岩性油气藏  2018, Vol. 30 Issue (6): 55-66       PDF    
×
一种新型底流与浊流交互作用形成的储集砂体——以北礁凹陷为例
李俞锋1,2,3, 蒲仁海3, 唐明4, 袁超4, 吴仕玖4    
1. 西南科技大学 环境与资源学院, 四川 绵阳 621010;
2. 自然资源部海底矿产资源重点实验室, 广州 510075;
3. 大陆动力学国家重点实验室·西北大学, 西安 710069;
4. 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 研究院, 广东 湛江 524057
摘要: 目前地质学家对垂直于大陆斜坡发育的浊积水道研究已较为成熟,而对平行于大陆斜坡水道的研究还处于起步阶段。在深水环境中,底流与浊流交互作用较为普遍,但研究少且程度较低,与这种交互作用相关的平行斜坡水道亟待深入研究。通过二维地震资料对北礁凹陷的古地貌进行研究,再利用三维地震资料的时间域构造、均方根振幅等,结合三维区的地震剖面和该区沉积环境及海平面升降、古气候等因素对平行斜坡强振幅水道进行综合研究。结果表明:北礁凹陷中中新世具有狭窄通道古地形特征,东北部发育一条近平行斜坡水道,且主要分布在该狭窄通道的右侧,该水道呈指状或锥状展布。沿水道方向有前积现象,且水道头部也有前积现象,而中部、尾部均以平行充填为主,该水道下方不发育大型断层。该平行斜坡水道是垂直于斜坡的浊流与沿斜坡的底流在狭窄通道处交互作用的沉积结果,该水道是一种新型的岩性储集砂体,具有潜在的高孔、高渗特征,该水道形成时的古气候和狭窄通道的古地形是其主控因素,并提出了这种新型储集砂体的沉积模式,丰富了我国深水砂体的类型。该水道具有重要的古海洋、古气候意义,可能在深水环境下的狭窄通道处广泛分布,是南海深水油气勘探的潜在接替新区,应引起石油地质工作者的重视。
关键词: 平行斜坡水道      底流与浊流交互作用      狭窄通道      新型储集砂体      北礁凹陷     
A new reservoir sand body resulted from interaction between turbidity flows and bottom currents: a case from Beijiao Sag of Qiongdongnan Basin
LI Yufeng1,2,3, PU Renhai3, TANG Ming4, YUAN Chao4, WU Shijiu4     
1. School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, Sichuan, China;
2. Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou 510075, China;
3. State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi'an 710069, China;
4. Research Institute of Zhanjiang Branch, CNOOC Ltd, Zhanjiang 524057, Guangdong, China
Abstract: Nowadays, geologists have mainly focused on channels originated from turbidite flows and perpendicular to continental margin slope, of which the field is now mature. In the deep-water environment, there is pervasive phenomenon for interaction between bottom currents and turbidity flows, of which the study is less. The interaction, resulting in parallel-slope channels, needs to be further researched urgently. Parallel-slope channels, however, are in the initial stage of research. The paleogeomorphology of Beijiao Sag was studied by using 2 D seismic data. Then the time-domain structure and root-mean-square amplitude of 3 D seismic data were used to comprehensively study the high-amplitude parallel-slope channels combined with the seismic profiles of 3 D region, sedimentary environment, sea level change and paleoclimate. The results show that Beijiao Sag was narrow-pathway shaped paleotopography in the Mid-Miocene. A parallel-slope channel with high amplitude was mainly distributed on the right side of narrow pathway in the northeastern Beijiao Sag, exhibiting multi-finger shaped or coneshaped. There was a progradation seismic reflection along the channel, and there were similar progradation seismic reflections and parallel-filling seismic reflections at the head and middle-tail of the channel in the crossing profile of channels, respectively. There was no tectonic fault beneath the parallel-slope in underlying strata. The parallelslope channel is a sedimentary result of interaction between turbidity flows and bottom currents associated with intermediate water, in the process of which fined grained debris such as mud was carried away by bottom currents and coarse-grained debris such as sand was deposited and filled within the channels. The channel is a new type of lithologic reservoir sandbody characterized by high porosity and high permeability. Finally, the main controlling factors consisting of paleoclimate and special paleotopography were analyzed and their sedimentary model was proposed. The channel has important paleoceanic and paleoclimate significance, which not only enriches the type of deep-water sandbody in China, but also is a potential replacement area for deep-water oil and gas exploration in the South China Sea. The channels should be paid attention to by petroleum geologists.
Key words: parallel-slope channel      interaction between turbidity flows and bottom currents      narrow pathway      new reservoir sand body      Beijiao Sag     
0 引言

在深海环境中,底流与浊流交互作用可形成向底流下游方向的单向迁移水道或峡谷,这样的实例有:琼东南盆地单向迁移峡谷[1],珠江口盆地白云凹陷单向迁移峡谷[2-5],西非加蓬盆地峡谷[6]、巴西坎波斯盆地大陆边缘峡谷[7]、格林兰伊尔明厄盆地峡谷[8]、下刚果盆地峡谷[9];其中Gong等[9]2016年首次对这类沿底流下游方向迁移的峡谷的水动力条件作了沉积水动力解释,认为底流流经峡谷地貌时,在峡谷中产生螺旋流体——流向凹岸的上部高速近表层流(faster near-surface flows)和流向凸岸的下部低速回转流(slower basal return flows),高速近表层流驱使重力流上部发生1°~11°的偏转,这迫使凹岸发生侵蚀,低速回转流在凸岸处发生侧积沉积,最终迫使峡谷顺着底流方向发生单向迁移,不发育堤岸沉积是这类水道的特点。这类水道大多与斜坡垂直,且能形成高孔、高渗优质储层[3]。另一类浊流是与底流交互作用形成的水道,它们发育堤岸沉积和向底流上游方向单向迁移的水道,如史柯提(Scotian)陆架边缘水道[10],加拿大东部陆架边缘水道[10],东非鲁武马盆地富砂水道[11-13],这类水道主要以迎流面(凸岸)发育堤岸为特征,水道内未发育环流,底流驱使上部浊流溢出水道(壁),发生大规模的溢岸沉积,形成砂-泥逐渐过渡的堤岸(细粒沉积物受底流影响形成不对称沉积)。这类水道几乎与斜坡垂直,且能形成高孔、高渗优质储层[13]。前2种底流与浊流交互作用形成的水道近年来不断被报道,而本文研究的水道与前2种相比有其独特性。通过描述这类水道的特征,探讨其成因及主控因素,以期分析该水道成为下一个深水油气勘探的潜在新区的可能性。

