萬(wàn)安盆地構(gòu)造沉降與沉積速率及其油氣資源前景

施秋華，夏 斌，萬(wàn)志峰，張?jiān)品?/p>

(1.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640;2.中山大學(xué)海洋學(xué)院，廣東 廣州 510275;3.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所，廣東 廣州 510301)

萬(wàn)安盆地位于萬(wàn)安走滑斷裂西側(cè)的南沙海域西部陸架上，盆地呈近南北向展布，中間寬，兩頭窄，形似梭形或紡錘狀，最寬約280km，長(zhǎng)約600km，主體水深小于500m。新生代最大沉積厚度約12500m。盆地內(nèi)構(gòu)造、沉積格局均具有典型的走滑拉張盆地特點(diǎn)，并控制著油氣成藏與分布，是我國(guó)邊緣海中較為典型的走滑拉張盆地［1］，油氣前景良好。國(guó)內(nèi)外油氣勘探的實(shí)踐表明，盆地的構(gòu)造沉降、沉積速率變化與盆地的形成及演化密切相關(guān)，通過(guò)構(gòu)造沉降與沉積速率研究，來(lái)了解盆地的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)盆地內(nèi)油氣的生成、儲(chǔ)運(yùn)及保存具有指示意義。

1 盆地動(dòng)力學(xué)背景與地質(zhì)概況

萬(wàn)安盆地是中生代末－新生代初在南海西部張裂大陸邊緣形成的沉積盆地。

中生代末－新生代初，東南亞大陸邊緣擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)出現(xiàn)松弛，一些早期的構(gòu)造薄弱帶成為初始張裂發(fā)生的地方，在越南東南部邊緣形成了一系列彼此分割的北東向小型裂谷型地塹或半地塹，初步奠定了萬(wàn)安盆地的雛形。晚始新世，隨著南海西南海盆開(kāi)始擴(kuò)張，引起這次擴(kuò)張的地殼伸展向西南傳遞到萬(wàn)安盆地所在位置，萬(wàn)安盆地在初期裂谷的基礎(chǔ)上開(kāi)始發(fā)生斷坳沉降。中－晚中新世發(fā)生的南沙運(yùn)動(dòng)使萬(wàn)安盆地內(nèi)普遍產(chǎn)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，此時(shí)萬(wàn)安斷裂發(fā)生左行走滑活動(dòng)，位于斷裂附近的地層普遍發(fā)生褶皺變形，褶皺強(qiáng)度自東向西減弱，顯示構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源于東部。晚中新世－上新世初開(kāi)始，萬(wàn)安盆地整體進(jìn)入裂后區(qū)域沉降階段。

早期走滑拉張、中期走滑擠壓、后期區(qū)域沉降是萬(wàn)安盆地演化的總體特點(diǎn)［2-4］。

萬(wàn)安盆地主要受控于西側(cè)的萬(wàn)安-納土納大斷裂帶，該斷裂帶內(nèi)部斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，共發(fā)育了280余條斷裂，斷裂長(zhǎng)度一般大于10km，多數(shù)為10～30km，最長(zhǎng)可達(dá)360km。根據(jù)斷裂走向主要可分為3組:SN向、NE向和NW向。SN向斷裂分布在盆地東西兩側(cè)，構(gòu)成盆地的東西邊界，確定了盆地的整個(gè)形態(tài)，這類(lèi)斷裂規(guī)模大，延伸長(zhǎng)，斷距達(dá)數(shù)百米至上千米;NW向斷裂主要分布在盆地東部、中部及西南邊緣，以西南部最為發(fā)育，切割了其它方向斷裂;NE向斷列為萬(wàn)安走滑斷裂所派生的次級(jí)斷裂，它們控制了萬(wàn)安盆地內(nèi)一系列NE、NNE向隆坳二級(jí)構(gòu)造單元的形成。萬(wàn)安盆地自北而南分別為西北斷階、北部坳陷、北部隆起、中部坳陷、西部坳陷、中部隆起、南部坳陷、東部隆起、東部坳陷和西南斜坡共10個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元［5］(圖1)。

圖1 萬(wàn)安盆地構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 Tectonic division of the Wan’an Basin

