南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征

苏明， 沙志彬， 乔少华， 杨睿， 吴能友 *， 丛晓荣， 刘杰

1 中国科学院天然气水合物重点实验室， 广州 510640 2 中国科学院广州天然气水合物研究中心， 广州 510640 3 中国地质大学(武汉)资源学院， 武汉 430074 4 广州海洋地质调查局， 广州 510075



南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征

苏明1, 2， 沙志彬3, 4， 乔少华1, 2， 杨睿1, 2， 吴能友1, 2 *， 丛晓荣1, 2， 刘杰1, 2

1 中国科学院天然气水合物重点实验室， 广州 510640 2 中国科学院广州天然气水合物研究中心， 广州 510640 3 中国地质大学(武汉)资源学院， 武汉 430074 4 广州海洋地质调查局， 广州 510075

南海北部神狐海域是我国首次获取海洋天然气水合物实物样品的海域.然而，陆坡区深水水道和海底峡谷的侵蚀以及频发的沉积物失稳，将会加剧地层对比和沉积相识别的难度，导致目前该区域典型地震相-沉积相特征、沉积体类型、成因机制和空间匹配关系等方面还缺少精细的研究，特别是第四纪以来的沉积演化涉及较少，区域内水合物形成和分布的沉积地质条件尚不清晰.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.因此，神狐海域第四纪以来的沉积演化是钻探区水合物不均匀性分布的关键控制因素之一.

天然气水合物； 地震相； 沉积演化； 神狐海域天然气水合物钻探区； 南海北部

1 引言

作为西太平洋最大的边缘海之一(Tamaki and Honza, 1991)，南海被认为具有良好的天然气水合物资源潜力，尤其是在南海北部陆坡区域，已经识别出一系列与水合物相关的地质、地球物理和地球化学异常特征，并自西向东划分了4大水合物前景区：琼东南区域、西沙区域、神狐区域和东沙区域(张光学等，2002；Guo et al., 2004; Wu et al., 2005, 2007; Matsumoto et al., 2011; 吴能友等，2013).2007年在南海北部神狐海域，由国土资源部广州海洋地质调查局组织实施了中国首个海洋水合物的钻探航次(GMGS-1)，获取了水合物的实物样品(Wu et al., 2008; Yang et al., 2008).钻探结果表明，水合物位于水合物稳定带的底部，以浸染状分布于细粒沉积物之中，其分布具有明显的不均匀性特征，仅在SH2、SH3和SH7这三个站位中获取了水合物的样品，SH1和SH5站位具有测井曲线的异常，但并未获取实物样品，SH4、SH6和SH9站位因为异常特征不明显而放弃取心(图1)(Wu et al., 2008; Yang et al., 2008).

神狐海域水合物样品的获取，为研究这一区域含水合物层的沉积学特征提供了良好的素材.例如，针对水合物岩心样品的生物组分和地球化学特征描述(陈芳等，2009，2010；王彦美等，2012)、含水合物层的粒度特征测试(陈芳等，2011；Liu et al., 2012; Zhang et al., 2012)、晚中新世以来的地层沉积速估算(陈芳等，2013)、基于地震资料解释的含水合物层特征描述和沉积相识别(李守军等，2010；匡增桂和郭依群，2011；李文等，2013；马俊明等，2013)，研究区沉积特征与水合物成藏关系的初步分析(沙志彬等，2009；吴时国等，2009；苏正等，2012)等.然而，现有的研究还存在诸多问题，主要表现在以下方面：(1)目前的研究多集中在单站位或单剖面的解释和分析，对于空间上的沉积分布和沉积演化很少涉及；(2)神狐水合物钻探区位于中-下陆坡区域(图1b)，钻探区的资料无法满足系统揭示沉积物来源、搬运和堆积的需求；(3)神狐海域大量发育的海底峡谷(图1b)具有明显的侵蚀作用，加剧了区域沉积演化描述的难度.除了在沉积体类型、沉积空间展布、沉积演化等方面存在争议之外，上述沉积问题也导致了在神狐水合物钻探区内沉积作用与水合物成藏及分布的关联、水合物不均匀性分布的关键控制因素等仍是模糊不清的.

图1 南海北部陆坡区神狐海域区域位置图(a)珠江口盆地(紫色虚线)、神狐海域(红色矩形)位置及水深特征；(b)神狐海域2D地震测线(灰色实线)和海底峡谷(灰色阴影)分布特征，以及水合物钻探区(紫色矩形)的位置；(c)神狐水合物钻探站位、似海底反射(bottom simulating reflectors, BSRs)和气烟囱的分布范围，钻探区海底地形图引自(Wu et al., 2008).Fig.1 The location of the Shenhu Area in the northern continental slope of the South China Sea(a) Locations of the Pearl River Mouth Basin (purple dotted line) and the Shenhu area (red rectangle) with bathymetric characters；(b) Distributions of 2D seismic lines (grey solid lines) and submarine canyons (grey shadows), and the location of the Shenhu gas hydrate drilling area (purple rectangle)；(c) Drilling sites, bottom simulating reflectors, and gas chimneys in the Shenhu gas hydrate drilling area cited from Wu et al., 2008.

