於興河地質大學
『壹』 南海中北部陸坡區沉積層序特徵與天然氣水合物成藏的關系研究
沙志彬1,2，郭依群2，楊木壯3，梁金強2，王力峰2
沙志彬（1972－），男，教授級高級工程師，博士研究生，主要從事石油地質和天然氣水合物的研究，E-mail:[email protected]。
註：本文曾發表於《海洋地質與第四紀地質》2009年第5期，本次出版有修改。
1.中國地質大學資源學院，武漢430074
2.廣州海洋地質調查局，廣州510760
3.廣州大學地理科學學院，廣州510006
摘要：本文通過對南海中北部陸坡區地層的地震相和沉積相分布特徵、層序地層和沉積體系的綜合分析，研究其沉積層序的特徵，並對該區域沉積條件與水合物聚集成藏的關系進行了分析和探討。結果表明：沉積環境對天然氣水合物的聚集成藏有明顯的控製作用，不同構造背景下的沉積環境、沉積相類型、砂泥比以及沉積體的沉積速率均影響和控制了天然氣水合物的發育和賦存；海底重力流沉積，尤其是等深流和濁流沉積，由於其沉積速率高、含砂率適中、孔隙空間較大，從而有利於天然氣水合物的發育；三角洲前緣的滑塌扇以及位於構造轉折處的斜坡扇，為天然氣水合物發育和賦存的有利相帶。
關鍵詞：南海；沉積層序特徵；天然氣水合物；成藏
The Study of Correlation Between Features of Sedimentary Sequences and Gas Hydrates Reservoirs in the Middle-Northern Slope of South China Sea
Sha Zhibin1,2,Guo Yiqun2,Yang Muzhuang3,Liang Jinqiang2,Wang Lifeng2
1.Schoo1 of Earth resources,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China
2.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760,China
3.School of Geographical Sciences,Guangzhou University,Guangzhou 510006,China
Abstract:Through the studies of distribution characteristics of seismic facieses and sedimentary facieses and the syntheses of sequence stratigraphy and sedimentary system in the sediments of middle-northern slope of South China Sea,we thus identify features of sedimentary sequences and meanwhile further analyze and discuss correlation between sedimentary condition and accumulation of gas hydrates reservoirs in this region.The researching results show that there are apparent controlling affect for gas hydrate accumulation in different depositional environment.Occurrence of gas hydrate was controlled by different depositional environment,precipitation facie,sand/shale and deposition rate.Because of high deposition rate and large pore,density current,especially,contour current and resedimented rock is favorable for growing of gas hydrate.Delta front slumpfan and slope fan in structure turning is favorable for accumulating of gas hydrate.
Key words:the middle-northern slope of South China Sea,features of sedimentary sequences,gas hydrates,reservoirs
0 引言
南海海盆自晚中新世張裂結束以來，新洋殼逐步冷卻，盆地發生熱沉降作用，構造上以垂向運動為主，出現大規模的海侵活動，形成了上中新統—第四系的區域披覆層[1]。該沉積期距今約10.2～1.9 Ma。在晚中新世早期未發生大規模海退、陸架遭受剝蝕的基礎上，發生了廣泛沉積，逐漸形成了陸架陸坡，其中至少發生了6次海平面變化，在大陸架邊緣形成了一系列低水位三角洲，在陸坡下形成了許多低水位扇或低水位重力流水道砂岩沉積[1]。正是在此沉積背景條件下，造就了南海北部陸坡區成為天然氣水合物廣泛發育的地區。2007年5月，我國在南海北部海域成功鑽獲天然氣水合物實物樣品，證實了南海北部蘊藏有豐富的水合物資源[2]。
本文通過對南海中北部陸坡區所採集的高解析度地震資料詳細解釋，同時對該研究區地層的地震相和沉積相分布特徵、層序地層和沉積體系的分析，從而研究該區域的沉積層序特徵，探討其沉積條件與天然氣水合物聚集成藏的關系。
1 區域地質背景
中中新世末，南海發生了強烈的區域性構造運動，導致南海北部陸緣中中新世晚期至晚中新世早期之間的沉積間斷，在西部的瓊東南盆地表現最為強烈：隆起部位上全部或局部缺失含超微化石N15- N17帶的地層或含N10—N11帶的下部地層[3]。這次沉積間斷之後，南海北部進入構造沉降階段，繼續遭受海侵，海平面呈快速上升的趨勢，使得一直隆起於水面的東沙、神狐—一統隆起也遭海水波及而接受沉積。南海北部陸緣除了東沙群島、神狐—一統隆起一帶為濱淺海環境外，其餘地區以淺海－半深海相沉積環境為主[4-6]。
晚中新世中晚期時，南海北部再度發生海侵，其規模和范圍要比晚中新世早期海侵更大，並一直持續到上新世早期，這期間研究區大部分地層具有較深水環境的沉積特徵。據鑽井資料顯示，在上新世早期，研究區淺海陸架的沉積范圍和水深均超過現代，東沙、神狐—一統古隆起也淹沒於水下，沉積了一套台地碎屑岩[5-6]。
上新世晚期，南海北部發生海退，一直持續到更新世早期，更新世晚期又有一次較大的海侵，隨後由於里斯和玉木冰期的影響，海平面再次下降[5]。全新世時，因再度發生海侵才形成南海北部目前的面貌。據廣州海洋地質調查局與美國哥倫比亞大學拉蒙特－多爾蒂地質觀察所合作取樣的資料來看，南海北部大陸坡第四紀地層的岩石性質較單一，為深灰色粉砂質黏土夾火山灰。晚更新世以來一直都處在半深海的沉積環境，時有濁流和火山噴發，對沉積環境有影響[4,7]。
2 地震相及沉積相分布特徵
2.1 地震相劃分及特徵
研究區由於缺乏岩心或露頭資料，因而在沉積相的綜合分析過程中，對地震信息的綜合研究顯得特別重要。通過對研究區所採集的高解析度地震資料進行綜合分析，從地震反射屬性（頻率、振幅、連續性）、內部反射結構和外部形態3個方面對研究區的地震相進行了劃分和分類，綜合分析地震反射波組特徵後，認為在本研究區晚中新世以來的地層層序主要發育11類地震相，其反射特徵見表1。
2.2 沉積相分析
沉積相分析建立在地震相劃分的基礎上，主要是通過對區域地質特徵、海平面變化特徵以及各層序的地震相、地震速度－岩性分析結果以及各相序之間的關系研究，綜合分析其形成的水動力條件、沉積環境的差異及其特定的沉積作用，確定沉積相。在一個地震層序內，由於時代的變遷，沉積相在縱、橫向有所變化，在相圖中只標示主要的沉積相。
層序C
從層序C中的地震相分布位置來看（表1），除了研究區中北部振幅較強外，其餘大部分地區均為弱振幅反射，由北向南連續性逐漸變差，振幅和波形排列在大面積范圍內較穩定，橫向上緩慢變化，內部主要為平行－亞平行結構，反映了以開闊海為主、水體相對寧靜的沉積環境。
砂岩體積分數（Ps值）分析顯示，研究區東部和南部Ps值較高，為40％～70％，西北部和東北部較低，小於25％，其餘地區Ps值都在30％左右，砂岩體積分數所反映的物源方向與區域上的物源方向相反。據ODP在調查區東南部的1146和1148鑽井資料揭示，上中新統這套地層的碳酸鹽岩體積分數較高，採集的沉積物大約有50％是由碳酸鹽組成的，沉積物特性反映出上中新統是典型的陸坡深水沉積[7]。這可能是導致其Ps值偏高的原因。
根據地震相分布特徵和Ps值，結合ODP鑽井及區域地質資料分析，認為研究區西北和東北部廣泛發育三角洲相沉積，局部三角洲前緣地區發育滑塌扇；在研究區中部，發育斜坡扇沉積；除研究區西南部發育小范圍的深海相沉積外，其他地區主要為淺海－半深海相沉積（圖1）。
層序B
從層序B中的地震相分布來看（表1），層序B主要為一套振幅較弱的中－高頻的反射層，坳陷內連續性較好，由隆起向上逐漸變差，內部主要為平行－亞平行結構，反映了水體相對寧靜的低能沉積環境。
表1 南海中北部陸坡區地震相類型及特徵
圖1 研究區層序C地震相－沉積相分布圖
該層序的發育基本繼承了C層序的特徵，不論是沉積厚度的變化還是Ps值的分布，都與層序C基本一致，只是Ps值更低，為20％～60％，沉積中心依然位於調查區北部，最大厚度可達1 200 m。
地震相分析認為層序B由北向南依次發育三角洲、滑塌扇、淺海－半深海、深海相沉積沉積，研究區中部還發育斜坡扇（圖2）。層序B除繼承性發育了水下高地沉積外，與層序C相比，三角洲范圍有所減小，滑塌扇發育更為廣泛，深海相沉積范圍擴大。上述現象反映了海平面上升、水體逐漸加深以及沉積相向陸推進的特點。滑塌扇發育更為廣泛的現象，反映了上新世與晚中新世相比，陸坡區的構造活動有所增加，水動力條件較強的沉積特徵。
圖2 研究區層序B地震相－沉積相分布圖
層序A
從層序A中的地震相分布來看（表1），層序A總體為一套層次密集、振幅較弱、較連續的反射層，波形排列在大面積范圍內較穩定，橫向上緩慢變化，主要為平行－亞平行反射結構，席狀－席狀披蓋外形。層序A的Ps值較層序B更低，為15％～50％。上述現象反映了層序A總體上為水體相對寧靜的低能沉積環境。
根據對層序A地震相分析，認為層序A由北向南依次發育三角洲、滑塌扇、淺海－半深海相沉積。層序A除繼承發育了水下高地沉積外，與層序B相比，層序A北部三角洲范圍略有擴大，斜坡扇的范圍較層序B也有所增加，與此相反，滑塌扇沉積范圍迅速減少。該現象反映在第四紀時期，海平面略有下降，沉積相整體向海推進的趨勢（圖3）。滑塌扇范圍減少同時也表明了進入第四紀以來，陸坡區構造活動相對微弱，水動力條件有所減弱的構造沉積現象。
3 層序地層分析
研究區在晚中新世以來處於區域熱沉降階段，構造活動相對微弱，地層的形成發育及分布模式主要受相對海平面變化的制約[4-6]，它與HAQ等[14]建立的全球層序地層表中的二級層序TB3相對應，其形成明顯地受到一個較大級別基準面變化旋迴（二級）的控制。根據研究區地震資料，在二級層序的基礎上，可以進一步劃分出A1、A2、B1、B2和C1、C26個中級基準面旋迴（三級層序）（圖4、5），它們與全球以及珠江口盆地的中級基準面變化具有較好地對應關系。其中C1、B1、A1、A2分別對應於TB3.1、3.4、3.9、3.10,C2相當於3.2和3.3的疊加，B2相當於3.5、3.6、3.7和3.8的疊加（表2）。
圖3 研究區層序A地震相－沉積相分布圖
層序C1形成於晚中新世早期，在二級海平面加速上升初期形成，地震剖面顯示為一套中連續，弱振幅的楔狀反射層，從濱岸向海盆方向，厚度逐漸減薄，反映了由補償沉積A/S≥1向非補償性沉積S→0的變化過程，由低位體系域、海進體系域組成。低位體系域主要為一些發育於凹陷底部的扇體，地震剖面上表現為中弱振幅、中－差連續，上超充填外形。海進體系域由一系列向濱岸上超的中－弱振幅准層序疊加而成。
層序C：形成於晚中新世晚期，在二級海平面加速上升中期形成，為一套中連續一連續、強弱振幅交替反射層，反射振幅從濱岸向海盆方向逐漸變弱，連續性逐步變好。該層序主要由海進體系域和高水位體系域組成。低位體系域不太發育，只在凹陷底部發育一些小規模的低位扇體；高水位體系域由一套中強振幅、連續的以垂向加積為主的准層序組成。
層序B1形成於上新世早期，在海平面加速上升末期形成，為一套連續的強弱振幅交替的楔狀反射層，從濱岸—海盆方向，沉積厚度逐漸減薄。該層序具有雙層結構，上部為海進體系域，下部為低水位體系域，其中海進體系域具有明顯的向陸階進特點，向海下超於層序底界之上，低位體系域主要為低位扇等沉積。
層序B2形成於上新世中晚期，為一套在二級海平面緩慢上升—緩慢下降階段形成的中連續—連續、中—強振幅楔狀反射層，從濱岸—海盆方向，沉積厚度逐漸減薄。主要由海進體系域和高水位體系域組成，在斜坡帶發育小規模的低水位扇體。地震剖面顯示在陸坡區發育有大型波狀或丘狀的反射層，推測為三角洲前緣的滑塌扇沉積。
層序A1形成於全新世早期，在二級海平面加速下降階段形成，為一套連續一中連續、中—弱振幅反射層，在大陸架邊緣一帶沉積最厚，向濱岸和海盆方向同時減薄。由低位體系域和海進體系域組成，層序底界下切河谷非常發育，低水位體系域由一系列中-強振幅、向海進積的准層序疊加而成，在陸坡區發育代表重力流沉積的大型波狀波痕層理；海進體系域由一組中弱振幅，向陸上超的准層序疊加而成。
表2 研究區晚中新—全新世層序地層劃分表
圖4 A測線上中新統—第四系地震反射特徵
層序A2形成於全新世，在二級海平面加速下階段形成，為一套連續—中連續、強弱振幅交替的反射層，在大陸架邊緣一帶最厚，向濱岸和海盆方向同時減薄，由海進體系域和高水位體系域組成，在陸坡區發育大型波狀波痕層理。
總體來看，這6個層序宏觀上為一套楔狀地層，從陸架—陸坡—海盆方向，厚度逐漸減小，這與研究區離北岸物源區較遠，總體上物源供給不足有關，層序的組合具有如下特點（圖6）：層序C1、C2和B1在二級海平面加速上升階段形成，以向陸退積組合為特徵，地震剖面（圖4,5）顯示3個層序的沉積厚度均從陸架—陸坡—海盆方向逐漸減薄，形成一套楔狀地層。其成因是由於海平面的持續上升，最大有效可容空間向濱岸方向遷移，物源的供給量（S）小於可容空間的增長量（A），造成從濱岸往海盆方向，物源逐漸減少，由補償沉積（A/S≥1）向非補償性沉積（S→0）過程變化，可容空間未能被沉積物有效充填。這種疊加方式具有沉積物向上減薄、變細，水體向上加深的正旋迴特點。層序B2在二級海平面緩慢上升—緩慢下降階段形成，其疊置方式以垂向加積為主，在形成過程中最大有效可容空間位置基本保持不變，物源供給速度與海平面變化速度大致相當，總體上該地層岩性偏細而且在垂向上岩性變化不大，水體深度、地層厚度相對穩定。層序A1和A2在二級基準面加速下降階段形成，其疊置方式以向海進積為主，有效可容空間不斷向海方向遷移，物源供給速度略大於海平面下降速度，這種疊加方式在垂向上造成沉積物向上加厚變粗，水體向上變淺，在海平面下降過程中，濱岸物質被不斷帶到陸架邊緣之下沉積，從而造成了沉積厚度在大陸架邊緣-陸坡一帶最厚，向濱岸上超減薄，向海盆區前積、下超減薄的分布特點[1,3,5]。
圖5 A測線層序地層分析
圖6 研究區上中新統－第四系三級層序組合模式
SS為向海進積組合；VS為垂向加積組合；LS為向陸退積組合
4 沉積體系分析
沉積體系是指在成因上由現代或古代沉積作用和沉積環境聯系在一起的岩相三維組合[3]，掌握了不同沉積體系的特徵及其在不同盆地內的分布規律，就可以利用已知的資料預測盆地內不同沉積相的分布和它們的形態[5]。
層序C
層序C早期，全球海平面下降最大，海平面最低[15]，河流的下切作用較強，能延伸到較遠的陸坡區，在層序C的底部（低位體系域），廣泛發育斜坡扇沉積。隨著海平面上升，水體逐漸加深，形成了過渡體系域的過渡相（如在研究區中北部發育三角洲沉積體系）和高位體系域的淺海—半深海相地層，發育淺海—半深海沉積體系[1,4]。
層序C的沉積受盆地的區域沉降作用控制，以填平補齊為主要沉積特徵，物源主要來自於研究區北部。沉積中心位於研究區中北部，最大沉積厚度超過1 800 m，研究區南部較薄，最薄處不到200 m。
層序B
上新世早期再度發生海侵，其規模和范圍要比層序C時期都大，海平面上升至新生代以來的最高位，在這期間研究區大部分地層具有較深水環境的沉積特徵，沉積了一套半深海－深海相地層。在北部陸坡盡管依然發育三角洲沉積體系，但三角洲范圍有所縮小，滑塌扇以及高水位體系域的范圍進一步擴大，顯示了水體向陸推進，海平面上升的趨勢。
層序B沉積時的水體比層序C明顯加深，沉積序列呈現向陸推進的格局，平均沉積厚度介於500～900 m，沉積中心位於研究區中北部，最大沉積厚度超過1 800m。
層序A
全新世—現今，南海北部處於海平面開始緩慢下降的高水位期。除研究區北部三角洲范圍進一步擴大以外，研究區南部的濁積扇、斜坡扇的范圍較層序B有所增加。淺海、半深海相整體向海推進。
層序A沉積中心位於研究區中北部，最大沉積厚度超過1 500 m。
5 有利於天然氣水合物成藏的沉積條件
沉積環境對天然氣水合物的聚集成藏有明顯的控製作用。具體而言，不同構造背景下的沉積環境、沉積相類型、砂泥比以及沉積體的沉積速率均影響和控制了天然氣水合物的發育和賦存[2,8]。從沉積相類型來看，海底重力流沉積，尤其是等深流和濁流沉積，由於其沉積速率高、含砂率適中、孔隙空間較大而有利於天然氣水合物的發育[9]。砂泥比是影響水合物發育和賦存的另一個重要因素。砂泥比直接影響儲集空間和孔隙水的發育，從而影響天然氣水合物的發育。大量的岩心資料表明：砂泥比值過高或過低均不利於水合物的發育。地層中含砂率過低、儲集空間小、孔隙水少，不利於天然氣水合物的形成；反之，如果含砂率過高，封閉性隨之減弱，同樣不利於水合物的形成。此外，較高的沉積速率也有利於水合物的生成和聚集[7]。沉積速率高的區域聚積了大量的有機碎屑物，由於迅速埋藏在海底未遭受氧化作用而保存下來，並在沉積物中經細菌作用轉變為大量的甲烷，並且，快速堆積的沉積體易形成欠壓實區，從而可構成良好的流體輸導體系，有利於水合物的形成與成藏[10-12]。
從沉積相分布來看，研究區的北部三角洲較為發育，在陸坡的轉折端，還發育滑塌扇沉積，這些沉積體的沉積厚度大，具有較高的沉積速率，有機質含量豐富，能為天然氣水合物的形成提供充足氣源[13-14]。研究區上新統以來沉積相與BSR分布范圍對比表明，三角洲前緣的滑塌扇為天然氣水合物發育和賦存的有利沉積相[15]。此外，在研究區中西部，斜坡扇的發育也為天然氣水合物的發育和賦存提供了極為有利的沉積環境：斜坡扇較高的沉積速率和豐富的有機質含量[11]，不僅有利於氣體的生成，而且有利於天然氣水合物的富集[16]。總之，上新統以來沉積相分析表明，本研究區位於三角洲前緣的滑塌扇以及位於構造轉折處的斜坡扇為天然氣水合物發育和賦存的有利相帶[17-18]。
6 結論
在岩心或露頭資料較少的情況下，通過對南海中北部陸坡區地層的地震相和沉積相分布特徵、層序地層和沉積體系的綜合分析，從而研究其沉積層序的特徵，並對該區域沉積條件與水合物聚集成藏的關系進行了分析、探討和研究。經過綜合分析得出結論如下：
1）南海中北部陸坡區地層的地震相和沉積相類型多樣復雜，通過分析得出了研究區地震相－沉積相分布特徵，並對進行了層序地層和沉積體系分析。
2）沉積環境對天然氣水合物的聚集成藏有明顯的控製作用。具體而言，不同構造背景下的沉積環境、沉積相類型、砂泥比以及沉積體的沉積速率均影響和控制了天然氣水合物的發育和賦存。
3）從沉積相類型來看，海底重力流沉積，尤其是等深流和濁流沉積，由於其沉積速率高、含砂率適中、孔隙空間較大而有利於天然氣水合物的發育。
4）從沉積相分布來看，研究區位於三角洲前緣的滑塌扇以及位於構造轉折處的斜坡扇為天然氣水合物發育和賦存的有利相帶。
參考文獻
[1]劉昭蜀，趙煥庭.南海地質[M].北京：科學出版社，2002:21-68.
