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南海陆坡天然气水合物成藏的构造环境_图文

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南海 天然气 水合物 构造 环境 图文
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南 海 陆 坡 天 然 气 水 合 物 成 藏 的 构 造 环 境王 宏 斌 , 张 光 学 , 杨 木 壮 , 梁 金 强 , 梁 劲 , 钟 广 见( 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 矿 产 所 , 广 州510760)摘 要 : 南 海 是 西 太 平 洋 最 大 的 边 缘 海 之 一 , 其 复 杂 的 构 造 演 化 , 形 成 了 构 造 特 征 迥 异 的 南 海 陆 缘 , 有 利 于 天 然气 水 合 物 的 发 育 。 南 海 地 区 在 中 中 新 统 以 上 发 育 了 上 中 新 统 、 上 新 统 和 第 四 系3套 地 层 ,3套 地 层 所 对 应 的 地 质 时期 的 沉 降 速 率 在 纵 横 向 上 的 差 别 均 较 为 悬 殊 , 总 体 而 言 , 南 海 第 四 纪 整 体 沉 降 速 率 较 大 , 为 天 然 气 水 合 物 压 力 场 环境 的 形 成 提 供 了 有 利 条 件 。 南 海 复 杂 的 构 造 背 景 形 成 了 丰 富 多 彩 的 构 造 地 质 体 , 特 定 的 构 造 地 质 体 与 水 合 物 形 成关 系 密 切 。 这 里 讨 论 了 滑 塌 体 、 泥 底 辟 、 增 生 楔 等 构 造 地 质 体 在 南 海 的 分 布 情 况 , 分 析 了 上 述 构 造 体 与 气 体 水 合物 地 震 标 志 的 关 系 , 以 及 特 殊 构 造 带 在 南 海 的 展 布 规 律 , 提 出 了 特 殊 构 造 带 中 天 然 气 水 合 物 的 成 藏 模式 。关 键 词 : 水 合 物 ; 构 造 环 境 ; 特 殊 构 造 带 ; 南 海 陆 坡中 图 分 类 号 :13文 献 标 识 码 : 编 号 :0256003)01 是 西 太 平 洋 最 大 的 边 缘 海 之 一 , 位 于 欧 亚板 块 、 太 平 洋 板 块 和 印 度 洋 板 块 的 交 汇 处 (5 !22 N、107 !118 E) 。 三 大 板 块 的 相 互 作 用 , 使 该 区 地壳 受 到 多 方 面 的 构 造 应 力 作 用 , 形 成 了 独 特 的 地 球物 理 场 和 边 界 构 造 特 征 。 新 生 代 期 间 , 在 太 平 洋 板块 和 印 度 — 澳 大 利 亚 板 块 的 俯 冲 作 用 下 , 东 南 亚 大陆 边 缘 地 壳 发 生 减 薄 、 裂 解 、 漂 移 、 聚 敛 和 碰 撞 等 组合 过 程 。 南 海 正 是 在 这 种 板 块 活 动 背 景 和 演 化 过 程中 形 成 离 散 、 聚 敛 、 转 换 和 俯 冲4种 不 同 类 型 的 大 陆边 缘 , 并 伴 随4种 大 陆 边 缘 形 成 各 种 不 同 类 型 的 沉积 盆 地 。 南 海 陆 缘 区 在 为 水 合 物 形 成 提 供 充 足 的 气源 以 及 适 宜 的 温 压 场 环 境 的 同 时 , 还 为 水 合 物 形 成提 供 了 有 利 的 构 造 条 件 。1南 海 陆 缘 区 的 构 造 特 征!.!