本次研究将神狐水合物钻探区纳入到整个神狐海域2D地震测线覆盖的范围之内(图1b)，选择第四纪以来的沉积充填序列作为重点研究对象，描述了5种典型的地震相特征，分析了对应的沉积类型，重建了第四纪以来的沉积演化.研究结果表明，第四纪以来，神狐海域的沉积充填序列在垂向上可划分为3个主要的阶段：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.受第四纪早期小型浊积水道侵蚀的影响，再沉积的沉积体可能对应为水合物的潜在储集层；广泛发育的沉积物失稳可以作为水合物的区域盖层；数量众多、侵蚀特征明显的海底峡谷将会破坏水合物的有利沉积体，使其呈“孤立条带状”分布在峡谷的脊部.因此，第四纪以来的沉积演化可能是研究区内水合物分布和成藏的关键控制因素之一.

2 区域地质背景

神狐海域位于南海北部陆坡600～1500 m的水深范围之内(图1a)，构造上隶属于珠江口盆地的珠II坳陷.珠江口盆地的构造演化阶段以23.8 Ma为界可以划分为2个阶段，始新世—渐新世的裂陷阶段和新近系—第四纪的裂后阶段(Ru and Pigott, 1986).中中新世以来，珠江口盆地的构造活动趋于稳定，受东沙运动的影响，构造沉降速率表现为异常高值的特征(于兴河等，2012).同时期的沉积充填序列以海相沉积为主，常见陆架边缘三角洲、深水浊积水道、块体流沉积体等(Wu et al., 1999; Lüdmann et al., 2001; Pang et al., 2007).在这一地质历史时期，神狐海域的构造-沉积背景与珠江口盆地具有一致性.

从研究区内2D地震测线的海底追踪和浅表层地震反射特征来看(图2)，神狐海域位于陆坡至盆底的范围.自北向南的剖面中，沉积地貌由较大的坡度、明显的进积特征变化为海底粗糙、海底峡谷大量发育、沉积物失稳频发的区域，再变化为坡度较缓的开阔区域；自西向东的剖面中，海底峡谷非常清晰，呈现为“U”型或“V”型的形态特征，并显示出对下伏地层的侵蚀.2007年神狐水合物钻探区位于陆坡的中-下段(图1b)，钻探站位分布在海底峡谷的脊部(图1c).因此，只有对神狐海域2D地震测线进行详细的描述和解剖，才能完整观察到沉积物从源到汇的过程，进而揭示水合物钻探区的沉积体特征和沉积演化过程.

3 层序地层格架

基于地震资料的精细解释、对比和追踪，共识别出3个关键的地震反射界面，自下而上为T3界面(晚中新世底界面，约11.6 Ma)、T2界面(上新世底界面，约5.5 Ma)和T1界面(第四纪底界面，约2.0 Ma)(沙志彬等，2009).这3个关键界面将晚中新世以来的地层充填序列划分为3个三级层序.从区域层序地层格架的解释来看(图2)，似海底反射(bottom simulating reflectors, BSRs)出现在T1界面的附近，说明水合物赋存于第四纪以来的沉积物之中.因此本次研究以第四纪以来的沉积充填序列作为主要的研究对象.

在不同的地貌单元中，随着自北向南水体深度、地形坡度、沉积组合的变化，T1界面在SSE向地震剖面中表现为不同的地震反射特征：在陆坡进积区，该界面为一套进积特征明显的沉积单元底界面；在沉积物失稳区，T1界面的特征不明显；而在沉积物汇聚区，该界面为连续的地震反射界面，界面之下具有明显的前积结构(图2a、2b和2c).而在NEE向的地震剖面中，可以清晰的观察到T1界面在沉积物失稳区的特征，即为一套浊积水道的底界面，表现为明显的不整合界面特征(图2d和2e).

4 地震相特征及解释

在第四纪以来的地层中，共识别出5种典型的地震相类型(图3).地震相A为一套中等反射强度，连续性较好的地震反射同相轴，整体为楔状的外部形态，具有明显的进积特征，根据同相轴的接触关系

图3 神狐海域第四纪以来典型的地震相类型及特征(剖面位置见图1b)Fig.3 Characteristics of seismic facies since Quaternary in the Shenhu area(See Fig. 1b for profile locations)

图4 神狐海域第四纪浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段Fig.4 Development stage of turbidite channel erosion and re-deposited sediments in Quaternary of Shenhu area

图5 (a)SSE向2D地震剖面显示北部第四纪早期小型浊积水道的地震反射特征；(b)SSE向3D地震剖面揭示中-下陆坡处BSR界面之上的地震反射特征，插入的放大图显示，BSR界面之上存在薄层、杂乱的、“透镜状-扁豆状”的地震反射同相轴(剖面位置见图4)Fig.5 (a) SSE-trending 2D seismic profile showing small-scale turbidite channels developed in early Quaternary. (b) SSE-trending 3D seismic profile displaying characteristics of deposits upon interface BSR on middle-lower slope. Enlarged insert shows the thin-bedded, chaotic, lenticular seismic reflectors at the bottom(See Fig. 4 for profile locations)

