朱釔同 李愛山 陳 亮 藺 頻

(中國海洋石油國際有限公司 北京 100028)

墨西哥灣是世界上著名的含油氣區(qū)，油氣資源潛力巨大[1-2]，同時該區(qū)鹽巖的演化與變形對油氣成藏的各個要素均有一定的控制作用[3-6]。所屬其西北部的Burgos盆地與西南部的Sureste盆地均發(fā)育大量的鹽巖[7-8]，并且鹽變形劇烈，形成了復雜的鹽構造。其中Burgos盆地Perdido構造帶的鹽巖及地層變形尤為復雜[9-10]，發(fā)育深淺雙層鹽構造體系，勘探的主力目的層[11]位于這兩層鹽之間，落實和查明復雜的鹽構造是該區(qū)油氣勘探的關鍵。

很多專家對該區(qū)的復雜鹽構造進行了研究[12-14]，但相關研究多集中在鹽巖的構造演化、鹽構造的幾何形態(tài)以及鹽相關的構造樣式。對于不同鹽構造樣式的成因以及鹽巖的變形機制討論較少，尤其是對于Perdido構造帶雙層鹽的構造形成的原因以及雙層鹽在構造演化中的相互作用尚無深入的研究。由于Perdido構造帶鹽變形極為復雜，導致鹽構造的地震成像品質較差，鹽構造的分析與解釋存在較強的多解性。在此背景下，僅靜態(tài)地討論鹽構造樣式無法進行鹽構造精細解釋與圈閉落實，不足以支撐該區(qū)勘探目標評價。因此，有必要基于鹽變形機制厘清不同鹽構造樣式的成因。

本文綜合運用重力、地震資料，明確了Perdido構造帶深淺兩套鹽相關構造的特征，探討了深淺兩套鹽不同配置關系下的鹽相關構造變形機制，以及不同變形機制下的構造樣式，從而為鹽構造相關圈閉落實和勘探潛力分析提供有效的指導依據(jù)。

1 構造演化背景

Burgos盆地位于墨西哥灣西部(圖1)，面積16×104km2，其中Perdido帶位于盆地深水區(qū)，水深1～3 km。Burgos盆地為南北美板塊在拉張背景下形成的被動陸緣盆地。中生代以來，經(jīng)歷了裂谷期(晚三疊世—中侏羅世)、被動大陸邊緣期(晚侏羅世—晚白堊世早期)和被動大陸邊緣碰撞改造期(晚白堊世晚期—中新世)3個構造演化階段。盆地內(nèi)發(fā)育了深、淺兩套鹽巖沉積，其中深層鹽形成于裂谷末期，而淺層鹽形成于被動大陸邊緣碰撞改造期。

圖1 Burgos盆地位置圖Fig .1 Location of Burgos basin

1) 裂谷期：晚三疊世，泛大陸裂解導致的南北美及非洲大陸的分離，墨西哥灣發(fā)育拉張背景下的壘-塹構造，形成了裂谷早期的構造格局[15]。中侏羅世Callovian期，裂谷活動減弱，盆地進入坳陷期，由于尤卡坦板塊的遮擋，限制了墨西哥灣與大西洋的連通，形成了相對閉塞的環(huán)境。在半封閉干燥環(huán)境下，太平洋海水間歇性地進入墨西哥灣，隨著海水大量蒸發(fā)，在墨西哥灣盆地沉積了厚層鹽巖(圖2a)。該套鹽巖即為墨西哥灣最早沉積的鹽巖，即深層母鹽。

2) 被動大陸邊緣期：在深層母鹽沉積之后，隨著尤卡丹板塊逆時針旋轉[16]，墨西哥灣盆地持續(xù)性拉伸，晚侏羅世Kimmeridgian期，洋殼開始形成，裂谷期的鹽盆被一分為二[17]，北部為Louann鹽盆(Burgos盆地位于其西部)，南部為Yucatan鹽盆(Sureste盆地位于其西部)。隨后，晚侏羅世Tithonian期發(fā)生最大規(guī)模海侵，盆地沉積了一套富含有機質的泥巖，為盆地主要的烴源巖[18]。早白堊世，洋殼基本形成，盆地拉伸停止，其間在墨西哥灣沉積了一套深水陸棚相碳酸鹽巖(圖2b)。

