貝克盆地衛(wèi)星重力場(chǎng)特征與構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h1>
2018-03-05 05:14:49陳全紅襲著綱程岳宏
西安科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2018年1期
張 科，方 勇，陳全紅，襲著綱，程岳宏
0 引言
貝克盆地位于印尼東部巴布亞省貝克島和Yapen 島之間海域，南緯 0．5°～1．5°，東經(jīng) 135°～137°之間，盆地面積約 2 ×105km2［1］。該區(qū)遠(yuǎn)離印尼主要工業(yè)城市，且水深較大，勘探成本較高，因此，多年來(lái)該區(qū)尚未開(kāi)展大規(guī)模油氣勘探工作，勘探程度極低，只有稀疏的二維地震測(cè)線，尚未發(fā)現(xiàn)油氣。進(jìn)入21世紀(jì)之后，隨著印尼東部油氣勘探的不斷開(kāi)展，2007年TGS公司在該盆地陸續(xù)采集了多用戶二維地震資料，船測(cè)重力資料，并在貝克島及周緣島嶼開(kāi)展了地質(zhì)踏勘工作，據(jù)初步研究表明，該盆地油氣苗比較活躍，且發(fā)育較大規(guī)模的坳陷，具備較大的勘探潛力。
由于資料短缺所限，前人在該區(qū)研究?jī)H局限于島嶼露頭的踏勘及稀疏二維地震資料的分析，盆地邊界及內(nèi)部構(gòu)造單元不明確。圖1中白色方框區(qū)域內(nèi)為貝克盆地大致范圍，在貝克島油氣苗露頭較多，可能具有較大的勘探潛力。因此需要對(duì)盆地的分布范圍、盆地主要結(jié)構(gòu)樣式和規(guī)模、主要斷裂展布進(jìn)行研究。
限于目前資料情況，此次研究主要借助最新的高精度衛(wèi)星重力資料(V 18．1)，以區(qū)域地質(zhì)、地震及鉆井資料為約束，充分挖掘衛(wèi)星重力資料信息與地震資料相結(jié)合，開(kāi)展盆地構(gòu)造區(qū)劃研究。
衛(wèi)星重力具有高精度、高覆蓋和高重復(fù)率等優(yōu)點(diǎn)，能給出大尺度的重力變化。目前，衛(wèi)星測(cè)高重力分辨率已經(jīng)接近10～8 km(半波長(zhǎng))的觀測(cè)精度，基本滿足海洋地質(zhì)與資源調(diào)查精度要求［2］。世界范圍內(nèi)的衛(wèi)星測(cè)高重力數(shù)據(jù)逐步被石油公司針對(duì)其研究海域進(jìn)行生產(chǎn)，并應(yīng)用于前期構(gòu)造研究，比如盆地結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑^好的解決了地震資料稀缺所造成的研究困難［3－5］。同時(shí)，在缺乏船測(cè)重力的研究區(qū)可以借用衛(wèi)星重力資料進(jìn)行替代，縮短研究周期，節(jié)約研究成本，達(dá)到研究目的。國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)90年代以來(lái)在海域如南黃海［6］、南海［7］和陸域的新疆天山［8］及塔里木盆地［9］等地區(qū)做了較好的探索及應(yīng)用;國(guó)外有石油公司利用高精度衛(wèi)星重力資料在南亞的印度洋中央盆地［10］和柬埔寨磅遜盆地［11－12］、南美的桑托斯盆地［13］、西非的科特迪瓦盆地［14］和印尼東部 bone盆地［15］等油氣快速普查與早期評(píng)價(jià)中取得了較好的應(yīng)用效果。
圖1 貝克盆地區(qū)域構(gòu)造背景Fig．1 Tectonic map of Biak Basin
1 貝克盆地構(gòu)造背景及演化模式
