黃偉，張偉，梁金強(qiáng)，尚久靖，孟苗苗，林霖，徐夢婕

1.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510760

2.中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760

天然氣水合物是21世紀(jì)最具商業(yè)開發(fā)前景的清潔能源之一，廣泛分布于深水陸坡、陸隆和海臺地區(qū)[1-3]。在世界范圍內(nèi)，主動及被動大陸邊緣盆地經(jīng)勘查及鉆探證實(shí)了水合物具有巨大的勘探前景[4-6]。據(jù)估算，全球天然氣水合物儲量約為1.5×1016m3，其中97%儲量在海底[7]。

長期以來，人們普遍認(rèn)為斷裂、古河道、氣煙囪、管狀通道、泥底辟、鹽底辟等構(gòu)造或通道與流體運(yùn)移及水合物藏的形成具有密切聯(lián)系[8-13]，在地震剖面中常伴隨出現(xiàn)BSR、空白帶、反射同相軸下拉、增強(qiáng)反射等一系列指示水合物運(yùn)聚成藏的地球物理響應(yīng)[14-16]。近年來，隨著地震勘探精度的不斷提高及三維地震勘探資料的廣泛應(yīng)用，在世界多個深水沉積盆地中發(fā)現(xiàn)廣泛存在多邊形斷層[17-19]，并已被證實(shí)是淺層流體運(yùn)移的有效疏導(dǎo)通道，對水合物的富集成藏具有重要控制作用[20-21]。流體疏導(dǎo)通道常單獨(dú)存在或相互配置組合，形成深、淺部流體疏導(dǎo)通道的優(yōu)勢組合，共同控制深部流體持續(xù)向淺層運(yùn)移聚集，對水合物的富集及分布具有重要影響[22-24]。溫度和壓力條件是影響水合物穩(wěn)定賦存的最重要因素，構(gòu)造運(yùn)動、沉積效應(yīng)、地溫梯度、海平面變化等均會引起水合物穩(wěn)定域的改變，制約水合物成藏甚至導(dǎo)致早期水合物藏的分解破壞[25-26]。水合物分解釋放的甲烷氣體在海底淺層發(fā)生聚集和滲漏，在淺地層剖面中出現(xiàn)聲渾濁、聲空白等聲學(xué)響應(yīng)[27-28]。氣體的持續(xù)滲漏和逸散會對海底地形產(chǎn)生改造，形成海底麻坑、丘狀體等一系列微地貌[29-30]，逸散出海底進(jìn)入海水中的甲烷氣體形成羽狀流，甚至進(jìn)一步發(fā)展形成海底冷泉系統(tǒng)[31]。

本文研究區(qū)位于南海北部陸坡尖峰北盆地，其在構(gòu)造及沉積演化上與北部鄰區(qū)神狐海域類似?？碧綄?shí)踐表明，神狐海域發(fā)育一系列指示水合物富集的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)異常響應(yīng)，并經(jīng)鉆探獲取了多成因類型、多產(chǎn)狀的水合物實(shí)物樣品[3,32]，揭示出巨大的水合物勘探前景。神狐海域水合物成藏特征顯示：水合物礦體分布與下伏活躍的流體疏導(dǎo)系統(tǒng)如泥火山、底辟、斷層、氣煙囪等具有良好的空間耦合關(guān)系，熱解氣、生物氣多氣源供給及多類型含氣流體疏導(dǎo)組合是控制水合物富集成藏的重要因素。受限于地震勘探資料精度，前人對尖峰北盆地的研究多集中于構(gòu)造、沉積等基礎(chǔ)地質(zhì)及深部油氣地質(zhì)特征方面[33]，而較少關(guān)注晚中新世以來（T3以上）淺部地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，鮮有對淺層含氣流體運(yùn)聚疏導(dǎo)條件及與水合物富集成藏關(guān)系的研究。尖峰北盆地自區(qū)域沉降階段以來，在斷裂疏導(dǎo)條件較微弱的情況下，淺層流體運(yùn)聚疏導(dǎo)通道的分布特點(diǎn)，深、淺部含氣流體疏導(dǎo)通道的組合特征及對水合物富集的控制作用等問題仍有待深入探究。2016年廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在尖峰北盆地采集的高精度三維多道地震資料，為深入刻畫尖峰北盆地含氣流體運(yùn)聚疏導(dǎo)系統(tǒng)、揭示研究區(qū)水合物成藏特征提供了有利條件。本文依托高精度三維地震、淺地層剖面、多波束資料，對尖峰北盆地深水區(qū)開展詳細(xì)的地質(zhì)、地球物理研究，以明確研究區(qū)發(fā)育的含氣流體疏導(dǎo)通道類型、特征及不同疏導(dǎo)通道間的配置組合聯(lián)系，揭示含氣流體運(yùn)聚疏導(dǎo)組合對水合物富集的控制作用，為尖峰北盆地水合物成藏研究提供參考和借鑒。