可进一步划分为多个进积单元(图3a)，将其解释为进积型的陆坡.地震相B表现出杂乱、连续性差的特征，底部可见对下伏地层明显的削截，内部常见一系列小型不整合界面(erosional discordances)(图3b)，根据形态特征和内部结构，认为该地震相对应为小型的浊积水道，位于第四纪底界面(T1界面)附近.地震相C具有中等反射强度、连续性较好的特征，解释为沉积物失稳(滑移和滑塌)，根据接触关系可区分出多个单元，每一个单元随着地形坡降方向具有向下滑动的特征，这些单元底界的包络面构成了沉积物失稳的底界面(图3c).单元之间的同相轴有些发生了明显的错段，有些则具有连续的特征(图3c)，我们将单元之间的界面解释为“滑脱断层”，在界面附近能够观察到地震反射同相轴表现出相对杂乱的特征.地震相D具有明显的地形起伏，形态上为“V”型(图3d)，表现为海底峡谷的特征，从海底峡谷的充填结构来看，峡谷的内部具有多个侵蚀-充填旋回，一方面说明峡谷底界面并不是现今海底，而是一系列的侵蚀包络面，另一方面则表明这些海底峡谷经历了复杂的演化历史.同时，在峡谷两侧的峡谷壁上发育大量的杂乱-连续的沉积单元，指示出受地势变化和重力诱导，原先的失稳沉积物可能会发生进一步的变形(图3d).地震相E平面上分布于神狐海域南部地形较为平缓的盆底区域(图1b)，具有中等振幅强度-连续和弱振幅-杂乱的2种反射结构(图3e)，其中弱振幅-杂乱的地震反射同相轴还具有一定的侵蚀和冲刷能力，具有典型的块体流沉积特征(mass transport complex, MTC).同时在地震相E内部还可以观察到一些规模较小的强振幅反射，推测为小型的水道沉积.在靠近东部的隆起处，能够发现一些发育在斜坡上具有进积特征的沉积单元(图3e).这种层状-杂乱反射结构并存的现象说明沉积物汇聚区北侧的沉积物供给在地质历史时期存在着差异，特别是每一条海底峡谷的沉积物输送和供给能力是不同的.因此，这种地震相被解释为深海沉积-块体流沉积的复合体.

5 神狐海域第四纪以来的沉积演化特征

基于现今海底地形特征的描述、第四纪以来典型地震相-沉积相的识别、沉积单元的时空匹配关系，将神狐海域第四纪以来的沉积演化划分为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.

5.1 浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段

神狐海域北部T1界面的浊积水道是这一阶段特征最为明显的沉积单元.每一个浊积水道的规模较小，宽约2～6 km(如图3b)，垂直陆坡分布.通过对2D地震剖面的解释和追踪，可以勾绘出第四纪早期小型浊积水道的北部侵蚀边界(图4，紫色实线)，整个侵蚀区呈SSW—NNE向平行陆坡展布(图4，浅紫色透明区域).受水道侵蚀作用的影响，先前的沉积物会沿着地形变化发生自北向南的输送和再沉积，然而，广泛发育的海底峡谷和沉积物失稳将会破坏地层充填序列(图2)，导致地层和沉积的对比难度较大.苏明(2014)选取神狐海域东部海底峡谷较少发育的区域，根据地震反射特征自北向南的变化，描述了再沉积沉积物的沉积过程和沉积范围，识别出再沉积的边界(图4，绿色实线)，为近NEE向展布(图4).从SSE向地震剖面中也能发现，T1界面在上陆坡(海底峡谷的北侧)表现为“不整合”的特征，显示出对下伏地层的侵蚀，界面上部的充填也表现为浊积水道的地震反射结构(图5a).而在中-下陆坡(海底峡谷的南侧)，BSR之上(此处可能也对应为T1界面)的沉积充填可以明显地划分为2个单元：下部为薄层、杂乱的、“透镜状-扁豆状”的地震反射同相轴，上部为厚层、连续性好、中等强度的地震反射同相轴(图5b).与图3c展示的沉积物失稳相似，上部连续性好的地震反射单元被解释为经由进积型陆坡输送的沉积物，在中-下陆坡受重力诱导而形成的沉积物失稳(滑移和滑塌).虽然由于海底峡谷的存在(图5a)，无法将地震剖面中的浊积水道和下部的杂乱反射直接联系起来，但是我们推测，下部具有杂乱反射特征的沉积单元可能是先前沉积物受北部小型浊积水道侵蚀，发生近距离搬运和再次沉积的结果(图4，浅黄色透明区域).因此，在下陆坡和地形平缓的盆底处，并不能观察到杂乱反射的沉积单元(图5b)，在这一阶段，下陆坡和盆底可能只发育了少量正常的半深海-深海细粒沉积(图4，蓝色透明区域).