1 琼东南盆地地质背景 1.1 构造背景

中国南海是西太平洋被动大陆边缘海之一,琼东南盆地位于南海西北部,东靠珠江口盆地、北临海南岛(图 1),是新生代断陷含油气盆地[14]。其经历了3个演化阶段:始新世—晚渐新世裂陷期、早中新世—中中新世热沉降期和晚中新世以来的加速热沉降期[15] (图 2)。琼东南盆地主要分为南西—北东向伸展的北部坳陷、北部隆起、中央坳陷和南部隆起4个一级构造单元[14] (图 1),研究区北礁凹陷位于松南低凸起和北礁凸起之间的中央坳陷区内,北礁凹陷的平行斜坡(强振幅)水道位于北礁凸起与松南低凸起之间(图 1),自中新世以来盆地整体处于构造相对稳定的坳陷期,现今大部分区域属于陆棚—(半)深海沉积环境(深水区约占整个盆地面积的2/3) [16]

下载eps/tif图 图 1 琼东南盆地构造单元及工区位置(据文献[17]修改) Fig. 1 Tectonic units of Qiongdongnan Basin and the location of the 3D survey
下载eps/tif图 图 2 琼东南盆地深水区地层综合柱状图(沉积相据文献[18-19]修改;海平面变化据文献[20]修改;氧同位素数据据文献[21]修改) Fig. 2 Stratigraphy frameworks of the deep-water area in Qiongdongnan Basin
1.2 北礁凹陷中中新统沉积背景

研究区上中新统是深水沉积环境已被广泛接受[18],但在北礁凹陷三维地震资料采集和YL19-1-1井钻井之前,北礁凹陷中中新统沉积被认为是浅水环境,丘状地震反射被认为是生物礁[17]。该区YL19-1-1井钻遇丘状反射之后,发现该类反射以泥岩为主,并夹有少量钙质泥岩,认为它是中中新统半深海的沉积环境[18-19]。通过三维地震资料发现北礁凹陷中中新统发育与浊积水道相伴生的多边形断层,再结合区域地质背景认为北礁凹陷中中新统为半深海沉积环境[22]。结合琼东南盆地的钻井资料、二维地震和北礁三维地震资料,分析了琼东南盆地渐新统—中新统沉积相垂向演化,认为北礁凹陷中中新统为半深海沉积环境[23]。北礁凹陷中中新世沉积古地形呈现出狭窄通道(对称漏斗状)的特征,晚中新世早期底流通过该古地形被加速,直接影响中中新统顶部丘体的规模大小和分布[23]。由此可见,北礁凹陷中中新统本文研究的水道应该也是沉积于半深海环境中。

1.3 南海底流(等深流)背景

现今南海水体循环被分为受季节影响的表层水、沿大陆斜坡顺时针流动的中层水和逆时针流动的深层水[1, 3]。通过钻井资料证实,南海北部深水牵引流可追溯至渐新世末[24],自中中新世开始,与中层水相关的底流活跃并沿着南海斜坡由南西向北东方向流动[3, 25-26],该活跃的底流可能与早期海道关闭有关,如古南海特提斯和印尼海道在早中新世晚期关闭[27-28],增强了太平洋的黑流(Kuroshio) [29],促使了南海底流的活跃,因此,南海底流开始形成最早可追溯至早中新世,且南海北部下中新统上部已发现大规模的底流侵蚀凹槽[25]。在南海北部琼东南盆地和珠江口盆地,中新统以来已发现大量的浊流与底流交互作用[1-5]。北礁凹陷中中新世已有底流发育[18],流经北礁凹陷的底流自中中新世持续性发育,由南西向北东流动,与南海北部中层水紧密相关[23]

2 底流与浊流交互作用形成的3种水道的异同点

目前常报道的底流与浊流交互作用为形成向底流下游方向迁移的水道或峡谷和向底流上游方向迁移的水道或峡谷(细节见引言),平行斜坡水道是底流与浊流交互作用形成的另一种类型。它们有很多相同之处,也有不同之处(表 1)。不同之处有:平行斜坡水道不仅发育在斜坡而且还处在狭窄通道处;向底流下游方向迁移的水道或峡谷不发育堤岸,但发育高耸的峡谷壁,可限制浊流溢出;向底流上游单向迁移水道一侧(迎底流侧)发育堤岸,而平行斜坡水道不明显;向底流下游方向单向迁移水道以平行充填、侧积充填、杂乱充填为主,而后两者分别以平行充填和头部前积充填与中、尾部平行充填且沿水道大规模前积反射为特征;平面上前两者以垂直斜坡、直线状为特征,后者以平行斜坡、主要分布在狭窄通道一侧(底流出口侧)、有分叉、呈指状或锥状为特征;在向底流下游方向单向迁移水道或峡谷与向底流上游方向单向迁移水道的沉积末端,由于浊流能量变弱,底流相对变强,堤岸或峡谷壁变小,导致对浊流的限制减弱,最终这两类水道可以演化成平行斜坡水道。相同之处有:它们都是底流与浊流交互作用的结果;都发育在大陆斜坡上;都能形成优质储集层,都是今后深水油气勘探的重点。

