烏石凹陷斷裂特征及其對油氣成藏的影響

徐雪豐　楊希冰　胡　林　林水城　馮士信　張　帥

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東　湛江　524057）

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烏石凹陷斷裂特征及其對油氣成藏的影響

徐雪豐楊希冰胡林林水城馮士信張帥

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

摘要從構(gòu)造、斷裂、區(qū)域動力學(xué)等基礎(chǔ)研究入手，系統(tǒng)分析了研究區(qū)斷裂體系特征、構(gòu)造樣式、斷裂活動期次及其動力學(xué)成因機(jī)制。研究表明：烏石凹陷復(fù)雜斷裂體系的形成主要受到哀牢山—紅河斷裂活動、太平洋板塊俯沖碰撞、深部地幔上涌等動力學(xué)機(jī)制的聯(lián)合控制，形成了走滑、拉張—走滑、拉張3種基本斷裂體系類型；各主干斷裂主要活動時間為始新世—漸新世，中中新世以后基本停止活動，明顯早于排烴高峰—新近紀(jì)早中新世，對油氣成藏影響有限，烏石凹陷油氣以砂體或不整合面橫向運(yùn)移為主，從而明確了中央反轉(zhuǎn)斷鼻帶為最有利的成藏位置，流沙港組為最有利的成藏層系。

關(guān)鍵詞烏石凹陷斷裂特征動力學(xué)機(jī)制油氣成藏

修訂回稿日期：2016-03-03

0　引言

烏石凹陷位于南海北部大陸架北部灣盆地中部，呈北東—南西走向，面積為2 550 km2，是被證實(shí)的富生烴和含油氣凹陷，有望形成繼潿西南凹陷之后北部灣第二個產(chǎn)能基地。2013年以前烏石凹陷所發(fā)現(xiàn)的油氣主要集中在中央反轉(zhuǎn)斷鼻帶上，儲量發(fā)現(xiàn)少、規(guī)模小，近兩年通過加強(qiáng)區(qū)域地質(zhì)研究，創(chuàng)新技術(shù)與地質(zhì)認(rèn)識，極大拓展了烏石凹陷的含油氣領(lǐng)域，陸續(xù)在北部斜坡帶和走滑斷裂帶發(fā)現(xiàn)多個含油構(gòu)造，新增地質(zhì)儲量超過5 000×104t。筆者通過深入研究凹陷斷裂特征、活動規(guī)律及其演化過程中的動力學(xué)機(jī)制，從而分析其對油氣成藏的影響，以期為油氣勘探部署提供依據(jù)。

1　斷裂特征分析

1.1斷裂體系特征

烏石凹陷所處的北部灣盆地位于印支板塊、太平洋板塊、歐亞板塊之間，并同時受到這些板塊的活動與深部地幔上涌等動力學(xué)機(jī)制的聯(lián)合控制。以拉張—走滑為特征的北東東向斷層和以走滑為主的北西向斷層共同構(gòu)成了研究區(qū)的斷裂體系格架（圖1），這一發(fā)育特征受控于左旋走滑與水平拉張相疊合的區(qū)域應(yīng)力場。依據(jù)斷裂性質(zhì)，劃分為走滑、拉張—走滑和拉張3種基本斷裂類型，不同斷裂類型在結(jié)構(gòu)模式上存在差異。

圖1　烏石凹陷東區(qū)漸新世早期（E3w3）斷裂分布圖

走滑斷裂。主要受控于哀牢山—紅河斷裂的走滑作用控制。剖面上，主干斷裂上緩下陡，多呈負(fù)花狀、多級“y”字形組合，如北西向走滑斷裂F5。

拉張—走滑斷裂。為拉張背景下疊加走滑作用的成因機(jī)制。剖面上表現(xiàn)為多級“y”字形組合，平面上由一系列近東西向的次級斷裂呈雁列式組成，如凹陷東區(qū)北部的F4斷層。

拉張斷裂。多為鏟式正斷層，呈“y”字形、反向“y”字形組合特征。下降盤多發(fā)育與主斷層平行的次級斷層，如F1和F2都屬于這種模式。

在斷裂體系靜態(tài)描述的基礎(chǔ)上，結(jié)合地震資料，劃分出了4大類8小類構(gòu)造樣式類型，建立了盆地結(jié)構(gòu)模型及不同構(gòu)造單元的結(jié)構(gòu)模型（圖2）。

