白　博，秦志亮，杨　鲲，曹自强

(1.中海油研究总院，北京　100028；2.交通运输部　天津水运工程科学研究院，天津　300456)



珠江口盆地白云深水区海底重力滑脱构造地震地质综合识别

白博1，秦志亮2，杨鲲2，曹自强1

(1.中海油研究总院，北京100028；2.交通运输部天津水运工程科学研究院，天津300456)

摘要：综合利用南海北部陆坡珠江口盆地白云深水区水深数据、海底多波束地形资料及高分辨率多道地震资料，对该区海底重力滑脱构造的内部结构、外部形态及地震反射特征进行识别，并探讨了其主要控制因素。研究发现，白云深水区海底重力滑脱构造发育，在陆架边缘、陆坡和深海平原均有分布，海底重力滑脱构造与珠江海底峡谷共同塑造了该区的海底地形地貌特征，多期发育造成的复杂结构使其外部形态和内部地震反射呈现多样性。结合该区构造沉积背景及天然气水合物勘探研究现状，可以发现该区构造格局和上新世末珠江口海平面升降是控制其发育的必要条件，天然气水合物的多期次分解可能与其相互作用，后期底流的影响进一步改造了局部微观地貌。

关键词：深水区；海底重力滑脱构造；地震地质综合识别；重力搬运

0引言

近几十年来，随着油气勘探不断向深水区推进以及深海探测技术的巨大进步，深水海底过程的研究也逐渐成为诸多学者关注的热点。作为全球“从源到汇”系统的重要组成，重力沉积体系在全球深水沉积地层中普遍存在[1]。近年来，在墨西哥湾、西非、孟加拉以及我国南海大陆边缘都发现了大量的海底重力沉积体系[2-4]。

海底滑脱是沉积物由大陆架向大陆坡及深海平原运移的重要方式，其本质上是由于海底沉积物出现重力失稳，在重力作用下沉积物沿着海底软弱地层发生滑动。滑脱产生的流动可将沉积物运移至数百公里之外。而沉积物滑动过程中势必产生多种构造变形，从而呈现不同的地震响应特征。因此，借助高分辨率多道地震资料并辅以多波束地形资料等地球物理手段，可以实现对海底滑脱的有效识别。

海底滑脱严重危害着深水油气勘探开发平台的锚泊基础及井口水下设备，还可能切断并掩埋油气管线、海底电缆等设施，大大加剧深水油气勘探开发风险。调查发现，珠江口盆地白云深水区分布了面积达数万平方公里的海底滑脱构造。这是旨在通过对近几年的陆坡地震资料和多波束地形资料的解释，综合地形地貌特征分析及地震反射特征对该型构造进行识别，并探讨其发育形成机制，以期对该区海底资源的勘探开发有所支持。

1区域地质背景

珠江口盆地是南海北部中新生代准被动大陆边缘盆地，研究区位于珠II坳陷的白云凹陷深水区，该区总体呈近EW走向，北侧为番禺低隆起，南部是隆起带，西部为云开低凸起，东侧是东沙隆起(图1)。研究区面积大于20 000 km2，水深范围200 m到3 000 m，沉积厚度约11 km，总体地形呈东北高，西南低的斜坡形态[5-6]。

图1　白云深水区海底重力滑脱区水深图Fig.1　Water depth map of sea floor gravity decollement structure in Baiyun deep-water zone

早期该区为浅海陆架，21 Ma之后，受南海运动的影响，白云深水区持续沉降为陆坡环境，受裂陷期构造活动的影响，古珠江水系及陆架区大量沉积物在凹陷内聚集。13.8 Ma以来，具有强烈下切特征的峡谷水道在白云凹陷北侧及西部断裂区大量发育[7]，侵蚀峡谷的侧向迁移和垂向叠加造成了重力流沉积体系的广泛发育，大量的沉积物向南部开阔区域持续搬运并逐渐堆积，形成了规模更大的深水扇沉积和重力滑脱单元。

海底滑脱作用的发生会进一步引起海底沉积物的运动，其基本过程(图2)如下：滑脱作用发生的初始阶段，主要是滑脱体以大块固体的形式沿软弱面(滑脱面)滑动；在滑动过程中，由于水的存在，部分滑坡体变成塑性，运动形式由滑动变成了流动。这种流动的物质被称为碎屑流，若是碎屑流的流速非常高，还能在其上部激起浊流，物质流动是斜坡失稳后的结果。

图2　海底重力滑脱构造形成示意图Fig.2　Schematic diagram of sea floor gravity décollement structure

2研究区海底重力滑脱构造综合识别

2.1重力滑脱构造特征与结构单元

根据对研究区多波束海底地形资料的解释，研究区海底滑脱分布面积约12 000 km2，主要分布在水深400 m～3 000 m的区域。在峡谷区南侧发育了一套面积约10 000 km2，且形态结构典型的大型海底滑脱体系，其轮廓呈马蹄形，总体呈NW-SE走向(图1)，滑脱区海底坡度范围为1°～14.5°。

