北部灣盆地烏石凹陷剪刀式開合構造特征及成因

李 才 胡 林 楊希冰 平貴東 董貴能

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.東北石油大學地球科學學院，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

北部灣盆地為南海北部新生代典型的斷陷盆地，位于印澳—歐亞板塊碰撞的“擠出—逃逸構造區(qū)”和“古南海俯沖拖曳構造區(qū)”兩大區(qū)域構造變形區(qū)的結合部位，受板塊之間的相對運動和相互作用，盆地構造演化較為復雜［1-3］。目前，北部灣盆地油氣勘探已取得豐碩成果，但進一步擴大勘探成果難度不斷增大，急需優(yōu)選出潛在的富生烴凹陷，尋找新的儲量增長方向。伴隨著海洋油氣勘探力度的逐步加大，人們對該盆地的主體構造特征已有較為清晰的認識，但在盆地具體構造性質及形成機制方面尚未達成共識，對盆地多應力機制下構造演化特征、斷裂樣式及其成因機制的研究尚不深入，無法對富生烴凹陷進行充分認識，進而影響對潛在富生烴凹陷的優(yōu)選。烏石凹陷位于北部灣盆地中部，是被證實的富生烴和含油氣凹陷，目前勘探發(fā)現(xiàn)集中在烏石凹陷東區(qū)的反轉隆起帶。筆者在總結借鑒已有的反轉構造機制下［4-9］，通過對烏石凹陷東區(qū)構造的解析，提出了控制油氣藏聚集的反轉隆起帶形成機制新認識，以期為區(qū)域相似背景下的油氣勘探提供參考。

1 烏石凹陷地質概況

烏石凹陷是北部灣盆地南部坳陷中、新生代發(fā)育起來的一個次級凹陷，南接流沙凸起，緊鄰邁陳凹陷，北面為企西隆起（圖1）。凹陷東西部分別受⑦號、⑥號斷裂控制形成南斷北超（東洼）和北斷南超（西洼）的凹陷結構。凹陷（沉積）地層包括古近系長流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組和第四系。主力烴源巖為流沙港組層段，為一套中深湖相烴源巖。先后經歷古近紀裂陷和新近紀裂后沉降階段。其中，裂陷可分為初始裂陷期、強烈裂陷期和晚裂陷期3 個階段：①初始裂陷階段。晚白堊世末—古新世時期，太平洋俯沖板塊后退，南海北部陸緣及鄰區(qū)完全為伸展環(huán)境，在NW 向拉張應力作用下，NE 向發(fā)育的斷裂控制了盆地的沉積充填，沉積了河流相長流組地層。②強烈裂陷階段。始新世早期受太平洋板塊俯沖方向、速度的變化及古南海向南俯沖的影響，北部灣地區(qū)繼承了早期的盆地格局，表現(xiàn)為快速裂陷，進入成盆高峰期。烏石凹陷⑦號斷裂活動性增強，控制了烏石凹陷的沉降中心，沉積了流沙港組巨厚烴源巖層。始新世末期，北部灣盆地抬升剝蝕，流沙港組二段頂面形成區(qū)域不整合（T83）。③晚期裂陷階段。漸新世開始，菲律賓板塊NW 向移動，古南海繼續(xù)向南俯沖。印度板塊與歐亞板塊持續(xù)的硬碰撞造成青藏高原及鄰區(qū)強烈的構造變形及華南陸緣地幔物質向南運動。此時期南海北部陸緣盆地再次裂陷，應力場轉變?yōu)榻黃N向伸展，北部灣盆地EW向斷裂為主要活動期，烏石凹陷表現(xiàn)為⑥號斷裂強烈活動，控制了潿洲組沉積。漸新世末期，澳大利亞板塊碰撞歐亞板塊導致伸展運動停止，紅河斷裂帶的左旋運動巔峰期過后，運動速率改變，由加速變?yōu)闇p速，北部灣盆地抬升剝蝕，形成區(qū)域性不整合（T60）。

圖1 烏石凹陷構造位置與基底斷裂疊合圖

2 烏石凹陷漸新世末期剪刀式開合構造

漸新世末期，盆地受擠壓作用影響褶皺抬升，基本奠定了現(xiàn)今坳隆相間的構造格局，如潿西南南部隆起帶、烏石凹陷東區(qū)反轉構造帶等。這些隆起帶均為NE-NNE向展布，表明受到局部EW-NW向的擠壓運動。特別是烏石凹陷東區(qū)反轉構造帶，其東北部形成了一個寬緩的鼻狀隆起，區(qū)帶發(fā)育的EW向和NNW向兩組斷層形成了西側伸展、東側擠壓的兩個“剪刀式開合”構造變形區(qū)。

2.1 漸新世末期剪刀式開合構造特征

烏石凹陷東區(qū)反轉構造帶及周緣存在構造變形分區(qū)，控制了烏石凹陷東洼的主要構造變形區(qū)。漸新世末期形成兩組一側伸展、一側擠壓的“剪刀式開合”構造。整體上以東北部擠壓形成的大范圍寬緩背斜為軸，兩側發(fā)育兩個構造變形區(qū)，兩個變形區(qū)都表現(xiàn)為西側伸展、東側擠壓的特征。東側擠壓作用形成NE 向逆斷層，西側伸展形成一系列正斷層，構造變形區(qū)越向西區(qū)延伸，斷裂的活動性越強，伸展量越大（圖2）。但各變形區(qū)內部變形強度存在明顯的差異，各控制東部形成的斷裂為逆沖斷層，西部形成EW 向、NNW 向兩組撕裂斷層，其中，EW向撕裂斷層活動“西強東弱”，NNW向撕裂斷層活動“南強北弱”。