3) 被動大陸邊緣改造期：晚白堊世之后，隨著太平洋板塊向北美板塊俯沖[19]，北美板塊西部發(fā)生了Laramide造山運動。該期擠壓造山運動為墨西哥灣提供了大量的碎屑物源供給，盆地內(nèi)形成巨厚的碎屑沉積[20]。與此同時，隨著碎屑沉積的不斷增加，上覆的壓力負載逐漸加大，深層的母鹽自中始新世至漸新世，發(fā)生重力滑脫變形，由陸向海形成了伸展、過渡和擠壓3個構造帶。Perdido構造帶位于鹽巖變形最為強烈的深水擠壓區(qū)。在該構造帶中，部分鹽底辟上拱突破地表，并受控制滑脫作用發(fā)生溢流、向海推進，形成大規(guī)模的溢流鹽席，從而形成了淺層鹽沉積(圖2c)。漸新世，隨著碎屑物源的進積，淺層鹽巖繼續(xù)向海推進、相關鹽構造持續(xù)形變，多個鹽席在淺層拼接融合形成了巨大上覆鹽蓬，最終在部分地區(qū)形成了“雙層鹽”的構造格局(圖2d)。中新世之后，該鹽蓬又被新一輪的陸源碎屑覆蓋，形成現(xiàn)今的構造面貌(圖2e)。

圖2 Burgos盆地雙層鹽構造演化剖面(剖面位置見圖1)Fig .2 Evolution profile of two-layer salt in Burgos basin(see Fig.1 for location)

2 深淺雙層鹽分布特征及控制因素

2.1 深層母鹽

深層特征指深層母鹽沉積時的古構造格局。前人的研究受到母鹽埋藏較深(大于10 000 m)、地震資料成像較差的影響，對深層鹽的討論較為簡單，把深層鹽底面簡化為一水平面[21-22]。但根據(jù)盆地構造演化，原地鹽沉積的底面應為斷坳轉換面，其下地層應具有裂谷特征[23]。本文使用最小曲率位場分離方法[24-25]，對Burgos盆地布格重力提取更能反映深層構造的剩余布格重力異常(圖3)。然后聯(lián)合使用重力資料與地震資料對相關構造進行相互驗證、綜合解釋，落實了深層母鹽的范圍和控制因素，明確了深層母鹽沉積時(中侏羅世)的古構造格局(圖4)。

圖3 剩余布格重力異常圖Fig .3 Residual Bouguer gravity anomaly

圖4 深層構造綱要Fig .4 Paolo structural framework of deep salt

2.1.1基底古構造格局控制了深層母鹽的沉積范圍

從剩余布格重力異常中(圖3)明顯可見盆地發(fā)育壘塹相間的古構造格局。在Perdido帶周邊發(fā)育3個明顯的古凹陷，在盆地東側靠近洋陸過渡帶處，發(fā)育大型的邊緣隆起帶(圖4)，古構造格局決定了盆地可容納空間，從而控制了最初母鹽的沉積范圍。古基底之上發(fā)育邊界斷層，在靠近陸地的一側表現(xiàn)為傾向向海的大型控邊斷層(圖2)，而在靠近邊緣隆起帶一側，發(fā)育傾向向陸的斷層(圖2、5)，這些斷層控制了下侏羅統(tǒng)裂谷期地層、中侏羅統(tǒng)鹽巖的沉積。受控于裂谷末期的古構造地形的影響，鹽底面并不是簡單的水平面，顯示了鹽在最初沉積時對位于其下裂谷殘留層系的填平補齊特征。另外基底還發(fā)育多組大型走滑轉換帶，從剩余布格重力異常資料中(圖3)可見NW—SE走向的“臺階狀”錯斷邊界，這些邊界對應了基底走滑轉化帶(圖4中的虛線)。它們作為基底的先存構造控制了后期母鹽及其上覆地層的滑脫變形，鹽巖在重力滑脫作用下因平面滑動速度不同，沿著這些先存走滑轉化帶繼續(xù)發(fā)育、產(chǎn)生剪切撕裂[26]，最終形成走滑撕裂斷層。

2.1.2邊緣隆起帶阻擋了鹽巖滑動并控制了大型鹽底辟的形成

東側的邊緣隆帶除了控制早期母鹽的沉積外，還控制了母鹽在后期重力滑脫的形變。由于邊緣隆起帶位置更高，阻擋了母鹽的橫向滑動，使得大部分母鹽在邊緣隆起帶內(nèi)側堆積，改變了母鹽的運動方向，由橫向運動轉變?yōu)橄蛏线\動，形成了大型的鹽底辟(圖5)。這些鹽底辟均分布在邊緣隆起帶內(nèi)側，兩者具有較好的耦合伴生關系(圖4)。在邊緣隆起帶較窄處的南段，其阻擋作用不明顯，少部分鹽巖翻越了邊緣隆起帶，沉積在洋殼之上。

圖5 過邊緣隆起帶的地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .5 Seismic section over marginal high(see Fig.1 for location)

2.2 淺層鹽蓬

淺層鹽形成于被動大陸邊緣改造期母鹽底辟上拱突破地表后的再沉積。由于淺層鹽埋藏相對較淺，地震資料成像較好，因此多解性相對較小，可直接使用三維地震資料開展淺層鹽的解釋與分析?？傮w而言在Perdido帶淺層鹽連片發(fā)育，形成鹽席、鹽蓬等構造，并且同時受到NW—SE向區(qū)域擠壓應力和母鹽剪切作用的影響。

