北部灣盆地福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)層序及沉積體系的控制

劉恩濤,王 華,李 媛,廖遠(yuǎn)濤,馬慶林,3,林正良

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢 430074；

3.中國(guó)石油南方石油勘探開發(fā)公司,廣東廣州 510240；4.中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京 210014)

北部灣盆地福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)層序及沉積體系的控制

劉恩濤1,2,王 華2,李 媛1,2,廖遠(yuǎn)濤2,馬慶林2,3,林正良1,4

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢 430074；

3.中國(guó)石油南方石油勘探開發(fā)公司,廣東廣州 510240；4.中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京 210014)

基于福山凹陷典型三維地震解釋結(jié)果,以流沙港組構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶為研究對(duì)象,對(duì)其層序構(gòu)成樣式和沉積體系展布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明:構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育于凹陷中部花場(chǎng)地區(qū),并起到調(diào)節(jié)東西部構(gòu)造差異性的作用,其兩側(cè)所發(fā)育的層序構(gòu)成樣式差異顯著,西部發(fā)育多級(jí)斷階型層序樣式,東部發(fā)育緩坡型層序樣式；構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處發(fā)育撓曲坡折型層序樣式,高位域時(shí)期發(fā)育大規(guī)模辮狀河三角洲沉積體系,低位時(shí)期發(fā)育大范圍濁積扇；福山凹陷的沉積充填演化受到構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、相對(duì)湖平面變化和古地貌聯(lián)合控制,不同體系域內(nèi)轉(zhuǎn)換帶對(duì)沉積充填控制作用也有一定的差異性。

北部灣盆地；福山凹陷；構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶；層序樣式；沉積體系

在油氣勘探中,構(gòu)造架構(gòu)對(duì)層序樣式和沉積體系的控制作用[1-15]為當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育于區(qū)域伸展背景之下,具有一定規(guī)模和延伸方向的調(diào)節(jié)構(gòu)造體系,常發(fā)育轉(zhuǎn)換斷層[4-10]。國(guó)內(nèi)學(xué)者在中國(guó)黃驊凹陷、準(zhǔn)噶爾盆地、東濮凹陷、瓊東南盆地等地發(fā)現(xiàn)為數(shù)眾多的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶[16-22],其發(fā)育部位常常是各大油田重要的油氣富集區(qū),但研究重點(diǎn)主要偏向于特征描述和識(shí)別,對(duì)構(gòu)造變換帶控制作用研究較少。福山凹陷中部地區(qū)為福山油田最大的油氣產(chǎn)區(qū)[23],但沉積機(jī)制、油藏特征認(rèn)識(shí)不清。筆者基于福山凹陷典型三維地震解釋結(jié)果,以流沙港組構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶為研究對(duì)象,考察其層序構(gòu)成樣式和沉積體系展布特征。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

北部灣盆地主體位于中國(guó)南海西北部的北部灣。福山凹陷為北部灣盆地東南緣的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元,總體是一個(gè)南超北斷的中、新生代箕狀斷陷,其西北與臨高凸起相接,南部為海南隆起,東部與云龍凸起相鄰,主要受控于臨高、長(zhǎng)流和安定斷裂[23-25](圖1)。

盆內(nèi)古近系地層從下到上為長(zhǎng)流組、流沙港組及潿洲組,其中流沙港組為該盆地油氣勘探的重要層位,油氣資源極其豐富,勘探潛力巨大。依據(jù)層序界面特征,通過福山凹陷三維地震解釋,結(jié)合鉆井、測(cè)井、地球化學(xué)及古生物等資料,建立研究區(qū)古近系等時(shí)地層格架,其盆地充填演化具有幕式變化特征。流沙港組可劃分為3個(gè)三級(jí)層序,從老到新為流三段、流二段和流一段(圖2)。

圖1 福山凹陷構(gòu)造綱要圖(據(jù)石彥民等,2007圖件修編) Fig.1 Structural division and its locationin Fushan sag(After SHI Yang-min,modified)

圖2 福山凹陷古近紀(jì)層序地層學(xué)與沉積學(xué)充填與演化綜合柱狀圖Fig.2 Paleogene sedimentary sequence and stratigraphic framework in Fushan sag