北 部 陆 坡南 海 北 部 陆 坡 位 于 华 南 地 块 和 南 海 地 块 的 衔 接带 上 , 南 临 南 海 地 块 的 主 体 部 分 , 西 部 为 印 支 地 块 ,东 靠 台 湾 — 菲 律 宾 岛 弧 , 平 均 宽 度 达550 陆 坡地 形 复 杂 , 海 槽 、 海 山 、 陡 坎 发 育 , 许 多 大 中 型 新 生 代沉 积 盆 地 跨 越 了 陆 坡 区 , 最 大 沉 积 厚 度 超 过1万m,展 示 出 了 良 好 的 天 然 气 水 合 物 勘 探 前 景 。 区 内 底 辟基 金 项 目 : 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 (; 广州 海 洋 地 质 调 查 局 院 士 基 金 项 目 (2001- 者 简 介 : 王 宏 斌 (1971— ) , 男 , 硕 士 , 工 程 师 , 主 要 从 事 海 洋 地质 、 地 球 物 理 研 究 ,E- 日 期 :2002改 回 日 期 :2002周 立 君 编 辑构 造 及 张 性 断 层 很 发 育 , 特 别 是 在 区 的 内部 或 边 缘 部 位 , 很 多 早 期 形 成 的 断 层 在 晚 期 仍 有 继承 性 活 动 , 切 穿 至 第 四 纪 沉 积 层 , 甚 至 为 下部 天 然 气 向 浅 部 地 层 运 移 开 辟 了 有 利 通 道 , 促 使 气体 向 上 部 运 移 到 水 合 物 温 压 稳 定 带 上 。!."东 部 边 缘南 海 东 缘 位 于 南 海 中 央 海 盆 洋 壳 与 菲 律 宾 岛 弧之 间 , 走 向 近 南 北 。 中 央 海 盆 洋 壳 沿 此 线 向 东 插 入岛 弧 地 壳 之 下 , 形 成 明 显 的 马 尼 拉 海 沟 — 吕 宋 火 山岩 带 ( 弧 ) — 西 吕 宋 和 北 吕 宋 海 槽 的 沟 造 体系 。 马 尼 拉 海 沟 的 北 端 在 巴 士 海 峡 以 北 , 南 端 在 民都 洛 岛 外 侧 , 为 弧 ( 菲 律 宾 岛 弧 ) 、 陆 ( 欧 亚 大 陆 东 缘 )碰 撞 带 , 沿 俯 冲 带 发 育 有 叠 瓦 状 逆 掩 推 覆 构 造 和 增生 楔 等 。 俯 冲 带 为 深 部 裂 解 气 和 热 流 体 的 形 成 并 向浅 部 运 移 产 生 水 合 物 创 造 了 有 利 的 条 件 , 有 关 资 料显 示 , 天 然 气 水 合 物 在 活 动 大 陆 边 缘 增 生 楔 的 顶 端 、弧 前 盆 地 等 区 域 广 泛 分 布 , 特 别 在 增 生 楔 部 位 水 合物 最 为 发 育 , 南 海 东 缘 具 备 上 述 聚 合 边 缘 的 水 合 物成 矿 环 境 , 与 东 太 平 洋 周 缘 海 域 的 北 加 利 福 利 亚 —俄 勒 冈 、 秘 鲁 海 槽 等 已 发 现 水 合 物 地 区 的 构 造 地 质条 件 相 似[1]。!.#西 部 边 缘越 东 — 万 安 东 断 裂 带 构 成 了 南 海 的 西 部 边 缘 ,走 向 近 南 北 。 该 断 裂 为 一 条 左 旋 走 滑 断 裂 , 其 南 端在 万 安 盆 地 的 东 缘 , 在 南 海 西 部 边 缘 沿 走 滑 断 裂 带发 育 有 多 个 新 生 代 含 油 气 盆 地 , 这 些 盆 地 呈 狭 长 型 ,没 有 明 显 的 分 割 性 , 早 期 以 拉 张 断 块 作 用 为 主 , 与 板2003年2月 海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质23,1期E e .,!