1 地質(zhì)背景

尖峰北盆地位于南海北部大陸邊緣南部，屬于典型的新生代沉積盆地，位于水深1 000～3 000 m的陸坡深水區(qū)，地形變化較大[33]（圖1a，1b）。其北部是珠江口盆地珠二坳陷,南部是南海中央海盆，西部為雙峰盆地，東部為潮汕坳陷。研究區(qū)位于尖峰 北盆地的南部（19°06′～19°18′N、 115°30′～115°45′E），距離海南省三亞市以東約700 km（圖1a）。海底地形呈北西—南東傾向，水深范圍約為2 600～3 000 m，水深線走向大體與海岸線平行。海底地貌形態(tài)復(fù)雜多樣，包括海底峽谷、深海斜坡、海槽、海脊、海山、滑坡扇等多種類型[32,34]（圖1b，1c）。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置圖（a）及多波束地形圖和局部放大圖（b，c）Fig.1 a.The location of study area,b.Multi-beam topographic map of the study area,c.Partialy enlarged (b)

尖峰北盆地新生代構(gòu)造、沉積演化特征與珠江口盆地白云凹陷較相似，總體上分為3個階段：古新世—始新世為斷陷盆地演化階段，盆地內(nèi)部接受廣泛的中—深湖相沉積及辮狀河三角洲沉積；漸新世—中中新世盆地進(jìn)入拗陷演化階段，沉積物由陸相逐步過渡為海陸過渡相和海相；晚中新世—全新世為區(qū)域沉降階段,盆地及其圍區(qū)以穩(wěn)定的淺海—半深海相沉積為主[33,35]。通過與北部鄰區(qū)神狐海域進(jìn)行地層對比，尖峰北盆地新生代以來自下而上可劃分出Tg、T8、T7、T6、T5、T4、T3、T2、T1等層序界面，其中T6界面以下廣泛發(fā)育三角洲、深湖—半深湖沉積，構(gòu)成尖峰北盆地深部重要生烴層系[33,35]。

尖峰北盆地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂活動發(fā)育。古近紀(jì)底部斷裂多集中在凸起和凹陷邊界，形成控凹邊界斷層，將古近系分割成多個孤立箕狀斷陷[24]；沉積凹陷內(nèi)部發(fā)育一系列板狀正斷層，通常切割深部生烴層系并延伸至淺部地層。受前新生代構(gòu)造—巖漿活動影響，新生代基底分布多處基巖古隆起并誘發(fā)形成一系列古隆起伴生斷層。晚漸新世形成的區(qū)域性厚層泥巖中廣泛發(fā)育多邊形斷層?；钴S的構(gòu)造運(yùn)動常引起深部海相超壓泥質(zhì)巖類的塑性流動，為大規(guī)模流體活動，如泥火山、泥底辟、氣煙囪及其他伴生構(gòu)造的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)及動力條件[36]?？碧綄?shí)踐表明，尖峰北盆地古近系最大沉積厚度超過4 500 m，發(fā)育充足的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)、良好的儲蓋及含氣流體運(yùn)聚疏導(dǎo)條件，具備較好的油氣及水合物勘探潛力[33]。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 多波束

多波束資料的采集采用EM122多波束測深系統(tǒng)，工作頻率為12 kHz，測深范圍為20～11 000 m，波束角為1°×1°，每條帶波束數(shù)為288，最大覆蓋角度為150°。EM122多波束測深系統(tǒng)具有大覆蓋寬度、高分辨率、高測量精度及獲取高質(zhì)量海底底質(zhì)和水體信息的特征。在多波束圖中可識別出海底沖溝、沖溝脊、海底麻坑、海底丘等海底構(gòu)造現(xiàn)象（圖1b，1c）。

2.2 淺地層剖面

淺地層剖面測量采用德國ATLAS公司生產(chǎn)的Atlas Parasound P70型深水參量淺層剖面儀完成。淺層剖面儀發(fā)射頻率為PHF18～33 kHZ，最大發(fā)射能量為70 kW，脈沖長度為0.167～25 ms。設(shè)備工作水深為10～11 000 m，適用于全海域范圍海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)查分析。在淺層地震剖面中識別出“聲渾濁”、“聲空白”等指示淺層游離氣滲漏、逸散的聲學(xué)響應(yīng)及海底麻坑、丘狀體、海底滑塌、海底斷裂等海底微地貌。

