南海珠江口盆地走滑構(gòu)造與油氣成藏機制

陸蕾蕾 , 姜素華 *, 索艷慧 , 王鵬程 , 汪 剛 ,姜 衍 , 劉 博 , 郭玲莉 , 朱俊江 , 李三忠 *

(1.深海圈層與地球系統(tǒng)教育部前沿科學中心, 海底科學與探測技術(shù)教育部重點實驗室, 中國海洋大學 海洋地球科學學院, 山東 青島 266100; 2.青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室 海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室, 山東 青島 266100)

0 引 言

南海海盆為太平洋板塊、歐亞板塊和印度-澳大利亞板塊相互作用形成的邊緣海, 且在南海海盆北部陸緣發(fā)育一系列新生代走滑拉分盆地群(李三忠等, 2012a)。珠江口盆地作為南海海盆北部主要盆地之一, 較好地保留了南海陸緣裂解到擴張過程的構(gòu)造變形、沉積地層記錄, 由于其特殊的大地構(gòu)造位置及豐富的油氣資源, 一直為熱點研究區(qū)。前人對珠江口盆地的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造樣式、裂陷特征和形成機制等開展了大量研究, 并形成相對統(tǒng)一的認識(李平魯?shù)? 1989; 姚伯初, 1993; 任建業(yè)和李思田, 2002;孫珍等, 2005; 謝文彥等, 2007; 張功成, 2010; 任建業(yè)和雷超, 2011; 于水明, 2012; 能源, 2013; 陳建軍等, 2015; 解習農(nóng)等, 2015), 但對盆地主控斷層、成盆動力來源等問題尚存爭論(李思田和林暢松, 1998;周蒂等, 2002, 2005), 尤其是該盆地的成盆機制與走滑構(gòu)造的時空組合關(guān)系及控盆構(gòu)造與油氣成藏關(guān)系并不明確。在南海北部, 走滑拉分作用表現(xiàn)十分突出, 但由于構(gòu)造解釋的復雜性, 其被傳統(tǒng)模型束縛和忽略。走滑拉分作用可形成復雜的構(gòu)造系統(tǒng)(王鵬程等, 2017;汪剛等, 2019), 是構(gòu)造地質(zhì)學研究的前沿問題之一,尤其是可以形成重要的油氣圈閉, 與油氣形成的關(guān)系十分密切, 在油氣勘探中具有重要意義。因此, 本次針對南海北緣走滑構(gòu)造與油氣成藏機制進行研究。

傳統(tǒng)觀點認為, 珠江口盆地是NW-SE 向正常伸展背景下的裂陷盆地(焦養(yǎng)泉和李思田, 1997; 施和生等, 2009; 劉志峰等, 2013), 但也有學者提出是走滑拉分和裂陷共同作用的結(jié)果(能源等, 2011; 張遠澤等, 2019)。近年來, 通過對渤海、南海和東亞陸緣區(qū)域的構(gòu)造研究(石耀霖和王其允, 1993; 李三忠等,2010, 2013; 姜素華等, 2019; Li et al., 2019), 進一步認識到許多大型走滑帶對盆地(包括南海海盆)的形成起主導控制作用。南海盆地形成演化也可以用走滑帶的“拉分”模型給予很好地解釋(李三忠等, 2012a)。這種新認識對解釋盆地的構(gòu)造演化、沉積特征乃至油氣的成藏都具有重要作用。本文利用研究區(qū)詳細的地質(zhì)-地球物理資料, 在重磁識別走滑斷層的基礎(chǔ)上, 開展南海北部珠江口盆地走滑構(gòu)造特征與油氣的成藏關(guān)系研究; 通過精細地震剖面的構(gòu)造解析和盆地結(jié)構(gòu)特征, 劃分不同伸展走滑斷裂系統(tǒng); 通過詳細分析剖面-平面組合的幾何學、運動學特征, 確定構(gòu)造演化序列, 從而探討變化的統(tǒng)一應(yīng)力場下盆地構(gòu)造差異性的主要成因, 以及走滑拉分構(gòu)造與油氣的成藏關(guān)系。

圖1 珠江口盆地構(gòu)造單元和斷裂體系分布(修改自王鵬程等, 2017)Fig.1 Tectonic units and fault system of the Pearl River Mouth Basin