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2003内断陷盆地相似;后期剪切挤压作用为主,断裂、褶皱及底辟构造发育,沿边界主断裂可见到大规模的第四纪和现代的构造滑塌体(李唐根等,1997)。特别是早中新世以来青藏高原的快速隆升,在区域上给南海西南部地区带来了大量的陆源碎屑物,造就了形成水合物的良好物质条件,而且断裂以及底辟构造发育,再加上赋存水合物的沉积层厚度较大,有利于天然气运移至浅部地层形成水合物矿藏,其水合物成矿地质环境可与已发现]。!."南部边缘卢泊尔缝合带构成了南海的南部边缘,该带位于南海南部边缘、南沙地块曾母地幔异常隆起型陆壳之间,走向海南部陆缘区发育有众多的新生代沉积盆地,不仅具有新生代沉积厚度大,断裂、褶皱、底辟构造发育的特点,而且海山、海台、海槽发育,对水合物的成藏非常有利。根据最新的调查成果,曾母盆地北部坳陷(位于南海南部陆坡区)新生代最大沉积厚度超过16 000 m,而且泥底辟非常发育,形成了堪称巨型的泥底辟构造群。此外,南沙海槽东南侧发育有长达数百公里的混杂堆积岩体。这些构造混杂堆积岩体往往伴随俯冲带出现,构成增生楔,为天然气水合物的发育提供了良好的构造环境。2南海陆坡区10 海地区在中中新统以上地层可识别3个明显的地震不整合界面2、别为中中新统与上中新统、上中新统与上新统和上新统与第四系的地质分界,其代表的地质时代分别为10. 4、5. 2和1. 64 次研究在对2、点讨论了南海陆坡区晚中新世(10. 4!5. 2 上新世(5. 2!1. 6 第四纪(1. 64!0 个地质时期的构造沉降速率。从南海北部陆坡、西部边缘、南部及东南部陆缘选取地震测线上的炮点所做的沉降速率对比显示,横向上,南部陆坡区第四纪沉降速率超过800 m/对而言,南海北部向上,尽管南海不同海区沉降速率相差悬殊,但在第四纪,整个南海表现出了沉降速率显著增加的趋势(图1)。沉降速率的增大,有利于陆坡区的沉积异常体(如浊积扇)发育,对浅部地层的压力屏蔽能起到良好的封堵作用。研究发现,地史时期沉降速率较大的地区,是沉积异常体集中发育的地区,也是天然气水合物聚集成藏的理想场所。3与水合物有关的地质体国内外的研究表明:水合物的发育和特定类型的构造地质体密切相关。其中,较为常见的有滑塌体、增生楔、泥底辟等,在对南海天然气水合物构造条件的研究中,研究人员还发现了一类特殊的构造体,暂定名为“特殊构造带”,南海的特殊构造带与水合物的发育具有密切关系。图1南海北、西、of at on of 海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 塌体的发育为天然气水合物赋存提供了较为适宜的温压环境。首先,由于滑塌作用的发生,使得局部区域产生快速堆积,从而产生局部压力屏蔽效应,此时,如果屏蔽内部存在较为充足的水和气体时,天然气水合物较易形成;此外,滑塌本身可能就是由于气体水合物分解而产生的构造效应:随着压力增加,气体从下伏稳定带中排出,使水合物顶部边界破裂,引起上陆坡悬浮沉积物沿其平缓边缘滑动,流体分解沿着水合物楔状边缘的滑动形成一个滑面。海平面的交替变化可引起一系列事件重复发生,从而在陆坡的坡脚下形成厚的混杂堆积[2]。南海海域地震剖面同样显示了滑塌体与图2可以看到,多的剖面资料显示:于快速堆积体和滑塌体内部呈现杂乱的地震反射特征,海滑塌体主要在南海北部陆坡及南海西部边缘发育,走向明显受断层控制,滑塌体多发育于第四纪地层中。底辟与气体水合物有较为密切的关系。首先,泥底辟本身就可能是地层内部圈闭气体压力释放上冲的结果;此外,泥底辟构造也有可能成为气体向上运移的通道,有利于气体疏导,同时,泥底辟也有可能形成局部高压,有利于天然气水合物的形成。1996年“的海北部)东南面的5个含有泥质角砾岩的岩心中均观察到了气体水合物(表1)[3],这一现象进一步证实了底辟构造与水合物的密切关系。