潿西南凹陷流沙港組二段至一段構造特征及其對沉積的控制作用

劉一鳴， 胡 林， 張 強， 吳智平， 顏世永， 張 毅， 平明明，張 勐， 郭甜甜， 陳明明

( 1. 中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，山東 青島 266580； 2. 中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057 )

0 引言

盆地沉積充填受諸多因素控制，如構造、氣候、物源供給和湖平面變化等，其中構造是最主要控制因素[1-5]。構造控制盆地的古地貌形態，決定物源區分布范圍、沉積物運移路徑、沉積體系類型及展布等，進而控制盆地沉積充填特征[6-12]。潿西南凹陷位于北部灣盆地西北部，為盆地內重要富油凹陷。潿西南凹陷整體表現為復式半地塹，古近紀構造演化可分為裂陷期(長流組—潿洲組三段沉積期)和斷拗轉換期(潿洲組二段至一段沉積期)，其中裂陷期又分為裂陷Ⅰ幕(長流組—流沙港組二段沉積期) 和裂陷Ⅱ幕(流沙港組一段—潿洲組三段沉積期)[13]。潿西南凹陷流沙港組二段上、下發育兩套不同期次、不同方向的斷裂，其中上部地震反射層中斷裂方向主要為82°～84°，下部地震反射層中斷裂方向為72°～73°，反映研究區經歷古新世—中始新世和晚始新世—漸新世末兩期構造運動[14-15]；流沙港組二段和一段底界為三級層序界面，在巖性與測井曲線上具有明顯突變特征，在地震剖面上特征表現不明顯，其中流沙港組二段發育兩個三級層序，流沙港組一段發育一個三級層序[16]；潿西南凹陷流沙港組二段是盆地內主要烴源巖層，發育巨厚的暗色泥巖、頁巖，上覆流沙港組一段發育大量濁積扇、扇三角洲、三角洲、湖底扇等類型的沉積砂體，從而成為油氣運移與聚集的有利部位[17-22]。

目前，主要對潿西南凹陷內單一構造或沉積進行研究，缺乏對研究區 “構造—沉積”耦合關系的研究。研究區流沙港組二段至一段沉積期構造特征發生明顯轉變，有關構造轉變對研究區沉積充填影響的研究較少。筆者利用測井、地震等資料，分析潿西南凹陷流沙港組二段至一段斷裂體系發育和盆地構造格局特征，明確研究區流沙港組二段至一段的構造特征，結合沉積相帶展布，研究研究區構造對沉積充填的控制作用。

1 區域地質概況

潿西南凹陷為北部灣盆地北部坳陷的一個重要次級構造單元，整體表現為北西斷、南東超、呈NEE向展布的典型新生代箕狀斷陷盆地；北側為粵桂隆起區，東側與企西隆起相鄰，南側為潿西南低凸起與海中凹陷，面積約為3 000 km2(見圖1)。潿西南凹陷主要受NE-NEE向潿西南斷裂、1號斷裂控制，其中潿西南斷裂控制古新世長流組的發育，1號斷裂在始新世取代潿西南斷裂而控制流沙港組的發育，研究區發育A、B、C、D、E、F、G和H洼等次級洼陷(見圖1(a))。研究區古近系與新近系之間發育明顯區域性破裂不整合，下部古近紀屬于裂陷階段，上部新近紀屬于拗陷階段。研究區古近系自下而上發育長流組(Ec)、流沙港組(流沙港組三段El3、二段El2和一段El1)和潿洲組(潿洲組三段Ew3、二段Ew2和一段Ew1)，其中長流組—潿洲組三段沉積期為裂陷階段，潿洲組二段至一段沉積期為斷拗轉換階段[13](見圖1(b))。

圖1 潿西南凹陷構造單元及古近紀地層劃分Fig.1 Tectonic units and Paleogene stratigraphic classification in Weixi'nan sag

2 構造特征

2.1 斷裂發育特征

利用高精度三維地震資料，對潿西南凹陷斷裂進行識別與解釋，分別繪制流沙港組二段和一段同沉積斷裂圖(見圖2-3)。流沙港組二段沉積期，研究區構造活動強度達到古近紀最大，主要發育大量NE、NE-NEE向斷裂，局部區域發育少量近EW向斷裂，形成研究區最重要的烴源巖層。研究區主要受NE-NEE向1號邊界斷裂控制，在剖面上表現為高角度鏟式、坡坪式正斷層，斷距巨大，最大斷距超過1.690 km(見圖4(a))，控制凹陷內A和D洼的發育。2號斷裂位于凹陷內部，在剖面上主要表現為高角度板式、鏟式形態，斷距大，最大斷距可達0.331 km(見圖4(b))；在平面上表現為相對連續的NEE向斷裂線狀排列，主要控制凹陷內B、C和G洼的發育，且對凹陷內次級洼陷起一定分隔作用。3號斷裂為海中凹陷控凹邊界斷裂，主要控制海中凹陷發育且分隔潿西南凹陷，在剖面上表現為高角度鏟式正斷層，斷距較大；在平面上表現為弧形，且延伸距離長(見圖2、圖3(a))。