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 走滑構(gòu)造格局和形成背景

珠江口盆地是位于南海北部陸緣的中新生代疊合盆地(Clift and Lin, 2001; Zhang et al., 2016; 張功成等, 2017; Ding et al., 2018; Lei et al., 2018), 主要由北部隆起帶、北部坳陷帶(珠一坳陷和珠三坳陷)、中央隆起帶(神狐隆起、番禺低隆起和東沙隆起)、南部坳陷帶(珠二坳陷)和南部隆起帶5 個構(gòu)造單元組成(圖1)。南海北部前中生代經(jīng)歷了印支期華南地塊與印支地塊的碰撞縫合、燕山期古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖等復雜構(gòu)造演化(李三忠等, 2012a,2012b, 2012c; 姜素華等, 2017; Li et al., 2018; Suo et al., 2019), 形成海南島中部近E-W 向印支期滇瓊縫合帶(劉海齡等, 2006; Cai and Zhang, 2009), 中生代則發(fā)育NE 向為主的壓剪性斷裂系(陳漢宗等, 2005;周蒂等, 2006)。伴隨新生代(32.0～15.5 Ma)南海海盆的擴張, 南海北部演化為張裂減薄型被動大陸邊緣(Briais et al., 1993; Barckhausen and Roeser, 2014; Jiang et al., 2016)(圖1)。

在此構(gòu)造背景下, 南海北部海域新生代盆地結(jié)構(gòu)存在著很大的相似性: NNE-NE 向控盆斷裂, 近EW-NEE 向控坳斷層, 地塹、半地塹的斷陷結(jié)構(gòu), “東西分帶、南北分塊”的構(gòu)造格局等都具有自西向東變新的宏觀構(gòu)造遷移規(guī)律。沉積地層中相同性質(zhì)層序形成時間表現(xiàn)為自西向東逐漸變晚趨勢(詹文歡和劉以宣, 1995; Barckhausen and Roeser, 2004; Yeh et al., 2010); 沉積沉降中心也表現(xiàn)為自西向東遷移,盆地主要沉降發(fā)生時段和快速沉降期發(fā)生的時間自西向東逐漸變晚(程世秀等, 2012); 構(gòu)造變形遷移表現(xiàn)為斷裂形成時間和切割地層時代自西向東逐步變晚(Wang et al., 2019)。北部盆地群在新生代經(jīng)歷了神狐、南海、白云、東沙等多期構(gòu)造運動, 形成了復雜的角度不整合, 盆地群軸向呈NE-NEE 向, 為棋盤格式、隆-坳相間的格局。

珠江口盆地總體展布方向與右行控盆斷裂斜交,由“三隆兩坳”組成, 最北部為北部隆起帶; 其南部為北部坳陷帶總體為受NEE 向控凹斷層控制, 而形成箕狀斷陷, 其中, 更次級單元(三級)斷陷總體受晚期NWW 向斷裂改造, 軸向為NWW 向, 與盆地總體走向不一致; 再往南的中央隆起帶3 個隆起之間被NNE 向基底斷層所分割。

1.2 拉分成盆模式

在南海海盆打開之前, 南海北部大陸邊緣 NE向右行右階和NW-NWW 向斷裂左行左階走滑斷裂體系控制了南海北部拉分盆地群的形成(Wang et al.,2019)。NE 向張扭斷裂體系在古近紀“西進東退”的構(gòu)造背景下, 不斷向東遷移。研究區(qū)東部新生代太平洋板塊向歐亞板塊俯沖過程中, 俯沖方向發(fā)生了多次改變, 形成了多幕弧后裂解作用(Maruyama and Okamoto, 2007; 李三忠等, 2013; 趙斐宇等, 2017)。同期, 研究區(qū)西部印度-澳大利亞板塊向北漂移, 進而與歐亞板塊碰撞(Torsvik et al., 2008)。在東、西兩個巨型匯聚體系影響下, 東亞大陸邊緣出現(xiàn)了強烈的NE 向右行張扭應(yīng)力場(周蒂等, 2002; 李三忠等,2012c; Lei and Ren, 2016), 在該應(yīng)力場下, 南海北部大陸邊緣經(jīng)歷了強烈的巖石圈減薄, 發(fā)育了包括珠江口盆地在內(nèi)的眾多陸緣裂解盆地(李三忠等, 2012c; 索艷慧等, 2017)。

通過對NW 向陽江-一統(tǒng)走滑斷裂帶的幾何學和運動學特征分析, 以及活動強度和活動時期的厘定, 結(jié)合珠江口盆地構(gòu)造和沉積證據(jù)(Wei and Chung et al., 1995; 王霄飛等, 2014; 王鵬程等, 2017;汪剛等, 2019), 認為NW 向斷裂體系是南海北部盆地演化晚期的控盆凹斷裂。南海北部裂陷期發(fā)育左行和右行兩期走滑運動, 由于中生代NE 向和NW向的雙逆沖體系中NE 向逆斷層發(fā)育較晚, 因此在49～43 Ma 期間, 太平洋板塊NWW 斜向俯沖產(chǎn)生的拉張應(yīng)力場下, 早期NE 向斷裂更加易于活化, 在這個時期珠江口盆地主要受控于東部太平洋板塊俯沖動力體系, 派生出右行走滑分量, NE 向斷裂體系右行右階拉分(索艷慧等, 2012, 2017; Wang et al.,2019), 控制了珠江口盆地的初始裂陷形態(tài)(圖2a)。NE 向斷裂體系規(guī)模較大, 活動時間早, 但卻不是盆地后期演化的控盆斷裂。而后期NW 向斷裂體系活動持續(xù)時間更長、活動強度更大, 且具有多期發(fā)育特征, 疊合于先前的右行右階拉分構(gòu)造之上, 珠江口盆地繼續(xù)左行左階拉分成盆(索艷慧等, 2012; Liu et al., 2016)(圖2b)。NW 向斷裂體系發(fā)生于中生代,且?guī)缀踟灤┯谡麄€新生代珠江口盆地的演化過程(圖2), 正是這種走滑, 將珠江口盆地的構(gòu)造形態(tài)進一步復雜化。

