北部灣盆地福山凹陷構造轉換帶及其油氣富集規律

劉恩濤 ，王華，林正良，李媛 ，馬慶林,

(1. 中國地質大學(武漢) 構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北 武漢，430074；2. 中國地質大學(武漢) 資源學院，湖北 武漢，430074；3. 中國石化石油物探技術研究院，江蘇 南京，210014；4. 中國石油南方石油勘探開發公司，廣東 廣州，510240)

1970 年Dahlstrom在研究擠壓變形中褶皺逆沖斷層的幾何形態時，首次提出轉換帶(Transfer Zone)的概念[1]。構造轉換帶是發育于區域伸展背景之下，具有一定規模和延伸方向的調節構造體系。構造轉換帶通常發育轉換斷層，轉換斷層與區域斷層相交，并起到調節位移和構造變形作用，導致轉換帶兩側構造特征異同，限制著凹陷延伸范圍[2]。隨著構造轉換帶大量油氣田和含油氣構造的發現[3?4]，其成為眾多學者研究的熱點。構造轉換帶砂體發育，儲層物性良好，斷層發育有利于油氣疏導成藏，為油氣的重要產區[3,5?6]。國外學者對構造轉換帶成因及其特征研究較多，認為其成因與區域應力轉變、基底走滑、巖漿活動、地層巖性等因素相關[7?10]。近年來，國內學者對這一領域也展開了的研究[11?14]，主要偏向于特征描述和識別，對油氣富集規律研究較少，尚未有學者在福山凹陷識別出構造轉換帶或針對轉換開展研究工作。福山凹陷中部花場油氣田油氣富集，但區域地質條件復雜，地震品質較差，成藏規律認識不清，因而構造轉換帶的識別和油氣富集規律研究對于指導該區油氣勘探具有重要意義。

1 區域地質背景

北部灣盆地主體位于中國南海西北部的北部灣，是一個中新生代板內斷塊盆地[15?16]。福山凹陷為北部灣盆地東南緣的一個次級構造單元，總體是一個南超北斷的中、新生代箕狀斷陷，其西北以臨高斷裂與臨高凸起相接，南部為海南隆起，東部以徐聞斷裂與云龍凸起相鄰[15?17](見圖 1)。福山凹陷斷裂系統較為特殊，縱向上發育深、淺兩套產狀和活動歷史等特征截然不同的斷裂系統[15?17]。

盆內下第三系從老到新為長流組(SQEch)、流沙港組(SQEls)及潿洲組(SQEwz)，其中流沙港組為該盆地油氣重點勘探的目的層位。利用地質和地球物理資料,依據層序界面特征, 進一步將流沙港組劃分為3個三級層序，從老到新為流三段(SQEls3)、流二段(SQEls2)和流一段(SQEls1)。每個層序進一步劃分為低位域、湖侵域和高位域等3個體系域。

圖1 福山凹陷構造綱要圖(據石彥民等[16]圖件修編)Fig.1 Tectonic district partition of Fushan Sag

流沙港組整體為一套巨厚的湖相三角洲沉積，主要由深灰色—灰黑色泥巖、頁巖和淺灰色—灰白色砂巖、含礫砂巖組成。流一段和流三段辮狀河三角洲、扇三角洲和湖相泥巖發育。流二段以湖相暗色泥巖沉積為主，為本區最厚的烴源巖層。構造轉換帶油氣主要分布于流一段和流三段，分屬2個油氣系統，以流二段巨厚泥巖為間隔，其成因與深、淺兩套斷裂系統相關。流三段油氣來源于本層段烴源巖，油氣的運移、聚集和封存主要受控于深層反向斷裂體系。流一段油氣主要來源于流二段烴源巖，主要受控于淺層斷裂體系。

2 構造轉換帶與油氣分布

2.1 構造轉換帶識別特征與成因

本文基于三維地震資料追蹤、解釋、閉合，對福山凹陷進行構造精細解釋，并結合東西部構造差異特征，在福山凹陷中部地區識別出一個構造轉換帶。轉換帶主要發育于古近紀流沙港組沉積時期，位于花場低凸起之上，繼承早期地壘式低凸起構造格局，整體呈一背形，向北寬度變窄(見圖2)。

