李德勇,郭太宇,姜效典,趙汗青,王海平

(1.中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院 山東 青島 266100； 2.海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室山東 青島 266100； 3.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300451)

東海陸架盆地南部剝蝕厚度恢復(fù)及構(gòu)造演化特征

李德勇1,2,郭太宇1,姜效典1,2,趙汗青3,王海平3

(1.中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院 山東 青島 266100； 2.海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室山東 青島 266100； 3.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300451)

聲波時(shí)差；沉積波動(dòng)；剝蝕厚度；構(gòu)造演化；東海陸架盆地

剝蝕是沉積盆地中普遍存在的地質(zhì)現(xiàn)象，地層隆升剝蝕改變了盆地埋藏歷史、有效圈閉改造及烴源巖熱成熟過程，從而使油氣的生成、運(yùn)移和保存條件復(fù)雜化，因此，關(guān)于剝蝕量恢復(fù)及盆地構(gòu)造演化的研究成為含油氣盆地油氣資源評價(jià)的重要內(nèi)容之一[1]。東海陸架盆地是我國近海面積最大的含油氣盆地，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，其發(fā)育過程中經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造和抬升，形成了多個(gè)區(qū)域性不整合面[2-5]。前人使用地層趨勢對比法、泥巖聲波時(shí)差法、鏡質(zhì)體反射率(Ro)法及流體包裹體法對東海盆地進(jìn)行過剝蝕量計(jì)算等方面的研究，并簡要分析了構(gòu)造剝蝕對油氣聚集的影響，但主要集中在西湖凹陷[6-9]。本文則針對鉆井少、勘探程度低的東海盆地南部(包括椒江—麗水凹陷、福州凹陷、釣北凹陷以及漁山東低隆起)，綜合利用沉積波動(dòng)分析法、泥巖聲波時(shí)差法及地層趨勢對比法對其關(guān)鍵不整合面的剝蝕量進(jìn)行了恢復(fù)，并在區(qū)域構(gòu)造背景基礎(chǔ)上探討了盆地充填結(jié)構(gòu)及階段演化特征，以期為有利油氣成藏區(qū)帶優(yōu)選提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東海陸架盆地位于歐亞板塊東南緣，處于華南陸塊之上，基底是華夏地塊在東海陸架的延伸，是西太平洋邊緣構(gòu)造域的重要組成部分。其西為浙閩隆起區(qū)，東為釣魚島隆褶帶，北與對馬盆地隔海相望，南與臺(tái)西盆地接壤，走向NNE-NE，長約1 400 km，寬80～370 km，總面積達(dá)26.7×104km2，以新生代充填地層為主，最大沉積厚度超過14 km，系中生代盆地之上疊合了新生代復(fù)合盆地的多旋回構(gòu)造單元[4,10-11]，可劃分為西部坳陷帶(椒江-麗水凹陷、福州凹陷、錢塘凹陷、長江坳陷)、中央隆起帶(虎皮礁隆起、海礁隆起及漁山東低隆起)及東部坳陷帶(福江凹陷、西湖凹陷及釣北凹陷)3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。

晚侏羅世—早白堊世，新特提斯洋洋殼開始快速消減至歐亞板塊之下，大陸地殼因強(qiáng)烈褶皺、逆沖、疊覆而發(fā)生增厚。期間太平洋板塊由推動(dòng)庫拉板塊向北快速移動(dòng)逐漸變?yōu)閷W亞板塊的NNW向俯沖[12]，導(dǎo)致太平洋構(gòu)造域不斷向東后撤躍遷，由此對東海陸架產(chǎn)生了差異升降和寬緩褶皺作用[13-15]，剛性地塊破裂，形成了中生界NE向的寬緩褶曲和半地塹。進(jìn)入新生代，隨特提斯洋消亡，至漸新世末印度板塊與歐亞板塊開始陸—陸碰撞，青藏高原開始隆升[16-17]，華南陸塊向東擠出[18-19]，引起地幔流向東蠕動(dòng)，東海陸架盆地也隨之發(fā)育成形[20]。古新世早期，盆地裂陷中心位于西帶，東部坳陷帶為陸上隆起。始新世，太平洋俯沖板塊因菲律賓海板塊的生長而逐漸后撤，裂陷中心自西向東躍遷至東部坳陷帶，而西部坳陷帶則逐漸抬升為陸上削蝕環(huán)境，導(dǎo)致漸新統(tǒng)缺失，中上始新統(tǒng)被剝蝕[4,21-22]。始新世末期—漸新世，太平洋板塊俯沖則由NNW向轉(zhuǎn)為NWW向[23]，控盆斷裂由左旋變?yōu)橛倚?，東海盆地進(jìn)入拗陷-區(qū)域沉降階段，超覆層疊置于箕狀斷陷之上，形成斷坳疊合的雙層盆地結(jié)構(gòu)。