下载CSV 表 1 3种底流与浊流交互作用形成水道的特征 Table 1 Characteristics of three types of channels resulting from interaction between bottom currents and turbidite flows
3 北礁凹陷中中新世古地形特征

根据沉积补偿原理,以地层厚度变化反映北礁凹陷中中新世古地形的基本轮廓[30]。古构造格局控制了沉积厚度,北礁凹陷古构造单元上呈中间窄两端宽的近对称的漏斗状(狭窄通道)[图 3 (a)],中中新统梅山组沉积厚度显示狭窄通道沉积厚度较薄(可能为底流流速较快沉积较少),其两端沉积厚度较厚(底流流速较慢沉积较厚)[图 3 (b)],暗示该通道中间高、两端低的特征;这些特征都反映出北礁凹陷在中中新世呈现出狭窄通道(近对称漏斗状)的古地形,二维地震显示北礁凹陷的宽度由西向东分别为32 km[图 4(a)]、24 km[图 4(b)]、41 km [图 4 (c)],底流主要受限于南部北礁凸起和北部松南低凸起,在北礁凹陷内流动[图 3(a)],流经狭窄通道时被加速。

下载eps/tif图 图 3 琼东南盆地中部构造单元(a)和中中新统梅山组厚度(b)(平面位置见图 1 Fig. 3 Tectonic units(a)and isopach map of Mid-Miocene Meishan Formation(b)in cent Qiongdongnan Basin
下载eps/tif图 图 4 北礁地区过狭窄通道(对称漏斗状)古地形的地震剖面(剖面位置见图 3 Fig. 4 Seismic section across narrow pathway(symmetrical funnel-shaped)paleotopography in Beijiao Sag
4 平行斜坡水道特征

与重力流形成的垂直斜坡水道不同,本文研究的水道的分布与古地形有紧密关系,且在平面上具有平行斜坡的特征,沿水道下游展布剖面具有前积现象,垂直剖面头部也具有前积现象,中部和尾部均以平行充填为主,且出现分叉特征。

4.1 平面特征

北礁三维地震区整体上呈现出北礁凸起高地貌,北礁凹陷低地貌的特征[图 5(a)],再结合图 3,狭窄通道紧靠北礁凸起,该通道左侧深度较深,狭窄通道右侧深度逐渐加深,整体上呈现出中间窄浅两端宽深的特征,局部发育凸起高地和长条形海山,它们会影响底流流动的方向,这一现象在南海北部已有报道[18, 31],虽然底流受凸起高地和长条形海山的影响,出现偏转分流的现象,但整体趋势还是大致平行于斜坡[图 5(a)]。北礁三维地震区东北部发育平行于斜坡的指状强振幅水道(或锥状扇),该类水道指状分叉以后可分为主水道和次级水道,整体上为左窄右宽形态,呈锥状,长约40 km,宽约1.0~3.5 km,面积约114 km2[图 5(b)],它们的展布与图 5 (a)的古地形有着紧密的关系,即这些水道绝大部分都在狭窄通道的右侧展布,且受凸起高地和长条形古海山的制约,与图 5 (a)的底流流向呈现出较好的对应关系。它们与西南部浊积水道[图 5 (c)]形成了鲜明的对比,这类水道具有单项迁移的特征,迁移的方向为南西向,与北东向流动的底流方向相反。

下载eps/tif图 图 5 北礁三维地震区中中新统梅山组底时间域构造(a)、梅山组下段均方根属性(b)及单项迁移水道(c) Fig. 5 Time-domain structure at the bottom of Meishan Formation(a), RMS attributes in lower Meishan Formation(b) and unidirectional migration channel(c)in 3D survey of Beijiao Sag
4.2 沿水道纵向特征

沿着该类水道的地震剖面(图 6)显示:强振幅(水道砂体)分布在地震反射界面T50-T41中新统下段地层中,厚60~140 m,在强振幅地层厚度较薄处,围岩中的多边形断层较发育,而强振幅地层厚度较厚处,围岩中的多边形断层发育少或不发育,该凹陷西南部浊积水道处多边形断层也有着相同的特征[22],同时T50界面下方地层大型断层不发育,说明这类水道不受断层控制。水道的前积方向由西向东(图 6),指示水道的砂质物源来自西部。

下载eps/tif图 图 6 沿强振幅水道地震剖面[剖面位置见图 5(b)] Fig. 6 Seismic profile along the high-amplitude reflection channel
4.3 垂直水道横向特征

由左向右垂直于指状水道的地震剖面(图 5图 7)显示:强振幅水道左侧(图 5)紧临北礁凸起[图 7(a)~(c)],且其侧上方有凹槽发育,该水道与下伏地层呈削截接触,水道由宽1 km厚52 m [图 7(a)]逐渐增加到宽2.5 km厚63 m[图 7(b)],水道充填呈现出前积反射特征[图 7(a)~(c)],指示物源很可能来自北礁凸起,图 6中指示物源来自西部,它们是提供物源的浊流受底流的影响所致。强振幅水道左侧出现分叉现象[图 7(d)~(e)],水道受到古海山的遮挡[图 7(e)~(f)],出现平行充填的特征[图 7(d)~(f)],分叉的3个水道宽度均约为1 km[图 7(d)];继续向右侧,水道出现分叉特征,即中间1个主水道和两侧各1个次级水道[图 8 (e)],同时受古海山的影响,水道主要分布在海山左侧且逐渐变大,宽约3 km,厚约100 m [图 7 (f)]。这些水道下方都没有断层发育,说明平行斜坡水道不受断层控制。

