潿西南凹陷流沙港組二段至一段構(gòu)造特征及其對沉積的控制作用

劉一鳴， 胡 林， 張 強， 吳智平， 顏世永， 張 毅， 平明明，張 勐， 郭甜甜， 陳明明

( 1. 中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2. 中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057 )

0 引言

盆地沉積充填受諸多因素控制，如構(gòu)造、氣候、物源供給和湖平面變化等，其中構(gòu)造是最主要控制因素[1-5]。構(gòu)造控制盆地的古地貌形態(tài)，決定物源區(qū)分布范圍、沉積物運移路徑、沉積體系類型及展布等，進(jìn)而控制盆地沉積充填特征[6-12]。潿西南凹陷位于北部灣盆地西北部，為盆地內(nèi)重要富油凹陷。潿西南凹陷整體表現(xiàn)為復(fù)式半地塹，古近紀(jì)構(gòu)造演化可分為裂陷期(長流組—潿洲組三段沉積期)和斷拗轉(zhuǎn)換期(潿洲組二段至一段沉積期)，其中裂陷期又分為裂陷Ⅰ幕(長流組—流沙港組二段沉積期) 和裂陷Ⅱ幕(流沙港組一段—潿洲組三段沉積期)[13]。潿西南凹陷流沙港組二段上、下發(fā)育兩套不同期次、不同方向的斷裂，其中上部地震反射層中斷裂方向主要為82°～84°，下部地震反射層中斷裂方向為72°～73°，反映研究區(qū)經(jīng)歷古新世—中始新世和晚始新世—漸新世末兩期構(gòu)造運動[14-15]；流沙港組二段和一段底界為三級層序界面，在巖性與測井曲線上具有明顯突變特征，在地震剖面上特征表現(xiàn)不明顯，其中流沙港組二段發(fā)育兩個三級層序，流沙港組一段發(fā)育一個三級層序[16]；潿西南凹陷流沙港組二段是盆地內(nèi)主要烴源巖層，發(fā)育巨厚的暗色泥巖、頁巖，上覆流沙港組一段發(fā)育大量濁積扇、扇三角洲、三角洲、湖底扇等類型的沉積砂體，從而成為油氣運移與聚集的有利部位[17-22]。

目前，主要對潿西南凹陷內(nèi)單一構(gòu)造或沉積進(jìn)行研究，缺乏對研究區(qū) “構(gòu)造—沉積”耦合關(guān)系的研究。研究區(qū)流沙港組二段至一段沉積期構(gòu)造特征發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，有關(guān)構(gòu)造轉(zhuǎn)變對研究區(qū)沉積充填影響的研究較少。筆者利用測井、地震等資料，分析潿西南凹陷流沙港組二段至一段斷裂體系發(fā)育和盆地構(gòu)造格局特征，明確研究區(qū)流沙港組二段至一段的構(gòu)造特征，結(jié)合沉積相帶展布，研究研究區(qū)構(gòu)造對沉積充填的控制作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

潿西南凹陷為北部灣盆地北部坳陷的一個重要次級構(gòu)造單元，整體表現(xiàn)為北西斷、南東超、呈NEE向展布的典型新生代箕狀斷陷盆地；北側(cè)為粵桂隆起區(qū)，東側(cè)與企西隆起相鄰，南側(cè)為潿西南低凸起與海中凹陷，面積約為3 000 km2(見圖1)。潿西南凹陷主要受NE-NEE向潿西南斷裂、1號斷裂控制，其中潿西南斷裂控制古新世長流組的發(fā)育，1號斷裂在始新世取代潿西南斷裂而控制流沙港組的發(fā)育，研究區(qū)發(fā)育A、B、C、D、E、F、G和H洼等次級洼陷(見圖1(a))。研究區(qū)古近系與新近系之間發(fā)育明顯區(qū)域性破裂不整合，下部古近紀(jì)屬于裂陷階段，上部新近紀(jì)屬于拗陷階段。研究區(qū)古近系自下而上發(fā)育長流組(Ec)、流沙港組(流沙港組三段El3、二段El2和一段El1)和潿洲組(潿洲組三段Ew3、二段Ew2和一段Ew1)，其中長流組—潿洲組三段沉積期為裂陷階段，潿洲組二段至一段沉積期為斷拗轉(zhuǎn)換階段[13](見圖1(b))。