5.2 陆坡进积-沉积物失稳阶段

在这一阶段中，进积的陆坡(图3a)和中-下陆坡中的沉积物变形(图5b)最为发育.进积特征明显的陆架陆坡体系可将沉积物从浅水区输送至下陆坡和盆底区域，陆架坡折线向海的逐渐推进(图3a)暗示着沉积物供给较为充足，可以根据进积的特征圈定出陆坡的范围(图6，黄色透明区域).受神狐海域自北向南地形变化的影响，经由陆坡输送而来的沉积物在重力势的诱导下，易于发生失稳，可以形成反射杂乱、内部存在地层搅浑特征的滑塌体(龚跃华等，2009)和中等-强振幅、连续性好的滑移体(苏明等，2013).沉积物失稳在平面上表现为NNE向带状分布(图6，灰色透明区域).而在盆底处，由于地形较为平缓，沉积物在垂向上多以层状的加积为主(图5b).

5.3 海底峡谷的侵蚀-充填阶段

海底峡谷是神狐海域现今海底最为典型的地貌特征(图1b).这些峡谷垂直于陆架陆坡，其深泓线没有发生大的弯曲，呈NNW—SSE向平行展布，构成了海底峡谷群(图1b).海底峡谷宽1～8 km，长30～50 km，显示出对下伏地层明显的侵蚀和冲刷，地形起伏最大约为450 m(图3d).受海底峡谷冲刷和侵蚀的影响，早期的沉积物会沿着峡谷的轴部发生自北向南的输送，在盆底的开阔地带可能以块体流沉积体的方式堆积下来(图7，深灰色阴影).由于海底峡谷的侵蚀和沉积物输送能力存在差异，从位于盆底处的NEE向剖面中可以发现，既存在层状垂向加积的充填序列，也存在杂乱反射的块体流沉积体，还可以发育小型的水道沉积(图3e).海底峡谷存在也会导致峡谷侧壁处地形坡度很陡，会诱发侧壁和峡谷脊部沉积物发生再次的变形(图3e)，这些沉积体常分布在峡谷的两侧(图7，橙色阴影部分).

6 沉积演化与水合物成藏

6.1 浊积水道侵蚀-沉积物再沉积与水合物的储层深水沉积背景下，受侵蚀-再沉积的影响，沉积物的物性条件将会得到改善，从而具有更为优越的储集性能(Ali et al., 2010; Schneider et al., 2011).因此，神狐海域北部T1界面附近处小型浊积水道的发育和中-下陆坡区域BSRs之上2套地震反射结构的识别(图5)，说明，虽然从水合物钻探区取样的岩心样品中，得知BSRs之上的沉积物在岩性和

图6 神狐海域第四纪陆坡进积-沉积物失稳阶段Fig.6 Development phase of prograding slopes and sediments failures in Quaternary of Shenhu area

图7 神狐海域第四纪海底峡谷的侵蚀-充填阶段Fig.7 Development stage of erosion and sedimentation of submarine canyons in Quaternary of Shenhu area

粒度上相似，均为细粒的泥质粉砂或粉砂质泥(陈芳等，2009)，但是BSRs之上的沉积体并不是在同一个沉积背景下形成的.底部的薄层、杂乱、透镜状的地震反射单元，对应着受北部小型浊积水道侵蚀，沉积物发生再次沉积的结果.成因机制上的差异可能暗示了，底部的再沉积单元具有相对较好的物性条件，可以被视为研究区水合物的潜在储层.

由于再沉积单元具有近距离搬运和近距离沉积的特征，因此再沉积单元与小型浊积水道的分布相平行，也呈NEE向带状分布(图4).这就导致2007年布置的神狐水合物钻探站位(图1c)并不是全部位于再沉积单元分布范围之内(图4)：SH2、SH3和SH7站位位于有利沉积区带之内；SH4、SH5、SH6和SH9站位则位于有利沉积区带之外；SH1站位位于南部沉积边界附近(图1c).而实际的钻探结果与上述站位的分布具有良好的匹配关系，SH2、SH3和SH7站位均获取了水合物实物样品，SH1、SH4、SH5、SH6和SH9站位则未获取(图1c)(Wu et al., 2008; Yang et al., 2008).我们认为这种空间匹配关系表明，第四纪早期的小型浊积水道侵蚀-沉积物再沉积事件可能控制了适于水合物聚集的有利沉积体的展布，进而影响了水合物的空间分布.

6.2 陆坡进积-沉积物失稳与水合物的区域盖层

由陆坡进积引起的沉积物失稳，在神狐海域广泛分布(图6).这套沉积体在地震反射特征上具有连续性好、中等振幅强度的特征(图3c)，说明它们在垂向上具有良好的延续性，是相似环境背景下的沉积结果.通过对钻探获取的不连续取心资料进行粒度分析，可以得知，这套沉积单元由细粒沉积物组成，其成分主要为泥质粉砂和粉砂质泥(陈芳等，2009).而地震反射特征所揭示的垂向上至海底都表现为连续性好、中等振幅强度的特征(图3c和图5b)，进一步说明这套沉积体在垂向上的可以被视为均质的，即都表现为细粒沉积物的特征.因此，沉积物失稳被视为是神狐海域水合物的区域盖层.

