陸緣地殼強(qiáng)烈拆離薄化作用下的油氣地質(zhì)特征
——以南海北部陸緣深水區(qū)白云凹陷為例

龐雄，任建業(yè)，鄭金云，劉軍，于鵬，柳保軍

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518054；2. 中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東深圳 518054；3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；4. 同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092）

0 引言

油氣勘探經(jīng)歷了先陸地后海洋、先淺水后深水的發(fā)展，這不但是基于勘探工程技術(shù)的發(fā)展，也與基礎(chǔ)地質(zhì)和油氣地質(zhì)的認(rèn)識(shí)程度有關(guān)。長(zhǎng)期以來，人們對(duì)陸緣深水區(qū)盆地結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)主要來自易于獲取資料的淺水陸架盆地[1]。按照傳統(tǒng)伸展模式，認(rèn)為陸緣深水區(qū)盆地具有與陸內(nèi)盆地和淺水區(qū)盆地相似的結(jié)構(gòu)樣式，即以高角度正斷層控制的斷陷盆地系為特征[2]，深水盆地的油氣地質(zhì)特征與陸內(nèi)和淺水盆地相似，淺水區(qū)的勘探模式可以用于指導(dǎo)深水區(qū)的勘探。然而，南海北部深水區(qū)珠江口盆地白云凹陷經(jīng)過近10年的勘探實(shí)踐和研究，在發(fā)現(xiàn)了一批油氣藏的同時(shí)，也揭示出一系列與淺水區(qū)盆地迥異的特殊地質(zhì)現(xiàn)象：①白云凹陷高角度控洼斷裂并不明顯，為何能形成又寬又深的斷陷，屬坳陷還是斷陷長(zhǎng)期存疑[3-6]。②根據(jù)傳統(tǒng)的伸展模式，斷陷盆地形成及其力源機(jī)制應(yīng)是多幕次，并且是遷移的[6-7]；據(jù)此曾認(rèn)為，南海北部新生代斷陷盆地沉積具有從陸向洋逐漸遷移和變新的趨勢(shì)，并推斷陸內(nèi)盆地的沉積始于古近紀(jì)早期，向洋逐漸變新[6,8-9]，白云凹陷開始沉積的時(shí)間較晚，為始新世晚期[7]。按照上述認(rèn)識(shí)，盡管白云凹陷沉積巨厚，但應(yīng)當(dāng)缺少多數(shù)斷陷主要烴源巖發(fā)育期的中下始新統(tǒng)文昌組；若如此，烴源潛力的評(píng)價(jià)結(jié)果就要大打折扣。但是近年的深水勘探已經(jīng)鉆遇了文昌組[10]，表明傳統(tǒng)模式存在問題。③地震解釋結(jié)合重磁震聯(lián)合反演，發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了由幾乎斷穿地殼的大型低角度拆離斷裂系控制的洼陷結(jié)構(gòu)特征[11]。白云凹陷的結(jié)晶地殼厚度很薄，僅幾千米，地殼減薄與莫霍面（Moho面）上隆呈鏡像關(guān)系，且下地殼伸展程度大于上地殼[12-14]，明顯不同于陸內(nèi)和淺水區(qū)的盆地。地殼薄化程度以及與淺水區(qū)典型半地塹不一樣的凹陷結(jié)構(gòu)特征，意味著深水區(qū)的油氣地質(zhì)條件具有特殊性。④斷陷期地殼薄化最為強(qiáng)烈的白云凹陷，在隨后的拗陷期也出現(xiàn)了高于陸架淺水區(qū)正常斷陷盆地的強(qiáng)烈熱沉降[8]，不但沉積了厚達(dá)6 000 m的地層，而且演化為持續(xù)的深水盆地，顯現(xiàn)出受特殊的沉降機(jī)制控制。⑤深水鉆探揭示了白云凹陷具有極高的地溫梯度[12,15-16]，表現(xiàn)出高地溫梯度作用下的烴源巖生烴、砂巖儲(chǔ)集層成巖作用和油氣成藏等的特殊性。

在長(zhǎng)期從事白云深水區(qū)的油氣勘探研究中，筆者一直嘗試認(rèn)識(shí)這種深水盆地的油氣地質(zhì)特征[12]，但過去的理解和認(rèn)識(shí)明顯受傳統(tǒng)伸展結(jié)構(gòu)模式[2]的制約?；谏煺龟懢壍貧げ痣x薄化新模式[17]，本文試圖探討陸緣地殼伸展拆離薄化背景下的白云凹陷深水區(qū)油氣地質(zhì)特征，期望能對(duì)正在快速推進(jìn)的南海深水油氣勘探有所裨益。

1 陸緣地殼強(qiáng)烈伸展拆離薄化作用與盆地結(jié)構(gòu)

1.1 伸展背景下的拆離斷層

本研究中的拆離斷層是指伸展背景下斷面呈犁式或坡坪式，傾角為10°～30°，水平斷距兩倍以上于垂直斷距的正斷層。針對(duì)擠壓應(yīng)力背景下疊瓦狀逆沖斷層的底板斷層，最早由 Pierce[18]提出拆離斷層（detachment fault），到20世紀(jì)80年代，才逐步形成伸展背景下拆離斷層發(fā)育機(jī)制的認(rèn)識(shí)[19]，并成為巖石圈伸展薄化破裂理論的重要基礎(chǔ)[20]。