[2]金慶煥.海底礦產[M].北京：清華大學出版社，2001:74-100.
[3]金慶煥.南海地質與油氣資源[M].北京：地質出版社， 1989:84-111.
[4]黎明碧，金翔龍，初鳳友，等.神狐－一統暗沙隆起中部新生代地層層序劃分及沉積演化[J].沉積學報，2002,20(4）:545-550.
[5]邵磊，李獻華，韋剛健，等.南海陸坡高速沉積體的物質來源[J].中國科學（D緝），2001,31(10）:828-833.
[6]汪品先.十五萬年來的南海[M].上海：同濟大學出版社， 1995: 1-104.
[7]郝詒純，徐鈺林，許仕策，等.南海珠江口盆地第三紀微體古生物及古海洋學研究[M].武漢：中國地質大學出版社， 1996:33-65.
[8]吳能友，蔡秋蓉.南海大洋鑽探184航次初步成果簡介[J].海洋地質，1999(4）:9-52.
[9]姚伯初.南海北部陸緣天然氣水合物初探[J].海洋地質與第四紀地質，1998(4）: 11-17.
[10]姚伯初、地球上的水合物[J].海洋地質，2000(2）:9-49.
[11]張光學，陳邦彥.南海甲烷水合物資源研究與找礦前景[J].海洋地質，2000(3）: 1-9.
[12]於興河，張志傑，蘇新，等.中國南海天然氣水合物沉積成藏條件初探及其分布[J].地學前緣，2004,11(1）:311-315.
[13]姚伯初.南海的天然氣水合物礦藏[J]熱帶海洋學報， 2001,20(2）:20-28.
[14]秦國權.珠江口盆地新生代晚期層序地層劃分和海平面變化[J]中國海上油氣.2002,16(1）: 1-10.
[15]Hap B U,Hardanbol J,Vail P R.Chronology of fluctuating sea levels sincethe Triassic.1987,235: 1156-1167
[16]Hap B U,Hardanbol J,Vail P R.Mesozoic and Cenozoic chronostratigraphy and cycles ofsea-level change[J].In:Wilgus C K et al.Sea-Level Change:An Integrated Approach,Society of Econonic Paleontologi sts and Mineralogi sts Special Publication,1988,42: 71-108.
[17]Kvenvolden K.A..A Review of the Geochemistry of Methane in Natural Gas Hydrate[J].Organic Geochemistry,1995,23 (11～12）:997-1008.
[18]Naehr,T.H.,Rodriguez,N.M.,Bohrmann,G.,et al.Mehane-drived Authigenic Carbonates Associated with Gas Hydrate Decomposition and Fluid Venting above the Blake Ridge Diaper[Z].Proceedings of the Ocean Drilling Program,Scientific Results,2000,164:285-300.
[19]Pierre Henry,Michel Thomas,Ben Clennell.Formation of Natural Gas Hydrates in Marine Sediments,Thermodynamic Calculations of Stability Conditions in Porous Sediments[J].Journal of Geophysical Research,1999,104(10):23005-23022.
[20]Trotsyuk V Y.,Nemirovskaya N.A.Hydrocarbon Gas Hydrate Formation Beneath the Sea Floor[J].International Geology Review,1985,27(11):1325-1328.
[21]Tsarev V P.,Nenakhov V:A..Formation Conditions,Genetic Features,and Methods of Developing Gas and Gas Hydrate Deposits[J].Soviet Geology and Geophysics,1985,26(10):21-28.
[22]Waseda Amane.Organic Ca rbon Content,Bacte rial Methanogenesis,and Accumulation Processes of Gas Hydrates in Marine Sediments[J].Geochemical Journal.1998,32(3):143-157.
『貳』 南海北部陸坡神狐海域HS-岩心表層沉積物古菌多樣性
張勇1，蘇新1，陳芳2，蔣宏忱1，陸紅峰2，周洋2，王媛媛1
張勇（1981－），男，博士研究生，主要從事海洋地質微生物研究。
1.中國地質大學地質微生物實驗室，北京100083
2.廣州海洋地質調查局，廣州510760
摘要：利用分子生物學技術，分析南海北部神狐海域天然氣水合物潛力區HS-373PC岩心表層沉積物中古菌多樣性，從沉積物中提取總DNA並擴增古菌16S rRNA基因序列，對克隆文庫進行系統發育分析。結果顯示：所有古菌序列均屬於泉古菌（Crenarchaeota）和廣古菌（Euryarchaeota）。其中泉古菌以C3為主要類群，另有少量序列屬於marine benthic group (MBG)-B,MBG-C、marine crenarchaeotic group I (MGI）、marine hydrothermal vent group (MHVG）和novel group of crenarchaea(NGC）；廣古菌以MBG-D為主，其他序列分別屬於Unclassified Euryarchaeotic Clusters-1/2 (UEC-1/2）。
關鍵詞：古菌多樣性；16S rRNA；海洋沉積物；天然氣水合物調查區；神狐海域；南海北部陸坡
Archaea Diversity in Surface Marine Sediments from Shenhu Area,Northern South China Sea
Zhang Yong1,Su Xin1,Chen Fang2,Jiang Hongchen1,Lu Hongfeng2,Zhou Yang2,Wang Yuanyuan1
1.Geomicrobiology Laboratory,School of Ocean Sciences,China University of Geosciences,Beijing 100083,China
2.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760,China
Abstract:Archaeal diversity in the surface sediments from Shenhu Area in South China Sea was studied with the use of 16S rRNA gene phylogenetic analysis.All the retrieved archaeal clone sequences could be grouped into Marine Benthic Group(MBG)-B,-C and-D,Novel Group of Crenarchaea,C3,Marine Hydrothermal Vent Group,Marine Crenarchaeotic Group I,and unclassified euryarhaeotic group,among which MBG-D and C3 were the most predominant groups in the Euryarchaeota and Crenarchaeota,respectively.The results indicated that archaea were abundant and diverse in surface sediments from the northern South China Sea.
Key words:archaeal diversity; 16S rRNA; marine sediments; gas hydrate exploration area; shenhu area;northern south China Sea
0 引言
海洋生態環境獨特，具有高鹽、高壓、低溫、寡營養和光照強度變化大等特點。生活在這一復雜環境中的微生物為適應獨特環境條件，在物種類型、代謝類型、功能基因組成和生態功能上形成豐富的多樣性[1]，其中原核微生物主要為古菌和細菌兩大類群[2]。早期有關古菌存在及多樣性的研究僅局限於溫度、p H和鹽度比較極端與厭氧的環境下，在這些極端環境中發現了超嗜熱菌、極端嗜酸菌、極端嗜鹽菌和產甲烷菌。目前已經從熱泉、熱液噴孔、硫質噴孔、鹽湖、高鹼湖、下水道消化池和瘤胃這些典型的環境中分離出了古菌[2]。隨著分子生物學技術的發展，古菌研究的范圍逐漸擴大，常見的環境比如海水[3]、鹽湖水[4]和土壤[5-6]中，都發現有大量的古菌存在。隨著研究領域的擴大，對古菌的分布、新陳代謝的多樣性、從極端環境到普通環境的垂向變化以及在生態系統中所起作用的研究顯得愈加重要。海洋深部生物圈內的古菌群落已經作為特定地質微生物標志，被用來指示過去和現代海洋的地球化學變化和地質環境的變遷[7]。
南海神狐海域天然氣水合物調查研究區位於南海北部陸坡中段神狐暗沙東南海域附近，即西沙海槽與東沙群島之間海域。根據野外地溫梯度測量和室內沉積物樣品的熱導率測量結果以及鑽探站位溫度原位測量結果表明，神狐海域研究區的地溫梯度為45～67.7℃/km，其熱流和地溫梯度處於中—低范圍，該區域流體相對活躍，斷層發育，有利於天然氣水合物的發育[8]。2006年我國在該區實施鑽探，已經成功獲取了天然氣水合物樣品[8]。筆者對神狐海域天然氣水合物調查區HS-373PC樣品岩心表層5～20 cm深度沉積物開展了古菌多樣性的調查，並初步探討它們與沉積物中地質環境的相互作用。
1 材料方法
1.1 樣品採集
2006年夏， 「 海洋四號」調查船在南海北部神狐海域（19°51.2803 ' N,115°12.0888 ' E）水深1 402 m處獲得重力活塞岩心HS-373PC樣品，岩心全長928 cm。本文通信作者隨船考察，並採取微生物樣。微生物取樣間隔為50 cm，取樣後在無菌箱中切除表面沉積物，內部樣品置於無菌袋保存於液氮中，航次結束後用乾冰運至實驗室於－20℃保存。實驗室操作時，切除表面沉積物以防止污染。
用於微生物計數的樣品採集參考國際大洋鑽探（ODP:ocean drilling program)201和204航次中所應用的微生物樣品處理方法[9-10]，在無菌操作箱中進行：用滅菌手術刀切除岩心外部沉積物，滅菌注射器取約1 cm3樣品，加入9 m L高溫滅菌並過濾除菌（0.2 mm）的海水，加入終濃度為4％的甲醛固定，置於4℃保存。航次結束後低溫運到實驗室4℃保存。
1.2 微生物計數（acridine orange direct count,AODC）
樣品細胞計數參照吖啶橙直接染色計數法[11]改進。樣品漩渦震盪10 min，取1 m L加入9 m LPBS(0.145 mol/L Na Cl,0.0045 mol/L KH2PO4,0.0055 mol/L K2HPO4，滅菌）緩沖液，震盪5min,400r/min離心5 min，靜置1 h充分沉澱，取上清液加入1％的吖啶橙5m L，黑暗中染色15 mm，過濾到孔徑0.22μm的聚碳酸酯膜（Whatman,UK）上，用10 m L PBS緩沖液沖洗濾膜，置於載玻片上，於熒光鏡下觀察計數。
1.3 DNA提取與16Sr DNA的擴增
稱取約1 g樣品，使用Ultra Clean soil DNAkit (Mo Bio,Solana Beach,Calif.,US）試劑盒提取總DNA，溶於滅菌的純水中。
古菌擴增引物為：Arch21F(5』－TTC YGG TTGATC CYG CCRGA-3』，Y=A,C or G;R=A or G）和Arch958R(5』－YCC GGC GTT GAM TCCATTT-3』，M=Aor C)[3]。PCR反應條件：95℃變性7min，然後94℃變性30 s,54℃退火30 s,72℃延伸1.5min,45個循環，最後72℃延伸10 min。產物經1％的瓊脂糖凝膠電泳檢測後切膠回收。
1.4 克隆文庫的構建與5序列分析
純化回收後的PCR產物連接到p GEM-T Easy Vector(Promega,US）上，轉化Escherichiacoli.JM109感受態細胞。取適量轉化後培養的細胞塗到含氨苄青黴素、X-Gal和IPTG的LB平板上， 37℃培養過夜，12～16 h後取出，置於4℃冰箱。
隨機挑選部分白色轉化子，接種到上述LB平板上，37℃培養後，使用引物M13-RV (5'－CAG GAA ACA GCT ATG AC-3＇）和M13-47(5'－GTT TTC CCA GTC ACG AC-3＇）做菌落PCR。反應條件如下：95℃變性10min，加入1.25U Taq酶，然後94℃變性30 s,54℃退火30 s,72℃延伸2min,35個循環，最後72℃延伸10min。擴增產物經1％的瓊脂糖凝膠電泳檢測後，挑選部分樣品進行測序。
所得序列用Sequencer 4.8(Gene Codes Corporation,US）軟體進行分析，經Bio Edit軟體編輯後，以97％的序列相似性作為劃分標准[12]，使用DOTUR軟體（http://www.plantpath.wisc.e/fac/joh/DOTUR.html）選出運算分類單位（operational taxonomic unit，或OTU），用a Rarefact Win軟體（http://www.uga.e/～strata/software.html.）得出飽和曲線。所得OTU對應序列輸入NCBI資料庫，在線使用BLAST (basic local alignment search tool）對比序列，採用Neighbor-Joining建樹方法構建系統發育樹。
本研究中所得到的古菌16Sr DNA序列在Gen Bank核酸資料庫里的接受序列號為HS373A1－HS373A98(FJ896063-FJ896103); HS373A107-HS373A16(GU181294-GU181316）。
2 結果與分析
2.1 沉積物微生物計數
表層沉積物中的總微生物計數使用吖啶橙染色直接計數法，計數結果顯示微生物的數量約為1.69×107cells/g沉積物（濕重）。
2.2 古菌多樣性分析
所測序列經篩選後得到132個有效序列，共分為64個OTU。文庫覆蓋率C=1－(n/N） （其中n為OTU中只出現一個克隆子的數目，N為總序列數）為68.2％。使用a Rarefact Win軟體分析得到克隆文庫的飽和曲線（圖1）。
圖1 南海北部HS-373PC岩心表層沉積物中古菌16SrRNA基因序列飽和曲線
該132個序列均屬於未培養類型，同源序列大多數來自海洋沉積物，分別屬於泉古菌（Crenarchaeota）和廣古菌（Euryarchaeota）兩大類（圖2）。其中泉古菌以C3[13]為主（占總序列的24％），其他序列屬於marine benthic group (MBG)-B[14],MBG-C[15],marine crenarchaeotic group Ⅰ（MGI)[16],marine hydrothermal vent group (MHVG)[17]和novel group ofcrenarchaea(NGC)[15]。廣古菌以MBG-D[13]為主（占總序列的16％），其他序列屬於unclassified euryarchaeotic clusters (UEC)-1/2。各類群所佔比例見圖3。
泉古菌中包含92個克隆序列（占總序列的70%）。其中以C3為主要類群，包含32個克隆，同源序列來源廣泛，其中大多數來自南海沉積物中，相似性在97％～99％之間。其他同源性最高的序列來自太平洋秘魯邊緣海（ODP Leg 201）和喀斯喀特邊緣海（ODP Leg 204）含有水合物的沉積物[13]、墨西哥灣沉積物（AB448792）和維多利亞港沉積物（EF203609）。MBG-B（也稱為Deep-Sea Archaeal Group,DSAG)[17-19]類群最先發現於深海沉積物和熱液口，該類群廣泛存在於多種深海環境中[20]，文庫中有2個克隆屬於該類群，同源序列來自鄂霍次克海冷泉沉積物[15]、墨西哥灣沉積物（IODP Site 1230）和Juan de Fuca海嶺沉積物[15]，相似性為98％～99％，這幾個地區沉積物均發現水合物存在。20個克隆屬於MBG-C，同源序列（相似性為95％～99％）來自深海沉積物和紅樹林土壤。12個克隆屬於MGI，同源序列源自南海沉積物[16,21]和北冰洋沉積物（FJ571813），相似性在97％～99％之間。有4個克隆屬於MHVG，與來自墨西哥灣沉積物的克隆（AB432999）相似性最高（99%）。NGC類群有20個克隆，其中相似性最高（相似性98％）的序列（EU713901）來自鄂霍次克海[15]，其他克隆相似性最高的序列（DQ984855）和（AB433026）分別來自南海沉積物和墨西哥灣深海沉積物，相似性僅為89％和92％。
廣古菌包含40個（占總序列的30％）克隆序列。其中MBG-D是優勢類群，有21個克隆屬於該類群，分為13個OTU。其中大部分克隆同源序列來源於南海[16,21]、智利瓦斯科湖、Skan灣[22]、墨西哥灣、日本南海海槽[23]、鄂霍次克海[15]和秘魯邊緣（ODP Leg 201）有機含量豐富不含水合物的深海沉積物[13]。另2個克隆相似性最高的序列（AF068817）來自大西洋中脊熱壓噴口[24]，同源性只有86％。19個克隆組成UEC類群，9個克隆屬於UEC-1，同源序列來源於南海沉積物、Baby Bare海灣熱液噴口[25]和Skan灣[22]。10個克隆屬於UEC-2，相似性最高的序列來源於南海[26]和Santa Barbara海盆[27]，相似性在96％～99％之間。
3 討論
海底沉積物表層有機質含量相對比較豐富，為微生物的生長繁殖提供充足的物質能量。據統計太平洋表層沉積物中微生物（包括細菌和古菌）豐度為108～109cells/cm3沉積物[28]，有活性的微生物豐度為108cells/cm3沉積物[29]。本文HS-373PC岩心表層沉積物使用吖啶橙染色計數獲得的微生物的數量，與南海南沙盆底陸坡沉積物中使用熒光原位雜交計數的結果[16]相比數量偏低。
圖2 南海北部HS-373PC岩心表層沉積物中古菌16SrRNA基因序列系統發育樹
圖3 南海北部HS-373PC岩心表層沉積物古菌文庫中各類群所佔的比例
（其中「Un」為未分類的類別）
HS-373PC岩心的表層沉積物中古菌多樣性雖然比較高，但從序列類別來說，大部分所在的類群在其他海區沉積物中都有發現[13,15,17-20,22-24]。尤其是大多數序列與南海其他地區沉積物中所報道的古菌類群[16,21,26]具有很高的相似性。而且在群落組成結構等方面比較起來還是有所不同。
與南海其他地區古菌類群相比，如在西沙海槽表層沉積物中古菌以MGI為主要類群（49.2%），其他包括TMEG(terrestrial miscel1aneous euryarch-aeotic group）、MBG-A/B/D、C3和NEG(novel euryarchaeotic group）類群以及17％的UEC克隆[21]。南海瓊東南沉積物中古菌以MCG和MBG-B(DSAG）為主要類群（各佔27％），其他還存在MBG-D、SAGMEG、TMEG和3個克隆的甲烷八疊球菌（Methanosarcinales）以及29％的UEC克隆[26]。MGI類群常發現於海洋和陸地環境，在海洋環境中，廣泛分布於表層和次表層沉積物中，該類群可能兼性自養或者代謝類型多樣[30]。本文神狐海域水合物潛力區的表層沉積物中的古菌，也有MGI類群出現，該類群所佔比例僅為9％。MBG-B類群最先發現於熱液口深海沉積物，目前在深海海底沉積物中均發現此類群[20]，該類群在底部甲烷上涌流的上層硫酸鹽還原帶沉積物中含量豐富，可能在硫酸鹽還原和甲烷氧化中起重要作用[31]；此類群在南海瓊東南盆地表層沉積物中所佔比例較高，在神狐海域表層沉積物中，只有2個克隆出現，測試表明該深度甲烷體積分數較低（約40×10-6），而硫酸根質量濃度較高（2 655 mg/L），說明該深度甲烷氧化與硫酸鹽還原程度還比較低。
與上述南海所報道2個地區古菌多樣性相比，神狐海域HS-373PC表層沉積物中古菌C3類群的克隆明顯占優。該類群尚未有培養種類，具體代謝類型還不清楚。類群中相似性最高的序列來自太平洋秘魯邊緣（ODP Leg 201）和喀斯喀特邊緣海（ODP Leg 204）含有水合物的沉積物。
西太平洋日本南海海槽含有天然氣水合物的沉積物中，古菌多樣性很低，只發現有3種類群的古菌類群，分別與脫硫球菌、熱網菌和熱球菌相似，沒有發現其他類群[32]。東太平洋美國俄勒岡州外海水合物海嶺的ODP 204航次1244、1245和1251站位有水合物存在的表層沉積物岩心中，古菌以MBG-B(DSAG）類群為主[13]（約佔50％～100%）。而位於東太平洋赤道海域ODP 201航次幾個地質環境不同鑽探站位的表層沉積物中古菌群落結構不同，其中1230站位（含天然氣水合物）古菌以MBG-B(DSAG）類群為主[13];1227站位（不含水合物但有機質含量豐富）古菌以MCG和SAGMEG為主要類群，不含MBG-B(DSAG）類群[13]；而1225站位（不含天然氣水合物且有機含量低）古菌以MGI和MBG-A為主要類群，但含少量MBG-B(DSAG）類群[13]。由此可見，即使是在發現了天然氣水合物的地區，表層樣中古菌的類型和群落結構也隨海域或同海域不同站位地質環境而變化。神狐海域HS-373PC表層沉積物古菌的優勢類群和上述地區明顯不同。前人對南海表層沉積物有機質含量的總結表明，神狐地區屬於有機質含量較低的地區[33]。因此，如果就HS-373PC表層沉積物中有機質含量低而古菌群落含少量MBG-B類群這2點來看，和東太平洋赤道海域ODP 201航次1225站位具有一定的相似性。
該岩心採集的區域屬於已確定的天然氣水合物潛力區，一系列的數據強烈暗示該區沉積物深部存在著天然氣水合物[8]。但對該岩心表層沉積物中古菌多樣性分析後發現，古菌中沒有明顯指示天然氣水合物存在的類群出現，可能是本文所取的樣品處於沉積物表層，各種參數變化不明顯，在古菌多樣性上沒有明顯的顯示。對於HS-373PC岩心中微生物多樣性和地質環境的關系進一步的探討，還有待於建立在未來獲得更多微生物和地質環境分析的基礎上。
參考文獻
[1]任立成，李美英，鮑時翔.海洋古菌多樣性研究進展[J].生命科學研究，2006,10(2）:67-70.