萬(wàn)安盆地疊置在印支陸塊的海西-印支褶皺變質(zhì)基底和燕山期巖漿-火山弧之上，自下而上沉積了下、中始新統(tǒng)粗碎屑巖、上始新統(tǒng)－漸新統(tǒng)砂礫巖、砂泥巖、泥巖、下中新統(tǒng)－中中新統(tǒng)粗-細(xì)粒碎屑巖互層及碳酸鹽巖、上中新統(tǒng)粗碎屑巖及碳酸鹽巖以及上新統(tǒng)－第四系海相細(xì)粒沉積巖段。

2 盆地沉降與沉積速率分析

根據(jù)大量地球物理資料的解釋?zhuān)f(wàn)安盆地內(nèi)新生代沉積蓋層中存在 T20、T30、T40、T50、T60、T80和 Tg共7個(gè)區(qū)域不整合面［6］。依萬(wàn)安盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)特點(diǎn)及盆地沉降、沉積特征，其構(gòu)造演化大致可劃分為以下4個(gè)階段［7］(表1)。我們選擇一條垂直于盆地主要二級(jí)構(gòu)造單元的地震剖面，運(yùn)用2Dmove進(jìn)行平衡剖面模擬(圖2)，并用Fortran程序進(jìn)行構(gòu)造沉降與沉積速率分析。

表1 萬(wàn)安盆地不整合面與構(gòu)造演化序列表Table 1 Regional unconformities and tectonic evolutionary stages in the Wan’an Basin during the Cenozoic

剖面AB(位置見(jiàn)圖1)的構(gòu)造沉降速率在40.5～30Ma出現(xiàn)最大值(圖3)，該時(shí)期的構(gòu)造沉降速率明顯大于其它各時(shí)期，說(shuō)明40.5～30Ma時(shí)期為萬(wàn)安盆地的快速?gòu)埩哑?30Ma以后進(jìn)入裂后期，以熱沉降為主，構(gòu)造沉降速率明顯減小;在 17.5～22.5Ma時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)較弱的相對(duì)快速沉降期，到5Ma以后，沉降又開(kāi)始增加，出現(xiàn)一個(gè)小高峰。主要的構(gòu)造沉降特征如下:

(1)剖面AB的西北部和東南部各發(fā)育兩個(gè)沉降中心，對(duì)應(yīng)著盆地的中部坳陷和南部地坳陷帶，且西北部沉降作用強(qiáng)于東南部。

(2)存在著3次快速沉降:盆地的構(gòu)造沉降作用經(jīng)歷了多次沉降速度變化，盡管其時(shí)間尺度劃分比較粗，但還是可以大致看出3次相對(duì)較快速的沉降作用:即晚始新世－早漸新世、早中新世、上新世－第四紀(jì)。其中第一次和第三次沉降速度快，第二次沉降較慢。而且在盆地不同范圍內(nèi)，構(gòu)造沉降作用存在明顯差異，如對(duì)于第二次快速沉降，測(cè)線東南部沉積速度明顯快于西北部。

從沉積速率上來(lái)看，12.5～5Ma時(shí)期沉積速率相對(duì)較小(圖4)，此時(shí)可能受萬(wàn)安斷裂發(fā)生左旋剪切，盆地處于一個(gè)走滑擠壓的應(yīng)力場(chǎng)中，引起盆地相對(duì)隆起，沉積速率減慢。5Ma以后，構(gòu)造沉降速率增加，同時(shí)物源供應(yīng)充足，盆地出現(xiàn)一次快速沉積。測(cè)線的總的沉積速率顯示，萬(wàn)安盆地的沉積中心位于盆地的西部，推測(cè)物源來(lái)自于盆地的西部。同時(shí)結(jié)合構(gòu)造沉降圖，可以看出早期構(gòu)造對(duì)沉積的控制作用不明顯。

圖2 萬(wàn)安盆地AB剖面構(gòu)造演化史Fig.2 Tectonic evolution of the AB profile in the Wan’an Basin during the Cenozoic

圖3 萬(wàn)安盆地AB剖面構(gòu)造沉降速率柱狀圖Fig.3 Columnar correlation of the tectonic subsidence rates of the AB profile in the Wan’an Basin during the Cenozoic