根据重力滑脱过程及平面分布特征,可将其划分为三个主要的结构单元：

1)拉张断裂区域。该区域沉积物受拉张作用为主，拉张应力超过其结构强度时发生形变，进而可能出现崩塌，平面上可出现弧状凹陷区域(图3)。白云深水重力滑脱构造体系的拉张断裂构造较为典型，其后部的拉张断裂区长度约3 km，断块构造明显发育且沿下坡方向呈阶梯状分布，倾角范围在15°至35°之间。

图3　白云深水区海底重力滑脱区三维立体图Fig.3　Topographic map of sea floor gravity décollement Structure in Baiyun deep-water zone

2)滑脱搬运区域。滑脱沉积物在重力作用下继续搬运，随着滑脱距离的增加,大块沉积物不断破碎，内部结构变形逐渐增加，平面出现崎岖地形形态(图3)。同时，沉积物滑脱过程中对两侧的原始地层产生了侵蚀，滑脱区与原始地层的边缘接触特征在地形资料上也较为明显，一般呈现线状或带状分布，随着重力能的逐渐消失，侵蚀边界的特征也逐渐减弱。白云深水重力滑脱体系的搬运物质在向下陆坡搬运过程中，对两侧原状地层造成了严重侵蚀[8]，其中北侧和东侧的侵蚀擦痕在平面的延伸长度达200 km，南侧和西侧也超过100 km。

3)挤压堆积区域。随着滑脱沉积物逐渐失去动能，沉积物搬运速度逐渐降低，部分沉积物在搬运过程中堆积下来。如果滑脱物质没有直接进入深海海盆，该区域沉积物在挤压作用下一般会发育同沉积构造。由于白云深水重力滑脱构造直接与深海海盆相连，所以该区域大规模挤压堆积构造发育不明显，仅在局部出现正地形的情况下，由于其对滑脱搬运沉积物的阻挡，会发育局部冲起构造，其形态与挤压结构较为相似。

2.2重力滑脱构造地震反射特征

重力滑脱构造主要表现为深水事件型沉积的特征，是初始沉积后再搬运的地层单元，在多种因素的共同作用下，内部构造较为复杂。因此，从地震反射资料上可以识别出多种滑脱单元的内部结构和形态特征，主要为平行或亚平行结构、逆冲断层、旋转块体、混杂堆积、侵蚀构造和丘状外形等。最显著的特征是振幅变化较大，点状、面状杂乱反射多见，连续性突变明显。

从图4的地震剖面上可以看出，白云深水区海底重力滑脱构造与正常沉积地层的显著差异，地震资料上主要表现为陡崖结构，陡崖下部地层为块体搬运沉积物，主要表现为弱振幅差连续低频反射特征。在重力滑脱体系的下陆坡方向，可以看到一系列张性断层，其间发育了许多呈阶梯状展布的张性断块，地震相类型多样，包括弱振幅差连续低频地震相、谷状水平充填中频中振幅中连续地震相、丘状前积地震相，部分发育有波状弱振幅中低频连续反射，反映了滑脱体向深水区的不断推进和消亡。随着沉积物搬运距离的增加，块体物质的破碎和揉皱程度更为剧烈，逐渐转变为碎屑流沉积，在地震剖面上表现为明显的平行-亚平行中低频弱振幅反射特征，外形呈现席状-丘状，垂向可见上覆水道和披覆沉积。

3海底重力滑脱成因分析

海底滑脱构造的成因较多，总体来看，其发生的必要条件主要包括：

1)海底存在足够的坡度。根据大量调查资料显示，形成海底重力滑脱体系的坡度一般需要2°～ 3°，在此情况下，重力沿着斜坡向下的分量大于沉积物的抗剪强度。此外，有学者研究表明，滑脱体与海底水体之间的密度差会对坡度起到补偿的作用，这也解释了有的地区在海底坡度为1°左右的情况下也会大规模发育海底滑脱构造的原因。

2)充足的物源。足够的物质来源是海底滑脱构造的物质基础，是其发育的重要条件之一[9]。一般在大的河口附近容易发育海底滑脱体系，有学者提出在不同沉积环境中，特别是三角洲环境中，由于快速的沉积作用会造成斜坡失稳。

3)一定的触发机制。海底滑脱的发生需要一定的触发条件之下，如海平面变化、地震、海啸及火山作用等突发性因素或间接诱发下，会导致海底滑脱构造的形成。触发机制有可能向海底沉积物施加额外载荷，当外界施加的负荷大于其内部剪切强度时，斜坡沉积物失稳的可能性将大大增加。

