珠江口盆地成盆-成烴-成藏: 代序

高陽東, 張向濤, 彭光榮, 李三忠 , 索艷慧

(1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518000; 2.深海圈層與地球系統(tǒng)教育部前沿科學(xué)中心,海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266100; 3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266100)

0 引 言

東亞陸緣處于東部環(huán)太平洋和西部新特提斯構(gòu)造域的交匯區(qū)域, 經(jīng)歷了強(qiáng)烈的巖石圈減薄過程,發(fā)育眾多的邊緣海和陸緣盆地。其中, 南海海盆是東亞陸緣最大、最重要的邊緣海盆地, 是研究環(huán)太平洋和新特提斯兩大構(gòu)造域相互作用過程和方式的關(guān)鍵區(qū)域。前人對(duì)南海海盆的磁條帶、轉(zhuǎn)換斷層、洋陸轉(zhuǎn)換帶等關(guān)鍵地質(zhì)問題開展了大量的地質(zhì)-地球物理研究(Briais et al., 1993; 夏少紅等, 2010; 丘學(xué)林等, 2011; 孫珍等, 2011), 揭示了其洋殼年齡和結(jié)構(gòu)等重要信息, 但是關(guān)于南海的打開模式仍存在爭議, 如: ①與印度-澳大利亞板塊和歐亞板塊碰撞有關(guān)的擠出-逃逸模式(Molnar and Tapponnier, 1977;Tapponnier et al., 1990); ②與太平洋板塊俯沖有關(guān)的弧后擴(kuò)張模式(Karig, 1971; Ben-Avraham and Uyeda, 1973; Honza, 1995; 任建業(yè)和李思田, 2000;Flower et al., 2001); ③與巖石圈深部構(gòu)造有關(guān)的地幔柱模式(王賢覺等, 1984; 鄢全樹和石學(xué)法, 2007);④與古南海俯沖有關(guān)的俯沖拖曳模式(王鵬程等,2017; Wang et al., 2020); ⑤右行拉分模式(許浚遠(yuǎn)和張凌云, 1999; Li et al., 2012; Xu et al., 2014; Suo et al., 2014)等等。

珠江口盆地是南海北部陸緣盆地群中最大的盆地, 經(jīng)歷了裂陷期、過渡期和漂移期等構(gòu)造演化階段, 盆地內(nèi)部保留了陸緣裂解到南海海盆擴(kuò)張過程的構(gòu)造變形、巖漿和沉積記錄。對(duì)其幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的精細(xì)研究, 有助于對(duì)南海打開動(dòng)力學(xué)機(jī)制的探討。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為, 珠江口盆地主要為NEE 和NW 向等多組伸展斷裂控制的“南北分帶、東西分段”的構(gòu)造格局(鐘志洪等, 2014)。但越來越多的證據(jù)表明, NE 向走滑構(gòu)造與珠江口盆地乃至整個(gè)南海北部陸緣盆地群的演化密切相關(guān)(周蒂等, 2002;程世秀等, 2012; 王鵬程等, 2017), 這些NE 向走滑構(gòu)造何時(shí)以及如何影響南海及其周邊盆地群的裂解和海盆打開值得探討。同時(shí), 作為中國重要的油氣生產(chǎn)基地, 珠江口盆地目前的油氣勘探雖然已取得豐富成果, 且仍具有巨大勘探潛力, 但由于對(duì)NE 向走滑構(gòu)造及其控藏作用研究不夠深入, 對(duì)珠江口盆地的成盆、成藏、成烴機(jī)制是否與渤海灣盆地、東海陸架盆地具有相似性也尚且未知。本專輯以位于珠江口盆地西部的陽江東凹作為精細(xì)解剖對(duì)象, 基于大地構(gòu)造背景、盆地構(gòu)造解析等, 嘗試對(duì)珠江口盆地成盆機(jī)制和南海海盆打開機(jī)制及其兩者的成因關(guān)聯(lián)等問題提出新的見解。

1 珠江口盆地多期走滑構(gòu)造與成盆機(jī)制

通過對(duì)陽江東凹斷裂體系展布特征、沉積-沉降中心遷移規(guī)律和原型盆地恢復(fù)等工作, 可將其新生代構(gòu)造劃分為早期(55～45 Ma)NW-SE 向伸展、中期(45～30 Ma, 具有穿時(shí)性)NE 向右行右階走滑和晚期(30～5 Ma)NWW 向左行左階走滑三個(gè)演化階段, 導(dǎo)致了陽江東凹乃至整個(gè)珠江口盆地下部寬裂谷、中部NE 向走滑拉分、上部NWW 向走滑拉分的三層疊合結(jié)構(gòu)和早期強(qiáng)伸展、中晚期走滑拉分的成盆模式。

