李 才，范彩偉，胡 林，胡潛偉，陳麗君

1中海石油（中國）有限公司海南分公司；2中海石油（中國）有限公司湛江分公司

0 前言

潿西南低凸起位于北部灣盆地北部坳陷帶，是重要的油氣富集區(qū)帶之一，已發(fā)現(xiàn)多個大中型油氣田。潿西南低凸起地層剝蝕強烈，始新世流沙港組沉積時期的地層面貌發(fā)生了較大的變化，研究并恢復(fù)其原型構(gòu)造及演化過程，不僅有助于進一步明確北部坳陷帶的凹陷結(jié)構(gòu)及沉積充填［1］，而且可以確定流沙港組優(yōu)質(zhì)主力烴源巖分布范圍，指明有利的油氣勘探方向。關(guān)于潿西南低凸起的構(gòu)造演化，主流觀點認為潿西南低凸起的形成和發(fā)育時間比較晚［2-4］，主要經(jīng)歷了從區(qū)域拉張階段至張扭階段的變化。但是，對于應(yīng)力場變化如何控制低凸起演化及如何認識各種構(gòu)造現(xiàn)象，相關(guān)的成因及動力學(xué)機制方面的研究較少。本文利用最新的二維、三維地震和鉆井等資料，通過對潿西南低凸起及周緣的構(gòu)造演化及形成機制進行深入分析，結(jié)合物理模擬再現(xiàn)其演化過程，以期為研究區(qū)高效油氣勘探提供必要的地質(zhì)依據(jù)和技術(shù)儲備。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

北部灣盆地北至粵桂隆起區(qū)，南至海南隆起區(qū)，東至雷州半島，是南海北部的新生代裂陷盆地。以古近紀張裂階段形成的構(gòu)造格局為依據(jù)，從北向南將盆地劃分為3個一級構(gòu)造單元，即北部坳陷帶、企西隆起及南部坳陷帶（圖1a）。本文的研究區(qū)位于北部坳陷帶，主要包括潿西南低凸起及周緣的潿西南凹陷、海中凹陷（圖1b）。

北部灣盆地處于印度－澳大利亞板塊、歐亞板塊和太平洋板塊的結(jié)合部位，與三者之間的相對運動和相互作用關(guān)系最為密切，其新生代構(gòu)造演化及變形是南海北部陸緣新生代大地構(gòu)造共同作用的結(jié)果［5-10］。隨著白堊紀以來南海擴張和局部受到紅河走滑斷裂拖曳的影響，擠壓應(yīng)力減弱，拉張應(yīng)力增強，盆地裂陷并發(fā)育多條NE或NEE向斷層，形成塹壘相間的箕狀斷陷結(jié)構(gòu)，同時，區(qū)域應(yīng)力場性質(zhì)具有明顯的右旋轉(zhuǎn)變特點。以古近系頂面的區(qū)域角度不整合（T60）為界，盆地總體經(jīng)歷了兩大構(gòu)造演化階段：古近紀裂陷階段和新近紀—第四紀拗陷階段（圖1c）。區(qū)域上表現(xiàn)為“先陸后?！钡某练e充填序列特征（圖1c）：古近紀斷陷期為陸相斷陷湖盆，以中深湖、濱淺湖環(huán)境為主，辮狀河三角洲、扇三角洲、灘壩砂等廣泛發(fā)育；新近紀以來進入拗陷階段，隨著區(qū)域性海侵形成濱淺海沉積環(huán)境。新生界由下往上依次為古近系長流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組，以及第四系。

圖1 北部灣盆地潿西南低凸起構(gòu)造綱要及地層綜合柱狀圖Fig.1 Tectonic outline and stratigraphic column of Weixi’nan low uplift and its periphery in Beibu Gulf Basin

2 構(gòu)造特征

2.1 地層結(jié)構(gòu)

潿西南低凸起呈NEE—SWW向延伸，分割了潿西南凹陷和海中凹陷兩個構(gòu)造單元（圖1b），屬于凹間隆。根據(jù)區(qū)域剖面地震地質(zhì)解釋（圖2），新近系和第四系地層產(chǎn)狀比較平緩，新近系與古近系的分界面（T60）是普遍發(fā)育的不整合面；潿西南低凸起北緩南陡，向西北傾沒于潿西南凹陷，傾沒端與②號斷裂帶相接，向南以③號斷層與海中凹陷相接。從古新統(tǒng)—始新統(tǒng)（T100—T80）地層厚度變化看：①號高角度鏟式斷層發(fā)育較早，控制了潿西南凹陷主洼的裂陷期沉積；始新世③號斷層開始活動，主要控制了海中凹陷流沙港組沉積；始新世早中期潿西南凹陷與海中凹陷為統(tǒng)一湖盆，潿西南低凸起應(yīng)為水下古隆起。

