何 敏 朱偉林 吳 哲 鐘廣法 任建業(yè) 劉麗華 王文勇

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054；2.同濟大學海洋資源研究中心 上海 200092；3.中國地質大學(武漢)資源學院 湖北武漢 430074)

含油氣盆地總是通過最晚一期構造運動的改造、控制和調整，才形成油氣的最后定位和成藏[1-2]。目前，我國陸上的塔里木、準噶爾、柴達木、四川、松遼等盆地以及近海的渤海、鶯歌海、瓊東南等地區(qū)相繼發(fā)現了一系列受新構造運動控制或影響的大中型油氣藏[2-5]。因此，新構造運動和油氣成藏一直是學術界和工業(yè)界研究的熱點和難點。

珠江口盆地是南海北部陸緣最大的含油氣盆地，已連續(xù)20年以上年產油氣超過1 000×104m3。晚中生代以來，珠江口盆地經歷了神狐運動、珠瓊運動一幕、珠瓊運動二幕、南海運動、白云運動和東沙運動等6次重要構造事件[6-7]。前人往往將東沙運動等同于新構造運動，用“塊斷升降”描述其特征[6,8]，但是東沙運動是否能完全代表新構造運動，仍值得商榷。目前有關珠江口盆地新構造運動的啟動時間、期次和動力學機制還沒有形成統(tǒng)一的認識，如啟動時間有中中新世末10 Ma[6,9]，中新世/上新世之交5.33 Ma[10-11]，以及5.33 Ma和中更新世0.46 Ma兩期[12]等3種觀點；動力學機制有與臺灣造山事件有關的弧陸碰撞成因說[6,11,13]，青藏隆升-華南地塊擠出成因說[14]，下地殼高速層底侵成因說[15]，以及混合成因說[12]等4種觀點。前人雖然從不同角度開展了珠江口盆地晚期構造變形特征與油氣成藏作用關系的研究[2,6-8,10-11,13,16]，但是往往只集中在局部區(qū)域，或只對某一種構造變形特征進行了描述，對新構造期盆地不同單元構造變形特征缺乏系統(tǒng)認識，并且對新構造體制下成藏耦合關系和控藏機理也有待深入分析。

本文主要通過系統(tǒng)識別和描述珠江口盆地新構造運動的特征，明確珠江口盆地新構造運動的定義，探討新構造運動的動力學機制，分析新構造運動影響和控制油氣晚期成藏的機理和規(guī)律，旨在對南海北部被動陸緣構造研究給予必要補充，同時也將對珠江口盆地油氣勘探具有一定的理論指導作用。

1 地質背景

珠江口盆地是中生代末期以來在華南大陸南緣發(fā)育的被動陸緣伸展盆地，面積近26×104km2，受太平洋板塊、印度洋板塊以及歐亞板塊交匯作用的影響，其大陸動力學背景復雜，是構造研究的“天然地質實驗室”(圖1)。該盆地在構造區(qū)劃上主要受NE—NEE向與NW向斷裂控制，具有明顯的“三隆三坳”構造格局，其中北部坳陷帶由珠一坳陷的恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陸豐凹陷、韓江凹陷和珠三坳陷的文昌凹陷、瓊海凹陷組成，中部坳陷帶由珠二坳陷的順德凹陷、開平凹陷、白云凹陷組成，南部坳陷帶則由長昌凹陷、鶴山凹陷、荔灣凹陷等眾多超深水新生代凹陷組成。新生代以來，該盆地經歷了多期構造演化，自下而上依次沉積神狐組(E1-2s)、文昌組(E2w)、恩平組(E2e)、珠海組(E3z)、珠江組(N1z)、韓江組(N1h)、粵海組(N1y)和萬山組(N2w)，可劃分為兩大構造層，即同裂陷構造層和裂后構造層?？碧綄嵺`證實，該盆地發(fā)育3套主力烴源巖、2套儲蓋組合，具有典型的“下生上儲、旁生側儲、復式聚集”油氣成藏特征，晚期構造活動控制了油氣主要成藏期和縱橫向分布[8]，油氣資源豐富，已累計生產油氣當量超過3×108m3。