流沙港組一段沉積期，研究區構造活動強度明顯減弱，主要發育較多的近EW向斷裂及少量的NE-NEE向斷裂，控制研究區重要烴源巖層發育。研究區受NE-NEE向1號邊界斷裂控制，在剖面上主要表現為板式或鏟式，斷距明顯較流沙港組二段沉積期的更小，最大斷距為0.460 km(見圖4(a))，控制凹陷內A和D洼的發育。2號斷裂在剖面上表現為坡坪式、鏟式特征，在淺部與次級斷裂組合形成似花狀、多級“y”型，斷距明顯減小，最大斷距為0.180 km(見圖4(b))，在平面上表現為大量小型的近EW向左階雁列式斷裂，主要控制凹陷內B、C和G洼的發育，且逐漸連通A和D洼。3號斷裂在剖面上以高角度鏟式正斷層為主，但斷距減小，且平面上的延伸距離也明顯減小，繼續分隔潿西南凹陷且控制海中凹陷發育(見圖2、圖3(b))。

圖2 潿西南凹陷斷裂剖面特征(剖面位置見圖1)Fig.2 Profile characteristics of faults in Weixi'nan sag(section position as shown in fig.1)

圖3 潿西南凹陷流沙港組二段和一段同沉積斷裂Fig.3 Map of syn-depositional faults during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

2.2 構造格局特征

根據高精度三維地震解釋，運用構造趨勢外延法恢復潿西南凹陷各時期地層剝蝕厚度，利用研究區內典型的22口單井進行古壓實校正，恢復原始古地貌形態，最終反映研究區流沙港組二段和一段沉積期的盆地構造格局(見圖5)。

流沙港組二段沉積期，研究區構造活動強烈，沉降速率明顯大于沉積速率，沉積水體快速上升，沉積范圍廣，沉積水體深。NE-NEE向1號斷裂作為主控斷裂控制整體構造格局，研究區表現為北西斷、南東超、呈NEE向展布的典型箕狀斷陷盆地，從而在研究區北部和南部分別形成高角度陡坡帶及低角度緩坡帶，洼陷最深可達2.200 km。 2號斷裂表現為相對連續的大型NEE向斷裂，分隔凹陷幾個次級洼陷，控制凹陷中央洼陷帶的發育。3號斷裂作為邊界斷裂而分隔兩個凹陷，控制海中凹陷陡坡帶發育。潿西南低凸起在該時期處于水下并接受沉積，研究區物源主要來自于北部的粵桂隆起和東部的企西隆起(見圖5(a))。

圖4 潿西南凹陷流沙港組二段和一段主干斷裂流斷距分布Fig.4 Map of main fault offsets during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

圖5 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積期古地貌Fig.5 Paleogeomorphic characteristics during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

流沙港組一段沉積期，研究區構造活動明顯減弱，沉降速率略大于沉積速率，沉積范圍、沉積水體深度較流沙港組二段沉積期的更小、更淺。NE-NEE向1號斷裂控制研究區整體構造格局，但研究區北部陡坡帶和南部緩坡帶地形較流沙港組二段沉積期的明顯變緩，洼陷最深可達0.700 km。2號斷裂由原來相對連續的NEE向大型斷裂轉變為多條小型近EW向雁列式斷裂，鄰近EW向小型斷裂相互作用，在中央洼陷帶形成一系列構造轉換帶，從而對洼陷帶沉積物搬運方向具有明顯控制作用。3號斷裂作為邊界斷裂而分隔海中凹陷，同時控制海中凹陷陡坡帶發育，坡度較流沙港組二段沉積期的明顯更小。潿西南低凸起在該時期局部出露水面而遭受剝蝕，研究區物源以北部的粵桂隆起和東部的企西隆起為主(見圖5(b))。

