魯銀濤, 王 彬, 呂福亮, 范國(guó)章, 賀曉蘇, 吳敬武, 楊濤濤

(中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院, 浙江 杭州310023)

南海是西太平洋最大的邊緣海之一, 面積約350×104km2。其位于歐亞、太平洋和印度-澳大利亞三大板塊的交匯處, 是歐亞板塊、印-澳板塊和太平洋三大板塊之間的被動(dòng)成因邊緣海[1]。南海西沙周緣是油氣勘探的熱點(diǎn)區(qū)域, 經(jīng)歷了新生代幾次區(qū)域構(gòu)造拉張與升降作用, 沉積了厚層的第三系沉積地層, 不僅發(fā)育構(gòu)造型圈閉, 還有形成巖性地層圈閉潛力。本文利用高質(zhì)量的地震資料, 結(jié)合鄰區(qū)地質(zhì)資料, 分析了西沙周緣的沉積相特征, 分析了本區(qū)各個(gè)時(shí)期的沉積特征及沉積演化歷史, 對(duì)油氣成藏條件進(jìn)行了初步分析, 認(rèn)為西沙周緣具備較有利的成藏組合條件。

1 南海西沙周緣構(gòu)造特征

南海北鄰華南加里東褶皺區(qū), 西靠印支地塊, 南隔南沙海槽與北加里曼丹俯沖-逆沖推覆帶相接, 東跨馬尼拉海溝與呂宋島弧區(qū)相連[2]。受歐亞、印-澳和太平洋三大板塊相互作用及南海自身新生代擴(kuò)張影響, 南海區(qū)域地質(zhì)條件十分復(fù)雜, 形成了北部被動(dòng)陸緣、南部碰撞體系、東部主動(dòng)陸緣、西部走滑體系以及中部洋盆區(qū)的構(gòu)造格局(圖1)。

南海西沙周緣處于北部被動(dòng)陸緣、西部走滑體系、中部洋盆區(qū)的交匯處[3], 地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜。北部的西沙北坳陷帶為陸殼; 南部的洋盆區(qū)為洋殼; 洋陸之間的過(guò)渡帶屬于洋陸過(guò)渡型地殼。西沙周緣構(gòu)造形跡方向與北部被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造走向一致, 以NE向?yàn)橹?圖2)。盆地(坳陷)由北向南、由西向東逐漸變新。

南海西沙周緣從北至南, 呈臺(tái)階狀加深(圖3), 發(fā)育一系列北東向隆坳相間的構(gòu)造格局。其中心是西沙隆起帶, 發(fā)育以西沙隆起為代表的古地塊, 該隆起帶上也發(fā)育一系列北東向的斷陷構(gòu)造; 其北部受南海被動(dòng)拉張作用, 是南海北部被動(dòng)陸緣的一部分, 表現(xiàn)為NE向展布的寬廣條帶, 擁有寬廣的陸架和陸坡, 發(fā)育北部灣、珠江口和瓊東南盆地等3個(gè)NE向沉積盆地; 其南部為洋盆區(qū), 以洋殼基底為特征, 該構(gòu)造形跡也呈NE向展布, 呈西窄東寬的喇叭狀, 可劃分為西北、西南次海盆和中央海盆3個(gè)次海盆。西北和西南次海盆為近NE向, 中央海盆為近EW向(圖1)。

西沙周緣西部受南海西緣走滑體系影響, 以近南北向延伸的走滑斷裂為特征, 且走滑活動(dòng)伴隨著強(qiáng)烈的拉分性。受南海西緣斷裂帶控制, 西部走滑體系發(fā)育近NS向新生代沉降帶, 包括曾母盆地、萬(wàn)安盆地、中建南盆地及鶯歌海盆地等一系列大型盆地(圖1, 圖2)。

