南海西緣中新世構(gòu)造事件的沉積響應(yīng)
——以萬安盆地為例

張道軍，何云龍，陸必宇，王亞輝，劉 娟，楊允柳，肖鴻議

(1.中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.海洋地質(zhì)資源湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，武漢 430074；3.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，武漢 430074)

南海遠(yuǎn)海海區(qū)發(fā)育一系列規(guī)模巨大的新生代沉積盆地，這些盆地由于具有豐富的油氣資源而受到國(guó)內(nèi)外科研單位和油氣公司的廣泛關(guān)注[1-6]。自20世紀(jì)初開始勘探至今，南海遠(yuǎn)海已發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)油氣田，是世界上為數(shù)不多的常規(guī)儲(chǔ)量上百億噸油當(dāng)量的巨型油氣區(qū)，展現(xiàn)了南海遠(yuǎn)海油氣資源勘探開發(fā)的巨大潛力和廣闊前景。其中萬安盆地是南海遠(yuǎn)海重要的新生代含油氣盆地之一，因其較好的油氣資源潛力而成為南海遠(yuǎn)海地區(qū)的勘探熱點(diǎn)區(qū)[5,7-9]。

南海西南陸緣的萬安盆地位于西南次海盆擴(kuò)張的西南角，盆地東側(cè)邊界就是南海西緣走滑斷裂。無疑，萬安盆地形成演化與中新世南海擴(kuò)張事件及西緣走滑斷裂活動(dòng)密切相關(guān)，但迄今為止，萬安盆地各主要不整合界面的形成仍存在爭(zhēng)議，構(gòu)造—沉積響應(yīng)樣式還缺乏合理的解釋。目前，盆地西部已發(fā)現(xiàn)大熊油田、蘭龍油田等大型油氣田，并投入商業(yè)開發(fā)[9-13]。在過去的十年中，該盆地西部已有的鉆井證實(shí)，存在中新統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層[5,13-15]。然而由于各種原因，目前對(duì)萬安盆地研究還較薄弱。本文根據(jù)已有的二維地震資料、鉆井資料，調(diào)研近年最新發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，通過萬安盆地中新世沉積充填研究，探討盆地沉積充填與中新世南海西緣主要構(gòu)造事件的成因聯(lián)系，以期進(jìn)一步了解南海新生代重大構(gòu)造事件在西緣走滑斷裂帶萬安盆地的沉積響應(yīng)樣式。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南海位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋板塊的交會(huì)處，構(gòu)造演化背景極為復(fù)雜，發(fā)育了類型多樣、斷裂系統(tǒng)復(fù)雜的一系列新生代盆地。萬安盆地是南海南部新生代眾多盆地中的一個(gè)重要的含油氣盆地。整體而言，萬安盆地走向?yàn)楸睎|—南西向，東部以萬安東走滑斷裂為界與南微西盆地分隔[16-18](圖1)。前人研究表明，新生代以來盆地主要經(jīng)歷了包括西衛(wèi)運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、萬安運(yùn)動(dòng)和廣雅運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的4次主要區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。盡管有研究人員認(rèn)為盆地可能形成于始新世，但目前在鉆井上仍未得到相關(guān)資料的證實(shí)，因此，本文仍采用萬安盆地主要成盆期為漸新世的觀點(diǎn)[1,7,18-19]。

圖1 南海萬安盆地位置與構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

1.1 構(gòu)造背景

圖2 南海萬安盆地地層綜合柱狀圖

萬安盆地內(nèi)凸起的走向與盆地整體走向基本一致，為北東向(圖1)。盆地主要發(fā)育3個(gè)次級(jí)凹陷：北部凹陷、中部凹陷和南部凹陷，其中北部凹陷和中部凹陷在盆地東側(cè)連為一體。在盆地的3個(gè)次級(jí)凹陷中，中部凹陷和北部凹陷的沉降量相對(duì)較大[18]。3個(gè)次級(jí)凹陷被盆地內(nèi)3個(gè)次級(jí)凸起單元分割，分別為西北斷階帶、北部凸起和南部低凸起，其中盆地西部的西北斷階帶和北部凸起在平面上連為一體。

1.2 沉積充填特征

圖3 南海萬安盆地典型剖面層序地層格架剖面位置見圖1。

2 中新世沉積類型及特征

由于鉆井資料非常有限，本次研究主要以搜集到的鉆井資料所獲得的萬安盆地沉積充填的巖性特征為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合研究區(qū)內(nèi)大量二維地震資料，通過井震對(duì)比，對(duì)研究區(qū)中新世沉積相及其對(duì)應(yīng)地震相進(jìn)行對(duì)比和厘定，查明研究區(qū)內(nèi)中新世主要沉積體類型及其剖面特征，通過系統(tǒng)的層序—沉積學(xué)分析，編制萬安盆地中新世不同時(shí)期沉積相圖。本次研究表明，萬安盆地在中新世共發(fā)育4種主要與油氣儲(chǔ)層相關(guān)的沉積相類型，分別為三角洲、濁積扇、碳酸鹽臺(tái)地和生物礁。