[2]Chaban B,Ng S Y,Jarrell K F.Archaeal Habitats-From the Extreme to the Ordinary[J].Canadian Journal Microbiology,2006,52:73-116.
[3]De lo ng E F.Archaea in Coastal Marine Environments[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,1992,89:5685-5689.
[4]Jiang H C,Dong H L,Yu B S,et al.Dominance of Putative Marine Benthic Archaea in Qinghai Lake,Northwestern China[J].Environmental Microbiology,2008,10(9):2355-2367.
[5]Walsh D A,Papke R T,Doolittle W F.Archaeal Diversity Along a Soil Salinity Gradient Prone to Disturbance[J].Environmental Microbiology,2005,7(10):1655-1666.
[6]Yan B,Hong K,Yu Z M.Archaeal Communities in Mangrove Soil Characterized by 16S rRNA Gene Clones[J].The Journal of Microbiology,2006,43(5):566-571.
[7]Inagaki F,Takai K,Komatsu T,et al.Archaeology of Archaea:Geomicrobiological Record of Pleistocene Thermal Events Concealed in a Deep-Sea Subseafloor Environment[J]Extremophiles,2001,5(6):385-392.
[8]吳能友，張海A，楊勝雄，等.南海神狐海域天然氣水合物成藏系統初探[J]天然氣工業，2007,27(9）:1-6.
[9]Shipboard Scientific Party.Explanatory Notes[C]//D'Hondt S,Jogensen B B,Miller D J,et al.Proceedings of the Ocean Drilling Program,Intial Reports.Texas:College Station,2003,201:1-103.
[10]Shipboard Scientific Party.Explanatory Notes[C]//Trehu A M,Bohrmann G,Rack F,et al.Proceedings of the Ocean Drilling Program,Intial Reports.Texas:Texas A&M University,2003,204:1-102.
[11]Bottomley P J.Light Microscopic Methods for Studying Soil Microorganisms[C]//Weaver R.Methods of Soil Analysis,Part 2.Microbiological and Biochemical Properties.SSSA Book Series no.5.Soil Science Society of America,Madison,Wis.1994:81-105.
[12]Humayoun S B,Bano N,Hollibaugh J T.Depth Distribution of Microbial Diversity in Mona Lake,Amermictic Soda Lake in California[J].Applied and Environmental Microbiology,2003,69:1030-1042.
[13]Inagaki,F,Nunoura T,Nakagawa S,et al.Biogeographical Distribution and Diversity of Microbes in Methane Hydrate Bearing Deep Marine Sediments on the Pacific Ocean Margin[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2006,103:2815-2820.
[14]Mason O U,Di Meo-Savoie C,Van Nostrand J D,et al.Prokaryotic Diversity,Distribution,and Insights Into Their Role in Biogeochemical Cycling in Marine Basalts[J].The ISME Journal,2009,3(2):231-242.
[15]Dang H Y,Luan X,Zhao J,et al.Diverse and Novel Nif H and NifH-Like Gene Sequences in the Deep-Sea Methane Seep Sediments of the Okhotsk Sea[J].Applied and Environmental Microbiology,2009,75(7):2238-2245.
[16]李濤，王鵬，汪品先.南海南部陸坡表層沉積物細菌和古菌多樣性[J].微生物學報，2008,48(3）:323-329.
[17]Inagaki F,Suzuki M,Taikai K,et al.Microbial Communities Associated with Geological Horizons in Coastal Subseafloor Sediments from the Sea of Okhotsk[J].Applied and Environmental Microbiology,2003,69(12):7224-7235.
[18]Vetriani C,Jannasch H H,Mac Gregor B J,et al.Population Structure and Phylogenetic Characterization of Mari ne Benthic Archaea in Deep-sea Sediments[J].Applied and Environmental Microbiology,1999,65(10):4375-4384.
[19]Takai K ,Horikoshi K.Genetic Diversity of Archaea in Deep-Sea Hydrothermal Vent Environments[J].Genetics,1999,152:1285-1297.
[20]Sorensen K,Teske A.Stratified Communities of Active Archaea in Deep Marine Subsurface Sediments[J].Applied and Environmental Microbiology,2006,72(7):4596-4603.
[21]李濤，王鵬，汪品先.南海西沙海槽表層沉積物微生物多樣性[J]生態學報，2008,28(3）:1166-1173.
[22]Kendall M M,Wardlaw G D,Tang C F,et al.Diversity of Archaea in Marine Sediments from Skan Bay,Alaska,Including Cultivated Methanogens,and Description of Methanogenium Boonei sp.Nov[J].Applied and Environmental Microbiology,2007,73(2):407-414.
[23]Nunoura T,Oida H,Toki T,et al.Quantification of Mcr A by Quantitative Fluorescent PCR in Sediments from Methane Seep of the Nankai Trough[J].FEMS Microbiology Ecology,2006,57(1）:149-157.
[24]Reysenbach A L,Longnecker K,Kirshtein J.Novel Bacterial and Archaeal Lineages from an in Situ Growth Chamber Deployed at a Mid-Atlantic Ridge Hydrothermal Vent[J].Applied and Environmental Microbiology,2000,66(9):3798-3806.
[25]Huber J A,Hohnson H P,Butterfield D A,et al.Microbial Life in Ridge Flank Cru stal Fluids[J].Environmental Microbiology,2006,8(1):88-99.
[26]Jiang H C,Dong H L,Ji S,et al.Microbial Diversity in the Deep Marine Sediments from the Qiongdongnan Basin in South China Sea[J].Geomicrobiology Journal,2007,24:505-517.
[27]Harrison B K,Zhang H,Berelson W,et al.Variations in Archaeal and Bacterial Diversity Associated with the SulfateMethane Transition Zone in Continental Margin Sediments (Santa Barbara Basin,California)[J].Applied and Environmental Microbiology,2009,75(6):1487-1499.
[28]Parkes R J,Cragg B A,Bale S J,et al.Deep Bacterial Biosphere in Pacific Ocean Sediments[J].Nature,1994,371:410-413.
[29]Schippers A,Neretin L N,Kallmeyer,J,et al.Prokaryotic Cell of the Deep Sub-Seafloor Biosphere Identified as Living Bacteria[J].Nature,2005,433:861-864.
[30]Teske A.Microbial Community Composition in Deep Marine Subsurface Sediments of ODP Leg 201:Sequencing Surveys and Cultivations[C]//Jorgensen B B,D'Hondt S,Miller D J.Proceedings of the Ocean Drilling Program,Scientific Results 2006,201,1-19.
[31]Biddle J F,Lipp J S,Leverd M A,et al.Heterotrophic Archaea Dominate Sedimentary Subsurface Ecosystems off Peru.[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2006,103(10):3846-3851.
[32]Reed D W,Fujita Y,Delwiche M E,et al.Microbial Communities from Methane Hydrate-Bearing Deep Marine Sediments in a Forearc Basin[J].Applied and Environmental Microbiology,2002,68(8):3759-3770.
[33]蘇新，陳芳，於興河，等.南海陸坡中世紀以來沉積物特性與氣體水合物分布初探[J].現代地質，2005,19(1）:1-13.
『叄』 我系石油工程的學生,欲上中國地質大學北京或者武漢的相關方向研究生,有高手能推薦或者介紹一下么
中國地質大學（北京）能源學院創建於1952年建校之初，歷經礦產地質及勘探系、可燃礦產地質及勘探系、能源地質系、能源學院等演變，由石油天然氣地質及勘探、煤田地質及勘探二個專業發展而來。在能源學院的建設歷程中，曾經涌現了一批享有盛譽的專家學者，如提出「陸相生油」理論的中國石油地質專業主要創始人潘鍾祥教授、我國第一個煤田地質專業的創建者楊起院士等。在半個多世紀的發展中，能源學院積極開展高素質、有特色的人才培養，逐漸形成了重視地質理論基礎、強化實際動手能力的人才培養特色，為中國能源工業培養和輸送了大批品學兼優的科技人才和管理骨幹，由能源學院培養的三名中國科學院院士傅家謨、殷鴻福、張彭熹是其中的傑出代表。
能源學院目前由石油地質、石油工程、能源與環境三個教研室組成，有教職員工50人，包括中國科學院院士1人、教授15人（博導13人）、副教授（高級工程師）14人，另有退休後返聘的教授（博導）6人和兼職教授4人。在人才隊伍中，中青年教師是教學與科研的中堅力量，他們多數擁有博士學位並曾在美國、英國、加拿大、德國、荷蘭等科學技術先進的國家留學或進修過，有獲全國青年地質科技銀錘獎2人，教育部「優秀青年教師獎」1人，北京市優秀青年教師2人，進入原地質礦產部跨世紀人才計劃的1人。
在學科結構上，能源學院設有「礦產普查與勘探學」博士後流動站、「礦產普查與勘探」、「油氣田開發工程」及「能源地質工程」三個二級學科的博士學位和碩士學位授予點、「油氣井工程」碩士學位授予點，在「石油與天然氣工程」領域招收工程碩士研究生，在「石油工程」和「資源勘查工程」二個專業招收本科生。其中，「礦產普查與勘探」和「油氣田開發工程」分別為國家重點學科和省級重點學科，「資源勘探工程」為國家重點專業，資源勘查工程專業（油氣地質方向）被確定為我校工科教學基地。學院每年招收博士研究生100餘名、碩士研究生70餘名、工程碩士研究生100餘名、本科生180餘名，現有各類學生1208名，研究生與本科生的比例接近1:1。
能源學院擁有較雄厚的科研實力，不斷追蹤世界學科發展動態，立足於學科發展前緣。圍繞著含油氣盆地地質及勘探開發，形成了多個特色明顯、處於領先地位的研究領域，如沉積學、層序地層學、含油氣盆地分析、油氣成藏動力學、儲層地質學、有機地球化學、天然氣地質學、油氣田開發地質學、油氣井動態分析、油藏工程、油藏數值模擬等。在長期的科研活動中，能源學院與中國石油、中國石化、中海油等集團公司及國土資源部等部門開展了廣泛的合作，研究領域涉及到松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、准噶爾盆地、柴達木盆地、二連盆地、東海海域、南海海域以及國外等含油氣盆地。先後承擔了國家重點科技攻關項目、國家攀登項目、國家重大基礎研究973項目、國家自然科學基金重點項目和面上項目，以及橫向合作項目120多項，2004年科研經費增長至1500萬元。許多項目獲得了國內領先和國際先進的評價，先後有17項科研成果獲省部級獎勵，出版專著11部，發表論文440多篇，其中，進入SCI、EI及ISIP三大檢索系的論文40多篇。
能源學院實驗室建設快步發展，儀器設備性能優良，實驗教學條件良好。下設能源基礎室、有機地化室、沉積岩石學室、油氣田開發室、油層物理室、數值模擬室和能源信息分析室。
能源學院依託國有大型石油企業和科研院所（勝利油田、遼河油田、中原油田、大慶油田、中石油勘探開發研究院廊坊，通過多年的建設與完善，建成了多個具有多層次（本科、碩士、博士和工程碩士）、多功能（本科生產實習、研究生論文基地、工程碩士辦學點和教師科研基地）特色的「產－學－研實習基地」。
另外，我院資源勘查工程專業（油氣地質方向）已被確定為我校工科教學基地。
能源學院一直奉行以科研促教學的辦學思想，提出了「科研成果進課堂，科研參與促成長，科研經費助教學，科研協作搭橋梁」的科研促教學辦學模式。在長期的教學實踐中，積極開展高素質、有特色的人才培養，形成了重視地質理論基礎、重視實際動手能力、重視創新意識的人才培養特色，著力打造具有地質大學特色的實踐教學模式。學生傳統就業率多年來一直居全校之首。
新世紀的能源學院正以高昂的姿態、百倍的信心闊步前進。
科研方向
層序地層學
層序地層學雖屬於現代地層學的范疇，但從學科所依據的理論基礎和研究內容來看，已遠遠超過了地層學所涉及的范疇。層序地層學將年代地層學與現代沉積學、全球海平面升降結合起來, 通過等時地層格架的建立，在時間地層單元內進行地層充填結構和展布樣式的研究，在盆地油氣勘探和開發領域，包括盆地沉積演化史分析、地層與儲層預測、隱蔽油氣藏的勘探、及至油氣藏描述等方面，均取得了成功。因而層序地層學不僅變革了傳統地層學和沉積學的理論，而且已成為一門能夠指導油氣勘探的應用科學。在石油和天然氣工業強大生產力的推動下層序地層學作為地層學的新的分支學科正在不斷發展、完善。
我院層序地層學研究方面實力雄厚，擁有一批國內外知名的專家、教授，在國內外多個盆地和地區的研究中取得了豐碩成果。目前主要研究領域有：層序地層與隱蔽圈閉預測研究、陸相斷陷湖盆層序地層研究、河流相層序地層研究、前陸盆地層序地層研究、高解析度層序地層在油藏描述中的應用等。
沉積學與油氣儲層
沉積學是對沉積物的來源、沉積岩的描述和分類以及沉積物形成過程進行研究的學科，其研究內容廣泛，包括沉積岩、沉積環境、沉積相、沉積過程及沉積礦產等多個方面。沉積相的研究貫穿於油氣勘探開發的全過程，主要研究烴源岩、儲集層和蓋層的沉積條件及有利相帶分布、以及地層、岩性圈閉形成條件的分析。油氣儲層研究是利用地質、地震、測並、試井等資料和各種儲層測試手段，以沉積學原理為指導，研究和解釋油氣儲集體所形成的沉積環境、成岩作用及其形成機制，分析與確定儲層的地質信息及不同層次的非均質性特徵．提高油氣勘探與開發效果。
該研究方向為我院的傳統優勢學科之一，研究實力雄厚，目前主要研究領域有：沉積相與油氣、油氣儲層綜合預測、儲層成岩作用、油氣儲層表徵與建模等。
油氣地球化學與油氣成藏
油氣地球化學與油氣成藏主要研究油氣的成因、運移、聚集、演化和分布規律。油氣地球化學主要研究油氣的成因，包括有機質豐度、類型、油源對比等；油氣成藏主要研究油氣成藏條件、成藏作用、成藏過程及成藏動力學系統等。
該研究方向為我院的傳統優勢學科之一，研究實力雄厚。目前主要研究領域有成藏動力學系統與含油氣系統、油氣運移、油氣地球化學、油藏及開發地球化學、根緣氣及天然氣成藏序列等。
含油氣盆地分析
盆地分析是地質學中多學科交叉的重要學科領域，它圍繞著沉積盆地的形成、演化、沉積充填、後期改造及礦產資源分布規律等問題開展綜合研究。含油氣盆地分析注重研究盆地的形成、演化、改造過程以及它們與油氣資源分布、油氣成藏作用的關系，主要內容包括含油氣盆地構造學分析、地層學與沉積學分析、沉降史和熱史分析、石油地質學分析等。
該研究方向為我院的傳統優勢學科之一，研究實力雄厚。
石油構造分析
石油構造分析是構造地質學與石油地質學相結合的產物，包括石油構造分析的理論基礎、石油構造分析的實例以及與油氣形成和分布有關的構造作用、構造樣式及構造規律性等。其主要研究對象是含油氣盆地內的構造作用和構造樣式，不僅要研究含油氣區大地構造、區域構造和盆地構造分析，而且還要研究盆地內各次級構造單元（坳陷、隆起、凹陷、凸起、二級構造帶（油氣聚集帶）、油氣構造圈閉）的石油構造地質條件。
該研究方向為我院的傳統優勢學科之一，研究實力雄厚。
煤層氣地質與開發工程