Wernicke[21]通過對(duì)北美西部盆嶺區(qū)伸展拆離斷層的研究，提出了巖石圈伸展變形的簡(jiǎn)單剪切變形模式，與 McKenzie[22]的純剪切伸展變形模式一起構(gòu)成了巖石圈伸展變形理論的兩種端元模式。Miller等提出拆離斷層是上盤的脆性變形和下盤韌性變形之間的分界面[23]，并認(rèn)為伸展拆離斷層初始都是以低角度（＜30°）形成并活動(dòng)的。Spencer發(fā)現(xiàn)伸展斷層的去載作用所引起的均衡回跳會(huì)導(dǎo)致下盤發(fā)生旋轉(zhuǎn)[24]，這意味著拆離斷層是由高角度正斷層在伸展過程中上盤斷塊掀斜、多米諾式旋轉(zhuǎn)的結(jié)果。之后，前人深入分析了巖石圈隨深度、溫度、壓力、組分等的不同而呈現(xiàn)出的脆-韌性流變結(jié)構(gòu)差異變化[25]，提出了低角度正斷層發(fā)育的滾動(dòng)樞紐模式[26]，認(rèn)為拆離斷層一旦形成，上盤伸展應(yīng)變就會(huì)集中在拆離面上，并產(chǎn)生大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的位移，而斷層面之下的應(yīng)變則表現(xiàn)為韌性伸展變形[27]。

1.2 地殼拆離薄化機(jī)制

經(jīng)典的板塊構(gòu)造模型認(rèn)為被動(dòng)大陸邊緣的伸展和破裂是一種深度均勻、瞬時(shí)的過程，可劃分為同裂陷伸展和裂后熱沉降兩個(gè)階段[20,28]。這一模式認(rèn)為陸緣深水區(qū)斷陷盆地具有與陸內(nèi)裂谷或淺水陸架區(qū)裂谷相似的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，斷陷盆地之間的類比是指導(dǎo)深水區(qū)油氣勘探行之有效的辦法。然而，南海北部被動(dòng)陸緣深水區(qū)白云凹陷的勘探實(shí)踐表明，無論是地殼厚度、盆地結(jié)構(gòu)、沉積充填、熱流演化，還是油氣的成烴成藏等方面都表現(xiàn)出與淺水陸架區(qū)裂谷盆地極大的不同（見圖1）[10,12]。

圖1 研究區(qū)白云凹陷位置圖和地層柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)[12]）

圖2a為跨南海北部陸緣珠一坳陷、白云凹陷和荔灣凹陷的區(qū)域地震大剖面，以圖2b所示的該區(qū)域主干剖面構(gòu)造-地層格架為基礎(chǔ)，通過速度結(jié)構(gòu)分析，建立速度和密度的巖石物性反演模型，獲得了重-磁-震聯(lián)合反演剖面（見圖2c）。反演結(jié)果確定了地殼底界面（Moho面）以及中、上地殼底界面和盆地基底面的深度，建立了地殼的結(jié)構(gòu)剖面（見圖2c、圖2d）。從圖2可見，南海北部陸緣Moho面深度在陸架北部為29 km，到白云凹陷所處的陸坡位置變淺為19 km，向南到荔灣凹陷繼續(xù)變淺到 15 km，到新生洋殼為基底的深海平原則只有 11.5 km，從陸架、陸坡到深海平原 Moho面呈階梯式抬升。若減去新生代的沉積層，地殼在陸坡部位明顯減薄，在白云凹陷的沉積中心處結(jié)晶地殼厚度只有 5～7 km，Moho面起伏與沉積基底的形態(tài)呈鏡像關(guān)系[12]。地殼強(qiáng)烈薄化，Moho面明顯抬升是南海北部深水區(qū)不同于陸架區(qū)的重要結(jié)構(gòu)特征（見圖2c）。

以上述區(qū)域主干剖面的構(gòu)造-地層格架和地殼結(jié)構(gòu)剖面為基礎(chǔ)，運(yùn)用撓曲回剝、去壓實(shí)以及裂后熱沉降反演模擬等技術(shù)[29]，獲取了圖2e所示的上地殼、地殼和巖石圈的伸展系數(shù)（β）變化剖面。結(jié)果表明，上地殼發(fā)生的伸展和減薄很小，β值為1.1～1.3，而從陸架淺水區(qū)到陸坡深水區(qū)，地殼和巖石圈的伸展系數(shù)卻逐漸增大，并且在荔灣凹陷達(dá)到了最大，地殼β值達(dá)到3.5左右，而巖石圈的β值大于4，明顯大于上地殼；表明從現(xiàn)今的陸架到陸坡深水區(qū)的方向上，地殼和巖石圈的伸展和減薄的規(guī)模及程度逐漸增大，且伸展程度不同，巖石圈發(fā)生了與深度相關(guān)的伸展或圈層差異伸展的流變作用。