2.3 三維多道地震

三維地震資料由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“奮斗四號”船于2016年度采集完成，三維覆蓋面積為340 km2。地震采集系統(tǒng)應(yīng)用震源容量為540 Cu.in的氣槍作為震源，震源壓力為2 000 PSI，氣槍沉放深度為5 m，電纜沉放深度為5 m。接收道數(shù)為360道，覆蓋次數(shù)為45次，道間距為6.25 m，采樣率為1.0 ms。采集的地震數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單流程處理后加載到Geofram4.5上進(jìn)行地質(zhì)解釋,主要識別出BSR、溝源斷層、古隆起伴生斷層、多邊形斷層、增強(qiáng)反射、反射空白帶等指示氣體運(yùn)聚及水合物富集的地震反射現(xiàn)象。

3 結(jié)果

3.1 海底典型微地貌結(jié)構(gòu)及聲學(xué)響應(yīng)特征

海底淺層沉積物多處于未成巖階段，沉積物疏松多孔，多為未膠結(jié)或弱膠結(jié)狀態(tài)，海底形態(tài)易受淺層構(gòu)造、流體活動及底流改造的影響。通過對淺地層剖面的觀察和解釋，在研究區(qū)識別出海底滑塌、海底斷裂、海底麻坑、丘狀體等微地貌結(jié)構(gòu)，其在淺地層剖面上的響應(yīng)特征如下：①海底地層傾角相對較大的斜坡位置，在特定地質(zhì)因素觸發(fā)下，斜坡上部沉積物發(fā)生失穩(wěn)滑動并在坡腳形成滑塌堆積體（圖2a）；②受海底淺層構(gòu)造及流體活動影響，誘發(fā)海底斷裂的產(chǎn)生，斷裂傾角約為80～85°（圖2b）；③廣泛分布于海底，形態(tài)較規(guī)則的海底麻坑和丘狀體。它們在淺地層剖面中多獨(dú)立分布，呈近似對稱的“V”型形態(tài)。相鄰麻坑和丘狀體之間的距離約2～3 km，單個麻坑和丘狀體直徑約為幾十米至數(shù)百米，深度約為幾米至十幾米（圖2c，2d）。這些異常海底微地貌的下部均發(fā)育“聲空白”、“聲渾濁”等聲學(xué)異常響應(yīng)，它們由淺層氣體對聲波能量的散射和吸收所形成，并導(dǎo)致淺層地震反射同相軸不連續(xù)?！奥暱瞻住?、“聲渾濁”的根部位于海底以下30～40 m，頂端延伸至海底并終止于海底滑塌、海底麻坑、丘狀體的正下方，是淺層氣體滲漏的重要指示標(biāo)志。

圖2 尖峰北盆地海底典型微地貌結(jié)構(gòu)及聲學(xué)響應(yīng)特征淺地層剖面圖a.海底滑塌，b.海底斷裂，c.海底麻坑，d.海底丘狀體。Fig.2 A sub-bottom profile showing typical micro-geomorphic and acoustic response characteristics of the seabed in the Jianfengbei Basin a.seabed slumping，b.seabed fault，c.seabed pockmark，d.seabed mound-like features.

3.2 流體運(yùn)聚疏導(dǎo)通道

3.2.1 溝源斷層

溝源斷層通常指溝通深部生烴層系、控制深部流體向淺層運(yùn)移聚集的構(gòu)造斷層。研究區(qū)溝源斷層主要發(fā)育于古近紀(jì)沉積凹陷內(nèi)部，在地震剖面中呈板狀形態(tài)并成組分布。研究區(qū)溝源斷層規(guī)模較大，向下切割T7層序界面與古近系生烴層系相連通；向上可延伸至T3層序界面，斷層垂向延伸長度約數(shù)千米，垂向最大斷距可達(dá)122 m。在沉積凹陷與古隆起的邊界發(fā)育局部不整合，不整合面下端延伸至沉積凹陷內(nèi)部與深部生烴層系相連通，上端收斂于T5層序界面（圖3）。

3.2.2 古隆起伴生斷層

受中生代末期強(qiáng)烈構(gòu)造活動影響，尖峰北盆地新生代基底發(fā)育多個構(gòu)造古隆起。古隆起主要分布于沉積凹陷邊界位置，與圍巖地層在地震反射特征上具有顯著差異，其內(nèi)部呈雜亂—模糊反射特征，側(cè)緣局部位置呈強(qiáng)振幅反射，其上部由于沉積間斷通常出現(xiàn)地層缺失（圖3，圖4）。古隆起的形成及周期性活動引起圍巖地層發(fā)生明顯的牽引變形，導(dǎo)致淺部地層中背斜構(gòu)造的形成，并在頂部及側(cè)翼誘發(fā)形成一系列伴生斷層。相較于溝源斷層，古隆起伴生斷層規(guī)模相對較小，長度通常為250～300 m。古隆起側(cè)翼伴生斷層向上延伸至T3界面，向下切割T5層序界面及深部生烴層系；古隆起頂部伴生斷層規(guī)模及密度較大，少數(shù)斷層可與其上覆多邊形斷層相貫通，延伸至T2界面以上（圖4）。