圖2 珠江口盆地成盆階段Fig.2 Basin formation stages of the Pearl River Mouth Basin

2 走滑構(gòu)造識別

2.1 重磁資料識別

2.1.1 重力異常特征

布格重力異常3 階逼近場表明, NEE 向重力異常條帶被NE 向與NW 向走滑斷裂錯斷, 且該異常變化錯斷地帶與該區(qū)的NE 向斷裂展布特征相吻合;NW 向陽江-一統(tǒng)走滑斷裂帶的北段大致位于局部重力異常梯度帶上, 兩側(cè)的重力異常變化幅度在115～200 mGal 之間; 在中央隆起帶斷裂南、北兩段,也表現(xiàn)出重力異常的變化, 很好地體現(xiàn)了珠江口盆地南北分塊的特征。此外, 珠江口盆地北邊界為一條低重力異常梯度帶, 南邊界為一條高重力異常梯度帶, 異常場總體呈NEE 向展布, 與NEE 向展布的次級斷裂一致。重力異常梯度在南段保持平穩(wěn), 在北段兩側(cè)表現(xiàn)為等值線的不連續(xù), 重力梯度峰值帶發(fā)生明顯改變。這些斷裂基本沿著重力3 階逼近場的重力梯度帶展布, 逼近場重力值由南向北逐漸降低(圖3)。

圖3 珠江口盆地布格重力異常3 階逼近場Fig.3 Third-order approximation field of Bouguer gravity anomaly in the Pearl River Mouth Basin

而布格重力異常的3 階細節(jié)場更能反映珠江口盆地東西分帶性, 細節(jié)場重力異常分區(qū)與NW 向斷裂展布相吻合, 其中, 陽江-一統(tǒng)斷裂位于一條串珠狀異常帶上, 兩側(cè)NE 向分布的線性異常發(fā)生走滑錯斷, 兩側(cè)重力異常變化幅度在?15～+15 mGal 之間。斷裂兩側(cè)具有顯著的重力異常特征差異, 重力異常在斷裂以東大范圍地區(qū)呈現(xiàn)正值, 以西則大多表現(xiàn)為負值(圖4)。與逼近場類似, 珠江口盆地內(nèi)部的細節(jié)場呈NEE 向線性分布, 與盆地內(nèi)部的NEE 向斷裂展布方向一致, 且與南北兩側(cè)NW 向線性展布的細節(jié)場的分界明顯。中央隆起帶表現(xiàn)出區(qū)別于其他地區(qū)的明顯低絕對值異常, 且等值線分布稀疏,而往南北兩側(cè)等值線則趨向于密集。

綜上所述, 南海北部NE-SW 向中生代俯沖增生帶明顯被一系列NW 向左旋走滑斷層截斷, 呈左行雁列式排列, 一些剖面揭示相關(guān)花狀構(gòu)造只發(fā)育于基底中, 即Tg之下。因此可以推測, NW 向陽江-一統(tǒng)斷裂可能在中生代就開始發(fā)育, 并不是一條單一的斷層, 而是一條多期間斷性活動的復雜斷裂帶, 該斷裂帶的產(chǎn)生和演化與太平洋板塊向西斜向俯沖密切相關(guān)。陽江-一統(tǒng)斷裂帶早期調(diào)節(jié)著NE 走向逆沖斷裂體系, 在珠江口盆地表現(xiàn)為一組近似平行的NW 向斷層; 但新生代后期可能發(fā)生了顯著的再活化, 因此又錯斷了NE 向古近紀的走滑控盆斷層, 該斷裂帶往東依次是北衛(wèi)灘斷裂和陸豐斷裂等, 這些NW 向斷裂甚至有可能延伸到南海南部。 在加里曼丹島陸上可以觀測到NW 向斷裂(其中比較典型為廷賈斷裂)與殘留在巖石圈深部的中生代俯沖和走滑作用線性構(gòu)造相關(guān)。