前人對(duì)白云凹陷不同圈層的差異伸展也有較深入的研究。趙中賢等認(rèn)為南海北部陸架區(qū)地殼的伸展系數(shù)一般為 1.2左右[30]，而張?jiān)品鹊臄?shù)值模擬結(jié)果顯示，陸坡深水區(qū)白云凹陷的地殼最大伸展系數(shù)達(dá)到4，并且下地殼伸展系數(shù)（最大值為 4）遠(yuǎn)大于上地殼的伸展系數(shù)（最大值為 1.9），為珠江口盆地地殼減薄程度最大區(qū)域[12]。這表明下地殼較上地殼發(fā)生了更為強(qiáng)烈的差異變形或與深度相關(guān)的伸展[12,28,31]。實(shí)際上，包括白云深水區(qū)在內(nèi)的許多被動(dòng)陸緣地殼巖石圈明顯減薄現(xiàn)象，都很難用上地殼脆性斷層的伸展量所平衡，模擬計(jì)算均表明下地殼的伸展程度要遠(yuǎn)大于上地殼[12-13,32-33]。

回剝史計(jì)算獲得的盆地沉降曲線（見圖2f）表明，巖石圈的伸展變形和薄化程度對(duì)表層盆地沉降有重要的控制作用。在陸架淺水區(qū)段，地殼表層、整個(gè)地殼和整個(gè)巖石圈伸展系數(shù)差異不大，即沒有深度相關(guān)的伸展作用發(fā)生，巖石圈的變形機(jī)制以純剪切變形為主，這個(gè)區(qū)段盆地裂后期沉降速率和沉降量均比較有限；而在陸坡深水區(qū)則發(fā)生了與深度相關(guān)的伸展，巖石圈的伸展變形以簡(jiǎn)單剪切或聯(lián)合式剪切為特征，這個(gè)區(qū)段的盆地發(fā)生了比較快速和較大幅度、由拆離斷層控制的同裂陷沉降和裂后期沉降。深水區(qū)巖石圈強(qiáng)烈韌性伸展導(dǎo)致了地表盆地的大幅度沉降，形成了規(guī)模巨大的可容空間。

圖2 南海北部陸緣地殼薄化與沉積盆地結(jié)構(gòu)綜合解釋剖面（剖面位置見圖1）

20世紀(jì)80年代以來，對(duì)Iberia-Newfoundland邊緣的大洋鉆探（Leg103/173/210)[34-36]鉆遇了速度低于8 km/s的蛇紋石化橄欖巖。結(jié)合大量的地球物理探測(cè)和綜合研究[37]，發(fā)現(xiàn)從陸架、陸坡到深海洋盆，貧巖漿型伸展陸緣地殼逐漸薄化以至尖滅，整體呈現(xiàn)為楔形形態(tài)。在薄化尖滅的陸殼和正常的洋殼之間出露了地幔巖組成的洋陸轉(zhuǎn)換帶。研究表明，巖石圈圈層伸展流變差異的拆離作用是地殼巖石圈薄化尖滅的主要原因[38-39]，地殼中位移量巨大的拆離斷層面意味著韌性地殼巖石圈的迅速減薄，以及隨著地殼的尖滅而出現(xiàn)的地幔最終剝露，這與傳統(tǒng)模式中地殼伸展、瞬間斷開形成洋陸轉(zhuǎn)換界面的結(jié)構(gòu)形態(tài)形成鮮明的對(duì)比（見圖3、圖4）[2,17]。

圖3 建立在純剪切伸展模式之上的伸展大陸邊緣模式（據(jù)文獻(xiàn)[2]）

圖4 南大西洋中部陸緣巖石圈構(gòu)造單元?jiǎng)澐?、盆地結(jié)構(gòu)樣式和沉積充填（據(jù)文獻(xiàn)[17]）

大陸巖石圈的伸展破裂不是一個(gè)瞬時(shí)過程[40-41]，而是經(jīng)歷了橫向上從陸到洋，縱向上從地表到 Moho面，最終到巖石圈底界破裂的序列變形過程。斷層的發(fā)育也隨著地殼巖石圈的薄化，從小型高角度的正斷層，逐漸向下深切入中下地殼，發(fā)育演變?yōu)榈徒嵌鹊拇笮筒痣x斷層（見圖5）。

研究發(fā)現(xiàn)白云凹陷是由位于南側(cè)的一組斷面北傾、傾角上陡下緩、斷面延伸至 Moho面附近的地殼深部拆離斷裂系控制的斷陷（見圖2a、圖2d、圖6）。該大型拆離斷層帶向深部逐漸匯聚到8～9 s雙程旅行時(shí)間深度上的 Moho面附近，主拆離面深部?jī)A角一般為10°～20°，一些典型剖面上顯示為較復(fù)雜的坡-坪式交互的斷層幾何形態(tài)，主斷層面往往發(fā)育多條次級(jí)的同向鏟式斷層，這些次級(jí)鏟式斷層呈扇形、“Y”形向下延伸，最終匯聚于主拆離面之上。拆離斷層帶構(gòu)成了白云凹陷斷陷期的南部邊界，平面上總體呈近東西向展布，地震剖面上可追蹤的延伸長(zhǎng)度逾200 km。與拆離斷層帶相伴生，其上盤的撓曲變形作用形成了大型滾動(dòng)背斜，卷入了早期的斷層。拆離斷層滑距的水平分量最大超過40 km，其與落差的比值最大可以達(dá)到5︰1。在南海北部陸坡深水和超深水區(qū)，均普遍發(fā)育了這類拆離斷層，如鶴山凹陷、荔灣凹陷、興寧—靖海凹陷（見圖1），以及瓊東南盆地的深水區(qū)等?？梢哉J(rèn)為，白云凹陷巨大的水平位移分量是中下地殼發(fā)生強(qiáng)烈韌性伸展在凹陷結(jié)構(gòu)中的表現(xiàn)，拆離斷裂則構(gòu)成了下地殼韌性流變、強(qiáng)烈伸展薄化與脆性上地殼差異變形的分界。

