瓊東南盆地長昌凹陷中部伸展-走滑復合斷裂帶及其油氣勘探意義

李飛躍，楊海長，楊東升，郭 帥，孫 瑞，紀 沫，趙 釗

中海油研究總院有限責任公司

瓊東南盆地深水西區(qū)樂東—陵水凹陷近年來的勘探獲得重大突破，相繼發(fā)現(xiàn)了陵水17-2、陵水18-1等大中型氣田，但東區(qū)松南—寶島凹陷、長昌凹陷至今未有重大發(fā)現(xiàn)。2012年在長昌凹陷鉆探的CX1井，雖然沒有發(fā)現(xiàn)油氣層，但揭示了漸新統(tǒng)崖城組烴源巖和陵水組儲層［1］；2017年鉆探的WX1井，陵水組一段氣測顯示活躍，測井解釋出8 m的氣層,這證實了長昌凹陷為生烴凹陷，應具有較大的資源潛力和良好的勘探前景。目前對長昌凹陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征、演化機制及勘探潛力的研究主要是區(qū)域性質(zhì)的，而且主要是利用二維地震測線和重磁資料開展的［2-5］。于俊峰［6］對長昌凹陷小面積三維地震資料進行精細解釋后認為：漸新世應力順時針旋轉(zhuǎn)，在不均勻拉張條件下形成了具有走滑性質(zhì)的斷裂體系。李才等［7］應用盆地動力學理論方法，對長昌凹陷的不同斷裂體系進行了劃分，認為中央坳陷中部斷裂帶具有右行走滑性質(zhì)。然而對于長昌凹陷中部的2條NWW—SEE向斷裂帶的形成機制、形成時期還缺少系統(tǒng)研究。筆者利用高精度的三維地震資料和近年來獲得的地質(zhì)資料，詳細分析了長昌凹陷中部斷裂帶的形成機制、形成時期及其對成藏條件的影響，以期為研究區(qū)和類似條件地區(qū)的油氣勘探提供指導和借鑒。

1 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)背景

瓊東南盆地位于南海北部大陸邊緣西北部，處于歐亞板塊、太平洋板塊和印度—澳大利亞板塊的銜接部位，受到古太平洋構(gòu)造域與古特提斯構(gòu)造域的雙重制約，是在前新生界基底之上發(fā)育的新生代陸緣拉張型含油氣盆地，總體上呈NE—SW向展布，經(jīng)歷了神狐運動、南海運動和東沙運動等3次區(qū)域性構(gòu)造運動，形成了多凸多凹的構(gòu)造格局［8-9］（圖1）。盆地海域面積約為9×104km2，其中深水區(qū)（水深大于300 m）面積約為4×104km2，最大沉積地層厚度近10 km［10-11］。長昌凹陷位于瓊東南盆地東部，北鄰神狐隆起，南鄰南部隆起，西與松南—寶島凹陷相鄰（圖1），總體呈NE向展布，面積約為1.1×104km2，整體水深在1 000～3 000 m之間［1，4］。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造區(qū)劃及研究區(qū)位置Fig.1 Tectonic division of Qiongdongnan Basin and study area location

長昌凹陷以新生代沉積為主，主要經(jīng)歷了古近紀裂陷階段和新近紀裂后階段2個構(gòu)造演化期（表1），具有下斷上坳的雙層結(jié)構(gòu)特征［5，12-13］，古近系最大厚度近7 000 m。凹陷內(nèi)斷陷構(gòu)造層包括始新統(tǒng)（推測，尚未證實）、漸新統(tǒng)崖城組和陵水組；坳陷構(gòu)造層包括中新統(tǒng)三亞組、梅山組、黃流組，以及上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系樂東組［14-15］。

表1 瓊東南盆地長昌凹陷地層與構(gòu)造演化Table 1 Strata and structural evolution of Changchang Sag,Qiongdongnan Basin

2 伸展-走滑復合斷裂特征及成因

伸展-走滑復合斷裂，是指地層早期受拉張作用形成正斷裂，后期疊加并且受控于走滑作用，使得前期發(fā)育的伸展斷裂受到不同程度的改造，同時也有復合應力作用下新生的斷裂，從而形成的具有伸展和走滑雙重性質(zhì)的復合斷裂系統(tǒng)。

2.1 伸展-走滑復合斷裂帶特征

從地震地質(zhì)解釋看（圖2），長昌凹陷中部的斷裂主要在晚漸新世至早中新世活動（T70—T50），總體呈現(xiàn)上陡下緩、階梯狀排列的特征；深層斷距一般在200～800 ms之間，主走滑斷裂“有根”，伴生的次級斷裂依次斷至主干走滑斷裂面上，從而形成負花狀構(gòu)造，這是走滑最基本的構(gòu)造特征之一［16］。區(qū)內(nèi)自西北向東南，斷裂的負花狀特征逐漸明顯。剖面上主干走滑斷裂根部一般較緩，并不具備典型走滑斷裂那種以近似直立的大角度斷至基底、斷面上緩下陡的特征，這與單一剪切應力主導形成的走滑斷裂有明顯區(qū)別［17］，推斷是早期伸展斷裂經(jīng)后期走滑作用改造而成。

