-2.项目研究报告。中国科学院地质与地球物理研究所,2010
3.2 重力异常特征南海空间重力异常(图 3)变化范围为(-180~+190)×10-5m·s-2.在南海北部陆架区,空间重力异常大都在(-30~ +30)×10-5m·s-2之间分布,主要反映出陆架盆地的范围和特征.占大部分面积的海盆区,除了海山、岛屿之外空间重力异常普遍为(-40~+40)×10-5m·s-2.小于-40×10-5m·s-2和大于+40×10-5m·s-2区域主要集中在马尼拉海沟、吕宋海槽和巴拉望岛.该区域从北至南,沿马尼拉海沟、吕宋海槽至民都洛岛,异常呈SN 走向,而且正负相伴,正负异常幅值剧烈变化,具有典型沟弧区空间重力异常特征,形成的等值线密集梯度带构成南海东边界;在民都洛岛以南,巴拉望岛区域异常为NNE 向等值线密集梯度带,构成南海的东南边界,但正负异常并非相伴出现.重力场的变化,反映了南海东部以民都洛岛为界南北两侧地壳结构的差异,北部为板块俯冲、弧陆碰撞所形成的地壳结构,而南部为陆壳拉张裂陷为主形成的地壳结构[24].西沙海槽和南沙海槽主要为NE向小于-40×105m·s-2低值负异常区.
由图 4,5 可知:南海的磁力异常变化范围(-500~+600)nT,主要集中在(-150~+200)nT之间,局部地区的磁力异常值达400~500nT 以上.郝天珧等[25]将南海磁场分为南海北部宽缓异常区、中-西沙团块状异常区、海盆条带状异常区、纳土纳-万安团块状异常区和吕宋-苏禄海正异常区.南海海盆内存在两组不同走向、特征明显的磁条带.东侧中央海盆磁条带以EW 向为主,常与NW、SN向的构造线相互错断或扭曲;西南次海盆的磁条带呈NE 向,其强度、规模均弱于中央海盆.部分学者据此认为南海经历了两次扩张,中央海盆的SN 向扩张明显于西南次海盆的NW-SE 向扩张[24].另一比较明显的磁异常特征是南海东北部,从一统暗沙-东沙群岛-台湾北港,为NE 向的高值正异常带,宽约80~100km,长度超过700km,幅值达200~300nT,该条带是南海大陆边缘研究中的热点.
根据岩石物性分析,参考文献[26]建立地质地球物理模型,本文采用剥离法消除浅层和深部重力效应.浅部新生界的形态和深度由地震和钻井资料获得,利用体元法,通过不同的长方体组合模拟正演计算新生界的重力效应.采用低通滤波和小波变换法[27, 28],同时参考研究区莫霍面的研究结果[29],求取本区的区域背景重力场(即深部重力效应).通过剥离海水层、浅部新生界和深部重力效应后得到的剩余重力异常(图 6)主要由中生界与下伏地层间密度差引起,因此利用剩余重力异常反演的重力基底基本上为中生界的底界面.根据图 2的分区方式,应用Parker-Oldenburg界面反演法[30, 31]分区选取参数(表 5)计算南海重力基底埋深(图 7).由重力基底减去本区新生界底界埋深,获取研究区中生界的残余厚度(图 8).
从图 8可知,南海中生界残留厚度主要呈NE向展布,主要分布在北部陆坡区和南沙区,残余厚度范围集中在1~5km 之间.北部陆缘中生界残留分布条带从西沙海槽、东沙直至台湾北港,残余厚度为2~3km.该区已钻遇中生界的钻井有:潮汕坳陷北坡的LF35-1-1井钻遇约1500m 中生界[16, 17];台西南盆地F 构造的CFC-1井钻遇300 m 下白垩统砂页岩和367 m 暗色页岩,推测为侏罗系;台湾西部北港隆起的PK-1 井钻遇530 m 下白垩统海侵序列[32],本文的研究结果和上述钻井吻合.南沙区中生界残留分布大体呈NE 走向,残余厚度为2~4km,主要分布在礼乐滩、双子群礁、中业群礁、郑和群礁、广雅海台、南薇滩和安渡滩.图 8 中的NH973-01是国家重点基础研究发展计划(973)“南海大陆边缘动力学及油气资源潜力”项目于2009年在西南次海盆进行的OBS、多道地震探测线的南段,根据地震速度剖面解释结果认为可能断续分布中生界,本文的研究结果支持这种观点.