1.3 陸緣地殼伸展拆離薄化與寬深斷陷的盆地結(jié)構(gòu)

圖5 伸展作用下的地殼拆離薄化與斷陷結(jié)構(gòu)演變關(guān)系圖

被動(dòng)陸緣經(jīng)歷了完整的伸展演化過程，總體上從陸緣的內(nèi)側(cè)陸架區(qū)到外側(cè)的陸坡區(qū)，隨著巖石圈薄化程度的提高，變形越來越向巖石圈最后裂解成洋的方向遷移和集中，最后完全集中在擴(kuò)張中脊釋放區(qū)域拉伸應(yīng)力（見圖 4）。從大陸巖石圈伸展、薄化、地幔剝露和裂解的遞進(jìn)變形過程中，表現(xiàn)出幕式伸展、應(yīng)變集中及變形遷移和轉(zhuǎn)化[11,40-41]。陸緣伸展作用首先從純剪切伸展脆性上地殼破裂，形成均勻分布的、由高角度斷層控制的窄條狀斷陷群開始，然后是脆性層高角度斷層繼續(xù)深切，進(jìn)入上下地殼脆韌性帶，由于上下地殼在伸展作用的應(yīng)變差異而產(chǎn)生拆離面，此后的伸展作用應(yīng)變集中到下地殼，使下地殼韌性層產(chǎn)生明顯的韌性流變，上地殼斷裂的上盤則因下地殼的韌性伸展而沿著拆離面被拉開滑移產(chǎn)生巨大的位移量，早期的窄條狀斷陷演變?yōu)閷捝顢嘞荩ㄒ妶D5、圖6），持續(xù)的深部伸展作用可以導(dǎo)致下地殼被進(jìn)一步拉薄甚至缺失，最終地殼巖石圈完全破裂，地幔巖石圈被剝露出來[42]。

上述演化模式表明，大多數(shù)陸緣深水區(qū)陡傾正斷層控制的斷陷主要形成于伸展早期，上地殼均一伸展，水平斷距小，落差也不大，控盆邊界斷層的傾角為60°～68°。盆地的規(guī)模普遍較小，深斷陷的發(fā)育期也比較短（見圖5）。而大型拆離斷層控制的斷陷，其水平斷距和落差普遍比陡傾正斷層控制的斷陷要大，且水平斷距與落差的比值也較大，因此，形成寬而深的斷陷（見圖5）。韌性下地殼伸展系數(shù)越大，薄化程度越強(qiáng)，上地殼已經(jīng)形成的深斷陷水平位移就越大。寬深斷陷是陸緣地殼強(qiáng)烈薄化帶最重要的地貌特征，明顯不同于陸內(nèi)地殼伸展程度有限的高角度斷裂控制的窄條斷陷。

圖6 白云凹陷3D地震解釋剖面圖（剖面位置見圖1）

白云凹陷就是一個(gè)受地殼強(qiáng)烈拆離薄化作用所控制的巨型寬深斷陷，該凹陷長(zhǎng)度約200 km，最大寬度95 km，面積達(dá)1.26×104km2，凹陷新生界厚度達(dá)13 km，現(xiàn)今水深500～2 000 m（見圖2）。根據(jù)地震剖面時(shí)深轉(zhuǎn)換測(cè)量計(jì)算，白云凹陷斷陷期地層最大沉積厚度超過7 km，而控凹斷層系的總垂直斷距4.4 km，總水平位移距離最大達(dá)40 km，圖6剖面的Tg面斷層總水平位移距離 21 km，各分支斷層 Tg附近斷面傾角 11°～46°，在深部下地殼的斷層面傾角接近于水平。與之對(duì)應(yīng)的是，白云凹陷所處的地殼巖石圈則強(qiáng)烈伸展，顯著薄化（見圖2d）。重磁震聯(lián)合反演結(jié)果表明（見圖2c），凹陷上地殼被斷開，下地殼減薄至數(shù)千米，巖石圈伸展系數(shù)可達(dá)4左右，且下地殼伸展系數(shù)大于上地殼（見圖 2e）；這些特征充分表明，地殼強(qiáng)烈伸展、圈層差異拆離薄化導(dǎo)致了白云凹陷巨型寬深斷陷的形成。