2.1.1 轉換帶兩側斷裂具有差異性

福山凹陷平面展布具有南北分帶、東西分塊的特征，流沙港組沉積時期構造轉換帶附近發育3套斷裂體系(見圖2)：西部伸展斷裂體系、東部伸展走滑斷裂體系和中部轉換調節斷裂體系。東西部斷裂體系斷層走向存在差異性：西部斷層體系受控于臨高斷層，走向為北東—東向，斷層活動速率高；東部斷層體系受控于長流段層，帶有走滑特征，斷層活動速率低，走向為近東西向。構造轉換帶位于西部伸展斷裂體系和東部伸展走滑斷裂體系接壤部位，并發育一系列北西—南東向調節斷層。

2.1.2 轉換帶兩側構造樣式異同

調節區域構造變形、分割構造帶是構造轉換帶的主要功能。轉換兩側構造格局差異明顯(見圖3)，凹陷東部普遍發育深層反向和淺層順向兩大斷裂系統，2套斷裂系統在形成時間、走向和對沉積控制作用等方面存在很大差異，被眾多學者形象的稱之為“雙層結構”[17]。“雙層結構”在構造轉換帶西側的皇桐凹陷不發育，只有在靠近構造轉換帶部位可見。構造轉換帶起著調節東西部構造樣式差異的作用。也正是由于這種調節作用，才使得兩側的構造變形達到協調統一，限制了凹陷的發育范圍，造成“東西分帶”的構造格局。

2.1.3 構造復雜，花狀構造發育

從東西向地震剖面解釋成果發現，構造轉換帶位于花場低凸起之上，構造復雜，花狀構造發育(見圖4)。正花狀構造是由向上擴展的一束多數為逆離距的走滑斷層所限定的淺層背形[18]。構造轉換帶發育正花狀構造，斷層密集、陡峭且相互穿插，向上擴展至流沙港組，從而導致地層破碎，有利于轉換帶脊部斷塊油氣藏發育。花狀構造是走滑構造剖面上的典型特征[18]，反應研究區存在走滑作用，構造轉換帶的發育與此走滑作用相關。福山凹陷花東地區的流沙港組三段鉆井的巖心中發現大量近直立的小斷裂存在，其斷面傾角較陡，均大于 85°，也反應區域基底走滑作用的存在。

圖2 福山凹陷構造轉換帶流一段斷層分布圖(區域位置見圖1)Fig.2 Fault distribution map of transfer zone (Els1) in Fushan Sag

圖3 福山凹陷構造轉換帶兩側地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Seismic interpretation profiles on both sides of transfer zone in Fushan Sag

圖4 福山凹陷構造轉換帶東西向地震剖面解釋成果(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic interpretation results in east-west section of transfer zone in Fushan Sag

2.1.4 構造轉換帶成因初探

根據區域構造背景研究，構造轉換帶的成因可以描述為：由于基底結構的差異和基底走滑斷層的活動，導致凹陷東、西部引張應力差異，西部地區伸展量比東部的大。西部斷裂體系在轉換帶附近主要受北西—南東向伸展作用的影響，東部斷裂體系在轉換帶附近主要受近南北向伸展作用和長流斷裂走滑作用的影響，且東部斷層斷距及斷層活動速率比西部的大(圖2)。當東西部兩套具有差異活動性的伸展斷層接近或者發生疊覆時，為保持區域應變守恒，實現位移轉換，產生伸展斷層調節體系，兩伸展斷裂體系之間以走滑斷層相接，發育一系列北西—南東向調節轉換斷層，該伸展斷層調節體系即為構造轉換帶。