流沙港組整體為一套巨厚的湖相三角洲沉積[24],發(fā)育辮狀河三角洲、濁積扇、扇三角洲和湖相泥巖沉積體系,各沉積時(shí)期物源繼承性發(fā)育,但沉積體系展布范圍明顯不同。流三段對(duì)應(yīng)于凹陷擴(kuò)張斷陷期,構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,物源供給充分,低位體系域以下切谷和大型低位扇為特征。流二段對(duì)應(yīng)于斷陷穩(wěn)定期,該時(shí)期湖盆范圍最大,湖水最深,以巨厚泥巖沉積為主,三角洲沉積體系發(fā)育范圍減小。流一段處于凹陷萎縮階段,水體變淺,物源供給充分,砂體向湖盆中心推進(jìn),巖性上以砂巖和泥巖薄互層為特征。油氣統(tǒng)計(jì)顯示,油氣主要賦存于流三段高位體系域、流一段高位體系域和流二段低位體系域。

2 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)層序發(fā)育的控制

2.1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶特征

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要發(fā)育于古近紀(jì)流沙港組沉積時(shí)期,位于福山凹陷東西部接壤部位花場(chǎng)地區(qū),造成“東西分塊”的構(gòu)造格局。在平面上,流沙港組沉積時(shí)期構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶附近發(fā)育西部伸展斷裂體系、東部伸展走滑斷裂體系和中部轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)斷裂體系3套斷裂體系(圖3)。東、西部斷裂走向不同,且東西部伸展量不等,西部伸展量遠(yuǎn)大于東部。東部發(fā)育近東西向斷層,西部發(fā)育北東東向斷層,中部轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)斷裂體系主要發(fā)育北東-南西向轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)斷層。轉(zhuǎn)換帶主要發(fā)育于古近紀(jì)流沙港組沉積時(shí)期,位于凹陷中部的花場(chǎng)低凸起之上,繼承早期地壘式低凸起構(gòu)造格局,整體呈一背形,向北寬度變窄。

圖3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶流一段斷層分布Fig.3 Fault distribution map of transfer zone(Els1)

2.2 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶導(dǎo)致東西部層序構(gòu)成樣式異同

在陸相盆地中,構(gòu)造活動(dòng)形成各類構(gòu)造坡折帶,構(gòu)造活動(dòng)正是通過構(gòu)造坡折帶實(shí)現(xiàn)對(duì)盆地層序地層格架和沉積體系的控制[1-3]。福山凹陷經(jīng)過多期幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng),形成各種類型的坡折帶。位于凹陷中部的轉(zhuǎn)換帶,構(gòu)成該凹陷最重要的構(gòu)造坡折帶類型。

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶將福山凹陷分割為東部和西部?jī)蓚€(gè)構(gòu)造單元,兩構(gòu)造單元的主控?cái)鄬幼呦颉⑿再|(zhì)與伸展作用差異進(jìn)一步導(dǎo)致東部和西部構(gòu)造架構(gòu)的差異。西部伸展斷裂體系受控于北東向臨高斷裂,北西-南東向伸展作用強(qiáng),產(chǎn)生了一系列階梯狀北東東向斷裂,斷距大,形成西部斷階狀斷裂組合樣式；東部斷裂體系主要受控于長(zhǎng)流斷裂的走滑作用,伸展作用較西部小,斷裂發(fā)育數(shù)目少(圖4,剖面位置見圖3)。通過斷裂活動(dòng)速率分析發(fā)現(xiàn),東西部斷裂活動(dòng)差異性較大,流沙港港組沉積時(shí)期,西部美臺(tái)斷裂最大活動(dòng)速率達(dá)60 m/Ma,而東部斷裂最大活動(dòng)速率僅有15 m/Ma。