2 寬深斷陷與湖相規(guī)模烴源巖

由于圈層脆韌性差異，陸緣地殼伸展拆離薄化是一個(gè)有序的變化過程，對(duì)應(yīng)地表斷陷的發(fā)育和演化有以下3個(gè)階段（見圖5）。首先，伸展作用早期（早始新世文昌組下部沉積期），地殼伸展程度有限，主要表現(xiàn)為上地殼均一伸展形成的陡傾正斷層，斷層未完全切開上地殼，下地殼弱伸展、薄化不明顯，地表發(fā)育均一分布的、由陡傾高角度正斷層控制的窄條箕狀半地塹斷陷（見圖5）。這個(gè)時(shí)期地表地形落差大，隆坳相間，小型盆地之間分隔性強(qiáng)，相對(duì)于周邊的供源區(qū)面積而言，斷陷提供的沉積可容空間有限，易于發(fā)育補(bǔ)償—過補(bǔ)償沉積，半地塹盆地內(nèi)表現(xiàn)為沿控洼斷層延伸的斷陷長(zhǎng)軸方向供源為主、環(huán)洼周邊均有明顯沉積物進(jìn)入的供源體系。因此，洼陷的周緣帶主要為河流、三角洲、扇三角洲和沖積扇等粗碎屑沉積充填，洼陷中部發(fā)育范圍較小的欠補(bǔ)償湖相—半深湖相沉積，湖相面積和體積占整個(gè)洼陷比例相對(duì)較小。南海北部陸架區(qū)珠江口盆地珠一坳陷的斷陷由于地殼伸展程度有限，以發(fā)育這種高角度斷裂控制的窄條斷陷為特征（見圖2、圖7）。

圖7 珠江口盆地東部斷陷期地層厚度圖

伸展作用的中期階段（約為中始新世文昌組上部沉積期），隨著伸展作用增強(qiáng)，應(yīng)變遷移并集中到一些斷裂帶上，這些斷層向下深切進(jìn)入地殼內(nèi)部的韌性流變層，演變成大型的伸展拆離面（見圖5），早期的窄條狀半地塹發(fā)育演變?yōu)橛刹痣x斷層控制的寬深斷陷。寬深斷陷具有的深斷、斷層上盤巨大的滑移量及其旋轉(zhuǎn)掀斜的盆形結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致了獨(dú)具特色的沉積體系。斷層持續(xù)深切使得落差加大，盆地加深，拆離斷裂的發(fā)育程度反映了下地殼韌性層流變薄化作用強(qiáng)度，也使得斷陷的沉降加劇。拆離斷層的水平斷距大意味著盆地大幅度加寬，由此形成相較于伸展作用早期斷陷盆地的深度、寬度、面積和體積均更大的沉積可容空間。

拆離斷裂的發(fā)育使得斷層上盤發(fā)生旋轉(zhuǎn)掀斜作用，旋轉(zhuǎn)掀斜的翹傾端強(qiáng)烈抬升，遭受剝蝕，成為斷陷最主要的物源區(qū)，斷層上盤旋轉(zhuǎn)掀斜的傾沒端為深沉降區(qū)，發(fā)育大面積欠補(bǔ)償?shù)拇笮蜕詈虬肷詈喑练e，而斷層上盤中段的緩坡帶則為掀斜翹傾端主要物源區(qū)沉積物的過路區(qū)，發(fā)育大規(guī)模的河流和三角洲沉積（見圖5c、圖8a、圖8b）。拆離斷層的犁式形態(tài)往往導(dǎo)致上盤地層滾動(dòng)形成撓曲帶，控制了盆地的地貌形態(tài)，撓曲背斜軸成為分隔緩坡區(qū)三角洲沉積環(huán)境和傾沒端快速沉降區(qū)半深湖—深湖沉積環(huán)境的構(gòu)造坡折帶[43]（見圖5c、圖8b）。拆離斷層的旋轉(zhuǎn)掀斜作用會(huì)導(dǎo)致陡坡一側(cè)的斷層下盤基巖面傾向背離斷陷盆地，被剝蝕的沉積物較少進(jìn)入斷陷，因此，斷層陡坡扇三角洲不發(fā)育。寬深斷陷具有更大比例的欠補(bǔ)償沉積，因而，具備形成規(guī)模湖相烴源巖的沉積可容空間。

伸展作用的晚期階段（晚始新世恩平組沉積期），脆性上地殼已經(jīng)完全被斷開，斷層的活動(dòng)不明顯，而下地殼韌性伸展流變作用仍然持續(xù)，導(dǎo)致地殼表面繼續(xù)沉降深陷，拆離斷層控制的寬深斷陷轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮偷牡螖噗昱璧兀ㄒ妶D5），沉積地層主要為不受或少受斷層控制，以地層上超充填結(jié)構(gòu)為特征。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，伸展作用的晚期階段，如果韌性下地殼繼續(xù)發(fā)生強(qiáng)烈的伸展薄化，也會(huì)具有明顯的地表沉降、發(fā)育半深湖沉積環(huán)境的條件。

整個(gè)伸展階段期間，陸緣深水區(qū)一直都處于強(qiáng)烈伸展的斷陷發(fā)育過程，相對(duì)于陸緣淺水區(qū)（地殼伸展程度弱的地區(qū)），不但有更大的沉降速率和更大的沉積可容空間，在斷陷發(fā)育的時(shí)間尺度上也是最長(zhǎng)的；如伸展階段中期，應(yīng)變遷移集中導(dǎo)致深水區(qū)下地殼強(qiáng)烈拆離薄化和地表的深陷，發(fā)育寬深斷陷，而此期間淺水區(qū)伸展程度較小，斷裂活動(dòng)弱，斷陷的沉積可容空間增量有限。需要說明的是，寬深斷陷的寬度主要與下地殼韌性層的伸展薄化程度有關(guān)，斷陷的深陷程度則與上地殼脆性層的厚度和下地殼薄化導(dǎo)致的均衡沉降有關(guān)。另外，隨著地殼甚至整個(gè)巖石圈的薄化，重力均衡作用將可能使陸緣地表在伸展階段的中后期某個(gè)時(shí)候沉陷至低于海平面以下，此時(shí)如果有海水進(jìn)入，則可以發(fā)育海相沉積環(huán)境。