2.2 油氣分布規律研究

經過對研究區235口鉆井油氣統計，發現位于構造轉換帶處的花場油氣田為福山凹陷最大的油氣富集區，油氣產量占福山凹陷的49%(見圖5)。油氣縱向分布也具有一定規律性，主要賦存于流三段高位體系域(44%)、流一段高位體系域(33%)和流二段低位體系域(23%)。統計中發現，油氣田分布受構造轉換帶控制明顯，沿北西南東向調節斷層和東西部斷層呈帶狀分布，在斷層交匯部位油氣最為富集。陸相斷陷盆地油氣分布規律受斷裂組合樣式、層序發育模式和沉積相時空展布等要素聯合控制[6,17]。花場油氣田作為福山凹陷最大的油氣產地和未來勘探的重點，構造轉換帶作為一典型的富油氣構造，對其油氣分布規律控制因素展開分析，對于指導油氣勘探具有重要意義。

圖5 福山凹陷油氣分布與運移方向示意圖Fig.5 Schematic diagram of distribution and migration directions of oil and gas in Fushan Sag

3 構造轉換帶對油氣的控制及油藏模式構建

3.1 構造轉換帶對砂體控制作用

在斷陷盆地中，構造轉換帶對沉積體系和砂體控制首先表現為對物源通道的控制(見圖6)。凹陷南部安定斷層斷距大小不等，斷層下降盤呈一向形，在構造轉換帶處地勢最高，斷距最小。主水系在地勢較低、斷距最小的部位匯聚，構造轉換帶作為山間河流進入盆地的入口，碎屑物質沿著構造轉換帶注入盆地。依據大量的鉆井資料編繪的流沙港組體系域沉積相平面圖和砂體厚度圖，均顯示沉積物沿構造轉換帶注入盆地這一規律，本文以流沙港組一段高位體系域平面沉積相圖為例加以說明(圖6)。

構造轉換帶通過構造古地貌和轉換斷層進一步控制砂體或沉積體系的運移方向和展布范圍(圖6)。沉積物通過構造轉換帶進入盆地后，在轉換斷裂不發育地帶，主要受控于轉換帶低凸起地貌的分隔作用，沉積物向變換帶兩側凹陷分散。而在辮狀河三角洲前緣轉換斷層發育，北西—南東向的轉換斷層對砂體的運移具有很好的疏導作用，砂體向兩側分散作用減弱。轉換斷層斷距雖然不大，但對古水流的流向具有很好的控制作用[14]。斷層發育處常常是水下分流河道發育地帶，沉積物在轉換斷層的疏導作用下向凹陷推進，并沿著東、西部斷層斷距最小處向兩側輸送砂體，形成脊狀形態，扇體的延伸方向與斷層走向基本一致(圖 6)。

在流沙港組沉積時期，凹陷南部海南隆起物源供給豐富，主要發育辮狀河三角洲沉積體系，單層砂巖厚度達120 m。在斜坡帶，河流下切作用較強，水下分流河道發育，并且多期次相互疊加，在辮狀河三角洲前緣還沉積了河口壩和遠砂壩沉積微相。隨著砂體向南推進，坡度變陡，水體加深，在凹陷中心處演化為濁積扇沉積，單層砂巖厚度達70 m。轉換調節斷層對扇體的疏導作用，為尋找濁積扇體等隱蔽油氣藏提供方向。

3.2 構造轉換帶對圈閉控制作用

縱向上，構造轉換帶發育深、淺兩套斷裂系統，深層反向斷層向南傾，為非同沉積斷層，淺層斷層向北傾，為同沉積斷層[15,17]。兩組斷裂系統的差異還表現在對油氣成藏的控制作用上，深層反向斷層為非同沉積斷層，消失于流二段泥巖之中，具有很好的封堵性[17]。它不僅利于油氣疏導和運移，還有利于封堵來自下傾方向的油氣，形成眾多與斷層相關的構造圈閉和斷層?不整合圈閉。淺層正向同沉積斷層具有良好的開啟性，油氣封堵作用相對較差，疏導能力強，有利于油氣疏導富集。雙層結構發育過程中易于形成裂縫，可以改善儲層的儲集物性，同時為油氣的運移提供驅動力。