圖1 南海構(gòu)造格局及盆地分布圖 Fig. 1 Tectonic framework and basins in South China Sea

2 南海西沙周緣新生代構(gòu)造演化

南海西沙周緣新生代經(jīng)歷三次構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 分別是神狐運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、東沙運(yùn)動(dòng)[4-7]。這三次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為: 古新世-漸新世的陸內(nèi)/陸緣裂離、晚漸新世-中中新世的海底擴(kuò)張、中中新世-至今的熱沉降。與區(qū)域構(gòu)造演化相對(duì)應(yīng), 南海北部大陸邊緣盆地經(jīng)歷了斷陷期和坳陷期兩個(gè)演化階段(表1)。

中生代晚期, 西沙地塊、中沙地塊、南沙地塊、禮樂(lè)地塊與南海北部的華南陸塊為統(tǒng)一陸塊。經(jīng)過(guò)新生代陸內(nèi)裂離、海底擴(kuò)張、熱沉降[4], 南海構(gòu)造格局成為現(xiàn)今狀態(tài)。

2.1 古新世-漸新世的陸內(nèi)/陸緣裂離

古、始新世之間, 距今54 Ma或更早, 印-澳板塊向北推進(jìn), 導(dǎo)致印支地塊右旋逃逸。地幔熱底辟作用使脆性的華南地塊地殼發(fā)生破裂, 而塑性的下地殼則產(chǎn)生水平引張, 使地殼進(jìn)一步減薄, 造成華南陸緣呈階梯狀破裂, 形成一系列NNE-NE向張性斷裂。

圖2 西沙周緣構(gòu)造格局圖 Fig. 2 Tectonic framework in Xisha area

圖3 過(guò)西沙周緣地質(zhì)剖面 Fig. 3 Geologic profile across Xisha area

表1 西沙周緣新生代盆地演化階段表 Tab. 1 Tectonic evolution stages in Xisha area

同時(shí), 在復(fù)雜的NW-SE向拉張應(yīng)力場(chǎng)背景下, 原本拼貼于華南陸緣的西沙、中沙和南沙等微地塊向東南方向運(yùn)移, 在各個(gè)地塊之間形成了一系列 NNE-NE向展布的地塹-地壘構(gòu)造, 造就了盆地的初始形態(tài)。該區(qū)域性造盆運(yùn)動(dòng)被稱(chēng)為“神狐運(yùn)動(dòng)”, 在地震反射剖面上表現(xiàn)為區(qū)域性不整合面(Tg), 即盆地基底。

2.2 晚漸新世-中中新世的海底擴(kuò)張

印-澳板塊與歐亞板塊開(kāi)始碰撞后約8～16 Ma, 深部地幔流向SE和SSE方向蠕散, 在華南陸緣聚集, 從而地幔上涌, 巖石圈拉伸減薄。晚漸新世時(shí), 巖石圈破裂, 地幔強(qiáng)烈上涌, 南海區(qū)域地殼強(qiáng)烈拉張減薄, 南海海底擴(kuò)張開(kāi)始, 南海區(qū)域出現(xiàn)洋殼, 該區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)被稱(chēng)為“南海運(yùn)動(dòng)”, 在地震剖面上表現(xiàn)為區(qū)域性不整合面(T60)。受南海運(yùn)動(dòng)的影響, 南海產(chǎn)生了區(qū)域性抬升、剝蝕, 并伴有NEE-EW向張性斷裂發(fā)育和頻繁的巖漿活動(dòng)。

2.3 中中新世-至今的熱沉降

隨著菲律賓板塊和太平洋板塊向NWW方向推擠、碰撞, 以及印-澳板塊向NNW方向推擠, 導(dǎo)致南海海底擴(kuò)張停止, 并伴隨大規(guī)模的巖漿噴發(fā)活動(dòng)。此區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在南海北部稱(chēng)為“東沙運(yùn)動(dòng)”, 在地震剖面上表現(xiàn)為區(qū)域不整合面(T40)。

