張春灌,趙 敏,袁炳強(qiáng),李進(jìn)波,張 文,韓 梅,張 冕,周 磊

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安710065;2.西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710065;3.海洋油氣勘探國家工程研究中心,北京100028;4.中海油國際公司勘探部,北京100027)

北極地區(qū)富含油氣資源及各類金屬礦產(chǎn)資源,由于受極寒氣候和廣泛分布冰蓋的影響,該地區(qū)成為全球地質(zhì)研究程度最低的地區(qū)之一[1]。作為北極油氣勘探熱點(diǎn)地區(qū)——挪威-格陵蘭海的重要組成部分,揚(yáng)馬延微陸塊的油氣勘探近年來備受關(guān)注[2-3]。揚(yáng)馬延微陸塊位于北極地區(qū)挪威-格陵蘭海域中部揚(yáng)馬延島以南,海底地形總體表現(xiàn)為“南北高、中部低”的特征。迄今為止,揚(yáng)馬延微陸塊尚未發(fā)現(xiàn)油氣田。以往的研究結(jié)果表明,該區(qū)具備較好的油氣資源前景[4]。自20世紀(jì)50年代以來,前人在揚(yáng)馬延微陸塊及鄰區(qū)開展了大量的地質(zhì)調(diào)查及地球物理探測工作[5-6]。早期主要是根據(jù)地震反射和折射數(shù)據(jù)的解釋提出揚(yáng)馬延微陸塊為陸殼性質(zhì)[7-10]。隨著研究的深入,研究人員在構(gòu)造演化方面獲得了許多認(rèn)識[11-13]。利用最新船測重力資料,李進(jìn)波等[3]對揚(yáng)馬延微陸塊中部的構(gòu)造特征進(jìn)行了探討。盡管前人對于揚(yáng)馬延微陸塊區(qū)域構(gòu)造格架方面的認(rèn)識大體一致,然而針對本區(qū)斷裂構(gòu)造特征方面的研究工作相對不足,北西向斷裂與北東向斷裂之間切割關(guān)系方面的認(rèn)識尚不十分明確。

為了深入研究揚(yáng)馬延微陸塊中南部的斷裂構(gòu)造與油氣遠(yuǎn)景,系統(tǒng)收集并整理了已有的重力及磁力資料,并基于變緯度化極技術(shù)計(jì)算了磁力化極異常。主要通過對自由空間重力異常、磁力化極異常進(jìn)行異常的分離、垂向二階導(dǎo)數(shù)的求取、歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR_THDR)與水平總梯度的計(jì)算、歐拉反褶積定位解的獲取,深入分析自由空間重力異常、磁力化極異常、自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常、自由空間重力水平總梯度異常、自由空間重力異常NVDR_THDR及歐拉反褶積定位解、磁力化極垂向二階導(dǎo)數(shù)異常特征,結(jié)合二維地震剖面解釋結(jié)果,綜合研究揚(yáng)馬延微陸塊中南部斷裂構(gòu)造特征與油氣勘探有利區(qū)。

1 地質(zhì)背景

揚(yáng)馬延脊的演化和海底擴(kuò)張理論緊密相關(guān),初始動力是地幔軟流圈上涌,形成上地幔隆起,引起地殼熱擴(kuò)張和產(chǎn)生拉張斷陷,形成陸內(nèi)裂谷。隨著陸殼的裂解,導(dǎo)致海底擴(kuò)張,使得揚(yáng)馬延脊與格陵蘭大陸分離,在新近紀(jì)揚(yáng)馬延脊成為一個(gè)微陸塊[4]。在揚(yáng)馬延脊的沉積演化過程中,揚(yáng)馬延脊在第三紀(jì)前有著和東格陵蘭陸架、挪威陸架相似的沉積序列,其構(gòu)造演化經(jīng)歷了二疊紀(jì)陸內(nèi)裂谷、三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)同裂谷和微陸塊漂移、白堊紀(jì)至今熱沉降和被動陸緣等3個(gè)階段[2]。

從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造[14](圖1)可以看出,揚(yáng)馬延微陸塊與其周緣構(gòu)造單元的地層發(fā)育特征存在顯著的差異性。揚(yáng)馬延微陸塊絕大部分區(qū)域主要發(fā)育新近系及古近系,揚(yáng)馬延微陸塊北端揚(yáng)馬延島周圍則主要發(fā)育中新世火山巖。揚(yáng)馬延島北側(cè)發(fā)育有一條延伸方向很長、北西向展布的斷裂帶——西揚(yáng)馬延斷裂帶,其構(gòu)造了揚(yáng)馬延微陸地北部邊界。另外,揚(yáng)馬延微陸塊東側(cè)構(gòu)造單元內(nèi)發(fā)育大量北西向展布的走滑斷層,西側(cè)Kolbeinsey脊內(nèi)則發(fā)育有顯著北西向展布的轉(zhuǎn)換斷層。