2.1 三角洲

三角洲在中新世均有發(fā)育，主要分布于盆地西部靠近湄公河盆地一側(cè)，早期盆地南部也發(fā)育規(guī)模較小的三角洲沉積。在剖面上，三角洲以典型的楔狀進(jìn)積為特征，地震反射一般連續(xù)性較好，振幅高—中等，整體表現(xiàn)出向海減薄的特征(圖4)。萬安盆地西側(cè)鉆井巖心觀察發(fā)現(xiàn)，目前鉆遇的三角洲相巖性較好，以中厚層中細(xì)粒石英巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖為主，分選性中等，可作為良好的油氣儲(chǔ)層[5, 21]。

圖4 南海萬安盆地三角洲典型地震相特征剖面位置見圖1。

2.2 濁積扇

圖5 南海萬安盆地三角洲—濁積扇典型剖面特征及其模式 剖面位置見圖1。

2.3 碳酸鹽臺(tái)地

中新世時(shí)期，研究區(qū)沉積體系最大的特點(diǎn)為大規(guī)模發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地。全區(qū)地震解釋發(fā)現(xiàn)，盆內(nèi)碳酸鹽臺(tái)地均發(fā)育在盆地的構(gòu)造高部位，在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅的反射特征，在研究區(qū)非常容易識(shí)別，表現(xiàn)出與相鄰地層差異明顯的強(qiáng)振幅、連續(xù)性好的地震反射(圖6)。根據(jù)前人研究成果，碳酸鹽臺(tái)地主要發(fā)育在中中新統(tǒng)李準(zhǔn)組[5, 22-23]。

圖6 南海萬安盆地碳酸鹽臺(tái)地典型地震剖面及其測(cè)井特征

同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)盆地西側(cè)和盆地中部的碳酸鹽臺(tái)地的地震相略有不同(圖7)。在盆地西部凸起上，碳酸鹽臺(tái)地與上覆上中新統(tǒng)界面清晰，為一套連續(xù)的強(qiáng)反射界面，底界面與下伏地層沒有明顯的不整合關(guān)系，其內(nèi)部主要表現(xiàn)為強(qiáng)振幅的雜亂反射。相反，在盆地中部凸起上的碳酸鹽臺(tái)地相與上中新統(tǒng)之間的界限更加明顯，頂部有一套連續(xù)且平行的強(qiáng)反射同向軸，其上覆蓋一套以雜亂反射為特征的塊體流(MTDs)沉積。底界為相對(duì)連續(xù)的地震反射特征，內(nèi)部以平行或空白反射地震相為主(圖7)。

圖7 南海萬安盆地西側(cè)(左)與中部(右) 碳酸鹽臺(tái)地對(duì)比

2.4 生物礁

通過層序—沉積分析以及背景資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，萬安盆地生物礁一般發(fā)育于中中新世后，盆地主要發(fā)育3種類型生物礁，其中臺(tái)地邊緣礁最發(fā)育，其次為點(diǎn)礁和塔礁(圖8)。

圖8 南海萬安盆地生物礁典型地震剖面特征

2.4.1 臺(tái)地邊緣礁

這類礁體通常發(fā)育在碳酸鹽臺(tái)地邊緣。一般而言，臺(tái)地邊緣礁體相對(duì)點(diǎn)礁規(guī)模較大，延伸范圍較廣；在地震剖面上，平坦的臺(tái)地邊緣兩側(cè)邊緣上凸起，同時(shí)內(nèi)部以振幅相對(duì)較弱的上凸丘形地震反射為特征(圖8a，b)。

2.4.2 點(diǎn)礁

盆地內(nèi)點(diǎn)礁基本發(fā)育在較小的隆起上，主要位于潟湖或者外濱海底。在平面上，點(diǎn)礁通常單獨(dú)發(fā)育，周圍基本不發(fā)育其他礁體，且發(fā)育規(guī)模不大。在地震剖面上，點(diǎn)礁下端寬，向上逐漸變窄，形狀上以中線對(duì)稱，丘頂為明顯的強(qiáng)反射軸，其內(nèi)部反射以弱振幅為主，底界與下伏地層特征相似，界面不是特別的明顯(圖8c)。

2.4.3 塔礁

塔礁主要發(fā)育在盆地深水區(qū)域，最明顯的特點(diǎn)是中間向上凸起，兩翼向四周展開，外形上主要呈塔狀。在地震剖面上，頂?shù)捉缑嬲穹^弱，內(nèi)部同向軸表現(xiàn)為平行的特征，由于其所處環(huán)境，頂部界面與周圍地層易于區(qū)分，與下伏地層區(qū)分不明顯(圖8d)。

