珠江口盆地番禺4洼古近系文昌組構造變形特征及成因機制

梁 杰，張向濤，許新明，羅 澤，吳 靜

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

0 引 言

珠江口盆地番禺4洼古近系文昌組受構造活動的影響，變形強烈。因此，厘清構造變形特征不僅有利于該區(qū)層序地層格架和沉積體系的研究，更是該區(qū)勘探取得突破的關鍵因素之一。前人對番禺4洼古近系的層序地層、沉積體系及儲層分布開展過深入研究[1-5]，而關于文昌組的構造變形特征未進行深入分析。前人對該區(qū)域的研究主要有以下認識：(1)楊玲[1]、衣麗萍[2]等將文昌組劃分為初始斷陷期、擴張期和萎縮期三個演化階段，同時將洼陷由南東向北西依次劃分為陡坡帶、深凹帶和緩坡帶；(2)吳智平等[8]認為番禺4洼文昌組斷裂系統(tǒng)是在NW—SE向區(qū)域伸展動力背景下形成的，這一應力機制與太平洋板塊、特提斯—喜馬拉雅兩大構造域的相互作用密切相關；(3)朱筱敏等[4]將文昌組自下而上劃分為Tg、T85、T84、T83、T82、T81和T80共7個不整合界面，同時將文昌組劃分為北部次洼、中部變換帶、南部次洼、西北部次凸和西南斜坡共5個次級構造單元。本文的研究在朱筱敏等[4]關于番禺4洼文昌組層序地層劃分方案及三維地震資料精細解釋基礎上，通過對斷層活動性、洼陷結構特征及沉積沉降中心遷移特征等方面對番禺4洼古近系文昌組的構造變形特征及成因機制進行深入分析。

1 區(qū)域地質概況

番禺4洼為珠江口盆地珠一坳陷內部的一個次級構造單元，如圖1所示。該洼陷東側以NE向斷裂與東沙隆起為分界，南側和北側以近EW向斷裂與恩平凹陷和西江36洼相接，西側與西江中低凸起相連[1-3]。作為一個已經(jīng)證實的“小而肥”的富(生)烴洼陷，番禺4洼的早期勘探基本是以鉆探構造形態(tài)較好的構造圈閉為主，且主要目的層集中在新近系的韓江組和珠江組[2]，鉆探文昌組地層的井位僅4口，均未獲得商業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)，因此該區(qū)古近系勘探潛力巨大。筆者充分利用研究區(qū)豐富的三維地震資料，分析番禺4洼古近系構造變形及洼陷結構特征，并從動力學角度探討其構造變形成因機制，為該區(qū)古近系油氣勘探提供指導。

圖1 番禺4洼構造位置圖(圖中編號代表主控斷層編號)Fig.1 Sketch map showing the structures and location of the Panyu 4 sag in the Pearl River Estuary Basin (the number in the figure representing the number of major faults)

2 構造變形特征

2.1 不整合面特征

不整合面尤其是角度不整合面，是以構造為主導、綜合沉積作用的結果，是劃分盆地構造演化階段的重要依據(jù)[5]。三維地震資料反射特征和PY-4井井震分層標定結果表明，番禺4洼文昌組內部自下而上可以劃分為Tg、T85、T84、T83、T82、T81、T80共7個地震反射界面(圖2、表2)。其中Tg和T80分別為珠瓊運動一幕和珠瓊運動二幕形成的區(qū)域不整合面。T83是上、下文昌組的分界面：地震剖面上，T83界面存在明顯的削截特征，界面上、下地層沉積中心存在明顯的遷移特征，同向軸傾角明顯不同；單井剖面上，該界面之下自然伽馬曲線呈箱形，總體疊置呈漏斗形，巖性向上變粗，反映水體相對變淺；界面之上，自然伽馬、電阻率曲線呈鐘形-近箱形，巖性向上變細，反映水體相對變深[5]。T81不整合界面是文昌組內部重要的構造轉換面：該界面上下主要控沉積斷層走向由NE向轉變?yōu)镋W—NWW向，洼陷結構由東斷西超轉變?yōu)楸睌嗄铣?，西南部斜坡帶開始發(fā)育新的沉積沉降中心。