貝克盆地呈近東西走向，為受該區(qū)大型走滑斷裂帶Sorong斷裂作用形成的走滑拉分盆地。從構(gòu)造位置上看，貝克盆地位于向西南俯沖的太平洋板塊與向東北漂移的澳大利亞板塊及西側(cè)的歐亞板塊共3個(gè)大型板塊匯聚區(qū)(圖1)。貝克盆地位于構(gòu)造應(yīng)力釋放區(qū)，主要以走滑和擠壓構(gòu)造活動(dòng)為主，相關(guān)學(xué)者(Valerio Memmo等，2013)提出一個(gè)在左旋走滑斷裂作用下形成演化模型。如圖2所示該模型由一個(gè)寬脆性剪切帶(Cladouhos，1999a)，海陸過(guò)渡區(qū)與北部分隔，Yapen斷裂帶與南部隔離。這些板塊尺度的構(gòu)造輪廓從宏觀上較好的表現(xiàn)了左行走滑斷裂，在貝克島和南貝克島的橫向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)部微巖層獨(dú)立向西移動(dòng)［16］。
與南貝克島相對(duì)應(yīng)，貝克島向西高速度運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的貝克島開(kāi)口，形成拉分盆地。在這種構(gòu)造背景下，貝克島可能是一個(gè)S形擠壓結(jié)構(gòu)逐步由Riedel斷裂系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)移位形成的。該模型是符合該區(qū)域的區(qū)域構(gòu)造背景以及Yapen島右旋走滑斷層(Charlton，2008)，因此可以被解釋為“多米諾式”的 Yapen 斷裂結(jié)構(gòu)［17］。
圖2 貝克盆地形成模式（據(jù)Valerio Memmo，2013）Fig．2 Structural model explaining the formation of Biak Basin
2 貝克盆地布格重力場(chǎng)特征
此次研究首次采用的海底深度資料和衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)2位教授 David T．Sandwell和Walter H．F．Smith共同維護(hù)的全球衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)V 18．1，數(shù)據(jù)測(cè)網(wǎng)密度為1'×1'，其中重力數(shù)據(jù)精度可以達(dá)到 3．03×10－5m/s2，滿足區(qū)域研究精度需求。布格重力異常計(jì)算選用統(tǒng)一的中間層密度，地殼平均密度取2．30×103kg/m3，海水密度取1．03×103kg/m3，用雙界面模型重力場(chǎng)快速正演方法(王萬(wàn)銀和潘作樞，1993)計(jì)算海水的重力影響值，進(jìn)而對(duì)衛(wèi)星測(cè)高重力異常做海水影響校正，并由此計(jì)算得到布格重力異常［18－19］。
在對(duì)衛(wèi)星測(cè)高重力數(shù)據(jù)去除海水影響之后獲得研究區(qū)的布格重力異常，從圖3的等值線圖可以看出，研究區(qū)布格重力異常受南北2個(gè)島嶼夾持，呈近東西走向分布，在重力高、低過(guò)渡帶發(fā)育有重力梯級(jí)帶。布格重力異常值的大小反映了基底的起伏特征，重力異常值大，反映高密度的基底埋深相對(duì)較淺;重力異常值小，反映基底埋深相對(duì)較深，上覆地層較厚［20］。布格重力異常等值線圈閉的重力高、重力低反映局部隆起與坳陷構(gòu)造，布格重力異常等值線密集的重力梯級(jí)帶反映斷裂較發(fā)育區(qū)。由研究區(qū)布格重力場(chǎng)值中西部發(fā)育的重力低值帶及中東部發(fā)育重力高值帶特征及分析研究區(qū)基底為中西部較深，中東部較淺;由布格重力異常等值線圈閉的重力高、重力低推測(cè)研究區(qū)基底起伏較大，隆起與坳陷發(fā)育。
圖3 貝克盆地布格重力異常Fig．3 Bouguer gravity anomaly of Biak Basin
3 貝克盆地主要斷裂展布特征