3.2.3 多邊形斷層

多邊形斷層常形成于泥巖、頁巖等細(xì)粒沉積物中，通常被認(rèn)為是非構(gòu)造斷層，在南海北部深水沉積盆地中廣泛分布[21,37-38]。研究區(qū)廣泛發(fā)育多邊形斷層，它們在地震剖面中具有傾向不一、斷距較小、層間分布的特征（圖5）。多邊形斷層長度平均為90～150 m，斷距3～8 m，斷裂密度約為12條/km、傾角約為80～90°，具有明顯的層間分布特征，幾乎全部分布于T2與T3之間，但在局部構(gòu)造位置，多邊形斷層與其下伏構(gòu)造斷層相貫通并延伸至T2界面以上（圖4）。多邊形斷層上部地層具有較連續(xù)的低頻、弱反射特征，局部位置發(fā)育反射空白帶；下部地層為中—強(qiáng)振幅連續(xù)反射沉積，并被深部構(gòu)造斷層所切割（圖5）。T3不整合面的形成導(dǎo)致上覆地層發(fā)育“丘”、“凹”相間的沉積特征，多邊形斷層的發(fā)育密度在不同位置呈現(xiàn)明顯差異性：在“丘頂”位置，多邊形斷層密度較大，“丘內(nèi)”呈弱振幅反射特征；在“凹內(nèi)”多邊形斷層密度較小，呈強(qiáng)振幅反射特征（圖5）。

圖3 尖峰北盆地溝源斷層發(fā)育特征多道地震剖面圖Fig.3 The multi-channel seismic profile showing source -connected faults in the Jianfengbei Basin

圖4 尖峰北盆地古隆起伴生斷層發(fā)育特征多道地震剖面圖Fig.4 The multi-channel seismic profile showing paleo-uplift associated faults in the Jianfengbei Basin

圖5 尖峰北盆地多邊形斷層發(fā)育特征多道地震剖面圖Fig.5 The multi-channel seismic profile showing polygonal faults in the Jianfengbei Basin

3.3 “連續(xù)型”和“斷續(xù)型”BSR

通常，似海底反射（Bottom Simulating Reflector，BSR）是水合物穩(wěn)定域的底界，其形態(tài)特征、振幅強(qiáng)度、分布范圍通常是反映水合物富集程度的有利標(biāo)志[3]。研究區(qū)BSR主要分布于T1之上，埋藏深度為海底以下200～260 ms，近似平行于沉積地層和海底（圖6 ）。根據(jù)BSR的形態(tài)特征及側(cè)向連續(xù)性的差異，在研究區(qū)識別出“連續(xù)型”和“斷續(xù)型”兩種BSR類型。“連續(xù)型”BSR具有與海底極性相反、強(qiáng)振幅反射、側(cè)向連續(xù)分布的特點(diǎn)，BSR延伸長度約10 km（圖6a）。受深部古隆起及地層局部變形的影響，沿地層上傾方向，BSR的振幅強(qiáng)度逐漸減弱。BSR下部呈雜亂的低頻反射特征，上部發(fā)育厚層弱振幅反射帶，側(cè)向延伸十幾千米。海底以下60～250 ms范圍內(nèi)地層呈弱連續(xù)、雜亂反射特征，橫向延伸距離約數(shù)十千米，為典型的厚層塊體流沉積（Mass Transported Deposits，MTDs），內(nèi)部可見顯著的地震反射同相軸滑動變形構(gòu)造。“斷續(xù)型”BSR振幅強(qiáng)度較弱、側(cè)向連續(xù)性較差，延伸長度約5 km，BSR在局部位置出現(xiàn)反射間斷特征（圖6b）。這些反射間斷位置的下部發(fā)育明顯的氣體向上滲漏突破特征，其上部具有低頻、模糊反射特征及淺層氣體滲漏響應(yīng)，海底對應(yīng)位置發(fā)育海底滑塌、海底丘等一系列微地貌。

4 討論

4.1 疏導(dǎo)通道與含氣流體運(yùn)移

4.1.1 深部層系含氣流體疏導(dǎo)特征

圖6 尖峰北盆地BSR分布特征多道地震剖面圖a.“連續(xù)型”BSR 分布，b.“斷續(xù)型”BSR 分布。Fig.6 A multi-channel seismic profile showing BSR distribution in the Jianfengbei Basin a.“continuous” BSR distribution，b.“discontinuous” BSR distribution.

