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1、陆缘深水盆断层成因.freel的深水盆地(图1、图2)。珠江口盆地的白云凹陷是南海北部陆坡最大的一个深水盆地,经历了古近纪的裂陷期和中新世以来的裂后热沉降期。23.8Ma时的白云运动导致凹陷发生剧烈沉降,相对海平面大幅度上升6,发育了下中新统浅海陆架-半深海泥岩沉积,中中新统韩江组、上中新统粤海组半深海—深海泥岩沉积7-8。琼东南盆地受南海扩张、红河断裂及太平洋板块构造应力场影响,发育了NE、近Ea的下中新统珠江组中部泥岩地层图3(b)。过T50(SB18.5Ma)的层拉平相干切片显示,多边形断层长度100~1400m、断层间距200~900m、断距10~30m,断层密度
2、4~6条/km。平面上断层方向不规则,呈多边形图4(a)。该地区发育了泥底辟、气烟囱构造和流体泄漏造成的大范围的振幅空白带和强振幅反射图3(a)。振幅空白带掩盖了下中新统多边形断层的反射信息,因此多边形断层的分布范围应该更广。穿过多边形断层的气烟囱、泥底辟等流体渗漏现象表明深部地层曾存在异常高压。2.2琼东南盆地华光凹陷多边形断层几何特征琼东南盆地华光凹陷多边形断层主要发育在T30~T50(SB5.5~15.5Ma)之间的黄流组下部和梅山组上部图5(b)。断层长度100~1000m,断层间距40~800m,断距10~40m,断层密度3~5条/km图4(b)。多边形断层的走
3、向不规则图4(b),层拉平相干切片上呈多边形图5(a)。与南海北部其他地区相比,华光凹陷多边形断层发育了上下两套。其中下套多边形断层中有些断层延伸到底辟的顶部图5(b)。2.3琼东南盆地长昌凹陷多边形断层几何特征琼东南盆地长昌凹陷高密度的多边形断层发育于整个研究区(图6)。出现在T40~T60(SB10.5Ma~SB23.3Ma)的三亚组和梅山组。与白云凹陷和华光凹陷不同,长昌凹陷多边形断层走向主要集中在近Na)。断层长度200~1300m、断层间距100~800m、断距10~30m,断层密度2~4条/km。断层具有明显的NE67°和NassTransportDeposi
4、ts)。3多边形断层成因虽然针对南海北部多边形断层的成因,国内学者有所讨论3-5,12,但其形成机理缺乏足够的证据。本研究综合分析珠江口盆地3D地震资料、ODP钻井、部分深水油气井资料,结合构造、沉积演化历史,认为珠江口盆地白云凹陷和琼东南盆地华光凹陷多边形断层主要由深水超压泥岩水压破裂作用形成;而琼东南盆地长昌凹陷和北礁凸起除了受超压泥岩水压破裂作用外,还受到构造应力与重力扩展作用的叠加改造。3.1早期成岩阶段的深水超压泥岩水压破裂作用南海北部多边形断层大都发育在早期埋藏阶段,多边形断层的发育受沉积作用、早期成岩作用和海平面变化的控制。珠江口盆地白云凹陷和琼东南盆地华光
5、凹陷多边形断层发育在相对海平面较高的时期,对应着海泛面的密集段沉积(图2)。华光凹陷T40对应着该地区梅山组早期的最大海泛面,T30下部也对应着黄流组顶部的海泛面13图5(b)。白云凹陷多边形断层发育在T50上下层段图3(b),相对海平面一直处于高位图2(b)。白云凹陷钻井取心结果和测井数据表明多边形断层发育在孔隙度、密度和速度都比较稳定的深水泥岩沉积地层中14。ODP1148井的δ18O值表明早中新世有着较高的相对海平面。23.8Ma以后,番禺—东沙隆起带以南的白云凹陷由浅海陆架骤然变成深水陆坡6,除少量深水远源水道沉积体系外,陆缘碎屑沉积物难以到达,以半深海泥质沉积为
6、主,钙质胶结物较多。深水快速沉积容易造成泥岩超压,并发生水压破裂。早中新世白云凹陷由于基底快速沉降而沉积了厚层的泥岩,形成了封闭的压力仓,随着上覆沉积地层加厚和孔隙流体增多,孔隙压力随之增加,当孔隙压力达到泥岩骨架的破裂强度时,泥岩地层内部首先发生破裂,接着延伸到压力仓的顶底,最后形成了高密度的多边形断层。石万忠15的模拟结果显示该地区曾经存在超压地层并发生过多期流体运移,至今多边形断层发育层位还存在弱高压,该地区广泛分布的振幅空白带和底辟也指示白云凹陷曾经存在超压,并发生流体释放。白云凹陷泥岩地层孔隙流体压力的增加主要源于3个方面:①上覆地层和海水重力压实使孔隙度减小。
7、由于泥岩层上下界面的封盖,孔隙内流体无法排出,随着孔隙度继续减小,孔隙流体压力逐渐增大;②黏土矿物的相变脱水作用。高温条件下泥岩中蒙脱石转化为伊利石有大量水脱出,这一阶段所失去的水量为被压实体积的10%~15%。而孔隙水的增加必然会增加孔隙压力,实验表明,沉积物中仅仅有2%的蒙脱石,就能够发生脱水收缩形成多边形断层16;③生烃作用和烃类热裂解作用也会增加一定的孔隙流体压力。L、间距40~900m、断距10~50m。白云凹陷和华光凹陷多边形断层走向无规则,华光凹陷具有上下两套多边形断层;长昌凹陷和北礁凸起多边形断层走向具有一定方