2.2 斷裂活動特征

對文昌組不同時期地層厚度與同沉積斷裂疊合圖(圖3)的分析表明，番禺4洼文昌組主要發(fā)育近NE向和EW—NWW向兩組斷裂。從主控斷層活動性統(tǒng)計(表1)及地震剖面聯(lián)合圖(圖4)對比分析發(fā)現(xiàn)，不同走向斷裂活動時期也具有一定的規(guī)律。

NE向斷裂主要活動時期為文一段沉積之前(圖3)，主要控沉積斷層包括F1、F2等斷裂(表1、圖1)。其中F1斷裂為控制文昌組沉積的主邊界斷層，傾向NW，屬于長期活動型斷層；F2斷裂是番禺4洼北部次洼西側主控邊界斷層，傾向NEE。地震剖面上，F(xiàn)1和F2斷裂表現(xiàn)為高角度正斷層特征，向下切斷了前古近系基底(圖4)；平面上，F(xiàn)1和F2斷裂延伸距離長且規(guī)模大。從不同時期地層厚度與同沉積斷裂疊合圖(圖3)可以看出：F1斷裂控制的沉積中心在下文昌組(Ew6—Ew4)，分布在洼陷中北部；上文昌組(Ew3—Ew1)則分布在洼陷的中南部，即斷層活動強度具有早期北強南弱、晚期南強北弱的演化規(guī)律；F2斷層活動強度最大時期為文五段(Ew5)沉積時期，并且具有由北向南增強的特征，到文一段沉積時期，斷層活動強度向北擴展。

圖2 文昌組內部不整合面反射層終止現(xiàn)象(剖面位置見圖1中AB)Fig.2 Seismic reflection terminations of unconformities in the Wenchang Formation of the Panyu 4 sag (seeing Fig.1 for the location of profile AB)

斷層垂直斷距/m延伸長度/km斷層產(chǎn)狀走向傾向斷穿層位主要活動時期 F1號斷層1 740.9～4 482.543.10NENWT70—Tg文六段至文一段F2號斷層62.3～1 475.815.86NNESEET80—Tg文六段至文一段F3號斷層107.8～1 261.110.55NWWSSWT70—Tg文一段至恩平組F4號斷層83.5～1 091.49.61NWWSSWT70—Tg文一段至恩平組F5號斷層206.5～2 424.720.05EWST70—Tg文一段至恩平組F6號斷層156.7～858.810.99EWST70—Tg文一段至恩平組

注：文六段即文昌組六段，依此類推。

圖3 番禺4洼文昌組地層厚度與古斷裂疊合分布圖Fig.3 Stratigraphic thickness overlapped with the ancient fault distribution of the Panyu 4 sag

EW—NWW向斷裂主要活動時期為文一段沉積期(圖3)，主要控沉積斷層包括F3、F4、F5和F6等斷裂(表1、圖1)。地震剖面上，該組斷層傾向S，表現(xiàn)為高角度正斷層，向下切斷前古近系基底(圖4)；平面上，該組斷裂發(fā)育規(guī)模僅次于F1斷裂，與F2斷裂相當(圖3)。根據(jù)不同時期地層厚度與同沉積斷裂疊合圖(圖3)分析，該組斷裂在文一段沉積前活動微弱；文一段沉積期，強烈活動并控制沉積，具有晚期活動特征。

圖4 番禺4洼聯(lián)合地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic profile of the Panyu 4 sag (seeing Fig.1 for the profile location)

2.3 沉積沉降中心遷移特征

番禺4洼古近系文昌組構造演化階段分為初始斷陷期、強烈斷陷期、弱斷陷期和斷陷萎縮期(圖5)，不同構造演化階段沉積沉降中心具有明顯的遷移特征(圖3)。

初始斷陷期即文六段沉積時期，研究區(qū)出現(xiàn)多個孤立的小的沉積沉降中心，分布在洼陷的北部和南部，最大沉積厚度小于400 m，且控沉積斷層為NE向小斷裂。

強烈斷陷早期，即文五段沉積期，F(xiàn)1和F2 NE向控洼斷層強烈活動，NE向次級斷裂發(fā)育，沉積沉降中心近NE向分布在洼陷的中北部，此時最大沉積厚度近1 000 m；強烈斷陷晚期，即文四段沉積時期，F(xiàn)1斷層強烈活動，NE向次級斷層主要分布在洼陷中北部，沉積沉降中心呈NE向分布在洼陷的中部，最大沉積厚度為600 m。