古新世—始新世時期，尖峰北盆地處于斷陷作用演化階段，盆地發(fā)育多凸多凹的構(gòu)造格局，斷陷及斷裂活動頻繁[24]。沉積凹陷內(nèi)部溝源斷層的形成一方面受深部構(gòu)造活動的控制，另一方面，隨著沉積凹陷內(nèi)部生烴層系壓力不斷積聚，達(dá)到溝源斷層的啟動壓力時，深部含氣流體即沿著溝源斷層向上發(fā)生排驅(qū)泄壓，并在有利位置發(fā)生聚集。研究區(qū)在古近紀(jì)廣泛發(fā)育陸相、海陸過渡相沉積，除形成區(qū)域性厚層泥質(zhì)沉積外，盆地內(nèi)還廣泛分布濁積砂體、河道砂體等，構(gòu)成深部流體聚集的有利場所[33]。溝源斷層兩側(cè)的“旗狀”反射（圖3）及T3不整合界面“凹內(nèi)”強(qiáng)振幅反射（圖5）即可能是深部含氣流體沿溝源斷裂發(fā)生運(yùn)移并在有利砂質(zhì)儲層中聚集的結(jié)果。溝源斷層構(gòu)成連通深部生烴層系與淺部有利儲集層的重要疏導(dǎo)通道。

古隆起伴生斷層主要受深部構(gòu)造運(yùn)動及古隆起活動影響，其中少數(shù)“側(cè)翼”伴生斷層可與深部生烴層系相溝通，發(fā)揮“溝源斷層”的作用；大多數(shù)古隆起伴生斷層雖未直接切割深部生烴層系，但其頂部及側(cè)翼密集的伴生斷裂形成構(gòu)造薄弱帶，構(gòu)成壓力排驅(qū)及含氣流體運(yùn)移的有效疏導(dǎo)通道，在一定程度上加劇了深部含氣流體的疏導(dǎo)能力和影響范圍。古隆起頂部淺層背斜中的“亮點(diǎn)”反射即可能是深部含氣流體沿古隆起伴生斷層垂向運(yùn)移聚集的結(jié)果（圖4）。

除溝源斷層、古隆起伴生斷層等構(gòu)造斷層疏導(dǎo)通道外，沉積凹陷與古隆起邊界的局部不整合也是深部含氣流體向淺層運(yùn)移的有效通道。地質(zhì)歷史時期古隆起暴露地表，經(jīng)歷長期風(fēng)化淋濾改造，發(fā)育較好的孔滲結(jié)構(gòu)，且其下傾端與深部生烴層系相連通，構(gòu)成深部含氣流體運(yùn)移的優(yōu)勢通道。此外，沉積凹陷內(nèi)部橫向連通的濁積砂體構(gòu)成含氣流體側(cè)向運(yùn)移的有效通道，在遇到切割砂體的構(gòu)造斷層時，含氣流體繼而轉(zhuǎn)為沿斷層向淺層發(fā)生垂向運(yùn)移（圖7）。

4.1.2 淺部層系含氣流體疏導(dǎo)特征

溝源斷層及古隆起伴生斷層是尖峰北盆地斷陷—拗陷演化階段深部流體向淺層運(yùn)移的主要疏導(dǎo)通道。但晚中新世以來，隨著沉積盆地進(jìn)入穩(wěn)定的區(qū)域沉降階段，構(gòu)造活動趨于平緩，深部構(gòu)造斷層活動性大大減弱。溝源斷層及古隆起伴生斷層形成的流體疏導(dǎo)通道多終止于T3界面以下，無法直接將深部含氣流體疏導(dǎo)至淺部地層。因而，淺部層系尤其是中中新世以來含氣流體疏導(dǎo)條件成為影響氣體進(jìn)一步運(yùn)移及水合物藏形成的關(guān)鍵因素。越來越多的研究表明在沉積盆地區(qū)域沉降階段，泥頁巖中廣泛分布的多邊形斷層是流體運(yùn)移的有效通道[39-40]。Chen[38]等通過水合物穩(wěn)定域的定量計算證實(shí)了多邊形斷層對含氣流體疏導(dǎo)及水合物分布的控制作用。盡管多邊形斷層的延伸距離短、斷距小，但其平面分布往往是整個區(qū)域甚至是盆地尺度，流體疏導(dǎo)能力和影響范圍是十分廣泛的[39]。多邊形斷層的活動及流體疏導(dǎo)具有典型的幕式特征[41]：當(dāng)其內(nèi)部或下伏地層流體壓力積累到一定程度后，多邊形斷層即可活化開啟，并進(jìn)一步誘發(fā)淺層微裂隙的產(chǎn)生，多邊形斷層與伴生的微裂隙共同構(gòu)成淺部地層流體疏導(dǎo)通道；隨著流體的排驅(qū)及地層壓力傳導(dǎo)釋放，多邊形斷層隨即閉合繼而形成區(qū)域性封蓋層，直至下一次大規(guī)模流體活動及地層超壓的產(chǎn)生使其重新活化開啟。除多邊形斷層以外，第四紀(jì)以來廣泛發(fā)育的塊體流（MTDs）沉積也構(gòu)成含氣流體運(yùn)移的有效通道，淺層游離氣沿著塊體流（MTDs）底界或內(nèi)部局部高孔滲帶以滲漏或擴(kuò)散形式運(yùn)移[42]，在溫度、壓力條件適宜的區(qū)域發(fā)生穩(wěn)定聚集，并最終形成水合物藏。