2 不整合面剝蝕厚度計(jì)算

目前，地層剝蝕厚度恢復(fù)的方法有很多，例如地層對比法[24]、聲波時(shí)差法[7,25-28]、古地溫法[29-30]及沉積速率法[31-32]等，每種方法都有對資料的特殊要求和應(yīng)用方面的局限性。鑒于東海陸架盆地南部鉆井稀少且主要集中在椒江-麗水凹陷的現(xiàn)實(shí)條件，本文充分利用豐富的全覆蓋地震資料，綜合采用地層趨勢對比法并以聲波時(shí)差法、沉積波動(dòng)分析法為約束，對研究區(qū)的地層剝蝕厚度進(jìn)行了恢復(fù)。

2.1 地層趨勢對比法剝蝕量恢復(fù)

根據(jù)地震剖面上反射波振幅、連續(xù)性等特征，分析沉積地層厚度變化規(guī)律，采用地層厚度對比或厚度變化趨勢追蹤來計(jì)算剝蝕厚度。該方法僅適用于傾斜地層，即角度不整合接觸地層，如何準(zhǔn)確確定起剝點(diǎn)是關(guān)鍵，當(dāng)?shù)貙雍穸葯M向變化較大時(shí)，誤差較大，甚至無法使用。東海盆地南部地震資料豐富，使用該方法恢復(fù)剝蝕量控制點(diǎn)多、可信度高，研究中選取自盆內(nèi)向盆外可以識(shí)別的第一個(gè)削截點(diǎn)為起剝點(diǎn)。

圖1 東海陸架盆地區(qū)域位置與構(gòu)造單元Fig.1 Regional location and tectonic units of the East China Sea Shelf Basin

圖2 東海陸架盆地主要地質(zhì)界面與構(gòu)造演化簡況Fig.2 Main geological interfaces and tectonic evolution processes in the Southern East China Sea Shelf Basin

2.2 聲波時(shí)差法剝蝕量恢復(fù)

由于泥巖聲波時(shí)差隨壓實(shí)(深度)變化的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)關(guān)系并不因剝蝕而發(fā)生改變，同時(shí)受后期埋藏成巖作用改造較弱，屬定量的地球物理方法且計(jì)算精度高，因此被廣泛應(yīng)用于鉆井剝蝕量的求取，但該方法要求不整合面上覆沉積層未改變老地層的壓實(shí)規(guī)律[27]。

本文在充分考慮剝蝕面上覆新地層和被剝蝕地層分別對老地層所施加壓力大小的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聲波時(shí)差與埋深的改進(jìn)型指數(shù)關(guān)系模型進(jìn)行了剝蝕厚度恢復(fù)。改進(jìn)型指數(shù)關(guān)系模型兼顧了對深部和淺部地層的適用性[7,26]，更加符合實(shí)際地質(zhì)特征：

(1)

式中:Δt為泥巖聲波時(shí)差,μs/m；Δt0為聲波在地表的傳播時(shí)間,s；D為埋深，m；c為偏移常量，約等于聲波在巖石基質(zhì)中的傳播時(shí)間。

為方便程序計(jì)算，研究中首先對改進(jìn)指數(shù)模型公式(1)進(jìn)行線性化，兩邊取對數(shù)得:

(2)

其次，利用所求剝蝕面深度D1及相應(yīng)剝蝕量h將聲波資料中提供的現(xiàn)今埋深D0校正為地層未剝蝕前的古埋深，進(jìn)而得下式:

(3)

2.3 沉積波動(dòng)方程法剝蝕量恢復(fù)

沉積波動(dòng)分析法是建立在地殼波狀運(yùn)動(dòng)理論基礎(chǔ)之上的，認(rèn)為盆地似周期及非周期的地質(zhì)現(xiàn)象，均是若干個(gè)有嚴(yán)格周期、振幅的波動(dòng)過程的疊加，因此，沉積盆地的發(fā)育過程可由不同周期波動(dòng)過程疊加的波動(dòng)方程來描述[31]，進(jìn)而達(dá)到定量恢復(fù)盆地完整沉積、剝蝕演化歷史過程的目的。沉積波動(dòng)分析法計(jì)算剝蝕量的理論依據(jù)是盆地沉積速率的變化系由不同周期波疊加而成。