控盆斷裂的重力異常有明顯的特征，利用重力異常識(shí)別斷裂位置的方法有很很多，文中利用近年來(lái)比較先進(jìn)且有效的位場(chǎng)邊緣識(shí)別技術(shù)獲取貝克盆地布格重力異?？偹剑瓜?qū)?shù)，根據(jù)其極大值位置或者極大值的錯(cuò)斷位置識(shí)別相對(duì)應(yīng)的斷裂。據(jù)圖4所示，貝克盆地南部的Sorong走滑斷裂帶具有明顯的異常極大值，同時(shí)由其派生南部(F1)和北部(F2)2組大型斷裂控制了盆地的南北端，西部斷裂F3為后期形成，控制盆地西端。從圖5中可以看出，近東西向斷裂F1和F2表現(xiàn)為明顯的極大值連線，并且連續(xù)性較好，異常幅值明顯，具有分段性特征。F1斷裂為Sorong斷裂Yapen島部分，主要位于海域，在海陸分界處，斷裂發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)，極大值表現(xiàn)為明顯的錯(cuò)斷，整體幅值較窄，在東南段幅值較為寬緩。F2斷裂貫穿貝克島，西北端極大值發(fā)生錯(cuò)斷，異常幅值較窄，極大值向東南方向延伸連續(xù)較好，幅值逐漸變寬緩;F3斷裂呈北東－南西走向，主要位于海域，為布格重力異?？偹剑瓜?qū)?shù)極大值的連線，異常幅值較窄，極大值向東北方向延伸連續(xù)較差，幅值逐漸變寬緩。
4 貝克盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h2>
剩余布格重力異常是在布格重力異常的基礎(chǔ)上，去除區(qū)域重力異常后的剩余部分，主要反映局部地質(zhì)構(gòu)造的重力異常特征。此次運(yùn)用位場(chǎng)分離方法較好的分離出了局部密度體的重力異常，借助區(qū)域研究和地質(zhì)剖面(圖5)，識(shí)別了主要大型坳陷和隆起，并結(jié)合盆地?cái)嗔颜共继卣鲃澐至藰?gòu)造單元(圖6)。
圖4 貝克盆地布格重力異?？偹剑瓜?qū)?shù)Fig．4 NVDR_THDR of the Bouguer gravity anomaly
圖5 貝克盆地區(qū)域剖面（測(cè)線位置如圖6所示）Fig．5 Geosection of the Biak Basin
圖6 貝克盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig．6 Tectonic units in Biak Basin背景值為剩余布格衛(wèi)星重力異常，方框?yàn)檠芯繀^(qū)，紅線為圖5測(cè)線位置
利用剩余布格重力異常的零值線進(jìn)一步明確了貝克盆地邊界(圖6中紅線所示)，根據(jù)異常所對(duì)應(yīng)的隆起和坳陷劃分貝克盆地二級(jí)構(gòu)造單元，整體從西到東呈“西高東低、三坳三隆、隆坳相間、東西分塊”的構(gòu)造格局，分別為西部坳陷、西部隆起、中央坳陷、中南隆起、東南坳陷和東北隆起共6個(gè)二極構(gòu)造單元，與區(qū)域地質(zhì)剖面具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
5 結(jié)論
1)根據(jù)布格重力異常NVDR_THDR共推斷出貝克盆地一級(jí)斷裂3條(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)，斷裂對(duì)貝克盆地構(gòu)造單元的分布具有控制作用;
2)利用剩余衛(wèi)星測(cè)高重力異常的零值線劃分了貝克盆地邊界，根據(jù)異常相對(duì)高低識(shí)別了貝克盆地的6個(gè)構(gòu)造單元，整體從西到東呈“西高東低、三坳三隆、隆坳相間、東西分塊”的構(gòu)造格局;
3)研究表明貝克盆地發(fā)育大型坳陷，面積大于6 000 km2，沉積地層厚度大于7 000 m，具備較大生烴潛力，具備較大的勘探價(jià)值，為該盆地下一步研究指明了方向。
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圖1 貝克盆地區(qū)域構(gòu)造背景Fig．1 Tectonic map of Biak Basin
1 貝克盆地構(gòu)造背景及演化模式
