張春灌,趙 敏,袁炳強,李進波,張 文,韓 梅,張 冕,周 磊

(1.西安石油大學地球科學與工程學院,陜西西安710065;2.西安石油大學陜西省油氣成藏地質學重點實驗室,陜西西安710065;3.海洋油氣勘探國家工程研究中心,北京100028;4.中海油國際公司勘探部,北京100027)

北極地區(qū)富含油氣資源及各類金屬礦產資源,由于受極寒氣候和廣泛分布冰蓋的影響,該地區(qū)成為全球地質研究程度最低的地區(qū)之一[1]。作為北極油氣勘探熱點地區(qū)——挪威-格陵蘭海的重要組成部分,揚馬延微陸塊的油氣勘探近年來備受關注[2-3]。揚馬延微陸塊位于北極地區(qū)挪威-格陵蘭海域中部揚馬延島以南,海底地形總體表現為“南北高、中部低”的特征。迄今為止,揚馬延微陸塊尚未發(fā)現油氣田。以往的研究結果表明,該區(qū)具備較好的油氣資源前景[4]。自20世紀50年代以來,前人在揚馬延微陸塊及鄰區(qū)開展了大量的地質調查及地球物理探測工作[5-6]。早期主要是根據地震反射和折射數據的解釋提出揚馬延微陸塊為陸殼性質[7-10]。隨著研究的深入,研究人員在構造演化方面獲得了許多認識[11-13]。利用最新船測重力資料,李進波等[3]對揚馬延微陸塊中部的構造特征進行了探討。盡管前人對于揚馬延微陸塊區(qū)域構造格架方面的認識大體一致,然而針對本區(qū)斷裂構造特征方面的研究工作相對不足,北西向斷裂與北東向斷裂之間切割關系方面的認識尚不十分明確。

為了深入研究揚馬延微陸塊中南部的斷裂構造與油氣遠景,系統收集并整理了已有的重力及磁力資料,并基于變緯度化極技術計算了磁力化極異常。主要通過對自由空間重力異常、磁力化極異常進行異常的分離、垂向二階導數的求取、歸一化總水平導數垂向導數(NVDR_THDR)與水平總梯度的計算、歐拉反褶積定位解的獲取,深入分析自由空間重力異常、磁力化極異常、自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常、自由空間重力水平總梯度異常、自由空間重力異常NVDR_THDR及歐拉反褶積定位解、磁力化極垂向二階導數異常特征,結合二維地震剖面解釋結果,綜合研究揚馬延微陸塊中南部斷裂構造特征與油氣勘探有利區(qū)。

1 地質背景

揚馬延脊的演化和海底擴張理論緊密相關,初始動力是地幔軟流圈上涌,形成上地幔隆起,引起地殼熱擴張和產生拉張斷陷,形成陸內裂谷。隨著陸殼的裂解,導致海底擴張,使得揚馬延脊與格陵蘭大陸分離,在新近紀揚馬延脊成為一個微陸塊[4]。在揚馬延脊的沉積演化過程中,揚馬延脊在第三紀前有著和東格陵蘭陸架、挪威陸架相似的沉積序列,其構造演化經歷了二疊紀陸內裂谷、三疊紀-侏羅紀同裂谷和微陸塊漂移、白堊紀至今熱沉降和被動陸緣等3個階段[2]。

從區(qū)域地質構造[14](圖1)可以看出,揚馬延微陸塊與其周緣構造單元的地層發(fā)育特征存在顯著的差異性。揚馬延微陸塊絕大部分區(qū)域主要發(fā)育新近系及古近系,揚馬延微陸塊北端揚馬延島周圍則主要發(fā)育中新世火山巖。揚馬延島北側發(fā)育有一條延伸方向很長、北西向展布的斷裂帶——西揚馬延斷裂帶,其構造了揚馬延微陸地北部邊界。另外,揚馬延微陸塊東側構造單元內發(fā)育大量北西向展布的走滑斷層,西側Kolbeinsey脊內則發(fā)育有顯著北西向展布的轉換斷層。

圖1 揚馬延微陸塊及鄰區(qū)區(qū)域地質構造(據Sigmond,2002)[14]

2 重磁場特征

2.1 自由空間重力異常

系統整理分析了最新完成的船測重力資料(重力測線見圖2)以及美國斯克里普斯海洋研究所于2021年發(fā)布的全球重力數據庫V29,編制了揚馬延微陸塊中南部自由空間重力異常(圖3)。船測重力測線間距約為5.4～8.2km,測線上的點距約為0.04km,測量比例尺為1∶500000;斯克里普斯海洋研究所發(fā)布的全球重力數據庫中海域重力數據為衛(wèi)星測高重力數據,精度達到4×10-5m/s2左右、空間分辨力接近8km,可以滿足1∶1000000比例尺面積性海洋重力工作的需要[15-16]。編圖結果表明,研究區(qū)自由空間重力異常多呈條帶狀、塊狀分布,異常值介于(-31.7～105.9)×10-5m/s2。

