瓊東南盆地松東凹陷斷裂發育特征

宋 鵬，宋瑞有，韓光明，譚建財，劉云芝

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

0 引言

斷裂是地殼中最為發育的地質構造之一，是伸展型盆地構造研究的核心和油氣勘探的關鍵，其不僅是油氣運移的重要通道，也是圈閉形成和展布的控制因素，伸展盆地內沉積物的充填、沉積層序特征、油氣藏的形成分布和演化等都與斷層分布和活動密切相關(謝玉洪等，2015)。瓊東南盆地是新生代裂谷盆地，松東凹陷是瓊東南盆地的次一級構造單元，新近系地層的區域南傾使松東凹陷整體呈一向南傾斜的單斜坡，因此斷裂是該區圈閉形成的主要控制因素。前人對于瓊東南盆地斷裂系統的研究主要集中在盆地一級斷裂帶上和地震資料品質相對較好的崖南凹陷、松南凹陷，而對于地震測網稀疏、品質較差的松東凹陷研究很少，對松東凹陷斷層幾何學特征、運動學特征及構造演化認識不清，使得圈閉匱乏，嚴重阻礙了該區的勘探進程。從區域構造來看，松東凹陷位于瓊東南盆地東部偏北位置，處于瓊東南盆地東、西兩個不同走向構造帶的轉換位置，具備兩個構造帶不同的構造特征，因此理清松東凹陷斷裂的發育特征有助于加深對瓊東南盆地區域構造演化的認識。現今地球物理技術方法日趨多樣(李飛等，2020)，地震勘探的地質目標體越來越精細(王興宇等，2020)，本文基于近幾年新采集的地震資料，對松東凹陷的斷層進行系統解釋和厘定，弄清凹陷內斷裂發育特征和成因機制，以便分析斷裂對油氣成藏的作用，加深對該區石油地質條件的認識，指出有利勘探區帶。

1 區域地質概況

松東凹陷位于瓊東南盆地東北部的淺水區(李俞鋒等，2018)，其北至海南隆起，南與松濤凸起相接，西與松西凹陷相通，東與珠江口盆地的神狐隆起相連(圖1)，是受瓊東南盆地6號斷裂控制、總體呈南斷北超的箕狀凹陷，凹陷面積3200 km2，水深110～190 m。松東凹陷的發育演化與印歐碰撞、太平洋板塊菲律賓板塊向歐亞板塊的俯沖、南海擴張三次事件密切相關，凹陷構造演化可以分為裂陷和裂后兩大階段(陶維祥等，2000；宋瑞有，2020)，斷裂活動主要發生在具有多幕多旋回特征的裂陷階段。鉆井及地震資料揭示松東凹陷自下而上發育始新統嶺頭組、漸新統崖城組和陵水組、中新統三亞組和梅山組及黃流組、上新統鶯歌海組、第四系更新統樂東組等地層。古近紀地層主要由周緣海南隆起、松濤凸起及神狐隆起提供物源，受斷層控制作用比較明顯；古近紀晚期松東凹陷區域填平補齊，新近紀地層主要由海南隆起區提供物源，地層區域南傾，受斷層影響較小。多口鉆井已證實烴源巖，該區油氣運聚活躍，是瓊東南盆地北部坳陷重要的勘探領域(王元等，2018)。

圖1 瓊東南盆地松東凹陷位置圖

2 斷裂發育特征

松東凹陷歷經多期構造活動形成了復雜的斷裂系統，除瓊東南盆地6號斷層這條大的松東凹陷控凹斷層外，凹陷內部也發育多種樣式的斷層，且多表現為正斷層的性質。松東凹陷斷層具有多展布方向、多組合樣式、多期次和多斷層類型的特征，不同期次、不同類型的斷層組合在一起共同控制著凹陷內部的構造格局(圖2)。