圖1 揚(yáng)馬延微陸塊及鄰區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造(據(jù)Sigmond,2002)[14]

2 重磁場特征

2.1 自由空間重力異常

系統(tǒng)整理分析了最新完成的船測重力資料(重力測線見圖2)以及美國斯克里普斯海洋研究所于2021年發(fā)布的全球重力數(shù)據(jù)庫V29,編制了揚(yáng)馬延微陸塊中南部自由空間重力異常(圖3)。船測重力測線間距約為5.4～8.2km,測線上的點(diǎn)距約為0.04km,測量比例尺為1∶500000;斯克里普斯海洋研究所發(fā)布的全球重力數(shù)據(jù)庫中海域重力數(shù)據(jù)為衛(wèi)星測高重力數(shù)據(jù),精度達(dá)到4×10-5m/s2左右、空間分辨力接近8km,可以滿足1∶1000000比例尺面積性海洋重力工作的需要[15-16]。編圖結(jié)果表明,研究區(qū)自由空間重力異常多呈條帶狀、塊狀分布,異常值介于(-31.7～105.9)×10-5m/s2。

研究區(qū)自由空間重力異常顯示出明顯的三大特征,即異常走向宏觀呈北東向及近南北向展布、重力低與重力高之間密集梯級帶發(fā)育和由西北向東南,異常值高低分帶相間分布。大體以西經(jīng)8°東側(cè)為界,自由空間重力異常走向分為東、西兩大部分,西部異常走向宏觀為北東向,而東部異常則為近南北向。研究區(qū)發(fā)育有多條重力梯級帶,規(guī)模較大的梯級帶主要呈北東向展布,與本區(qū)區(qū)域構(gòu)造總體一致,亦呈北東向展布。雖然本區(qū)發(fā)育了眾多范圍較大的重力低值區(qū)以及重力高值區(qū),但是這些重力低值區(qū)內(nèi)也發(fā)育眾

圖2 揚(yáng)馬延微陸塊中南部地形及重磁測線分布

圖3 揚(yáng)馬延微陸塊中南部自由空間重力異常及斷裂分布

多的局部重力高、重力高值區(qū)內(nèi)發(fā)育眾多的局部重力低,這些局部重力高或者局部重力低周圍亦存在重力梯級帶,規(guī)模較小而已,表明本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,可能發(fā)育有一系列規(guī)模相對較小的斷裂構(gòu)造。研究區(qū)重力高異常與重力低異常相間分布的特征反映了該區(qū)隆起與坳陷分布的范圍及展布特征。

2.2 磁力化極異常

系統(tǒng)整理分析了最新完成的船測磁力資料(磁力測線見圖2)、美國海軍海洋學(xué)辦公室于1973年完成的航磁資料、美國國家環(huán)境信息中心于2017年發(fā)布的地球磁異常網(wǎng)格第3版EMAG2v3,編制了揚(yáng)馬延微陸塊中南部磁力ΔT異常圖。船測磁力測線間距為5.4～8.2km,測線上的點(diǎn)距約為0.04km,測量比例尺為1∶500000;研究區(qū)北部航磁測線間距約為5.5km,測線上的點(diǎn)距約為0.4km,測量比例尺為1∶500000;研究區(qū)南部航磁測線間距約為11.1km,測線上的點(diǎn)距約為0.4km,測量比例尺為1∶1000000。由于研究區(qū)緯度跨度較大(緯度差為3°),常規(guī)化極已不能滿足較高的精度要求[17],利用變緯度化極技術(shù)對磁力ΔT異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了化極,獲得了磁力化極異常,結(jié)果如圖4所示。其中,化極所用的地磁場傾角與偏角見表1。與自由空間重力異常特征相似,揚(yáng)馬延微陸塊中南部磁力化極異常走向宏觀呈北東向及近南北向,異常值介于-385.4～525.2nT。