研究區(qū)自由空間重力異常顯示出明顯的三大特征,即異常走向宏觀呈北東向及近南北向展布、重力低與重力高之間密集梯級帶發(fā)育和由西北向東南,異常值高低分帶相間分布。大體以西經8°東側為界,自由空間重力異常走向分為東、西兩大部分,西部異常走向宏觀為北東向,而東部異常則為近南北向。研究區(qū)發(fā)育有多條重力梯級帶,規(guī)模較大的梯級帶主要呈北東向展布,與本區(qū)區(qū)域構造總體一致,亦呈北東向展布。雖然本區(qū)發(fā)育了眾多范圍較大的重力低值區(qū)以及重力高值區(qū),但是這些重力低值區(qū)內也發(fā)育眾

圖2 揚馬延微陸塊中南部地形及重磁測線分布

圖3 揚馬延微陸塊中南部自由空間重力異常及斷裂分布

多的局部重力高、重力高值區(qū)內發(fā)育眾多的局部重力低,這些局部重力高或者局部重力低周圍亦存在重力梯級帶,規(guī)模較小而已,表明本區(qū)構造復雜,可能發(fā)育有一系列規(guī)模相對較小的斷裂構造。研究區(qū)重力高異常與重力低異常相間分布的特征反映了該區(qū)隆起與坳陷分布的范圍及展布特征。

2.2 磁力化極異常

系統整理分析了最新完成的船測磁力資料(磁力測線見圖2)、美國海軍海洋學辦公室于1973年完成的航磁資料、美國國家環(huán)境信息中心于2017年發(fā)布的地球磁異常網格第3版EMAG2v3,編制了揚馬延微陸塊中南部磁力ΔT異常圖。船測磁力測線間距為5.4～8.2km,測線上的點距約為0.04km,測量比例尺為1∶500000;研究區(qū)北部航磁測線間距約為5.5km,測線上的點距約為0.4km,測量比例尺為1∶500000;研究區(qū)南部航磁測線間距約為11.1km,測線上的點距約為0.4km,測量比例尺為1∶1000000。由于研究區(qū)緯度跨度較大(緯度差為3°),常規(guī)化極已不能滿足較高的精度要求[17],利用變緯度化極技術對磁力ΔT異常數據進行了化極,獲得了磁力化極異常,結果如圖4所示。其中,化極所用的地磁場傾角與偏角見表1。與自由空間重力異常特征相似,揚馬延微陸塊中南部磁力化極異常走向宏觀呈北東向及近南北向,異常值介于-385.4～525.2nT。

圖4 揚馬延微陸塊中南部磁力化極異常及斷裂分布

揚馬延微陸塊中南部磁力化極異?？傮w表現為“西部北東向、東部近南北向”的展布特征,宏觀走向與區(qū)域構造格架一致。自西北向東南,揚馬延微陸塊中南部磁力化極異常總體上表現為高值區(qū)與低值區(qū)相間分布。研究區(qū)西北角冰島海臺總體表現為異常高值區(qū),異常呈北東向展布、條帶狀分布特征;西部揚馬延西翼構造帶南部、揚馬延南部復雜構造帶西部及南部總體表現為異常高值區(qū),異常呈北東向展布、團塊狀分布特征;東部挪威盆地表現為異常高值區(qū),異常向東未閉合,總體呈近南北向展布特征。

表1 變磁傾角化極所用的地磁場參數

3 斷裂構造解釋

3.1 解釋方法

為了提取重磁場反映的斷裂構造信息,利用中國地質調查局發(fā)展研究中心研制的重磁電數據處理軟件RGIS[17],主要采用位場邊緣識別技術,其中常用的位場邊緣識別技術有垂向導數、歸一化總水平導數垂向導數、水平總梯度、歐拉反褶積等[18-22],對重力、磁力數據進行處理得到相應異常圖。斷裂往往在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導數異常圖上表現為等值線梯級帶,在自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上顯示為極值連線,在自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上呈現為解的密集分布,在磁力化極異常及其垂向二階導數異常圖上表現為磁力高異常軸線或等值線梯級帶?；谧杂煽臻g重力異常(圖3)、磁力化極異常(圖4)、自由空間重力水平總梯度異常、自由空間重力異常NVDR_THDR及歐拉反褶積定位解、磁力化極垂向二階導數異常(圖5)等異常特征,結合剖面綜合解釋結果(圖6)以及自由空間重力局部異常與垂向二階導數異常反映的線性構造信息(圖7)等異常特征,綜合確定了揚馬延微陸塊中南部的斷裂構造。