其動(dòng)力學(xué)過程大致如下: ①～55 Ma, 古太平洋-太平洋洋中脊NW 向俯沖到東亞陸緣之下, 中國東部陸緣開始進(jìn)入伸展裂陷期, 且裂陷作用一直持續(xù)至45 Ma, 形成了研究區(qū)早期NE 向彌散型展布的寬裂谷結(jié)構(gòu)。②約45～30 Ma, 太平洋板塊的俯沖方向由NW 轉(zhuǎn)為NWW 向, 南海北部陸緣處于近S-N 向伸展的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場作用下, 導(dǎo)致研究區(qū)中生代先存斷裂差異活化, 表現(xiàn)為NE 向燕山期基底斷裂右行走滑、主導(dǎo)控凹和近E-W 向印支期基底斷裂正斷拆離、被動(dòng)控洼。NE 向右行走滑斷裂為南海北部盆地群的控盆斷裂, 是華南大陸NE 向斷裂向南海的延伸。③30 Ma 以來, 印支地塊向SE 擠出、菲律賓海板塊沿 NWW 向楔入, 在南海北部逐漸形成NWW 向左行走滑斷裂體系。因此, 珠江口盆地總體表現(xiàn)為太平洋動(dòng)力機(jī)制下, 同期多級(jí)別走滑拉分的俄羅斯套娃成盆模式。

2 珠江口盆地多期走滑構(gòu)造與油氣成藏機(jī)制

本專輯通過對(duì)陽江東凹地震相、沉積相、源-匯體系和成藏模式等研究, 結(jié)果表明: ①走滑斷裂可切穿基底, 深、淺部構(gòu)造的物質(zhì)和能量交換提高了地溫梯度, 促進(jìn)了各生烴凹陷內(nèi)烴源巖的演化;②走滑斷裂伴生的大量微裂縫改善了附近地層的儲(chǔ)集物性; ③走滑活動(dòng)減弱或休眠期與區(qū)域性的沉降作用相匹配, 為區(qū)域性蓋層的發(fā)育提供了良好的構(gòu)造背景; ④研究區(qū)早期和中期斷裂主導(dǎo)了油氣的垂向輸導(dǎo)和運(yùn)移、晚期NWW 向走滑斷裂起到側(cè)向封堵作用, 穿斷運(yùn)移成藏模式對(duì)淺層油氣成藏具有一定借鑒意義; ⑤陽江東凹總體為多期斷鼻圈閉、上下貫通、下輸上堵的張扭聯(lián)動(dòng)式油氣成藏模式, 該模式豐富了油氣成藏理論, 對(duì)珠江口盆地類似地區(qū)的勘探具有一定借鑒意義。

此外, 珠江口盆地北部潛山披覆帶上首次發(fā)現(xiàn)了規(guī)模性富集的CO2氣層, 推測NE 向深大斷裂是CO2氣藏的氣源斷裂, 且其成藏過程具有“兩種原油類型、兩期原油充注、一期CO2驅(qū)油遠(yuǎn)藏”的特點(diǎn), 從而建立了火成巖、深大斷裂和CO2的關(guān)系; CO2充注驅(qū)油增強(qiáng)了油氣二次運(yùn)移的動(dòng)力, 促進(jìn)了油氣的長距離運(yùn)聚, 擴(kuò)大了整個(gè)珠江口盆地北部斷階帶的勘探層系和勘探邊界。

3 南海海盆打開的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

通常, 大陸邊緣的裂解作用和海底擴(kuò)張過程是被動(dòng)大陸邊緣演化的連續(xù)階段。因此, 南海海盆的演化可以揭示南海北部盆地群的裂陷過程。如上所述, 在南海打開之前, 南海北部陸緣NE 向斷裂組合成的右行右階走滑拉分?jǐn)嗔洋w系影響了南海北部盆地群的形成(程世秀等, 2012; 王鵬程等, 2017)。盆地群形成過程中, 巖石圈在伸展作用下不斷減薄直至破裂; 之后, 盆地群的寬裂谷型伸展作用轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｅ璧臄U(kuò)張過程。