東沙運(yùn)動(dòng)使得南海北部盆地在沉降過(guò)程中發(fā)生斷塊升降、隆起剝蝕、褶皺、斷裂和頻繁的巖漿活動(dòng)。其動(dòng)力來(lái)源于東部菲律賓板塊的推擠、臺(tái)灣地塊與東海陸架的碰撞拼貼。因而, 自東向西其運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和構(gòu)造變形程度逐漸減弱。在東部臺(tái)西南坳陷表現(xiàn)為抬升剝蝕、褶皺和強(qiáng)烈的巖漿噴發(fā); 在珠江口盆地表現(xiàn)為斷塊升降、局部剝蝕、斷裂和巖漿活動(dòng), 產(chǎn)生了一系列至今仍活動(dòng)的NWW向斷裂。

3 南海西沙周緣地層發(fā)育特征

根據(jù)鄰區(qū)鉆井資料及沉積相研究, 結(jié)合區(qū)內(nèi)地震剖面特征[8-10], 對(duì)南海西沙周緣作了對(duì)應(yīng)的地震相響應(yīng)分析, 進(jìn)而探討盆地充填特征。從地震剖面上可明顯看出, 以地震反射界面T60, 即中新統(tǒng)與漸新統(tǒng)界面為界, 南海西沙周緣發(fā)育兩套地震反射特征有著明顯差別的地層層序, 稱(chēng)為上構(gòu)造層與下構(gòu)造層。

下構(gòu)造層代表了該盆地?cái)嘞菅莼A段[11-12], 構(gòu)造受斷裂控制明顯, 其沉積環(huán)境以陸相沉積為主, 逐漸過(guò)渡到海陸過(guò)渡相, 地震反射以連續(xù)性差、不平行-亞平行發(fā)射為特征。該盆地?cái)嘞萜谑菬N源巖形成的重要時(shí)期, 也發(fā)育了物性好的儲(chǔ)層。

上構(gòu)造層代表該盆地坳陷演化階段, 斷裂構(gòu)造相對(duì)不發(fā)育, 沉積環(huán)境為海相沉積, 地震反射特征以連續(xù)、平行-亞平行反射為特征。盆地坳陷期是碳酸鹽巖、生物礁儲(chǔ)層發(fā)育時(shí)期[13-14], 也是區(qū)域蓋層發(fā)育的時(shí)期(圖4)。

結(jié)合構(gòu)造演化史, 利用地震相進(jìn)行了沉積相的推測(cè), 認(rèn)為受南海新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響, 南海西沙周緣盆地新生界自下而上充填了一套沖積河湖 相(始新統(tǒng))-海陸交替相(漸新統(tǒng))-濱淺海臺(tái)地相(中-下中新統(tǒng))-淺海、半深海相(上新統(tǒng)-第四系)沉積序列(表2)。

圖4 南海西沙周緣地震剖面 Fig. 4 Seismic profile across Xisha area in South China Sea

表2 南海西沙周緣地層層序發(fā)育特征表 Tab. 2 Sediment sequence in Xisha area

始新統(tǒng)可能為陸相河流-三角洲-湖泊沉積, 受斷裂控制, 局限分布于斷陷內(nèi)[12], 地震剖面上表現(xiàn)為中-弱振幅、發(fā)散-楔狀形態(tài)、低頻、連續(xù)較差的反射特征(表2, 圖4), 該時(shí)期是重要的烴源巖發(fā)育期。

下漸新統(tǒng)崖城組可能為海陸過(guò)渡相沉積, 以三角洲-濱岸沼澤-淺海沉積為特征[12], 局限分布于斷陷內(nèi), 地震剖面上表現(xiàn)為中-強(qiáng)振幅、中等頻率、中等連續(xù), 亞平行反射(表2, 圖4), 發(fā)育區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)的海陸過(guò)渡相含煤系烴源巖。