4.1.3 含氣流體疏導(dǎo)組合類型及水合物富集成藏

油氣及天然氣水合物勘探實(shí)踐表明，深、淺部有效的流體疏導(dǎo)通道組合是控制油氣及水合物成藏的關(guān)鍵[3,23,34]。結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)特點(diǎn)及深、淺部流體疏導(dǎo)通道的分布特征，總結(jié)出以下兩種流體疏導(dǎo)組合類型：

（1）“溝源斷層—多邊形斷層”流體疏導(dǎo)組合

沉積凹陷內(nèi)部古近系烴源巖形成的熱成因含氣流體在地層超壓作用下向外發(fā)生流體排驅(qū)。一方面，深部含氣流體在浮力作用下沿凹陷內(nèi)部橫向連通砂體發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，在遇到切割砂體的斷層時轉(zhuǎn)為沿斷層垂向運(yùn)移；另一方面，含氣流體在地層壓力驅(qū)動下優(yōu)先沿溝源斷層向淺部地層發(fā)生垂向疏導(dǎo)，當(dāng)溝源斷層持續(xù)疏導(dǎo)深部含氣流體至T3界面時，與上覆活化的多邊形斷層在垂向上相連通。多邊形斷層繼而“接替”溝源斷層并繼續(xù)向淺層疏導(dǎo)含氣流體，二者共同構(gòu)成“溝源斷層—多邊形斷層”垂向流體疏導(dǎo)組合（圖7a）。

（2）“古隆起伴生斷層—多邊形斷層”流體疏導(dǎo)組合

古隆起側(cè)翼伴生斷裂下傾端多切割深部地層，直接溝通深部烴源巖層系與淺層多邊形斷層，與上述“溝源斷層—多邊形斷層”的流體疏導(dǎo)組合特征相似，但兩類斷層的成因機(jī)制及發(fā)育位置具有差異（圖4）。古隆起頂部伴生斷裂的發(fā)育受深部構(gòu)造活動及上覆沉積層差異壓實(shí)作用影響，上端延伸至T3界面與多邊形斷層相溝通，下端與古隆起邊界的不整合相連通，而不整合自身即構(gòu)成深部含氣流體運(yùn)移的優(yōu)勢通道（圖7b）。古隆起頂部及側(cè)翼伴生斷層與多邊形斷層在垂向上有序配置，間接連通了深部生烴層系與淺層水合物穩(wěn)定域，共同構(gòu)成 “古隆起伴生斷層—多邊形斷層”流體疏導(dǎo)組合模式。

圖7 尖峰北盆地深、淺部地層含氣流體疏導(dǎo)組合多道地震剖面圖a.溝源斷層—多邊形斷層疏導(dǎo)組合，b.古隆起伴生斷層—多邊形斷層疏導(dǎo)組合。Fig.7 The multi-channel seismic profile showing gas-bearing fluid migration combination between deep and shallow layers in the Jianfengbei Basin a.source-connected fault-polygonal fault pathway combination，b.paleo-uplift associated faults-polygonal faults pathway combination.

盡管前人多認(rèn)為多邊形斷層屬于非構(gòu)造成因，但也有證據(jù)表明其發(fā)育演化一定程度上受深部構(gòu)造如底辟、古隆起活動的影響。Sun[41]認(rèn)為多邊形斷層的活化開啟具有典型幕式特征，與其內(nèi)部及下伏地層流體壓力的積聚與釋放具有密切成因聯(lián)系，而通過深部構(gòu)造斷層疏導(dǎo)至淺層的含氣流體很可能是導(dǎo)致淺部地層形成超壓并誘發(fā)多邊形斷層活化的直接因素。筆者結(jié)合研究區(qū)深、淺部含氣流體疏導(dǎo)通道的發(fā)育特征認(rèn)為：深部溝源斷層、古隆起伴生斷層與淺層多邊形斷層不僅在空間上具有良好的組合關(guān)系，在構(gòu)造活動及流體疏導(dǎo)特征上也具有較強(qiáng)的同步性及連續(xù)性，正是由于溝源斷層與隆起伴生斷層的幕式活動及伴隨的含氣流體排驅(qū)誘發(fā)了淺層多邊形斷層的活化開啟，才使得含氣流體可以由深部烴源層持續(xù)疏導(dǎo)至淺層，并最終在水合物穩(wěn)定域內(nèi)聚集形成水合物藏（圖7）。