圖2 松東凹陷斷裂分布圖

2.1 斷層剖面組合樣式

從斷面的剖面形態來看，松東凹陷單條斷層多呈上陡下緩的犁式或者上下傾角相近的平直式斷層(圖3a)。犁式斷層也稱鏟式斷層，多為生長斷層，犁式的邊界斷裂呈上陡下緩的犁式特點,斷層上盤發生了向斷裂的彎曲滾動,從而產生可容空間，對沉積控制作用比較明顯(謝文彥等，2009)；平直式斷層多為一次構造運動形成的斷層，對沉積控制作用不明顯，部分地區地層受遞進剪切力作用形成類似于多米諾骨牌的形狀，多米諾式構造樣式的顯著特點是其內部構造不受邊界斷層的控制,由一系列同傾平直斷層所組成的斷層系統控制(范柏江等，2010)。剖面上兩條斷層的組合樣式主要有“Y”字形、“人”字形和“X” 字形三種基本組合形式(圖3c、d)，多個同一形式或者不同形式的斷裂又進一步組合形成復合“Y”字形、羽狀、帚狀以及網狀等復雜樣式的斷裂(圖3b)。其中復合“Y”字形斷層組合是松東凹陷最為常見的斷裂組合樣式，其常由多個同向“Y”字形斷裂和反向“Y”字形斷裂組合而成，該部位常發育斷鼻、斷塊圈閉，是松東凹陷重要的油氣勘探區。

圖3 松東凹陷斷層剖面組合樣式

2.2 斷層平面組合樣式

從斷層的平面組合樣式來看，松東凹陷單個斷層主要呈弧形或者直線形(圖4)。弧形斷層多為生長斷層，斷層的下降盤多位于內弧面一側；直線形斷層多是一次構造運動形成的非生長斷層，剖面上呈平直式斷層。松東凹陷多個斷層的平面組合樣式主要有帚狀斷裂、斜交式斷裂和平行式斷裂。平面上帚狀、斜交式斷裂在剖面上多對應“Y”字形、復合“Y”字形和帚狀斷裂，其控制著松東凹陷內部的基本構造格局，帚狀構造是由一束兩個以上的弧形彎曲的結構面組合而成,其整體形態呈撒開端寬收斂端窄的帚狀，弧形結構面間相互不平行(馬乾等，2011)；平行式斷裂在剖面上常對應多條同向或相向的平直式斷層，為同一期構造運動的產物，其使凹陷顯得非常破碎，部分平行式斷裂呈雁列式排列，雁列式斷裂是水平扭動在平面上的重要表現形式,離散型水平扭動以張性雁列式斷裂為主。

圖4 松東凹陷斷層平面組合樣式

從斷層的平面展布方向來看，松東凹陷斷層主要呈NE向、近EW向和NWW向展布(圖2)，具有成束、成帶分布的特征。NE向斷層主要位于松東凹陷及其次洼的周緣，發育數量較少但是延伸較長，是松東凹陷的控凹斷層。EW向斷層主要位于松東凹陷的中西部，多與NE向斷層相接，發育數量較多。NWW向斷層在松東凹陷東北部集中發育，發育數量巨大。總的來看，在NE向斷層的控制下，近EW向和NWW向斷層組合形成六組斷裂帶向北東方向依次排開，且向北東方向斷裂帶的走向由近EW向轉換為NWW向。

2.3 斷層活動期次

根據松東凹陷斷層強烈活動時間和斷層斷穿層位可以將松東凹陷的斷層分為始新世斷層、漸新世斷層和中新世斷層(圖5、圖2)，不同時期活動的斷層具有不同的展布方向，反映該區不同時期區域應力背景的改變。

圖5 松東凹陷斷層活動期次

始新世斷層是盆地裂陷初期形成的斷層，后期繼承性活動，主要呈NE向展布，其主要分布于松東凹陷及其內部次洼的邊界位置，控制著松東凹陷的形成演化及其內部的基本構造格局。漸新世斷層是松東凹陷內部的次一級斷層，其漸新世早期強烈活動，至漸新世晚期漸漸靜息，多呈近EW向展布。漸新世斷層主要分布于松東凹陷中西部，對陵水組地層具有明顯的控制作用。中新世斷層活動時間較晚，持續時間較短，對沉積的控制作用較弱，多呈NWW向展布，集中分布在松東凹陷的東北部，發育規模較大。