利用地球化学分析的结果，神狐海域水合物钻探站位计算出的硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面(sulphate methane interface, SMI)深度为17～27 m，说明神狐海域的垂向甲烷通量是很低的(Wu et al., 2011).作为一个厚的、垂向上为细粒的均质层，沉积物失稳的存在必然会阻碍含气流体的向上运移.此外，沉积物失稳位于再沉积单元之上(图5b)，水合物在有利的再沉积单元之内形成，也会阻碍含气流体的向上运移.这些都将会导致低通量的甲烷可能只有很少能够顺利的“运移至沉积物失稳单元之中”.也就是说，在沉积物失稳单元之中，甲烷的浓度可能低于甲烷的溶解度，从而导致在这些沉积物当中无法形成水合物.这与SH2、SH3和SH7站位中水合物仅在BSRs上部20～40 m范围内赋存的结果(Wu et al., 2008; Yang et al., 2008)是相一致的.

沉积物失稳中大量发育的滑脱断层(即失稳单元之间的边界)(图3c)，通常沟通了水合物稳定带的底界和海底，为含气流体的散逸提供了“逃逸通道”(苏明等，2014).当然，在这些断层中也可能会形成少量的裂缝充填型水合物.

6.3 海底峡谷的侵蚀-充填对水合物成藏的影响

研究区内发育的海底峡谷对下伏地层的侵蚀作用，不仅加大了地层对比和地震相-沉积相分析的难度，峡谷和伴生的沉积物变形还会对先前的有利沉积体造成破坏和改造，使得水合物的潜在储层呈现出“斑状/补丁状”的平面展布特征(图6).这一侵蚀-沉积过程造成水合物钻探区内有利沉积体仅在峡谷的脊部发育，这和水合物钻探的站位布置和实际钻探结果是一致的(图1c)(Wu et al.,2008; Yang et al.,2008).此外，峡谷对下伏地层的破坏可能会诱发含气流体的逃逸，如在峡谷的谷壁上能够观察到类似“缺口”的特征(徐华宁等，2012)，这可能是神狐海域存在渗漏型水合物的证据之一.流体的逃逸也会引起峡谷侧壁沉积物变形的加剧，与地形因素一起导致了峡谷两侧的沉积物充填至峡谷之中(图3d).

7 结论

本文通过海底地形特征的描述、层序地层格架的建立和对比、以及地震资料的解释，在神狐海域第四纪以来的沉积充填中刻画了5种典型的地震相类型，并分析了它们对应的沉积体类型：进积型的陆坡、T1界面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.基于地震相平面分布和垂向叠置的特征，将神狐海域第四纪的沉积演化划分为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.第四纪早期的浊积水道对下伏地层产生了侵蚀，再沉积的沉积体具有相对较好的物性条件，可作为水合物赋存的储层.研究区广泛分布的沉积物失稳，具有较细的沉积颗粒和较好的垂向连续性，被视为均质层，可作为水合物的区域盖层.大量发育的海底峡谷将对先前沉积的有利沉积体造成破坏和改造，使得有利沉积体呈现出“斑状/补丁状”的平面展布特征.

需要指出的是，海底峡谷“缺口”特征的识别及流体渗漏机制，暗示神狐海域的水合物经历了动态的成藏过程，与西非大陆边缘海底峡谷处的水合物成藏具有相似性(Davies et al., 2011).受峡谷侵蚀-沉积作用的影响，原先的水合物层可能发生分解，将与下部的游离气一起进一步向上运移，在新的水合物稳定带之内形成新的水合物层，这一过程中，甲烷的垂向通量会得到增加，这可能是导致该区域细粒沉积物中水合物饱和度较高的主要原因.当然，这方面需要进一步的研究工作，从更为精细的地震资料解释、地质模式分析和水合物成藏数值模拟的角度共同加以验证.

Ali S A, Clark W J, Moore W R, et al. 2010. Diagenesis and reservoir quality.OilfieldReview, 22(2): 14-27.

Chen F, Su X, Zhou Y, et al. 2009. Variations in biogenic components of Late Miocene-Holocene sediments from Shenhu Area in the northern South China Sea and their geological implication.Mar.Geol.Quat.Geol. (in Chinese), 29(2): 1-8.

Chen F, Su X, Zhou Y. 2013. Late Miocene-Pleistocene calcareous nannofossil biostratigraphy of Shenhu Gas Hydrate Drilling Area in the South China Sea and variations in sedimentation rates.EarthSci.——J.Chin.Univ.Geosci. (in Chinese), 38(1): 1-9.Chen F, Zhou Y, Su X, et al. 2010. Benthic foraminifera and stable isotopic composition of gas hydrate-bearing sediments from Shenhu Area in the northern South China Sea.Mar.Geol.Quat.Geol. (in Chinese), 30(2): 1-8.