圖1 珠江口盆地構造單元劃分與已發(fā)現油氣平面分布圖Fig.1 Division of tectonic units and discovered hydrocarbon distribution in Pearl River Mouth basin

2 新構造運動變形特征

基于珠江口盆地新近系斷裂活動、主要不整合面、差異構造沉降、古地貌和沉積響應等變形特征，并結合油氣分布特征和成藏時間，可以明確該地區(qū)新構造運動啟動時間和期次。本文定義珠江口盆地新構造運動為南海擴張停止之后，13.8 Ma以來發(fā)生在該地區(qū)的構造活動，這樣不僅客觀地反映了東沙隆起與周緣地區(qū)在垂向構造運動方向上的差異性，而且體現了晚期斷裂活動、沉降作用、沉積響應與東沙地區(qū)隆升之間的關系。

2.1 東沙地區(qū)隆升過程

依據地震反射終止標志，可識別區(qū)域削截型構造不整合面[17]。研究發(fā)現，中新世以來珠江口盆地共發(fā)育T35(13.8 Ma)、T32(10 Ma)、T30(5.33 Ma)及T20(2.59 Ma)等4期構造不整合面(圖2)，集中分布在盆地東部東沙隆起及鄰區(qū)，而坳陷區(qū)基本都是整合接觸。在T35(13.8 Ma)之前的珠江組上段—韓江組下段(T50—T35)沉積時期，珠江口盆地進入披覆沉降階段，沉積了一套近于等厚的地層，碳酸鹽巖臺地發(fā)育。東沙隆起地區(qū)T35不整合面兼具海平面型和削截型構造不整合面特征，存在上超現象，下伏地層削蝕不明顯，局限分布在隆起東北部，T35—T32地層減薄特征明顯(圖2a、b)，代表隆升過程的開始。T32構造不整合面分布在以東沙島為核心的隆起中部及南部區(qū)域，界面下伏地層遭受不同程度的剝蝕，除局部零星殘存外，基本被剝蝕殆盡。T30界面為最明顯的構造削截型不整合面，東沙隆起大部分地區(qū)地層遭受強烈剝蝕，代表強烈隆升期，剝蝕范圍明顯向西擴大和遷移，“有效厚度擬合外推法”[17]計算的剝蝕量可達200～400 m。T20不整合面分布于東沙隆起的中部、南部及東北部的南部區(qū)域，剝蝕范圍明顯增大，但剝蝕量相對較小，反映隆升強度逐漸減弱。因此，隨著時間的推移，珠江口盆地不整合面分布范圍總體上存在自東向西逐漸擴大和遷移的趨勢(圖2c)，與構造力來自東部的主流觀點吻合[6,11]；4個不整合面分別代表東沙地區(qū)重新抬升的4個隆升階段，即東沙地區(qū)自中中新世晚期(13.8 Ma)開始隆升，首先是水下隆起，晚中新世10 Ma隆升加快，5.33 Ma達到隆升最強烈階段，迅速隆升至水上遭受剝蝕，第四紀2.59 Ma以來隆升強度逐漸減弱。

2.2 斷裂活動特征

珠江口盆地新近系發(fā)育斷裂2 000余條，斷距普遍小于500 m，延伸距離多在10 km以內，平均斷層密度為10～20 條/km2。圍繞東沙隆起及其周邊(白云凹陷、番禺4洼、惠州凹陷)的斷裂發(fā)育密度最高，可達25～35條/km2。該盆地新近系斷裂活動大致以T35(13.8 Ma)為界可劃分為兩期，其中新構造期(13.8 Ma—現今)斷裂活動加強，多數是在早期斷裂基礎上繼承性發(fā)育，少量新生型斷裂圍繞東沙隆起周緣及盆地隱伏斷裂帶發(fā)育，全區(qū)斷裂活動速率普遍在10～15 m/Ma。同時，新構造期斷裂活動強度具有隨著向西遠離東沙隆起地區(qū)而逐漸減弱的現象，即表現為珠一坳陷的平均斷裂活動速率從惠州凹陷(20 m/Ma)到PY4洼(15 m/Ma)再到恩平凹陷(12 m/Ma)逐漸減弱，從深水區(qū)白云凹陷東北部(15 m/Ma)到白云凹陷西南部(6 m/Ma)逐漸減弱。