3)李家彪.南海大陆边缘动力学及油气资源潜力.第五次学术讨论会论文摘要集.国家海洋局第二研究所,2011
4.2 磁性基底与前中生界(古生界)残余厚度研究区纬度范围为0°~25°N,处于低纬度区,地磁场倾角自南向北由-17°变化至37°,变化范围大,斜磁化现象非常明显,必须进行化极处理才能准确地反映地质信息.但是低纬度化极技术一直是磁场数据处理中的难点[33],特别是南海这样构造、地质演化十分复杂的地区.本文在对比不同化极方法[34~36]的基础上,采用分带变倾角方法计算化极磁异常(图 5).化极后消除了局部伴生的磁异常,使磁异常与磁性体之间的对应关系更为明显.
研究区的磁性基底主要由变质古生界和中生代侵入岩、火山岩组成,通过反演磁性基底的埋深可以获得古生界底界面信息.为了获得磁力异常中由磁性基底引起的磁力效应,利用小波变换法进行异常场分离.根据图 2 的分区方式,应用Parker-Oldenburg界面反演法[30, 31]分区选取参数(表 6)计算南海磁性基底埋深(图 9).由磁性基底减去本区重力基底埋深,获取研究区前中生界的残余厚度(图 10).
由图 9可知,南海的磁性基底在海盆区总体呈NE 向分布,埋深5.5~7km.南、北陆缘的磁性基底埋深存在一定的差异.北部陆缘除局部地区外,总体呈现大面积宽缓的等深线特征,埋深3~5km;但南部的礼乐滩、中业群礁-九章群礁一带磁性基底埋深基本在6km 以上,特别是南薇滩地区埋深达8km,东南部的巴拉望地区埋深逐渐减为4~5km.
南海前中生界的残余厚度范围大都在1~4km之间(图 10).北部陆缘残余厚度呈NE 向展布,主要在珠江口-东沙、台西南盆地和澎湖列岛,残余厚度1~2km.南海西部残余厚度主要分布在西沙群岛和中建南盆地,残余厚度1~3km.南部陆缘分布范围相对较广,主要在礼乐滩,中业群礁、安渡滩、南薇滩和曾母暗沙,其中礼乐滩和南薇滩残余厚度较大,达4km.东南部巴拉望地区残余厚度1km,呈NE 方向狭长条带状展布.
4.3 前新生代残留盆地分布根据南海的中生界和前中生界残余厚度分布,勾绘出南海海域前新生代残留盆地的分布(图 11).北部陆缘的西沙海槽残留盆地呈NE 走向,前新生界残余厚度2~3km;东沙隆起和潮汕坳陷一带中生界残余厚度1~3km,地震资料分析也表明该区有海相中生界分布[37],LF35-1-1井进一步证实了潮汕坳陷具有中生代残留分布,钻探结果表明潮汕坳陷中有白垩纪陆相-晚侏罗世海相沉积,且中-晚侏罗世海相沉积具有良好的石油地质条件[38].台西南盆地和北港隆起前新生界残余厚度1~2km,该区有数十口井(如PK-1,CFC-1)钻遇中生界,并发现含油气构造[32, 39].南海西部西沙-中建南盆地前新生界残余厚度2~3km.南部南沙群岛地区前新生界残留分布较广,厚度较大的地区有礼乐滩、中业群礁、安渡滩和南薇滩.其中礼乐滩残余厚度最大,达4km 以上,同时也钻遇中生代沉积地层,该区前新生代残留盆地应具有较好的油气潜力.
(1) 虽然南海海域有多口井钻遇中生界,但对南海前新生界残留只是点上的认识,本文以重磁为主的综合地球物理方法圈划残留盆地的宏观分布,可以对南海前新生界残留分布有个整体全面的认识,同时对南海前新生代油气资源潜力评估提供佐证.除了传统观点认为的南海南部的前新生代油气潜力较好,本文的研究结果表明南海北部同样具有较好的前新生代油气潜力.
(2) 针对南海范围广阔、构造演化复杂、地形变化剧烈的特点,本文在界面反演中采取分区计算,并根据各分区的地质资料,选取适合该区域的参数来反演基底埋深,使得到的重力基底和磁性基底更符合实际.
(3) 有学者根据深部构造特征研究南海的共轭大陆边缘,但对南部礼乐滩的共轭点有不同的观点,一种观点认为礼乐滩的共轭点是中沙,另一种观点认为是东沙3).从中生界残余分布特征和残余厚度分析来看,本文的研究结果更支持前一种观点.
(4) 根据南海的中生界和前中生界残余厚度分布勾绘了南海海域前新生代残留盆地的分布,结合钻井等资料进行油气前景分析,本文认为东沙隆起-潮汕坳陷、台西南盆地-北港隆起和礼乐滩等地应具有较好的前新生代油气资源潜力.
致谢本文得益于刘光鼎院士的学术思想,在此表示衷心的感谢!感谢广州海洋地质调查局对本文研究提供的帮助!中国科学院地质与地球物理研究所黄松博士、彭利丽在本文的研究中提供了大量的帮助,在此一并致谢!同时感谢审稿专家提出的修改意见!
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