综上可见，海底滑坡构造的成因机制较为复杂，往往为多种因素耦合作用的结果，根据Prior等[10]的总结，海底滑脱构造体系发育的过程示意图如图5所示。

根据对该区构造沉积背景、地质环境特征来看，影响白云深水区海底滑脱构造的外在因素主要有三个方面：

1)海平面变化。在上新世末，南海北部海平面出现多次旋回变化[11]，该过程不但会引起海底压力以及温度的变化，还会导致沉积地层中孔隙水压力的变化，进而导致海底沉积物有效应力发生多次改变，为海底重力滑脱构造体系发育的长周期因素。

2)天然气水合物分解。虽然目前在该区天然气水合物与海底重力滑脱发育的关系仍然未有定论，但通过地震资料解释发现，该区小断层、多边形断层、气烟囱等构造大量发育，它们有可能可作为气体运移的通道[12]。水合物稳定带多次变化的过程也是水合物的分解和再次形成的过程，该过程会造成大量气体发生渗漏，并不断向浅部地层中运移，引起沉积物强度和地层有效应力的降低，可能是该区海底重力滑脱构造发育的因素之一。

3)构造作用。研究区白云深水区重力滑脱体系是由上新世和第四系下陆架和上陆坡边缘沉积物因重力失稳堆积而成，如此大规模的重力滑脱构造体系应该是在该区大的构造格局基础上发育的，期间可能也伴随着后期的局部构造活动[13]，但由于其对沉积物强度变化的影响较为复杂，难以定量化描述。

图4　白云深水区海底重力滑脱构造地震反射特征Fig.4　Seismic characteristics of sea floor gravity décollement structure in Baiyun deep-water zone

图5　海底滑脱构造触发机制示意图Fig.5　Schematic diagram of mechanisms of sea floor gravity decollement structure

4结论

1)白云深水区重力滑脱构造体系位于南海北部陆缘，跨越陆架边缘、陆坡和深海平原三种地貌单元，其规模约12 000 km2，是南海单个面积较大的海底重力滑脱构造，通过对高分辨率地形及地震资料的解释，发现其结构形态具有典型海底重力滑脱构造的特点，且不同构造单元外部形态和内部地震反射特征差异明显，地震地质综合识别有效可靠。

2)白云深水区重力滑脱构造的不同结构单元呈现出不同的重力变形特征。其中拉张断裂区域为初始失稳区域，也是整个重力滑脱构造体系的物源提供区域，其变形破坏模式以剪切断裂和滑动变形为主；滑脱搬运区域为滑脱物质的破碎及输送区，其变形破坏后的沉积物以碎屑流沉积为主；挤压堆积区域为沉积物失去动能逐渐沉积的区域，其变形破坏模式以挤压变形和旋转滑动为主。

3)研究区的天然气水合物已经通过钻探得到证实，在该区两者伴生关系明显。多次的水合物分解和再次形成对浅部地层的物性及稳定性都会产生一定影响，很有可能会造成地层的抗剪切强度下降，进而诱发重力滑脱构造的发育。该区重力滑脱构造的形成是地形、物源、水合物分解、构造活动等多种因素共同多次作用的结果。通过分析海底重力滑脱构造，对该区天然气水合物勘探有较好的指示意义，同时，也对油气资源的安全开发有借鉴价值。

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Seismic and geologic comprehensive identification of sea floor gravity decollement structure in Baiyun deep-water zone,Pearl river mouth basin

BAI Bo1,QIN Zhi-liang2,YANG Kun2,CAO Zi-qiang1

(1.Research Institute of CNOOC,Beijing100028,China；2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,M.O.T,Tianjin300456,China)

Abstract:Based on the water depth data,multi-beam topography data and high-resolution multi-channel seismic data,this paper identified the internal structure,external morphological characteristics and seismic reflection feature of the seafloor gravity décollement structure of Baiyun deep-water zone,Pearl river mouth basin in the northern slope of the South China sea,and analyzed the main controlling factors.The study indicated that seafloor gravity decollement structures are highly developed in Baiyun deep-water zone and distributed in the edge of continental shelf,continental slope and abyssal plain.The seafloor gravity decollement structure and Zhujiang submarine canyon together shaped the seafloor topography and geomorphology characteristics.The complex structure caused the diversity of external morphological characteristics and the internal seismic reflection characteristics.Combined the structural and sedimentary background,as well as the natural gas hydrate research status,it can be found that the seafloor gravity decollement structure is controlled by the tectonic pattern and sea level change of Pearl river estuary at the late of pliocene.Then,the natural gas hydrate decomposition and underflow further modified the local micro topography.

Key words:deep-water zone;sea floor gravity decollement structure;seismic and geologic comprehensive identification;gravity flow

收稿日期：2015-02-25改回日期：2016-03-03

基金项目:国家科技重大专项(2011ZX05030-001)；国家自然科学基金(41306057)

作者简介：白博(1985-)，男，硕士，工程师，主要从事地震资料解释及储层预测研究工作，E-mail：baibo@cnooc.com.cn。

文章编号：1001-1749(2016)02-0219-06

中图分类号：P 631.4

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.02.12