在煤層氣生成、聚散及成藏的地質過程分析、煤層氣生儲過程演化與成藏配置關系、煤儲層物性及其控制機理、煤儲層氣-水兩相滲流機制、煤層氣驅動運移機制、氣-固-流耦合作用對煤層氣產出的影響以及煤儲層傷害等方面開展了卓有成效的研究，構建了煤層氣吸附-解吸-擴散-滲流的地質模型。以煤層氣富集性與可采性為切入點，探討煤層氣有利區塊的判識標准，建立符合煤層氣地質特點和產業發展要求的資源評價體系，通過煤層氣地質調查圈定有利區帶並作出准確地質評價。開展注氣提高煤層甲烷採收率和在深部煤層中進行CO2埋存等方面的相關研究。
能源利用與環境工程
包括潔凈能源研究、含能源盆地分析與計算機模擬、環境地球化學與環境保護、應用有機地球化學等。
潔凈能源研究：研究潔凈能源的天然產出與人工潔凈化方法，能源利用對環境的影響及其對策。含能源盆地分析與計算機模擬：結合地質學的方法和現代計算機的模擬技術分析盆地的形成、演化和煤油氣的聚集規律。環境地球化學與環境保護：用環境地球化學的理論和方法研究影響現代環境的各種地質因素和與之相關的人為因素及其對策。應用有機地球化學：用有機地球化學的理論和分析測試技術研究黑色頁岩及其伴生礦產(包括部分貴金屬礦產和煤油氣)的形成、演化和富集規律。
油氣田開發理論與方法
主要包括二次採油方法、提高採收率理論與方法、油氣井動態分析、調剖堵水方法、壓裂酸化優化設計、井網優化等研究方向。
我校在油氣藏開發工程方面取得了一些有特色的結果，承擔973項目及省部級重點科技攻關項目，與國內大油氣田有廣泛合作。
油氣開采工程
油氣開采工程理論與技術是綜合運用數學、固體力學、流體力學、滲流力學、物理、化學、地質、熱力學、電子、機械、生物等理論和技術，經濟、快速、安全、有效地開採石油天然氣的一個理論與技術相結合的學科方向。
近年來，水平技術、大位移井技術、化學提高採油率技術、生物採油技術、物理採油技術、稠油熱采技術、煤層氣開采技術、連續油管技術的出現和發展，使得採油采氣工程理論與技術成為理論研究活躍、應用前景廣泛、經濟效益巨大的一門科學。
該研究方向主要研究採油采氣工藝、採油機械、修井、測井，增產措施等，是油氣田開發的最重要環節。
油氣藏工程
油氣藏工程是油田科學開發的基礎，是油田開發過程中至始至終都需要深入研究的課題。主要研究的內容包括油氣井的產能評價、油氣藏的開發井網設計、油氣藏的動態分析與動態預測、合理井網調整與加密、剩餘油分布預測等，油氣藏工程理論研究與應用是我院的特色和強項之一，目前與全國各大油田都有業務聯系。
油氣滲流理論與應用
油氣滲流力學是整個油氣田開發工程的基礎，它源於十九世紀五十年代法國的水力學，興於二十世紀三十年代，盛於二十世紀中葉，目前發展有所減緩。礦場工程師們利用滲流力學理論和方法，探索油氣開發過程中發生的油、氣、水等地下流體流動所遵循的規律，制定正確的油氣田開發方案和開發調整方案、評價油氣儲層、分析區塊開發動態、有效地控制和調整開發過程。現代油氣田開發越來越注重科學地認識和改造油氣藏，尊重客觀規律，以最低成本獲得最多的油氣，滲流力學是認識油氣藏、高效開發油氣藏以及改造油氣藏的科學基礎和重要工具。我院教師在非線性滲流、煤層氣滲流、水平井滲流、垂直裂縫井滲流和氣體滲流以及相應的工程應用方法研究亦取得了一些有特色的結果。目前的研究方向有：
（1）多相流體滲流研究
以岩心流動實驗為基礎，油藏地質建模和油藏數值模擬相結合，進一步探索多相流體滲流規律，精細描述開發中後期油層滲流場特徵；
（2）壓力敏感介質滲流研究
以高溫高壓油氣田開發為背景，通過室內實驗研究開發過程中由於壓力變化而導致的儲層敏感效應，研究孔隙度、滲透率等儲層物性參數變化規律，通過數學建模研究儲層壓力敏感效應對可采儲量的影響;
（3）低滲透介質滲流研究
通過室內實驗研究油氣在低滲透介質中的滲流規律，並結合油氣井壓裂、酸化、打水平井等增產措施，研究垂直裂縫井、水平井多維滲流問題，形成垂直裂縫井、水平井不穩定壓力分析系列方法;
（4）煤層氣滲流研究
根據煤層氣開采特點，研究多重介質中有吸附和解吸發生的煤層氣不穩定滲流問題，給出煤層氣開采動態分析和預測方法;
（5）非牛頓流體滲流研究
研究聚合物、完井液、堵水劑等非牛頓流體在地層中的滲流行為，分析儲層損害、堵水效果等。
儲層建模與數值模擬
我校在此領域內有著突出的優勢，在與國內主要油田的合作研究中，形成了以岩心、測井和地震多資料相結合的、以儲層精細劃分與對比為基礎的、以建立油藏地質模型為核心的理論體系與技術體系，並在生產實踐中取得了良好的成效。以岩心、測井、三維地震資料為基礎，運用高解析度層序地層學的理論與技術，建立精細等時地層對比格架及油氣田開發的地質模型。在精細、等時的地層單元內開展儲層，隔層預測與評價研究，能大大提高地層預測的准確性，為油田開發中注、采井布署提供科學依據，為流體流動最佳數值模擬提供岩石物理模型。
油藏模擬是油藏管理內容的一部分，其目的是針對某一油藏，以最小的資本投入和操作費用獲得最大的油氣採收率。油田管理研究的主要目的是確定從油藏現狀出發，以最小的投入獲取最大採收率所需要的最佳技術。而油藏模擬是獲得這一目標最高級的方法。
現代油藏經營管理
油藏經營管理是油藏區塊作為對象,根據開發的各個不同階段,以油藏管理部門為核心,組織物探、地質、油藏工程、採油工藝、地面建設、經濟分析等人員成立項目小組,確定分工與合作,共同協調管理。是以確定的目標情況下，各部分協同完成目標，達到獲取最大經濟效益，達到科學開發油氣田的目的，現代油藏經營管理在我國的研究才起步，目前還不能完成照搬國外的模式，需要結合我國的國情進行現代油藏經理模式的研究。
師資隊伍
能源學院現有中科院院士1名
楊 起
能源學院在職教授（排名不分先後順序）
樊太亮（博導）、鄧宏文（博導）、李治平（博導）、侯讀傑（博導）、湯達禎（博導）、
李寶芳（博導）、林暢松（博導）、陳開遠（博導）、姜在興（博導）、於興河（博導）、
劉大錳（博導）、黃海平（教授）、黃文輝（教授）、肖建新（教授）、唐書恆（教授）、
張金川（教授）、何登發（教授）、郭少斌(教授）、王曉冬（教授）
能源學院現有副教授（排名不分先後順序）
陳昭年、陳 程、王紅亮、毛小平、劉景彥、陳永進、丁文龍、劉鵬程、王宏語、李勝利
地大能源學院網站：上面有任何一個導師的聯系方式。
『肆』 2012年中國地質大學北京哪個考研復試參考書
中國地質大學(北京)2012年碩士研究生初試參考書目
考試科目代碼及名稱
參考書目
240俄語（外語系）
《新編大學俄語基礎教程（一、二）》，高等教育出版社
241日語（外語系）
《みんなの日本語（大家的日語）1，2 》第1版 株式會社 スリーエーネットワーク 編著，外語教學與研究出版社 ★建議與《大家的日語1、2學習輔導用書》和《大家的日語標准習題集》配套使用。
242法語（外語系）
《新大學法語1，2，3》 李志清總主編，高等教育出版社第1版
610高等數學
《高等數學》（第五版），同濟大學編
611地球科學概論
《地球科學概論》汪新文，地質出版社，1999
612基礎數學
《數學分析》（上下冊）華東師范大學，高等教育出版社
613有機化學（水環用）
《有機化學》（第四版）汪小蘭著，高教出版社，2005
614法學綜合(法理學、民法學)
《法理學》（第三版）沈宗靈，北大出版社，2003；《民法》（第四版）魏振贏，北京大學出版社、高等教育出版社，2010 （法理學與民法學各佔50%）
615馬克思主義基本原理
《中國化馬克思主義概論》田克勤主編，中國人民大學出版社，2010 《馬克思主義基本原理概論》張雷聲主編，中國人民大學出版社，2010
616中國工藝美術史
《首飾設計基礎》任進，中國地質大學出版社，2011；《現代首飾工藝與設計》鄒寧馨，中國紡織出版社，2007；《中國工藝美術史》（第一版）田自秉，東方出版社，1985
619管理學概論
《管理學》人民大學出版社第三版，楊文士
620普通化學
《普通化學》（第五版）浙江大學普通化學教研室編寫，高等教育出版社
621基礎地學
《地球科學導論》劉本培，蔡運龍主編，高等教育出版社，1999
622體育學專業基礎綜合
《運動生理學》鄧樹勛 等主編，高等教育出版社，2005；《運動訓練學》第二版田麥久 主編，人民體育出版社，2000
800自然地理學
《自然地理學》伍光和，高等教育出版社，2000
801礦物學、岩石學、礦床學（三選一）
《礦床學》袁見齊等，地質出版社，1987；《結晶學與礦物學》李勝榮，地質出版社，2009；《岩石學》樂昌碩，地質出版社
802地球化學
《地球化學》韓吟文，地質出版社2003
803地史學
《地史學教程》劉本培，地質出版社 1996
804構造地質學
《構造地質學》朱志澄，中國地質大學出版社
805第四紀地質學
《第四紀地質學與地貌學》主編：田明中、程捷，地質出版社，2009
806生態學概論
《生態學概論》曹湊貴主編 高等教育出版社，2002
807科學史概論
《科學技術史》，化工出版社
808地理信息系統
《地理信息系統導論》陳述彭編，科學出版社；《地理信息系統原理與方法》吳信才，電子工業出版社；《地理信息系統教程》胡鵬，武漢大學出版社
809礦產勘查學
《礦產勘查學》李守義，地質出版社
810礦產資源經濟學
《礦產經濟與管理》李萬亨，中國地質大學出版社
811遙感原理與應用
《遙感導論》梅安新，高等教育出版社，2001第一版
812機械設計
《機械設計》（第八版）濮良貴，高等教育出版社，2006
813岩土力學
《岩體力學》劉佑榮，中國地質大學出版社，1999；《土力學》陳仲頤，清華大學出版社，1994
814工程力學
《理論力學》(第四版)浙江大學理論力學教研室，高等教育出版社，2009；《材料力學I》(第四版)劉鴻文，高等教育出版社，2004
815安全系統理論
《安全系統工程》汪元輝，天津大學出版社，1999；《系統可靠性理論》程伍一，中國建築工業出版社，2010；
816普通物理學
《大學物理學》張三慧主編，清華大學出版社（包括力學，熱學，光學，電磁學和量子力學共9本書）
817分析化學
《分析化學》（第四版）武漢大學主編，高等教育出版社，2000
818工業礦物與岩石
《工業礦物與岩石》（第二版）馬鴻文主編，化學工業出版社
819硅酸鹽物理化學
《無機材料科學基礎》（硅酸鹽物理化學），陸佩文，武漢理工大學出版社，2005
820有機化學
《有機化學》王琴珠、楊增家編，清華大學出版社，1997
821數值分析
《數值分析》（第四版）編者：李慶揚、王能超、易大義出版社：華中科技大學出版社，2006
822自動控制理論
《自動控制理論》鄒伯敏，機械工業出版社
823環境微生物
《微生物學》（第一版），沈萍，高等教育出版社
824水文地質學基礎
《水文地質學基礎》王大純等，地質出版社，1995
825綜合工程地質學
《工程地質分析原理》張倬元等，地質出版社，2005；《專門工程地質》張咸恭、李智毅等，地質出版社，1988
826水處理工程與環境化學
《水污染控制工程》高廷耀等，高等教育出版社，2000；《環境化學》戴樹桂，高等教育出版社，2002
827大氣化學
《大氣化學》（第二版）王明星著，北京：氣象出版社，1999
828沉積岩石學
《沉積學》（第二版）姜在興主編，石油工業出版社，2010；《碎屑岩系油氣儲層沉積學》，於興河 編著，石油工業出版社，2008；《沉積岩石學》（第四版），朱筱敏主編，石油工業出版社，2008
829石油與天然氣地質學
《石油與天然氣地質學》陳昭年，地質出版社，2005
830油礦地質學
《油礦地質學》吳元燕，石油工業出版社；《中國煤田地質學》楊起，韓德磬，煤炭工業出版社，1979
831油層物理學
《油層物理》秦積舜，石油大學出版社，2001
832經濟學
《西方經濟學》，厲以寧，高等教育出版社，2005；《政治經濟學》第二版，逄錦聚等人編，高等教育出版社， 2006 （西方經濟學佔70% ，政治經濟學佔30%）
833行政法學
《行政法學》（第二版）羅豪才等，北大出版社 ，2006
834環境法學
《環境法學》（第一版）汪勁，北京大學出版社，2006
835中國化馬克思主義概論
《中國化馬克思主義概論》田克勤主編，中國人民大學出版社，2010
836管理學
《管理學》徐國華，清華大學出版社，2005
837行政管理學綜合(行政管理學、公共政策學)
《行政管理學》（第三版）夏書章，中山大學出版社，2003；《公共政策學》陳振明，中國人民大學出版社，2004 （行政管理學佔70%、公共政策學佔30%）
838首飾設計與首飾製作
《首飾設計基礎》任進，中國地質大學出版社，2011；《現代首飾工藝與設計》鄒寧馨，中國紡織出版社，2007；《中國工藝美術史》（第一版）田自秉，東方出版社，1985
839結晶學與礦物學
《結晶學及礦物學》 李勝榮，地質出版社，2008
840英美文學
《英國文學簡史》劉炳善，河南人民出版社《英國文學選讀》王 蕾，天津大學出版社《美國文學簡史》常耀信，南開大學出版社《美國文學選讀》黃家修，武漢大學出版社
841綜合英語
《外語學習與教學導論》Keath Johnson,外語教學與研究出版社，2002 《英語教學法教程》第二版 王薔著，高等教育出版社 2006 《語言學教程(第三版)》 胡壯麟，北京大學出版社 2006 《高級英漢翻譯理論與實踐》，葉子南，清華大學出版社，2001
842地球物理計算方法
《數值分析簡明教程(第二版)》王能超，高等教育出版社，2004；
843數字信號處理
《數字信號處理教程》程佩清，清華大學出版社
844通信原理
《通信原理》（第五版）樊昌信，國防工業出版社，2005
845信號與系統
《信號與系統》（第二版）鄭君里等，高等教育出版社，2004
846測量平差
《測量平差基礎》（第三版）測繪出版社，1996 《誤差理論與測量平差基礎》，武漢大學出版社，2003
847土地資源學
《土地資源學》劉黎明主編，中國農業大學出版社；《土地資源學》王秋兵主編，中國農業出版社
850材料科學基礎（材料學院用）
《材料科學概論》，許並社主編，北京工業大學出版社，2002
850材料科學基礎（工程學院用）
《材料科學基礎》，劉智恩，西北工業大學出版社
851海洋科學導論
《海洋科學導論》，馮士筰等主編，高等教育出版社，1998
852 C語言程序設計
《C語言程序設計教程》第三版，譚浩強
853 地下水科學概論
《地下水科學概論》，周訓等，地質出版社，2009
854鑽井工程
《鑽井工程理論與技術》陳庭根，管志川主編，石油大學出版社，2000 《鑽井液工藝學》鄢捷年主編，石油大學出版社，2001
855電子技術基礎
1、模擬電子技術基礎（第4版）清華大學電子學教研組編，華成英、童詩白主編，高等教育出版社，2006 2、數字電子技術基礎（第5版）清華大學電子教研組編，閻石主編，高等教育出版社，2006
856土壤學
《土壤學》（第三版），黃昌勇、徐建明主編，中國農業出版社，2010
701科學技術哲學
《科學技術哲學導論》劉大椿著，中國人民大學出版社，2005
901現代科技概論
《科學技術概論》胡顯章、曾國屏主編，高等教育出版社，2006
『伍』 珠江口盆地深水區晚中新世以來構造沉降史特徵及其對BSR分布的影響
於興河1，梁金強2，方競男1，姜龍燕1，叢曉榮1，王建忠1
於興河（1958－），男，教授，博士，主要從事油氣勘探開發研究，E-mail:[email protected]。
1.中國地質大學能源學院，北京100083
2.廣州海洋地質調查局，廣州510760
摘要：對珠江口盆地深水區構造沉降史的定量模擬研究，發現晚中新世以來區內構造沉降總體上具有由北向南、自西向東逐漸變快的演化趨勢；從晚中新世到更新世，盆地深水區經歷了構造沉降作用由弱到強的變化過程：晚中新世（11.6～5.3 Ma），平均構造沉降速率為67 m/Ma，上新世（5.3～1.8 Ma），平均構造沉降速率為68 m/Ma，至更新世（1.8～0 Ma），平均構造沉降速率為73 m/Ma。而造成這些變化的主因是發生在中中新世末—晚中新世末的東沙運動和發生在上新世—更新世早期的台灣運動：東沙運動（10～5 Ma）使盆地在升降過程中發生塊斷升降、隆起剝蝕，自東向西運動強度和構造變形逐漸減弱，使得盆地深水區持續穩定沉降；台灣運動（3 Ma）徹底改變了盆地深水區的構造格局，因重力均衡調整盆地深水區繼續沉降，越往南沉降越大。將BSR發育區與沉降速率平面圖進行疊合分析，發現80％以上的BSR分布於構造沉降速率值主要在75～125 m/Ma、沉降速率變化迅速的區域。
關鍵詞：珠Ⅱ坳陷；深水區；定量模擬；構造沉降；BSR
Tectonic Subsidence Characteristics and Its Impact on the BSR Distribution in Deep Water Area of Pearl River Mouth Basin Since Late Miocene
Yu Xinghe1,Liang Jinqiang2,Fang Jingnan1,Jiang Liongyan1,Cong Xiaorong1,Wang Jianzhong1
1.School of Energy resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China
2.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760,China
Abstract:By means of quantitative basin modeling research of tectonic subsidence history of deep water area in Pearl River Mouth basin,tectonic subsidence has been generally characterized by accelerationfrom north to south andfrom west to east in the research area since Late Miocene.From Late Miocene to Pleistocene,deep-water area in the basin experinced the variational process of tectonic subsidence effect that wasfrom weak to stong:the average tectonic subsidence rate was 67m/Ma in the Late Miocene(11.6～5.3 Ma),the average tectonic subsidence rate was 68m/Ma in the Pliocene(5.3～1.8 Ma),and the average tectonic subsidence rate was 73m/Ma in the Pleistocene(1.8.～0 Ma).Moreover,the major reasons which causing these changes was Dongsha tectonic evnet from the end of the Middle Miocene to the end of the Late Miocene and Taiwan tectonic event from the Pliocene to the Early Pleistocene:Dongsha tectonic event(10～5 Ma) makedfault block uplifting and sagging,rise area eroding,and waning of movement intensity and structural deformation from east to west,which caused stable subsidence of deep-water area in the basin; Taiwan tectonic event(3 Ma) thoroughly changed the tectonicframework of deep-water area in the basin,which kept on subsiding and was subsiding more southward because of gravity balance.Overlaying the developed areas of BSR and ichnography of tectonic subsidence rate,it was discovered that more than 80%BSR tend to distributed in the area that the average tectonic subsidence rate rangedfrom 75 m/Ma to 125m/Ma and changed rapidly.