平面上,長昌凹陷中部NWW向斷裂帶主要發(fā)育雁列式、帚狀2種樣式（圖3）。由T60反射層沿層相干切片（圖3a）及斷裂平面分布（圖3b）可見：NWW的次級斷裂呈“入”字形銳角收斂于主干走滑斷裂，根據(jù)與主干斷裂的夾角關(guān)系可以判斷為右旋走滑；次級走滑斷裂并未貫通，而強烈走滑作用一般具有位移量大、次級斷裂相互貫通等特征［18］，這反映出研究區(qū)內(nèi)的走滑作用較弱。

圖2 瓊東南盆地長昌凹陷中部斷裂帶地震地質(zhì)解釋（A—A′剖面位置見圖3b）Fig.2 Seismic geological interpretation of the central fault belts in Changchang Sag,Qiongdongnan Basin(section location is shown in Fig.3b)

圖3 瓊東南盆地長昌凹陷中部沿層（T60）斷裂分布Fig.3 Distribution of T60 faults in central Changchang Sag,Qiongdongnan Basin

長昌凹陷中部NWW向斷裂帶的空間展布特征，按單純的伸展斷裂或走滑斷裂模式均不能準確解釋（圖4），其更符合在伸展斷裂基礎上疊加走滑作用而形成的伸展-走滑復合斷裂模式［19-20］，是拉張應力與剪切應力在不同時期疊加的效應。整體上看，斷裂演化可以分為下部伸展、上部走滑2個發(fā)育階段：始新世—早漸新世發(fā)育伸展斷裂，晚漸新世—早中新世疊加并且受控于走滑作用。

圖4 伸展斷裂、典型走滑斷裂與伸展-走滑復合斷裂模式圖Fig.4 Model of extensional fault,typical strike-slip fault,and extension-strike-slip composite fault

2.2 伸展-走滑復合斷裂成因機制

對長昌凹陷中部NWW向斷裂帶的成因目前還沒有統(tǒng)一的認識［3，6-7，13］：紀沫等［13］認為是由NW—SE向區(qū)域拉張應力和南海擴張形成的近SN向拉張應力調(diào)諧而成；于俊峰［6］和李才等［7］認為是區(qū)域應力場順時針旋轉(zhuǎn)，由于凹陷東西部不均勻拉張，導致不同部位伸張量發(fā)生差異而形成,斷裂具有走滑或張扭的性質(zhì)?？傮w來看，花狀構(gòu)造、底辟構(gòu)造和雁列式、帚狀斷裂展布形態(tài)等特征，反映長昌凹陷中部晚漸新世—早中新世具有右旋張扭的應力背景，并不是一個簡單的斷坳轉(zhuǎn)換或者凹陷走向變化調(diào)節(jié)帶的構(gòu)造特征。

根據(jù)多速波地形地貌資料及磁異常條帶分析［21-22］，南海海底在32～15.5 Ma期間發(fā)生擴張活動。始新世—早漸新世（32～25.5 Ma），南海北部陸緣受菲律賓—太平洋板塊的俯沖作用，產(chǎn)生弧后拉張應力，區(qū)域應力場以NW—SE向伸展為主；晚漸新世（25.5～15.5 Ma），由于南海西南次海盆海底擴張，區(qū)域應力發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)，變?yōu)橐越黃N向拉張為主［23-24］。結(jié)合長昌凹陷中部NWW向斷裂帶特征分析，其構(gòu)造演化過程如下（圖5，圖6）：早漸新世—晚漸新世早期（崖城組—陵水組三段，圖5c），受NW—SE向區(qū)域拉張應力的作用，發(fā)育主干伸展斷裂；晚漸新世晚期（陵水組二段—一段，圖5b），區(qū)域應力順時針旋轉(zhuǎn)后，受近SN向拉張應力作用，凹陷內(nèi)深部基底斷裂持續(xù)活動，同時由于神狐隆起、南部隆起這2個剛性隆起的阻礙，長昌凹陷中部產(chǎn)生不均勻拉伸，開始產(chǎn)生右旋走滑作用，導致一系列次級調(diào)節(jié)斷裂發(fā)育；早中新世（三亞組，圖5a），隨著長昌凹陷南部、北部這2個剛性隆起阻礙作用的增強，不均勻拉張位移量增大，中部走滑作用更加強烈，產(chǎn)生了大量負花狀構(gòu)造。因此，長昌凹陷中部NWW向斷裂早期主要表現(xiàn)為伸展特征，晚期疊加走滑作用，最終形成具有伸展和走滑雙重性質(zhì)的復合斷裂。通過長昌凹陷中部斷裂演化及其與南海擴張過程的耦合關(guān)系分析，筆者認為晚漸新世的這種右旋張扭作用，是在南海西南次海盆海底擴張而引起區(qū)域應力順時針旋轉(zhuǎn)的背景下，凹陷內(nèi)深部基底斷裂持續(xù)活動和凹陷南部、北部2個剛性隆起的阻礙共同作用的結(jié)果。