底辟构造在南海海域较为发育。据相关资料,台湾造山带发育有泥底辟构造,但地震剖面相对较少。莺歌海盆地是南海发现泥底辟发育较早的盆地之一,但莺歌海盆地水深相对较浅(小于200 m),不利于气体水合物的形成。此外,南海北部陆坡、南海西部边缘、南沙海域等均有泥底辟发育,与3)。表1 气体水合物情况 . of 积类型气/气体水合物情况体油冻”状的泥质角砾 饱含气体气体含气体油冻”状的泥质角砾 饱含气体油冻”状的泥质角砾 气体水合物新世碎屑的泥质角砾 气体水合物中新世碎屑的泥质角砾 气体水合物含气体新世碎屑的泥质角砾 气体水合物中新世碎屑的泥质角砾 饱含气体油冻”状的泥质角砾 气体水合物中新世碎屑的泥质角砾 饱含气体中新世碎屑的泥质角砾 at of 第1期 王宏斌,等:of 造体具有形状不规则、大小也不均一的特点。!.!增生楔 增生楔是由一定厚度沉积物的海洋板块在俯冲过程中,沉积物被刮落,并增生到断裂带内形成的地质体。增生楔是水合物发育较常见的特殊构造之一,这与其独特的成矿地质环境密切相关:富含有机质的洋壳物质由于俯冲板块的构造底侵作用而刮落并不断堆积于变形前缘内,深部具备了充足的气源条件;同时,增生楔处沉积物加厚、载荷增加,连同构造挤压作用一起导致沉积物脱水脱气,并形成叠瓦状逆冲断层,孔隙流体携深部甲烷气沿逆冲断层快速向上排出,在适合水合物稳定的浅部地层处形成水合物[4]。南海海域东部和南部边缘均有增生楔的发育。其中,南海东部边缘的增生楔位于欧亚板块和菲律宾海板块之间。在这里,南中国海洋壳(海洋岩石圈)向东俯冲至吕宋岛弧之下。增生楔西以马尼拉海沟为界,东至北吕宋岛海沟的前弧盆地。在对南沙海槽东南部地震剖面的解释中也发现了逆冲断层和增生楔!。逆冲断层主要分布在南沙海槽东侧,由若干条逆冲断层组成了断裂带。断裂带内地层发生强烈褶皱,重磁资料也显示该断裂带正好处在重力高和重力低分界线上,是一条明显的重力异常梯阶带。该断裂带(南沙海槽东南缘逆冲断裂带)南起廷贾断裂,北抵乌鲁根断裂,全长840m,呈时,该断裂带构成了南沙海槽东南侧大型推覆体的前缘,即始新世—早中新世的沉积变质岩和构造混杂岩呈叠瓦状向西北仰冲在中新世碳酸盐台地灰岩之上,推覆距离可达120本次研究在上述增生楔中均发现了4)。!."特殊构造带特殊构造带一般位于一、二级构造单元的接合带(即盆地与隆起区以及盆地内部坳陷和隆起之间的接合带),这些不同构造单元相接部位,一般具有地形坡降大、地层厚度变化显著、底部断裂相对发育的特点#(图5)。特殊构造带在南海海域广泛发育,其展布形态和南海海域的构造边缘具有一定的相关性:特殊构造带在南海北部边缘,走向呈与南海北部北东向张性构造有关;南海西部边缘,构造带沿南北向断裂呈带状展布的特点;南沙中部海域,由于受构造活动的控制,走向相对复杂,主体走向为外,北西向的特殊构造带也有发育。特殊构造带的构造格局,主要从以下几方面为天然气水合物的形成和聚集提供了构造上的便利因素(图6):一是深部断层为深层气体的向上运移提供了良好的通道,有利于深部气源向上运移;二是特!"!"#王宏斌,梁金强,梁 劲,]部资料)曾祥辉,周昌范,郭依群,]部资料)白志琳,高红芳,金华峰,997—1999)(R)部资料)海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 其中发育of SR 6坳隆断裂带中水合物形式模式图1—天然气水合物;2—含丰富有机质的三角洲砂体;3—连续变化的温压场环境;4—of in of 第1期 王宏斌,等:南海陆坡天然气水合物成藏的构造环境殊 构 造 带 主 要 位 于 一 、 二 级 构 造 单 元 的 斜 坡 部 位 , 盖层 中 三 角 洲 相 砂 体 相 对 发 育 , 为 气 体 侧 向 运 移 