下载eps/tif图 图 7 横截强振幅平行斜坡水道地震剖面[剖面位置见图 5(b)] (a)横截平行斜坡水道头部前端;(b)横截平行斜坡水道头部中端;(c)横截平行斜坡水道头部后端;(d)横截平行斜坡水道中部;(e)横截平行斜坡水道尾部前端;(f)横截平行斜坡水道尾部后端 Fig. 7 Seismic section of cross-cutting parallel-slope channel with high amplitude
下载eps/tif图 图 8 底流通过狭窄通道(a)及底流流向下游陡坡底蚀(b)、浊流与底流交互作用(c)致浊流单向偏移(d)沉积示意图(a)据文献[38]修改;(b)据文献[39]修改;(c)据文献[40]修改;(d)据文献[41]修改 Fig. 8 Schematic maps of bottom currents flowing across narrow pathway(a), bottom currents flowing downstream and incising underlying strata(b), interaction between turbidite flows and bottom currents(c), and unidirectional migration of turbidite flows(d)
5 讨论

这种特殊的平行斜坡水道有着独特的特征,欲揭示其独特特征就须弄清楚这类水道的主控因素,该主控因素与浊流、底流的发育及其强度有着紧密的关系。

5.1 平行斜坡水道的主控因素

笔者认为平行斜坡水道的主控因素有:①南海中中新世早期的古气候促使底流异常活跃和浊流的发育;②特殊的古地形对底流的加速作用,强化底流与浊流的交互作用,同时古地形(古海山、凸起高地)进一步影响水道的分布。

5.1.1 中中新世早期(距今15.5~13.8 Ma)的古气候

距今14.65~14.60 Ma,南海经历了第4次降温事件[32],与全球中中新世早期南极冰原扩展[33]相对应,这可能引起琼东南盆地海平面的大幅度下降,处于低位域导致浊流的发育,该时期也可能与ODP1148氧同位素变重事件(Mi-3) [21] (参见图 2)紧密相关,间冰期向冰期转变引起温度下降。冰期/间冰期的海平面过渡期(上升、下降期)是底流异常活跃期[34],指示该时期底流异常活跃。距今14.2~13.6 Ma氧同位素比值逐渐变重,指示该时期南极冰盖最重大的扩张和永久性的南极冰盖的形成,底层水显著变冷和现代大洋底层环流格局的形成[21];这意味着研究区中中新世早期底流活跃,发育的浊流易受到底流的影响。

5.1.2 特殊古地形

底流流经狭窄通道会被加速[图 7 (c)],北礁凹陷古地形也有该特征(参见图 3),流经狭窄通道高速的底流控制中中新统顶部丘体规模大小的分布[35],那么中中新世早期底流流经该狭窄通道也会被加速。狭窄通道分布在松南低凸起与北礁凸起之间[参见图 3(a)],低海平面时期,来自南部北礁凸起(或南部隆起)的浊流流入北部的狭窄通道处,与此处被加速的底流相遇并发生交互作用,迫使浊流顺底流方向发生偏移、沉积形成水道。通过狭窄通道的底流出现分流现象[参见图 5 (a)],这些分流的底流受到凸起高地、长条形古海山的影响发生偏转,水道也随之偏转、分叉[参见图 5 (b)]。

5.2 成因分析

该区中中新世早期受古气候的影响,发育活跃的底流。底流流经直布罗陀海峡(狭窄通道)时,底流强度往往会增强,其流速被加大[36];直布罗陀海峡是一典型的狭窄通道[图 8 (a)],地中海流出水团(底流)流经该通道,其流速被加速到2.5 m/s,流至开阔处,如法罗(Faro),其流速降为0.1 m/s [37];值得注意的是底流流出该狭窄通道后,底流受不平的底形等因素影响,出现分流现象[38] [图 8(a)],且该分流的底流切割下伏地层,形成近平行于斜坡的分流水道[37]。由此可推测,中中新世的底流流入北礁凹陷的狭窄通道时,底流流速被加大,变得异常活跃,潜在地对狭窄通道处发育的浊流影响更大;当底流流出狭窄通道时,出现分流的现象,如同地中海流出水团,故水道也出现分叉现象。沿斜坡的底流由缓坡向下游陡坡流出,形成加速螺旋状的底流,并切割下伏地层形成水道[39] [图 8 (b)],这意味着流出狭窄通道的底流向下游方向容易被加速,底流的能量也较大,易形成水道。

在海洋的深水环境中,阵发性的浊流与持续性底流发生交互作用,浊流(尤其是上部浊流)在底流的驱动下,易发生向底流下游方向的偏转[40[] 图 8 (c)];垂直斜坡发育的浊流,在沿斜坡底流的影响下(上斜坡至下斜坡底流逐渐增强),浊流逐渐向底流下游方向偏移,形成平行斜坡长条形的水道(或扇) [41] [图 8 (d)]。同理,来自南部北礁凸起的浊流流入北部狭窄通道[据图 7(a)~(c)前积方向推测],受在狭窄通道处被加速的异常活跃底流的影响,迫使浊流发生了顺着底流方向的单向偏移沉积,形成沿水道展布方向的前积反射(图 6),故大部分浊流在狭窄通道右侧沉积,仅少量在左侧沉积[参见图 5 (b)]。由此可见,在狭窄通道处发育的浊流,更易受到被加速而异常活跃的底流影响,形成独特的底流与浊流的另一种交互作用。