圖6 福山凹陷構造轉換帶流沙港組一段高位體系域沉積相圖及控砂模式圖Fig.6 Sedimentary facies distribution and sand controlling model in HST of Els1 of transfer zone in Fushan Sag

平面上，流沙港組沉積時期構造轉換帶附近發育3套斷裂體系(圖2)，斷層相互切割，在不同斷裂體系之間斷層交互部位油氣富集，沿斷層呈帶狀分布，受構造控制作用顯著，易于形成斷塊、斷鼻、斷壘等構造圈閉。

此外，福山凹陷流沙港組發育2個大型的區域不整合界面T4和T5，在地震剖面上可以看到較大規模的削截現象。不整合面的發育對于不整合相關油氣藏的發育具有控制作用，油氣沿斷層向上運移，在不整合界面附近，形成地層不整合和斷層?地層圈閉。在辮狀河三角洲前緣坡度變陡，易于形成濁積扇型圈閉。基于以上分析，福山凹陷構造轉換帶圈閉類型可以歸納為構造圈閉、巖性圈閉、地層圈閉和復合圈閉4類(見表 1)。

3.3 構造轉換帶具有雙向油源特征

作為下生上儲式油氣藏類型，烴源巖對油氣成藏起著至關重要的作用。福山凹陷發育兩個油氣成藏子系統，分別為東部白蓮成藏子系統和西部皇桐成藏子系統，兩者以構造轉換帶相隔。在2個油氣成藏子系統中均發育流一段、流二段和流三段三套潛在烴源層，其中流三段和流二段烴源巖有機質含量最高，有機質含量平均值分別為 1.52%和 1.29%。流沙港組烴源巖為Ⅱ1?Ⅱ2型較好—好烴源巖，均進入生烴門限。經烴源巖模擬，得到東部和西部生烴門限分別為2.5 km和2.7 km，進而統計已知鉆井烴源巖厚度，得到西部皇桐子系統有效烴源巖(Ro＞0.5)最大厚度為1.7 km，東部白蓮子系統有效烴源巖最大厚度為2.1 km(圖5)。

總之，福山凹陷具有有利的烴源條件，對構造轉換帶油氣富集起到重要作用。前人利用油藏地球化學方法研究了福山凹陷花場油氣田油氣充注方向，發現油氣來自于花場次凹和黃桐次凹，其中花場次凹占主導地位[19]，因而構造轉換帶具有雙向油源條件(圖5)。流二段厚套烴源巖，單層泥巖厚度達230 m，作為穩定的區域蓋層，對流二段低位體系域和流三段高位體系域的油氣藏保存起到良好的封閉作用。

表1 構造轉換帶油氣圈閉類型分類Table 1 Classification of hydrocarbon trap types of transfer zone in Fushan Sag

圖7 福山凹陷構造轉換帶油氣成藏模式圖(剖面位置見圖1)Fig. 7 Oil and gas accumulation mode of transfer zone in Fushan Sag

3.4 構造轉換帶油藏模式構建

結合福山凹陷構造轉換帶構造特征及其各種類型油氣藏分布規律，總結了構造轉換帶油氣成藏模式(見圖7)。該模式可以預測油氣藏尤其是巖性油氣藏分布，指導構造轉換帶油氣勘探。構造轉換帶西側皇桐次凹和東側白蓮次凹烴源巖都很發育，且成熟度較高。構造轉換帶處于構造高部位，兩側次凹中形成的油氣在斷裂的疏導作用下向轉換帶運移，轉換帶具有雙向油源條件(圖7)。轉換帶發育于花場低凸起之上，轉換帶兩側的斜坡成為上超尖滅發育的有利部位。在轉換帶兩翼低位體系域和高位體系域頂部，多期次砂體上超尖滅，利于形成砂巖上傾尖滅型油氣藏。深層反向斷層既具有油氣疏導油氣的作用，又起到了封堵遮擋的作用。隨著油氣沿著反向斷層向上運移，運至構造轉換帶脊狀部位，由于轉換帶構造復雜，流二段泥巖起到蓋層作用，易于形成斷塊油氣藏、斷鼻油氣藏和斷壘油氣藏。在辮狀河三角洲前緣，受構造轉換斷層控制，深湖的低位域和湖擴域(以流二段最為顯著)發育濁積扇。透鏡狀的濁積砂體被烴源巖包圍，形成“自生自儲自蓋”型的前緣濁積扇型油氣藏。T4和T5這2個大型的不整合界面為油氣運移起到了遮擋的作用，有利于形成地層不整合油氣藏及斷層?不整合油氣藏。