流沙港組二段至一段沉積期，研究區斷裂方向、數量、規模、強度發生明顯變化，影響整體構造格局，反映研究區在不同時期構造特征存在明顯差異，與區域應力場的變化密切相關；斷裂方向由NE、NEE向轉變為近EW向，尤其是2號斷裂由相對連續的大型NEE向斷裂轉變為多條小型的近EW向雁列式，說明研究區應力場方向發生轉變，由早期的NW-SE向拉張轉變為晚期的近S-N向拉張；整個北部灣盆地受太平洋板塊俯沖由NNW向轉變為NWW向、印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊由軟碰撞轉變為硬碰撞影響，整個北部灣盆地的主應力場由NW-SE向轉變為近S-N向，最終導致研究區主應力場發生順時針的轉變[23-27]。因此，研究區流沙港組二段至一段沉積期構造特征差異，與太平洋板塊俯沖方向由NNW向轉變為NWW向、印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊由軟碰撞轉變為硬碰撞密切相關。

3 沉積充填特征

3.1 沉積相類型及特征

利用研究區測井、地震等資料，在潿西南凹陷流沙港組二段和一段共識別6種沉積相類型：近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、曲流河三角洲、湖底扇和湖相。

近岸水下扇在地震剖面上為中弱振幅、低連續，多為逐漸收斂的楔狀，內部主要為低角度發散結構；測井曲線為較高幅度的齒化特征；巖性主要為厚層的砂礫巖夾泥巖(見圖6(a)、圖7(a))。扇三角洲在地震剖面上為中弱振幅、中低連續，呈明顯楔狀雜亂反射，具有典型前積反射特征，內部為斜交型前積結構；測井曲線為高幅度齒化漏斗狀；巖性主要為中厚層砂礫巖、砂巖夾泥巖(見圖6(b)、圖7(b))。辮狀河三角洲在地震剖面上為中低振幅、中連續，具有明顯“S”型前積反射特征；測井曲線為低幅度齒化漏斗狀；巖性主要為中厚層含礫砂巖夾泥巖(見圖6(c)、圖7(c))。曲流河三角洲在地震剖面上為中低振幅、中連續，具有明顯S型前積反射特征；測井曲線為低幅度齒化漏斗狀；巖性主要為中薄層細砂巖夾泥巖(見圖6(d)、圖7(d))。湖底扇在地震剖面上為中振幅、中低連續，具有明顯雙下超反射特征；測井曲線為低幅度齒化特征；巖性主要為中薄層砂礫巖、砂巖夾薄層泥巖(見圖6(e)、圖7(e))。湖相包括濱淺湖亞相與半深湖亞相，其中半深湖亞相在地震剖面上為低振幅、高連續，具有明顯平行反射特征；自然電位曲線位于泥巖基線處，伽馬曲線表現高值特征；巖性主要為巨厚的泥巖、頁巖(見圖6(f)、圖7(f))。

圖6 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積相地震響應特征Fig.6 Seismic reflection characteristics of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

圖7 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積相測井響應特征Fig.7 Well logging characteristics of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

3.2 沉積相帶展布特征

流沙港組二段沉積期，研究區構造活動強烈，沉積水體快速上升，發育大面積的半深湖—深湖亞相沉積，在凹陷陡坡處發育較多快速完全沒入水體堆積的近岸水下扇。其物源來自北部的粵桂隆起，緩坡發育大量辮狀河三角洲，洼陷內發育較多的湖底扇(見圖8(a))。

圖8 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積相Fig.8 Map of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depostional period in Weixi'nan sag

流沙港組一段沉積期，研究區構造活動強度明顯減弱，但沉積水體較深，主要發育湖相沉積，在各次級洼陷內以半深湖—深湖亞相沉積為主。同時，研究區凹陷內發育大量沉積扇體，在凹陷長軸方向發育大型辮狀河三角洲與曲流河三角洲，其中南部大型曲流河三角洲的物源來自粵桂隆起，北部辮狀河三角洲物源來自企西隆起；在凹陷短軸的陡坡處主要發育大型扇三角洲和少量近岸水下扇，緩坡帶為較大型辮狀河三角洲，洼陷內發育較多湖底扇(見圖8(b))。

4 構造對沉積充填的控制作用

4.1 斷裂體系

研究區邊界控盆1號斷裂在流沙港組二段至一段沉積期表現為NE-NEE向，斷層活動強度和沉積充填特征發生明顯改變。流沙港組二段沉積期，邊界控盆1號斷裂活動強烈，盆地可容納空間迅速增大，斷裂下盤發育一系列近岸快速堆積的近岸水下扇沉積，研究區整體發育大面積的半深湖—深湖亞相沉積(見圖8(a))。流沙港組一段沉積期，邊界控盆1號斷裂活動明顯減弱，盆地可容納空間較流沙港組二段沉積期的明顯更小，斷裂下盤發育大量快速堆積的扇三角洲及少量近岸水下扇沉積，且研究區半深湖—深湖亞相沉積面積明顯減小(見圖8(b))。