5.3 其他成因探讨及平行斜坡水道沉积模式

在狭窄通道(峡谷)中发育的流体不仅有底流还有内波,南海北部发现现今内波主要分布在海南岛以东(坡折带附近)、东沙群岛和吕宋海峡[42],而北礁凹陷未观察到大规模内波发育,用将今论古的观点看,本文大规模的水道(约114 km2)内波成因有待商榷。同时内波往往具有双向流的特征,而本文研究的水道主要分布在狭窄通道的右侧[参见图 5 (b)]并出现水道由西向东前积反射的特征(图 6),似乎更符合单向底流成因的特征。狭窄通道还会出现异重流和潮汐三角洲,但异重流易出现在靠近河口且离物源较近,潮汐三角洲易出现在潮坪近岸环境,而北礁凹陷中中新世处于半深海环境,且离物源区(珠江、红河)较远,因此,这2种可能性均较小。

底流通过狭窄通道时可形成锥形底流扇或水道[43-45],但这类扇体以弱反射泥岩为主,而本文水道以强振幅水道为主;若要形成强振幅(暗示砂体)的底流扇,则需要更强劲的底流,而现今南海北部发现底流相关的中层水流速约为15 cm/s,根据缩放罐(scaled-tank)实验,当底流速度达到1.0~1.5 m/s时,才能侵蚀固结泥岩[46],这似乎暗示仅该底流不足以形成本文大规模指状水道,因此,该水道是否仅为底流扇成因还须深入研究。

基于以上分析,提出该类水道沉积模式(图 9),认为平行斜坡水道应是底流与浊流在狭窄通道处交互作用的结果,中中新世早期南海气候的变冷,使底流变得活跃,这一活跃的底流通过由本文狭窄通道,使底流流速被近一步加强,变得异常活跃。来自南部的浊流流入这一狭窄通道,与此处异常活跃的底流相遇,发生交互作用,迫使浊流发生向底流下游方向偏转,浊流携带的碎屑物逐渐被底流所承载,之后底流流出狭窄通道能量相对减弱,受高地和古海山的影响底流发生分流,伴随碎屑物卸载,出现水道分叉现象,形成主水道和次级水道,最终形成平行斜坡的水道。

下载eps/tif图 图 9 深水环境中狭窄通道处底流与浊流交互作用沉积示意图(据文献[39]修改) Fig. 9 Sketch map showing sedimentary process and interaction between bottom currents and turbidite flows in deep-water environment
6 北礁凹陷平行斜坡水道油气勘探意义

受底流影响或沉积的(浊积)砂体,还处于初步研究阶段,目前这类砂体具有巨大的潜在研究价值,能够作为优质油气储集层[47],具有巨大的油气勘探潜力[48]。与本文水道位置相邻的中新统陵水17-2气田为千亿立方米大气田,孔隙度为30.0%~33.7%,渗透率为293~2 512 mD,平均633 mD [49],为牵引流(底流等)影响所形成的特高孔、高—特高渗优质储层[50-51];深水区是全球油气资源的主要接替领域,南海70%的油气在深水区,能否找到下一个潜在大气田,是目前所关注的问题。深水牵引流(等深流、内波内潮汐等)砂体沉积(砂质等深积扇)能形成高孔、高渗储层,并有许多实例得到了证实[47]。北礁凹陷崖城组具有煤系烃源岩[52]且现今已进入生气窗[53],中新世至今海平面不断上升且构造稳定,平行斜坡水道上覆沉积了大套厚层状泥岩盖层,平行斜坡水道是优质储层且可能富集丰富的油气。在狭窄通道处底流与浊流交互作用形成的平行斜坡水道在我国属首次发现,丰富了我国深水砂体的类型,该水道可能是继陵水17-2大气田之后又一潜在的勘探新区,在南海深水油气勘探中应予以重视。

7 结论

(1) 北礁凹陷平行斜坡水道主要分布在狭窄通道的右侧,还受到狭窄通道东侧的古海山、斜坡凸起高地特殊地形的制约,平面上呈指状或锥状(扇体)平行于斜坡,厚60~140 m,宽1.0~3.5 km,长40 km,面积约114 km2,沿水道下游方向有分叉、前积现象,横截水道头部也有前积现象,中部、尾部均以平行充填为主。

(2) 北礁凹陷平行斜坡水道是底流与浊流在狭窄通道处交互作用的结果,还受到狭窄通道右侧古海山、斜坡凸起高地的影响,中中新世早期的古气候和特殊的古地形(狭窄通道)是平行斜坡水道的主控因素,前者是活跃的底流、浊流发育的前提条件,后者是这类水道形成的必要地形。

(3) 北礁凹陷中中新世早期处于低位域,可能导致北礁凸起浊流的发育,古气候的变化(间冰期/冰期的过渡期)引起底流的活跃,该活跃的浊流流经北礁凹陷狭窄通道,被进一步加速变得异常活跃,这一平行斜坡异常活跃的底流与来自南部北礁凸起的垂直斜坡的浊流在狭窄通道处相遇,它们发生交互作用,浊流携带的碎屑物逐渐被底流所承载,之后底流流出狭窄通道能量相对减弱,受高地和古海山的影响底流发生分流,并伴随碎屑物卸载,出现水道分叉现象,形成主水道和次级水道,这些水道都大致平行于斜坡展布。