Key words:ZhuⅡdepression;deep water area ; quantitative basin modeling ; tectonic subsidence; BSR
1 區域地質背景
「深水（海）」這一術語通常是指位於陸架坡折向海一側包括陸坡、陸隆和深海平原的深水環境（水深＞200 m)[1]。根據這一定義，珠江口盆地深水區主要為珠Ⅱ坳陷，位於珠江口盆地南部。珠Ⅱ坳陷由2個低凸起（雲開低凸起和白雲低凸起）和4個凹陷（開平凹陷、順德凹陷、白雲凹陷和荔灣凹陷）組成。坳陷大致呈NE—SW向展布，水深0.2～2 km，面積4×104km2，北部以番禺低隆起和神狐暗沙隆起與珠I和珠Ⅲ凹陷相隔，南部以南部隆起為界，西部與神狐隆起相鄰，東部以東沙隆起為界（圖1）。
圖1 珠江口盆地深水區構造區劃圖據文獻[2]修改
珠Ⅱ坳陷的中新統－更新統均為海相沉積，自下而上劃分為韓江組、粵海組、萬山組和瓊海組（表1）。在珠江口盆地的地層中，中中新統（韓江組）和上中新統（粵海組）之間存在不整合（或假整合）。該期構造運動相當於珠江口盆地地震反射剖面中的地震反射層T3，代表了一期重要的區域構造運動——東沙運動[4,5]。中中新世之後，東沙隆起整體快速沉降，進入非補償沉積期，可容納空間高速增長[6]。東沙運動對珠江口盆地深水區的塊斷升降有著重大地影響，其運動的強度和影響程度，東強西弱。上新世—更新時早期（3 Ma）的台灣運動徹底改變了珠江口盆地深水區的構造格局，褶皺隆起轉變為斷褶帶，且盆地深水區因重力均衡調整繼續沉降[2,7]。
表1 珠江口盆地地層劃分[3]
為了更為深入地研究珠江口盆地深水區晚中新世以來的構造沉降及其對BSR的影響，結合珠江口盆地深水區中中新世以來發生的構造運動和海平面升降變化，在珠江口盆地深水區識別出晚中新世以來的3個層序界面：自下而上分別為T3、T2和T1，對應的時間分別是11.6 Ma,5.3 Ma,1.8 Ma（表1），相應的，自下而上可識別出層序Ⅲ、層序Ⅱ、層序Ⅰ 3個地層層序，大致對應於粵海組、萬山組和瓊海組。
2 構造沉降的計算方法
盆地在某一時刻的基底總沉降幅度（DB）實際上包括2部分，即構造作用引起的構造沉降幅度（DT）和沉積物負荷均衡作用引起的負載沉降幅度（DL）。用回剝技術[8-10]計算構造沉降，需要進行3方面的校正：①地層去壓實校正；②古水深校正；③古海平面變化校正[11]。
經過校正的構造沉降幅度可以表示為[8,12]：
南海天然氣水合物富集規律與開采基礎研究專集
式中：Φ為補償量（衡量達到Any均衡的程度）；H為回剝方法確定的古地層厚度；ρm為地幔密度；w為水的密度
由於珠江口盆地岩石圈強度很低，可以認為已達到完全的重力均衡[13-15]，Φ取作1。這樣構造沉降幅度可以表示為
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2.1 孔隙度－深度關系與含砂率
在正常壓實的沉積層中，沉積物孔隙度和埋深呈指數關系[16]，即：
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式中：φ為地層深度為y處岩石的孔隙度，％；φ0為初始沉積（y=0）時岩石的孔隙度；C為壓實系數；C和φ0與岩性有關（表2）。
表2 不同岩性的壓實系數與地表孔隙度[17]
以位於珠江口盆地深水區北部白雲凹陷內的虛擬井點神－72為例，對應層序Ⅰ、層序Ⅱ、層序Ⅲ3個地層的含砂率分別11.0％、20.9％、19.7％，因此得到3套地層對應的不同岩性的含量（表3）。
表3 虛擬井點神－72不同岩性組成
2.2 去壓實校正
當深度為Y1和Y2之間的岩層回剝到
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如果地層中劃分出n種岩性，以Pi表示地層中第i種岩性的含量，則深度為Y1和Y2之間沉積層厚度為
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由二維地震資料得到神－72點對應的層序Ⅰ、層序Ⅱ、層序Ⅲ3個地層的現今地層厚度分別是44 m、186 m、733 m，以及對應的現今水深為548 m。那麼，層序Ⅰ、層序Ⅱ、層序Ⅲ3個地層的頂深分別為548 m、592 m、778 m。
圖2 連續去壓實概念模型[17]
2.3 古水深校正
沉積物沉積時，其沉積界面在水下一定深度，所以沉積物厚度不能代表沉降深度。沉積盆地水深較大時，必須對古水深作校正才能得出正確的構造沉降。有了古水深Wd，則可以直接將古水深加上沉積物厚度，從而得到真正的深度。
古水深的計算是一項復雜而難於算準的問題，加上缺少珠江口盆地深水區各個時期沉積環境的准確資料，目前無法准確計算古水深數據。在由引張應力場轉變為擠壓應力場時，先存斷裂逆轉，伴隨著盆地的縮短，斷陷盆地褶皺並發生隆升，繼而遭受風化和剝蝕，造成破裂不整合面，而後發生坳陷[18]。珠江口盆地具有下斷上拗的雙層結構，以晚漸新世早期「南海運動（24.8 Ma）」所形成的區域「破裂不整合面」為界，珠江口盆地分為上下兩套構造層和先陸後海的沉積組合[19]。下構造層由分隔的斷陷沉積組成，自下而上為神狐組沖積相沉積、文昌組湖相沉積和恩平組湖泊一沼澤相沉積。上構造層由統一的海相沉積組成，代表了從晚漸新世開始的南中國海的廣泛海侵[20,21]。因此借用計算鶯瓊盆地和珠江口盆地沉降曲線的方法[10]，將古水深按線性增加處理。考慮到晚漸新世以前為湖相－陸相，對沉降量的計算影響較小，晚漸新世起，水深才開始發生升降變化[22]，取28.4Ma之前水深為0[23]，之後水深線性增加至現今深度，中間各層古水深由線性插值生成（圖3），差值公式為
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式中：ti為時間（Ma）; h0為現今水深（m）;hi為ti時對應的水深（m）。運用此方法計算得到神－72在11.6Ma、5.3Ma、1.8Ma時刻的古水深值分別是324 m、445 m、513 m。
圖3 古水深線性插值計算示意圖
2.4 海平面變化校正
層序地層學的研究表明，古今海平面變化較大，全球性的旋迴性沉積作用基本上或完全受全球范圍的海平面變化控制[24]。因此，構造沉降的計算需要對海平面變化進行校正，將其統一到現今海平面的位置。由於研究年代跨距較小，海平面變化不大[23,25]，所以△SL近似取值為0。
2.5 構造沉降計算結果
本次研究根據上述原理，利用研究區的地層、岩性、水深及海平面等資料，運用PRA盆地模擬軟體對珠江口盆地深水區172個虛擬點進行了構造沉降的計算，定量恢復了研究區的構造沉降史；並且針對4條典型剖面和3套地層的平面沉降特徵進行分析，進而探討珠江口盆地深水區的構造演化特徵及其對BSR分布的影響。例如，恢復神－72的構造沉降史後，得到此點在不同時間的總沉降速率和構造沉降速率（表4）。
表4 虛擬井點神－72構造沉降計算結果
3 模擬結果分析
3.1 單井沉降史特徵
用在二維地震測線上選取的虛擬點進行沉降史的計算與分析。以位於順德凹陷的虛擬點神－72、荔灣凹陷的虛擬點神－23、白雲凹陷的虛擬點神－152以及位於南部隆起的虛擬點神－117（圖1）為例，定量地對盆地深水區的埋藏史和沉降史進行了模擬。這些點基本位於各個構造單元的中心部位，可以用來分析各凹陷或隆起的構造沉降演化特徵。
珠江口盆地深水區西南緣神－72點的構造沉降速率在不同時期相差較大，分別是晚中新世為104 m/Ma，上新世為43 m/Ma，而更新世則只有23 m/Ma（圖4A）。這表明順德凹陷的構造運動隨著時間的推移越來越弱。
盆地深水區東南緣的神－23點（圖4B）和南緣的神－117點（圖4C）具有相似的特徵：神－23點處晚中新世構造沉降速率為87 m/Ma，上新世為100 m/Ma，更新世為76 m/Ma；而神－117點晚中新世構造沉降速率為54 m/Ma，上新世為63 m/Ma，更新世為45 m/Ma。這種慢—快—慢的沉降速率特徵表明，荔灣凹陷和南部隆起在上新世都經歷了一次沉降高峰期，隨後沉降作用變弱。
盆地深水區東北部的神－152點與前面三者都不同，它的構造沉降速率變化不大：晚中新世為71 m/Ma，上新世為72 m/Ma，更新世為72m/Ma（圖4D）。這表明自晚中新世以來，白雲凹陷一直處於穩定的沉降期，該區新近紀構造變動不太。
深水區內各個凹陷沉降特徵各異，具有各自獨特的埋藏史和沉降史，但總體上呈現出持續穩定的沉降特徵。
結合二維地震資料可以得到（表5），4個虛擬點在各個時期的沉積速率均小於沉降速率，說明盆地深水區具有欠補償的沉積補給作用，且沉降速率較大。快速沉降作用和欠補償作用造成了盆地深水區的形成。
圖4 研究區各虛擬點埋藏史與沉降史曲線圖
表5 珠江口盆地深水區晚中新世以來典型單點沉降速率與沉積速率m/Ma
3.2 構造單元沉降速率對比
分析珠江口盆地深水區晚中新世以來各凹陷的沉降速率值（表6），不難發現各構造單元沉降速率之間存在明顯差異。晚中新世最大沉降速率出現在白雲凹陷，構造沉降速率120 m/Ma，總沉降速率達208 m/Ma；上新世最大沉降速率出現在荔灣凹陷，構造沉降速率達152 m/Ma，總沉降速率達200 m/Ma；更新世最大沉降速率仍在荔灣凹陷，構造沉降速率達122 m/Ma，總沉降速率達167 m/Ma。這表明盆地沉降中心的平面遷移規律：晚中新世，沉降中心位於盆地北部的白雲凹陷；上新世—更新世沉降中心往東部的荔灣凹陷遷移。
表6 珠江口盆地深水區晚中新世以來各構造單元沉降速率m/Ma
3.3 盆地沉降史特徵
盆地模擬結果表明（圖5）：盆地在自晚中新世以來的沉降過程中，T3-T2沉降時期，即晚中新世構造沉降作用最弱，平均構造沉降速率為67 m/Ma。這與發生在中中新世末—晚中新世末的東沙運動（10～5 Ma）時期相符。東沙運動使盆地在升降過程中發生塊斷升降、隆起剝蝕，並伴有擠壓褶皺斷裂和頻繁的演化活動，發育了NWW向斷裂，構造活動強烈[7,26]。因此，在晚中新世，盆地各構造單元發生程度不同的沉降作用。
從晚中中新世到全新世，盆地經歷了構造沉降幅度由小變大，構造沉降量由大變小，構造沉降速率由小變大的變化過程，呈現出梯度變化趨勢，表現為伸展盆地的動力學背景。經過中中新世末期盆地抬升剝蝕之後，晚中新世盆地進入塊斷升降階段，沉降幅度和沉降速率開始增大，可容納空間增大。上新世時，平均構造沉降速率為68 m/Ma，相對晚中新世變化不甚明顯。至更新世時期，平均構造沉降速率為71 m/Ma，盆地構造活動變強。
3.4 剖面沉降史
選擇位於盆地深水區不同位置的4條典型的剖面進行構造沉降的計算，分析研究區縱向與橫向上的構造演化特徵。總體上，由陸向海方向，構造沉降速率總體表現為增大的趨勢，且自西向東構造沉降速率逐漸變快，這與盆地深水區平面沉降特徵相一致。
A剖面位於研究區西南部，由西北向東南方向穿過開平凹陷、神狐隆起、順德凹陷及南部隆起。晚中新世，從開平凹陷到神狐隆起，構造沉降速率一直減小，直至在順德凹陷中減小到42 m/Ma才開始上升，直到南部隆起中達100 m/Ma以上；上新世，構造沉降速率先在開平凹陷—神狐隆起—順德凹陷中由50 m/Ma左右增加到73 m/Ma，又在順德凹陷中經歷微弱的降低過程，最後在順德凹陷和南部隆起的交匯部位降到60 m/Ma後又開始急劇上升，直至90 m/Ma以上；更新世，構造沉降特徵與上新世相似，具有很好的繼承性，由45 m/Ma上升到76 m/Ma後，在順德凹陷和南部隆起的交匯部位降低到72 m/Ma，接著構造沉降速率快速增大，達到105 m/Ma以上（圖6）。
B剖面位於研究區中部偏東處，由北向南方向經過番禺低隆起、白雲凹陷、白雲低凸起、荔灣凹陷和南部隆起。3個時期的變化規律趨於一致：在番禺低隆起—白雲凹陷中，晚中新世、上新世、更新世構造沉降速率分別由60 m/Ma、32 m/Ma、39 m/M a左右升高到80 m/Ma、78 m/Ma、79 m/Ma左右，在白雲凹陷—白雲低凸起—荔灣凹陷中，構造沉降速率大小變化不大，而在荔灣凹陷和南部隆起的交匯部位，構造沉降速率急劇上升，直至150 m/Ma左右達穩定（圖7）。
C剖面位於研究區東南部的東沙隆起內。東沙隆起在3個時期的構造沉降速率由陸向海緩慢增大，晚中新世、上新世、更新世構造沉降速率分別由100 m/Ma、115 m/Ma、120 m/Ma左右增大到135 m/Ma、147 m/Ma、135 m/Ma左右（圖8）。
圖5 珠江口深水區不同時刻沉降幅度直方圖（a）、不同時期沉降量直方圖（b）及沉降速率直方圖（c）
D剖面橫穿整個研究區，從南西到北東，橫穿神狐隆起、順德凹陷、南部隆起、白雲凹陷、白雲低凸起和東沙隆起。在晚中新世，神狐隆起的構造沉降慢速下降，直至在順德凹陷中降低到40 m/Ma後急速增至55 m/Ma左右才趨於穩定，在南部隆起中經歷了一個緩慢的下降過程降到45 m/Ma後，從南部隆和白雲凹陷的交匯部位開始快速上升，而在東沙隆起達最高值93 m/Ma後又開始減小，這與東沙運動造成東沙隆起抬升剝蝕、並且具有東強西弱的特點相一致。D剖面在上新世和更新世構造沉降速率的變化趨勢與晚中新世相似，不同之處是在神狐隆起—順德凹陷中構造沉降速率由西北到東南方向經歷的是分別由43 m/Ma、38 m/Ma左右先快速增大到72 m/Ma、80 m/Ma左右繼而急速減小到54 m/Ma、60 m/Ma左右的變化過程，接著與晚中新世構造沉降特徵一致：經歷一個相對穩定的沉降時期後，在南部隆起中分別緩慢下降到43 m/Ma、42 m/Ma，接著急速上升到100 m/Ma、95 m/Ma後再下降至56 m/Ma、85 m/Ma（圖9）。
圖6 A剖面不同時期構造沉降速率對比剖面圖
圖7 B剖面不同時期構造沉降速率對比剖面圖
圖8 C剖面不同時期構造沉降速率對比剖面圖
圖9 D剖面不同時期構造沉降速率對比剖面圖
3.5 平面沉降史分析及其與BSR關系
天然氣水合物在地震剖面上通常出現一強反射波，大致與海底平行，故稱似海底反射（BSR)[27,28]。它是水合物沉積層的高阻抗與其下伏沉積層的低阻抗之間的相互作用而形成的振幅較強的地震反射，它是天然氣水合物富集成礦的主要地球物理標志[29,30]。目前認為，BSR已成為判斷海洋中存在天然氣水合物及查找其分布的重要證據[31]。
圖10 珠江口盆地深水區晚中新世（a）、上新世（b）、更新世（c）時期及晚中新世以來（d）構造沉降速率與BSR疊合圖
珠江口盆地深水區各個時期的構造沉降速率整體上表現出從自東向西、由南向北逐漸減弱的變化規律（圖10）。晚中新世，BSR分布於深海地區（一般水深大於2 000 m），構造沉降速率主要在75～115 m/Ma（圖10(a），表7）；上新世， BSR分布在構造沉降速率曲線較密集地段與盆地邊界處，對應的構造沉降速率在45～135 m/Ma（圖10(b），表7）；更新世，未存在BSR（圖10(c），表7）。總之，發現80％以上的BSR分布趨於構造沉降速率值主要在75～125 m/Ma、沉降速率變化迅速的區域（圖10(d)）。
表7 珠江口盆地深水區構造沉降與BSR對應關系
4 討論
晚中新世後，盆地進入新構造運動及熱沉降坳陷階段，東部菲律賓板塊向NNW 方向俯沖推擠，在晚中新世一早上新世時期造成了東沙運動的發生。東沙運動是導致盆地塊斷升降、隆起剝蝕、擠壓褶皺和斷裂以及岩漿活動的根本原因及動力源。在盆地沉降過程中產生了一系列以NWW 向張扭性為主的斷裂。自東向西，東沙運動的強度和構造變形逐漸減弱，由此造成了珠江口盆地東部塊體升降和斷裂的晚期活動。在上新世—更新世早期（3 Ma）發生台灣運動中，珠江口盆地深水區因重力均衡調整而繼續沉降，越往南沉降越大。
在各個地質時期，盆地的構造沉降量占總沉降量的1/2以上，這表明了構造沉降作用始終控制著盆地總沉降的變化，因此控制了盆地可容納空間的變化，從而控制了盆地的沉積充填，最終影響盆地內部烴源岩的形成和儲集體的分布。
5 結論
沉降速率等值線越密集的地方越容易發育BSR，這是因為等值線密集的地方一般是盆地邊界或是坳隆交匯的部位，這些地方沉降速率變化快，斷層褶皺發育，可能形成特殊的斷裂帶、泥底辟、快速堆積體、滑塌體及增生楔等特殊構造環境與構造體。沉降速率高值區可提供的可容納空間大，有利於沉降物的快速堆積與BSR的形成。更新世不存在BSR是因為構造運動趨於停止後，盆地的構造活動減弱、構造沉降速率變化不大、可容納空間小、沉積速率小，有機質碎屑物不能被迅速埋藏，容易在海底氧化直接分解。
1）盆地深水區各個凹陷沉降特徵各異，具有各自獨特的埋藏史和沉降史，但總體上呈現出持續穩定的沉降特徵。
2）盆地深水區具有欠補償的沉積補給作用，且沉降速率較大。這說明快速沉降作用和欠補償作用造成了盆地深水區的形成。
3）晚中新世，沉降中心位於盆地北部的白雲凹陷；上新世—更新世沉降中心往東部的荔灣凹陷遷移。
4）中中新世—晚中新世末（10～5 Ma）發生的東沙運動造成了盆地深水區的塊斷升降和抬升剝蝕，構造活動強烈，使得晚中新世時期盆地深水區持續沉降。上新世—更新世早期（3 Ma）發生的台灣運動徹底改變了盆地深水區的構造格局，盆地深水區繼續沉降，越往南下沉越大。
5）構造沉降作用控制了盆地總沉降的變化，因此控制了盆地可容納空間的變化，從而控制了盆地的沉積充填，最終影響盆地內部烴源岩的形成和儲集體的分布。
6）沉降速率高值區可提供的可容納空間大，有利於沉降物的快速堆積與BSR的形成。
致謝：廣州地質調查局的沙志斌、王宏斌等為此基研究提出了相關資料與幫助，在此一並表示感謝！
參考文獻
[1]於興河.碎屑岩性油氣儲層沉積學.北京：石油工業出版社， 2008.