貝克盆地呈近東西走向，為受該區(qū)大型走滑斷裂帶Sorong斷裂作用形成的走滑拉分盆地。從構(gòu)造位置上看，貝克盆地位于向西南俯沖的太平洋板塊與向東北漂移的澳大利亞板塊及西側(cè)的歐亞板塊共3個(gè)大型板塊匯聚區(qū)(圖1)。貝克盆地位于構(gòu)造應(yīng)力釋放區(qū)，主要以走滑和擠壓構(gòu)造活動(dòng)為主，相關(guān)學(xué)者(Valerio Memmo等，2013)提出一個(gè)在左旋走滑斷裂作用下形成演化模型。如圖2所示該模型由一個(gè)寬脆性剪切帶(Cladouhos，1999a)，海陸過(guò)渡區(qū)與北部分隔，Yapen斷裂帶與南部隔離。這些板塊尺度的構(gòu)造輪廓從宏觀上較好的表現(xiàn)了左行走滑斷裂，在貝克島和南貝克島的橫向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)部微巖層獨(dú)立向西移動(dòng)［16］。
與南貝克島相對(duì)應(yīng)，貝克島向西高速度運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的貝克島開(kāi)口，形成拉分盆地。在這種構(gòu)造背景下，貝克島可能是一個(gè)S形擠壓結(jié)構(gòu)逐步由Riedel斷裂系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)移位形成的。該模型是符合該區(qū)域的區(qū)域構(gòu)造背景以及Yapen島右旋走滑斷層(Charlton，2008)，因此可以被解釋為“多米諾式”的 Yapen 斷裂結(jié)構(gòu)［17］。
圖2 貝克盆地形成模式（據(jù)Valerio Memmo，2013）Fig．2 Structural model explaining the formation of Biak Basin
2 貝克盆地布格重力場(chǎng)特征
此次研究首次采用的海底深度資料和衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)2位教授 David T．Sandwell和Walter H．F．Smith共同維護(hù)的全球衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)V 18．1，數(shù)據(jù)測(cè)網(wǎng)密度為1'×1'，其中重力數(shù)據(jù)精度可以達(dá)到 3．03×10－5m/s2，滿足區(qū)域研究精度需求。布格重力異常計(jì)算選用統(tǒng)一的中間層密度，地殼平均密度取2．30×103kg/m3，海水密度取1．03×103kg/m3，用雙界面模型重力場(chǎng)快速正演方法(王萬(wàn)銀和潘作樞，1993)計(jì)算海水的重力影響值，進(jìn)而對(duì)衛(wèi)星測(cè)高重力異常做海水影響校正，并由此計(jì)算得到布格重力異常［18－19］。
在對(duì)衛(wèi)星測(cè)高重力數(shù)據(jù)去除海水影響之后獲得研究區(qū)的布格重力異常，從圖3的等值線圖可以看出，研究區(qū)布格重力異常受南北2個(gè)島嶼夾持，呈近東西走向分布，在重力高、低過(guò)渡帶發(fā)育有重力梯級(jí)帶。布格重力異常值的大小反映了基底的起伏特征，重力異常值大，反映高密度的基底埋深相對(duì)較淺;重力異常值小，反映基底埋深相對(duì)較深，上覆地層較厚［20］。布格重力異常等值線圈閉的重力高、重力低反映局部隆起與坳陷構(gòu)造，布格重力異常等值線密集的重力梯級(jí)帶反映斷裂較發(fā)育區(qū)。由研究區(qū)布格重力場(chǎng)值中西部發(fā)育的重力低值帶及中東部發(fā)育重力高值帶特征及分析研究區(qū)基底為中西部較深，中東部較淺;由布格重力異常等值線圈閉的重力高、重力低推測(cè)研究區(qū)基底起伏較大，隆起與坳陷發(fā)育。
圖3 貝克盆地布格重力異常Fig．3 Bouguer gravity anomaly of Biak Basin
3 貝克盆地主要斷裂展布特征