(4) 底流与浊流交互作用形成的平行斜坡水道是一种新型岩性储集砂体,具有高孔、高渗优质储层的特征和巨大的油气勘探潜力,对南海深水油气的勘探有重要意义。

参考文献
[1]
HE Y L, XIE X N, KNELLER B C, et al. Architecture and controlling factors of canyon fills on the shelf margin in the Qiongdongnan Basin, northern South China Sea. Marine and Petroleum Geology, 2013, 41: 264-276. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2012.03.002
[2]
ZHU M Z, GRAHAM S, PANG X, et al. Characteristics of migrating submarine canyons from the Middle Miocene to present:Implications for paleoceanographic circulation, northern South China Sea. Marine and Petroleum Geology, 2010, 27: 307-319. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2009.05.005
[3]
GONG C L, WANG Y M, ZHU W L, et al. Upper Miocene to Quaternary unidirectionally migrating deep-water channels in the Pearl River Mouth Basin, northern South China Sea. AAPG Bulletin, 2013, 97(2): 285-308. DOI:10.1306/07121211159
[4]
LI H, WANG Y M, ZHU W L, et al. Seismic characteristics and processes of the Plio-Quaternary unidirectionally migrating channels and contourites in the northern slope of the South China Sea. Marine and Petroleum Geology, 2013, 43: 370-380. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2012.12.010
[5]
ZHOU W, WANG Y M, GAO X Z, et al. Architecture, evolution history and controlling factors of the Baiyun submarine canyon system from the middle Miocene to Quaternary in the Pearl River Mouth Basin, northern South China Sea. Marine and Petroleum Geology, 2015, 67: 389-407. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2015.05.015
[6]
BISCARA L, MULDER T, GONTHIER E, et al. Migrating submarine furrows on Gabonese margin(West Africa)from Miocene to present:influence of bottom current?. Ceo-Temas, 2010, 11: 21-22.
[7]
VIANA A R, ALMEIDA J W, MACHADO L C. Different styles of canyon infill related to gravity and bottom current processes: examples from the upper slope of the Se Brazilian Margin. The 6th International Congress of the Brazilian Geophysical Society, SBGF 01499, 1999. http://www.earthdoc.org/publication/publicationdetails/?publication=47771
[8]
RASMUSSEN S, LYKKE-ANDERSEN H, KUIJERS A, et al. Post-Miocene sedimentation at the continental rise of Southeast Greenland:the interplay between turbidity and contour currents. Marine Geology, 2003, 196: 37-52. DOI:10.1016/S0025-3227(03)00043-4
[9]
GONG C L, WANG Y M, ZHENG R C, et al. Middle Miocene reworked turbidites in the Baiyun Sag of the Pearl River Mouth Basin, northern South China Sea margin:Processes, genesis, and implications. Journal of Asian Earth Sciences, 2016, 128: 116-129. DOI:10.1016/j.jseaes.2016.06.025
[10]
CAMPBELL D C, MOSHER D C. Geophysical evidence for widespread Cenozoic bottom current activity from the continental margin of Nova Scotia, Canada. Marine Geology, 2016, 378: 237-260. DOI:10.1016/j.margeo.2015.10.005
[11]
鲁银涛.深水重力流沉积发育特征与形成机制研究.青岛: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所), 2017.
LU Y T. Development characteristics and formation mechanism of deep water gravity flow deposits. Qingdao: University of Chinese Academy of Sciences(Institute of Oceanography, Chinese Academy of Sciences), 2017. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80068-1017099427.htm
[12]
孙辉, 吕福亮, 范国章, 等. 三级层序内受底流影响的富砂深水沉积演化规律——以东非鲁武马盆地中中新统为例. 天然气地球科学, 2017, 28(1): 106-115.
SUN H, LYU F L, FAN G Z, et al. Evolution of deepwater sand-rich sediments affected by bottom currents in the third order sequences:a case study of Middle Miocene in the Ruvuma Basin. Natural Gas Geoscience, 2017, 28(1): 106-115.
[13]
陈宇航, 姚根顺, 吕福亮, 等. 东非鲁伍马盆地渐新统深水水道-朵体沉积特征及控制因素. 石油学报, 2017, 38(9): 1047-1058.
CHEN Y H, YAO G S, LYU F L, et al. Sedimentary characteristics and controlling factors of Oligocene deep-water channellobe in Rovuma Basin of the East Africa. Acta Petrolei Sinica, 2017, 38(9): 1047-1058.
[14]
雷超, 任建业, 裴健翔, 等. 琼东南盆地深水区构造格局和幕式演化过程. 地球科学——中国地质大学学报, 2011, 36(1): 151-162.
LEI C, REN J Y, PEI J X, et al. Tectonic framework and multiple episode tectonic evolution in deepwater area of Qiongdongnan Basin, northern continental margin of South China Sea. Eeath Scinence-Journal of China University of Geosciences, 2011, 36(1): 151-162.
[15]
XIE X N, MULLER R D, LI S T, et al. Origin of anomalous subsidence along the Northern South China Sea margin and its relationship to dynamic topography. Marine and Petroleum Geology, 2006, 23(7): 745-765. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2006.03.004
[16]
于亚苹, 刘立, 徐守立, 等. 西沙群岛西科1井梅山组一段储层物性特征及储集评价. 世界地质, 2015, 34(4): 1069-1078.
YU Y P, LIU L, XU S L, et al. Reservoir characteristics and evaluation of the first member of Meishan Formation in well Xike 1, Xisha Islands. Global Geology, 2015, 34(4): 1069-1078. DOI:10.3969/j.issn.1004-5589.2015.04.019