3 中新世沉積充填演化

3.1 早中新世

圖9 南海萬安盆地早中新世沉積相平面分布

3.2 中中新世

中中新世時(shí)期，受到海平面上升影響，盆地西南部物源后撤，萬安盆地西南已無大規(guī)模三角洲發(fā)育，盆地北部?jī)H剩下部分濱岸沉積，盆地西部?jī)H剩2個(gè)規(guī)模比較大的三角洲。在盆地南部東側(cè)，整個(gè)中中新世時(shí)期均發(fā)育一規(guī)模較小的三角洲沉積。中中新世開始，與早中新世時(shí)期沉積最大不同之處在于，盆地開始廣泛發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地及生物礁相沉積(圖10)。碳酸鹽臺(tái)地主要發(fā)育于南部低凸起及其周緣區(qū)域，北部低凸起東側(cè)亦發(fā)育規(guī)模較大的碳酸鹽臺(tái)地。盆地南部西側(cè)發(fā)育規(guī)模較小的碳酸鹽臺(tái)地，其可能與此時(shí)期盆地南部納土納隆起上發(fā)育的碳酸鹽臺(tái)地相連。此外，在一些規(guī)模較大的碳酸鹽臺(tái)地周緣，還發(fā)育有臺(tái)緣斜坡相。中中新世時(shí)期的生物礁相以臺(tái)地邊緣礁為主，主要在南部低凸起上的碳酸鹽臺(tái)地邊緣發(fā)育。

圖10 南海萬安盆地中中新世沉積相平面分布

3.3 晚中新世

伴隨晚中新世以來的海侵和盆地沉降過程，萬安盆地整體水深變大。在這個(gè)過程中，盆地西部斷階帶上濱岸平原沉積的范圍進(jìn)一步縮小。同時(shí)，由于西部湄公河帶來的充足沉積物，西部陸架陸坡沉積體系開始出現(xiàn)，陸架邊緣三角洲沉積仍在持續(xù)發(fā)育。盆地南部西側(cè)亦有三角洲沉積，規(guī)模相對(duì)西部較小。在此階段，盆地開始出現(xiàn)半深海沉積。在盆地中部凹陷，由于三角洲前緣的滑塌作用，發(fā)育了規(guī)模相對(duì)較大的平面走向近南北向的濁積扇沉積。此外，部分滑塌作用下，在盆地深水區(qū)南端，還發(fā)育有一些剖面上呈現(xiàn)雜亂反射的塊體流沉積(圖11)。晚中新世時(shí)期，由于海平面上升和西部陸源碎屑影響，早期發(fā)育的大量碳酸鹽臺(tái)地和生物礁沉積都已消失，僅在盆地中部東側(cè)構(gòu)造高部位仍然發(fā)育以規(guī)模相對(duì)縮小的碳酸鹽臺(tái)地和生物礁沉積。

圖11 南海萬安盆地晚中新世沉積相平面分布

4 構(gòu)造事件的沉積響應(yīng)

4.1 中中新世構(gòu)造事件

4.2 構(gòu)造事件沉積響應(yīng)

中中新世萬安盆地關(guān)系密切的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要有兩次，一次為中中新世早期西南次海盆擴(kuò)張停止；另外一次為中中新世晚期的萬安運(yùn)動(dòng)。這兩次運(yùn)動(dòng)對(duì)于萬安盆地的整體充填過程產(chǎn)生了重要影響。

西南次海盆擴(kuò)張停止，可能直接導(dǎo)致了萬安盆地裂陷作用的終止。早中新世盆地盡管仍處于裂陷期，但是整體而言盆地構(gòu)造活動(dòng)開始減弱，相對(duì)海平面較為穩(wěn)定，有利于形成適合碳酸鹽臺(tái)地等水下隆起的形成。至中中新世時(shí)，隨著海平面的相對(duì)上升，同時(shí)相對(duì)早期裂陷而言構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定，西部物源和南部物源很難影響到盆地中部。因此，在這種環(huán)境下，盆地開始發(fā)育大規(guī)模的碳酸鹽臺(tái)地沉積。盆地整體充填特征以早中新世時(shí)期的碎屑巖沉積，轉(zhuǎn)變?yōu)橹兄行率罆r(shí)期的碎屑巖和碳酸鹽巖沉積均發(fā)育的態(tài)勢(shì)(圖12)。

圖12 南海萬安盆地中中新世沉積模式

5 結(jié)論

(1)萬安盆地不同于南海西緣走滑帶的中建南盆地和鶯歌海盆地，前者斷拗轉(zhuǎn)換面對(duì)應(yīng)于西南次海盆擴(kuò)張終止時(shí)間，而后者對(duì)應(yīng)于西南次海盆擴(kuò)張開始時(shí)間，這與萬安盆地位于西南次海盆西南角這一特殊構(gòu)造位置有關(guān)。

(2)盆地沉積充填演化明顯受控于中新世南海重大構(gòu)造事件，其中西南次海盆擴(kuò)張和萬安運(yùn)動(dòng)及其伴隨的萬安東斷裂的擠壓走滑，對(duì)于萬安盆地沉積充填具有重要影響。西南次海盆停止活動(dòng)提供的穩(wěn)定構(gòu)造環(huán)境，為中中新世的碳酸鹽臺(tái)地和生物礁提供了相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境背景；萬安運(yùn)動(dòng)及其伴隨的萬安東斷裂的擠壓走滑在盆地內(nèi)形成擠壓背斜和抬升剝蝕，此后區(qū)域沉降和西部充足的物源供給，導(dǎo)致了盆地西部陸架陸坡體系的發(fā)育。