圖5 瓊東南盆地長昌凹陷中部斷裂帶演化剖面圖（A—A′，B—B′剖面位置見圖3b）Fig.5 Evolution profile of fault belts in central Changchang Sag,Qiongdongnan Basin(section location is shown in Fig.3b)

圖6 瓊東南盆地長昌凹陷中部伸展-走滑復合斷裂帶成因示意圖Fig.6 Genetic sketch map of the extension-strike-slip composite fault belts in central Changchang Sag,Qiongdongnan Basin

依據(jù)走滑斷裂的錯動方向與運動方向的關(guān)系,走滑斷裂排列模式可以分為左階式和右階式［25-26］。研究區(qū)形成了右行左階和右行右階兩種走滑斷裂排列模式（圖3b）：北部斷裂帶屬于右行左階，南部斷裂帶屬于右行右階。在右行左階式走滑斷裂排列模式下，由于剪切作用導致相鄰斷裂所夾持的地層發(fā)生相對運動，在斷裂系之間形成擠壓應力環(huán)境，斷裂具有較強的封閉性，能夠起到有效的封堵作用，故北部斷裂帶是有利的油氣聚集帶。在右行右階式走滑斷裂排列模式下，由于剪切作用導致相鄰斷裂所夾持的地層發(fā)生相反方向的運動，在斷裂系之間形成拉張應力環(huán)境，斷裂具有較高程度的開啟性，能夠作為高效的運移通道，故南部斷裂帶是有利的油氣輸導區(qū)。

3 油氣勘探意義

瓊東南盆地長昌凹陷中部的伸展-走滑復合斷裂帶控制了凹陷的沉降中心和沉積中心，在其影響下，崖城組發(fā)育大型煤系三角洲，陵水組—三亞組發(fā)育海底扇。伸展-走滑復合斷裂帶也控制了多個斷塊、斷鼻等構(gòu)造圈閉群及構(gòu)造-巖性復合圈閉的發(fā)育，這些圈閉面積大，多層發(fā)育。伸展-走滑復合斷裂帶內(nèi)的主干斷裂切穿了崖城組烴源巖（圖2），成為油氣垂向運移的通道。2017年鉆探的WX1井已經(jīng)證實：長昌凹陷為生烴凹陷，中部斷裂帶內(nèi)構(gòu)造圈閉發(fā)育，油氣運移活躍。近年來在渤海灣郯廬走滑斷裂帶［27-28］，黃驊坳陷岐口凹陷［29］、青東凹陷［30］等區(qū)域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個受走滑斷裂控制的大型油氣田，說明走滑斷裂對油氣成藏具有重要的指向意義。

長昌凹陷中部的伸展-走滑復合斷裂帶位于主洼的南北兩側(cè)，緊鄰生烴中心，具有近源優(yōu)勢。走滑帶內(nèi)的圈閉主要發(fā)育于晚漸新世，定型于中新世，主洼大規(guī)模排烴期主要為中新世（15 Ma）以后，因此圈閉形成期與排烴期時空匹配良好，而且主洼崖城組壓力系數(shù)在1.2～1.4之間，有利于油氣沿斷裂垂向運移并在合適的圈閉中聚集。北部主干走滑斷裂F1、F2、F3構(gòu)成典型的右行左階的斷裂模式，斷裂之間處于擠壓應力環(huán)境，有利于油氣聚集；南部F4、F5、F6主干走滑斷裂構(gòu)成右行右階的斷裂模式，斷裂之間處于拉張應力環(huán)境，有利于油氣垂向運移，但不利于聚集成藏。

4 結(jié) 論

（1）瓊東南盆地長昌凹陷中部發(fā)育2條NWW向斷裂，在始新世—早漸新世主要表現(xiàn)為伸展特征，在晚漸新世—早中新世疊加并且受控于走滑作用，形成伸展-走滑復合斷裂。這是在南海西南次海盆海底擴張引起的區(qū)域應力產(chǎn)生順時針旋轉(zhuǎn)的背景下，凹陷內(nèi)深部基底斷裂持續(xù)活動與神狐隆起、南部隆起2個剛性隆起的阻礙共同作用的結(jié)果。

（2）長昌凹陷中部的伸展-走滑復合斷裂帶中，北部斷裂帶具有右行左階的走滑性質(zhì)，斷裂側(cè)向封堵性強，斷塊、斷背斜圈閉發(fā)育，是油氣勘探的有利區(qū)域；南部斷裂帶具有右行右階的走滑性質(zhì)，斷裂開啟程度較高，有利于油氣的垂向運移。