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）

摘要從構造、斷裂、區域動力學等基礎研究入手，系統分析了研究區斷裂體系特征、構造樣式、斷裂活動期次及其動力學成因機制。研究表明：烏石凹陷復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機制的聯合控制，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移為主，從而明確了中央反轉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。

關鍵詞烏石凹陷斷裂特征動力學機制油氣成藏

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能基地。2013年以前烏石凹陷所發現的油氣主要集中在中央反轉斷鼻帶上，儲量發現少、規模小，近兩年通過加強區域地質研究，創新技術與地質認識，極大拓展了烏石凹陷的含油氣領域，陸續在北部斜坡帶和走滑斷裂帶發現多個含油構造，新增地質儲量超過5 000×104t。筆者通過深入研究凹陷斷裂特征、活動規律及其演化過程中的動力學機制，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。

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機制的聯合控制。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成了研究區的斷裂體系格架（圖1），這一發育特征受控于左旋走滑與水平拉張相疊合的區域應力場。依據斷裂性質，劃分為走滑、拉張—走滑和拉張3種基本斷裂類型，不同斷裂類型在結構模式上存在差異。

圖1　烏石凹陷東區漸新世早期（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制。剖面上表現為多級“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。

在斷裂體系靜態描述的基礎上，結合地震資料，劃分出了4大類8小類構造樣式類型，建立了盆地結構模型及不同構造單元的結構模型（圖2）。

圖2　烏石凹陷構造樣式類型圖

1.2斷層活動性分析

為明確凹陷內控盆斷裂體系的發育強度，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行定量分析。下面以控凹斷裂7號斷層為例介紹研究區主干斷裂的活動性特征。

7號斷層位于烏石凹陷的東南側，為研究區內控制東洼的斷裂，從空間上看，其由西往東斷層活動強度具有逐漸增強的趨勢。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

結合各層系現今斷裂體系分布特征及斷層活動性分析結果，認為：新生代各地質階段的斷裂體系具有繼承性活動的特點，但各時期活動斷裂體系又存在差異。

中始新世（E2l2）。北東向斷層強拉張，垂向活動性強（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）。北東向斷層持續強拉張，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，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計學意義。見表2。

早漸新世（E3w3）。北東向斷層仍然強拉張，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，垂向活動性普遍較弱（小于25 m/Ma）。

中晚漸新世（E3w2～E3w1）。6號斷層仍處于強拉張狀態，垂向活動性強（大于110 m/Ma），7號斷層垂向活動性持續減弱（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，烏石凹陷整體進入坳陷期。

1.3構造演化及動力學機制

盆地和造山帶是構成大陸的最基本單元，將二者置于更大范圍的板塊中進行系統研究將會揭示其統一的動力學過程［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，在地質發展史上，先后受到特提斯構造域和古太平洋構造域發展演化的制約［2-3］，在構造上具有更復雜的特點；同時具有東部濱太平洋構造域和特提斯—喜馬拉雅構造域的特點。北部灣盆地緊鄰哀牢山—紅河斷裂體系，盆地發育必定受走滑帶的控制，哀牢山—紅河斷裂體系的發育與演化是北部灣盆地發育最直接的控制因素［4］。研究區不同類型斷裂的分布規律吻合于哀牢山—紅河斷裂左旋走滑的區域應力場。

前人的研究成果及區域應力背景資料表明：古近紀以來，南海擴張及地幔上涌產生的水平伸展和印支板塊與歐亞板塊俯沖產生的南西—北東向的斜向擠壓、走滑是中國南海地區構造變形的主要動力源［5-6］。受此影響，中國南海地區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成了中國南海地區的共軛剪切破裂系統。基于哀牢山—紅河斷裂左旋到右旋的轉變、拉張作用與走滑作用強弱的轉變、地幔上涌水平拉張到熱沉降的轉變，可將研究區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—新近紀各時期盆地結構模式圖