珠江口盆地新構造運動時期受控于NWW向最大水平擠壓應力作用下派生的NEE向右旋走滑應力場，主要形成近EW向右行左階雁列式斷裂帶和NWW向正斷層，平面上多呈雁列式或帚狀(圖3)，如恩平凹陷形成4排近EW向雁列式斷裂帶；惠州凹陷發(fā)育明顯的帚狀斷裂帶，部分NWW向斷層沿近EW向呈右行左階雁列式排列；白云凹陷東北部地區(qū)形成多排近EW向右行左階雁列式斷層帶。分析認為，珠江口盆地新構造期的斷裂活動多屬于繼承型或繼承-改造型斷裂，往往具有張扭性特征，在剖面上表現為塹-壘式、“y”字形、反“y”字形及似花狀等斷裂組合樣式(圖4)，如斷裂在早期為簡單的鏟式或板式正斷層，而后期則表現為多條次級斷裂的側列或與小斷層形成帚狀斷裂系特征等。這些張扭性斷裂帶不僅具有良好的疏導性能，相比于繼承型張性斷裂更有利于油氣封堵，已被勘探實踐證實為珠江口盆地油氣聚集的有利場所。

圖2 東沙隆起典型地震剖面解釋和主要構造不整合面剝蝕區(qū)平面分布Fig.2 Interpretation of typical seismic profiles and main erosion regions distribution in Dongsha area,Pearl River Mouth basin

圖3 珠江口盆地新構造期張扭性斷裂發(fā)育平面特征Fig.3 Characteristic of transtensional faults in Neotectonic period,Pearl River Mouth basin

2.3 異常構造沉降特征

基于改進的Steckler和Watts沉降分析模型[18]，通過珠江口盆地單井去壓實、古水深校正、海平面變化校正、沉降量分解等處理，定量計算不同構造單元裂后期(32 Ma以來)的構造沉降速率，分析盆地構造沉降與新構造運動之間的關系。珠江口盆地裂后期總體處于熱冷卻機制控制，構造沉降速率總趨勢逐漸減小，但依然存在早中新世—中中新世早期和上新世兩期構造異常沉降期[19]。第一期異常構造沉降具有起始時間南早北晚，沉降強度南強北弱的特點，認為與動力源來自南部，南海擴張脊向南躍遷有關。第二期異常構造沉降受新構造運動控制，盆地北部珠一坳陷構造沉降相對較弱，如上新世構造沉降速率恩平凹陷為33.85 m/Ma，西江凹陷為35.40 m/Ma，惠州凹陷為35.22 m/Ma，陸豐凹陷為43.86 m/Ma，韓江凹陷不明顯；但南部深水區(qū)白云凹陷上新世異常沉降特征明顯，構造沉降速率高達165.1 m/Ma，為北部珠一坳陷的5倍以上。因此，珠江口盆地新構造運動期的異常沉降中心在白云凹陷，構造沉降速率具有南高北低的特點。由于構造沉降現象往往與隆升過程相伴生，珠江口盆地上新世異常構造沉降與東沙隆升最強烈的隆升階段在時間上相對應，都為5.33 Ma。