圖2　烏石凹陷構(gòu)造樣式類型圖

1.2斷層活動性分析

為明確凹陷內(nèi)控盆斷裂體系的發(fā)育強(qiáng)度，筆者采用了斷層落差和斷層活動速率兩種方法對主要斷層的活動性進(jìn)行定量分析。下面以控凹斷裂7號斷層為例介紹研究區(qū)主干斷裂的活動性特征。

7號斷層位于烏石凹陷的東南側(cè)，為研究區(qū)內(nèi)控制東洼的斷裂，從空間上看，其由西往東斷層活動強(qiáng)度具有逐漸增強(qiáng)的趨勢。從時間上看，7號斷層落差在中始新世時較大，之后逐漸減小，到早中新世斷層落差達(dá)到最小值；斷層活動速率在中始新世時最大，之后降低，晚始新世至中漸新世時斷層活動速率基本相同，到晚漸新世時斷層活動速率迅速降低，早中新世時斷層活動速率最小（圖3）。

圖3　7號斷層不同位置斷層活動速率柱狀圖

結(jié)合各層系現(xiàn)今斷裂體系分布特征及斷層活動性分析結(jié)果，認(rèn)為：新生代各地質(zhì)階段的斷裂體系具有繼承性活動的特點(diǎn)，但各時期活動斷裂體系又存在差異。

中始新世（E2l2）。北東向斷層強(qiáng)拉張，垂向活動性強(qiáng)（大于120 m/Ma），7號斷層的斷層活動速率大于6號斷層，近東西向及北西向斷層弱拉張，垂向活動性弱（小于50 m/Ma）。

晚始新世（E2l1）。北東向斷層持續(xù)強(qiáng)拉張，但垂向活動性減弱（大于80 m/Ma），7號斷層與6號斷層的斷層活動速率相近，近東西向及北西向斷層仍處于弱拉張狀態(tài)，垂向活動性弱（小于50 m/Ma）。

2.1 4組患者治療前后肺部感染及留置胃管情況比較 治療4周后，3個觀察組肺部感染及留置胃管率較治療前及對照組治療后顯著下降(均P<0.05)；3個觀察組之間肺部感染及留置胃管率比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見表2。

早漸新世（E3w3）。北東向斷層仍然強(qiáng)拉張，但6號斷層垂向活動性（約200 m/Ma）大于7號斷層垂向活動性（約100 m/Ma），近東西向及北西向斷層仍處于弱拉張狀態(tài)，垂向活動性普遍較弱（小于25 m/Ma）。

中晚漸新世（E3w2～E3w1）。6號斷層仍處于強(qiáng)拉張狀態(tài)，垂向活動性強(qiáng)（大于110 m/Ma），7號斷層垂向活動性持續(xù)減弱（潿二段垂向活動性約60 m/Ma，潿一段弱拉張垂向活動性約10 m/Ma），近東西向及北西向斷層垂向活動性普遍較弱（小于40 m/Ma），但潿一段的垂向活動性略大于潿二段。

早中新世（N1x）。斷層垂向活動性明顯減弱，烏石凹陷整體進(jìn)入坳陷期。

1.3構(gòu)造演化及動力學(xué)機(jī)制

盆地和造山帶是構(gòu)成大陸的最基本單元，將二者置于更大范圍的板塊中進(jìn)行系統(tǒng)研究將會揭示其統(tǒng)一的動力學(xué)過程［1］。烏石凹陷所在的北部灣盆地位于南海海盆，同時受歐亞板塊、印支板塊和太平洋板塊三者共同影響，在地質(zhì)發(fā)展史上，先后受到特提斯構(gòu)造域和古太平洋構(gòu)造域發(fā)展演化的制約［2-3］，在構(gòu)造上具有更復(fù)雜的特點(diǎn)；同時具有東部濱太平洋構(gòu)造域和特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域的特點(diǎn)。北部灣盆地緊鄰哀牢山—紅河斷裂體系，盆地發(fā)育必定受走滑帶的控制，哀牢山—紅河斷裂體系的發(fā)育與演化是北部灣盆地發(fā)育最直接的控制因素［4］。研究區(qū)不同類型斷裂的分布規(guī)律吻合于哀牢山—紅河斷裂左旋走滑的區(qū)域應(yīng)力場。