圖4 揚(yáng)馬延微陸塊中南部磁力化極異常及斷裂分布

揚(yáng)馬延微陸塊中南部磁力化極異常總體表現(xiàn)為“西部北東向、東部近南北向”的展布特征,宏觀走向與區(qū)域構(gòu)造格架一致。自西北向東南,揚(yáng)馬延微陸塊中南部磁力化極異?？傮w上表現(xiàn)為高值區(qū)與低值區(qū)相間分布。研究區(qū)西北角冰島海臺總體表現(xiàn)為異常高值區(qū),異常呈北東向展布、條帶狀分布特征;西部揚(yáng)馬延西翼構(gòu)造帶南部、揚(yáng)馬延南部復(fù)雜構(gòu)造帶西部及南部總體表現(xiàn)為異常高值區(qū),異常呈北東向展布、團(tuán)塊狀分布特征;東部挪威盆地表現(xiàn)為異常高值區(qū),異常向東未閉合,總體呈近南北向展布特征。

表1 變磁傾角化極所用的地磁場參數(shù)

3 斷裂構(gòu)造解釋

3.1 解釋方法

為了提取重磁場反映的斷裂構(gòu)造信息,利用中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心研制的重磁電數(shù)據(jù)處理軟件RGIS[17],主要采用位場邊緣識別技術(shù),其中常用的位場邊緣識別技術(shù)有垂向?qū)?shù)、歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)、水平總梯度、歐拉反褶積等[18-22],對重力、磁力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到相應(yīng)異常圖。斷裂往往在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導(dǎo)數(shù)異常圖上表現(xiàn)為等值線梯級帶,在自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上顯示為極值連線,在自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上呈現(xiàn)為解的密集分布,在磁力化極異常及其垂向二階導(dǎo)數(shù)異常圖上表現(xiàn)為磁力高異常軸線或等值線梯級帶。基于自由空間重力異常(圖3)、磁力化極異常(圖4)、自由空間重力水平總梯度異常、自由空間重力異常NVDR_THDR及歐拉反褶積定位解、磁力化極垂向二階導(dǎo)數(shù)異常(圖5)等異常特征,結(jié)合剖面綜合解釋結(jié)果(圖6)以及自由空間重力局部異常與垂向二階導(dǎo)數(shù)異常反映的線性構(gòu)造信息(圖7)等異常特征,綜合確定了揚(yáng)馬延微陸塊中南部的斷裂構(gòu)造。

圖5 揚(yáng)馬延微陸塊中南部重磁異常及斷裂分布a 自由空間重力異常NVDR_THDR; b 自由空間重力水平總梯度異常; c 自由空間重力異常歐拉反褶積定位解; d 磁力化極垂向二階導(dǎo)數(shù)異常

3.2 斷裂構(gòu)造特征

斷裂構(gòu)造分布特征表明,揚(yáng)馬延微陸塊中南部構(gòu)造復(fù)雜,斷裂發(fā)育。研究區(qū)主要發(fā)育有北東向、北西向、近東西向及近南北向4組斷裂,但以北東向及近南北向斷裂為主,北西向及近東西向斷裂次之,后者往往切斷前者,表明北西向及近東西向斷裂形成時(shí)期較晚。

揚(yáng)馬延微陸塊中南部發(fā)育有7條主要斷裂(F1～F7斷裂),為本區(qū)構(gòu)造單元分界斷裂。這些斷裂在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導(dǎo)數(shù)異常圖上表現(xiàn)為梯級帶或總體表現(xiàn)為梯級帶,自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上顯示為極值連線或總體顯示為極值連線,自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上呈現(xiàn)為解的密集分布或總體呈現(xiàn)為解的密集分布,部分?jǐn)嗔言诖帕瘶O異常及其垂向二階導(dǎo)數(shù)異常圖上表現(xiàn)為磁力高異常軸線或梯級帶(表2)。①F1斷裂位于研究區(qū)西北角,延伸長度約為129.6km,總體呈北東走向,向南西、向北東有延伸趨勢。②F2斷裂位于研究區(qū)西北部,延伸長度約為221.1km,總體呈北東走向,向西有延伸趨勢。該斷裂為北西傾向,屬正斷層(圖6)。③F3斷裂位于研究區(qū)北部,延伸長度約為142.3km,南段呈北東走向、北段呈北西向,向北西有延伸趨勢。④F4斷裂位于研究區(qū)西北角,延伸長度約為274.5km,總體呈北東走向,北端呈北西向,向西、向北西有延伸趨勢。該斷裂為南東傾向,屬正斷層(圖6)。⑤F5斷裂位于研究區(qū)中部,延伸長度約為253.5km,總體呈北東走向,向西有延伸趨勢。該斷裂為北西傾向,屬正斷層(圖6)。⑥F6斷裂位于研究區(qū)東部,延伸長度約為243.9km,總體呈近南北走向,向南西有延伸趨勢。該斷裂為南東傾向,屬正斷層(圖6)。⑦F7斷裂位于研究區(qū)東部,延伸長度約為257.4km,總體呈近南北走向,向南、向北東有延伸趨勢。該斷裂為北西傾向,屬正斷層(圖6)。