2.1.2 磁異常特征

磁異常除了對構(gòu)造格局有很好的體現(xiàn), 還對巖漿分布有很好的識別作用。在珠江口盆地磁異常特征上, 隆起區(qū)主要為負異常區(qū), 而坳陷則主要表現(xiàn)為正異常區(qū)(圖5)。此外, NEE、NW 向異常梯度帶與該區(qū)的NEE、NW 向斷裂吻合良好, 陽江-一統(tǒng)斷裂帶位于局部磁異常梯度帶上, 將NE 向展布的磁異常條帶錯斷, 表現(xiàn)出左行剪切走滑性質(zhì), 這一線性特征和珠江口盆地淺部巖石圈的凹陷邊界一致,因而, 推測盆地深部NE 向和NW 相的共軛斷裂體系控制著盆地“南北分塊、東西分帶”的構(gòu)造特征。從圖5 中可以看出, 陽江-一統(tǒng)斷裂帶兩側(cè)磁場數(shù)值存在差別, 同時錯切磁異常梯度帶, 表明陽江-一統(tǒng)斷裂帶的切割深度較大, 可能為巖石圈尺度的斷裂(夏玲燕等, 2018)。斷裂帶東側(cè)為相對高絕對值磁異常帶, 以正磁異常居多; 西側(cè)為低絕對值磁異常區(qū),以負磁異常居多。斷裂帶兩側(cè)不同磁場特征反映兩側(cè)基底性質(zhì)、基底結(jié)構(gòu)以及蓋層沉積厚度的差異,也說明沿著該斷裂帶有明顯的巖漿活動。

2.2 地震剖面特征

在地震剖面上, 基底內(nèi)部可識別出清晰的中生代早期整體雙逆沖體系, 下部為等間距 NWW 向側(cè)向逆沖斷坡結(jié)構(gòu), 為第一期逆沖的結(jié)果; 上部則呈疊瓦式NEE-NE 向正向逆沖斷坪構(gòu)造, 為第二期逆沖形成的構(gòu)造。晚期下部逆沖體系保存相對完整,而上部逆沖體系在 NW-SE 向拉張應(yīng)力作用下, 部分反轉(zhuǎn)為鏟形正斷層控制的箕狀斷陷或地塹, 為第三期伸展作用(圖6)。NEE 向逆沖構(gòu)造體系普遍被NWW-NW 向調(diào)節(jié)構(gòu)造切割且形成時間較早, 因此, NEE向先存斷裂體系分段保存更完整, 斷面更連續(xù), 為主斷裂, 且可能更為薄弱, 并在之后的裂陷期率先活化。

以陽江-一統(tǒng)隱伏走滑斷裂帶為例, 在斷裂帶附近選取4 條NE 向地震剖面(圖7)。由北向南依序觀察發(fā)現(xiàn), 這些剖面中明顯存在一條NW 向斷裂帶,同向和反向小斷裂交替出現(xiàn), 好像一條扭曲的柔軟絲帶, 構(gòu)成走滑構(gòu)造獨有的典型“絲帶效應(yīng)”。斷層傾角較陡, 多數(shù)近于直立, 剖面上呈花狀或鏟形, 表現(xiàn)為似花狀構(gòu)造與雁列式斷層的交替出現(xiàn), 據(jù)此本次研究認為屬左行走滑構(gòu)造模式(圖8)。

圖5 珠江口盆地磁異常特征Fig.5 Magnetic anomaly of the Pearl River Mouth Basin

圖6 珠江口盆地陽江東凹IL7995 地震剖面揭示的多期走滑斷層Fig.6 Different stages of the strike-slip faults in the eastern Yangjiang Sag, Pearl River Mouth Basin

圖7 珠江口盆地陽江東凹典型走滑構(gòu)造樣式Fig.7 Typical strike-slip structural styles of the eastern Yangjiang Sag in the Pearl River Mouth Basin

圖8 隱伏斷裂帶左行走滑模式Fig.8 Left-lateral strike-slip faulting of the blind fault zone

從這些地震剖面上可劃分出深、淺兩套斷裂體系,部分地區(qū)的主走滑斷裂消亡端和早期斷裂激活部位近于重合, 珠江口盆地NW 向主斷裂切割基底, 向沉積蓋層拓展過程中應(yīng)變傳遞給次級斷裂, NW 向和NWW 向斷裂的大量出現(xiàn), 用于調(diào)節(jié)沉積蓋層中的應(yīng)變, 在剖面上表現(xiàn)為花狀構(gòu)造。據(jù)此推測, 陽江-一統(tǒng)斷裂帶運動活化可能具多期性, 導致走滑主界面斷續(xù)。主走滑面連續(xù)處, 次級斷裂呈羽狀排列, 剖面呈多級Y 形或發(fā)育花狀構(gòu)造, 特別在走滑帶彎曲位置表現(xiàn)出強走滑特征, 花狀構(gòu)造明顯。而主走滑面不連續(xù)處或走滑斷裂尾端, 則表現(xiàn)出一系列切割深度較淺的小斷層所形成的雁列式構(gòu)造, 走滑程度較弱。陽江-一統(tǒng)斷裂帶北段在剖面上所表現(xiàn)的這一差異性符合隱伏走滑斷裂帶的性質(zhì)。