始新世斷層控制凹陷及內部結構，漸新世斷層主要發育于凹陷西南部，中新世斷層主要發育于凹陷東北部。整體上看斷層自西南向東北有變新的趨勢。松東凹陷斷層的活動期次與展布方向具有很好的對應關系，隨著時間的推移斷層走向由NE向變為EW向再變為NWW向，這種變化規律反應了該區區域應力方向隨時間發生了順時針的旋轉。總的來看，松東凹陷在NE向始新世斷層的控制下，近EW向的漸新世斷層和NWW向中新世斷層組合形成六組斷裂帶向北東方向依次排開。松東凹陷的這種發育規律反應了該區區域應力釋放點隨著時間的推移逐漸向北東方向遷移，地層向北東方向依次破裂。

2.4 斷層發育規律

松東凹陷斷層多發育于凹陷內基底隆起區，并成帶分布。松東凹陷形成發育過程處于拉張應力環境，發育斷層均為正斷層。根據地層產狀與斷面產狀的關系可以將斷層分為同向正斷層和反向正斷層，地層產狀與斷面產狀相同為同向正斷層，反之則為反向正斷層(張忠濤等，2010)。松東凹陷反向正斷層多發育于凹陷內基底隆起部，多繼承早期斷層活動，對陵水組、三亞組沉積控制作用比較強，同向正斷層多發育于凹陷及其次洼內部，多為調諧斷層，由地層重力作用形成，基本對沉積沒有控制作用。松東凹陷同向正斷層和反向正斷層的分布具有很好的規律性，同向正斷層和反向正斷層東西向成列相間分布。根據斷層傾向的不同可以在松東凹陷斷裂展布圖上識別出四條南北向的條帶(圖6)，條帶兩側斷層掉向相反，且斷層多在條帶附近發育終止。從松東凹陷古近系厚度圖上也可以清晰分辨出這四條南北向展布的條帶，條帶兩側地層厚度變化較大。最右邊的南北向條帶為三維地震覆蓋，三維資料上可清晰看到地震同相軸多在條帶兩側撓曲或者發生突變，基底在虛線兩側發生了明顯的錯動，東側向北移動了約7 km，證實該南北向條帶是一條具有走滑性質的斷層，NWW向晚期斷層多在條帶位置兩側消失，說明該走滑斷層形成時間更早，控制了后期NWW向斷層的發育，推測左邊三條條帶與之有類似性質，也為南北走向的走滑斷層，形成這些走滑斷層的主要誘因推測為南海西北次海盆受近SN向應力的不均勻拉張，松東凹陷南部的寶島長昌凹陷通過西沙海槽與西北次海盆相連，西北次海盆擴張時東部擴張強度大而西部小，因此雖然松東凹陷整體向北相對移動，但是凹陷東部移動距離更大，相對于凹陷西部向北錯動。

圖6 松東凹陷斷層發育規律

除前述四條南北向條帶外，從松東凹陷古近系厚度圖上還可以識別出在凹陷東部也發育兩條南北向的條帶，條帶兩側斷層掉向相反，古近系地層厚度變化較大，且斷層多在條帶附近尖滅，松東凹陷整體呈菱形展布，六條南北向的走滑斷層又將松東凹陷分割成5個小菱形。松東凹陷斷層東西向成束、南北向成列的展布規律控制著凹陷的構造格局，將南斷北超的松東凹陷分割成多個具有不同構造特征的塊體。