[17]
龚再升. 生物礁是南海北部深水区的重要勘探领域. 中国海上油气, 2009, 21(5): 289-295.
GONG Z S. Reef:an important exploration realm in the deepwater areas, the northern South China Sea. China Offshore Oil and Gas, 2009, 21(5): 289-295. DOI:10.3969/j.issn.1673-1506.2009.05.001
[18]
TIAN J, WU S G, LYU F L, et al. Middle Miocene moundshaped sediment packages on the slope of the Xisha carbonate platforms, South China Sea:Combined result of gravity flow and bottom current. Deep Sea Research Part Ⅱ, 2015, 122: 172-184. DOI:10.1016/j.dsr2.2015.06.016
[19]
李俞锋, 蒲仁海, 屈红军, 等. 琼东南盆地北礁凹陷梅山组顶部丘形反射特征及成因分析. 海洋学报, 2017, 39(5): 89-102.
LI Y F, PU R H, QU H J, et al. The characteristics and genesis analysis of the mound at the top of Meishan Formation in the Beijiao sag of the Qiongdongnan Basin. Haiyang Xuebao, 2017, 39(5): 89-102. DOI:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.05.009
[20]
魏魁生, 崔旱云, 叶淑芬, 等. 琼东南盆地高精度层序地层学研究. 地球科学——中国地质大学学报, 2001, 26(1): 59-66.
WEI K S, CUI H Y, YE S F, et al. High-precision sequence stratigraphy in Qiongdongnan Basin. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2001, 26(1): 59-66.
[21]
汪品先, 赵泉鸿, 翦知湣, 等. 南海三千万年的深海记录. 科学通报, 2003, 48(21): 2206-2215.
WANG P X, ZHAO Q H, JIAN Z M, et al. The deep sea record of the South China Sea for thirty million years. Chinese Science Bulletin, 2003, 48(21): 2206-2215. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2003.21.003
[22]
李俞锋, 蒲仁海, 樊笑微, 等. 琼东南盆地北礁凹陷多边形断层发育特征及成因. 大地构造与成矿学, 2017, 41(5): 817-828.
LI Y F, PU R H, FAN X W, et al. Characteristics and genesis of the polygonal fault system in Beijiao Sag of the Qiongdongnan Basin, the Northern South China Sea. Geotectonica et Metallogenia, 2017, 41(5): 817-828.
[23]
李俞锋, 蒲仁海, 牛宁, 等. 谷-丘互相对称的地震反射特征与成因及对琼东南盆地北礁凹陷的意义. 地质科技情报, 2017, 36(3): 286-292.
LI Y F, PU R H, NIU N, et al. Genesis and characteristics of the mutually symmetric trough-mound/hummock seismic reflections and their geological significance in Beijiao sag, Qiongdongnan Basin. Geological Science and Technology Information, 2017, 36(3): 286-292.
[24]
李云, 郑荣才, 朱国金, 等. 珠江口盆地白云凹陷珠江组深水牵引流沉积特征及其地质意义. 海洋学报, 2012, 34(1): 127-135.
LI Y, ZHENG R C, ZHU G J, et al. Deep-water tractive deposition in Zhujiang Formation Baiyun sag, Zhujiang River Mouth Basin and its geological implications. Acta Oceanologica Sinica, 2012, 34(1): 127-135.
[25]
PALAMENGHI L, KEIL H, SPIESS V. Sequence stratigraphic framework of a mixed turbidite-contourite depositional system along the NW slope of the South China Sea. Geo-Marine Letters, 2015, 35: 1-21. DOI:10.1007/s00367-014-0385-z
[26]
SUN Q L, CARTWRIGHT J, WU S G, et al. Submarine erosional troughs in the northern South China Sea:evidence for Early Miocene deepwater circulation and paleoceanographic change. Marine and Petroleum Geology, 2016, 77: 75-91. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2016.06.005
[27]
DERCOUNRT J, GAETANI M, VRIELYNCK B, et al. Atlas Peri-Tethys paleogeographical maps, I-XX CCGM/CGMW. Paris, 2000, 1-269.
[28]
KUHNT W, HOLBOURN A, HALL R, et al. Neogene history of the Indonesian throughflow//CLIFT P D, WANG P, KUHNT W, et al. Continent-ocean interactions within East Asian Marginal Seas. Washington D C: American Geophysical Union, 2004: 299-320.
[29]
TSUCHI R. Marine climatic responses to Neogene tectonics of the Pacific Ocean seaways. Tectonophysics, 1997, 281: 113-124. DOI:10.1016/S0040-1951(97)00163-7
[30]
朱筱敏. 沉积岩石学. 4版. 北京: 石油工业出版社, 2008: 356-399.
ZHU X M. Sedimentary lithology. 4th ed. Beijing: Petroleum Industry Pre, 2008: 356-399.
[31]
CHEN H, XIE X N, VAN R D, et al. Depositional characteristics and processes of along slope currents related to a seamount on the northwestern margin of the Northwest Sub-Basin, South China Sea. Marine Geology, 2014, 355(3): 36-53.
[32]
林景星, 杨慧宁, 姜仕军, 等. 南海盆地新近纪浮游有孔虫带、气候、生物生产力爆炸事件和沉降速度的转换时限. 地质学报, 2007, 81(3): 285-294.
LIN J X, YANG H N, JIANG S J, et al. The planktonic foraminiferal zone, climate, bioproductivity explosion event, and time limit of change subsidence velocity in the South China Sea basin during the Neogene. Acta Geologica Sinica, 2007, 81(3): 285-294. DOI:10.3321/j.issn:0001-5717.2007.03.001
[33]
MILLER K G, WRIGHT J D, FAIRBANKS P G. Unlocking the Ice House:Oligocen-Miocene oxygen isotopes, eustasy, and margin erosion. Journal of Geophysical Research, 1991, 96(B4): 6829-6848. DOI:10.1029/90JB02015
[34]
FAUGÈRES J C, STOW D A V. Bottom-current-controlled sedimentation:a synthesis of the contourite problem. Sedimentary Geology, 1993, 82: 287-297. DOI:10.1016/0037-0738(93)90127-Q
[35]
李俞锋, 蒲仁海, 屈红军, 等. 琼东南盆地古地形对北礁凹陷中中新统丘控制作用. 地质科技情报, 2018, 37(2): 1-8.