2.4 古地貌變化及沉積響應

受新構造運動影響，珠江口盆地海平面升降曲線區(qū)別于全球海平面升降曲線[20]，尤其是13.8 Ma珠江口盆地表現為中新世以來最大規(guī)模的一期海退，但在全球海平面變化曲線中卻沒有相同的響應；并且13.8 Ma之后，全球海平面呈現的逐漸海退趨勢與珠江口盆地臺階海侵的特征截然相反。研究發(fā)現，珠江口盆地新構造運動產生的東沙地區(qū)持續(xù)隆升和坳陷區(qū)異常沉降重塑盆地晚期沉積古地貌，特別是在13.8 Ma前后盆地沉積特征發(fā)生了明顯變化，其主要依據有：①東沙地區(qū)隆升加大了白云凹陷北坡陸架坡折的坡度，13.8 Ma之后坡折帶附近發(fā)育的大型海底峽谷成為晚期沉積物源進入深水區(qū)的重要通道(圖5)；②坳陷區(qū)的異常構造沉降使得珠江口盆地晚期海侵擴大，古珠江三角洲整體后撤[21]；③中中新世以來，東沙地區(qū)持續(xù)隆起導致古珠江三角洲向東南拓展受限，而向西南方向偏轉[21](圖6)。分析認為，在上述古地貌的控制下，新構造期珠江口盆地在陸架區(qū)主要發(fā)育古珠江三角洲體系，在陸架坡折和陸坡區(qū)發(fā)育陸架邊緣三角洲和深水重力流體系；中中新世以來沉積體系的演化階段與新構造運動的期次具有較好的對應關系，進而控制了儲蓋組合的發(fā)育；晚期2套區(qū)域泥巖蓋層(13.8、11.5 Ma附近)和有利砂體儲層在不同地區(qū)的差異展布與新構造運動形成的斷裂活化相耦合，這是導致該盆地不同區(qū)域淺層油氣成藏差異的主要原因。

圖4 珠江口盆地新構造期典型張扭性斷裂構造樣式(剖面位置見圖3)Fig.4 The typical transtensional fault patterns of Neotectonic period in Pearl River Mouth basin(see Fig.3 for location)

圖5 白云凹陷深水區(qū)淺層峽谷發(fā)育特征圖Fig.5 Characteristics of shallow canyon in deepwater area of Baiyun sag,Pearl River Mouth basin

圖6 古珠江三角洲13.8 Ma前后的古地貌變化模式圖(據何敏 等[21]修改)Fig.6 Depositional paleogeomorphy model of the Pearl River Delta system around 13.8 Ma(modified from HE Min,et al.[21])

3 新構造運動成因機制

綜上所述，珠江口盆地新構造運動以東沙地區(qū)的再次隆升為最明顯特征，伴隨早期斷裂繼承性發(fā)育、坳陷區(qū)異?？焖俪两岛途植康幕鹕交顒樱⒂绊懞５坠诺孛?地形和沉積充填。結合前人研究成果[22-25]，珠江口盆地新構造運動可以進一步劃分為初始隆升、持續(xù)隆升、快速隆升和隆升停止等4個階段(圖7)，經歷了一個完整的隆升-沉降旋回。以東沙地區(qū)晚期隆升過程為重點對象，建立了珠江口盆地新構造期的動力學模式(圖8)，反映南海擴張是從32 Ma開始，直到15.5 Ma結束，其洋殼分布面積在當時達到最大范圍；到13.8 Ma，隨著東沙隆起逐漸向俯沖帶靠近以及呂宋島弧與歐亞大陸的弧陸碰撞作用，東沙地區(qū)的擠壓作用強化，晚期隆升開始；5.5 Ma時期強烈隆升的動力背景與開始于6.5 Ma的臺灣島弧陸碰撞作用有關，形成了顯著的T30不整合界面，之后東沙地區(qū)隆升一直持續(xù)到T20，隆升剝蝕范圍達到最大；T20界面發(fā)育之后，東沙隆起下伏巖石圈發(fā)生彎折，進入馬尼拉海溝，隆升作用停止，現今構造格架及地貌形成。

圖7 珠江口盆地新構造運動區(qū)域構造背景和期次劃分[22-25]Fig.7 Regional geological background and division of Neotectonic movement in Pearl River Mouth basin[22-25]

圖8 珠江口盆地新構造期東沙地區(qū)隆升過程的動力學機制模式Fig.8 Dynamic mechanism model of neotectonic uplifting process in Dongsha area,Pearl River Mouth basin