2.3 多幕復合特征

珠江口盆地的裂陷期可劃分為三幕, 分別對應(yīng)神狐運動、珠瓊運動一幕以及珠瓊運動二幕。根據(jù)以上對珠江口盆地總體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造格架特征、斷裂體系時空展布特征以及沉積-沉降中心遷移特征的分析, 利用平衡剖面方法對珠江口盆地的演化過程進行恢復, 將其劃分為寬裂谷發(fā)育(又稱為伸展階段)、右行右階走滑拉分成盆以及左行左階走滑拉分成盆這三個階段。

第一個階段為伸展階段, 此階段南海北部陸架盆地群主要受古太平洋-太平洋洋中脊俯沖影響(Seton et al., 2012), NE 向右行走滑斷裂體系與NW向左行走滑斷裂體系為共軛斷裂系統(tǒng), 前者為珠江口盆地早期控盆斷裂, 主導珠江口盆地拉分成盆,后者為中生代晚期的NW 向調(diào)節(jié)斷裂的再次活化,控制了珠江口盆地的局部初始形態(tài); 第二個階段為右行右階走滑拉分成盆階段, 此階段, 南海北部陸架盆地群主要受太平洋斜向俯沖動力系統(tǒng)影響, NE向右行走滑斷裂體系強化發(fā)育, 主導珠江口盆地走滑拉分成盆; 第三個階段為左行左階走滑拉分成盆階段, 此階段NW 向斷裂活動加強, 且活動時間長,切割了NE 向斷裂體系, 控制了盆地內(nèi)凹陷的發(fā)育。兩種走滑拉分成盆機制疊加聯(lián)合控制了珠江口盆地現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

3 盆地沉積充填特征

走滑拉分盆地可以發(fā)育在變化的板塊構(gòu)造背景之下, 其沉積環(huán)境和氣候條件也千差萬別。盡管存在這些明顯的差別, 但是在盆地充填演化方面仍然顯示出一些獨特的特點。走滑拉分作用在靠近巖石圈斷裂一側(cè)強于遠端區(qū)域, 對成盆有極重要的作用,并且其強度變化會直接影響到盆地內(nèi)部的拉張量以及斷陷的規(guī)模、深淺、繼承性、結(jié)構(gòu)和沉降速率等,其沉積充填演化具有以下特征。

3.1 盆地結(jié)構(gòu)的不對稱性

盆地結(jié)構(gòu)上的不對稱性是走滑型盆地的特征之一, 以陽江東凹地震剖面解析為例(圖9), 陽江東凹東北部的恩平20 洼呈NEE-EW 走向, 由斷裂F5和F6共同控制, 洼陷呈現(xiàn)南北雙斷結(jié)構(gòu), 南部由于巖漿活動而發(fā)育火成巖。各地層沉積期斷裂活動性均衡, 層序發(fā)育齊全, 其中文三段西側(cè)北斷南超、東側(cè)南斷北超, 總體表現(xiàn)為地塹結(jié)構(gòu); 文二段南斷北超、楔狀沉積; 文一段接近坳陷結(jié)構(gòu)、厚度差別不大。在恩平20 洼內(nèi), 文二段與文一段之間存在一個明顯的角度不整合界面, 文二段頂部同相軸削截現(xiàn)象明顯, 形成T81不整合面。此外, 在恩平21 洼內(nèi), 文一段-恩下段之間也存在明顯的角度不整合, 表現(xiàn)為T80不整合面。這些不整合面的發(fā)育反映了古近紀陽江東凹東部恩平20 洼和恩平21 洼內(nèi)存在多期構(gòu)造運動的變革。文三段沉積期沉積中心在恩平21 洼內(nèi),而文二段沉積時期沉積中心向西遷移至恩平20洼, 表現(xiàn)為蹺蹺板樣式, 指示了該時期NE 向斷裂右行走滑運動特征。

圖9 陽江東凹XL5980 地震剖面揭示的盆地不對稱結(jié)構(gòu)Fig.9 Basin asymmetry of the eastern Yangjiang Sag