提 供了 良 好 的 疏 导 系 统 ; 三 是 特 殊 构 造 带 中 较 大 坡 降 和连 续 增 加 的 水 深 能 够 形 成 一 个 连 续 变 化 的 温 压 场 环境 , 游 离 气 运 移 到 适 宜 的 温 压 场 中 则 形 成 水 合 物 ; 并且 , 特 殊 构 造 带 中 往 往 也 是 有 机 质 和 微 生 物 集 中 的场 所 , 该 场 所 能 产 生 大 量 的 生 物 气 , 为 天 然 气 水 合 物的 形 成 提 供 了 充 足 的 物 质 基 础!。4结 论南 海 复 杂 的 构 造 演 化 过 程 形 成 了 南 海 丰 富 多 彩的 陆 缘 构 造 类 型 , 张 性 、 走 滑 、 碰 撞 性 质 的 陆 缘 在 南海 均 有 发 育 , 为 天 然 气 水 合 物 的 形 成 提 供 了 近 于 完美 的 构 造 环 境 ; 上 中 新 统 、 上 新 统 和 第 四 系3套 地 层所 对 应 的 地 质 时 期 的 沉 降 速 率 纵 横 向 上 的 差 别 , 特别 是 南 海 第 四 纪 整 体 沉 降 速 率 的 骤 然 增 大 , 为 天 然气 水 合 物 压 力 场 环 境 的 屏 蔽 提 供 了 有 利 条 件 ; 各 类构 造 地 质 体 的 发 育 , 不 仅 为 水 合 物 赋 存 提 供 了 颇 具规 模 的 构 造 空 间 , 而 且 为 深 部 气 及 浅 成 气 的 垂 向 、 侧向 运 移 提 供 了 良 好 的 疏 导 体 系 。 南 海 天 然 气 水 合 物运 聚 及 富 集 与 上 述 构 造 环 境 关 系 密 切 。参 考 文 献[1] 张 光 学 , 黄 永 样 , 祝 有 海 , 天 然 气 水 合 物 成 矿 远 景 [J] 地 质 与 第 四 纪 地 质 ,2002,22(1) :75—81 .[2] 在 沉 积 搬 运 过 程 中 气 体 水 合 物 的 自 然 赋 存作 用 [J] 地 质 ,2000,4:61—65 .[3] p, li ]000 15—222 .[4] 张 光 海 域 水 合 物 地 震 调 查 研 究 综 述 [J] 地 质 ,2001,1:1—18 F 10760, :ea is of in in in of In is of of in of as of i as as in y wo ds:"海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质2003年南海陆坡天然气水合物成藏的构造环境作者: 王宏斌, 张光学, 杨木壮, 梁金强, 梁劲, 钟广见作者单位: 广州海洋地质调查局矿产所,广州,510760刊名: 海洋地质与第四纪地质英文刊名: (期): 2003,23(1)被引用次数: 44次参考文献(4条)永样;祝有海 南海天然气水合物的成矿远景[期刊论文]002(01) 沉积搬运过程中气体水合物的自然赋存作用 P; 界海域水合物地震调查研究综述 2001本文读者也读过(10条)1. 国可再生能源发展战略研究[期刊论文]然科学版)2004,27(2)2. 活动大陆边缘的天然气水合物及其成藏过程述评[期刊论文]9(2)3. 然气水合物动态成藏理论[期刊论文]8(6)4. 震属性参数在识别天然气水合物和游离气分布模式中的应用[期刊论文]7(3)5. 我国可再生能源发展的战略思考[期刊论文]1(4)6. 洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅳ):双似海底反射[期刊论文]8(3)7. 绳海槽西侧陆坡及其邻区天然气水合物成藏构造特征[期刊论文]8(5)8. 裂与天然气水合物的依存关系[期刊论文]2(12)9. 