潿西南低凸起不同位置的地層結(jié)構(gòu)差異明顯（圖2）：低凸起頂部古近系缺失，新近系直接覆蓋于基底之上；北側(cè)的緩坡區(qū)古近系整體北傾，從潿西南凹陷深洼到凸起逐漸變薄，表現(xiàn)為一定的上超。流沙港組二段（底界T86）及以上地層在T60界面均出現(xiàn)了削截，反映晚漸新世區(qū)內(nèi)構(gòu)造抬升，潿西南低凸起頂部地層遭受剝蝕。

圖2 潿西南低凸起及周緣地震地質(zhì)解釋剖面（上）與地質(zhì)剖面圖（下）（剖面位置見圖1b）Fig.2 Seismic geological interpretation profile(top)and geological profile(bottom)crossing Weixi’nan low uplift and its periphery（section position is shown in Fig.1b）

2.2 區(qū)域主干斷裂特征

②號斷裂帶和③號斷層為與潿西南低凸起緊鄰的2條二級斷層，是研究區(qū)重要的區(qū)域主干斷裂。

②號斷裂帶位于潿西南凹陷內(nèi)，整體連續(xù)性差，自西向東由一系列近EW向的斷裂沿NEE向雁列形成，深層斷裂面較為連續(xù)，表現(xiàn)出較強的走滑特征。該斷裂帶可分為西段、中段和東段3部分（表1，圖3）：西段走向NEE，傾向NNW，斷面傾角在50°～60°之間，主斷面呈坡坪式，切穿古近系，淺部次級斷裂發(fā)育，與主干斷裂組合成似花狀構(gòu)造樣式（圖3a）；中段走向NE，傾向SE，傾角在50°～70°之間，主斷面仍為坡坪式，但傾向與西段相反，淺部次級斷裂發(fā)育，同樣與主干斷裂組成似花狀或多級“Y”字型構(gòu)造樣式（圖3b）；東段走向NEE，傾向SSE，傾角在40°～60°之間，主斷面呈較弱的坡坪式（圖3c）。

③號斷層可分為西、東兩段（表1，圖3）：西段為潿西南低凸起與海中凹陷的分界斷層，走向近EW向，傾向SSE，剖面上多為高角度鏟式正斷層，切穿古近系，次級斷裂不發(fā)育，伸展特征明顯（圖3d）；東段位于潿西南凹陷內(nèi)，切穿古近系，走向NE，傾向SE，平面上整體形態(tài)彎曲（圖1b），深層斷裂清晰連續(xù)，淺層下降盤次級斷裂發(fā)育，與主枝組合成羽狀，表現(xiàn)出一定的走滑效應(yīng)（圖3e）。

圖3 潿西南低凸起及周緣主干斷裂典型構(gòu)造樣式（剖面位置見圖1b）Fig.3 Typical structural styles of main faults in Weixi’nan low uplift and its periphery（section position is shown in Fig.1b）

表1 潿西南低凸起及周緣主干斷裂構(gòu)造樣式對比Table 1 Comparison of structural styles of main faults in Weixi’nan low uplift and its periphery

3 區(qū)域地層恢復(fù)

潿西南低凸起現(xiàn)今的殘余地層厚度與構(gòu)造變形特征并不直接相關(guān)，只有恢復(fù)剝蝕量，計算出原始地層厚度，才能確定低凸起的古形態(tài)和范圍，明確區(qū)域構(gòu)造演化關(guān)系。

3.1 剝蝕地層的恢復(fù)

從區(qū)域地層分布看，潿西南低凸起及周緣潿洲組二段頂面（T70）可見部分缺失（圖2），范圍覆蓋②號斷裂帶和潿西南低凸起，說明潿洲組遭受了剝蝕，而盆地內(nèi)其他凹陷的T70界面與上覆地層基本呈整合接觸。這說明潿洲組二段的剝蝕并非發(fā)生在該段沉積末期，而是更晚的潿洲組一段沉積末期。本文通過拉平T60反射層并采用趨勢外推法恢復(fù)地層剝蝕量：首先通過局部角度不整合，應(yīng)用趨勢法高精度恢復(fù)潿洲組二段的剝蝕量，然后擴展恢復(fù)其他地層的剝蝕量（圖4）。研究發(fā)現(xiàn)，潿西南低凸起從流沙港組三段到潿洲組一段剝蝕范圍逐漸變大：流沙港組三段（頂界為T86）剝蝕范圍僅在低凸起局部地區(qū)，地層剝蝕量較小，最大剝蝕厚度約為100 m；流沙港組二段（T86—T83）剝蝕范圍較三段略有擴大，最大剝蝕厚度約為200 m；流沙港組一段（T83—T80）剝蝕范圍進一步擴大，最大剝蝕厚度約為200 m；潿洲組（T80—T60）整體剝蝕范圍更廣，特別是潿洲組一段（T70—T60）的剝蝕范圍最大，包括了整個潿西南低凸起及圍斜區(qū)，研究區(qū)剝蝕量最大的部位在②號斷裂帶，最大剝蝕厚度達240 m。