圖1 潿西南凹陷構(gòu)造單元及古近紀(jì)地層劃分Fig.1 Tectonic units and Paleogene stratigraphic classification in Weixi'nan sag

2 構(gòu)造特征

2.1 斷裂發(fā)育特征

利用高精度三維地震資料，對潿西南凹陷斷裂進(jìn)行識別與解釋，分別繪制流沙港組二段和一段同沉積斷裂圖(見圖2-3)。流沙港組二段沉積期，研究區(qū)構(gòu)造活動強度達(dá)到古近紀(jì)最大，主要發(fā)育大量NE、NE-NEE向斷裂，局部區(qū)域發(fā)育少量近EW向斷裂，形成研究區(qū)最重要的烴源巖層。研究區(qū)主要受NE-NEE向1號邊界斷裂控制，在剖面上表現(xiàn)為高角度鏟式、坡坪式正斷層，斷距巨大，最大斷距超過1.690 km(見圖4(a))，控制凹陷內(nèi)A和D洼的發(fā)育。2號斷裂位于凹陷內(nèi)部，在剖面上主要表現(xiàn)為高角度板式、鏟式形態(tài)，斷距大，最大斷距可達(dá)0.331 km(見圖4(b))；在平面上表現(xiàn)為相對連續(xù)的NEE向斷裂線狀排列，主要控制凹陷內(nèi)B、C和G洼的發(fā)育，且對凹陷內(nèi)次級洼陷起一定分隔作用。3號斷裂為海中凹陷控凹邊界斷裂，主要控制海中凹陷發(fā)育且分隔潿西南凹陷，在剖面上表現(xiàn)為高角度鏟式正斷層，斷距較大；在平面上表現(xiàn)為弧形，且延伸距離長(見圖2、圖3(a))。

流沙港組一段沉積期，研究區(qū)構(gòu)造活動強度明顯減弱，主要發(fā)育較多的近EW向斷裂及少量的NE-NEE向斷裂，控制研究區(qū)重要烴源巖層發(fā)育。研究區(qū)受NE-NEE向1號邊界斷裂控制，在剖面上主要表現(xiàn)為板式或鏟式，斷距明顯較流沙港組二段沉積期的更小，最大斷距為0.460 km(見圖4(a))，控制凹陷內(nèi)A和D洼的發(fā)育。2號斷裂在剖面上表現(xiàn)為坡坪式、鏟式特征，在淺部與次級斷裂組合形成似花狀、多級“y”型，斷距明顯減小，最大斷距為0.180 km(見圖4(b))，在平面上表現(xiàn)為大量小型的近EW向左階雁列式斷裂，主要控制凹陷內(nèi)B、C和G洼的發(fā)育，且逐漸連通A和D洼。3號斷裂在剖面上以高角度鏟式正斷層為主，但斷距減小，且平面上的延伸距離也明顯減小，繼續(xù)分隔潿西南凹陷且控制海中凹陷發(fā)育(見圖2、圖3(b))。

圖2 潿西南凹陷斷裂剖面特征(剖面位置見圖1)Fig.2 Profile characteristics of faults in Weixi'nan sag(section position as shown in fig.1)

圖3 潿西南凹陷流沙港組二段和一段同沉積斷裂Fig.3 Map of syn-depositional faults during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

2.2 構(gòu)造格局特征

根據(jù)高精度三維地震解釋，運用構(gòu)造趨勢外延法恢復(fù)潿西南凹陷各時期地層剝蝕厚度，利用研究區(qū)內(nèi)典型的22口單井進(jìn)行古壓實校正，恢復(fù)原始古地貌形態(tài)，最終反映研究區(qū)流沙港組二段和一段沉積期的盆地構(gòu)造格局(見圖5)。