3 構造變換帶斷層發育特征

變換帶這一概念最先是Dahlstrom(1970)在研究褶皺-逆沖斷層時提出的，其認為擠壓變形帶應變和位移應該是守恒的。Gibbs(1990)將此概念引入到伸展變形區，認為變換帶是一種在伸展構造區平面上傳遞應變，并保持區域上應變平衡的一種調節構造(楊明慧，2009；宋爽等，2016；徐長貴，2016)。調節性構造可以褶皺、斷裂、隆起等形式存在，協調應變在三維空間上的守恒。構造變換帶常位于大型斷裂之間,是斷裂活動過程中為使斷裂位移在三維空間守恒而產生的一種構造現象，而斷層是區域應變調節的主要方式，因此構造變換帶常伴有大量斷層的集中發育。本文按照變換帶的定義和識別原則，在松東凹陷的兩端識別出兩個構造變換帶：松西-松東構造變換帶、松東-寶島構造變換帶。

松西-松東構造變換帶位于松東凹陷西端。松西凹陷受控于5號斷層呈北斷南超的半地塹結構，松東凹陷受控于6號斷層呈南斷北超的半地塹結構，5號斷層和6號斷層在松東凹陷西端形成對傾疊覆型構造變換帶(見圖7)。該構造變換帶受一條斷距較大的南傾變換斷層控制，整體呈北西-南東向展布。變換帶內部發育大量近東西走向、規模較小的斷層(見圖8)，其中北部斷層多為南傾斷層，與5號斷裂體系有關，南部斷層多為北傾斷層，與6號斷裂體系有關。斷層組合多呈復合“Y”字形或“X”字形組合樣式。松東凹陷西端正是通過一條大的變換斷層和若干條近東西向小型斷層的調節完成了5號和6號斷層應變和位移的變換。松西-松東構造變換帶在松西凹陷和松東凹陷結合部形成一個局部隆起，隆起上發育斷塊圈閉且油氣運聚條件優越，是松東凹陷重要的油氣勘探區。

圖7 瓊東南盆地東區基底立體顯示圖

圖8 松東凹陷斷層剖面組合樣式

松東-寶島構造變換帶位于松東凹陷東端。松東凹陷東端發育大型南北向走滑斷層，受其影響位于6號斷層以南的2號斷層在松東凹陷東端向北遷躍至6號斷層以北，同時6號斷層在走滑斷層位置中斷。在北傾的6號斷層、南傾的2號斷層以及南北向走滑斷層的共同作用下，在松東凹陷東端靠近寶島凹陷北坡位置形成一個復雜的應變區，從而形成了松東-寶島構造變換帶。該變換帶的結構、組成、演化和位移傳遞方式比經典的變換帶(Morley et al.，1990)要復雜的多，利用經典的變換帶分類方案難以描述該構造變換帶，據此童亨茂等(2015)提出了裂陷盆地新的變換構造帶分類方案，并將松東-寶島構造變換帶定義為 “復式變換構造”。該構造變換帶整體呈北東-南西向展布，在松東凹陷和寶島凹陷結合部形成一個局部隆起。變換帶內部斷層極其發育，斷層斷穿層位較深，多條斷層在深部形成一個共同的滑脫面。根據斷層走向可以分為北東向和近東西向兩組斷層，兩組斷層組合將松東-寶島構造變換帶分為多個斷塊。