5 結論

(1) 福山凹陷中部花場地區發育一個構造轉換帶，位于凹陷東西部接壤部位，兩側分屬2個伸展構造體系，斷層走向和構造樣式異同。轉換帶發育花狀構造和北西—南東向調節轉換斷層，其成因與基底結構的差異和基底走滑斷層活動相關。

(2) 構造轉換帶具有雙向油源條件，對砂體展布、圈閉發育以及油氣聚集具有很好的控制作用。轉換調節斷層對扇體的疏導作用，為找尋前緣濁積扇體等隱蔽油氣藏提供方向。

(3) 福山凹陷構造轉換帶為該凹陷最大的油氣田所在地，發育獨特油氣成藏模式，形成多種油氣成藏類型：在轉換帶兩翼低位體系域和高位體系域頂部，形成砂巖上傾尖滅型油氣藏；在構造轉換帶脊部，形成斷塊、斷鼻和斷壘油氣藏；在辮狀河三角洲前緣，形成“自生自儲自蓋”型的濁積扇型油氣藏；在不整合面附近形成地層不整合油氣藏及斷層?不整合油氣藏。

[1] Dahlstrom C D A. Structural geology in the eastern margin of the Canadian Rocky Mountains[J]. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, 1970, 18: 332?406.

[2] Song T, Cawood P A. Structural styles in the Perth Basin associated with the Mesozoic break-up of Greater India and Australia[J]. Tectonophysics, 2000, 317: 55?72.

[3] Coskun B. Oil and gas fields-transfer zone relationships, Thrace basin, NW Turkey[J]. Marine and Petroleum Geology, 1997,14(4): 401?416.

[4] Kornsawan A, Morley C K. The origin and evolution of complex transfer zones (garden shifts) in conjugate fault systems around the Funan Filed, Pattani Basin, Gulf of Thailand[J]. Journal of Structural Geology, 2002, 24: 435?449.

[5] Elena A K, Lyal B H, Jimmy P, et al. Transfer zones and fault reactivation in inverted rift basins: Insights from physical modeling [J]. Tectonophysics, 2007, 441: 1?26.

[6] 王家豪, 王華, 任建業, 等. 黃驊坳陷中區大型斜向轉換帶及其油氣勘探意義[J]. 石油學報, 2010, 31(3): 355?359.WANG Jia-hao, WANG Hua, REN Jian-ye, et al. A great oblique transition zone in the central Huanghua Sag and its significance for petroleum exploration[J]. Acta Petrolei Sinica,2010, 31(3): 355?359.

[7] Corti G. Centrifuge modelling of the influence of crustal fabrics on the development of transfer zones: Insights into the mechanics of continental rifting architecture[J]. Tectonophysics,2004, 384: 191?208.

[8] Peacock D C P. The post-Variscan development of the British Isles within a regional transfer zone influenced by orogenesis[J].Journal of Structural Geology, 2004, 26: 2225?2231.

[9] Ravagliaa A, Turrinib C, Seno S. Mechanical stratigraphy as a factor controlling the development of a sandbox transfer zone: A three-dimensional analysis[J]. Journal of Structural Geology,2004, 26: 2269?2283.

[10] Petrinovic I A, Riller U, Brod J A, et al. Bimodal volcanism in a tectonic transfer zone: Evidence for tectonically controlled magmatism in the southern Central Andes, NW Argentina[J].Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2006, 152:240?252.