2.2.1淺層鹽自西北向東南溢流，多個鹽席匯聚成巨厚鹽蓬

受西北方向多期次碎屑物源注入和重力作用影響，中始新世之后，深水區(qū)Perdido帶持續(xù)受到NW—SE向的擠壓應力。早期形成的鹽底辟上拱突破古地表，深層母鹽通過底辟通道搬運至淺層發(fā)生溢流作用，在淺層首先形成鹽席、鹽舌等[27]構造。從現(xiàn)今淺層鹽的厚度及分布形態(tài)(圖6、7)可見，淺層鹽在區(qū)域NW—SE向擠壓應力下自西北向東南溢流。隨著中始新世—漸新世的持續(xù)擠壓，淺層形成的鹽席不斷生長，不同的鹽席發(fā)生匯聚，最終在Perdido帶形成連片的巨厚鹽蓬[28]。從地震剖面上可見不同鹽席融合拼接的痕跡(圖8)。在深淺兩套鹽分離處，淺層鹽的厚度可達500～4 000 m。而在Perdido帶西北方向，淺層鹽與深層鹽從淺到深連成一體，總厚度可達10 000 m。

圖6 淺層鹽蓬厚度圖Fig .6 Thickness map of shallow salt canopy

圖7 淺層鹽蓬與深層構造要素疊合圖Fig .7 Overlay of structural frameworks of deep and shallow salt

圖8 過鹽席的地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .8 Seismic section over salt sheets(see Fig.1 for location)

2.2.2深層母鹽滑動中的剪切撕裂作用控制了淺層鹽蓬的分布

淺層鹽蓬在擠壓作用下的流動速度與母鹽走滑撕裂斷層的分布具有耦合關系。沿NW—SE走向，淺層鹽平面分布呈現(xiàn)凹凸交替的現(xiàn)象(圖6)，一些鹽席向NW—SE方向推進距離較遠，而一些鹽席向NW—SE方向推進距離較小，表明鹽溢流時速度存在快慢交替。淺層鹽溢流的快慢交替的變化的邊界正好對應了深層NE—SE走向的走滑撕裂斷層，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的匹配關系(圖7)。從地震剖面中(圖9)中，可見最前緣的鹽席下方常發(fā)育深層的走滑撕裂斷層。從平面疊合圖可見，淺層鹽分布較少的“缺口”處正好對應了深層母鹽剪切撕裂斷層的位置(圖7中的虛線)，而在淺層鹽分布較多的“凸出”處則正好對應了母鹽剪切撕裂欠發(fā)育處。走滑撕裂斷層影響了淺層鹽席的發(fā)育，重力滑脫較遠的母鹽會導致上覆地層在持續(xù)變形中具有更大的動量[29]，使得淺層鹽在溢流中相對速度更快，推進更遠。因此深層母鹽的剪切撕裂斷層控制了淺層鹽蓬的分布。

圖9 過Perdido帶南段構造的地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .9 Seismic section in south part of Perdido belt(see Fig.1 for location)

3 深淺雙層鹽構造南北差異形變及構造樣式

在不同的構造要素環(huán)境中，鹽巖及受其影響的地層(即鹽相關構造)會發(fā)生不同的形變機制與構造樣式，眾多國外學者多集中在小尺度、單要素分析鹽構造[30-32]。對于Perdido帶母鹽之上、淺層鹽蓬之下的“深層鹽構造”(白堊系—始新統(tǒng))與淺層鹽蓬之前、之上的“淺層鹽構造”(漸新統(tǒng)—更新統(tǒng))，在不同的復雜應力環(huán)境下表現(xiàn)出不同的構造樣式的原因缺乏深入研究。基于重力、地震資料的深入分析，本文認為Perdido帶深淺兩層鹽構造的配置關系導致了南北差異化的鹽變形機制與構造樣式。

3.1 北段

從深淺兩層鹽的平面分布關系上，在Perdido帶北段，淺層鹽蓬平面上向NW—SE方向推進距離較短，平面分布上距邊緣隆起帶及其內(nèi)側的母鹽底辟較遠，兩者空間分布上是分離的、沒有重疊(圖7)，因此這種深淺鹽的空間分布和配置關系使得淺層鹽蓬之前、之上的地層(漸新統(tǒng)—更新統(tǒng))受到的擠壓推覆作用較弱，僅產(chǎn)生了小范圍局部滑脫，從北段的典型地震剖面中(圖10)很少見到分層滑脫的構造樣式。另一方面，在北段邊緣隆起帶內(nèi)側的母鹽底辟分布范圍較大、隆升較高(接近現(xiàn)今海底)，阻擋了淺層鹽蓬及鹽前地層在水平方向上的擠壓推進(圖10)。這兩方面因素更共同導致了白堊系—始新統(tǒng)深層鹽構造、漸新統(tǒng)—更新統(tǒng)淺層鹽構造二者作為一個整體發(fā)生形變[33]。在形變時，由于整體受阻，首先形成反向逆沖斷層(傾向向海、與擠壓應力方向相同)，然后再順著應力方向形成正向逆沖斷層(傾向向陸、與擠壓應力方向相反)。