在西部新特提斯碰撞-擠出-逃逸動(dòng)力體系和東部太平洋俯沖動(dòng)力體系的聯(lián)合效應(yīng)下, 南海北部盆地群的裂陷作用不斷向東、向南遷移。直至漸新世,NE 向右行右階走滑拉分?jǐn)嗔洋w系的活動(dòng)中心遷移至珠江口盆地東部和臺(tái)西南盆地。沿著NE 向斷裂展布方向, 珠江口盆地東部對(duì)應(yīng)西北次海盆, 臺(tái)西南盆地對(duì)應(yīng)東部次海盆。因此, 在該斷裂體系控制下, 南海北部巖石圈逐漸伸展、減薄, 最后破裂形成洋盆, 洋盆擴(kuò)張方向?yàn)镹NW-SSE 向、擴(kuò)張脊為NEE向, 類似Xu et al. (2014)提出的日本海打開模式。25 Ma 以后, 由于太平洋板塊持續(xù)NWW 向俯沖到東亞陸緣之下, 同時(shí)印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊S-N 向擠壓碰撞, 導(dǎo)致研究區(qū)處于NW 向拉張應(yīng)力場下, 洋中脊不僅發(fā)生南向躍遷而且發(fā)生了逆時(shí)針旋轉(zhuǎn), 轉(zhuǎn)為NE 向并向西南次海盆拓展。同時(shí), 南部古南海俯沖-拖曳構(gòu)造體系向南俯沖作用加劇了海盆擴(kuò)張。由于西南次海盆位置沒有直接對(duì)應(yīng)古南海俯沖板片, 因此其拉張應(yīng)力相對(duì)于東部海盆較小、伸展速率較低, 擴(kuò)張方式也表現(xiàn)為向西漸進(jìn)(Ding et al., 2016)。南海海盆打開主要受控于NE 向右行右階走滑拉分?jǐn)嗔洋w系, 其動(dòng)力來源主要來自太平洋俯沖動(dòng)力系統(tǒng)(Wang et al., 2020)。

4 中國東部近海盆地走滑成盆-成藏機(jī)制

東亞陸緣新生代盆地的幾何學(xué)特征和展布方向具有很大的相似性, 即以NNE 向或NE 向斷裂為邊界構(gòu)成的菱形或似菱形盆地占絕對(duì)優(yōu)勢。盆地形成時(shí), 以T 斷裂、R 及R"斷裂為邊界進(jìn)行剪切拉分, 兩側(cè)塊體作近S-N 向分離, 產(chǎn)生了中國東部松遼盆地、渤海灣盆地、汾渭地塹、東海盆地和南海盆地等一系列右行走滑拉分盆地。以東海陸架盆地為例, 其東西邊界斷裂為R 斷裂, 這些斷裂均具有走滑性質(zhì);盆地內(nèi)部廣泛分布右階雁列式地塹即凹陷, 且凹陷邊緣花狀構(gòu)造發(fā)育, 表明它們具有右行剪切作用(索艷慧等, 2012; Suo et al., 2015)。渤海灣盆地石臼坨東428 潛山經(jīng)歷了中生代印支期-燕山早期逆沖、燕山中-晚期伸展、燕山末期擠壓及新生代右行右階走滑拉分等多期構(gòu)造疊加過程, 珠江口盆地演化與其極為相似; 特別是白云凹陷與渤海灣盆地具有巨大的相似性。

走滑構(gòu)造對(duì)含油氣盆地的形成以及油氣的最終成藏關(guān)系密切相關(guān), 走滑構(gòu)造帶往往是形成大型油氣田的有利區(qū)帶。如在渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷東部,走滑構(gòu)造帶與油氣富集帶在構(gòu)造位置上體現(xiàn)出很高的一致性: 在埕東斷層的兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了埕東油田、老河口油田、飛雁灘油田、樁西油田和五號(hào)樁油田; 在長堤斷層附近發(fā)現(xiàn)了長堤油田; 在墾東斷層和墾東淺層走滑帶兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了紅柳油田和新灘油田等等(胡海燕, 2007; 吳平, 2013)。同樣, 大量勘探資料顯示, 珠江口盆地陽江凹陷油氣探勘的突破與近些年對(duì)該凹陷發(fā)育的多期次大型走滑斷裂的控藏作用的重視有關(guān)。與典型的拉分盆地類似, 陽江凹陷中大型走滑斷裂是控制油氣運(yùn)移和聚集的主要因素, 沿走滑斷裂發(fā)育的走滑拉分盆地是有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)存和儲(chǔ)層發(fā)育的優(yōu)良場所?？梢? 走滑作用與成藏動(dòng)態(tài)要素具有非常大的影響作用。

5 展 望

珠江口盆地是典型的多期走滑拉分構(gòu)造控制的疊合型盆地, 其形成演化可以很好地用走滑帶的“拉分”模型來解釋。該模型有效地解釋陽江東凹的走滑拉分構(gòu)造, 并指導(dǎo)該區(qū)油氣的勘探, 且取得了突破性進(jìn)展。

前人對(duì)渤海灣盆地、東海陸架盆地成因的早期認(rèn)識(shí)為單一一次NW-SE 向的伸展盆地模式, 如今這種模式被大量勘探事實(shí)所否定, 而走滑拉分盆地為核心的多幕成因機(jī)制逐漸被學(xué)者所認(rèn)可(李三忠等,2012b; Huang et al., 2019)。中國東部從北到南的新生代盆地具有相似的成因, 都為走滑拉分盆地為核心的多幕成因機(jī)制(周蒂等, 2002; 李三忠等, 2012a,2012b; Li et al., 2012; Suo et al., 2014; Wang et al.,2020), 這個(gè)觀點(diǎn)不僅改變了傳統(tǒng)認(rèn)識(shí), 也給大型油氣田勘探帶來巨大效益。