[11] 汪望泉, 竇立榮, 張志偉, 等. 蘇丹福拉凹陷轉換帶特征及其與油氣的關系[J]. 石油勘探與開發, 2007, 34(1): 124?127.WANG Wang-quan, DOU Li-rong, ZHANG Zhi-wei, et al.Transfer zone character and its relationship to hydrocarbon in Fula Sag, Sudan[J]. Petroleum Exploration and Development,2007, 34(1): 124?127.

[12] 梁鋒, 范軍俠, 李宏偉, 等. 大港油田板橋凹陷構造轉換帶與油氣聚集[J]. 古地理學報, 2008, 10(1): 73?76.LIANG Feng, FAN Jun-xia, LI Hong-wei, et al. Relationship between tectonic transfer zones and petroleum accumulation in Banqiao Sag, Dagang Oilfield[J]. Journal of Palaeogeography,2008, 10(1): 73?76.

[13] 張永剛, 湯良杰, 金文正, 等. 龍門山構造轉換帶對油氣成藏的控制作用[J]. 中國石油大學學報: 自然科學版, 2009, 33(5):30?35.ZHANG Yong-gang, TANG Liang-jie, JIN Wen-zheng, et al.Control of transfer zones on hydrocarbon accumulation in Longmen Mountains thrust belt[J]. Journal of China University of Petroleum: Edition of Natural Science, 2009, 33(5): 30?35.

[14] 鮑志東, 趙艷軍, 祁利祺, 等. 構造轉換帶儲集體發育的主控因素—以準噶爾盆地腹部侏羅系為例[J]. 巖石學報, 2011,27(3): 867?877.BAO Zhi-dong, ZHAO Yan-jun, QI Li-qi, et al. Controlling factors of reservoir development in structural transfer zones: A case study of the Inner Junggar basin in Jurassic[J]. Acta Petrologica Sinica, 2011, 27(3): 867?877.

[15] 于俊吉, 羅群, 張多軍, 等. 北部灣盆地海南福山凹陷斷裂特征及其對油氣成藏的控制作用[J]. 石油實驗地質, 2004, 26(3):241?248.YU Jun-ji, LUO Qun, ZHANG Duo-jun, et al. Characteristics of faults in the Fushan Sag of Hainan, the Beibuwan Basin and their controlling roles to hydrocarbon pool-formation[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2004, 26(3): 241?248.

[16] 石彥民, 劉菊, 張梅珠, 等. 海南福山凹陷油氣勘探實踐與認識[J]. 華南地震, 2007, 27(3): 57?68.SHI Yan-min, LIU Ju, ZHANG Mei-zhu, et al. Experience and understand in oil and gas exploration in Fushan Sag, Hainan Province[J]. South China Journal of Seismology, 2007, 27(3):57?68.

[17] 羅群, 龐雄奇. 海南福山凹陷順向和反向斷裂控藏機理及油氣聚集模式[J]. 石油學報, 2008, 29(3): 363?367.LUO Qun, PANG Xiong-qi. Reservoir controlling mechanism and petroleum accumulation model for consequent fault and antithetic fault in Fushan Sag of Hainan area[J]. Acta Petrolei Sinica, 2008, 29(3): 363?367.

[18] 劉曉峰, 董月霞, 王華. 渤海灣盆地南堡凹陷的背形負花狀構造[J]. 地球科學—中國地質大學學報, 2010, 35(6):1029?1034.LIU Xiao-feng, DONG Yue-xia, WANG Hua. Antiformal negative flower structure in nanpu sag, bohai bay basin[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 2010,35(6): 1029?1034.

[19] 李美俊, 王鐵冠, 劉菊, 等. 北部灣盆地福山凹陷天然氣成因與來源[J]. 天然氣地球科學, 2007, 18(2): 260?265.LI Mei-jun, WANG Tie-guan, LIU Ju, et al. Genesis source of natural gas in the Fushan Sag, Beibuwan Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2007, 18(2): 260?265.