圖5 番禺4洼構造演化剖面(剖面位置見圖1中IJ)Fig.5 Structural evolution profile of the Panyu 4 sag(seeing Fig.1 for the location of profile IJ)

弱斷陷早期，即文三段沉積時期，F(xiàn)1和F2斷層活動強度減弱，此時沉積沉降中心近NE向分布，最大沉積厚度僅200 m；弱斷陷晚期，即文二段沉積時期，F(xiàn)2斷層基本不活動，F(xiàn)1斷層活動強度較大，沉積沉降中心呈NE向分布在洼陷的中南部，最大沉積厚度近600 m。

斷陷萎縮期，即文一段沉積時期，在F1斷層下降盤，發(fā)育明顯的NE向沉積沉降中心，最大沉積厚度近600 m，且分布在洼陷的南部。在洼陷西南斜坡帶，由于EW—NWW向斷裂(F3、F4、F5、F6)活動，新的沉積沉降中心開始發(fā)育，且沉積規(guī)模與F1斷層下降盤相當。另外，F(xiàn)2斷層下降盤發(fā)育沉積中心，但規(guī)模極小，沉積厚度僅200 m。

2.4 洼陷結構特征

根據(jù)洼陷內不整合面分布特征、斷裂性質和產(chǎn)狀、沉積沉降中心遷移特征等將番禺4洼劃分為北部次洼、中部變換帶、南部次洼、西北部次凸、西南部斜坡共5個構造單元(圖1)。

北部次洼分布在洼陷的東北側，向北與西江36洼相接，東側與F1邊界斷層為界，西北側以F64斷層和F65斷層與西北次凸分界。洼陷內受F1和F2斷層活動影響，具有東西雙斷的洼陷結構特征，構造變形樣式以“多米諾式”、“向心式”組合為主(圖4中AB、CD剖面)，上文昌組地層剝蝕強烈。南部次洼分布在洼陷的東南側，東側以F1邊界斷層與番禺低隆起分界，西側向西南斜坡逐漸過渡。次洼內地層發(fā)育齊全，僅文一段地層遭受剝蝕，受F1斷層活動影響，洼陷結構為單斷的半地塹結構，構造變形樣式以平面式、鏟式扇組合為主(圖4中GH、IJ剖面)。西部斜坡帶與南部次洼逐漸過渡，發(fā)育一些切割基底的近EW向的先存斷裂(F3、F4、F5和F6斷層)，在文一段沉積之前一直處于平緩的斜坡地貌，在文一段沉積期近EW向斷裂強烈活動，形成北斷南超的半地塹式組合(圖4中GH、IJ、ML剖面)。西北次凸是西江中低凸起的東延部分，與北部次洼和南部斜坡帶分別以斷層為界，在古近紀一直處于隆升狀態(tài)，缺失文昌組地層(圖4中EF剖面)。中部變換帶與其他4個次級構造單元都表現(xiàn)為逐漸過渡關系，洼陷內地層發(fā)育齊全，文一段和文二段地層遭受剝蝕，受F1斷層活動影響，洼陷結構為東斷西超的半地塹式組合，構造變形樣式以北東向階梯狀斷層、鏟式扇為主(圖4中EF剖面)。