研究區2號斷裂在流沙港組二段至一段沉積期發生明顯轉變，由早期相對連續的NEE向大型斷裂轉變為多條小型的近EW向雁列式斷裂，中央洼陷帶內發育多個近EW向的構造轉換帶，作為沉積物的搬運通道而控制中央洼陷內的沉積物搬運。研究區北部陡坡帶的大型扇三角洲發生滑塌時形成的沉積物，沿洼陷內的構造轉換帶運移至洼陷深處，2號斷裂下降盤發育一系列的湖底扇，且湖底扇的發育位置與構造轉換帶具有良好的對應關系，體現斷裂體系對沉積充填的控制作用(見圖9)。沿凹陷長軸方向和南部緩坡帶發育的辮狀河三角洲、曲流河三角洲扇體沉積延伸至洼陷內，受構造活動作用影響而發生滑塌，在2號斷裂下降盤堆積并形成湖底扇，因此研究區流沙港組一段2號斷裂下降盤處的湖底扇沉積可能具有多個物源。

圖9 潿西南凹陷流沙港組一段2號斷裂古地貌形態與湖底扇分布匹配關系Fig.9 Matching relationships between paleogeomorphic characteristics and distributions of sublacustrine fan along No.2 fault of Liushagang-1 member in Weixi'nan sag

4.2 構造格局

流沙港組二段沉積期，研究區主要以NE、NEE向斷裂為主控斷裂，構造活動強烈，盆地可容納空間快速增大，沉積水體快速上升，潿西南低凸起成為水下低凸起而接受沉積，物源主要來自粵桂隆起和企西隆起。主要發育大面積的半深湖亞相沉積，北部陡坡帶發育較多快速堆積的近岸水下扇，南部緩坡帶地形較緩而發育較多辮狀河三角洲，中央洼陷帶發育較多的湖底扇沉積，主要分布于2號斷裂周邊，但規律性不明顯(見圖10(a))。

流沙港組一段沉積期，研究區主控NE、NEE向斷裂活動性減弱，近EW向斷裂開始大量發育，構造活動較強，盆地可容納空間較流沙港組二段沉積期的明顯更小，且沉積水體較流沙港組二段沉積期的更淺，潿西南低凸起出露水面而遭受剝蝕，物源主要來自粵桂隆起和企西隆起。以湖相沉積為主，但發育大量沉積扇體，沿凹陷長軸方向發育大型辮狀河三角洲與曲流河三角洲；沿凹陷短軸的北部陡坡帶以扇三角洲、近岸水下扇沉積發育為主，南部緩坡帶為大型辮狀河三角洲，中央洼陷內發育較多湖底扇，主要位于2號斷裂下降盤，且與2號斷裂轉變形成的構造轉換帶具有良好的對應關系(見圖10(b))。

圖10 潿西南凹陷流沙港組二段和一段沉積期沉積充填模式Fig.10 Models of sedimentary fill during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

5 結論

(1)潿西南凹陷流沙港組二段沉積期主要受NE-NEE向1號斷裂控制，2號斷裂表現為相對連續的NEE向大型斷裂，且研究區發育大量NE、NE-NEE向次級斷裂；流沙港組一段沉積期，受NE-NEE向1號斷裂控制，2號斷裂表現為大量小型的近EW向雁列式斷裂，研究區次級斷裂數量明顯減少，斷裂方向也主要為近EW向。流沙港組二段至一段沉積期，研究區構造轉變，與太平洋板塊俯沖方向由NNW向轉變為NWW向、印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊由軟碰撞轉變為硬碰撞密切相關。

(2)受斷裂體系轉變影響，流沙港組二段至一段沉積期，潿西南凹陷構造格局發生明顯變化，表現為北西斷、南東超、呈NEE向展布的典型箕狀斷陷盆地，但流沙港組二段沉積期盆地沉積水體、沉積范圍較流沙港組一段沉積期的明顯更深、更廣，且2號斷裂轉變使洼陷發育多個近EW向的構造轉換帶，對盆地內沉積物搬運和遷移方向具有重要影響。

(3)流沙港組二段至一段沉積期，潿西南凹陷沉積充填特征發生明顯變化，其中2號斷裂轉變形成的構造轉換帶對洼陷的湖底扇展布具有明顯控制作用，構造格局轉變使研究區半深湖亞相沉積范圍明顯減小，扇體沉積范圍明顯增加。