Chen F, Zhou Y, Su X, et al. 2011. Gas hydrate saturation and its relation with grain size of the hydrate-bearing sediments in the Shenhu Area of northern South China Sea.Mar.Geol.Quat.Geol. (in Chinese), 31(5): 95-100.

Davies R J, Thatcher K E, Mathias S A, et al. 2011. Deepwater canyons: An escape route for methane sealed by methane hydrate.EarthPlanet.Sci.Lett., 323-324: 72-78.

Gong Y H, Yang S X, Wang H B, et al. 2009. Gas hydrate reservoir characteristics of Shenhu Area, north slope of the South China Sea.Geosci. (in Chinese), 23(2): 211-216.

Guo T M, Wu B H, Zhu Y H, et al. 2004. A review on the gas hydrate research in China.J.Petrol.Sci.Eng., 41(1-3): 11-20.Kuang Z G, Gui Y Q. 2011. The sedimentary facies and gas hydrate accumulation models since Neogene of Shenhu Sea Area, northern South China Sea.EarthSci. ——J.Chin.Univ.Geosci. (in Chinese), 36(5): 914-920.

Li S J, Chu F Y, Fang Y X, et al. 2010. Associated interpretation of sub-bottom and single-channel seismic profiles from slope of Shenhu Area in the northern South China Sea—characteristics of gas hydrate sediment.J.Trop.Oceanogy. (in Chinese), 29(4): 56-62.

Li W, Yu X H, Zeng X M, et al. 2013. Study of Neogene sesimic and sedimentary facies in the hydrate survey area of Shenhu Region on the north margin of South China Sea.Mar.Geol.Front. (in Chinese), 29(1): 17-26.

Liu C L, Ye Y G, Meng Q G, et al. 2012. The characteristics of gas hydrates recovered from Shenhu Area in the South China Sea.Mar.Geol., 307-310: 22-27.

Lüdmann T, Wong H K, Wang P X. 2001. Plio-Quaternary sedimentation processes and neotectonics of the northern continental margin of the South China Sea.Mar.Goel., 172(3-4): 331-358.

Ma J M, Xue L F, Fu S Y, et al. 2013. Seismic-sedimentary facies analysis and evolution of sedimentary environment in Shenhu Area, South China Sea.GlobalGeol. (in Chinese), 32(2): 359-365.

Matsumoto R, Ryu B J, Lee S R, et al. 2011. Occurrence and exploration of gas hydrate in the marginal seas and continental margin of the Asia and Oceania region.Mar.Petrol.Geol., 28(10): 1751-1767.

Pang X, Chen C M, Peng D J, et al. 2007. Sequence stratigraphy of deep-water fan system of Pearl River, South China Sea.EarthSci.Front., 14(1): 220-229.

Ru K, Pigott J D. 1986. Episodic rifting and subsidence in the South China Sea.AAPGBull., 70(9): 1136-1155.

Schneider J, Flemings P B, Day-Stirrat R J, et al. 2011. Insights into pore-scale controls on mudstone permeability through resedimentation experiments.Geology, 39(11): 1011-1014.

Sha Z B, Guo Y Q, Yang M Z, et al. 2009. Relation between sedimentation and gas hydrate reservoirs in the northern slope of South China Sea.Mar.Geol.Quat.Geol. (in Chinese), 29(5): 89-98.

Su M. 2014. Erosional-sedimentary controls on the accumulation and distribution of gas hydrate in the Shenhu Area, northern slope of the South China Sea (in Chinese). ∥ The 3rdConference on Earth System Science. Shanghai, China.

Su M, Yang R, Wu N Y, et al. 2014. Structural characteristics and the influences on gas hydrate in Shenhu Area in northern continental slope of the South China Sea.ActaGeologicaSinica(in Chinese), 88(3): 318-326.

Su M, Yang R, Zhang C M, et al. 2013. Progressin study of deep-water depositional systems in the northern continental slope of the south china sea and its implications for gas hydrate research.Mar.Geol.Quat.Geol. (in Chinese), 33(3): 109-116.

Su Z, Cao Y C, Yang R, et al. 2012. Analytical research on evolution of methane hydrate deposits at Shenhu Area, northern South China Sea.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 55(5): 1764-1774.

Tamaki K, Honza E. 1991. Global tectonics and formation of marginal basins: role of the western Pacific.Episodes, 14(3): 224-230.

Wang Y M, Han B, Wu N Y, et al. 2012. Rare earth elements geochemical characteristics of natural gas hydrates in Shenhu Area of the northern South China Sea.J.Mar.Sci. (in Chinese), 30(3): 35-43.

Wu N Y, Yang S X, Zhang H Q, et al. 2008. Preliminary discussion on natural gas hydrate reservoir system of Shenhu area, North Slope of South China Sea. ∥ 6th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2008). Worldoils, Vancouver, B. C., Canada., 7.

Wu N Y, Zhang G X, Liang J Q, et al. 2013. Progress of gas hydrate research in northern South China Sea.Adv.NewRenew.Energ. (in Chinese), 1(1): 80-94.

