北部灣盆地海中凹陷斷層活動性及其對沉積的控制

鄭 軍，葛 翔

（1．中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120；2．中國地質(zhì)大學構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢 430074）

北部灣盆地海中凹陷斷層活動性及其對沉積的控制

鄭 軍1，葛 翔2

（1．中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120；2．中國地質(zhì)大學構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢 430074）

運用斷層活動速率法，定量分析了海中凹陷潿西南斷層與3號斷層的活動特征。在凹陷演化過程中，潿西南斷層的活動速率自長流組至潿洲組呈現(xiàn)為由強到弱的變化趨勢，3號斷層則自潿洲組開始強烈活動，兩條斷層共同控制了海中凹陷的發(fā)育與演化。潿西南斷層與3號斷層不同時期的差異性活動還控制了凹陷沉積中心與沉降中心的形成與遷移。斷陷時期的沉降作用受控于構(gòu)造作用，沉降作用又制約著沉積作用的發(fā)生和發(fā)展。

斷層；沉積；活動速率；海中凹陷；北部灣盆地

構(gòu)造對沉積的控制，特別是斷層活動對沉積沉降空間分布的控制作用一直是斷陷盆地研究的熱點問題[1-5]。斷層不僅控制著斷陷盆地的形成與構(gòu)造格局，也控制著凹陷的沉積和演化，并且還影響絕大多數(shù)圈閉的形成與發(fā)展，在一定程度上斷層的活動決定了凹陷的發(fā)育、沉積的展布以及油氣的運移、聚集、保存等條件[6-9]。因此，準確的分析斷層活動的時間和強度對油氣勘探具有重要意義。

北部灣盆地位于我國南海北部灣海域，是在南海北部大陸邊緣發(fā)育起來的新生代沉積盆地[10]。該盆地斷裂十分發(fā)育，斷裂的形成和演化造成了盆地內(nèi)不同凹陷形成的差異，導致了沉積展布和成藏條件演化的不同步，制約了油氣勘探的深入發(fā)展[11-12]。由于潿西南凹陷油氣的不斷發(fā)現(xiàn)，目前的研究多集中于該凹陷[10-11]。而與潿西南凹陷具有相似油氣成藏條件的海中凹陷[13]，油氣勘探和地質(zhì)研究程度則相對較低。本文在地震資料解釋的基礎(chǔ)上，應(yīng)用斷層活動速率法定量分析了凹陷邊界主干斷裂潿西南斷層和3號斷層的活動性，進而探討了斷層活動對沉積和沉降的控制作用，這有利于進一步開展該凹陷油氣的勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

北部灣盆地呈“三坳”(北部坳陷、南部坳陷、中部坳陷)、“二隆”（即企西隆起、徐聞隆起）構(gòu)造格局[14]。其中北部坳陷包括潿西南凹陷和海中凹陷等次一級構(gòu)造單元；中部坳陷包括昌化凹陷、海頭北凹陷、烏石凹陷、邁陳凹陷等次一級構(gòu)造單元；南部坳陷可劃分為福山凹陷和雷東凹陷等次一級構(gòu)造單元（圖1）。盆地新生代發(fā)育古近系陸相沉積，包括長流組、流沙港組和潿洲組；新近系發(fā)育海相沉積，可劃分為下洋組、角尾組、燈樓角組和望樓港組[14]，最大沉積厚度可達10 km。

海中凹陷位于北部灣盆地西南部，北部坳陷南段，屬于面積較大但勘探程度較低的箕狀凹陷，具有北斷南超的特征[13]。海中凹陷的邊界主干斷層分別是潿西南斷層及3號斷層（圖1）。潿西南斷層位于西北部，屬于控盆斷層，延伸長，斷距大，長期活動，它的上升盤是萬山隆起，下降盤為北部灣盆地。該斷層在研究區(qū)內(nèi)延伸長度達32 km，走向NE，斷開了長流組以上全部地層。3號斷層屬于控凹斷裂，其延伸長度較長，斷距也較大，活動時間較長，成為潿西南凹陷和海中凹陷的分界。3號斷裂在海中凹陷延伸長度達21 km，走向近NEW，斷開了長流組至下洋組的地層。

2 斷層活動性分析

2.1斷層活動性研究方法

目前，人們主要應(yīng)用斷層生長指數(shù)、斷層古落差和斷層活動速率等參數(shù)來定量表征斷層的活動性[15-17]。對于這幾種方法，前人進行過比較和對比，對兩盤地層遭受了強烈剝蝕的斷層一般認為用斷層活動速率法更能真實地反映斷層的活動性[18-19]。本文即主要采用這種方法進行分析。斷層活動速率（圖2）是指某一地層單元在一定時期內(nèi)，因斷裂活動形成的落差與相應(yīng)沉積時間的比值[6-7]，即：

式中：Vf— 斷層活動速率，m/Ma；

T — 沉積時間，Ma；

圖1 北部灣盆地構(gòu)造格局及海中凹陷典型剖面示意圖

Hd— 斷層下降盤地層厚度，m；

Hu— 斷層上升盤地層厚度，m。

采用上述方法計算斷層的活動速率時，還應(yīng)用地震地層對比法、鏡質(zhì)體反射率法以及EBM軟件回剝分析[6-7]等恢復了地層的剝蝕厚度，利用原始的地層厚度來計算斷層的活動速率。