圖4 福山凹陷層序樣式地震解釋圖Fig.4 Sequence pattern of seismic profiles in Fushan sag

不同區(qū)域構(gòu)造架構(gòu)和斷裂活動(dòng)性的差異性勢(shì)必導(dǎo)致層序發(fā)育和沉積充填存在較大差異。凹陷西部層序的發(fā)育主要受控于同沉積斷裂的活動(dòng),發(fā)育多級(jí)斷階型層序模式(圖5(a))。淺層正向斷層為同沉積斷層,對(duì)層序發(fā)育控制作用明顯,控制著低位辮狀河三角洲和低位扇的發(fā)育。該地區(qū)美臺(tái)斷層活動(dòng)速率最大,對(duì)層序發(fā)育控制作用最強(qiáng),斷層上盤發(fā)育低位辮狀河三角洲沉積體系,斷層下盤發(fā)育低位扇,低位辮狀河三角洲和濁積扇沿多級(jí)斷坪分布。高水位時(shí)期以辮狀河三角洲廣泛發(fā)育為特征,砂體表現(xiàn)出不斷進(jìn)積的特征,在美臺(tái)斷層下盤發(fā)育高位滑塌重力流沉積[25]。

凹陷東部斷裂對(duì)沉積控制作用很弱,層序的發(fā)育主要受控于古地形地貌。流沙港組沉積時(shí)期,東部地區(qū)沉積背景為古斜坡,發(fā)育緩坡型(無坡折型)層序模式(圖5(c))。相比西部多級(jí)斷階型層序樣式,東部地區(qū)低位域和高位域以辮狀河三角洲進(jìn)積為特征,扇體發(fā)育范圍大但厚度變化小,沉積厚度較西部薄。低位體系域發(fā)育時(shí)期,主要發(fā)育低位辮狀河三角洲沉積體系,低位扇發(fā)育規(guī)模小或不發(fā)育,高位滑塌重力流沉積規(guī)模相對(duì)于西部也較小。

圖5 福山凹陷南部各地區(qū)層序樣式模式Fig.5 Sequence patterns of different parts of south of Fushan sag

2.3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶層序構(gòu)成樣式特點(diǎn)

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的發(fā)育導(dǎo)致了中部地區(qū)撓曲坡折帶的形成,進(jìn)一步通過撓曲坡折帶控制層序構(gòu)成樣式和沉積充填演化。福山凹陷中部構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶位于東西部伸展斷裂體系接壤部位,該地處于兩個(gè)斷裂體系斷層活動(dòng)最弱的末端。東西兩個(gè)具有差異性的斷裂體系在中部地區(qū)接近或疊覆時(shí),為了保持應(yīng)變守恒,實(shí)現(xiàn)位移轉(zhuǎn)換,地層發(fā)生明顯撓曲,發(fā)育一典型的撓曲坡折帶(圖4)。

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處物源供給充分,沉降速率相對(duì)小于斷層中心的沉降速率,層序的發(fā)育受控于撓曲帶,發(fā)育撓曲坡折型層序發(fā)育模式。該層序模式主要發(fā)育于流沙港組,流一段表現(xiàn)得最為顯著。從構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶層序發(fā)育模式(圖5(b))可以看出,撓曲帶對(duì)層序發(fā)育具有很好的控制作用,越過坡折帶,地層迅速加厚,垂向上表現(xiàn)為以加積和進(jìn)積型為特征的充填疊加樣式。低位體系域在斜坡邊緣發(fā)育小型下切谷,撓曲坡折作為沉積相的分界面,越過撓曲坡折帶發(fā)育大規(guī)模低位扇。湖擴(kuò)體系域發(fā)育時(shí)期,湖水加深,物源萎縮,發(fā)育小范圍辮狀河三角洲,主要分布于坡折帶中部。高位體系域發(fā)育時(shí)期,物源供給充分,砂體不斷進(jìn)積,發(fā)育大型辮狀河三角洲,其前端在湖盆中心發(fā)育遠(yuǎn)端滑塌重力流沉積。

3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)沉積充填的控制

利用“點(diǎn)、線、面、體、時(shí)”的研究方法,通過巖心觀察、測(cè)井曲線和地震剖面與反演技術(shù)綜合分析,對(duì)研究區(qū)進(jìn)行三維地震追蹤,確定流沙港組各體系域沉積演化特征。