1）早始新世—中始新世（E2l3～E2l2）：強拉張斷陷期

2）晚始新世—早漸新世（E2l1～E3w3）：強拉張—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，再加上因地幔上涌產生的強水平拉張作用，在這一動力學背景下，研究區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）：強走滑—弱拉張斷陷期

該時期，研究區的整體應力場特征與晚始新世相似，但走滑剪切應力逐漸增強，而拉張應力逐漸變弱，強剪切與弱拉張共同作用，使整個繼承性發育前期斷裂體系，但活動強度有差異，北北東的6號斷層、F6等斷層的垂向活動強烈，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

進入新近紀，哀牢山—紅河斷裂帶走滑作用強度減弱，再加上古近紀裂陷之后的熱沉降效應，導致區域整體坳陷，烏石凹陷內廣泛發育海相沉積。

綜上所述，研究區構造演化受控于哀牢山—紅河斷裂走滑與南海擴張和地幔上涌產生的拉張疊置的區域應力背景，依據活動時期和強度可以劃分為強拉張作用階段、強拉張弱走滑作用階段、弱拉張強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充填與沉積結構，從而也決定了油氣成藏的物質基礎。

2　斷裂活動對油氣成藏的影響

斷層在油氣運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。油氣運移期已經停止活動的斷層，尤其是長時間停止活動的斷層，在大多數情況下，油氣沿斷層垂向運移往往不活躍。相反，在油氣排烴關鍵時刻仍然活動強烈的斷層，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生二次或多次運移，并在淺層圈閉中聚集起來形成油氣藏［7-10］。基于上述原理對研究區主要斷層各時期的活動強度與研究區烴源巖生排烴史及生排烴強度進行了對比分析（圖5）。分析認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早中新世以后，而此時多數斷裂活動較弱或者已經停止活動，對油氣的垂向疏導作用比較有限。

圖5　烏石凹陷主要斷裂與排烴強度匹配關系圖

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質烴源巖，目前已發現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，表明油氣可以不經過斷層而直接運移。流三段地層沉積時期，烏石凹陷處于初始裂陷階段，水體淺，凹陷內廣泛發育扇三角洲沉積，儲層總厚度大、粒度粗，其直接位于流二段底部烴源巖之下，油氣自上向下運移，然后沿三角洲砂體側向疏導；流二段中部地層沉積時期，烏石凹陷發生區域性湖退，在凹陷內廣泛發育三角洲沉積，位于流二段頂、底兩套生油巖之間，油氣自上向下、自下向上均可運移，然后沿砂體側向向高部位運移。流一段地層沉積時期，烏石凹陷發生區域性湖退，凹陷內水體變淺，隆起區物源充足，廣泛發育三角洲沉積，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，然后沿砂體側向繼續向高部位運移。烏石凹陷近30年的勘探成果揭示油氣側向運移規模要大于斷層垂向運移（圖6）。

圖6　烏石凹陷油氣運聚成藏模式示意圖

烏石凹陷油氣運移可以總結為橫向運移為主+垂向有限調節的成藏模式，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。中央反轉斷鼻帶為長期繼承性發育的正向構造單元，具備匯油的大構造背景，且流二、三段發育大型三角洲儲集體，砂巖發育，側向疏導條件優越，為油氣最有利的成藏位置。

3　結論

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機制的聯合控制，研究區內發育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）依據研究區所受區域應力場以及地幔上涌水平的轉變，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）的強拉張斷陷期、晚始新世—早漸新世（E2l1～E3w3）的強拉張—弱走滑斷陷期、中漸新世—晚漸新世（E3w2～E3w1）的強走滑—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移為主+垂向有限調節的成藏模式。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；中央反轉斷鼻帶流二、三段發育大型三角洲儲集體，砂巖發育，側向疏導條件優越，為油氣最有利的成藏位置。

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（編輯：盧櫟羽）

文獻標識碼：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。