[2]陳長民，施和生，許仕策.珠江口盆地（東部）第三系油氣藏形成條件[M].北京：科學出版社.2003.
[3]秦國權.珠江口盆地新生代地層問題討論及綜合柱狀剖而圖編制[J].中國海上油氣：地質，2002,14:2l-28.
[4]姚伯初.南海北部陸緣新生代構造初探[J]南海地質研究：1993,1-12.
[5]姚伯初.中美合作調研南海地質專報[M].武漢：中國地質大學出版社，1994.
[6]李德生，姜仁旗.南海東沙隆起及其周圍坳陷的地質演化[J].海洋學報：中文版，1989,737-741.
[7]張志傑，於興河，侯國偉，等.張性邊緣海的成因演化特徵及沉積充填模式——以珠江口盆地為例[J].現代地質：2004,284-289.
[8]Allen P A,Allen J R.Basin Analysis:Principles and Applications[M].London:British Petroleum Company plc:1990,1-451.
[9]Lerche I.Basin analysis,Quantiative Methods 1[M].New York:Academic Press.1991.
[10]林暢松，張燕梅.拉伸盆地模擬理論基礎與新進展[J]地學前緣，1995.
[11]盧林，汪企浩，黃建軍.北部灣盆地潿西南和海中凹陷新生代局部構造演化史[J].海洋石油：2007,25-29+57.
[12]Bond G C,Kominz M A.Construction of Tectonic Subsidence Curvesfor the Early Paleozoic Miogeocline,Southern Canadian Rocky Mountains:Implications for Subsidence Mechanisms,Age of Breakup,and Crustal Thinning[J].Bulletin of the Geological Society of America,1984,95:155.
[13]Maggi A,Jackson J,Mc Kenzie D,et al.Earthquake Focal Depths,Effective Elastic Thickness,and the Strength of the Continental Lithosphere[J].Geology 2000,28:495.
[14]Clift P D,Lin J.Preferential Mantle Lithosphere Extension Under the South China Marlin[J].Mar Petro Geol 2001,18:929-945.
[15]Clift P D,Lin J.Evidenec of Low Flexural Rigidity and Low Viscosity Lower Continental Crust During Continental Break-Up in the South China Sea[J].Mar Petrol Geol 2002,19:951-970.
[16]Athy L F.Density,Porosity,and Compaction of Sedimentary Rocks[J].AAPG Bull,1930,14:1-24.
[17]Hegarty K A,Weissel J K,Mutter J C.Subsidence History of Australia's Southern Margin:Constraints on Basin Models[J]AAPG Bulletin 1988,72:615-633.
[18]楊風麗，王敏雪，庄建建，等.西湖凹陷反轉構造定量運動學過程及對油氣的控製作用[J].石油學報：2010,596-601.
[19]高紅芳，杜德莉，鍾廣見.珠江口盆地沉降史定量模擬和分析[J].南海地質研究：2006,11-20.
[20]郝冶純，徐鈺林，許仕策.南海珠江口盆地第三紀微體古生物及古海洋學研究[M].北京：中國地質大學出版社：1997,1 -9.
[21]陳長民.珠江口盆地東部石油地質及油氣藏形成條件初探[J].中國海上油氣：地質，2000,14(2）:73-83.
[22]張雲帆，孫珍，郭興偉，等.瓊東南盆地新生代沉降特徵[J].熱帶海洋學報：2008,30-36.
[23]龔再升，李思田.南海北部大路邊緣盆地分析與油氣聚集[M].北京：科學出版社：1997,131-137.
[24]Vail P R,Sangree J B.Seismic Stratigraphy Interpretation Using Sequence Stratigraphy,Partl:Seismic Stratigraphy Interpretation Procere[J].AAPG,Studies in Geology 1977,27:1-10.
[25]秦國權.微體古生物在珠江口盆地新生代晚期層序地層學研究中的應用[J].海洋地質與第四紀地質，1996.
[26]趙中賢，周蒂，廖傑，等.珠江口盆地陸架區岩石圈伸展模擬及裂後沉降分析[J]地質學報：2010,1135-1145.
[27]Shipley T H,Houston M H,Buffler R T,et al.Seismic Evidence for Widespread Possible Gas Hydrate Horizons on Continental Slopes and Rises[J].AAPG Bull 1979,63:2204-2213.
[28]Holbrook W S,Hoskins H,Wood W T,et al.Methane Hydrate and Free Gas on the Blake Ridgefrom Vertical Seismic Profling[J].Science 1996,273:1840.
[29]姚伯初.2001.南海的天然氣水合物礦藏[J]熱帶海洋學報：2001,20-28.
[30]於興河，張志傑，蘇新，等.中國南海天然氣水合物沉積成藏條件初探及其分布[J]地學前緣：2004,311-315.
[31]雷懷彥，王先彬，鄭艷紅，等.天然氣水合物地質前景[J].沉積學報：1999,846-853.
『陸』 中國地質大學（北京） 石油方面研究生
地大北京能源學院考研專業及導師
070602大氣物理學與大氣環境
①101思想政治理論
②201英語一
③610高等數學
④827大氣化學
01大氣環境污染 劉大錳
03大氣污染與人體健康的影響 劉大錳
05大氣環境地球化學 黃文輝
081801礦產普查與勘探
①101思想政治理論
②201英語一或202俄語
③302數學二
④828沉積岩石學或829石油與天然氣地質學 報考鄧宏文導師外國語可以選考俄語。
02含油氣盆地沉積學 王宏語 於興河 王紅亮 姜在興 李勝利 康志宏 陳永進
03石油構造分析 陳昭年 何登發 丁文龍
04油氣儲層地質與評價 王宏語 於興河 郭少斌 黃文輝 李勝利 劉大錳 劉景彥 劉鵬程 唐書恆 陳 程 康志宏 陳開遠 王曉冬
05層序地層學及應用 王紅亮 郭少斌 陳開遠 樊太亮 林暢松 鄧宏文肖建新
06煤與煤層氣地質 劉大錳 湯達禎 唐書恆
07應用沉積學 黃文輝肖建新
08盆地分析與模擬 陳昭年 劉景彥 毛小平 林暢松 丁文龍
09非常規油氣資源勘探及評價 張金川
10油氣成藏機理與預測 侯讀傑 毛小平 湯達禎 張金川 陳永進 黃海平
081826★能源地質工程
①101思想政治理論
②201英語一或202俄語
③302數學二
④829石油與天然氣地質學或830油礦地質學 報考李治平導師外國語可以選考俄語。
01油氣成藏地球化學 侯讀傑
02儲層表徵與建模 於興河 陳昭年 王紅亮 李勝利 李治平
03煤層氣開發 湯達禎 李治平肖建新
04油氣資源評價 王紅亮 郭少斌 黃文輝 張金川
05油氣藏形成機理與勘探 於興河 陳昭年 何登發 李勝利 湯達禎 張金川 樊太亮 林暢松 丁文龍 肖建新
08煤的潔凈利用 黃文輝
082002油氣田開發工程
①101思想政治理論
②201英語一或202俄語
③302數學二
④829石油與天然氣地質學或831油層物理學 報考鄧宏文，李治平 導師外國語可以選考俄語。
01油氣田開發地質與開發技術 王宏語 於興河 鞠斌山 李勝利 劉景彥 唐書恆 康志宏 陳永進 鄧宏文
02油氣田開發理論與方法 劉鵬程 李治平 王曉冬 陳永進
03油藏描述與剩餘油分布 王宏語 於興河 郭少斌 李勝利 劉景彥 陳 程 康志宏 陳開遠 樊太亮 林暢松
04油田化學與環境治理 范洪富
05油藏開發地球化學 侯讀傑 黃海平
07採油工程及提高採收率 范洪富 鞠斌山 湯達禎 李治平 王曉冬
08儲層建模與油藏數值模擬 劉鵬程 湯達禎 唐書恆 陳開遠
『柒』 瓊東南盆地新近紀構造沉降特徵對BSR分布的影響
李勝利1，沙志彬2，於興河1，叢曉榮1，姜龍燕1，方競男1，王建忠1
李勝利（1971一），男，副教授，主要從事油氣勘探開發研究，E-mail:[email protected]。
1.中國地質大學能源學院，北京100083
2.廣州海洋地質調查局，廣州510760
摘要：瓊東南盆地陸坡深水區有比較明顯的BSR（似海底反射）分布區，且多分布在晚中新世以來的地層中。由於BSR是識別天然氣水合物存在與否的重要地球物理參考標志，而構造變動是影響其分布的重要因素之一，因此通過對瓊東南深水區424口虛擬點的單井盆地模擬數據分析，計算總沉降量與負載沉降量，進而求取各地質時期構造沉降量與沉降速率的方法來探討新近系構造沉降史與BSR間的關系。研究表明：瓊東南盆地深水區晚中新世以來，受紅河走滑及區域性幔源基性岩漿噴發活動影響，以5.3 Ma和1.8 Ma為界，存在3期構造沉降加速過程，尤以更新世（1.8 Ma以來），構造沉降加速更加明顯。空間上構造沉降速率呈周邊向中心地帶遞增的規律，中央裂陷帶的構造沉降速率變化較之南部隆起區要快，而中央裂陷帶與南部隆起之間的區域，構造沉降一直維持快速沉降狀態，這為天然氣水合物的保存提供了有利條件。研究區BSR主要分布在各凹陷與凸起次級構造單元相接且構造沉降速率較高的區域，其構造沉降速率大小在70～110 m/Ma，且變化迅速，對BSR的形成與分布有利。
關鍵詞：瓊東南盆地深水區；BSR分布；構造沉降速率；定量模擬
Impact of Neogene Tectonic Subsidence Characteristics on the BSR Distribution in Qiong dongnan Basin
Li Shengli1,Sha bin2,Yu Xinghe1,Cong Xiaorong1,Jiang Longyan1,Fang Jingnan1,Wang Jianzhong
1.School 0f Energy resources,China University of Geosciences,Beijing 100083
2.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760,China
Abstract:BSR which is found in the intervals varies from the Late Miocene to now in the deep water area oft he Qiong Dongnan basin is one of the important marks to identify the gas hydrate and is usually influenced by the tectonic movements.Based on the data analysis from 424 pseudo well points,the relationship between the BSR' s distribution and the tectonic subsidence was pointed out.The study shows that there were three different tectonic subsidence acceleration times bounded by 5.3 Ma and 1.8Ma in the deep water area of the Qiong Dongnan basin under the affection of the Red River strike slip motion and regionality mantle-derived basic magma activity.In which,the third phase (from 1.8 Ma to now) was the fastest tectonic activty stage.From the basin's margin to center,the tectonic subsidence rate was getting faster and faster meanwhile it changed more rapid in the central fault block than that in the southern uplift zone.The areas between central block and southern uplift zone which had advantage to preserve the gas hydrate maintained relatively high subsidence rate.BSR mainly distributed in the borderland between secondary structure unit where the tectonic subsidence rate was high and changed faster.The areas which had higher tectonic subsidence rate varied from 70m/Ma to 110 m/Ma.