LI Y F, PU R H, QU H J, et al. Distribution of bottom current channels and mounds controlled by paleo-morphology in MidMiocene in Beijiao Sag of Qiongdongnan Basin. Geological Science and Technology Information, 2018, 37(2): 1-8. DOI:10.3969/j.issn.1009-6248.2018.02.001
[36]
STOW D A V, ARMISHAW J E, HOLMES R. Holocene contourite sand sheet on the Barra Fan slope, NW Hebridean margin. Geological Society London Memoirs, 2002, 22(1): 99-119. DOI:10.1144/GSL.MEM.2002.022.01.09
[37]
GARCÍA M, HERNÁNDEZ-MOLINA F J, LLAVE E, et al. Contourite erosive features caused by the Mediterranean Outflow Water in the Gulf of Cadiz:Quaternary tectonic and oceanographic implications. Marine Geology, 2009, 257: 24-40. DOI:10.1016/j.margeo.2008.10.009
[38]
HERNÁNDEZ-MOLINA F J, STOW D A V, ALVAREZZARIKIAN C A, et al. Onset of Mediterranean outflow into the North Atlantic. Science, 2014, 344: 1244-1250. DOI:10.1126/science.1251306
[39]
HERNÁNDEZ-MOLINA F J, LLAVE E, STOW D A V. Chapter 19 Continental slope contourites//REBESCO M, CAMERLENGHI A. Developments in sedimentology. Amsterdam: Elsevier, 2008: 379-408.
[40]
SHANMUGAM G, SPALDING T D, ROFHEART D H. Process sedimentology and reservoir quality of deep-marine bottomcurrent re-worked sands(sandy contourites):an example from the Gulf of Mexico. AAPG Bulletin, 1993, 77(7): 1241-1259.
[41]
FAUGÈRES J C, STOW D A V, IMBERT P, et al. Seismic features diagnostic of contourite drifts. Marine Geology, 1999, 162: 1-38. DOI:10.1016/S0025-3227(99)00068-7
[42]
蔡树群, 何建玲, 谢皆烁. 近10年来南海孤立内波的研究进展. 地球科学进展, 2011, 26(7): 703-710.
CAI S Q, HE J L, XIE J S. Recent decadal progress of the study on internal solitons in the South China Sea. Advances in Earth Science, 2011, 26(7): 703-710.
[43]
REED D L, MEYER A W, SILVER E A, et al. Contourite sedimentation in an intraoceanic forearc system:Eastern Sunda Arc, Indonesia. Marine Geology, 1987, 76: 223-241. DOI:10.1016/0025-3227(87)90031-4
[44]
MÉZERAIS M L, FAUGÈRES J C, FIGUEIREDO A G, et al. Contour current accumulation off the Vema Channel mouth, southern Brazil Basin:pattern of a "contourite fan". Sedimentary Geology, 1993, 82(1/4): 173-187.
[45]
GARCÍA M, LOBO F J, MALDONADO A, et al. High-resolution seismic stratigraphy and morphology of the Scan Basin contourite fan, southern Scotia Sea, Antarctica. Marine Geology, 2016, 378: 361-373. DOI:10.1016/j.margeo.2016.01.011
[46]
FAUGERES J C, MULDER T. Chapter 3 Contour Currents and Contourite Drifts// HUNEKE H, MULDER T. Deep-sea Sediments. Amsterdam: Elsevier, 2011: 149-214.
[47]
REBESCO M, HERNÁNDEZ-MOLINA F J, ROOIJ D V, et al. Contourites and associated sediments controlled by deep-water circulation processes:State-of-the-art and future considerations. Marine Geology, 2014, 352: 111-154. DOI:10.1016/j.margeo.2014.03.011
[48]
李华, 何幼斌, 王英民, 等. 深水交互作用沉积研究进展——以南海北部珠江口盆地为例. 岩性油气藏, 2015, 27(5): 218-224.
LI H, HE Y B, WANG Y M, et al. Research advances in deep water interaction deposition:a case from the Pearl River Mouth Basin, northern South China Sea. Lithologic Reservoirs, 2015, 27(5): 218-224. DOI:10.3969/j.issn.1673-8926.2015.05.036
[49]
谢玉洪. 南海北部自营深水天然气勘探重大突破及其启示. 天然气工业, 2014, 34(10): 1-8.
XIE Y H. A major breakthrough in deepwater natural gas exploration in a self-run oil/gas field in the northern South China Sea and its enlightenment. Natural Gas Industry, 2014, 34(10): 1-8. DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2014.10.001
[50]
尤丽, 于亚苹, 廖静, 等. 西沙群岛西科1井第四纪生物礁中典型暴露面的岩石学与孔隙特征. 地球科学——中国地质大学学报, 2015, 40(4): 671-676.
YOU L, YU Y P, LIAO J, et al. Petrological characteristics and pore types of Quaternary reef adjacent typical exposed surface in Well Xike-1, Xisha Islands. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2015, 40(4): 671-676.
[51]
毛雪莲, 朱继田, 姚哲, 等. 琼东南盆地深水区中央峡谷砂体成因与展布规律. 岩性油气藏, 2017, 29(6): 60-68.
MAO X L, ZHU J T, YAO Z, et al. Sandbody genesis and distribution regularity of Central Canyon in deepwater area of Qiongdongnan Basin. Lithologic Reservoirs, 2017, 29(6): 60-68. DOI:10.3969/j.issn.1673-8926.2017.06.008
[52]
张义娜, 张功成, 何玉平, 等. 琼东南盆地北礁凹陷崖城组沉积与烃源岩发育特征. 天然气地球科学, 2013, 24(4): 725-732.
ZHANG Y N, ZHANG G C, HE Y P, et al. Sedimentation and source characteristics of Yacheng Formation in Beijiao Sag of Qiongdongnan Basin. Natural Gas Geoscience, 2013, 24(4): 725-732.
[53]
张功成, 张义娜, 沈怀磊, 等. "源热共控"琼东南盆地的天然气勘探潜力. 天然气工业, 2014, 34(1): 18-27.
ZHANG G C, ZHANG Y N, SHEN H L, et al. An analysis of natural gas exploration potential in the Qiongdongnan Basin by use of the theory of joint control of source rocks and geothermal heat. Natural Gas Industry, 2014, 34(1): 18-27. DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2014.01.003