3.2 低凸起剝蝕區(qū)與應(yīng)力相關(guān)性分析

在地質(zhì)演化過程中，古地勢的高低差異既影響剝蝕帶的發(fā)育范圍，也影響地層沉積特征，因此根據(jù)不整合面之上的超覆特征和新沉積地層厚度的差異能得到古地形的變化。從恢復(fù)剝蝕厚度后的潿洲組一段古地貌（圖5a）看，在潿西南低凸起到②號斷裂帶之間，存在一個NE向剝蝕條帶（古背斜），但其走向與NEE向的潿西南低凸起存在一定交角，這說明潿西南低凸起的地層剝蝕不僅與凸起區(qū)高點有關(guān)，還與漸新世末期的區(qū)域古地貌有關(guān)。為消除更晚時期沉積作用和構(gòu)造變形的影響，選擇垂直于剝蝕帶的一系列聯(lián)合剖面，拉平T60反射層并采用趨勢外推法恢復(fù)剝蝕量，由圖5b可見在這個剝蝕集中帶在漸新世末期發(fā)育一個古背斜。聯(lián)合剖面揭示，古近系上覆的下洋組沉積中心呈NE走向條帶分布，且不受斷層控制，其沉積厚度差異是對古地勢的繼承性響應(yīng)（圖5b）。這反映出在漸新世末期抬升后，在古背斜遭受剝蝕的同時，兩翼的低部位接受沉積，新近系超覆。據(jù)此推斷，潿西南凹陷在漸新世末期形成一系列交替排布的NE向背斜與向斜，說明研究區(qū)受到了局部NW向應(yīng)力擠壓，控制了潿西南低凸起及周緣潿洲組沉積末期的構(gòu)造變形。

圖5 潿西南低凸起至②號斷裂帶之間的剝蝕帶走向分析Fig.5 Strike analysis of denudation zone from Weixi’nan low uplift to No.2 fault zone

4 成因機制

4.1 應(yīng)力機制分析

如前所述，研究區(qū)既發(fā)育伸展作用控制的切穿古近系的近EW向控洼斷層，如③號斷層西段鏟式正斷層，又發(fā)育走滑作用控制的分段發(fā)育的NE向斷裂帶，如深層斷面連續(xù)、淺層雁列式分布的②號斷裂帶，還有潿西南低凸起及圍斜區(qū)由擠壓應(yīng)力造成的一系列交替排布的NE向背斜與向斜（圖6a）。綜合分析認為，這些構(gòu)造現(xiàn)象實際上是同一期次右旋剪切變形在盆地內(nèi)不同部位的不同表現(xiàn)（圖6a）。區(qū)域斷裂分析表明：研究區(qū)整個裂陷期的繼承性斷裂走向以NE—NNE向為主，反映了區(qū)域上整體NW向的拉張作用；裂陷擴張階段（晚始新世—早漸新世)斷裂走向變?yōu)榻麰W向，反映了區(qū)域應(yīng)力場性質(zhì)已發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變。與盆地新生代右旋走滑作用相對應(yīng)，②號斷裂帶分段性、雁列式變形和縱向花狀構(gòu)造等是走滑作用的典型響應(yīng)。應(yīng)用右行力偶產(chǎn)生的走滑應(yīng)變橢圓解釋［11］：在剪切應(yīng)力作用下，②號斷裂帶及③號斷層?xùn)|段沿剪切主位移帶（PDZ）方向形成同向剪切斷層帶（R），同時右旋剪切派生NW向的擠壓應(yīng)力，在潿西南低凸起及周緣形成一系列NE向背斜、向斜（圖6b）。由此可見，右旋剪切變形在先存斷層薄弱帶附近的響應(yīng)為斷層再活動、貫通和剪切變形，而在基底古隆起和連續(xù)地層分布區(qū)域，先存薄弱帶較少，構(gòu)造響應(yīng)以褶皺變形為主。