圖2 斷層活動速率及生長指數(shù)示意圖

2.2潿西南斷層活動特征

從不同測線不同層位斷層活動速率的計算結(jié)果來看，潿西南斷層的活動具有如下特征（圖3A）：（1）長流組沉積時期，潿西南斷裂強烈活動，斷層活動速率值高達245.4 m/Ma（90B5460測線），是控制海中凹陷的西部邊界，長流組沉積厚，呈典型的受邊界斷層控制的箕狀斷陷沉積特征。（2）流沙港組沉積時期，潿西南斷裂的斷裂活動速率相對于長流期減小，活動速率最大值為131.8 m/Ma（南部S96A566測線），但是對海中凹陷的流沙港組沉積依然起主要控制作用。（3）潿洲組沉積時期，斷層活動速率依然較高，且較為均衡，最大斷層活動速率達到150.6 m/Ma（90B5452測線），從地震剖面上看，海中凹陷也沉積了較厚的潿洲組。

2.3 3號斷層活動特征

3號斷裂的斷層活動速率特征與潿西南斷層明顯不同，其發(fā)育的起始時間和結(jié)束的時間均晚于潿西南斷層（圖3B）。在長流組時期3號斷層不發(fā)育，進入流沙港組沉積時期3號斷裂開始微弱活動，最大斷層活動速率僅為12 m/Ma。潿洲組沉積時期為3號斷裂異?？焖倩顒与A段，斷層活動速率柱狀圖具單峰特征，最大斷層活動速率達365 m/Ma（測線90B5495附近），以04BW78和90B5495線為中心，向兩側(cè)斷層活動速率逐漸減弱。當潿西南大斷裂停止活動時，3號斷裂的活動一直持續(xù)到下洋組沉積末期。其在下洋組沉積時期的活動性仍具單峰特點，但活動速率值明顯減少，最大斷層活動速率值為80 m/Ma（測線04BW82）。

在3號斷裂西端的90B5470測線上，控制潿洲組的斷裂主要為潿西南斷層，3號斷層基本不控制潿洲組沉積。而在3號斷裂中部的90B5495和90B5504線上，3號斷層則明顯控制潿洲組沉積，斷層的上升盤為潿西南低凸起，下降盤海中凹陷沉積了巨厚的潿洲組。另外，從90B5495和90B5504測線上可見到3號斷層兩盤下洋組沉積地層厚度有差異，說明3號斷層在下洋組沉積時期仍是具有一定活動性的同生沉積斷層。

3 斷層活動對沉積的控制

3.1斷層活動對沉積充填的控制

圖3 潿西南斷裂及③號斷層活動速率直方圖

從地層厚度的深度域立體圖來看（圖4），海中凹陷長流組的沉積充填主要受控于潿西南斷層的活動，形成一個與斷裂走向近于一致的NE向沉積中心。此時，3號斷層并沒有活動，對長流組沉積不起控制作用。流沙港組為裂陷中期的沉積充填。從立體圖上看（圖4），受潿西南斷層控制，海中凹陷流沙港組在長流組沉積的基礎(chǔ)上仍繼承性發(fā)展，沉積中心并沒有發(fā)生遷移，與長流組NE沉積中心近于一致。與此同時，3號斷層也開始活動，在海中凹陷的東部也形成一個相對較大的沉積中心，呈NEE向展布，與3號斷裂走向趨于一致，表明當時3號斷裂已經(jīng)開始活動，對流沙港組的沉積充填起到了一定的控制作用。潿洲組是凹陷最后一幕裂陷和斷—拗構(gòu)造轉(zhuǎn)換時期的沉積。從地層厚度深度域立體圖來看（圖4），潿洲組沉積格局發(fā)生了明顯變化，受3號斷層控制，沉積中心遷移到海中凹陷東部，形成一個與3號斷層走向近于一致的近EW向深凹，最大地層厚度可達3 300 m。此時，潿西南斷層也在繼續(xù)活動，靠近潿西南斷層發(fā)育呈NE向展布的沉積中心。這反映了潿西南斷層和3號斷層的強烈活動控制了當時潿洲組的沉積充填中心。