流沙港組二段沉積期，研究區(qū)構(gòu)造活動強烈，沉降速率明顯大于沉積速率，沉積水體快速上升，沉積范圍廣，沉積水體深。NE-NEE向1號斷裂作為主控斷裂控制整體構(gòu)造格局，研究區(qū)表現(xiàn)為北西斷、南東超、呈NEE向展布的典型箕狀斷陷盆地，從而在研究區(qū)北部和南部分別形成高角度陡坡帶及低角度緩坡帶，洼陷最深可達(dá)2.200 km。 2號斷裂表現(xiàn)為相對連續(xù)的大型NEE向斷裂，分隔凹陷幾個次級洼陷，控制凹陷中央洼陷帶的發(fā)育。3號斷裂作為邊界斷裂而分隔兩個凹陷，控制海中凹陷陡坡帶發(fā)育。潿西南低凸起在該時期處于水下并接受沉積，研究區(qū)物源主要來自于北部的粵桂隆起和東部的企西隆起(見圖5(a))。

圖4 潿西南凹陷流沙港組二段和一段主干斷裂流斷距分布Fig.4 Map of main fault offsets during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

圖5 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積期古地貌Fig.5 Paleogeomorphic characteristics during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

流沙港組一段沉積期，研究區(qū)構(gòu)造活動明顯減弱，沉降速率略大于沉積速率，沉積范圍、沉積水體深度較流沙港組二段沉積期的更小、更淺。NE-NEE向1號斷裂控制研究區(qū)整體構(gòu)造格局，但研究區(qū)北部陡坡帶和南部緩坡帶地形較流沙港組二段沉積期的明顯變緩，洼陷最深可達(dá)0.700 km。2號斷裂由原來相對連續(xù)的NEE向大型斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄺l小型近EW向雁列式斷裂，鄰近EW向小型斷裂相互作用，在中央洼陷帶形成一系列構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，從而對洼陷帶沉積物搬運方向具有明顯控制作用。3號斷裂作為邊界斷裂而分隔海中凹陷，同時控制海中凹陷陡坡帶發(fā)育，坡度較流沙港組二段沉積期的明顯更小。潿西南低凸起在該時期局部出露水面而遭受剝蝕，研究區(qū)物源以北部的粵桂隆起和東部的企西隆起為主(見圖5(b))。

流沙港組二段至一段沉積期，研究區(qū)斷裂方向、數(shù)量、規(guī)模、強度發(fā)生明顯變化，影響整體構(gòu)造格局，反映研究區(qū)在不同時期構(gòu)造特征存在明顯差異，與區(qū)域應(yīng)力場的變化密切相關(guān)；斷裂方向由NE、NEE向轉(zhuǎn)變?yōu)榻麰W向，尤其是2號斷裂由相對連續(xù)的大型NEE向斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄺l小型的近EW向雁列式，說明研究區(qū)應(yīng)力場方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，由早期的NW-SE向拉張轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥诘慕黃-N向拉張；整個北部灣盆地受太平洋板塊俯沖由NNW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向、印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊由軟碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)橛才鲎灿绊?，整個北部灣盆地的主應(yīng)力場由NW-SE向轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃-N向，最終導(dǎo)致研究區(qū)主應(yīng)力場發(fā)生順時針的轉(zhuǎn)變[23-27]。因此，研究區(qū)流沙港組二段至一段沉積期構(gòu)造特征差異，與太平洋板塊俯沖方向由NNW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向、印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊由軟碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)橛才鲎裁芮邢嚓P(guān)。

3 沉積充填特征

3.1 沉積相類型及特征

利用研究區(qū)測井、地震等資料，在潿西南凹陷流沙港組二段和一段共識別6種沉積相類型：近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、曲流河三角洲、湖底扇和湖相。