Wu N Y, Zhang H Q, Yang S X, et al. 2011. Gas hydrate system of Shenhu Area, northern South China Sea: geochemical results.J.Geol.Res., 2011: Article ID 370298.

Wu S G, Dong D D, Yang S X, et al. 2009. Genetic model of the hydrate system in the fine grain sediments in the northern continental slope of South China Sea.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 52(7): 1849-1857.

Wu S G, Wang X J, Wong H K, et al. 2007. Low-amplitude BSRs and gas hydrate concentration on the northern margin of the South China Sea.Mar.Geophys.Res., 28(2): 127-138.

Wu S G, Wong H K, Lüdmann T. 1999. Gravity-driven sedimentation on the northwestern continental slope in the South China Sea: results from high-resolution seismic data and piston cores.Chin.J.Oceanol.Limnol., 17(2): 155-169.

Wu S G, Zhang G X, Huang Y Y, et al. 2005. Gas hydrate occurrence on the northern slope of the northern South China Sea.Mar.Petrol.Geol., 22(3): 403-412.

Xu H N, Xing T, Wang J S, et al. 2012. Detecting seepage hydrate reservoir using multi-channel seismic reflecting data in Shenhu Area.EarthSci.J.Chin.Univ.Geosci. (in Chinese), 37(Suppl 1): 195-202.

Yang S X, Zhang H Q, Wu N Y, et al. 2008. High concentration hydrate in disseminated forms obtained in Shenhu area, North Slope of South China Sea. ∥ 6th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2008). Worldoils, Vancouver, B. C., Canada, 10.

Yu X H, Liang J Q, Fang J N, et al. 2012. Tectonic subsidence characteristics and its relationship to BSR distribution in deep water area of Pearl River Mouth Basin since the Late Miocene.J.Palaeogeogr. (in Chinese), 14(6): 787-800.

Zhang G X, Chen F, Yang S X, et al. 2012. Accumulation and exploration of gas hydrate in deep-sea sediments of northern South China Sea.Chin.J.Oceanol.Limnol., 30(5): 876-888.

Zhang G X, Huang Y Y, Zhu Y H, et al. 2002. Prospect of gas hydrate resources in the South China Sea.Mar.Geol.Quat.Geol. (in Chinese), 22(1): 75-81.

附中文参考文献

陈芳, 苏新, 周洋等. 2009. 南海北部陆坡神狐海域晚中新世以来沉积物中生物组分变化及意义. 海洋地质与第四纪地质, 29(2): 1-8.

陈芳, 苏新, 周洋. 2013. 南海神狐海域水合物钻探区钙质超微化石生物地层与沉积速率. 地球科学——中国地质大学学报, 38(1): 1-9.

陈芳, 周洋, 苏新等. 2010. 南海神狐海域含水合物层底栖有孔虫群落结构与同位素组成. 海洋地质与第四纪地质, 30(2): 1-8.

陈芳, 周洋, 苏新等. 2011. 南海神狐海域含水合物层粒度变化及与水合物饱和度的关系. 海洋地质与第四纪地质, 31(5): 95-100. 龚跃华, 杨胜雄, 王宏斌等. 2009. 南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征. 现代地质, 23(2): 211-216.

匡增桂, 郭依群. 2011. 南海北部神狐海域新近系以来沉积相及水合物成藏模式. 地球科学——中国地质大学学报, 36(5): 914-920.

李守军, 初凤友, 方银霞等. 2010. 南海北部陆坡神狐海域浅地层与单道地震剖面联合解释——水合物区沉积地层特征. 热带海洋学报, 29(4): 56-62.

李文, 于兴河, 曾小明等. 2013. 南海北部陆坡神狐海域水合物调查区新近系地震相与沉积相. 海洋地质前沿, 29(1): 17-26.

马俊明, 薛林福, 付少英等. 2013. 南海神狐海域地震-沉积相分析与沉积环境演化. 世界地质, 32(2): 359-365.

沙志彬, 郭依群, 杨木壮等. 2009. 南海北部陆坡区沉积与天然气水合物成藏关系. 海洋地质与第四纪地质, 29(5): 89-98.

苏明. 2014. 侵蚀-沉积作用对南海北部陆坡神狐海域天然气水合物聚集和分布的影响. ∥ 第三届地球系统科学大会. 上海, 中国. 苏明, 杨睿, 吴能友等. 2014. 南海北部陆坡区神狐海域构造特征及对水合物的控制. 地质学报, 88(3): 318-326.

苏明, 杨睿, 张翠梅等. 2013. 深水沉积体系研究进展及其对南海北部陆坡区天然气水合物研究的启示. 海洋地质与第四纪地质, 33(3): 109-116.

苏正, 曹运诚, 杨睿等. 2012. 南海北部神狐海域天然气水合物成藏演化分析研究. 地球物理学报, 55(5): 1764-1774.

王彦美, 韩冰, 吴能友等. 2012. 神狐海域水合物沉积层稀土元素地球化学特征. 海洋学研究, 30(3): 35-43.