表2 主要斷裂重磁異常特征

圖6 L1剖面綜合解釋

圖7 揚(yáng)馬延微陸塊中南部重力異常、勘探有利區(qū)及斷裂分布a 自由空間重力局部異常; b 自由空間重力垂向二階導(dǎo)數(shù)異常

揚(yáng)馬延微陸塊中南部次級斷裂亦非常發(fā)育,主要有北東向、北西向、近東西向及近南北向4組,規(guī)模相對較小、延伸距離相對較短,并且北西向(或近東西向)斷裂往往切斷北東向(或近南北向)斷裂。次級斷裂在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導(dǎo)數(shù)異常圖上總體表現(xiàn)為等值線梯級帶,自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上總體顯示為極值連線,自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上總體呈現(xiàn)為解的密集分布,磁力化極異常及其垂向二階導(dǎo)數(shù)異常上部分?jǐn)嗔驯憩F(xiàn)為磁力高異常軸線、部分?jǐn)嗔驯憩F(xiàn)為磁力異常梯級帶。

3.3 剖面解釋

為了深入研究揚(yáng)馬延微陸塊中南部的構(gòu)造特征,根據(jù)已有的地震剖面資料,選擇了研究區(qū)內(nèi)1條剖面進(jìn)行定量擬合解釋,長度約為221km。剖面橫穿揚(yáng)馬延微陸塊中部(剖面位置見圖3),剖面中部與L1地震剖面重合,長度約為178km(圖6)。剖面西北段由揚(yáng)馬延盆地開始,向東南穿過揚(yáng)馬延西翼構(gòu)造帶、揚(yáng)馬延海槽、揚(yáng)馬延南部復(fù)雜構(gòu)造帶、揚(yáng)馬延?xùn)|部斜坡,延伸至挪威盆地。定量擬合解釋過程中,海水作為一個(gè)密度層,密度值取1.03g/cm3;新近系作為一個(gè)密度層,密度值取2.20～2.24g/cm3;古近系作為一個(gè)密度層,密度值取2.40～2.43g/cm3;前新生界作為一個(gè)密度層,密度值取2.50～2.55g/cm3。

剖面自西北向東南自由空間重力異常顯示為“低—高—低—高—低—高—低”的特征,總體上和該剖面穿過的主要構(gòu)造帶相對應(yīng);西北段揚(yáng)馬延盆地內(nèi),重力異常表現(xiàn)為重力低異常,異常值最低約為21.6×10-5m/s2,異常變化梯度平緩;至揚(yáng)馬延西翼構(gòu)造帶,重力異常總體呈現(xiàn)“兩高夾一低”的特征,異常值最高約為53.3×10-5m/s2,異常變化梯度西緩東陡;至揚(yáng)馬延海槽,重力異?？傮w呈現(xiàn)為重力低異常,異常值最低約為2.1×10-5m/s2,異常變化梯度較平緩;至揚(yáng)馬延南部復(fù)雜構(gòu)造帶,重力異常總體呈現(xiàn)為“兩高夾一低”的特征,異常值最高約為45.4×10-5m/s2,異常變化梯度較陡;至揚(yáng)馬延?xùn)|部斜坡,重力異?？傮w表現(xiàn)為自西向東重力異常梯級帶,異常變化梯度較平緩;至東南段挪威,重力異常呈現(xiàn)為重力低異常,異常值最低約為15.1×10-5m/s2,異常變化梯度平緩(圖6)。剖面定量解釋結(jié)果(圖6)表明,海水厚度(海底地形起伏)顯然是引起重力異常的重要因素,海底深度越淺則重力異常一般較高;前新生界頂面埋深橫向變化較大,新近系及古近系厚度總體上表現(xiàn)為東部厚、西部薄;該剖面斷裂構(gòu)造比較發(fā)育,基于重磁異常識別的斷裂在剖面上有明顯的對應(yīng)關(guān)系。