4 討論

4.1 斷裂形成機制

松東凹陷是瓊東南盆地重要的組成部分，其構造演化與瓊東南盆地的構造演化相似，其斷裂系統的成因機制與瓊東南盆地的區域應力背景息息相關。但是由于松東凹陷處于特殊的構造位置，其斷裂系統的成因又具有特殊性。瓊東南盆地是發育在南海北部大陸邊緣西北部的新生代沉積盆地，其發育演化與印歐碰撞、太平洋板塊菲律賓板塊向歐亞板塊的俯沖、南海擴張三次事件密切相關(張功成等，2011；蔣德鑫等，2020；李學杰等，2020；熊量莉等，2020)。中生代，太平洋板塊向歐亞板塊NW向俯沖，在華南陸緣形成一系列NE向擠壓軟弱帶。晚白堊世-始新世，太平洋板塊與歐亞板塊會聚速率快速下降，太平洋板塊發生俯沖后撤(謝文彥等，2007)，華南陸緣處于NW-SE向伸展應力場中,形成一系列NE向裂陷群，為中國近海新生代盆地的發育奠定了基礎，此時瓊東南盆地各凹陷開始發育，松東凹陷始新世斷層活動強烈。漸新世，受印澳、歐亞、太平洋、菲律賓板塊會聚速率、會聚方向改變的影響，南海中央海盆和西北次海盆發生SN向擴張，區域應力場逐漸順時針旋轉為SN向伸展，瓊東南盆地裂陷群進一步發育并逐漸連成一體，形成瓊東南盆地，在SN向伸展應力場下松東凹陷發育EW向漸新世斷層，同時始新世NE向控凹斷層進一步右旋張扭生長。中新世，瓊東南盆地進入裂后熱沉降階段，斷裂活動強度減弱，斷層僅在盆地東部的松東凹陷、寶島凹陷及長昌凹陷發育，該時期菲律賓板塊向南海海盆NWW向仰沖，使南海北部陸緣中東部處于NNE-SSW向伸展應力場中，形成NWW向中新世斷層(胡陽等，2018)，瓊東南盆地中西部距離仰沖帶較遠，受其影響較小，僅零星發育受重力、熱演化控制的中新世斷層(劉正華和陳紅漢，2011)。

雖然松東凹陷發育演化過程與瓊東南盆地相似，但是由于松東凹陷處于特殊的構造位置，其斷裂系統的形成機制又具有自己的獨特性。瓊東南盆地東、西區具有不同構造特征，盆地西區(松東-松南-北礁凹陷連線以西)整體呈NE向展布，由多個地塹、半地塹組成，具有南海北部離散型陸緣性質，同時受1號走滑斷層影響；盆地東區(寶島-長昌凹陷)不是典型的地塹或半地塹結構，整體呈NWW向展布，與西北次海盆展布方向相近，受西北次海盆SN向擴張影響明顯。松東凹陷位于瓊東南盆地東、西區結合部，松東凹陷中、西部與瓊東南盆地西區應力場背景相同，松東凹陷東部受瓊東南盆地東區應力場影響比較大。漸新世，由于西北次海盆SN向強烈擴張，受其影響瓊東南盆地東區SN向拉張應力強度比西區更大，松東凹陷在東強西弱的SN向伸展應力場作用下形成一系列近EW向斷層，同時由于不均勻拉張應力影響，在凹陷內部又形成多條近SN向、具有左旋走滑性質的調節斷層，使松東凹陷形成東西向成束、南北向成列的斷裂體系。

4.2 斷裂控油氣作用

斷裂對油氣成藏和分布起著至關重要的作用，松東凹陷斷裂主要有控源作用、控圈作用、輸導作用等。松東凹陷已發現多個油氣藏和含油氣構造與斷層有關，該區斷裂對油氣聚集有較強控制作用，早期斷裂控凹影響烴源巖展布，有利圈閉受斷裂側封的控制，斷裂對成藏中的油氣運聚起重要作用。松東凹陷烴源巖主要為始新統湖相泥巖和下漸新統崖城組海陸過渡相泥巖，兩者均為松東凹陷構造演化早期斷陷期產物。箕狀斷陷盆地的盆緣控凹斷層不僅控制了盆地的形成和演化，同時對盆地內的沉積物源、水系分布、沉積古地貌和沉積層序的發育有重要的影響(吳亞軍，2004)。松東凹陷控凹斷層(6號斷層)斷陷期強烈活動，控制著地形地貌和水系的展布，在其下降盤形成凹陷沉降中心，形成厚而連續的泥巖沉積，發育的烴源巖是現今松東凹陷生烴的主體源巖(李亞敏等，2011)。在松東凹陷北部ST24井古近系淺海相地層已鉆遇有機質豐度較高的烴源巖。