次盛冰期以来西沙海槽天然气水合物储库变化及其对环境的影响[期刊论文]3(1)10. 造控制型天然气水合物矿藏及其特征[期刊论文]0(4)引证文献(44条)沙海域浅层沉积物硫化物分布特征及其与天然气水合物的关系[期刊论文]005(3)海神狐海域天然气水合物地球物理测井评价[期刊论文]008(3)绳海槽西侧陆坡及其邻区天然气水合物成藏构造特征[期刊论文])海西沙海槽典型地震相识别与分析[期刊论文]005(1)海台西南区碳酸盐岩矿物学和稳定同位素组成特征刊论文]005(3)国南海石油天然气资源特点及开发利用对策[期刊论文]004(6)海北部地区海洋沉积物中孔隙水的氢、氧同位素组成特征[期刊论文])海北部陆坡神狐海域浅地层与单道地震剖面联合解释——水合物区沉积地层特征[期刊论文]010(4)形在南海北部陆坡断裂与天然气水合物关系研究中的应用[期刊论文]然科学版) 2009(5)海东北部陆坡区天然气水合物成矿作用[期刊论文])海东沙东北部甲烷缺氧氧化作用的生物标志化合物及其碳同位素组成[期刊论文]文版) 2008(3)沙海域天然气水合物地震特征[期刊论文]004(4)海东沙海域天然气水合物与地质构造的关系[期刊论文]008(1)海北部边缘盆地生物气/亚生物气资源与天然气水合物成矿成藏[期刊论文]013(6)海北部第四系深层等深流沉积特征及类型[期刊论文]013(5)海北部陆坡天然气水合物存在的地球物理和地球化学特征[期刊论文]009(4)海北部海区海底沉积物中孔隙水的刊论文]005(1)造控制型天然气水合物矿藏及其特征[期刊论文])海天然气水合物稳定带厚度及资源量估算[期刊论文]006(2)海北部地区海洋沉积物中孔隙水的氢、氧同位素组成特征[期刊论文])辟构造与天然气水合物的成矿关系[期刊论文]005(3)沙海域浅层沉积物硫化物分布特征及其与天然气水合物的关系[期刊论文]005(3)海刊论文]005(3)海北部陆坡坳隆断裂带中水合物赋存的温压场环境[期刊论文]006(1)辟构造与天然气水合物的成矿关系[期刊论文]005(3)海天然气水合物研究进展[期刊论文]013(1)然气水合物发育的构造背景分析[期刊论文]010(2)海北部陆坡水合物分解引起海底不稳定性的定量分析[期刊论文])海天然气水合物稳定带厚度及资源量估算[期刊论文]006(2)于测井和地震资料的神狐海域天然气水合物资源量估算[期刊论文]010(4)海北部陆坡水合物勘探区典型站位不同类型热流对比[期刊论文]012(3)地球化学方法勘查中国南海的天然气水合物[期刊论文]004(3)海台西南区碳酸盐岩矿物学和稳定同位素组成特征刊论文]005(3)海北部陆坡构造坡折带中的天然气水合物[期刊论文]008(2)海台西南盆地自生管状黄铁矿矿物学特征及其对天然气水合物的示踪意义[期刊论文]011(4)海神狐海域上陆坡区典型浅地层剖面的初步解释[期刊论文]009(1)于天然气水合物地震数据计算南海北部陆坡海底热流[期刊论文]005(1)海北部天然气水合物研究进展[期刊论文]008(2)海北部陆坡区晚中新世以来沉降特征[期刊论文])海北部琼东南海域刊论文]010(3)海天然气水合物稳定带厚度分布特征[期刊论文]010(3)海台西南盆地自生管状黄铁矿矿物学特征及其对天然气水合物的示踪意义[期刊论文]011(4)国近海海域卫星热红外亮温增温异常探讨[期刊论文]005(1)海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏的流体运移体系[期刊论文]009(6)引用本文格式:海陆坡天然气水合物成藏的构造环境[期刊论文]003(1)
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