近岸水下扇在地震剖面上為中弱振幅、低連續(xù)，多為逐漸收斂的楔狀，內(nèi)部主要為低角度發(fā)散結(jié)構(gòu)；測井曲線為較高幅度的齒化特征；巖性主要為厚層的砂礫巖夾泥巖(見圖6(a)、圖7(a))。扇三角洲在地震剖面上為中弱振幅、中低連續(xù)，呈明顯楔狀雜亂反射，具有典型前積反射特征，內(nèi)部為斜交型前積結(jié)構(gòu)；測井曲線為高幅度齒化漏斗狀；巖性主要為中厚層砂礫巖、砂巖夾泥巖(見圖6(b)、圖7(b))。辮狀河三角洲在地震剖面上為中低振幅、中連續(xù)，具有明顯“S”型前積反射特征；測井曲線為低幅度齒化漏斗狀；巖性主要為中厚層含礫砂巖夾泥巖(見圖6(c)、圖7(c))。曲流河三角洲在地震剖面上為中低振幅、中連續(xù)，具有明顯S型前積反射特征；測井曲線為低幅度齒化漏斗狀；巖性主要為中薄層細(xì)砂巖夾泥巖(見圖6(d)、圖7(d))。湖底扇在地震剖面上為中振幅、中低連續(xù)，具有明顯雙下超反射特征；測井曲線為低幅度齒化特征；巖性主要為中薄層砂礫巖、砂巖夾薄層泥巖(見圖6(e)、圖7(e))。湖相包括濱淺湖亞相與半深湖亞相，其中半深湖亞相在地震剖面上為低振幅、高連續(xù)，具有明顯平行反射特征；自然電位曲線位于泥巖基線處，伽馬曲線表現(xiàn)高值特征；巖性主要為巨厚的泥巖、頁巖(見圖6(f)、圖7(f))。

圖6 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積相地震響應(yīng)特征Fig.6 Seismic reflection characteristics of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

圖7 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積相測井響應(yīng)特征Fig.7 Well logging characteristics of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

3.2 沉積相帶展布特征

流沙港組二段沉積期，研究區(qū)構(gòu)造活動強烈，沉積水體快速上升，發(fā)育大面積的半深湖—深湖亞相沉積，在凹陷陡坡處發(fā)育較多快速完全沒入水體堆積的近岸水下扇。其物源來自北部的粵桂隆起，緩坡發(fā)育大量辮狀河三角洲，洼陷內(nèi)發(fā)育較多的湖底扇(見圖8(a))。

圖8 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積相Fig.8 Map of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depostional period in Weixi'nan sag

流沙港組一段沉積期，研究區(qū)構(gòu)造活動強度明顯減弱，但沉積水體較深，主要發(fā)育湖相沉積，在各次級洼陷內(nèi)以半深湖—深湖亞相沉積為主。同時，研究區(qū)凹陷內(nèi)發(fā)育大量沉積扇體，在凹陷長軸方向發(fā)育大型辮狀河三角洲與曲流河三角洲，其中南部大型曲流河三角洲的物源來自粵桂隆起，北部辮狀河三角洲物源來自企西隆起；在凹陷短軸的陡坡處主要發(fā)育大型扇三角洲和少量近岸水下扇，緩坡帶為較大型辮狀河三角洲，洼陷內(nèi)發(fā)育較多湖底扇(見圖8(b))。

4 構(gòu)造對沉積充填的控制作用

4.1 斷裂體系

研究區(qū)邊界控盆1號斷裂在流沙港組二段至一段沉積期表現(xiàn)為NE-NEE向，斷層活動強度和沉積充填特征發(fā)生明顯改變。流沙港組二段沉積期，邊界控盆1號斷裂活動強烈，盆地可容納空間迅速增大，斷裂下盤發(fā)育一系列近岸快速堆積的近岸水下扇沉積，研究區(qū)整體發(fā)育大面積的半深湖—深湖亞相沉積(見圖8(a))。流沙港組一段沉積期，邊界控盆1號斷裂活動明顯減弱，盆地可容納空間較流沙港組二段沉積期的明顯更小，斷裂下盤發(fā)育大量快速堆積的扇三角洲及少量近岸水下扇沉積，且研究區(qū)半深湖—深湖亞相沉積面積明顯減小(見圖8(b))。

研究區(qū)2號斷裂在流沙港組二段至一段沉積期發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，由早期相對連續(xù)的NEE向大型斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄺l小型的近EW向雁列式斷裂，中央洼陷帶內(nèi)發(fā)育多個近EW向的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，作為沉積物的搬運通道而控制中央洼陷內(nèi)的沉積物搬運。研究區(qū)北部陡坡帶的大型扇三角洲發(fā)生滑塌時形成的沉積物，沿洼陷內(nèi)的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶運移至洼陷深處，2號斷裂下降盤發(fā)育一系列的湖底扇，且湖底扇的發(fā)育位置與構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶具有良好的對應(yīng)關(guān)系，體現(xiàn)斷裂體系對沉積充填的控制作用(見圖9)。沿凹陷長軸方向和南部緩坡帶發(fā)育的辮狀河三角洲、曲流河三角洲扇體沉積延伸至洼陷內(nèi)，受構(gòu)造活動作用影響而發(fā)生滑塌，在2號斷裂下降盤堆積并形成湖底扇，因此研究區(qū)流沙港組一段2號斷裂下降盤處的湖底扇沉積可能具有多個物源。