Key word:Deep Water Area of Qiongdongnan; BSR Distribution;Tectonic Subsidence Rate
0 前言
南海北部陸坡地區蘊含豐富的天然氣水合物資源[1-6],BSR（似海底反射）作為天然氣水合物聚集的最有意義的地球物理指示之一（但兩者之間並不存在絕對的對應關系），通常指示天然氣水合物相位穩定的底部反射特徵[2,7-10]。瓊東南盆地是南海北部重要的新生代盆地之一，前人的研究業已證明，該盆地具有天然氣水合物生成與富集的基本條件[1,11-12]。前人已在構造沉降和天然氣水合物的形成因素等單方面對瓊東南盆地進行過較為系統的研究[13-16]，卻未曾就BSR與沉降的關系進行過細致地分析。BSR在南海北部邊緣主要分布在晚中新世以來的新近系中，這就有必要對這個時期的構造沉降史及其如何影響BSR的分布進行分析與研究。
筆者依據大量二維地震剖面採集的數據，選取瓊東南深水區424個模擬點，利用回剝法與艾利（Airy）模型對瓊東南深水區構造沉降進行定量計算，採用盆地模擬軟體PRA (basin mod）模擬虛擬點的埋藏史與構造沉降史，通過研究不同構造區帶的剖面與平面構造沉降速率的變化，探討了研究區構造沉降的時空演變規律。隨後將BSR與構造沉降速率圖疊加，進而討論瓊東南深水區BSR分布與構造沉降之間的相互關系。
1 工區地理背景
瓊東南盆地位於南海北部陸緣，海南島的東南部，東經108。－111°、北緯15°－19°。盆地呈北東向伸展，由北部箕狀坳陷帶、中央裂陷帶和南部隆起區三大部分組成，是一個在前第三系基底上發育起來的新生代陸緣拉張型盆地[11,19-20]。「深水（海）」這一術語是指位於陸架坡折向海一側包括陸坡、陸隆和深海平原的深水環境（水深＞200 m)[21]。根據這個深水概念，瓊東南盆地深水區包括中央裂陷帶大部和南部隆起區。主要的次級構造有樂東、陵水、寶島、松南、北礁、長昌6個凹陷，甘泉西、永樂2個凸起，以及陵南、松南2個低凸起（圖1）。
圖1 工區地理位置與構造區劃圖（據文獻[22]修改）
表1 研究區地層與層序劃分
為了更加深入地研究瓊東南深水區晚中新世以來的構造沉降及其與BSR的關系，結合中中新世以來南海發生的構造運動以及全球和鶯瓊盆地海平面相對變化，在瓊東南深水區識別出晚中新世以來的3個層序界面：自下而上分別為T3、T2和T1，對應的時間分別是11.6 Ma,5.3 Ma,1.8 Ma（表1，圖2）。相應的，從自下而上可識別出層序Ⅲ、層序Ⅱ、層序Ⅰ 3個地層層序，大致對應於黃流組、鶯歌海組及樂東組（表1），這3層即為本區的目的層位。
圖2 B—B』地震剖面層序劃分
2 沉降史分析
瓊東南盆地深水區鑽井資料較少，但二維地震測線覆蓋廣。因此，從交叉測線中選出424口虛擬井點，按照點—線—面的研究思路，根據構造沉降理論及計算方法，在優選砂地比、孔隙度－深度關系等參數的基礎上[23]，利用PRA (basin mod）軟體定量模擬計算各點的構造沉降量及構造沉降速率。
2.1 虛擬井點沉降史埋藏史分析
沉降史圖可以很直觀地反映出某點在整個地質時間內沉降的變化情況。從次級構造中選取8個代表虛擬井點（井位見圖1）繪制埋藏史與沉降史圖（圖3）。這8個點基本平均分布在工區范圍內並且處於該點所在次級構造單元的中心位置，能較准確地反映所處次級構造單元的沉降史、埋藏史。
位於樂東凹陷內的Q1點（圖3）以5.3 Ma和1.8 Ma為轉折點，呈現不明顯的3段式加速沉降。其中1.8 Ma以來構造沉降明顯加速。位於陵水凹陷的Q2點和位於工區中部北礁凹陷內的Q5點的構造沉降速率都無明顯的變化，一直呈平穩態勢。位於長昌凹陷的Q4點具有與Q2點和Q5點相似的變化規律，略有不同的是Q4點的構造沉降速率呈現微弱上升的趨勢。
位於工區南部華光凹陷的Q6、甘泉西凸起的Q7、永樂凸起的Q8（圖3）在5.3 Ma以來都出現了構造沉降加速的現象，只是永樂凸起在1.8Ma以來構造沉降速率略有減小。總體而言，晚中新世以來，瓊東南深水區的構造沉降呈緩慢加速狀態。空間上，樂東凹陷部位的構造沉降速率的加速過程較之於其他構造部位快，愈往東、往南，構造沉降速率的變化愈不明顯，呈現空間上西部變化快、東部變化慢、北部變化快、南部變化慢的特點。
2.2 典型剖面沉降史分析
從工區的縱向和橫向上共選取4條剖面A—A』、B—B』、C—C』和D—D』 （各剖面地理位置見圖1）。進行構造沉降速率的計算，分析研究區縱向及橫向上的構造沉降變化特徵。
A—A』剖面自樂東凹陷的中部偏北地帶向南經過華光凹陷西部（圖4）。11.6 Ma以來，樂東凹陷的構造沉降活動較活躍，速率一直呈現波動狀態，1.8 Ma以來構造沉降速率迅猛增加，最高值可達170 m/Ma，說明樂東凹陷1.8 Ma進入了快速沉降的狀態。沉降加速從北向南減小，至華光凹陷境內時，沉降加速過程消失。與樂東凹陷不同，華光凹陷的構造沉降速率一直保持著相對穩定狀態。1.8 Ma之前，研究區西部的構造沉降中心位於華光凹陷內，之後轉移至樂東凹陷中部偏北的地帶。
圖3 瓊東南中央裂陷帶單點埋藏史與構造沉降史曲線
紅線表示構造沉降，其斜率即為構造沉降速率
B—B』剖面位於瓊東南盆地中部偏北的地方，橫穿寶島凹陷、松南低凸起、北礁凹陷和永樂凸起，跨越中央裂陷帶和南部隆起區兩大二級構造單元（圖5）。就構造沉降速率分布而言，該剖面大致可以分為3段：西北部的寶島凹陷與松南低凸起部分的快速沉降區，中部北礁凹陷與永樂凸起大部分地區的緩慢沉降區以及永樂凸起東南部地區異常快速沉降區。初始沉降中心位於寶島凹陷境內，之後一直向東南方向轉移。更新世以來，中央裂陷帶與永樂凸起接觸地帶構造沉降明顯加速，至全新世，沉降中心轉至北礁凹陷與永樂凸起接觸的地帶。
C-C』剖面位於工區東北部邊界，橫穿長昌凹陷，向南延伸至永樂凸起西部邊界處（圖6）。該剖面所經過地區的構造活動比較活躍，沉降速率一直呈上升趨勢。長昌凹陷北部的構造沉降速率一直相對較小，接近永樂凸起的中南部地區構造沉降速率較大，一直維持在100 m/Ma以上。整體來看，1.8 Ma以來構造沉降速率的漲幅明顯超過之前的2個時期。
圖4 A—A』剖面不同時期構造沉降速率變化圖
圖5 B-B』不同時期構造沉降速率變化圖
圖6 C—C』剖面不同時期構造沉降速率變化圖
D—D』剖面橫穿中央裂陷帶的大部分次級構造（圖7）。中央裂陷帶的構造沉降速率一直比較高且一直呈增長的趨勢，最低值不曾小於60 m/Ma，更新世以來（1.8 Ma以來），大部分地區的構造沉降出現了加速，只有陵水凹陷和松南低凸起交界地帶出現了速率的下降。在1.8 Ma之前，構造沉降速率從西向東增大，沉降中心位於長昌凹陷境內。之後，沉降中心轉移至樂東凹陷境內。整體上，瓊東南地區晚中新世以來的沉降在時間上也有差異性，西早東晚，其中西部樂東凹陷自晚中新世開始加速沉降，而中東部自上新世才開始[24]。
對比以上4條剖面可以看出：空間上A—A』剖面與B—B』剖面經歷了相似的演化過程，即由北向南構造沉降速率逐漸降低，C—C』剖面則與之相反，呈現了由北向南構造沉降速率逐漸增加的過程，D—D』剖面各構造單元構造沉降速率無甚區別。時間上各剖面大致經歷了相似的演化過程，代表了3期構造沉降事件，反映了5.3～1.8 Ma,1.8～0 Ma時期構造沉降加速的過程，而以1.8～0 Ma時期更為明顯。
圖7 D—D』剖面不同時期構造沉降速率變化圖
2.3 構造沉降速率平面變化規律與BSR分布
就這3層而言，時間上：晚中新世期間（11.6～5.3 Ma） （ 圖8A）構造沉降速率變化最為緩慢，沉降中心位於東南部的甘泉西凸起與東北部的長昌凹陷地區。上新世之後（5.3 Ma以來） （ 圖8B）構造沉降速率整體增大的同時，變化強度越來越劇烈，東南部的沉降中心向西南部轉移。至更新世與全新世時（圖8C），進入了新一輪的加速沉降期，構造沉降速率變化劇烈，最高沉降速率增至170 m/Ma，沉降中心轉移至西南部的樂東凹陷境內與長昌凹陷西北部近邊界處。
空間上：研究區的構造沉降速率呈周邊向中心地帶遞增的規律。中央裂陷帶（尤其是1.8 Ma以來）的構造沉降速率變化較之南部隆起區要快。而中央裂陷帶與南部隆起之間的區域，構造沉降一直維持於快速沉降狀態。
BSR沿研究區長軸方向分布，分布的速率范圍比較廣，主要分布在各凹陷與凸起次級構造單元相接且構造沉降速率較高，大小在70～110 m/Ma的地帶（圖8D）。這是由於沉積盆地坳隆接合部位往往是斷層和褶皺發育的有利部位，並有很多斷層切穿下部的沉積層並延伸至海底沉積層附近，這樣可為下部天然氣向淺部運移開辟有利通道，褶皺構造更易於天然氣的捕獲，進而形成水合物礦藏；另外坳隆接合部位，不僅斷層發育，而且沉積岩性偏粗，為氣體側向運移提供了良好的疏導系統。
圖8 瓊東南深水區不同時段構造沉降速率分布平面圖
A.11.6～5.3Ma期間；B.5.3～1.8Ma期間；C.1.8～0Ma期間；D.11.6Ma以來總的構造沉降速率分布與BSR對應關系圖
3 討論
3.1 斷裂演化對構造沉降的影響
瓊東南盆地晚中新世以來的構造沉降主要與紅河走滑斷裂有關，紅河走滑斷裂從約8 Ma開始左旋走滑，左旋走滑持續到10～5 Ma，從10～5 Ma開始轉變為右旋走滑。5.3～4.7 Ma右旋走滑活動進入高潮[25]。10～5.3 Ma以來加速沉降與紅河斷裂的右旋走滑運動相對應，紅河斷裂晚期右旋走滑活動對盆地構造沉降影響由西往東逐漸減弱。瓊東南盆地12～5.3 Ma以來的晚期快速沉降過程由西往東逐漸減弱，離紅河斷裂越近的地區，晚期加速沉降越強烈，這進一步反映了紅河走滑斷裂對瓊東南盆地構造沉降的影響。5 Ma以來，在紅河斷裂走滑的基礎上，呂宋島弧向歐亞大陸及南海構造域碰撞，產生了密集的近東西向張性、張剪性斷裂，加劇了構造沉降的幅度。1.8 Ma以來的構造沉降的加速過程可能與區域性的幔源基性岩漿噴發活動有關[26]。
3.2 瓊東南深水區構造沉降與總沉降的關系以及分布特點
構造沉降速率在瓊東南盆地深水區一直占總沉降速率的60％以上（圖9），在整個盆地的總沉降過程中起著主導的作用。構造沉降表現為從邊緣向中心逐漸遞增的過程（圖8）。西北部和東北部構造沉降速率變化劇烈，中間地帶變化緩慢。沉降速率的變化存在空間上的差異，西快東慢，邊緣部位較之中間部位要快。從時間上看，總沉降速率與構造沉降速率差值越來越大，表明盆地慢慢由構造沉降階段向熱沉降階段演化的過程。
圖9 構造沉降與總沉降速率關系圖
3.3 構造沉降與BSR的關系
BSR主要分布在研究區中部次級構造單元的交界地帶或者次級構造的中心地帶。交界地帶以斷裂為主的多重構造影響再加之大陸邊緣陸坡的控製作用，能夠為天然氣水合物的氣源運移、最終形成儲藏提供優越條件。構造中心一般是沉降最快的地方。盆地的快速沉降促成了巨厚的富泥質沉積物的充填，加之高熱流導致了規模巨大的異常壓力體系形成，並在其周圍常壓區形成了氣藏。中西部地區5.3 Ma以來的持續平穩沉降，為與天然氣水合物有關的BSR的形成提供了有利條件。值得注意的是，BSR與天然氣水合物並不是完全對應的，沒有BSR的地方也可能有天然氣水合物。當海底產狀與地層產狀不一致時，BSR也有可能是某種岩性界面[27,28]。
另外，BSR的分布對構造沉降速率范圍也有一定的要求[23]。從本區的研究來看，它可以出現在較大的構造沉降速率范圍內，但是主要出現構造沉降速率在70～110 m/Ma的范圍內（表2）。過低的構造沉降速率不能提供足夠的可容納空間，過高的沉降速率則會導致氣體的散逸，皆不利對應於天然氣水合物的BSR的形成。
表2 深水區各構造沉降參數與BSR對應關系
4 結論
1）晚中新世以來，瓊東南深水區存在3期的快速沉降過程：第一期沉降過程是晚中新世（11.6～5.3 Ma），第二期沉降過程是上新世—全新世（5.3～1.8 Ma）。第三期沉降（1.8 Ma到現今）過程存在時空上的差異。
2）不同構造單元構造沉降規律有所差異，伴隨沉降中心的遷移，中央裂陷帶與南部隆起之間的區域，一直維持著較高的構造沉降速率。其中，更新世以來（1.8 Ma以來），研究區大部分區域的構造沉降出現了加速，這為天然氣水合物的保存提供了有利條件。
3）晚中新世以來，紅河走滑斷裂是造成構造沉降變化的主要原因。1.8 Ma以來構造沉降的加速過程則可能與岩漿活動有關。
4）次級構造單元中部以及交界地帶構造沉降變化迅速，由於沉降速率變化較快，斷層等發育，可以提供良好的運移通道，構造沉降速率的快速變化有利於BSR的形成。較高的構造沉降速率有利於提供充足的可容納空間。
致謝：廣州海洋地質調查局的梁金強、王宏斌等為此基研究提出了相關資料與幫助，在此一並表示感謝！
參考文獻
[1]於興河，張志傑，蘇新，等.中國南海天然氣水合物沉積成藏條件初探及其分布[J].地學前緣，2004,11(1）:311-315.
[2]姚伯初.南海北部陸緣天然氣水合物初探[J].海洋地質與第四紀地質，1998,18(4）:11-18.
[3]姚伯初，楊木壯，吳時國，等.中國海域的天然氣水合物資源[J].現代地質，2008,22(3）:333-341.
[4]祝有海，吳必豪，盧振權.中國近海天然氣水合物找礦前景[J].礦床地質，2001,20(2）:174-180.
[5]WUA S,ZHANG G,HUANG Y,et al.Gas Hydrate Occurrence on the Continental Slope of the Northern South China Sea[J].Marine and Petroleum Geology,2005,22:403-412.
[6]楊木壯，潘安定，沙志彬.陸緣地區天然氣水合物成藏地質模式[J]海洋地質與第四紀地質，2010,30(6）:85-90.
[7]HOROZAL SENAY,LEE GWANG H,BOY Y I,et al.Seismic Indicators of Gas Hydrate and Associated Gas in the Ulleung Basin,East Sea (Japan Sea) and Implications of Heat Flows Derived from Depths of the Bottomsimulating Reflector[J].Marine Geology,2009,258:126-138.
[8]王健，邱文弦，趙俐紅.天然氣水合物發育的構造背景分析[J].地質科技情報，2010,29(2）:100-106.
[9]HAO WENFENG,WANG JINQU,FAN SHUANSHI,et al.Evaluation and Analysis Method for Natural Gas Hydrate Storage and Transportation Processes[J].Energy Conversion and Management,2008,49:2456-2553.
[10]LANOIL B D,SASSEN R,LA DUC M T,et al.Bacteria and Archaea Physically Associated with Gulf of Mexico Gas Hydrates[J].Applied and Environmental Microbiology,2001,67:5143.
[11]黃保家.瓊東南盆地天然氣潛力及有利勘探方向[J].天然氣工業，1999，卷期：34-39.
[12]蒲燕萍，孫春岩，陳世成，等.南海瓊東南盆地～西沙海槽天然氣水合物地球化學勘探與資源遠景評價[J].地質通報， 2009,28(11):1656-1661.
[13]HOLBROOK W S,HOSKINS H,WOOD W T,D Methane Hydrate and Free Gas on the Blake Ridge from Vertical Seismic Profiling Science,1996,273:1840-1843.
[14]陳多福，姚伯初，趙振華，等.珠江口和瓊東南盆地天然氣水合物形成和穩定分布的地球化學邊界條件及其分布區[J].海洋地質與第四紀地質，2001,21(4）:73-78.
[15]高耀斌，黃志龍，郝石生.瓊東南盆地天然氣運聚動平衡研究[J].中國海上油氣地質，1995,9(2）:77-81.
[16]孫春岩，吳能有，牛濱華，等.南海瓊東南盆地氣態烴地球化學特徵及天然氣水合物資源遠景預測[J].現代地質， 2007,21(1）:95-100.
[17]佟殿君，任建業，雷超，等.瓊東南盆地深水區岩石圈伸展模式及其對裂後期沉降的控制[J].地球科學：中國地質大學學報，2009,34(6）:963-974.
[18]張雲帆，孫珍，郭興偉，等.瓊東南盆地新生代沉降特徵[J].熱帶海洋學報，2008,27(5）:30-36.
[19]郝詒純，陳平富，萬曉樵，等.南海北部鶯歌海—瓊東南盆地晚第三紀層序地層與海平面變化[J].現代地質，2000,14 (3）:237-245.
[20]張功成，李增學，何玉平，等.瓊東南盆地煤地球化學特徵[J].天然氣地球科學，2010,21(5）:693-699.
[21]於興河.碎屑岩系油氣儲層沉積學（第二版）[M].北京：石油工業出版社，2008:467-469.
[22]林暢松，張艷梅.盆地沉降史模擬分析[C]//龔再升，李思田.南海北部大陸邊緣盆地分析與油氣聚集.北京：科學出版社，1997,75-86.
[23]於興河，梁金強，方競男，等.珠江口盆地深水區晚中新世以來構造沉降與似海底反射（BSR）分布的關系[J]古地理學報，2012,14(6）:787-800.
[24]袁玉松，楊樹春，胡聖標，等.瓊東南盆地構造沉降史及其主控因素[J].地球物理學報，2008,51(2）:376-383.
[25]向宏發，韓竹軍，虢順民，等.紅河斷裂帶大型右旋走滑運動定量研究的若干問題[J].地球科學進展，2004,19（增刊）：56-59.
[26]李思田，林暢松，張啟明，等.南海北部大陸邊緣盆地幕式裂陷的動力過程及10Ma以來的構造事件[J].科學通報， 1998,43(8）:797-810.
[27]PARTY SHIPBOARD SCIENTIfi C.Site 997.Proceedings of Ocean Drilling Program[J].Initial Reports,1996,164:277～334.
[28]張光學，黃永樣，祝有海，等.南海天然氣水合物的成礦遠景[J].海洋地質與第四紀地質，2002,22(1）:75-81.
『捌』 高分介紹研究生地質工程專業
礦山地質抄工程學科是將襲地質科學應用於礦業工程的邊緣學科領域，本學科將為全國礦業生產、管理部門和研究機構培養能夠運用地球科學基礎理論，解決危機礦山資源勘查、工程地質災害防治、礦山固體廢棄物資源綜合利用等工程領域實際問題的礦山地質高級人才。本專業的設置有利於采礦工程重點學科的穩定發展，有利於培養礦業工程和地質科學交叉領域的高級專門人才。本專業領域將涵蓋現有碩士點礦產普查與勘探（工學）、礦物學-岩石學-礦床學（理學）、岩土工程（工學）和地質工程（工程碩士）等學科的主要研究方向，具有廣闊的發展前景。
礦山地質工程學科點以資源工程系等為組織基礎，與礦產普查與勘探、礦物學-岩石學-礦床學、采礦工程、安全技術及工程、礦物加工工程、工程力學、土木工程、環境科學與工程等學科密切相關。
『玖』 南海北部神狐海域新近紀以來沉積相及水合物成藏模式
匡增桂，郭依群
匡增桂（－），男，工程師，主要從事石油地質和天然氣水合物的研究，E-mail:[email protected]。
註：本文曾發表於《地球科學——中國地質大學學報》2011年第36卷第5期，本次出版有修改。
廣州海洋地質調查局，廣州510075
摘要：廣州海洋地質調查局自2000年以來在南海北部陸坡區相繼開展了多個航次的天然氣水合物資源的調查及研究工作，取得了非常豐富的地震資料。本文在對這些地震資料精細解釋的基礎上，識別出了6種典型的地震相：透鏡狀前積相、丘狀前積相、V字形充填相、席狀平行相、底辟－氣煙囪狀雜亂相、丘狀雜亂相；並由此分析出3種類型的沉積相：深水濁積相、滑塌相、峽谷水道相。再結合BSR在研究區范圍內的分布，研究BSR與各沉積相之間的空間位置關系，由此分析出了3種水合物成藏模式：斷層溝通濁積扇體成藏模式、斷層溝通峽谷水道成藏模式、斷層溝通峽谷水道及滑塌扇體成藏模式。
關鍵詞：南海北部；天然氣水合物；沉積相；成藏模式
Sedimentary Facies and Gas Hydrate Accumulation Models Since Neogene of Shenhu Sea Area,Northern South China Sea
Kuang Zenggui,Guo Yiqun
Guangzhou Marine Geological Survey,Guang Zhou 510075,China
Abstract:Guangzhou marine geological survey have been carried out numbers of voyages for gas hydrate investigation and research at the continental slope of northern South China Sea since 2000 and aquired abundance of seismic data.On the basis of detailed interpretation of those seismic data,This paper recognized six typical seismic facies:Lenticular progradation facies;hummocky progradation facies; V-shaped filling facies; sheet parallel facies ; diapir-gas chimney disorderfacies; hummocky disorder facies.Thus developed three sedimentary facies including deep sea fan,slump and canyon channel facies.Combined with the distribution of the BSR in the study area and researched the spatial relationship of the BSR and the variety of sedimentary facies,three gas hydrate accumulation model had beenfound:fault communication with deep seafan,fault communication with canyon channel and fault communication with canyon channel and slump fan.