圖6 番禺4洼古近系成因機制立體模式圖Fig.6 3D genetic models for the Paleogene in the Panyu 4 sag

3 成因機制探討

番禺4洼屬于珠江口盆地(東部)一個相對獨立的構造單元，其成因機制與珠江口盆地的演化密切相關。前人關于珠江口盆地古近系的形成機制已有共識[5-9]，認為歐亞板塊、印度板塊和太平洋板塊相互作用使盆地在文昌組和恩平組沉積時期分別遭受NW—SE向和近SN向兩期不同方向的伸展作用；而吳智平等[7]通過對番禺4洼新生代斷裂體系研究，認為番禺4洼新生界是由兩期伸展作用疊加的結果，即文昌組沉積時期區(qū)域的NW—SE向伸展和文昌期組沉積之后的近SN向伸展。迄今為止，對于番禺4洼文昌組內部構造變形特征的研究尚不深入。大量研究表明，伸展方向和盆地邊界幾何形態(tài)共同控制裂陷盆地的構造變形組合樣式[9-12]。筆者分析番禺4洼文昌組內部不同時期構造變形特征如下：文一段沉積之前，受NE向斷裂活動影響，沉積沉降中心主要呈NE向分布，且F1斷層下降盤的NE向沉積沉降中心具有由北向南遷移的特征；北部次洼受NE向F1和F2邊界主控斷裂的影響，具有“東西雙斷”的地塹式組合特征；南部次洼和中部變換帶受NE向F1邊界主控斷層的影響，具有“東斷西超”的半地塹式組合特征。文一段沉積期，NE向斷裂活動減弱，近EW向斷裂強烈活動并控制沉積，發(fā)育新生性近EW向和NE向沉積沉降中心；西南部斜坡帶具有“北斷南超”的半地塹式組合特征。同時文一段沉積末期，地層遭受隆升剝蝕，北部次洼、中部變換帶和南部次洼地層遭受強烈剝蝕且剝蝕程度具有“北強南弱”的特征。以上構造變形特征表明，洼陷在文昌組沉積末期即文一段沉積時期，區(qū)域應力場方向已經(jīng)開始發(fā)生轉變，即文一段沉積時期是區(qū)域應力場方向由NW—SE向拉張順時針向近 SN向拉張轉變的過渡時期。

結合中國東部渤海灣盆地南堡凹陷的研究[13]，應力體制的轉變也有類似的構造響應特征。始新統(tǒng)沙河街組沙一段沉積之前，主控斷層的NE走向段控制沉積的作用強烈，次級斷層走向為NE向；下漸新統(tǒng)沙一段沉積時期，新生性EW走向斷層開始發(fā)育，同時主控斷層走向也轉變?yōu)榻麰W走向，反映了區(qū)域應力場順時針的轉變。

黃驊坳陷中的岐口凹陷也有類似的構造-沉積響應特征，具體表現(xiàn)為下漸新統(tǒng)沙河街組沙一段與下伏始新統(tǒng)沙二段、沙三段之間的區(qū)域不整合界面，界面之下地層遭受強烈剝蝕，削截現(xiàn)象廣泛分布，界面之上沙一段超覆在下伏沙二段—沙三段不同時代地層之上[14-16]。該界面在中國東部新生代裂陷盆地中具有廣泛的可比性[15]。佟殿君等[16]研究揭示,沙一段段沉積之前,黃驊坳陷以NW和NNW向伸展為主；而到了沙一段沉積時期，伸展方向開始順時針向SN向發(fā)生轉變，并導致沉積沉降中心遷移。

番禺4洼與上述幾個區(qū)域的伸展方向的改變具有相同的特點，反映區(qū)域應力場方向轉變引起的構造變形波及范圍廣泛。從板塊動力學背景上分析，太平洋板塊相對于歐亞板塊匯聚運動的方向及匯聚速率在約43 Ma時發(fā)生了明顯的轉折[17-23]，同時印度板塊相對于歐亞板塊運動的匯聚速率及匯聚角度也在約43 Ma時發(fā)生了轉折[22,24]。太平洋板塊及印度板塊相對于歐亞板塊運動方向的改變，導致了中國東部及其鄰區(qū)應力體制發(fā)生轉變。

4 結 論

(1)番禺4洼文昌組文一段沉積期發(fā)生了重要的構造事件，具體表現(xiàn)為：文一段沉積之前，近NE向斷裂強烈活動，沉積沉降中心近NE向分布，洼陷結構在北部次洼表現(xiàn)為“東西雙斷”的特征，中部變換帶和南部次洼具有“東斷西超”的特點；文一段沉積期，NE向斷裂活動減弱，EW—NNW向斷裂強烈活動，新生性EW向和NE向沉積沉降中心發(fā)育，南部斜坡帶具有”北斷南超“的特征，同時北部次洼、中部變換帶和南部次洼依次遭受由強變弱的剝蝕作用。

(2)番禺4洼文一段沉積前和文一段沉積期構造變形特征的差異表明，文一段沉積期是區(qū)域應力場順時針轉變的過渡時期，其成因機制與太平洋板塊和印度板塊相對于歐亞板塊的運動密切相關，這一應力體制轉變所引起的構造變形特征在中國東部盆地也可以類比。