上漸新統(tǒng)陵水組反映沉積環(huán)境逐漸過(guò)渡為海相沉積, 以三角洲-濱淺海-半深海沉積為特征, 沉積范圍擴(kuò)大[12], 地震剖面上表現(xiàn)為中-強(qiáng)振幅、中頻、較連續(xù)的發(fā)散-平行反射(表2, 圖4), 該時(shí)期為重要的儲(chǔ)層發(fā)育期。

下中新統(tǒng)三亞組沉積環(huán)境可能為海平面持續(xù)上升環(huán)境, 在海平面上升過(guò)程中, 隆起區(qū)逐漸淹沒(méi), 區(qū)內(nèi)以濱海相-淺海-半深海沉積為特征[12], 地震剖面上表現(xiàn)為中振幅、中頻、較連續(xù)的亞平行反射(表2, 圖4), 該沉積期是重要的儲(chǔ)層發(fā)育期。

中中新統(tǒng)梅山組沉積環(huán)境為缺少沉積物源環(huán)境, 以碳酸鹽臺(tái)地沉積特征, 在中部隆起區(qū)發(fā)育大規(guī)模的碳酸鹽巖臺(tái)地[13], 地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、中頻、丘狀-亞平行反射(表2, 圖4), 該沉積期為重要的儲(chǔ)層發(fā)育期。

上中新統(tǒng)黃流組沉積期開(kāi)始, 南海進(jìn)入?yún)^(qū)域性快速熱沉降階段, 西沙周緣深水區(qū)以半深海-深海沉積為主, 發(fā)育深水水道扇[15], 部位發(fā)育小規(guī)模的碳酸鹽巖臺(tái)地, 常見(jiàn)下切水道, 地震剖面上表現(xiàn)為弱振幅、中頻、較連續(xù)的亞平行反射(表2, 圖4), 該時(shí)期是區(qū)域性蓋層發(fā)育時(shí)期。

上新統(tǒng)-第四系(鶯歌海組-樂(lè)東組)地層充填以半深海-深海相沉積為特征, 發(fā)育深水水道扇, 常見(jiàn)下切水道, 地震剖面上表現(xiàn)為中-強(qiáng)振幅、中頻、較連續(xù)的平行-亞平行反射(表2, 圖4), 為區(qū)域性蓋層發(fā)育期。

4 南海西沙周緣新生代構(gòu)造演化對(duì)盆地充填的作用

通過(guò)區(qū)域構(gòu)造演化分析及對(duì)南海西沙周緣地層的詳細(xì)分析可知, 南海新生代三次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了南海西沙周緣盆地的形成發(fā)育, 三次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)盆地的發(fā)育及地層的充填有不同的作用, 使得南海西沙周緣新生代沉積盆地經(jīng)歷了斷陷期和坳陷期, 發(fā)育上下構(gòu)造層, 控制了盆地充填及生物礁、碳酸鹽巖的發(fā)育[16-17]。

4.1 神狐運(yùn)動(dòng)

該構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期為盆地初始結(jié)構(gòu)形成發(fā)育期, 該運(yùn)動(dòng)控制了一系列NE向地塹-半地塹及斷裂系統(tǒng)的發(fā)育, 影響了南海西沙周緣新生代沉積盆地的整體分布及格局, 使得南海西沙周緣盆地(坳陷)的整體構(gòu)造走向?yàn)镹E向。

神狐運(yùn)動(dòng)控制了斷陷期沉積演化過(guò)程。神狐運(yùn)動(dòng)是一期拉張事件, 早期快速拉張, 以“填平補(bǔ)齊”快速充填為主, 主要發(fā)育河流-沖積相沉積; 晚期, 拉張作用繼續(xù), 但是水體不斷加深, 沉積以淺湖-深湖相沉積為主。所以斷陷期沉積經(jīng)歷了早期沖積相-河流相-三角洲相-晚期湖相-海陸過(guò)渡相沉積演化過(guò)程。