值得說明的是，通過深部構(gòu)造斷層疏導(dǎo)至淺層的含氣流體通常為熱成因流體。前人研究表明晚中新世以來發(fā)育的厚層海相沉積自身即為有利的生物氣源巖[38,43-44]，具有一定的生物成因氣貢獻(xiàn)。因而多邊形斷層可能同時起到控制深部熱成因氣“中繼疏導(dǎo)”及淺部生物成因氣“初次運(yùn)移”的雙重疏導(dǎo)作用[45]。

4.2 含氣流體活動對BSR分布的影響

地層溫度、壓力條件是影響天然氣水合物穩(wěn)定域的最重要因素，溝源斷層、古隆起伴生斷層、多邊形斷層等含氣流體疏導(dǎo)通道組合一方面能促進(jìn)深部熱成因氣、淺層生物氣向水合物穩(wěn)定域運(yùn)聚并形成水合物藏[3]；但另一方面，深部構(gòu)造運(yùn)動及熱液流體活動會引起淺層多邊形斷層及微裂隙的活化開啟和熱流體上侵，導(dǎo)致水合物穩(wěn)定域內(nèi)出現(xiàn)局部溫度和壓力異常，甚至造成已形成水合物藏的分解[46]。

流體疏導(dǎo)通道的發(fā)育特征及其控制下的含氣流體活動特點(diǎn)是造成水合物差異分布的主要因素。圖8所示，a區(qū)BSR平直且連續(xù)、振幅較強(qiáng)、BSR之上發(fā)育大套空白反射，可能指示穩(wěn)定、厚層的水合物聚集；c區(qū)BSR總體較連續(xù)，但振幅強(qiáng)度明顯較弱，反映水合物的飽和度較a區(qū)低，這可能與a區(qū)位置相對較高，淺層游離氣優(yōu)先向構(gòu)造高部位運(yùn)聚有關(guān)；b區(qū)BSR連續(xù)性較差且振幅較弱，表現(xiàn)出“斷續(xù)型”分布特點(diǎn)，可能指示水合物飽和度較低，礦體分布不連續(xù)。值得強(qiáng)調(diào)的是，b區(qū)下伏多邊形斷層發(fā)育密度明顯高于a區(qū)和c區(qū)，造成b區(qū)“斷續(xù)型”BSR分布可能有以下兩點(diǎn)原因：①多邊形斷層構(gòu)成的高效疏導(dǎo)通道促使深部含氣流體向淺層急劇充注，并在某些構(gòu)造薄弱位置突破上覆水合物層的封堵，形成局部滲漏低壓區(qū)；②受古隆起及深部斷裂活動影響，深部含氣流體通常具有較高溫度，這些熱液流體在向淺層滲漏過程中會導(dǎo)致水合物穩(wěn)定域內(nèi)出現(xiàn)局部高溫異常，造成水合物穩(wěn)定域的局部破壞[46]。水合物在這些局部高溫、低壓區(qū)分解為水和氣體，導(dǎo)致水合物層與其下伏游離氣層的波阻抗差異減小，局部同相軸振幅明顯變?nèi)趸颉跋А?，使得BSR在局部位置表現(xiàn)為“斷續(xù)型”地震反射特征（圖6b，圖8b）。

4.3 水合物分解滲漏與淺表層地質(zhì)異常耦合特征

水合物分解導(dǎo)致的淺層氣體滲漏會改造海底地形，形成海底麻坑、丘狀體、泥火山等微地貌，含氣流體滲漏出海底還可以形成冷泉活動系統(tǒng)[29-31]。指示水合物發(fā)生局部分解的“斷續(xù)型”BSR分布區(qū)（b區(qū)）對應(yīng)的海底位置出現(xiàn)多處海底麻坑和丘狀體，這些地質(zhì)體下部具有顯著的氣體滲漏指示標(biāo)志，淺地層剖面中呈現(xiàn)明顯的“聲空白帶”及同相軸“錯斷”現(xiàn)象，指示淺層氣體發(fā)生持續(xù)且強(qiáng)烈的滲漏作用（圖8d，8e，8f）。b區(qū)下部密集分布的多邊形斷層、BSR的斷續(xù)型反射、海底微地貌在垂向上顯示良好的耦合關(guān)系，且BSR上“反射間斷點(diǎn)”的分布位置與海底麻坑、海底丘狀體具有較好的對應(yīng)關(guān)系。據(jù)此認(rèn)為，水合物的局部分解及淺層氣體持續(xù)滲漏導(dǎo)致了海底微地貌的產(chǎn)生，而其下部深、淺層相互聯(lián)系的復(fù)雜流體活動系統(tǒng)及其對水合物穩(wěn)定域的制約作用是導(dǎo)致水合物局部分解、滲漏及海底微地貌形成的根本控制因素。