Key words:northern South China Sea; gas hydrate; sedimentation facies; accumulation model; marine geo1ogy
0 引言
南海北部為拉張型被動大陸邊緣[1]，屬於歐亞板塊、印度—澳大利亞板塊及太平洋板塊的交匯處，區域地質背景復雜，新生代發育巨厚沉積，具有豐富的油氣資源[2]。2005年以來，廣州海洋地質調查局先後在南海北部神狐海域布置了多個准三維地震測網，隨後在多個地區發現了BSR、振幅空白區和地震高速帶等反映水合物存在的地球物理異常標志。2007年，廣州海洋地質調查局在神狐海域布置8口水合物鑽探井，並成功獲取天然氣水合物樣品，這標志著神狐海域將成為未來幾年水合物勘探的重點區域，因此研究神狐海域特別是水合物賦存的新近系沉積相以及水合物的成藏模式，將具有非常重要的現實意義。
1 研究區概況
神狐海域天然氣水合物穩定域主要分布於南海北部珠江口盆地珠二坳陷，並以其中的白雲凹陷為重點靶區。白雲凹陷位於珠江口盆地南部凹陷帶，水深為200～2 000 m，其北部與番禺低隆起相接，南端是珠江口盆地的南部隆起帶[3]。2005至2009年，廣州海洋地質調查局在神狐海域布置了多個准三維地震測網，其中本文的研究區如圖1所示。
圖1 研究區及構造單元位置圖
從研究區的區域構造背景來看，珠江口盆地的發展與南海演化密切相關，南海是西太平洋地區一個最大的邊緣海盆地[4]，受歐亞板塊、太平洋板塊和印澳板塊相互運動所制約，具有典型的邊緣構造特徵：東部為匯聚陸緣，北部、西部為離散陸緣。在東部匯聚陸緣南海板塊沿馬尼拉海溝向東俯沖，形成疊瓦狀逆掩推覆的增生楔，北部、西部離散陸緣發生一系列的擴張裂陷、剪切、沉降作用，形成大中型沉積盆地[5]。姚伯初[6]認為南海北部陸緣新生代發生過3次區域性構造運動：神狐運動、南海運動和東沙運動。神狐運動發生於白堊紀晚期—古新世早期，在地震剖面上表現為區域性角度不整合（Tg），上白堊統—中、下古新統地層缺失，地殼迅速減薄，南海北部陸緣的前新生代褶皺基底進入裂陷早期，珠江口盆地北部斷陷帶開始發育；南海運動發生於始新統晚期—早漸新世，南海海底擴張形成破裂不整合面，南海運動是最為強烈的一次構造運動，延續時間長，海水從南向北大規模入侵，盆地由裂陷向坳陷轉化；東沙運動發生於中中新世末，使盆地在沉降過程中發生斷塊升降，隆起剝蝕，並伴有擠壓褶皺、斷裂和頻繁的基性岩漿噴發。三大區域性構造運動對南海北部陸緣盆地的沉降、沉積充填具有明顯的控製作用[7]。珠江口盆地第三紀的構造演化與南海北部陸緣具有相似的過程，經歷了古近紀裂陷和新近紀坳陷兩大階段，具有雙層結構[8]，而白雲凹陷是一個復式地塹，垂向上具有斷陷、斷延和坳陷三層結構[9]，是一個強烈構造變形區，岩石圈地殼強烈減薄，凹陷長期持續沉降，岩漿活動較多[10]。
2 神狐海域新近紀層序地層劃分
南海北部的層序地層學研究前人已經開展過很多積極有效的工作，本文結合2007年神狐海域水合物鑽井層序劃分（SH-7、SH-5）以及ODP在南海北部1 146、1 148站位所獲得的資料，在神狐海域中新世以來的地層中識別出3個三級層序界面：分別為T1、T2、T3；分別對應於層序A、層序B、層序C的底界面（表1）。
從地震資料來看，T1界面主要表現為高頻、中振幅、連續反射的特徵，可見較為明顯的上超和削截現象，在研究區的西北部發育下切谷。T2界面總體表現為高頻、弱振幅、連續性較差的反射特徵，可見上超反射，該界面之上為雜亂反射層，之下為一套前積反射層。T3界面表現為中高頻、中振幅、連續性好的反射特徵，界面之上可見較為明顯的下超反射，並發育河道，界面之下為一套連續的近平行反射。
表1 神狐海域層序地層劃分
3 地震相類型及特徵
地震相識別通常是在分析地震相標志的基礎上來進行的，常見的地震相標志可分為3類：地震反射結構、地震反射構造和地震相單元外形。它們從不同的角度反映了不同的地質意義，對地震相標志的識別，形成了地震相及沉積相研究的主要內容。
綜合分析地震反射特徵之後，依據常規的地震相分類原則，即「外部形態＋內部屬性」的命名原則，在研究區內晚中新世以來的層序中共識別出了以下6種地震相類型（圖2），分別為透鏡狀前積相、丘狀前積相、V字形充填相、席狀平行相、底辟－氣煙囪狀雜亂相、丘狀雜亂相，其反射特徵及相應的地質解釋如表2所示。
圖2 神狐海域地震相類型
表2 神狐海域地震相類型及特徵
4 地震相－沉積相分析
沉積相分析是建立在地震相劃分的基礎上，主要是通過對區域地質特徵以及各層序的地震相和鑽井資料的綜合解釋來研究。研究區位於南海北部陸坡中段的神狐暗沙東南海域附近，二級構造單元隸屬於白雲凹陷。從前人研究成果來看，白雲凹陷深水區發育了大量的深水扇體，而陸坡處由於坡度的增加，在表層時常發育滑塌體。基於以上的認識，再結合研究區內地震相標志的分析，在研究區內識別出了3種類型的沉積相，分別為深水濁積扇、滑塌沉積相以及峽谷水道相。下面就這3種沉積相分別加以闡述。
4.1 深水濁積扇
如圖3所示，層序C主要發育了一套透鏡狀下超前積型地震相為主的一套地層，根據前人研究成果，透鏡狀下超前積型地震相與短距離運輸扇體有密切關系[1]。而在層序C沉積時期，研究區處於南海北部陸坡的中段，是濁積扇發育的有利區帶，因此可以推測層序C這套以下超前積反射為特徵的地層是濁流沉積作用的結果，並在平面上形成了深水濁積扇體。
據現代海底調查發現，在大多數陸坡的下部海底峽谷口外的深海底，都發育有大規模的扇狀沉積體，它們主要是濁流形成的泥砂質再沉積產物，在縱向剖面上，可以劃分出扇根、扇中和扇端3個沉積亞相[11]。如圖3所示，根據地震相形態可以識別出扇中和扇端2個沉積亞相：其中扇中主要是以前積反射為主，且在層序的底界面上還可以發現小型的濁積水道；而扇端則是處於比較遠的位置，地震反射形態也主要是以水平加積為主，沉積物顆粒相對於扇中逐漸變細，並向深海相過渡。
4.2 滑塌沉積相
圖3 層序C深水濁積扇地震反射形態圖
如圖4所示，在層序B的底界面附近發育了一個以同相軸雙向下超為反射特徵的沉積體，在該沉積體的上部發育了一系列斷階狀正斷層，而其中的斷層F斷面呈鏟狀展布並幾乎與層序界面重合，可以判定斷層F是在拉張環境下由於重力作用而形成的一個剪切面，上覆沉積物沿著這個剪切面向下滑移。在滑塌作用發生的最初階段，剪切面還未形成，只有小量的沉積物發生了滑移，它們在重力穩定區域內二次沉積，逐漸形成了雙向下超的滑塌扇體；而隨著上覆沉積物的不斷堆積，在一定的觸發機制下，沉積物沿著由於二次沉積而欠壓實的塑性層面發生剪切滑動，形成了滑塌剪切面；在剪切面形成之後，地層會隨著上覆沉積物的增加而發生周期性的大規模的滑塌事件，直至老的剪切面被上覆沉積物壓實之後新剪切面的出現。
圖4 層序B滑塌扇地震反射形態圖
滑塌沉積相是本區最重要的一個沉積相類型，沉積物由於滑塌作用而發生了二次沉積，其壓實程度應該是低於正常沉積的地層，所以沉積物物性通常較好、孔隙度較大，有利於水合物的形成與發育。但滑塌區通常也是構造的活躍區，構造活動也會對水合物的成藏起到破壞作用。因此，在研究滑塌沉積相對水合物的成藏控制時要將各種因素綜合起來分析。
4.3 峽谷水道相
如圖5所示，在層序A與層序B之間發育了一個與圍岩呈「V」字形接觸，內部反射呈平行－近平行狀的地質體，其發育范圍嚴格受周圍斷層的控制，根據該地質體的外形特徵以及受斷層控制的特點，可以判定該地質體具有廢棄峽谷水道沉積的特徵。在海底陸坡區域，由於陸架碎屑流、濁流以及海底洋流的長時間作用，時常會在構造薄弱帶發育一些大規模的海底峽谷，這些峽谷大多受深部斷層控制。在峽谷發育的早期階段，陸架碎屑流、濁流攜帶大量泥沙對構造薄弱帶的海底沉積物進行強烈的沖蝕作用，逐漸發育成「V」字形的沖蝕溝。這個時候海底峽谷內由於水動力作用強而幾乎不接受細粒沉積，地貌上表現為明顯的下凹地形，絕大多數的沉積物被搬運到更遠更平緩的地方沉積。但隨著斷層活動性的減弱以及可容納空間的減少，峽谷水道由於初期的粗粒沉積以及後期水道邊緣以及上游出現的滑塌事件而逐漸淤積，導致陸架碎屑流及濁流的改道，從而發生了峽谷水道的廢棄作用，淤積層呈平行－近平行狀充填在峽谷水道里，形成了地震剖面上平行－近平行狀的同相軸反射特徵。
由於峽谷水道的發育嚴格受斷層發育的控制，因此當斷層的活動性增強時，峽谷水道開始發育，而當斷層活動性變弱時，峽谷水道則發生廢棄作用。所以當斷層的活動性發生周期性變化時，峽谷水道的發育以及廢棄也會發生周期性的轉變。如圖5所示，在地震剖面上，北邊的高部位地區從深至淺發育了4期峽谷水道沉積，它們沿著主斷面相互疊置甚至切穿了前期的峽谷沉積，隨著主斷層的活動性而發育和廢棄。而由於峽谷水道的侵蝕作用，使得峽谷兩岸的地勢逐漸變陡而成為滑塌事件發育的有利場所。峽谷北岸由於滑塌而發育了一個不穩定體，該不穩定體在海底洋流和重力的作用下會對峽谷進行逐步的充填，從而完成峽谷的廢棄作用。
圖5 多期水道疊加地震反射形態圖
5 水合物成藏模式
通過對研究區內地震相－沉積相的分析，再結合BSR在研究區內的空間分布，本文總結出了研究區內3種類型的水合物成藏模式：斷層溝通濁積扇體成藏；斷層溝通峽谷水道成藏；斷層溝通峽谷水道及滑塌扇體成藏。
5.1 斷層溝通濁積扇體成藏模式
如圖6所示，在層序C的西北方向發育了一套濁積扇的沉積，在這個剖面上由於氣體及斷裂的影響，扇體發育部位的地震反射顯得較為雜亂，但是仍可以根據圖3所示的反射特徵對其進行識別。在這個剖面上，可以發現2條深大斷裂將深部的游離氣聚集到濁積扇體中，再通過淺表發育的斷層向上運移，及至水合物穩定帶，在特定的溫壓條件下，形成了水合物；而在地震剖面上可以觀察到BSR以及由於游離氣的聚集而形成的空白帶。
這種成藏模式主要發育在研究區的西北部， BSR在平面上分布與層序C發育的濁積扇體相吻合，表明水合物的發育嚴格受到了濁積扇體的控制；這主要是因為濁積扇體由於具有較好的物性而能成為游離氣的儲集場所，保證了形成水合物的氣源條件，再加上眾多大斷裂及微小斷裂的發育，從而促使了水合物的成藏。
5.2 斷層溝通峽谷水道成藏模式
如圖7所示，在層序C內發育了一條早期受深部斷裂控制的峽谷水道，在地震剖面上表現為明顯的V字形充填反射特徵，這條峽谷水道後因峽谷的廢棄作用被充填掩埋；而控制峽谷水道發育的斷層並沒有延伸至海底，說明斷層在現階段已經不活動了，從而不會對水合物的成藏起破壞作用。峽谷水道沉積由於粗碎屑較多而具有較大的孔隙度，是游離氣儲存及運移的良好通道，深部的游離氣通過斷層和峽谷水道的粗碎屑沉積向上運移至水合物穩定帶，形成水合物。地震剖面上仍然可見清晰的BSR,BSR與峽谷水道之間發育的空白帶也非常明顯。
這種成藏模式主要發育在研究區中部有峽谷水道存在的部位，在平面上嚴格的受峽谷水道的控制。其主要原因是由於峽谷水道沉積具有較好的物性，其發育本身還受深大斷裂的控制，因此是游離氣良好的運聚通道，從而為水合物的形成創造了有利的條件。
圖6 斷層溝通濁積扇體成藏模式
a.地震反射剖面圖；b.成藏模式圖
5.3 斷層溝通峽谷水道及滑塌扇體成藏模式
如圖8所示，在層序C內發育了一條峽谷水道，該峽谷水道與圖7所示的峽谷水道在平面上為同一條水道，從地震反射形態來看，內部呈平行至近平行狀，外部呈明顯的V字形。而在層序B內則發育了一套滑塌扇體的沉積，從地震反射形態來看，滑塌扇體內部以同相軸雙向下超為特徵，外部通常呈丘狀，主要發育在斜坡—坡折的位置。從物性來看，峽谷水道沉積具有較粗的顆粒，滑塌扇體也由於經過搬運分選及二次沉積而具有較大的孔隙空間，因此這2種沉積相類型都是游離氣運移及匯聚的良好場所。從圖8來看，深部的游離氣由於眾多斷裂的溝通，迅速向峽谷水道及滑塌扇中聚集，再向上運移至水合物的穩定帶，形成水合物。在這個剖面上仍可以發現明顯的BSR以及游離氣在峽谷水道及滑塌扇中形成的空白帶。
圖7 斷層溝通峽谷水道成藏模式
a.地震反射剖面圖；b.成藏模式圖
這種成藏模式主要發育於研究區的東部峽谷水道及滑塌扇體發育的部位，峽谷水道及滑塌扇體具有良好的物性以及眾多斷層的溝通是這種成藏模式發育的關鍵因素。但是仍然可以發現，峽谷水道與滑塌扇體雖然具有良好的物性，但只是作為游離氣運移與匯聚的場所，並非水合物成藏的場所；這主要是因為水合物成藏要滿足特定的溫壓條件，只有在水合物穩定帶內才能成藏，這也是水合物成藏與油氣成藏的差異所在。
圖8 斷層溝通峽谷水道及滑塌扇體成藏模式
a.地震反射剖面圖；b.成藏模式圖
6 結論
1）南海北部神狐海域水合物研究區新近紀以來主要發育了3種類型的沉積相，分別為深水濁積扇、滑塌沉積以及峽谷水道。深水濁積扇主要分布在晚中新世層序C中，滑塌沉積主要分布在上新世層序B及第四紀層序A中，峽谷水道則在3個層序中均有分布。
2）這3個沉積相類型與斷裂的組合控制了水合物的成藏，研究區內主要發現了3種類型的成藏模式，分別為斷層溝通濁積扇體成藏模式、斷層溝通峽谷水道成藏模式、斷層溝通峽谷水道及滑塌扇體成藏模式。這3種類型的沉積相雖然具有良好的物性，卻不是水合物的儲層，而只是游離氣運聚的有利場所，水合物的成藏仍然要受到溫壓條件的限制。
參考文獻
[1]於興河，張志傑.南海北部陸坡區新近系沉積體系特徵與天然氣水合物分布的關系[J].中國地質，2005,32(3）:470-476.
[2]何家雄，劉海齡，姚永堅，等.南海北部邊緣盆地油氣地質及資源前景[M].北京：石油工業出版社，2008.1-4.
[3]龔躍華，楊勝雄，王宏斌，等.南海北部神狐海域天然氣水合物成藏特徵[J].現代地質，2009,23(2）:210-216.
[4]邵磊，雷永昌，龐雄，等.珠江口盆地構造演化及對沉積環境的控製作用[J].同濟大學學報：自然科學版，2005,33(9）:1177-1181.
[5]陸紅鋒，陳芳，劉堅，等.南海北部神狐海區的自生碳酸鹽岩煙囪——海底富烴流體活動的記錄[J].地質評論，2006,52(3）:352-357.
[6]姚伯初.南海北部陸緣新生代構造運動初探[J].南海地質研究，1993,5:1-12.
[7]袁玉松，丁玫瑰.南海北部深水區盆地特徵及其動力學背景[J].海洋科學，2008,32(12）: 102-110.
[8]劉鐵樹，何仕斌.南海北部陸緣盆地深水區油氣勘探前景[J].中國海上油氣：地質，2001,15(3）: 164-170.
[9]張樹林.珠江口盆地白雲凹陷天然氣水合物成藏條件及資源量前景[J].石油地質，2007,6:23-27.
[10]孫珍，龐雄，鍾志洪，等.珠江口盆地白雲凹陷新生代構造演化動力學[J].地學前緣，2005,12(4）:489-498.
[11]於興河.碎屑岩系油氣儲層沉積學[M].北京：石油工業出版社，2002,333-334.