圖6 潿西南低凸起及周緣T60反射層構(gòu)造面貌及應(yīng)力機制分析Fig.6 Tectonic features and stress mechanism analysis of T60 reflector in Weixi’nan low uplift and its periphery

4.2 構(gòu)造物理模擬

構(gòu)造物理模擬是幫助地質(zhì)學(xué)家認識構(gòu)造變形過程、研究構(gòu)造形成機制的重要方法。為解釋北部灣盆地潿西南低凸起及周緣構(gòu)造應(yīng)力場變化及對現(xiàn)今構(gòu)造的影響，開展了邊界約束條件下的構(gòu)造物理模擬。以潿西南低凸起及周緣為模擬對象，區(qū)域范圍包括②號斷裂帶、潿西南低凸起。選取相似性較好的松散的干燥石英砂作為模擬材料。模型的邊界用亞克力板和窄條模擬基底的剪切變形，上覆硅膠層產(chǎn)生區(qū)域性的簡單剪切變形，模擬區(qū)域外鋪設(shè)更大范圍的砂體，設(shè)計為自由邊界。模擬幾何相似比為1:100 000（1 cm代表實際1 km）。上邊界施加NE向應(yīng)力，下邊界施加相反方向的SW向應(yīng)力，應(yīng)力方向與區(qū)域應(yīng)力場剪切分量基本保持一致，逐漸推動兩側(cè)邊界木板。

在逐步剪切的過程中，模擬有效區(qū)域形成NEE走向剪切主位移帶（PDZ），在剪切帶內(nèi)發(fā)育的13條同向剪切斷層呈雁列式分布（圖7），其中每條同向剪切斷層與主變形帶走向有一定交角，為近EW走向，其變形特征與②號斷裂帶相似。另外，斜交于主剪切變形帶形成多個背斜、向斜交替出現(xiàn)的褶皺帶，各褶皺軸線均呈NNE向展布（圖7），與潿西南低凸起及周緣褶皺的走向相同。從物理模擬結(jié)果來看，雖然主剪切帶內(nèi)同向剪切斷裂及褶皺帶數(shù)量與研究區(qū)實際情況有一定差異，但在區(qū)域右行剪切應(yīng)力的作用下，潿西南低凸起及圍斜區(qū)的整體構(gòu)造發(fā)育特點、展布方向與走滑應(yīng)變橢圓理論分析和構(gòu)造模擬結(jié)果基本一致，因而明確了潿西南低凸起的構(gòu)造發(fā)育機制。

圖7 潿西南低凸起及周緣右行走滑構(gòu)造物理模擬Fig.7 Physical simulation of dextral strike-slip structure in Weixi’nan low uplift and its periphery

綜上所述，始新世早中期盆地北部坳陷帶潿西南凹陷與海中凹陷為統(tǒng)一湖盆，流沙港組二段發(fā)育的深湖相主力烴源巖連片分布，漸新世末期在右行剪切應(yīng)力控制下形成的褶皺與走滑斷裂帶對油氣的運聚起到了輸導(dǎo)分配的作用，可作為下一步油氣勘探的重點區(qū)帶。

5 結(jié)論與建議

（1）北部灣盆地潿西南低凸起不同位置的地層結(jié)構(gòu)差異明顯：低凸起頂部古近系缺失，緩坡區(qū)古近系地層整體北傾，向低凸起超覆。潿西南低凸起及周緣發(fā)育NE向古近系剝蝕條帶，它與低凸起走向（NEE）并不重疊。古構(gòu)造恢復(fù)表明，漸新世末期發(fā)育的一系列交替排布的NE向背斜與向斜，控制了潿西南低凸起及周緣潿洲組沉積末期的構(gòu)造變形。

（2）應(yīng)力機制分析及構(gòu)造物理模擬結(jié)果表明：在右行剪切應(yīng)力作用下，模擬有效區(qū)域剪切主變形帶及在剪切帶內(nèi)雁列式分布的同向剪切斷層的變形特征與②號斷裂帶相似，斜交于主剪切變形帶的褶皺帶與潿西南低凸起及周緣的褶皺走向相同。潿西南低凸起及周緣的地層剝蝕區(qū)主要受漸新世末期的褶皺控制。

（3）通過對潿西南低凸起及周緣構(gòu)造發(fā)育機制的研究，認為始新統(tǒng)流沙港組二段深湖相主力烴源巖連片分布，漸新世末期在右行剪切應(yīng)力控制下形成的褶皺、走滑斷裂帶是下一步油氣勘探的重點區(qū)帶。