圖2 烏石凹陷潿洲組一段厚度圖（疊合T70斷層）

2.2 構造成因分析

研究表明，共軛走滑斷層及其分隔的斷塊體在側向擠壓作用下斷層發(fā)生滑動位移，夾持于其間的塊體發(fā)生扭動旋轉［10-11］。扭動旋轉使塊體邊緣呈現(xiàn)中心對稱式的伸展區(qū)和擠壓區(qū)（圖3）。

圖3 共軛走滑斷層變形樣式圖

北部灣盆地南部坳陷基底發(fā)育一系列NE 和NW向共軛交叉斷裂，這些斷裂相互交叉將基底切割成不同的塊體。在側向擠壓作用下共軛斷層及其分隔斷塊體發(fā)生旋轉，企西隆起、流沙凸起呈V 字型排列，區(qū)域右旋壓扭引起凸起扭動旋轉，造成烏石西區(qū)局部伸展、烏石東區(qū)發(fā)生擠壓匯聚，形成現(xiàn)今的構造格局。雖然所描述的構造樣式似乎是一種局部現(xiàn)象，但通過對區(qū)域構造的解析，不同地區(qū)的地震剖面觀測表明，剛性塊體旋轉形成的剪刀式開合構造可能是影響整個北部灣盆地南部坳陷漸新世末構造的一種常見的變形樣式。如烏石凹陷南部的邁陳凹陷具有西擠東張的特征［12-14］，與烏石凹陷構造分區(qū)互補，表明這種機制是區(qū)域統(tǒng)一的（圖4）。

圖4 剪刀式開合構造成因模式圖

3 構造物理模擬實驗

針對烏石凹陷東區(qū)剪刀式開合構造特征，為討論其成因認識的可靠性，設計了構造物理模擬實驗。實驗材料選擇上考慮實際盆地與實驗模型的相似性原則，模擬實驗采用干燥石英砂模擬上地殼地層，天然橡膠板模擬基底薄弱帶傳遞伸展變形，棉布模擬斷層面、剛性不變形部分，聚乙烯泡沫板模擬基底先存構造（表1）。

3.1 實驗方法

烏石凹陷東區(qū)發(fā)育兩個“剪刀式開合”構造變形區(qū)，因此設計兩個基底剛性塊體，模型底面平整，與試驗臺接觸面光滑。兩塊剛性基地板分別能夠沿中間連接軸旋轉，類似于剪刀沿著連接軸旋轉。能夠在NW 向擠壓作用下造成西部發(fā)生伸展變形，同時東部為擠壓變形，即“剪刀式”變形的實驗裝置。

表1 實驗材料相似性參數(shù)表

3.2 實驗結果

模型底板受到NE-SW 向擠壓，模型發(fā)生“剪刀式”變形。在模型西南方位受到伸展應力作用，產生兩條正斷層，其中一條正斷層走向NWW向，另一條正斷層走向近SN向。而在模型東北方位產生一條狹長而寬緩的背斜，背斜長軸走向近NE 向，而且在背斜邊緣出現(xiàn)逆斷層。烏石凹陷東洼在潿洲組末期受構造反轉控制，在東洼內的中部表現(xiàn)為局部撕裂作用，發(fā)育一條EW 向和一條NNW 向正斷層，在東北部表現(xiàn)為區(qū)域性的擠壓，發(fā)育反轉背斜和逆沖斷層。實驗通過設置局部剛性塊體，很好地解釋了統(tǒng)一構造背景下同時形成伸展構造和擠壓構造的原因（圖5）。

圖5 構造物理模擬實驗結果圖

4 結論

1）烏石凹陷東區(qū)反轉構造帶漸新世末期形成兩組一側伸展、一側擠壓的“剪刀式開合”構造。整體上以東北部擠壓形成的大范圍寬緩背斜為軸，兩側發(fā)育兩個構造變形區(qū)，均表現(xiàn)為西側伸展、東側擠壓的特征，構造變形區(qū)域越向西區(qū)延伸，斷裂的活動性越強，伸展量越大。

2）提出區(qū)域擠壓應力作用下共軛斷層及其分隔斷塊體發(fā)生旋轉是控制研究區(qū)開合構造樣式差異的成因。受先存基底斷裂分割，這種塊體旋轉在北部灣盆地南部坳陷普遍存在，邁陳凹陷具有西擠東張的特征與塊體旋轉相對應。

3）構造物理模擬實驗進一步解釋了烏石凹陷東區(qū)剪刀式開合構造特征，實驗結果很好地解釋了統(tǒng)一構造背景下同時形成伸展構造和擠壓構造的原因，對該地區(qū)此類構造形成機制提出了新的認識，有助于為區(qū)域相似背景下的油氣勘探提供參考。