圖3 地層趨勢法不整合面剝蝕厚度恢復(fù)Fig.3 Restoration of erosion thickness by stratigraphic trends contrast methoda.X1測線；b.X2測線；c.X3測線

本次研究為確保計(jì)算精度，以單一鉆井為對象進(jìn)行剝蝕厚度恢復(fù)。首先，根據(jù)取心和測錄井資料建立巖性-厚度(深度)剖面，統(tǒng)計(jì)各層段巖層厚度。其次，利用微體古生物及測年資料將巖層深度剖面轉(zhuǎn)化為時(shí)間剖面。再次，對砂、泥巖地層進(jìn)行壓實(shí)校正以消除壓實(shí)作用影響，進(jìn)而計(jì)算其沉積速率，建立時(shí)間—沉積速率直方圖剖面。最后，采用滑動(dòng)平均法在時(shí)間—沉積速率剖面上分解出不同周期的嚴(yán)格周期波[31-32]，進(jìn)而疊加建立描述盆地沉積—?jiǎng)兾g過程的波動(dòng)方程F(t)，利用公式：

(4)

積分即可得到地層剝蝕期間(t1-t2)的剝蝕量h。

分析結(jié)果顯示(圖5)，W3井所在的麗水凹陷沉積波動(dòng)周期包括44 Ma(G波)、19 Ma(B波)及12 Ma(F波)3種，波動(dòng)方程分別為：

G=5sin[2π(t-340)/440]

(5)

B=G+(-2+0.015t)sin[2π(t-325)/190]

(6)

F=B+(0.015t)sin[2π(t-275)/120]

(7)

2.4 主要不整合面剝蝕量分布

圖4 泥巖聲波時(shí)差法地層剝蝕厚度恢復(fù)Fig.4 Erosion thickness recovery using interval transit time method of mudstonesa.W1井；b.W2井

圖5 W3井沉積波動(dòng)分析法剝蝕量恢復(fù)Fig.5 Erosion thickness recovery of well W3 by sedimentary wave analyses

圖6 東海陸架盆地南部不整合面)剝蝕厚度Fig.6 Erosion thickness of unconformity in the Southern East China Sea Shelf Basin

3 盆地結(jié)構(gòu)及構(gòu)造演化特征

本文在剝蝕厚度恢復(fù)的基礎(chǔ)上，通過平衡剖面的制作分析了不同地史時(shí)期盆地的充填結(jié)構(gòu)，并結(jié)合區(qū)域背景資料，探討了東海陸架盆地的構(gòu)造演化特征。本次研究按層長守恒法則，即假定地層厚度不變，巖層在變形前后的長度是相同的[34]，運(yùn)用復(fù)原法并融入地層剝蝕厚度補(bǔ)償進(jìn)行了平衡剖面恢復(fù)。

晚侏羅世之前，東海陸架盆地屬古亞洲克拉通大陸邊緣坳陷，之后，西太平洋構(gòu)造域受庫拉-太平洋板塊側(cè)向俯沖控制[12,35]，發(fā)生巖石圈減薄、軟流圈上涌，多幕次、大規(guī)模的酸性巖漿活動(dòng)形成火山弧，導(dǎo)致東海盆地轉(zhuǎn)變?yōu)榛∏佰晗菖璧豙1]。晚白堊世-早古新世，太平洋板塊持續(xù)俯沖引起地幔上拱，地幔上升流在地殼表層誘發(fā)引張作用，使地殼表層在熱隆背景下形成小型裂陷盆地，東海陸架盆地進(jìn)入弧后擴(kuò)展期，形成裂谷型斷陷盆地雛形。