前人的研究成果及區(qū)域應(yīng)力背景資料表明：古近紀(jì)以來，南海擴(kuò)張及地幔上涌產(chǎn)生的水平伸展和印支板塊與歐亞板塊俯沖產(chǎn)生的南西—北東向的斜向擠壓、走滑是中國南海地區(qū)構(gòu)造變形的主要動力源［5-6］。受此影響，中國南海地區(qū)形成了北東向和北西向展布的兩組大型斷裂，這兩個方向的斷裂共同構(gòu)成了中國南海地區(qū)的共軛剪切破裂系統(tǒng)?；诎Ю紊健t河斷裂左旋到右旋的轉(zhuǎn)變、拉張作用與走滑作用強(qiáng)弱的轉(zhuǎn)變、地幔上涌水平拉張到熱沉降的轉(zhuǎn)變，可將研究區(qū)新生代盆地演化劃分為4個時期（圖4）。

圖4　烏石凹陷古近紀(jì)—新近紀(jì)各時期盆地結(jié)構(gòu)模式圖

1）早始新世—中始新世（E2l3～E2l2）：強(qiáng)拉張斷陷期

2）晚始新世—早漸新世（E2l1～E3w3）：強(qiáng)拉張—弱走滑斷陷期

該時期哀牢山—紅河斷裂帶走滑作用開始增強(qiáng)，再加上因地幔上涌產(chǎn)生的強(qiáng)水平拉張作用，在這一動力學(xué)背景下，研究區(qū)形成了北東東向右旋走滑斷裂，如6號斷層、7號斷層以及北西向左旋走滑的共軛走滑體系。

3）中漸新世—晚漸新世（E3w2～E3w1）：強(qiáng)走滑—弱拉張斷陷期

該時期，研究區(qū)的整體應(yīng)力場特征與晚始新世相似，但走滑剪切應(yīng)力逐漸增強(qiáng)，而拉張應(yīng)力逐漸變?nèi)?，?qiáng)剪切與弱拉張共同作用，使整個繼承性發(fā)育前期斷裂體系，但活動強(qiáng)度有差異，北北東的6號斷層、F6等斷層的垂向活動強(qiáng)烈，7號斷層、F3斷層垂向活動性相對較弱。

4）早中新世（N1x）：弱走滑—坳陷沉降期

進(jìn)入新近紀(jì)，哀牢山—紅河斷裂帶走滑作用強(qiáng)度減弱，再加上古近紀(jì)裂陷之后的熱沉降效應(yīng)，導(dǎo)致區(qū)域整體坳陷，烏石凹陷內(nèi)廣泛發(fā)育海相沉積。

綜上所述，研究區(qū)構(gòu)造演化受控于哀牢山—紅河斷裂走滑與南海擴(kuò)張和地幔上涌產(chǎn)生的拉張疊置的區(qū)域應(yīng)力背景，依據(jù)活動時期和強(qiáng)度可以劃分為強(qiáng)拉張作用階段、強(qiáng)拉張弱走滑作用階段、弱拉張強(qiáng)走滑作用階段和坳陷作用階段4個不同的演化階段，各演化階段分別控制了盆地的物質(zhì)充填與沉積結(jié)構(gòu)，從而也決定了油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2　斷裂活動對油氣成藏的影響

斷層在油氣運(yùn)聚與成藏中的作用具有雙重性，其既可為油氣由深部向淺部運(yùn)移提供快捷通道，又可為油氣聚集成藏提供封堵條件。油氣運(yùn)移期已經(jīng)停止活動的斷層，尤其是長時間停止活動的斷層，在大多數(shù)情況下，油氣沿斷層垂向運(yùn)移往往不活躍。相反，在油氣排烴關(guān)鍵時刻仍然活動強(qiáng)烈的斷層，在垂向上具有開啟性，對早期形成的油氣藏具有較大的破壞作用，使油氣沿斷層自下而上發(fā)生二次或多次運(yùn)移，并在淺層圈閉中聚集起來形成油氣藏［7-10］?；谏鲜鲈韺ρ芯繀^(qū)主要斷層各時期的活動強(qiáng)度與研究區(qū)烴源巖生排烴史及生排烴強(qiáng)度進(jìn)行了對比分析（圖5）。分析認(rèn)為各主要斷裂的主要活動時間為始新世—漸新世，中中新世以后基本停止活動，而凹陷排烴高峰在新近紀(jì)早中新世以后，而此時多數(shù)斷裂活動較弱或者已經(jīng)停止活動，對油氣的垂向疏導(dǎo)作用比較有限。

