采用几何方法，通过分析断层和盐层结构趋势的相关性，来定义北海南部地区次盐层断层与超盐层断层之间的耦合关系

《Journal of Structural Geology》：A geometrical approach to defining sub-salt and supra-salt fault coupling relationships across the Southern North Sea using fault and salt structure trend correlations

在南部北海盆地（SNS），泽西盐层作为断脱面，导致基底相关变形与重力驱动盐构造分离，形成A（强耦合）、B（混合耦合）和C（弱/无耦合）三个区域。C’子区显示盐构造与基底断层趋势不一致，可能与基底断裂相互作用或区域纯剪切伸展有关。研究表明盐厚度增加促进解耦，但中央 graben 的基底断层位移主导耦合程度。该方法为盆地级断层耦合分析提供新框架。

　　

安娜·多罗塔·普雷伊斯|于尔根·亚当

伦敦大学皇家霍洛威学院地球科学系，埃格姆TW20 0EQ，英国

摘要

在北海南部（SNS），泽克施泰因盐层在局部起到隔离层的作用，将基底相关的变形与重力驱动的盐构造作用分离开来，从而形成了多种断层耦合关系。这些关系从完全耦合（物理上相连）到部分耦合（机械上相关但物理上分离），再到完全解耦（无关联）的盐下和盐上断层系统不等。本研究通过定性分析区域内的盐下和盐上断层模式相关性以及盐结构趋势，并通过定量分析断层和盐结构的方向，试图定义SNS区域内具有不同耦合类型的区域。

利用MegaSurvey 3D地震数据集，通过结合地震属性和自动化矢量追踪技术，绘制了盐下和盐上断层网络。盐下和盐上断层模式的相关性被用来识别出三个机械断层耦合区域：A区，相关性较强，主要观察到基底相关的盐变形；B区，同时观察到基底相关的变形和重力驱动的盐变形；C区，相关性较弱，重力驱动的盐变形占主导。此外，C’区是C区的一个子集，在这里我们观察到盐结构和主要基底断层趋势之间存在明显差异。这种差异可能表明NW-SE、N-S和NE-SW方向的基底趋势之间存在相互作用，或者可能是由于盆地扩张期间上覆岩层的北向纯剪切拉伸所致。

研究表明，随着盐层厚度的增加，SNS区域的解耦现象更加明显；然而，在中央裂谷（Central Graben）的主要上侏罗纪裂谷区域，尽管盐层丰富，断层位移成为控制盐下和盐上断层耦合程度的主导因素。

引言

北海南部（SNS）区域构成了西欧重要北海碳氢化合物产区的一部分（见图1）。该区域包含大面积的晚二叠世泽克施泰因超群（Zechstein Supergroup）蒸发岩序列，这些蒸发岩将古生代基底与中生代沉积盖层分隔开来，并在一定程度上使两者之间的变形脱钩。许多局部和区域性的研究已经探讨了SNS的构造演化，重点关注基底相关变形与重力驱动盐构造作用之间的相互作用。

关于整个SNS或其大部分区域的构造演化，已有多位学者进行了综合研究，包括Ziegler（1982）、Ziegler（1990）、Oudmayer和de Jager（1993）、Glennie和Underhill（1998）、de Jager（2007）、NOVIN（2004）以及Pharoah等人（2010）的研究。这些研究表明，在整个中生代-新生代演化过程中，基底相关构造和重力驱动的变形都在不同构造域中以不同程度地相互作用（例如Van Hoorn，1987；Nalpas等人，1995；Stewart和Coward，1995；Stewart等人，1997；ten Veen等人，2012；Alves和Elliott，2014；Harding和Huuse，2015；Warsitzka等人，2019）。

在SNS的英国部分，Stewart和Coward（1995）、Stewart等人（1996）以及Stewart（1999）记录了中央裂谷西侧的大型重力驱动变形系统。Stewart和Coward（1995）提出了一个结构模型，描述了Sole Pit High与Cleaver Bank High之间的区域，其中Sole Pit High裂谷系统的基底相关变形与重力驱动的收缩耦合，形成了Silverpit和Cleaver Bank High盆地内的大型盐核背斜。沿着斜坡，由于区域性地壳倾斜，Indefatigable（或Inde）大陆架上发生了重力驱动的伸展。

在荷兰部分，研究表明盐结构与基底中的断层具有遗传联系，并遵循盐下结构趋势（Koyi和Petersen，1993；Koyi等人，1993；Remmelts等人，1995）。相反，Harding和Huuse（2015）报告称，在荷兰北部某些地区，盐下断层对某些岩脉的趋势和位置影响较小。最近，Warsitzka等人（2019）在一项超区域研究中强调了基底相关变形和重力驱动过程在SNS中形成盐结构中的共同作用。他们的研究得出结论，在中央裂谷和Schill Ground High的部分区域，基底相关的伸展占主导地位，而在其他SNS盆地中则不那么重要。相比之下，中央裂谷西侧以薄皮变形为主，盐盆地的西部和北部边缘表现为薄皮伸展，而在Sole Pit High、Silverpit盆地和Indefatigable（或Inde）大陆架上则转变为重力驱动的缩短，Cleaver Bank High和Broad Fourteens盆地则局部出现厚皮缩短。