3.2 盆地沉積充填的不對稱性

一般情況下, 在主走滑斷裂一側(cè)會堆積巨厚的沉積物, 湖相沉積主要集中在靠近主走滑斷裂的盆地軸部。從沉積體系的發(fā)育看, 在走滑斷層一側(cè)往往發(fā)育陡坡扇三角洲體系, 并常常有小型碎屑流占優(yōu)勢的沖積扇、湖底扇等粗粒沉積角礫巖。該相帶一般呈窄長狀, 向盆地軸部延伸的距離很短。總體上看, 走滑斷層側(cè)的沉積物在總充填物中所占比例較小。在拉分盆地中次級走滑邊界的緩坡邊緣, 沉積有更大規(guī)模的并以河流為主的高位辮狀河三角洲沉積、以河流為主的沖積扇辮狀河、曲流河緩坡型三角洲和三角洲沉積。這些河流為主的扇體具有較好的分選、磨圓, 粒度一般也較細, 它們在總充填物中占的比例相當大, 盆地內(nèi)多數(shù)沉積物都是從這一側(cè)進入盆地。盆地基底從正斷層一側(cè)向走滑斷層一側(cè)傾斜, 因此, 盆地的長軸及沉積中心都與緩坡邊緣平行, 并朝該邊緣遷移(圖10)。

3.3 盆地沉降中心有明顯的遷移性

走滑作用是走滑型盆地最基本的構(gòu)造特征之一,由于走滑平移活動的影響, 表現(xiàn)為盆地的沉降中心隨時間發(fā)生遷移和沉降中心軸向的改變。而且盆地主物源位于盆地的端部或側(cè)邊也會導致盆地沉降中心的遷移變化。如盆地的主物源來自盆地的一端,可以形成如圖11 所示的盆地充填格架, 表現(xiàn)為盆地的沉降中心向離開走滑運動的方向遷移, 在上述情形下, 形成的盆地傾斜地層的厚度可能大于盆地的沉降深度。

3.4 快速沉降和幕式演化

由于走滑斷層的快速滑移(普遍可以達到 1～10 cm/a), 盆地的沉降速度非常快, 甚至比一般伸展裂谷盆地的沉降速度還要快。這主要是由于走滑盆地非常狹窄, 拉伸作用期間形成的熱異常可以很快地損耗散失, 從而促進了巖石圈的冷卻沉降。

在盆地演化的早期階段, 由于盆地迅速沉降,河流和其他沉積物輸送系統(tǒng)還沒有完全調(diào)整適應(yīng)新的地形貌背景, 因此, 盆地發(fā)育的初期常常僅被湖水或海水注入填充。隨后, 適應(yīng)新的地形背景而受到改造的先存河流和新形成的河流或海底峽谷等沉積物輸送系統(tǒng)形成, 并向盆地輸送大量的沉積物。珠江口盆地的沉積速率很高, 在0.5～4 m/ka 之間。如此高的沉積速率常常可以保持與盆地沉降同步或超過盆地的沉降。走滑拉分盆地一般被沖積扇或湖相沉積體系充填, 相帶窄, 且變化快。受盆地幕式走滑作用和沉降的控制, 可以產(chǎn)生從湖相到辮狀河平原或從辮狀河平原到湖相的多次變化。當然, 氣候從潮濕到半干旱的變化也可以導致上述旋回。

圖10 珠江口盆地恩平21 洼沉積充填的不對稱性模式Fig.10 Asymmetric filling of the Enping 21 Sub-sag in the eastern Yangjiang Sag, Pearl River Mouth Basin

圖11 陽江東凹IL9255 地震剖面揭示的沉積中心遷移導致洼陷塊體掀斜的盆內(nèi)差異抬升模式Fig.11 Differential denudation patterns in th e eas tern Yangjiang Sag caused by tilting of de pression bloc ks which caused migration of sedimentary centers

4 走滑構(gòu)造與油氣成藏關(guān)系

走滑拉分作用可導致盆地發(fā)育多個繼承性斷陷,形成多個次級富油氣中心, 并且控制著構(gòu)造中心的遷移和盆地內(nèi)的古熱流場分布及演化史; 更重要的是, 走滑拉分作用既可發(fā)育巖石圈斷裂邊鄰走滑拉張裂陷盆地, 又可發(fā)育走滑拉分盆地, 而且這些走滑拉分盆地是中國最主要的含油氣區(qū)。大型走滑斷裂帶也是油氣富集地帶, 沿線一般發(fā)育走滑盆地。走滑盆地具有沉積速度快等特點, 利于有機質(zhì)的保存和優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育; 走滑斷裂活動可形成雁列式、花狀等一系列典型的伴生構(gòu)造, 這些構(gòu)造往往緊鄰生油凹陷, 并且經(jīng)斷裂與烴源巖相通, 是良好的油氣圈閉; 走滑斷裂不但可以形成利于油氣成藏的靜態(tài)要素, 而且走滑活動還利于生油母質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化、可改善儲層物性、利于油氣的排出和運移。

以珠江口盆地為例, 區(qū)內(nèi)的油氣富集與該區(qū)的走滑構(gòu)造密切相關(guān), 目前已發(fā)現(xiàn)的油氣藏均位于走滑斷層的周圍(圖12)。針對右行走滑拉分成因的珠江口盆地, 若不能識別或關(guān)注其走滑構(gòu)造和盆地成因,則會制約盆地內(nèi)走滑構(gòu)造對油氣的控制作用研究。