圖4 海中凹陷長流期～潿洲期沉積中心遷移圖

3.2斷層活動對沉降的控制

在大量地震資料解釋的基礎(chǔ)上，應(yīng)用EBM回剝軟件定量計算了海中凹陷不同時期的沉降量和沉降速率（圖5）。長流組地層沉降速率介于0 ～268 m/Ma之間，主要分布在100 ～ 200 m/Ma之間（圖5A）。沉降速率等值線延伸方向與潿西南斷層的走向近于一致，形成一個相對較大的沉降中心，受潿西南斷層控制明顯。流沙港期整體沉降速率小于長流期沉降速率，介于0 ～ 144 m/Ma之間，大部分區(qū)域沉降速率在60 ～ 100 m/Ma之間（圖5B）。沉降中心與長流期的近于一致，其展布與潿西南斷層的走向一致，反映了潿西南斷層活動對沉降的控制。潿洲期沉降速率介于0 ～ 354 m/Ma之間，大部分區(qū)域沉降速率在40 ～ 250 m/Ma之間（圖5C）。在海中凹陷東部形成一個大的沉降中心，其展布與3號斷層走向近于一致，最大沉降速率354 m/Ma，揭示了3號斷層的活動對沉降的控制。沿潿西南斷層的走向形成一個次一級的沉降中心，表明此時潿西南斷層的活動也對沉降起到一定的控制作用，這與上文對沉積的控制作用相一致。下洋期沉降速率介于25 ～ 89 m/Ma之間，大部分區(qū)域沉降速率在50 ～ 80 m/Ma之間，具有區(qū)域沉降的特點（圖5D）。最大的沉降中心位于海中凹陷東部，沉降速率最高為89 m/Ma，展布方向與3號斷層走向近似，揭示了下洋期3號斷層還在持續(xù)活動并對沉降起到了一定的控制作用。

3.3斷層活動與沉積、沉降的耦合關(guān)系

古近紀海中凹陷沉積中心基本上沿著凹陷的長軸方向分布，顯示出沉積作用主要受控凹邊界斷裂發(fā)育所控制。從長流組到流沙港組到潿洲組，不同時期沉積中心的位置具有從早到晚由西向東遷移的變化規(guī)律，這與不同時期斷裂活動性強弱的遷移規(guī)律是一致的（圖6）。在長流組和流沙港組沉積時期，海中凹陷主要受潿西南斷層控制（圖6A、6B）。到潿洲組沉積時期，海中凹陷主要由3號斷裂控制（圖6C）。

圖5 海中凹陷長流期～下洋期沉降速率平面圖（A、長流期；B、流沙港期；C、潿洲期；D、下洋期）

圖6 海中凹陷斷層活動模式圖（A、長流期；B、流沙港期；C、潿洲期；D、下洋期）

不同時期沉降中心的位置也具有從早到晚由西向東遷移的變化規(guī)律，這與構(gòu)造作用強弱的遷移規(guī)律是一致的，即沉降中心的遷移是構(gòu)造作用控制的結(jié)果。古新世，受潿西南斷層的控制，海中凹陷處形成一個NE向的沉降中心；至始新世，研究區(qū)地層的沉降繼承了長流組的沉降特點，此時，3號斷層也開始了活動，形成了另一次級沉降中心，使得沉降中心開始向東遷移；至漸新世，最大的沉降中心受3號斷裂控制發(fā)育在海中凹陷東部，海中凹陷西部也存在一個次一級的沉降中心，表明了3號斷層在這一時期活動強度大于潿西南斷裂，控制的潿洲組沉積厚度大。中新世早期（下洋期）3號斷層仍在活動（圖6D）。

因此，研究區(qū)沉降中心、沉積中心的演變與邊界斷裂的活動強弱的變化密切相關(guān)。并且各時期沉積中心的范圍、位置與該沉積時期的沉降中心的范圍、位置具有較好的相關(guān)性，說明斷陷時期的沉降作用受控于構(gòu)造作用，沉降作用又制約著沉積作用的發(fā)生和發(fā)展，這樣的特征充分顯示出制約與被制約的關(guān)系，也符合斷陷盆地沉積沉降的特點。

4 結(jié)論

（1）潿西南斷層與3號斷層活動變化與海中凹陷演化的各個階段關(guān)系密切。潿西南斷層活動主要控制流沙港期以前的凹陷的演化，3號斷層則影響潿洲期以來凹陷的格局。

（2）斷層的活動性控制著沉積中心與沉降中心的形成與分布。潿西南斷層及3號斷層不同時期活動速率的變化導致沉積、沉降中心的變化與遷移。斷陷時期的沉降作用受控于構(gòu)造作用，沉降作用又制約著沉積作用的發(fā)生和發(fā)展。

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Activities of the Major Faults and Their Control on Deposition in Haizhong Depression, Beibuwan Basin

ZHENG Jun1, GE Xiang2

（1. Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China; 2. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, China University of Geosciences, Ministry of Education, Wuhan Hubei 430074, China）

The activity rate of Weixinan fault and No.3 fault of Haizhong depression was quantitatively calculated by fault activity rate method. During the evolution of Haizhong depression, the activity rate of Weixinan fault turned strong to week from Changliu period to Weizhou period and the activity of No.3 fault became intensely from Weizhou period. The two faults controlled the development and evolution of Haizhong depression. Moreover, the different active features in different time of the two faults influenced the formation and migration of the deposition center and sedimentation center in this depression. The sedimentation in this depression was controlled by tectonism, and the subsidence also restricted the occurrence and development of the deposition.

fault; deposition; activity rate; Haizhong depression; Beibuwan Basin

TE122.3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.001

1008-2336（2014）04-0001-06

2014-05-04；改回日期：2014-08-30

鄭軍，男，1963年生，高級工程師，從事石油與天然氣勘探。E-mail：zj.shhy@sinopec.com。