圖5 揚馬延微陸塊中南部重磁異常及斷裂分布a 自由空間重力異常NVDR_THDR; b 自由空間重力水平總梯度異常; c 自由空間重力異常歐拉反褶積定位解; d 磁力化極垂向二階導數異常

3.2 斷裂構造特征

斷裂構造分布特征表明,揚馬延微陸塊中南部構造復雜,斷裂發(fā)育。研究區(qū)主要發(fā)育有北東向、北西向、近東西向及近南北向4組斷裂,但以北東向及近南北向斷裂為主,北西向及近東西向斷裂次之,后者往往切斷前者,表明北西向及近東西向斷裂形成時期較晚。

揚馬延微陸塊中南部發(fā)育有7條主要斷裂(F1～F7斷裂),為本區(qū)構造單元分界斷裂。這些斷裂在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導數異常圖上表現為梯級帶或總體表現為梯級帶,自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上顯示為極值連線或總體顯示為極值連線,自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上呈現為解的密集分布或總體呈現為解的密集分布,部分斷裂在磁力化極異常及其垂向二階導數異常圖上表現為磁力高異常軸線或梯級帶(表2)。①F1斷裂位于研究區(qū)西北角,延伸長度約為129.6km,總體呈北東走向,向南西、向北東有延伸趨勢。②F2斷裂位于研究區(qū)西北部,延伸長度約為221.1km,總體呈北東走向,向西有延伸趨勢。該斷裂為北西傾向,屬正斷層(圖6)。③F3斷裂位于研究區(qū)北部,延伸長度約為142.3km,南段呈北東走向、北段呈北西向,向北西有延伸趨勢。④F4斷裂位于研究區(qū)西北角,延伸長度約為274.5km,總體呈北東走向,北端呈北西向,向西、向北西有延伸趨勢。該斷裂為南東傾向,屬正斷層(圖6)。⑤F5斷裂位于研究區(qū)中部,延伸長度約為253.5km,總體呈北東走向,向西有延伸趨勢。該斷裂為北西傾向,屬正斷層(圖6)。⑥F6斷裂位于研究區(qū)東部,延伸長度約為243.9km,總體呈近南北走向,向南西有延伸趨勢。該斷裂為南東傾向,屬正斷層(圖6)。⑦F7斷裂位于研究區(qū)東部,延伸長度約為257.4km,總體呈近南北走向,向南、向北東有延伸趨勢。該斷裂為北西傾向,屬正斷層(圖6)。

表2 主要斷裂重磁異常特征

圖6 L1剖面綜合解釋

圖7 揚馬延微陸塊中南部重力異常、勘探有利區(qū)及斷裂分布a 自由空間重力局部異常; b 自由空間重力垂向二階導數異常

揚馬延微陸塊中南部次級斷裂亦非常發(fā)育,主要有北東向、北西向、近東西向及近南北向4組,規(guī)模相對較小、延伸距離相對較短,并且北西向(或近東西向)斷裂往往切斷北東向(或近南北向)斷裂。次級斷裂在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導數異常圖上總體表現為等值線梯級帶,自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上總體顯示為極值連線,自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上總體呈現為解的密集分布,磁力化極異常及其垂向二階導數異常上部分斷裂表現為磁力高異常軸線、部分斷裂表現為磁力異常梯級帶。

3.3 剖面解釋

為了深入研究揚馬延微陸塊中南部的構造特征,根據已有的地震剖面資料,選擇了研究區(qū)內1條剖面進行定量擬合解釋,長度約為221km。剖面橫穿揚馬延微陸塊中部(剖面位置見圖3),剖面中部與L1地震剖面重合,長度約為178km(圖6)。剖面西北段由揚馬延盆地開始,向東南穿過揚馬延西翼構造帶、揚馬延海槽、揚馬延南部復雜構造帶、揚馬延東部斜坡,延伸至挪威盆地。定量擬合解釋過程中,海水作為一個密度層,密度值取1.03g/cm3;新近系作為一個密度層,密度值取2.20～2.24g/cm3;古近系作為一個密度層,密度值取2.40～2.43g/cm3;前新生界作為一個密度層,密度值取2.50～2.55g/cm3。

剖面自西北向東南自由空間重力異常顯示為“低—高—低—高—低—高—低”的特征,總體上和該剖面穿過的主要構造帶相對應;西北段揚馬延盆地內,重力異常表現為重力低異常,異常值最低約為21.6×10-5m/s2,異常變化梯度平緩;至揚馬延西翼構造帶,重力異?？傮w呈現“兩高夾一低”的特征,異常值最高約為53.3×10-5m/s2,異常變化梯度西緩東陡;至揚馬延海槽,重力異?？傮w呈現為重力低異常,異常值最低約為2.1×10-5m/s2,異常變化梯度較平緩;至揚馬延南部復雜構造帶,重力異常總體呈現為“兩高夾一低”的特征,異常值最高約為45.4×10-5m/s2,異常變化梯度較陡;至揚馬延東部斜坡,重力異?？傮w表現為自西向東重力異常梯級帶,異常變化梯度較平緩;至東南段挪威,重力異常呈現為重力低異常,異常值最低約為15.1×10-5m/s2,異常變化梯度平緩(圖6)。剖面定量解釋結果(圖6)表明,海水厚度(海底地形起伏)顯然是引起重力異常的重要因素,海底深度越淺則重力異常一般較高;前新生界頂面埋深橫向變化較大,新近系及古近系厚度總體上表現為東部厚、西部薄;該剖面斷裂構造比較發(fā)育,基于重磁異常識別的斷裂在剖面上有明顯的對應關系。