4.4 流體疏導(dǎo)組合及水合物運(yùn)聚成藏模式

通過上述分析，結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)特點(diǎn)及含氣流體疏導(dǎo)組合特征，總結(jié)出研究區(qū)水合物的成藏模式（圖9）。受前新生代盆地構(gòu)造活動影響，相鄰古隆起間控制的沉積凹陷構(gòu)成研究區(qū)有利的生烴灶，凹陷內(nèi)部烴源巖產(chǎn)生的含氣熱液流體沿著溝源斷裂、古隆起伴生斷裂、凹陷內(nèi)部橫向連續(xù)砂體及古隆起邊界不整合等疏導(dǎo)通道持續(xù)向淺部運(yùn)移。當(dāng)深部熱成因含氣流體運(yùn)移至T3界面時，誘發(fā)上覆地層中多邊形斷層活化開啟并與下伏構(gòu)造疏導(dǎo)通道相溝通，并與淺部海相泥巖地層形成的生物成因氣發(fā)生混合，共同沿著T2與T3之間廣泛分布的多邊形斷層及其誘發(fā)的淺層微裂隙、塊體流（MTDs）底界及局部高孔滲帶以滲漏和擴(kuò)散的形式向水合物穩(wěn)定域運(yùn)移聚集，并最終在溫度、壓力適宜的區(qū)域聚集形成水合物藏。深、淺部含氣流體疏導(dǎo)通道的廣泛發(fā)育及有效配置組合一方面提高了含氣流體運(yùn)聚疏導(dǎo)效率，促進(jìn)了水合物藏的形成；但另一方面，受深部流體活動影響，淺層密集的疏導(dǎo)通道及劇烈的含氣流體活動常導(dǎo)致淺層局部溫壓異常的產(chǎn)生及水合物穩(wěn)定域的變化，水合物發(fā)生局部分解及氣體滲漏和逸散，最終導(dǎo)致海底麻坑、丘狀體、海底斷裂等微地貌的產(chǎn)生。

圖8 淺層含氣流體運(yùn)移與BSR分布及海底微地貌綜合響應(yīng)特征a.“強(qiáng)振幅—連續(xù)型”BSR，b.“弱振幅—斷續(xù)型”BSR，c.“弱振幅—連續(xù)型”BSR，d.海底丘狀體，e.海底麻坑，f.海底丘狀體。Fig.8 Distribution patterns of shallow gas-bearing fluid migration and BSR distribution as well as the comprehensive response of seabed micro-geomorphology a.strong amplitude-continuous BSR，b.weak amplitude-discontinuous BSR，c.weak amplitude-continuous BSR，d.seabed mound，e.seabed pockmark，f.seabed mound.

5 結(jié)論

（1）在尖峰北盆地識別出亮點(diǎn)反射、旗狀反射、反射空白帶、聲空白、聲渾濁、“連續(xù)型”BSR、“斷續(xù)型”BSR等多種指示含氣流體運(yùn)移及水合物富集的地球物理指示標(biāo)志。

（2）研究區(qū)主要發(fā)育溝源斷層、古隆起伴生斷層和多邊形斷層3類含氣流體疏導(dǎo)通道，它們在空間分布及形成機(jī)制上具有密切聯(lián)系，共同構(gòu)成“溝源斷層—多邊形斷層”及“古隆起伴生斷層—多邊形斷層”兩種深、淺部含氣流體運(yùn)聚疏導(dǎo)組合類型。這些垂向斷裂疏導(dǎo)組合與古隆起邊界不整合、凹陷內(nèi)部側(cè)向連續(xù)砂體、淺部微裂隙、塊體流（MTDs）底界等含氣流體疏導(dǎo)通道直接或間接連通，共同構(gòu)成連接深部烴源巖及淺層水合物穩(wěn)定域的含氣流體疏導(dǎo)系統(tǒng)，控制含氣流體運(yùn)移及水合物藏的形成。

（3）受深部構(gòu)造運(yùn)動及流體活動影響，淺部地層常誘發(fā)劇烈的含氣流體活動導(dǎo)致水合物穩(wěn)定域的局部破壞及水合物分解滲漏，并對海底地形形成改造，造成 “海底麻坑”、“海底丘狀體”、“海底滑塌”、“海底斷裂”等一系列微地貌的產(chǎn)生。

圖9 尖峰北盆地天然氣水合物成藏模式圖Fig.9 Gas hydrate accumulation model of the Jianfengbei Basin.

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