珠江口盆地成像測井統(tǒng)計結果反映出現今最大水平主應力的優(yōu)勢方位為NWW—SEE向，約295°～115°，與青藏隆升-華南擠出[26]、臺灣造山運動[27]的應力場方向相一致。結合區(qū)域構造背景，綜合分析認為珠江口盆地新構造運動是在南海擴張基礎上的進一步發(fā)展，青藏隆升導致華南擠出的過程是主控因素，期間疊加了呂宋島弧-華南大陸碰撞引起的臺灣造山運動以及洋殼冷卻沉降與地幔熱點轉換作用，從而促使新構造運動變形特征以東沙地區(qū)晚期隆升最為明顯(圖8)。因此，珠江口盆地新構造運動強化并重現隱伏于裂陷期的構造格局，奠定了現今珠江口盆地陸架-陸坡式被動大陸邊緣構造面貌。

4 新構造運動對油氣成藏的控制作用

分析認為，珠江口盆地油氣分布規(guī)律及成藏特征都與新構造運動有直接或間接的關系；新構造運動影響了珠江口盆地油氣成藏體系的各地質要素，控制了油氣分布的宏觀格局。

4.1 新構造運動影響油氣成藏體系的各地質要素

珠江口盆地新構造期異?？焖俪两导涌炝酥袦\部烴源巖的成熟演化，促使惠州凹陷恩平組和白云凹陷珠海組均成為有效烴源巖。據估算，新構造期白云凹陷的總沉降量最大可超過3 000 m，上新世(萬山期)構造沉降速率高達300 m/Ma，而且白云凹陷主洼的地溫梯度在45～50 ℃/km，烴源巖成熟門限迅速降低。依據Easy-Ro%動力學模型和生油窗理論，計算發(fā)現白云凹陷除文昌、恩平組烴源巖之外，珠海組海相泥巖已進入生油窗，并且晚期快速構造沉降還會導致文昌組和恩平組烴源巖過成熟而生氣。

新構造期是大多數構造圈閉的重要形成期和定型期，新構造期斷裂活動有利于形成新的翹傾半背斜、斷塊類圈閉。最典型的實例是白云凹陷北坡，在4個近東西向雁列式反向斷裂帶的上升盤發(fā)育一系列晚期斷裂形成的翹傾半背斜圈閉，形成了珠江口盆地油氣最為富集的番禺天然氣田群和流花油田群。

新構造運動的斷裂活動是油氣從深部古近系烴源巖向中淺層運移的重要通道，斷裂的內部結構、方向、性質、活動速率及早晚期斷裂的沿承關系都會對油氣輸導有不同影響。新構造期油源斷裂不對稱的內部結構特征，使得油氣在斷裂兩側通常具有下盤滑動破碎帶封堵成藏、上盤誘導裂縫帶垂向輸導的特點(圖9)。珠一坳陷淺層已發(fā)現油氣藏體現了斷裂帶內部結構特征對油氣運聚的控制作用，如X30、P10-D、E23-F和P10-B等油藏。

圖9 珠江口盆地油源斷裂(上盤輸導成藏-下盤封堵)成藏模式及典型實例Fig.9 Hydrocarbon accumulation model controlled by internal structure of fault zone (hanging wall and footwall)and typical examples in Pearl River Mouth basin

4.2 新構造運動控制油氣分布的宏觀格局

珠江口盆地新構造運動控制了油氣分布的宏觀格局，已知油氣田和含油氣構造基本上環(huán)繞或指向東沙隆起區(qū)，東沙隆起是油氣運移的一級指向區(qū)。截至2017年底，南海東部海域近60%的原油總探明地質儲量來自東沙隆起及周緣區(qū)。東沙地區(qū)持續(xù)隆升不僅有利于油氣長距離運移、聚集，形成了中國海上最大的碳酸鹽巖油田——流花11-1油田，還導致油氣藏較廣分布在珠一坳陷靠近東沙隆起的一側。