4 油氣勘探有利區(qū)預測

早期的揚馬延脊的油氣遠景評價是基于有限的地震數據和相似的其它已知區(qū)域的地質研究結果推測,本區(qū)可能至少有2套油氣系統[2]。結合油氣顯示、圈閉特征等研究成果,前人圈定了研究區(qū)中部潛在的油氣圈閉[23]。結果表明,前人圈定的油氣勘探有利區(qū)與自由空間局部重力高異常及垂向二階導數異常高值帶高度相關(圖7)。局部重力異常能突出反映局部地質體引起的重力場效應,主要反映局部構造特征[3];重力垂向二階導數異常對旁側疊加異常的反應更加敏感,亦常用來劃分局部異常[24]。前述本區(qū)斷裂構造特征表明,自由空間局部重力高異常及垂向二階導數異常高值帶對應凸起帶,其兩側往往發(fā)育正斷層。因此,前人圈定的油氣勘探有利區(qū)主要對應局部凸起帶。基于研究區(qū)自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常、斷裂構造特征,結合前人在本區(qū)油氣勘探有利區(qū)圈定方面的成果,對揚馬延微陸塊中南部的油氣勘探有利區(qū)進行了預測,圈定出了Ⅰ類和Ⅱ類油氣勘探有利區(qū)(圖7)。Ⅰ類油氣勘探有利區(qū)對應自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常高值帶,異常幅值較高、異常變化梯度較陡,其周緣發(fā)育斷裂構造;Ⅱ類油氣勘探有利區(qū)對應自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常高值帶,異常幅值較小、異常變化梯度較緩,其周緣發(fā)育斷裂構造。

Ⅰ類勘探有利區(qū)主要分布于研究區(qū)北部F1斷裂和F2斷裂所夾持的區(qū)域、研究區(qū)中部F5斷裂和F6斷裂所夾持區(qū)域的北部、研究區(qū)東南部DSDP350一帶,總體呈北東走向。Ⅰ類勘探有利區(qū)最顯著的特征是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常高值帶,并且重力異常幅值較高、異常變化梯度較陡,兩側發(fā)育有明顯異常梯級帶,表明該類勘探有利區(qū)的發(fā)育明顯受斷裂構造控制。

Ⅱ類勘探有利區(qū)主要分布于研究區(qū)南部F5斷裂和F6斷裂所夾持區(qū)域的南部,總體呈北東走向或近南北走向。Ⅱ類勘探有利區(qū)最明顯的特征亦是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常高值帶,然而相對Ⅰ類勘探有利區(qū),Ⅱ類勘探有利區(qū)對應的重力異常幅值相對較小、異常變化梯度相對較為平緩。Ⅱ類勘探有利區(qū)兩側亦發(fā)育有重力異常梯級帶,表明該類勘探有利區(qū)的發(fā)育亦受斷裂構造控制。

5 結論與認識

揚馬延微陸塊中南部構造復雜,斷裂發(fā)育,主要發(fā)育有北東向、北西向、近東西向及近南北向4組斷裂。本區(qū)以北東向及近南北向斷裂為主,北西向及近東西向斷裂次之,后者往往切斷前者,表明北西向及近東西向斷裂形成時期較晚。這些斷裂在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導數異常圖上總體表現為等值線梯級帶,自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上總體顯示為極值連線,自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上總體呈現為解的密集分布,磁力化極異常及其垂向二階導數異常上部分斷裂表現為磁力高異常軸線、部分斷裂表現為磁力異常梯級帶。

圈定出了揚馬延微陸塊中南部Ⅰ類和Ⅱ類油氣勘探有利區(qū),其發(fā)育明顯受斷裂構造控制。Ⅰ類勘探有利區(qū)最顯著的特征是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常高值帶,并且重力異常幅值較高、異常變化梯度較陡,兩側發(fā)育有明顯異常梯級帶。Ⅱ類勘探有利區(qū)最明顯的特征是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導數異常高值帶,然而相對Ⅰ類勘探有利區(qū),Ⅱ類勘探有利區(qū)對應的重力異常幅值相對較小、異常變化梯度相對較為平緩。