圖12 珠江口盆地走滑構(gòu)造與油氣田分布關(guān)系(圖中NW 向斷裂為主斷裂位置, 實際圈閉發(fā)育于新生界中的花狀構(gòu)造兩側(cè)次級鼻狀構(gòu)造中)Fig.12 Spatial relationship between strike-slip fault system and oil (gas) traps in the Pearl River Mouth Basin

一般來說, 走滑活動對油氣成藏的影響主要體現(xiàn)在烴源巖的熱演化和分布、改善儲層物性、蓋層的形成、有利圈閉的形成、油氣的輸導以及排除運移等方面。在珠江口盆地, 走滑活動主要影響了烴源巖的熱演化和分布, 有利圈閉的形成和油氣的輸導和排出運移。

4.1 走滑活動影響烴源巖的熱演化和分布

在珠江口盆地, NE 向與NW 向走滑斷裂切割深度比較大, 這些斷裂上面連通蓋層、下面切穿基底,是殼內(nèi)物質(zhì)向上運移的通道, 地殼深部的能量和物質(zhì)易沿著走滑斷裂向上涌出。因此, 這些走滑斷裂的構(gòu)造活動對珠江口盆地的地溫梯度和烴源巖熱演化過程影響頗大, 不僅提供大量的熱源, 有利于有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化, 提高了烴源巖的熱演化程度, 而且利于微生物的生長發(fā)育, 對優(yōu)質(zhì)烴源巖形成及成熟起重要控制作用。特別是在34 Ma 時, 應(yīng)變集中帶位于南海海盆初始打開的位置, 為盆地西部地殼減薄區(qū)提供額外熱源, 明顯地改變了盆地的成烴環(huán)境。此外, 這些走滑斷裂斷面較陡, 深切巖石圈地幔,是巖漿源的直接通道。巖漿的上涌可提高淺部地層的地溫梯度, 為生油物質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化提供動力。

4.2 走滑活動形成各種類型的有利圈閉

珠江口盆地陽江東凹晚期呈現(xiàn)出花狀構(gòu)造控藏模式(圖13), 陽江東凹斷鼻構(gòu)造為主體圈閉, 且發(fā)育多期、多層張扭性斷鼻圈閉體系。其有利圈閉形成、斷裂活動、生排烴、額外巖漿熱輸入在時間相匹配, 即23～10 Ma 期間為成藏關(guān)鍵時刻。在此基礎(chǔ)上, 晚期花狀構(gòu)造張扭段(NW 向)則有利于油氣成藏和富集。

4.3 走滑活動影響油氣的輸導體系

一般來說, 在油氣輸導體系中, 斷層是最活躍的因素。在珠江口盆地, 走滑斷裂的每一次活動, 均形成大量的斷層, 也就是所謂的花狀構(gòu)造。其主干斷裂連通其他次級的或者伴生的斷裂, 形成了良好的油氣運移輸導的通道。而NW 向走滑體系的發(fā)生幾乎貫穿了整個新生代珠江口盆地的演化, 囊括了成藏關(guān)鍵期(23～10 Ma), 其斷裂的活動和開啟很大程度上利于連通深部的烴源巖和位于淺部的儲集體,有利于油氣從“源”到“匯”的進程。此外, 這些NW 向走滑斷層不僅活動時期相當長, 而且活動期次較多,長時間的活動使得這些斷層的開啟性較好, 如果上部位發(fā)育蓋層封堵, 那么這種下部開啟, 上部封堵的斷層就成為油氣運移、聚集最理想的模式, 具有運聚速度快, 不易溢散的特點(圖13)。

圖13 珠江口盆地走滑構(gòu)造輸導油氣模式Fig.13 Oil and gas transporta tion along strike-slip structures in the Pearl River Mouth Basin

4.4 走滑活動有利于油氣的排出和運移

走滑構(gòu)造使得珠江口盆地的油氣具備了良好的輸導條件, 由于走滑過程中的扭動力, 生油層中分散的油氣被強擰驅(qū)趕運移至儲層當中, 正如李四光的“擰濕毛巾”道理。特別是多期多向花狀構(gòu)造交接部位的凹陷中, 多期花狀構(gòu)造疊合具有油氣泵吸效應(yīng), 有利于油氣從烴源巖層向上泵吸運聚(圖13)。

5 走滑模式與成藏過程

5.1 珠江口盆地的NW(NE)向走滑構(gòu)造模式

珠江口盆地主要發(fā)育NW 和NE 向兩組走滑斷裂, 以NW 向陽江-一統(tǒng)斷裂帶為例, 該斷裂位于珠江口盆地的西南部, 分割了珠一坳陷和珠三坳陷。地處在整個斷裂體系的中部以及東南部, 也就是番禺低隆起和珠二坳陷區(qū)域, 雁列式構(gòu)造尤為發(fā)育,尤其在珠二坳陷東南角, 雁列式同向構(gòu)造以馬尾狀撒開。在珠三坳陷和珠一坳陷的連接區(qū)域, 斷裂以多字型發(fā)育, 并形成拉分構(gòu)造。此外, 在番禺低隆起局部區(qū)域, 斷裂以V 型伴生, 較完整的體現(xiàn)了珠江口盆地的NW 向走滑構(gòu)造模式(圖14)。