珠江口盆地已發(fā)現油氣田具有晚期成藏特征，烴類的主充注時期基本上都發(fā)生在13.8 Ma以來，油氣充注時間與新構造運動有很好的耦合關系，新構造運動強烈活動的上新世(5.33 Ma)是大多數地區(qū)油氣成藏的關鍵時刻。對珠一坳陷50個油氣田共82個油氣藏的油氣充注時間數據進行統(tǒng)計分析，發(fā)現全部油氣藏都在新構造期間發(fā)生油氣充注，80.5%的油氣藏是在5.33 Ma以來發(fā)生充注(圖10)。其中，陸豐凹陷成藏相對較早，主要在晚Ⅰ期(13.8～10 Ma)；惠州凹陷多個油田在晚Ⅰ期就有充注，幾乎所有油田存在晚Ⅲ期(5.33 Ma以來)成藏的特征；番禺4洼為晚Ⅱ期(10～5.33 Ma)和晚Ⅲ期的油氣充注；恩平凹陷油氣田基本為晚Ⅲ期單期充注。因此，珠一坳陷從東(陸豐凹陷)往西(恩平凹陷)的油氣主充注期逐漸變晚，這與東沙地區(qū)隆升從東向西啟動、逐漸拓展的趨勢相一致。此外，深水區(qū)白云凹陷烴類充注也具有類似特征[28]，可劃分為三期，明顯受新構造運動控制。

圖10 珠一坳陷油氣藏充注期次和時間Fig.10 Statistics of hydrocarbon charging timing in Zhu I depression,Pearl River Mouth basin

珠江口盆地新構造運動還控制了油氣成藏主要層系，如新構造期活動相對弱的地區(qū)，油氣大規(guī)模向淺層運移量少，主要是在深層成藏；而新構造期活動強烈的地區(qū)，油氣可大規(guī)模向中淺層運移成藏。而且新構造運動對沉積展布的影響進一步控制了油氣成藏的層位，如古珠江三角洲的后撤和向西南方向偏轉，導致恩平凹陷、番禺4洼和陽江凹陷淺層(韓江組以上)具有好的儲蓋組合。

2014年至今，上述部分研究成果已在勘探實踐中得到證實，促進了珠江口盆地L20-B、E15-A、E10-2、X30-A等商業(yè)油氣田的發(fā)現?；谥榻谂璧匦聵嬙爝\動與油氣成藏的關系，認為新構造運動活躍區(qū)(番禺4洼、恩平凹陷、白云凹陷東北部)是淺層油氣勘探最有利地區(qū)；新構造運動較弱區(qū)(西江主洼、陸豐凹陷、白云凹陷西南部)則是古近系深層油氣勘探最有利地區(qū)；惠州凹陷兼具中淺層和深層油氣成藏的有利條件。

5 結論

1)明確定義珠江口盆地新構造運動為13.8 Ma以來發(fā)生的構造運動，經歷了4個演化階段，其中上新世(5.33 Ma)是構造活動最強烈的階段。

2)區(qū)別于前人對于珠江口盆地新構造運動“塊斷升降”的認識，研究認為珠江口盆地新構造運動以東沙隆起的再次隆升為最明顯特征，伴隨早期斷裂繼承性發(fā)育與坳陷區(qū)異?？焖俪两?，并影響海底古地貌和沉積充填。

3)珠江口盆地新構造運動不僅影響了油氣成藏體系的各地質要素，而且控制了油氣分布的宏觀格局，導致珠一坳陷新近系油氣成藏時間具有從東往西逐漸變晚的特點。珠江口盆地新構造運動最強烈的階段上新世(5.33 Ma)是大多數地區(qū)油氣成藏的關鍵時刻，番禺4洼、恩平凹陷、白云凹陷東北部等新構造運動活躍區(qū)為淺層油氣勘探最有利地區(qū)，而西江主洼、陸豐凹陷、白云凹陷西南部等新構造運動較弱區(qū)則是古近系深層油氣勘探最有利地區(qū)。