SNS中盐下和盐上断层系统之间的关系主要在局部到半区域尺度上进行了研究。Stewart等人（1997）记录了英国大陆架上多个基底-盖层相互作用的例子，并识别了不同的断层耦合类型。在此基础上，Stewart（2007）提出了一个结构风格矩阵，总结了盐下和盐上断层系统之间可能的耦合关系。在荷兰部分，ten Veen等人（2012）通过绘制断层并根据它们是否延伸到上覆岩层对其进行分类，研究了沉积盐层厚度对断层耦合的影响。他们的结果表明，大约300米的沉积盐层厚度是他们研究区域内完全断层耦合发展的上限。

尽管已有大量研究并对耦合关系的类型及其发生条件有了广泛了解，但迄今为止，这些断层关联尚未使用系统性和一致的方法论，在SNS区域的不同盆地中进行过区域尺度的分析。本文提出的方法和结果满足了所有这些要求，并对SNS区域内不同程度的耦合因素进行了全面分析。

我们采用新开发的工作流程，对盐下到盐上的机械断层耦合程度进行了超区域系统的分析。该研究利用了来自SNS区域的区域高分辨率合并3D地震数据集。通过定性分析断层系统的相关性和定量研究断层及盐结构趋势，我们在区域尺度上识别出具有不同盐下和盐上断层耦合风格的盆地区域。此外，我们还研究了盐层厚度和基底断层位移在控制SNS区域机械断层耦合程度中的作用。盐层上下断层系统之间的耦合程度对盆地的变形样式、沉积模式和流体迁移具有重要影响。因此，对于勘探工作者来说，了解研究区域内断层耦合和解耦区域的分布非常重要。这些信息可用于模拟从基底到上覆岩层的流体迁移路径，并识别出适合储存流体（如碳氢化合物、氢气或二氧化碳）或用于地下储存核废物的优质密封区域。所有这些考虑都符合英国当前的能源战略，其中包括在北海开展的一系列能源转型活动。

章节片段

区域背景

研究区域位于英国和荷兰沿海的SNS地区，部分覆盖了荷兰西部的陆上领土（见图1）。SNS区域构成了一个更大的东西向延伸盆地的西部部分，即南部二叠纪盆地，该盆地从西部的英国延伸到东部的波兰和立陶宛。它在北部被Mid-North Sea-Ringk?bing-Fyn高地与相邻的北部二叠纪盆地分隔开来（见图1）。

盐构造变形

本文将使用两个术语来定义泽克施泰因超群：蒸发岩和盐。前者是一个通用术语，用于指代SNS地区晚二叠世时期沉积的所有泽克施泰因超群蒸发岩相和碳酸盐岩。后者特指可移动的盐层，主要由岩盐组成。

根据Jackson（1997）的定义，岩盐是一种由岩盐晶体组成的集合体，在力学上比大多数碎屑岩和碳酸盐岩更脆弱。

数据集

SNS MegaSurvey数据集由TGS（前身为Petroleum GeoServices）和North Sea Transition Authority提供，包含44个经过重新处理和完全时间迁移的3D地震调查数据。本研究中使用的3D地震数据的总范围如图1所示。MegaSurvey是由大小、方向和质量各不相同的多个小调查数据合并而成的。原始调查数据由TGS进行了合并和重新处理，其几何形状已经统一。

方法论

本研究采用的方法论旨在系统分析大型地震数据集，以识别具有不同盐下和盐上断层耦合风格的盆地区域。

总体工作流程如图6所示。该图展示了进行盐下和盐上断层耦合盆地尺度研究所需的所有步骤；然而，灰色部分表示在其他已发表工作中描述过的步骤和结果。

结果

以下结果提供了关于SNS区域内断层和盐结构分布及其趋势的信息。

讨论

本节讨论了SNS区域内断层耦合关系分布的构造控制因素、盐结构趋势与盐下断层方向之间的差异对C’亚区基底分离变形的影响，以及所提出方法在其他地质环境中的适用性。

这项研究代表了首次对SNS区域的英国和荷兰部分进行断层耦合关系的区域尺度测绘。

它补充了之前的研究

结论

本研究提出了一种通过分析区域断层模式相关性来进行区域断层耦合关系分析的新方法。通过这种分析，我们识别出了SNS区域内的三个主要断层模式相关区域：A区的耦合完全，B区的耦合类型多样，C区的耦合部分或完全解耦。

有两个因素似乎对研究区域内的耦合程度有主要影响：盐层厚度和基底断层位移。

作者贡献声明

于尔根·亚当：监督、资源管理。安娜·多罗塔·普雷伊斯：写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法论、调查、形式分析、概念化

未引用参考文献

Blackwell等人，2012年。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：安娜·多罗塔·普雷伊斯与SLB存在关系，包括就业和差旅费用报销。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢TGS和North Sea Transition Authority（NSTA）提供用于本研究的3D MegaSurvey地震数据集。同时，我们也感谢软件提供商ESRI（ArcGIS）、S&P Global（Kingdom）和SLB（Petrel）根据皇家霍洛威学院的学术许可协议允许我们使用他们的软件。此外，我们还要感谢巴西圣保罗大学地球科学研究所（OpenStereo）和GIMP开发团队（GIMP）将其软件作为免费开源软件提供。