圖9 潿西南凹陷流沙港組一段2號斷裂古地貌形態(tài)與湖底扇分布匹配關(guān)系Fig.9 Matching relationships between paleogeomorphic characteristics and distributions of sublacustrine fan along No.2 fault of Liushagang-1 member in Weixi'nan sag

4.2 構(gòu)造格局

流沙港組二段沉積期，研究區(qū)主要以NE、NEE向斷裂為主控斷裂，構(gòu)造活動強烈，盆地可容納空間快速增大，沉積水體快速上升，潿西南低凸起成為水下低凸起而接受沉積，物源主要來自粵桂隆起和企西隆起。主要發(fā)育大面積的半深湖亞相沉積，北部陡坡帶發(fā)育較多快速堆積的近岸水下扇，南部緩坡帶地形較緩而發(fā)育較多辮狀河三角洲，中央洼陷帶發(fā)育較多的湖底扇沉積，主要分布于2號斷裂周邊，但規(guī)律性不明顯(見圖10(a))。

流沙港組一段沉積期，研究區(qū)主控NE、NEE向斷裂活動性減弱，近EW向斷裂開始大量發(fā)育，構(gòu)造活動較強，盆地可容納空間較流沙港組二段沉積期的明顯更小，且沉積水體較流沙港組二段沉積期的更淺，潿西南低凸起出露水面而遭受剝蝕，物源主要來自粵桂隆起和企西隆起。以湖相沉積為主，但發(fā)育大量沉積扇體，沿凹陷長軸方向發(fā)育大型辮狀河三角洲與曲流河三角洲；沿凹陷短軸的北部陡坡帶以扇三角洲、近岸水下扇沉積發(fā)育為主，南部緩坡帶為大型辮狀河三角洲，中央洼陷內(nèi)發(fā)育較多湖底扇，主要位于2號斷裂下降盤，且與2號斷裂轉(zhuǎn)變形成的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶具有良好的對應(yīng)關(guān)系(見圖10(b))。

圖10 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積期沉積充填模式Fig.10 Models of sedimentary fill during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

5 結(jié)論

(1)潿西南凹陷流沙港組二段沉積期主要受NE-NEE向1號斷裂控制，2號斷裂表現(xiàn)為相對連續(xù)的NEE向大型斷裂，且研究區(qū)發(fā)育大量NE、NE-NEE向次級斷裂；流沙港組一段沉積期，受NE-NEE向1號斷裂控制，2號斷裂表現(xiàn)為大量小型的近EW向雁列式斷裂，研究區(qū)次級斷裂數(shù)量明顯減少，斷裂方向也主要為近EW向。流沙港組二段至一段沉積期，研究區(qū)構(gòu)造轉(zhuǎn)變，與太平洋板塊俯沖方向由NNW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向、印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊由軟碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)橛才鲎裁芮邢嚓P(guān)。

(2)受斷裂體系轉(zhuǎn)變影響，流沙港組二段至一段沉積期，潿西南凹陷構(gòu)造格局發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)為北西斷、南東超、呈NEE向展布的典型箕狀斷陷盆地，但流沙港組二段沉積期盆地沉積水體、沉積范圍較流沙港組一段沉積期的明顯更深、更廣，且2號斷裂轉(zhuǎn)變使洼陷發(fā)育多個近EW向的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，對盆地內(nèi)沉積物搬運和遷移方向具有重要影響。

(3)流沙港組二段至一段沉積期，潿西南凹陷沉積充填特征發(fā)生明顯變化，其中2號斷裂轉(zhuǎn)變形成的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對洼陷的湖底扇展布具有明顯控制作用，構(gòu)造格局轉(zhuǎn)變使研究區(qū)半深湖亞相沉積范圍明顯減小，扇體沉積范圍明顯增加。