圖8 白云凹陷斷陷期沉積相平面圖和剖面圖

綜上所述，寬深斷陷、發(fā)育拆離期大型三角洲和湖相烴源巖沉積是陸緣深水區(qū)的最顯著特征。白云凹陷寬深斷陷的可容納空間巨大，根據(jù)基底Tg減去恩平組頂面T70厚度圖計(jì)算總沉積體體積，斷陷期始新統(tǒng)文昌組和恩平組沉積時(shí)期形成的沉積物總體積達(dá)到了28 828 km3，是整個(gè)南海北部陸架淺水區(qū)珠一坳陷22個(gè)陡傾正斷層控制的半地塹內(nèi)文昌組和恩平組沉積物總體積（12 662 km3）的兩倍還多（見圖7）。根據(jù)洼陷結(jié)構(gòu)、層序地層和沉積體系的綜合分析，受控于南側(cè)拆離斷裂系的強(qiáng)烈伸展作用，斷層上盤強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)掀斜作用導(dǎo)致凹陷北側(cè)番禺低隆起的強(qiáng)烈抬升，成為凹陷沉積充填最主要的供源區(qū)，在凹陷的北部緩坡區(qū)發(fā)育了多旋回疊合出現(xiàn)的“S”形前積地震反射（見圖8c、圖8d），前積反射地震相自北向南跨度達(dá)40 km，反映了來自北部物源的多個(gè)層序的大型三角洲沉積（見圖8c、圖8d），北部物源的沉積作用幾乎覆蓋了凹陷的主體。凹陷中部的地震剖面可以識(shí)別出近東西走向分布的撓曲坡折帶（見圖5c），坡折帶附近具有典型“S”形的前積地震相（見圖8d）；去壓實(shí)恢復(fù)后可以測(cè)算出，“S”形反射的頂積層到底積層落差超過150 m，基本反映當(dāng)時(shí)湖盆的水深狀況[12]，白云凹陷湖相—半深湖相最大面積達(dá)3 300 km2。

白云凹陷深水區(qū)已有少量探井鉆達(dá)斷陷期始新統(tǒng)文昌組—恩平組，鉆探資料表明，斷陷期發(fā)育以北部供源為主的大型三角洲—湖相沉積體系。白云凹陷西北部的P33探井（見圖1）鉆穿了千余米厚的恩平組，主要為河流—三角洲相沉積，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型Ⅱ2型為主，總有機(jī)碳含量平均達(dá)到1.76%[12]。凹陷東南部的另一口探井W4（見圖1）證實(shí)了文昌組半深湖相沉積的存在[10]，該井在文昌組鉆遇了近50 m厚富含淡水浮游藻類和孢粉化石的泥巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型，總有機(jī)碳含量為 1.36%～1.72%，氫指數(shù)達(dá)到 408～565 mg/g，淡水浮游藻類含量達(dá)到 60%～90%，其中盤星藻最多，其次是粒面球藻和光面球藻，見零星葡萄藻和刺面球藻。葡萄藻、盤星藻等浮游藻類的富集表明存在富營(yíng)養(yǎng)水體、高生產(chǎn)力的湖相環(huán)境，球藻類繁盛于礦化度較高、水較深的湖泊。據(jù)此可知，該井段文昌組沉積于具有一定礦化度的淡水湖泊環(huán)境，而且湖水生產(chǎn)力高，浮游藻類繁盛。凹陷北部巨厚的粗粒陸源碎屑沉積表明沉積物源主要來自北側(cè)，是白云凹陷控洼斷裂深部拆離作用導(dǎo)致上盤旋轉(zhuǎn)掀斜，番禺低隆起抬升、遭受剝蝕成為主要物源區(qū)的沉積。白云凹陷南部是拆離斷層上盤旋轉(zhuǎn)掀斜的傾沒端，快速沉降使之持續(xù)發(fā)育面積大、水體深的湖盆環(huán)境，易于沉積厚度大，分布廣泛的半深湖相—深湖相烴源巖（見圖8b）。