圖5　烏石凹陷主要斷裂與排烴強(qiáng)度匹配關(guān)系圖

烏石凹陷主力生烴層為流二段頂部和底部兩套中深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖，目前已發(fā)現(xiàn)主力含油層系為流二段中部、流三段、流一段，含油層系均具有與烴源巖直接接觸的特點(diǎn)，表明油氣可以不經(jīng)過斷層而直接運(yùn)移。流三段地層沉積時期，烏石凹陷處于初始裂陷階段，水體淺，凹陷內(nèi)廣泛發(fā)育扇三角洲沉積，儲層總厚度大、粒度粗，其直接位于流二段底部烴源巖之下，油氣自上向下運(yùn)移，然后沿三角洲砂體側(cè)向疏導(dǎo)；流二段中部地層沉積時期，烏石凹陷發(fā)生區(qū)域性湖退，在凹陷內(nèi)廣泛發(fā)育三角洲沉積，位于流二段頂、底兩套生油巖之間，油氣自上向下、自下向上均可運(yùn)移，然后沿砂體側(cè)向向高部位運(yùn)移。流一段地層沉積時期，烏石凹陷發(fā)生區(qū)域性湖退，凹陷內(nèi)水體變淺，隆起區(qū)物源充足，廣泛發(fā)育三角洲沉積，該套三角洲儲層直接位于流二段頂部生油巖之上，油氣自下向上疏導(dǎo)，然后沿砂體側(cè)向繼續(xù)向高部位運(yùn)移。烏石凹陷近30年的勘探成果揭示油氣側(cè)向運(yùn)移規(guī)模要大于斷層垂向運(yùn)移（圖6）。

圖6　烏石凹陷油氣運(yùn)聚成藏模式示意圖

烏石凹陷油氣運(yùn)移可以總結(jié)為橫向運(yùn)移為主+垂向有限調(diào)節(jié)的成藏模式，流沙港組二、三段直接與成熟烴源巖接觸，是最有利的成藏層系。中央反轉(zhuǎn)斷鼻帶為長期繼承性發(fā)育的正向構(gòu)造單元，具備匯油的大構(gòu)造背景，且流二、三段發(fā)育大型三角洲儲集體，砂巖發(fā)育，側(cè)向疏導(dǎo)條件優(yōu)越，為油氣最有利的成藏位置。

3　結(jié)論

1）受哀牢山—紅河斷裂活動、太平洋板塊俯沖碰撞、深部地幔上涌等動力學(xué)機(jī)制的聯(lián)合控制，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育3種基本類型斷裂體系：走滑斷裂、拉張—走滑斷裂和拉張斷裂。

2）依據(jù)研究區(qū)所受區(qū)域應(yīng)力場以及地幔上涌水平的轉(zhuǎn)變，將烏石凹陷盆地演化劃分為4個階段：早始新世—中始新世（E2l3～E2l2）的強(qiáng)拉張斷陷期、晚始新世—早漸新世（E2l1～E3w3）的強(qiáng)拉張—弱走滑斷陷期、中漸新世—晚漸新世（E3w2～E3w1）的強(qiáng)走滑—弱拉張斷陷期和早中新世（N1x）的弱走滑—坳陷沉降期。

3）烏石凹陷具有橫向運(yùn)移為主+垂向有限調(diào)節(jié)的成藏模式。流沙港組二、三段直接與成熟烴源巖接觸，是最有利的成藏層系；中央反轉(zhuǎn)斷鼻帶流二、三段發(fā)育大型三角洲儲集體，砂巖發(fā)育，側(cè)向疏導(dǎo)條件優(yōu)越，為油氣最有利的成藏位置。

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（編輯：盧櫟羽）

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）02-0017-05

doi：10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 02. 005

作者簡介：徐雪豐（1984-），滿族，工程師，從事石油勘探工作。E-mail：xuxf3@cnooc.com.cn。