圖4 萬(wàn)安盆AB剖面各時(shí)期的沉積速率Fig.4 Sedimentary rates of the AB profile in the Wan’an Basin during individual periods

3 構(gòu)造演化特征

根據(jù)盆地的地質(zhì)構(gòu)造、不整合面發(fā)育和構(gòu)造沉降等綜合分析，認(rèn)為萬(wàn)安盆地的構(gòu)造演化史可劃分為以下4個(gè)階段:

(1)陸緣裂解階段:中生代末－新生代初，東南亞大陸邊緣擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)出現(xiàn)松弛，在越南東南部邊緣沿發(fā)生的張裂帶形成了一系列彼此分割的北東向小型裂谷型地塹或半地塹，大多呈NW向展布，充填陸相粗碎屑堆積，如越南南部海岸茶句附近出露有厚約800m的始新世礫巖。

(2)斷坳沉降階段:晚始新世－早中新世，南海南北向的擴(kuò)張導(dǎo)致萬(wàn)安斷裂發(fā)生右旋運(yùn)動(dòng)，盆地發(fā)生整體斷坳沉降。同時(shí)在派生剪切拉張應(yīng)力作用下，形成了以NE向?yàn)橹鞯穆?、坳相間的地質(zhì)構(gòu)造格局。在斷陷早期，盆地發(fā)育了以河湖相為主的沉積，在早中新世，南海西南次海盆開(kāi)啟，盆地的隆、坳格局進(jìn)一步分化，然后盆地整體從斷陷階段進(jìn)入坳陷階段，沉積相也開(kāi)始以濱、淺海為主。

(3)擠壓反轉(zhuǎn)階段:在中新世中晚期，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)改變，萬(wàn)安斷裂發(fā)生左旋活動(dòng)，產(chǎn)生走滑加擠壓的應(yīng)力場(chǎng)。在此作用下，漸新世－中新世地層發(fā)生斷裂和褶皺，在中部坳陷形成一系列北東向背斜構(gòu)造，在西部發(fā)育斷塊構(gòu)造。其后盆地繼續(xù)沉降，沉積以濱、淺海相主要，同時(shí)發(fā)育三角洲相、臺(tái)地相及生物礁相。

(4)區(qū)域沉降階段:上新世－第四紀(jì)時(shí)期，盆地內(nèi)斷裂體系的活動(dòng)減弱，萬(wàn)安盆地整體處于向東傾斜的大陸架上，整體發(fā)生區(qū)域沉降，在充足的物源條件下，大規(guī)模接受淺海-半深海沉積。

4 對(duì)油氣成藏的指示意義

在盆地形成演化過(guò)程中的斷坳階段，廣泛接受近岸河湖-過(guò)渡相-濱海相沉積，使得始新統(tǒng)－漸新統(tǒng)地層廣泛發(fā)育且厚度較大，這一時(shí)期的沉積對(duì)萬(wàn)安盆地的油氣生成具有關(guān)鍵作用，是盆地主要的生烴層段。在擠壓反轉(zhuǎn)階段，形成了許多斷背斜構(gòu)造、反轉(zhuǎn)構(gòu)造等，斷背斜構(gòu)造既表現(xiàn)出背斜的斷塊等普通油氣圈閉構(gòu)造的性質(zhì)，又具有似花狀構(gòu)造的獨(dú)特性。反轉(zhuǎn)構(gòu)造也是油氣勘探的有利構(gòu)造，早期凹陷在構(gòu)造反轉(zhuǎn)的作用下形成的構(gòu)造高位直接覆蓋在可能具有生油能力的深凹陷之上，其間以斷裂相通，對(duì)油氣聚集有利。因此，擠壓反轉(zhuǎn)階段是油氣聚集的關(guān)鍵期。在區(qū)域沉降階段，盆地大規(guī)模接愛(ài)淺海-半深海相沉積，沉積了一套富含泥質(zhì)的淺海-半深海相碎屑巖，它們構(gòu)成了萬(wàn)安盆地的區(qū)域蓋層，對(duì)油氣的保存具有重要意義。

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