控盆斷裂的重力異常有明顯的特征，利用重力異常識(shí)別斷裂位置的方法有很很多，文中利用近年來(lái)比較先進(jìn)且有效的位場(chǎng)邊緣識(shí)別技術(shù)獲取貝克盆地布格重力異?？偹剑瓜?qū)?shù)，根據(jù)其極大值位置或者極大值的錯(cuò)斷位置識(shí)別相對(duì)應(yīng)的斷裂。據(jù)圖4所示，貝克盆地南部的Sorong走滑斷裂帶具有明顯的異常極大值，同時(shí)由其派生南部(F1)和北部(F2)2組大型斷裂控制了盆地的南北端，西部斷裂F3為后期形成，控制盆地西端。從圖5中可以看出，近東西向斷裂F1和F2表現(xiàn)為明顯的極大值連線，并且連續(xù)性較好，異常幅值明顯，具有分段性特征。F1斷裂為Sorong斷裂Yapen島部分，主要位于海域，在海陸分界處，斷裂發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)，極大值表現(xiàn)為明顯的錯(cuò)斷，整體幅值較窄，在東南段幅值較為寬緩。F2斷裂貫穿貝克島，西北端極大值發(fā)生錯(cuò)斷，異常幅值較窄，極大值向東南方向延伸連續(xù)較好，幅值逐漸變寬緩;F3斷裂呈北東－南西走向，主要位于海域，為布格重力異?？偹剑瓜?qū)?shù)極大值的連線，異常幅值較窄，極大值向東北方向延伸連續(xù)較差，幅值逐漸變寬緩。
4 貝克盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h2>
剩余布格重力異常是在布格重力異常的基礎(chǔ)上，去除區(qū)域重力異常后的剩余部分，主要反映局部地質(zhì)構(gòu)造的重力異常特征。此次運(yùn)用位場(chǎng)分離方法較好的分離出了局部密度體的重力異常，借助區(qū)域研究和地質(zhì)剖面(圖5)，識(shí)別了主要大型坳陷和隆起，并結(jié)合盆地?cái)嗔颜共继卣鲃澐至藰?gòu)造單元(圖6)。
圖4 貝克盆地布格重力異?？偹剑瓜?qū)?shù)Fig．4 NVDR_THDR of the Bouguer gravity anomaly
圖5 貝克盆地區(qū)域剖面（測(cè)線位置如圖6所示）Fig．5 Geosection of the Biak Basin
圖6 貝克盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig．6 Tectonic units in Biak Basin背景值為剩余布格衛(wèi)星重力異常，方框?yàn)檠芯繀^(qū)，紅線為圖5測(cè)線位置
利用剩余布格重力異常的零值線進(jìn)一步明確了貝克盆地邊界(圖6中紅線所示)，根據(jù)異常所對(duì)應(yīng)的隆起和坳陷劃分貝克盆地二級(jí)構(gòu)造單元，整體從西到東呈“西高東低、三坳三隆、隆坳相間、東西分塊”的構(gòu)造格局，分別為西部坳陷、西部隆起、中央坳陷、中南隆起、東南坳陷和東北隆起共6個(gè)二極構(gòu)造單元，與區(qū)域地質(zhì)剖面具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
5 結(jié)論
1)根據(jù)布格重力異常NVDR_THDR共推斷出貝克盆地一級(jí)斷裂3條(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)，斷裂對(duì)貝克盆地構(gòu)造單元的分布具有控制作用;
2)利用剩余衛(wèi)星測(cè)高重力異常的零值線劃分了貝克盆地邊界，根據(jù)異常相對(duì)高低識(shí)別了貝克盆地的6個(gè)構(gòu)造單元，整體從西到東呈“西高東低、三坳三隆、隆坳相間、東西分塊”的構(gòu)造格局;
3)研究表明貝克盆地發(fā)育大型坳陷，面積大于6 000 km2，沉積地層厚度大于7 000 m，具備較大生烴潛力，具備較大的勘探價(jià)值，為該盆地下一步研究指明了方向。
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