平衡剖面結(jié)果顯示(圖8)，西部坳陷帶在晚白堊世末形成雛形，于古新世進(jìn)入斷陷階段，發(fā)育一系列NE向、書斜式正斷層，逐步接受古新統(tǒng)月桂峰組、靈峰組和明月峰組巨厚地層充填，沉積地層厚度最高達(dá)6 000 m，形成具有“東斷西超”的箕狀斷陷，是西部坳陷帶的主要發(fā)育期。始新世后，由于莫霍面停止上拱，西部坳陷帶在熱冷卻驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入拗陷—反轉(zhuǎn)期，但反轉(zhuǎn)作用并不明顯，沉積速率快速減小，期間發(fā)育了中下始新統(tǒng)甌江組和溫州組。之后，受地幔流蠕散影響，沉降中心逐漸向東遷移，西部坳陷帶發(fā)生掀斜、抬升，進(jìn)入中晚始新世—漸新世抬升剝蝕期，導(dǎo)致漸新統(tǒng)缺失，始新統(tǒng)部分被剝蝕。漸新世后，西部坳陷帶首先進(jìn)入?yún)^(qū)域沉降期，接受中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組及上新統(tǒng)三潭組沉積，形成斷坳疊加的雙層盆地結(jié)構(gòu)。

圖7 東海陸架盆地南部不整合面)剝蝕厚度Fig.7 Erosion thickness of unconformity in the Southern East China Sea Shelf Basin

圖8 西部坳陷帶X4測線平衡剖面恢復(fù)Fig.8 Balanced section recovery of seismic line X4 in the western depression belt

受沉降中心自西向東遷移的影響，東部坳陷帶始新世后才開始進(jìn)入強(qiáng)烈斷陷期，盆地呈“地塹式雙斷”結(jié)構(gòu)(圖9)，逐步接受了厚達(dá)萬米的始新統(tǒng)甌江組、溫州組和平湖組充填。進(jìn)入漸新統(tǒng)，受玉泉運(yùn)動(dòng)控制，東海盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，開始進(jìn)入坳陷—反轉(zhuǎn)階段，但釣北凹陷僅局部發(fā)生微弱反轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)不如西湖凹陷中央背斜帶典型，并接受了漸新統(tǒng)花港組沉積，此時(shí)盆地結(jié)構(gòu)也由雙斷地塹轉(zhuǎn)化為西向超覆的箕狀盆地，進(jìn)而疊加形成了雙層結(jié)構(gòu)。中新世，東部坳陷帶持續(xù)、快速坳陷，先后接受了龍井組、玉泉組及柳浪組沉積；上新世及之后，隨著菲律賓海板塊死亡、太平洋俯沖板塊帶持續(xù)向東后撤，弧后擴(kuò)張區(qū)也向東遷移至沖繩海槽，東海陸架盆地整體進(jìn)入?yún)^(qū)域沉降期。

4 結(jié)論

3) 東海陸架盆地具有“東西分帶”的構(gòu)造格局，古新世，裂陷首先在西帶發(fā)育，西部坳陷帶形成“東斷西超”的箕狀結(jié)構(gòu)；始新世，裂陷中心遷移至東部坳陷帶，釣北凹陷形成“雙斷結(jié)構(gòu)”，而此時(shí)因莫霍面停止上拱，西部坳陷帶在熱冷卻驅(qū)動(dòng)下首先進(jìn)入拗陷-反轉(zhuǎn)階段；漸新世，東帶也進(jìn)入拗陷-反轉(zhuǎn)階段，但構(gòu)造反轉(zhuǎn)非常微弱，強(qiáng)度明顯低于西帶，釣北凹陷逐漸變?yōu)槲飨虺驳幕钆璧?；中新世之后，東海陸架盆地自西向東逐步進(jìn)入?yún)^(qū)域沉降階段。

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(編輯 董 立)

Erosion thickness recovery and tectonic evolution characterization of southern East China Sea Shelf Basin

Li Deyong1,2，Guo Taiyu1，Jiang Xiaodian1,2，Zhao Hanqing3，Wang Haiping3

(1.DepartmentofMarineGeosciences,OceanUniversityofChina,Qingdao,Shandong266100,China;2.KeyLabofSubmarineGeosciencesandProspectingTechniques,MinistryofEducation,Qingdao,Shandong266100,China;3.ChinaOilfieldServicesLtd.,CNOOC,Tianjin300451,China)

acoustic travel time，sedimentary fluctuation，erosion thickness，tectonic evolution，East China Sea Shelf Basin

2014-10-30;

2015-10-30。

李德勇(1984—)，男,博士、講師，沉積學(xué)與油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail:ldyc411@ouc.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41530963)；國家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05027-002-005);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(201413005，201564006)。

0253-9985(2015)06-0913-11

10.11743/ogg20150606

TE121.2

A