研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)沉積充填的控制首先表現(xiàn)為對(duì)物源通道的控制。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育于兩伸展體系的交匯處,該處斷層斷距最小,地勢(shì)較低。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶成為碎屑沉積物注入盆地的重要通道,常常發(fā)育大規(guī)模辮狀河三角洲沉積體系或扇體。研究發(fā)現(xiàn),不同體系域發(fā)育時(shí)期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)沉積體系的類型、運(yùn)移和展布的控制作用表現(xiàn)出較大的不同。

在高位體系域發(fā)育時(shí)期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶作為最大的物源入口,轉(zhuǎn)換斷層對(duì)沉積體系運(yùn)移和展布具有很好的控制作用(圖6)。該時(shí)期物源供給充分,沉積物供給速率大于相對(duì)湖平面變化,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處發(fā)育大規(guī)模辮狀河三角洲沉積體系,單層砂巖厚度達(dá)60 m。物源通過構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶進(jìn)入盆地后,在北西-南東向的轉(zhuǎn)換斷層的疏導(dǎo)下,沿著轉(zhuǎn)換斷層走向向北推進(jìn),在東、西部斷層斷距較小的地方向兩側(cè)輸送砂體,形成脊?fàn)钚螒B(tài),在轉(zhuǎn)換帶兩翼形成大規(guī)模砂巖上傾尖滅型油氣藏。

在低位域沉積時(shí)期,物源供給相對(duì)高位域明顯減弱,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶物源供給作用減弱,甚至不再作為區(qū)域最大的物源通道,轉(zhuǎn)換斷層對(duì)沉積體系運(yùn)移和展布的控制作用也相對(duì)減弱(圖7)。該時(shí)期辮狀河三角洲發(fā)育范圍明顯減小,越過撓曲坡折帶發(fā)育較大規(guī)模濁積扇沉積體系。轉(zhuǎn)換斷層對(duì)沉積體系的疏導(dǎo)作用明顯減弱,濁積扇發(fā)育范圍主要受控于古地貌。相反,西部斷階帶對(duì)沉積體系控制作用明顯增強(qiáng),在斜坡區(qū)發(fā)育三角洲沉積體系,在斷階帶發(fā)育大范圍濁積扇沉積體系。隨著大量的構(gòu)造油氣藏在福山油田被發(fā)現(xiàn),在未來的油氣勘探中,巖性隱蔽油氣藏將成為該油田勘探的重點(diǎn),構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶坡折帶下部發(fā)育的“自生自儲(chǔ)自蓋”型濁積扇型油氣藏勘探潛力巨大。

圖6 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶流沙港組三段高位體系域沉積相與砂巖厚度疊合圖Fig.6 Sandstone thickness and sedimentary facies distribution in HST of Els3of transfer zone

圖7 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶流沙港組二段低位和湖擴(kuò)體系域沉積相與砂巖厚度疊合圖Fig.7 Sandstone thickness and sedimentary facies distribution in LST and TST of Els2of transfer zone

周期性體系域主要受控于區(qū)域性相對(duì)海(湖)平面變化。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處不同體系域沉積充填樣式異同,歸根到底是相對(duì)湖平面對(duì)沉積充填控制作用。流沙港組沉積時(shí)期,轉(zhuǎn)換帶處一直作為盆地物源的入口,物源供給作用主要隨著體系域的轉(zhuǎn)變發(fā)生少許變化,也與相對(duì)海平面變化也有密切聯(lián)系[1-3]。因此,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處沉積體系發(fā)育主要受到構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、相對(duì)湖(海)平面變化和古地貌聯(lián)合控制。

4 油氣勘探意義

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶不僅控制或影響著沉積相展布和層序樣式發(fā)育,而且還控制著研究區(qū)油氣藏分布。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶整體處于構(gòu)造高部位,東側(cè)白蓮次凹和西側(cè)皇桐次凹烴源巖發(fā)育,均可為其提供油源。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶作為研究區(qū)物源主通道,以多期砂體進(jìn)積為特征,在轉(zhuǎn)換帶兩翼低位體系域和高位體系域頂部,形成砂巖上傾尖滅型油氣藏。深層反向斷層具有很好的封堵性,它不僅利于油氣輸導(dǎo)和運(yùn)移,還有利于封堵來自下傾方向的油氣[25]。隨著油氣沿著反向斷層向上運(yùn)移,運(yùn)至構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶脊?fàn)畈课?在斷層交互部位形成斷塊、斷鼻和斷壘油氣藏。在辮狀河三角洲前緣,深湖的低位域和湖擴(kuò)域(以流二段最為顯著)發(fā)育濁積扇,透鏡狀的濁積砂體被烴源巖包圍,形成“自生自儲(chǔ)自蓋”型的前緣濁積扇型油氣藏。

