神狐海域浅层深水沉积体非均质性特征及其对天然气水合物分布的控制

Shenhu Area is regarded as the promising targets for gas hydrate exploration and exploitation on the northern continental slope of the South China Sea. The drilling conducted in 2007 showed that the distribution of gas hydrate was fairly uneven. However, the controlling factors of such distribution are still unclear, besides, the internal architecture and evolution of the deep-water deposits in the shallow layers associated with gas hydrate requires further research. Based on the analysis of deep-water depositional types and background since Late Miocene in Shenhu Area, this research will distinguish the high-frequency cycles and sedimentary units of the deep-water deposits in the framework of high-resolution sequence stratigraphy. This leads us to reveal the heterogeneity of the deep-water deposits involving the internal architecture and evolution, and quantify the variations of the area, thickness and grain size with respecte to the favorable sedimentary units. What is more, the temporal and spatial relationship between the heterogeneity of deep-water deposits and the distribution of the gas hydrate would be built up, and the key factors dominating the gas hydrate distribution could be ultimately proposed. The results will not only enrich the research of gas hydrate accumulation mechanism in Shenhu Area, but also provide definite references for the gas hydrate exploration in the South China Sea.

神狐海域是我国南海北部陆坡区天然气水合物勘探的重点区域，2007年天然气水合物的首次钻探结果显示，该区域内水合物的分布表现出明显的"不均匀性"。然而目前对造成这一现象的主要控制因素还不清楚，与水合物相关的浅层深水沉积体的内部构成和时空演化等也尚未开展系统研究。本申请拟通过对神狐海域晚中新世以来浅层深水沉积体的发育类型和沉积背景分析，在高精度层序地层格架下划分和对比沉积体的高频旋回及沉积单元，从内部构成和时空展布上探讨浅层深水沉积体"非均质性"特征，预测有利沉积单元的面积、厚度变化和粒度分布，建立深水沉积体"非均质性"特征和天然气水合物"不均匀性"分布的时空耦合关系，揭示水合物分布的关键控制因素。课题研究成果不仅可以深化神狐海域天然气水合物成藏机制的认识，同时也将为我国南海海域水合物资源勘探和评价提供科学依据。

2007年由广州海洋地质调查局在南海北部神狐海域组织实施了我国首个海域天然气水合物钻探，钻探结果显示水合物呈现明显的“非均质性”分布特征。基于海底地形特征的描述、层序地层格架的对比和地震资料的综合解释，本次研究以神狐海域浅层深水沉积体为主要研究对象，针对研究区内含气流体运移、地层格架、深水沉积体类型开展了精细的描述和刻画，并结合国际典型区域水合物钻探结果，对神狐海域水合物不均匀性分布特征和成藏机制进行了探索。依据含气流体的运移方向，在神狐海域内共识别出2种通道类型：垂向运移通道和侧向运移通道。大尺度断层、气烟囱和泥底辟等在地震剖面上表现为陡直的地震反射异常，向下可追踪至始新世的烃源岩系，向上刺穿了晚中新世，允许深部的含气流体运移至中浅部地层之中。不同类型的垂向通道在神狐海域的分布存在差异，如大尺度断层在研究区的北部和东北部发育，钻探区内气烟囱是唯一的垂向运移通道。水合物钻探区上新世以来还发育正断层、滑脱断层和有利沉积体等侧向运移通道，这些通道通常与气烟囱相连，但它们对水合物的形成和聚集起到不同的影响作用。正断层使得含气流体沿着气烟囱输送至中浅部地层之后，还可以沿着断面发生侧向的运移；沟通气烟囱和海底的滑脱断层，可能更多的表现为含气流体的“逃逸通道”；第四纪早期发育的沉积单元，是沉积物再次堆积的结果，被视为水合物的有利沉积体，能够允许含气流体在其内部发生侧向运移并形成水合物。在第四纪以来的沉积充填序列中识别出5种典型的地震相类型，并分析了对应的沉积体类型：进积型的陆坡、第四纪早期发育的小型浊积水道、沉积物失稳（滑移和滑塌）、海底峡谷和伴生的沉积物变形、以及深海沉积-块体流沉积的复合体。通过沉积单元的空间匹配关系，将沉积演化划分为3个阶段：浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段、陆坡进积-沉积物失稳阶段、海底峡谷的侵蚀-充填阶段。研究结果表明，受第四纪早期小型浊积水道的侵蚀，再沉积的沉积物将在中-下陆坡以“近源”的方式堆积下来，可能具有相对较好的物性条件，从而可被视为适于水合物赋存的有利沉积体。进积型陆坡带来的沉积物易于发生失稳，在研究区内广泛分布，因其具有较小的沉积物颗粒粒度和较好的垂向连续性，可被认为是水合物的区域盖层。大量发育的海底峡谷及伴生的沉积物变形，将会侵蚀和破坏先前沉积的有利沉积体，使其呈现为“斑状/补丁状”的平面展布特征，进而影响了神狐海域水合物的分布。