珠江口盆地新构造运动及其对油气与水合物成藏影响的三维盆地模拟研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guaidaokid2003
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新构造运动在南海北部陆缘广泛存在,特别是在珠江口盆地的最新一期活动表现为大量断层活化、地层抬升剥蚀和水道下切现象,这次晚中新世的构造活化事件被定名为东沙运动。但在科学上,东沙运动的构造机制尚存在较多争议,主要包括岩浆底侵、下地壳高速体流动和弧陆碰撞等;在应用上,前期的油气勘探和水合物调查发现,新构造运动对珠江口盆地的油气二次运移聚集成藏起着至关重要的作用,但具体影响方式和机制尚不清楚,其对南海深水区巨大的天然气水合物资源是否有影响,如何影响更是研究空白。针对上述科学和应用方面存在的问题,本论文开展了针对性的构造-沉积分析和模拟研究,包括:通过覆盖珠江口盆地及台西南盆地的二维三维地震剖面分析了珠江口盆地新构造运动的表现及特征,重点研究了构造活化期断裂活动强度、构造沉积响应特点、岩浆活动特征,进一步结合板块变形理论计算和构造应力场分析,分析了新构造运动的动力学机制;在新构造运动特征认识的基础上,本论文利用三维盆地模拟方法,初步探讨了其对油气与水合物成藏的影响,重点分析了断裂构造对油气运聚的控制作用,以及不同边界条件下烃源岩的成熟演化和油气运聚特点,进一步提出了优势勘探区域。通过上述工作本论文得到以下认识:  (1)珠江口盆地裂后断裂活动广泛发育,并在10Ma以后进入构造强烈活动的新构造运动期-东沙运动期:珠江口盆地在裂后断裂活动广泛发育,在东沙隆起和潮汕凹陷西侧表现为一系列NWW向展布的张剪性断层,在东沙隆起和潮汕凹陷以东,表现为NE和NEE向展布的继承性发育正断层。根据断层生长指数研究可以将断裂活动分为三个时期:继承性活动期(23.03Ma-15.97Ma)、平静期(15.97Ma-10Ma)和活化期(10Ma-2.59Ma)。断层生长指数和分维值研究均显示晚中新世断裂活动具有东强西弱的特征,并且10Ma后显著增强,在5.33Ma-3.6Ma左右达到最大。10Ma以后的强烈构造活动被定名为“东沙运动”。  (2)珠江口盆地新构造运动(东沙运动)主要表现为大量断裂活动,区域剥蚀与不整合界面发育、陆架-上陆坡强烈水道下切现象:构造、沉积和地层接触关系分析表明,珠江口盆地及以东在东沙运动期间表现出大量小断裂的广泛活化,向东发育两个重要的区域性不整合界面T32(10Ma)和T25(3.6Ma),10Ma后水道下切作用在珠江口盆地和台西南盆地的陆架-上陆坡变得活跃,地层变形呈现出东强西弱的特征。T32后的地层层序较为平整地超覆于削蚀面T32之上;T25主要表现为对下伏地层的削截,属于明显的角度不整合界面。根据主要界面地震反射特征和层序的切割关系,我们推测构造隆升起始于10Ma左右,在东沙隆起南部和潮汕凹陷最为明显,表现为地层晚中新世地层剥蚀缺失。  (3)珠江口盆地裂后岩浆活动主要时代为早中新世,与东沙新构造运动时间不重叠:新生代以来,珠江口盆地及以东火成岩主要以中酸性喷发岩和中基性喷出岩为主。白云-荔湾凹陷的岩浆活动主要集中在白云凹陷中部及南部,以及荔湾凹陷的西南部,以玄武岩为主;潮汕坳陷和台西南盆地存在大量疑似海山,并与化极磁异常有较好对应关系。精确K-Ar定年揭示研究区域的新近纪岩浆活动年龄主要为早中新世,晚中新世岩浆活动在珠江口盆地表现不明显。  (4)综合构造-沉积表现,基于正演数值计算,推测东沙新构造运动与南海向菲律宾板块俯冲导致挠曲作用有关:断裂活动特征和岩浆活动特征不支持东沙运动的岩浆底侵说,作者提出了南海板片向马尼拉海沟俯冲并与吕宋岛弧发生弧陆碰撞,引起了俯冲板片的挠曲造成东沙隆起和潮汕凹陷的构造隆升和断块升降,并在前缘隆起区域形成张性应力环境,但板块变形计算揭示前缘隆起延至东沙海区所需要的岩石圈有效弹性厚度(27km)显著高于前人的沉降模拟得到的数值(5km)。  (5)3D数值模拟表明,新构造运动对油气运聚具有明显的控制作用,强烈活动区域具有更好的油气聚集成藏潜力:三维盆地模拟研究显示断裂活动有利于烃源岩生排烃,并对油气聚集成藏起到正效应。白云凹陷生排烃具有多峰式分布特征,三个高峰期分别为25Ma、15Ma和5Ma,油气成藏具有四个高峰期25Ma、15Ma、10Ma和4Ma;10Ma的成藏高峰期与东沙运动有密切联系。白云凹陷北部断裂较南部断裂对油气成藏发挥的作用更大,这主要是因为北部断裂受东沙运动影响表现出更强的活动性。此外,油气聚散定量研究表明白云凹陷油气成藏在25-15Ma最有效。  (6)水合物成藏的3D数值模拟表明,断裂对水合物的稳定具有负效应,因此缺少断裂影响的区域,成藏潜力更好,模拟结果显示荔湾凹陷及其以东海域具有较好的水合物成藏条件。水合物稳定带厚度受到温度和压力的双重控制,其中海底热流和水深主要控制了稳定带的厚度,海底界面温度则主要控制了稳定带的覆盖范围。断裂活动对天然气水合物成藏起到负效应,可能与断裂开启时造成生物甲烷气体的大量泄漏有关。
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