斷層對油氣成藏具有兩面性，取決于封閉性，斷層既可作為油氣聚集過程的遮擋物形成油氣藏，又可作為運移泄漏通道對早期形成的油氣藏起到破壞作用(孫國強等，2011；宋瑞有等，2021)。斷裂在活動時期可以直接作為油氣運移的輸導體系，但在封閉時期可以對儲層形成側向封堵，斷層切割、遮擋地層而構成圈閉(林鐵鋒等，2008)。斷裂的密集發育可促進構造裂縫的發育而改善儲層的儲集物性，斷裂對油氣運聚有控制作用，斷裂及其伴生的裂隙是重要的油氣運移通道(宋瑞有等，2020；于俊峰等，2020)，松東凹陷長期活動的主干斷層斷穿層位較深，溝通凹陷深部烴源巖，油氣大規模運移時期強烈活動，是油氣從深層向淺層垂向運移的重要通道；早期活動且活動時間較短的斷層油氣大規模運移時已經停止活動，垂向疏導性較差。此外，松東凹陷斜坡帶上發育的小位移同向正斷層兩盤砂砂對接，斷層側封作用差，油氣可穿越斷層沿砂體向北側向運移；而反向正斷層斷距較大，如果與上覆泥巖匹配，對油氣側向運移有較強的遮擋作用。

松東凹陷整體呈向東南方向傾斜的單斜坡，缺乏大型構造，斷層是該區圈閉形成的主要控制因素。由于松東凹陷構造走向與斷層方向平行或斜交，因此單靠一條斷層很難形成構造型圈閉。松東凹陷斜坡帶發育多條近SN向走滑斷層并伴生發育構造脊，構造脊周緣SN向走滑斷層與EW向、NWW向斷層組合形成多個斷鼻、斷塊圈閉，是該區主要的圈閉發育位置，如寶島13區氣藏群。此外，構造變換帶通常是油氣聚集成藏的有利部位，世界上大多數斷陷盆地的油氣富集區主要分布在構造變換帶中(譚建財等，2014)，松東凹陷東西兩端構造變換帶位置斷層發育且具有構造背景，形成了多個構造型圈閉，如寶島19-2含氣構造。

5 結論

(1)松東凹陷單條斷層剖面上多呈犁式、平直式，多條斷層組合呈復合“Y”字形、羽狀、帚狀和網狀；平面上單條斷層多為弧形、直線形，多條斷層組合常呈帚狀、斜交式和平行式。凹陷斷層按期次可劃分為始新世NE向、漸新世近EW向和中新世NWW向三組。NE向斷層控制松東凹陷的邊界及其內部次級構造，EW向斷層和NWW向斷層組合形成六組斷裂帶成排分布。凹陷斜坡帶發育六條近SN向走滑斷層，將松東凹陷分割成多個塊體，使松東凹陷形成東西向成束、南北向成列的斷裂體系。

(2)松東凹陷斷裂的形成與印歐碰撞、太平洋板塊和菲律賓板塊向歐亞板塊俯沖以及南海擴張三次事件密切相關。晚白堊世-始新世太平洋板塊發生俯沖后撤，華南陸緣處于NW-SE向伸展應力場中，松東凹陷NE向主控斷層形成；漸新世板塊會聚速率和方向改變，區域應力場變為SN向伸展，受西北次海盆擴張影響，松東凹陷伸展應力場表現為東強西弱的特征，松東凹陷近EW向和SN向斷層形成；中新世菲律賓板塊向南海海盆NWW向仰沖，使南海北部陸緣處于NNE-SSW向伸展應力場中，松東凹陷NWW向斷層形成。

(3)松東凹陷斷裂對油氣聚集的作用主要表現在控烴源、控圈閉、控運移三個方面。松東凹陷控凹斷層斷陷期強烈活動，控制著始新統湖相和下漸新統海陸過渡相烴源巖的展布。受限于松東凹陷構造特征和斷層的活動性，松東凹陷斷層既可以作為油氣運移的重要通道，也是該區圈閉形成的主要控制因素，SN向走滑斷層周緣以及構造變換帶是油氣成藏有利位置。