在這些由于神狐運(yùn)動(dòng)而發(fā)育的新生代盆地內(nèi), 沉積了始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)崖城組和陵水組三套斷陷期沉積地層。這套斷陷期的地層層序特征為: 早期為陸相、海陸過(guò)渡相沉積還沉積了區(qū)內(nèi)崖城組海陸過(guò)渡相含煤烴源巖; 晚期斷陷趨于穩(wěn)定, 海平面上升, 逐漸過(guò)渡為海相沉積, 發(fā)育了濱淺海相碎屑巖儲(chǔ)層。

4.2 南海運(yùn)動(dòng)

南海運(yùn)動(dòng)造就了如今的洋陸格局以及新生代沉積盆地的基本格局和分布。在神狐運(yùn)動(dòng)所建造的南海西沙周緣初始構(gòu)造格架上, 南海運(yùn)動(dòng)將神狐運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的地塹-半地塹進(jìn)一步拉開(kāi), 直至形成最終的盆地分布格局, 導(dǎo)致了南海海盆擴(kuò)張形成。該階段海侵強(qiáng)烈, 整個(gè)沉積環(huán)境變?yōu)殚_(kāi)闊海沉積, 西沙周緣的盆地結(jié)束斷陷期演化階段, 向坳陷期階段過(guò)渡。

南海運(yùn)動(dòng)之后, 伴隨著區(qū)域性沉降, 南海的新生代沉積盆地由斷陷沉積轉(zhuǎn)變?yōu)檑晗莩练e, 盆地演化進(jìn)入坳陷期。坳陷早期是重要的儲(chǔ)層發(fā)育期, 沉積了三亞組濱海相砂巖和梅山組淺水碳酸鹽巖兩套儲(chǔ)集體; 坳陷晚期沉積厚層的海相地層。

4.3 東沙運(yùn)動(dòng)

東沙運(yùn)動(dòng)在南海西沙周緣表現(xiàn)為斷塊升降和大規(guī)模的沉降, 形成了鶯歌海和瓊東南盆地(上新統(tǒng)-現(xiàn)今)巨厚的海相沉積。該運(yùn)動(dòng)對(duì)盆地內(nèi)部構(gòu)造的形成、油氣運(yùn)移、聚集產(chǎn)生極為重要的影響。

自東沙運(yùn)動(dòng)以來(lái), 南海盆地進(jìn)入坳陷晚期沉積階段。整個(gè)南海進(jìn)入最大海侵期, 沉積了半深海-深海地層, 其中半深海-深海相泥巖是本區(qū)區(qū)域蓋層。

5 結(jié)論

南海西沙周緣位于南海北部被動(dòng)陸緣、南海西緣走滑斷裂帶和洋盆區(qū)的交匯部位, 主要受南海北部被動(dòng)拉張的作用, 同時(shí)受西苑走滑體系影響, 整體形成了北東向的隆坳相間的構(gòu)造格局, 局部發(fā)育走滑構(gòu)造。

在整個(gè)南海構(gòu)造演化的背景下, 南海西沙周緣經(jīng)歷了神狐運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、東沙運(yùn)動(dòng)三次主要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。這三次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了華南大陸裂離、南海兩期擴(kuò)張、南海區(qū)域熱沉降這些南海重要的構(gòu)造事件。

南海新生代的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了南海西沙周緣沉積盆地的充填特征, 使得南海西沙周緣各沉積盆地發(fā)育了一套由陸相到海陸過(guò)渡相、最終到海相的充填序列。陸相沉積有利于形成有利烴源巖, 海陸過(guò)渡相沉積可發(fā)育有利儲(chǔ)層, 海相泥巖沉積是有利的蓋層。所以, 南海新生代的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了南海西沙周緣沉積盆地的充填特征, 也控制了油氣生儲(chǔ)蓋組合。

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