轉(zhuǎn)換帶的分割調(diào)節(jié)作用,導(dǎo)致東西部層序發(fā)育樣式和沉積充填差異,進(jìn)而為油氣勘探指明方向。在凹陷東部地區(qū)將以砂體上傾尖滅油氣藏和濁積扇型油氣藏為勘探重點(diǎn),而在西部地區(qū)應(yīng)以斷塊-巖性油氣藏為勘探重點(diǎn)。

5 結(jié) 論

(1)福山凹陷中部花場(chǎng)地區(qū)發(fā)育一個(gè)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶,導(dǎo)致東西部構(gòu)造樣式和斷層活動(dòng)性存在較大差異,進(jìn)而促使東西部發(fā)育不同的層序樣式,西部地區(qū)主要發(fā)育多級(jí)斷階型層序構(gòu)成樣式,東部地區(qū)發(fā)育緩坡型層序構(gòu)成樣式。

(2)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育撓曲坡折型層序構(gòu)成樣式,撓曲坡折帶是沉積相帶的分界面,對(duì)低位扇控制作用最為明顯,高位域時(shí)期形成大范圍的辮狀河三角洲,扇體發(fā)育且規(guī)模大。

(3)福山凹陷中部沉積充填演化受到構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、相對(duì)湖平面變化和古地貌聯(lián)合控制。高位體系域發(fā)育時(shí)期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶物源供給充分,轉(zhuǎn)換斷層對(duì)沉積物疏導(dǎo)作用很強(qiáng),形成大規(guī)模砂巖上傾尖滅型油氣藏。低位域沉積時(shí)期,越過坡折帶發(fā)育大規(guī)模濁積扇沉積體系,其展布范圍主要受古地貌控制,為巖性油氣藏發(fā)育的有利地區(qū),勘探潛力巨大。

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(編輯 徐會(huì)永)

Control of transfer zone over sequences and depositional system in Fushan sag,Beibuwan Basin

LIU En-tao1,2,WANG Hua2,LI Yuan1,2,LIAO Yuan-tao2,MA Qing-lin2,3,LIN Zheng-liang1,4

(1.Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources,China University of Geosciences, Ministry of Education,Wuhan 430074,China；
2.Faculty of Earth Resources,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China；
3.Exploration and Development Corporation,PetroChina,Guangzhou 510240,China；
4.SINOPEC Geophysical Research Institute,Nanjing 210014,China)

Based on the interpretation of the 3D seismic data,the sequence patterns and sedimentary characteristics in the sedimentary period of Liushagang formation were studied taking the transfer zone of the Fushan sag as the research project. The results show that the transfer zone developing above the Huachang in the centre of Fushan sag,plays a crucial role in adjusting the structure differences between the western and eastern areas.There are significant differences on the strike of faults and structure styles between two extensional structure systems,which develops at two lateral sides of the transfer zone respectively.The multi-level step-fault belt type of sequence pattern develops in the western area,while the gentle slope type of sequence pattern in the eastern area.The flexure slope break type of sequence pattern develops in the transfer zone with hugescale braided channel delta in the high system tract and large-scale turbidite fan in the low system tract.Structural transfer zone,relative lake level changes and paleogeomorphy control the sequence architecture and depositional filling of the Fushan sag together,and this controlling effect varies among different system tracts to some extent.

Beibuwan Basin；Fushan sag；transfer zone；sequence patterns；sedimentary system

1673-5005(2013)03-0017-06

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.03.003

2012-11-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41102069)；國(guó)家科技“十二五”重大專項(xiàng)(2011ZX05009-002)；教育部“構(gòu)造與油氣資源”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(TPR-2011-24)

劉恩濤(1986-),男,博士研究生,主要從事盆地分析研究。Email:l.entao2012@gmail.com。

TE 121.3

A