吴能友, 张光学, 梁金强等. 2013. 南海北部陆坡天然气水合物研究进展. 新能源进展, 1(1): 80-94.

吴时国, 董冬冬, 杨胜雄等. 2009. 南海北部陆坡细粒沉积物天然气水合物系统的形成模式初探. 地球物理学报, 52(7): 1849-1857.

徐华宁, 邢涛, 王家生等. 2012. 利用多道地震反射数据探测神狐海域渗漏型水合物. 地球科学——中国地质大学学报, 37(z1): 195-202.

于兴河, 梁金强, 方竞男等. 2012. 珠江口盆地深水区晚中新世以来构造沉降与似海底反射(BSR)分布的关系. 古地理学报, 14(6): 787-800.

张光学, 黄永样, 祝有海等. 2002. 南海天然气水合物的成矿远景. 海洋地质与第四纪地质, 22(1): 75-81.

(本文编辑 张正峰)

Sedimentary evolution since Quaternary in the Shenhu hydrate drilling area, northern South China Sea

SU Ming1,2， SHA Zhi-Bin3,4， QIAO Shao-Hua1,2， YANG Rui1,2， WU Neng-You1,2*， CONG Xiao-Rong1,2， LIU Jie1, 2

1KeyLaboratoryofGasHydrate,GuangzhouInstituteofEnergyConversion,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510640,China2GuangzhouCenterforGasHydrateResearch,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510640,China3FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China4GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510075,China

The marine gas hydrate samples in China were for the first time acquired in the Shenhu area, northern continental slope of the South China Sea. However, due to erosion by the submarine canyons, the stratigraphic comparison and identification of sedimentary facies were difficult, leading to the lack of description of seismic-sedimentary facies, analysis of forming mechanisms and distribution of the sedimentary units. Moreover, few researches focused on the sedimentary evolution since Quaternary, and the crucial controlling factors on the heterogeneous distribution of gas hydrate are not clearly understood. Using high-resolution 2D/3D seismic data, this study attempts to classify the seismic facies and discuss the sedimentary evolution in this area since Quaternary.This work is based on the high-resolution 2D and 3D seismic data obtained by Guangzhou Marine Geological Survey in 2006, with a trace interval of 12.5 m and vertical resolution of 10～20 m. Firstly, we make an integrated analysis of seafloor topographic features, sequence stratigraphic framework and high-resolution seismic data, perform a classification of seismic facies have been classified, and describe morphological features and internal architectures accurately. Secondly, in terms of sediment supplies from the north and seafloor topography, deep-water sedimentary process is analyzed. Also, the sedimentary evolutions since Quaternary are re-built. Subsequently, the relationship between deep-water sediments since Quaternary and distribution of gas hydrates are discussed.Five types of seismic facies were identified, involving prograding slopes, small-scale turbidite channels in the Early Quaternary, sediment failures (including slides and slumps), submarine canyons and concomitant transformation of deposits, and the mixture of abysmal deposits and mass transport complex. The three phases of sedimentary evolution since Quaternary in the Shenhu area were re-built, which are turbidite channels erosion and re-deposited sediments, prograding slopes and sediments failures, and erosion and sedimentation of submarine canyons.Eroded by small-scale turbidites, re-deposited sediments would be near-source stacked with relatively good property conditions, which might be regarded as the potential suitable reservoirs for gas hydrates. The deposits transported from prograding slopes could lose the balance easily and result in sediments failures widespread in the Shenhu area. Because of the fine-grain particle and vertical continuity, sediment failures could be thought as the regional cap rock. Abundant submarine canyons and concomitant transformation of deposits could erode and destroy underlying strata, which modified suitable deposits as patch distribution. Hence, the sedimentary evolution since Quaternary was considered as one of the crucial controlling factors on the heterogeneous distribution of gas hydrate in the Shenhu hydrate drilling area, northern South China Sea.

Gas hydrate； Seismic facies； Sedimentary evolution； Shenhu hydrate drilling area； Northern South China Sea

国家自然科学基金项目(41202080),油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)开放基金项目(PLC201407),中国石油科技创新基金研究项目(2013D-5006-0105)和中国科学院重点部署项目(KGZD-EW-301)联合资助.

苏明，男，1983年07月出生，博士，副研究员，主要从事深水沉积体系及资源效应、海域天然气水合物成藏地质条件分析等方面的科研工作.E-mail:suming@ms.giec.ac.cn

*通讯作者吴能友，男，1965年10月出生，博士，研究员，主要从事海洋天然气水合物成藏机制和资源评价、海洋石油天然气资源评价等方面的科研工作.E-mail:wuny@ms.giec.ac.cn

10.6038/cjg20150829.

10.6038/cjg20150829

P736

2014-03-11，2014-08-18收修定稿

苏明，沙志彬，乔少华等. 2015. 南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征.地球物理学报，58(8):2975-2985,

Su M, Sha Z B, Qiao S H, et al. 2015. Sedimentary evolution since Quaternary in the Shenhu hydrate drilling area, northern South China Sea.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(8):2975-2985,doi:10.6038/cjg20150829.