4 油氣勘探有利區(qū)預(yù)測

早期的揚(yáng)馬延脊的油氣遠(yuǎn)景評價(jià)是基于有限的地震數(shù)據(jù)和相似的其它已知區(qū)域的地質(zhì)研究結(jié)果推測,本區(qū)可能至少有2套油氣系統(tǒng)[2]。結(jié)合油氣顯示、圈閉特征等研究成果,前人圈定了研究區(qū)中部潛在的油氣圈閉[23]。結(jié)果表明,前人圈定的油氣勘探有利區(qū)與自由空間局部重力高異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶高度相關(guān)(圖7)。局部重力異常能突出反映局部地質(zhì)體引起的重力場效應(yīng),主要反映局部構(gòu)造特征[3];重力垂向二階導(dǎo)數(shù)異常對旁側(cè)疊加異常的反應(yīng)更加敏感,亦常用來劃分局部異常[24]。前述本區(qū)斷裂構(gòu)造特征表明,自由空間局部重力高異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶對應(yīng)凸起帶,其兩側(cè)往往發(fā)育正斷層。因此,前人圈定的油氣勘探有利區(qū)主要對應(yīng)局部凸起帶。基于研究區(qū)自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常、斷裂構(gòu)造特征,結(jié)合前人在本區(qū)油氣勘探有利區(qū)圈定方面的成果,對揚(yáng)馬延微陸塊中南部的油氣勘探有利區(qū)進(jìn)行了預(yù)測,圈定出了Ⅰ類和Ⅱ類油氣勘探有利區(qū)(圖7)。Ⅰ類油氣勘探有利區(qū)對應(yīng)自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶,異常幅值較高、異常變化梯度較陡,其周緣發(fā)育斷裂構(gòu)造;Ⅱ類油氣勘探有利區(qū)對應(yīng)自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶,異常幅值較小、異常變化梯度較緩,其周緣發(fā)育斷裂構(gòu)造。

Ⅰ類勘探有利區(qū)主要分布于研究區(qū)北部F1斷裂和F2斷裂所夾持的區(qū)域、研究區(qū)中部F5斷裂和F6斷裂所夾持區(qū)域的北部、研究區(qū)東南部DSDP350一帶,總體呈北東走向。Ⅰ類勘探有利區(qū)最顯著的特征是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶,并且重力異常幅值較高、異常變化梯度較陡,兩側(cè)發(fā)育有明顯異常梯級帶,表明該類勘探有利區(qū)的發(fā)育明顯受斷裂構(gòu)造控制。

Ⅱ類勘探有利區(qū)主要分布于研究區(qū)南部F5斷裂和F6斷裂所夾持區(qū)域的南部,總體呈北東走向或近南北走向。Ⅱ類勘探有利區(qū)最明顯的特征亦是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶,然而相對Ⅰ類勘探有利區(qū),Ⅱ類勘探有利區(qū)對應(yīng)的重力異常幅值相對較小、異常變化梯度相對較為平緩。Ⅱ類勘探有利區(qū)兩側(cè)亦發(fā)育有重力異常梯級帶,表明該類勘探有利區(qū)的發(fā)育亦受斷裂構(gòu)造控制。

5 結(jié)論與認(rèn)識

揚(yáng)馬延微陸塊中南部構(gòu)造復(fù)雜,斷裂發(fā)育,主要發(fā)育有北東向、北西向、近東西向及近南北向4組斷裂。本區(qū)以北東向及近南北向斷裂為主,北西向及近東西向斷裂次之,后者往往切斷前者,表明北西向及近東西向斷裂形成時(shí)期較晚。這些斷裂在自由空間重力異常及其局部異常和垂向二階導(dǎo)數(shù)異常圖上總體表現(xiàn)為等值線梯級帶,自由空間重力異常NVDR_THDR及水平總梯度圖上總體顯示為極值連線,自由空間重力異常歐拉反褶積定位解圖上總體呈現(xiàn)為解的密集分布,磁力化極異常及其垂向二階導(dǎo)數(shù)異常上部分?jǐn)嗔驯憩F(xiàn)為磁力高異常軸線、部分?jǐn)嗔驯憩F(xiàn)為磁力異常梯級帶。

圈定出了揚(yáng)馬延微陸塊中南部Ⅰ類和Ⅱ類油氣勘探有利區(qū),其發(fā)育明顯受斷裂構(gòu)造控制。Ⅰ類勘探有利區(qū)最顯著的特征是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶,并且重力異常幅值較高、異常變化梯度較陡,兩側(cè)發(fā)育有明顯異常梯級帶。Ⅱ類勘探有利區(qū)最明顯的特征是處于自由空間重力局部異常及垂向二階導(dǎo)數(shù)異常高值帶,然而相對Ⅰ類勘探有利區(qū),Ⅱ類勘探有利區(qū)對應(yīng)的重力異常幅值相對較小、異常變化梯度相對較為平緩。