3 裂后差異沉降對(duì)深水沉積儲(chǔ)集層的控制

有關(guān)南海北部深水區(qū)層序地層格架、陸架坡折帶、沉積環(huán)境、沉積體系、深水砂巖儲(chǔ)集層分布等已經(jīng)有諸多研究[12,44-46]，這些研究認(rèn)為深水重力流和陸架邊緣三角洲砂巖是白云凹陷深水區(qū)最重要的儲(chǔ)集層，陸架坡折帶和三級(jí)層序低位期控制著陸架邊緣三角洲和陸坡深水重力流砂巖儲(chǔ)集層的分布；研究還發(fā)現(xiàn)，早中新世以來，白云凹陷及其以南的區(qū)域就與現(xiàn)今一樣處于深水陸坡的沉積環(huán)境，陸架坡折帶長(zhǎng)期穩(wěn)定位于白云凹陷的北側(cè)，并控制了中新世以來的沉積環(huán)境（見圖2f），在陸架坡折帶以北為淺水陸架沉積環(huán)境，寬廣的陸架區(qū)發(fā)育受海平面升降影響而頻繁變遷的、由古珠江供源的三角洲沉積。在陸架坡折帶以南，盆地長(zhǎng)期快速沉降維持了陸坡深水環(huán)境，沉積了巨厚的以深水重力流為主的地層，其中的重力流砂巖是南海北部陸緣深水勘探重要的儲(chǔ)集層[44-46]。白云凹陷所在的陸坡區(qū)裂后沉積厚達(dá) 6 000 m，是北部陸架區(qū)同期地層厚度的兩倍多，至今水深范圍為 500～2 000 m。長(zhǎng)期以來，這種在較快沉積充填條件下仍然維持深水環(huán)境，并且陸架坡折帶位置基本穩(wěn)定保持不變的特殊現(xiàn)象，被認(rèn)為是存在異常構(gòu)造沉降作用，但原因眾說紛紜[46-48]。

最近研究表明，陸緣巖石圈的強(qiáng)烈拆離薄化作用直接影響了拗陷期的熱沉降程度和沉積環(huán)境。地層的去壓實(shí)恢復(fù)計(jì)算證實(shí)，白云凹陷和荔灣凹陷的拗陷期沉降速率要比北部坳陷帶和番禺低隆起區(qū)要大得多（見圖2f），表明盆地裂后期的熱沉降幅度與巖石圈的伸展系數(shù)正相關(guān)。大體以現(xiàn)今的陸架坡折帶為界（見圖2b、圖2f），南北兩側(cè)具有顯著的裂后期差異沉降。斷陷期地殼伸展薄化量小的地區(qū)，在拗陷期熱沉降量也相對(duì)小，主要形成淺水陸架沉積環(huán)境；斷陷期地殼強(qiáng)烈伸展拆離薄化的地區(qū)，如白云—荔灣凹陷區(qū)域，拗陷期熱沉降幅度也比較大，發(fā)育成為陸坡深水—超深水沉積環(huán)境，兩者沉降的差異就構(gòu)成了構(gòu)造控制型陸架坡折帶，即使有巨大的沉積物供給，陸架坡折帶仍然長(zhǎng)期維持在白云北坡位置不變[46]。南海北部拗陷期陸架坡折帶基本保持在陸緣地殼薄化的變化帶上的特征表明，斷陷期巖石圈薄化導(dǎo)致的地幔軟流圈上涌程度直接影響了拗陷期熱沉降程度，并以此控制了拗陷期陸架和陸坡沉積環(huán)境，以及沉積體系的展布和深水儲(chǔ)集層分布。

4 高熱流成因及其對(duì)油氣成藏的影響

南海北部深水區(qū)表現(xiàn)出與地殼巖石圈拆離薄化趨勢(shì)一致的高地表熱流特征。強(qiáng)烈拆離作用使得深水區(qū)地殼急劇薄化，Moho面迅速抬升（見圖2d、圖2e），相應(yīng)的地幔巖石圈也會(huì)強(qiáng)烈薄化，地幔軟流圈明顯上隆，導(dǎo)致地表熱流升高。位于北部陸架區(qū)的西江凹陷，伸展程度弱，結(jié)晶地殼厚度約20 km，鉆井揭示的地溫梯度為2.6 ℃/100 m；向南延伸，地溫梯度逐漸增大，至陸架邊緣達(dá)到3.5 ℃/100 m；位于南海北部陸坡區(qū)的白云凹陷，地殼強(qiáng)烈拆離薄化到約7 km，W3-1井地溫梯度為 5.2 ℃/100 m，到荔灣凹陷進(jìn)一步增大，達(dá)到6.5 ℃/100 m（W21-1井），在陸坡底部的陸殼邊緣地溫梯度更是達(dá)到8.4 ℃/100 m（ODP1148井）。從陸架到陸坡，熱流和現(xiàn)今地溫梯度總體呈逐漸增高的趨勢(shì)，與地殼巖石圈的減薄程度以及巖石圈熱力學(xué)界面（1 300 ℃絕熱界面）向海方向逐漸抬升的總趨勢(shì)是一致的。唐曉音等研究認(rèn)為，南海北部陸緣大地?zé)崃髋c巖石圈厚度存在良好的指數(shù)相關(guān)性[16]，因此，南海北部陸緣巖石圈拆離減薄程度控制了深水區(qū)大地?zé)崃骺傮w變化趨勢(shì)，巖石圈伸展拆離薄化是南海北部深水區(qū)具典型“熱盆”特征的重要原因[15]（見圖2）。