可見, 珠江口盆地的發(fā)育情況與里德爾剪切的組合樣式契合度相當高, 而里德爾剪切的斷裂組合常發(fā)育于走滑斷裂體系中(許順山等, 2017), 表明珠江口盆地的演化的確與走滑構(gòu)造發(fā)育密切相關(guān)。

5.2 走滑構(gòu)造與盆地成藏

從世界范圍來看, 走滑構(gòu)造帶往往是形成大型油氣田的有利區(qū)帶, 如美國著名的圣安德列斯走滑斷層和中國東部的巨型走滑斷裂——郯廬斷裂帶的兩側(cè)都發(fā)育了一系列的含油氣盆地, 這些都說明走滑構(gòu)造對含油氣盆地的形成以及油氣的最終成藏關(guān)系密切, 走滑作用可以是瞬時的, 也可以是長期活躍的; 既可以切至地殼深處, 也可以僅溝通淺部地層。在濟陽坳陷東部, 走滑構(gòu)造帶與油氣富集帶在構(gòu)造位置上也體現(xiàn)出了很高的一致性: 在埕東斷層的兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了埕東油田、老河口油田、飛雁灘油田、樁西油田和五號樁油田, 在長堤斷層附近發(fā)現(xiàn)了長堤油田, 在孤東斷層附近發(fā)現(xiàn)了孤東油田, 墾東斷層和墾東淺層走滑帶兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了紅柳油田和新灘油田(胡海燕, 2007; 吳平, 2013)。同樣, 在珠江口盆地, 走滑斷層分布與已發(fā)現(xiàn)的油氣區(qū)關(guān)系密切(圖11), 可見,走滑作用對成藏動態(tài)要素具有非常大的影響作用。

圖14 珠江口盆地陽江-一統(tǒng)斷裂帶的走滑構(gòu)造模式Fig.14 NW -trending Yangjiang-Yitong strike-slip structures and associated structures in the Pearl River Mouth Basin

6 結(jié) 論

中國東部廣泛發(fā)育NW 向走滑斷裂系統(tǒng), 主要發(fā)育于南海北部; 而東海陸架相對較少, 僅發(fā)育3條NW 向主斷裂; 渤海灣盆地則只有張家口-蓬萊斷裂穿越, 但控制了幾個億噸級油田分布。從整個中國東部陸架分析, 南海北部陸緣發(fā)育的NW 向斷裂體系具有重要的油氣勘探意義。本文系統(tǒng)論述了這些斷裂與油氣藏的分布關(guān)系, 得到以下幾點新認識:

(1) 珠江口盆地新生代可分為三期演化階段,第一期階段, NW 向左行走滑斷裂體系與 NE 向右行走滑斷裂體系為共軛斷裂系統(tǒng), NE 向右行右階斷裂主導珠江口盆地伸展成盆; 第二期階段, NE 向斷裂體系強化發(fā)育, 主導珠江口盆地右行右階走滑拉分成盆; 第三期階段, NW 向斷裂活動加強, 切割NE 向斷裂, 主導珠江口盆地左行左階拉分成盆,并控制盆地內(nèi)凹陷發(fā)育。

(2) 走滑斷裂的活動切穿基底, 構(gòu)成深部和淺部的物質(zhì)和能量的交換, 提高了地溫梯度, 促進了各生烴凹陷內(nèi)烴源巖的演化; 走滑斷裂的活動產(chǎn)生大量的微裂縫, 改善了附近地層的儲集物性; 每一期次的走滑活動減弱或休眠期與區(qū)域性的沉降作用相匹配, 為區(qū)域性蓋層的發(fā)育提供良好的構(gòu)造背景;分割生烴凹陷與凸起的走滑斷層長期活動, 成為凹陷中油氣運移到凸起之上的油源斷層, 促進了油氣的縱向運移, 同時沿著走滑斷層兩側(cè)分布的次級微斷層和裂縫為沿著走滑斷層運移上來的油氣向凸起上運移創(chuàng)造了有利條件, 促進了油氣的橫向運移。

(3) 南海北部珠江口盆地是典型的走滑拉分盆地, 其形成演化可以很好地用走滑帶的“拉分”模型解釋, 區(qū)別于傳統(tǒng)認識, 該模型有效地解釋了陽江東凹的走滑拉分構(gòu)造, 并指導該區(qū)油氣的勘探且取得了突破性進展。