地殼薄化導(dǎo)致的高熱流背景提供了深水區(qū)獨(dú)特的成巖和成烴熱演化條件，并將導(dǎo)致油氣運(yùn)移成藏的特殊性。白云凹陷新生代沉積地層厚度達(dá)到13 km，斷陷期文昌組和恩平組發(fā)育大型三角洲和湖相沉積，是白云凹陷潛在的烴源巖，現(xiàn)今埋深在3～13 km。由于長(zhǎng)期深陷、烴源巖層系多、疊覆地層厚，因此，凹陷的接續(xù)生烴期長(zhǎng)。據(jù)生烴史的理論模擬結(jié)果（見圖 9），當(dāng)?shù)販靥荻扔? ℃/100 m增大到5 ℃/100 m時(shí)，烴源巖進(jìn)入主生油窗埋藏深度可由4 200～5 700 m變淺到2 600～3 600 m，主生氣窗埋藏深度可由5 700～6 800 m變淺到3 600～4 200 m。此外，高地溫背景下更易于生成液態(tài)烴[49]。在高達(dá)5 ℃/100 m以上地溫梯度背景下，烴源巖顯示出生烴早、成熟快、生烴窗口變淺變窄、生成更多的液態(tài)烴和易于產(chǎn)生生烴超壓等特殊的生烴條件和成烴演化過程。高地溫梯度對(duì)碎屑沉積物的成巖演化亦產(chǎn)生重要影響。異常高地溫梯度加快了砂巖的壓實(shí)速率，也使得水-巖反應(yīng)作用提前，各種膠結(jié)作用、黏土礦物微孔化增強(qiáng)。白云凹陷的鉆井發(fā)現(xiàn)，地溫梯度高的地區(qū)，砂巖成巖序列提前出現(xiàn)，儲(chǔ)集層物性開始變差的層位變淺，當(dāng)?shù)販靥荻确謩e在大于5.0℃/100 m，4.5 ℃/100 m和小于4.0 ℃/100 m時(shí)，砂巖儲(chǔ)集層孔隙度下降至12%、滲透率降低至1×10-3μm2的埋深分別為2 300，2 700和3 500 m[50]。

圖9 烴源巖排烴頂界限與砂巖滲透率下限關(guān)系圖

地溫梯度升高，有利儲(chǔ)集層下限變淺，生烴窗口（Ro值為0.7%～2.0%）會(huì)變得更窄（見圖10）。地溫梯度為（3.0～4.0）℃/100 m時(shí)，處于油氣大量生成和排烴的早期，周邊的砂巖滲透率普遍仍然較好，能夠以浮力的形式排出和輸導(dǎo)油氣，易于形成常規(guī)油氣藏。當(dāng)?shù)販靥荻却笥?.0 ℃/100 m時(shí)，烴源巖大量排烴時(shí)周邊砂巖已經(jīng)致密，毛細(xì)管阻力大，難以以浮力的形式輸導(dǎo)油氣，因此，生烴超壓、相勢(shì)驅(qū)動(dòng)、幕式排烴[51]可能是主要成藏模式。

圖10 珠江口盆地油氣成藏概念模式圖

5 結(jié)論

陸緣盆地的構(gòu)造演化受控于陸緣地殼序列式薄化作用而呈現(xiàn)出規(guī)律變化。地殼伸展程度弱的地區(qū)，發(fā)育由陡傾正斷層控制的窄斷陷群，相應(yīng)的拗陷期也表現(xiàn)為弱的熱沉降，演化為陸架區(qū)；地殼強(qiáng)烈伸展薄化區(qū)，發(fā)育圈層伸展差異拆離斷層控制的寬深斷陷，記錄了更為完整的伸展裂陷作用過程，拗陷期更強(qiáng)烈的熱沉降使之演化為深水陸坡區(qū)。陸架淺水區(qū)和陸坡深水區(qū)的構(gòu)造演化過程和地層格架有顯著差異。

深水區(qū)裂陷期經(jīng)歷了早期上地殼脆性伸展高角度斷裂控制的窄條斷陷、中期地殼脆韌性差異伸展低角度拆離斷裂控制的寬深斷陷、晚期以韌性地殼形變?yōu)橹鞯牡螖噗昱璧匮莼^程。裂陷期的中晚期，巖石圈伸展作用遷移集中至陸緣深水區(qū)，下地殼韌性薄化明顯，受穿過地殼的大型拆離斷裂控制而發(fā)育的寬深斷陷是深水區(qū)盆地重要的結(jié)構(gòu)特征。

陸緣地殼強(qiáng)烈拆離薄化形成的白云凹陷寬深斷陷為大型三角洲—湖相沉積體系和規(guī)模烴源巖的發(fā)育提供了可容空間；陸緣巖石圈薄化程度的差異還導(dǎo)致裂后熱沉降差異，控制了拗陷期陸架坡折帶的發(fā)育和深水儲(chǔ)集層沉積環(huán)境；巖石圈強(qiáng)烈薄化、幔源上升導(dǎo)致的高熱流背景，使得深水區(qū)具有更窄、更淺的生烴窗口、更強(qiáng)的生烴強(qiáng)度、更強(qiáng)的砂巖儲(chǔ)集層熱成巖作用，并由此具有特殊的油氣成藏條件。

圈層差異流變控制的伸展拆離作用是導(dǎo)致南海北部陸緣深水區(qū)地殼強(qiáng)烈薄化的主要機(jī)制，處于細(xì)頸化帶的白云凹陷基底巖石圈強(qiáng)烈薄化，其所顯示出來的獨(dú)特的油氣地質(zhì)特征值得進(jìn)一步深入研究，并引起深水油氣勘探開發(fā)的重視。

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