圖10 過Perdido帶北段的地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .10 Seismic section in north part of Perdido belt(see Fig.1 for location)

在北段，由于以整體形變?yōu)橹?，深?白堊系—始新統(tǒng))與淺層(漸新統(tǒng)—更新統(tǒng))的構造多具有相同的變形結構，分層滑脫不明顯。從剖面上看(圖10)，主要發(fā)育鹽底辟和鹽逆沖背斜構造樣式，而且深淺層構造具有良好的繼承關系。除了位于邊緣隆起帶的鹽底辟隆升幅度較高外，其他部位的鹽底辟上拱幅度較小。位于邊緣隆起帶西側的逆沖背斜受到的擠壓作用較其東側地層大，多表現(xiàn)為不對稱樣式，主控斷層以反沖斷層為主；位于邊緣隆起帶之上及東側的逆沖背斜更多表現(xiàn)為對稱樣式，主控斷層以正沖斷層為主。在平面上，深淺鹽構造的構造走向也具有較好的繼承關系。從速度切片(圖11)與地震切片(圖12)來看，北段的構造走向呈NE—SW向，與基底的構造走向一致，邊緣隆起帶對構造走向控制作用明顯。

圖11 深度4 800 m的速度切片F(xiàn)ig .11 Velocity slice of 4 800 m

圖12 深度4 800 m的地震切片F(xiàn)ig .12 Seismic slice of 4 800 m

3.2 南段

對于Perdido帶南段，由于邊緣隆起帶內(nèi)側的母鹽底辟隆升幅度較低，對淺層鹽蓬的阻擋作用不明顯(圖9)。同時淺層鹽蓬受到的擠壓應力較大，在平面上溢流推進的距離遠，翻越了深層母鹽底辟與邊緣隆起帶(圖7)，使得淺層鹽蓬的范圍超過了深層母鹽的范圍，兩者從空間分布上具有一定的疊合關系。這種深淺鹽的構造配置關系，導致淺層鹽蓬之前的地層(漸新統(tǒng)—更新統(tǒng))更容易受到鹽蓬的擠壓推覆作用，使得地層沿著泥巖層發(fā)生大規(guī)模的滑脫變形，并在滑脫的前緣形成大規(guī)模逆沖推覆。而母鹽之上、鹽蓬之下的深層地層(白堊系—始新統(tǒng))的形變則不受到淺層鹽蓬活動的影響，僅受控于母鹽的重力活動變形，形成以正向逆沖為主的鹽構造。因此，受這種深淺不同的應力作用，于是最終形成了漸新統(tǒng)—更新統(tǒng)淺層鹽構造與白堊系—始新統(tǒng)深層鹽構造各自的分層變形結構。

在南段，由于以分層變形為主，深層(白堊系—始新統(tǒng))與淺層(漸新統(tǒng)—更新統(tǒng))的構造具有不同的變形結構。從地震剖面上(圖9)，深淺構造分層特征明顯，深層構造以鹽核背斜為主，淺層構造以鹽前逆沖滑脫為主。深層構造受控于母鹽的變形，發(fā)育隆升幅度較小的鹽底辟和以正沖為主的逆沖斷層，形成了鹽核背斜、斷背斜的構造樣式。淺層構造受控于淺層鹽蓬的擠壓推覆作用，在鹽前形成泥巖滑脫面，其上地層變現(xiàn)為疊瓦狀逆沖構造。在平面上，兩者表現(xiàn)為不同的走向，無繼承關系。從速度切片(圖11)與地震切片(圖12)來看，南段淺層構造走向呈“弧型”分布，與淺層鹽的構造走向一致，平行于鹽蓬溢流時的形態(tài)，受鹽蓬變形的控制作用明顯；而深層構造走向依然呈現(xiàn)NE—SW向，與基底的構造走向一致。

4 結論

1) Burgos盆地Perdido帶經(jīng)歷了裂谷、被動大陸邊緣和被動大陸邊緣碰撞改造3期構造演化，具有深淺兩套“雙層”鹽結構，深層母鹽形成于裂谷-坳陷期的局限蒸發(fā)環(huán)境，淺層鹽蓬形成于被動陸緣改造期，并因多期次碎屑物源注入產(chǎn)生了重力滑脫變形。

2) 深層母鹽受控于基底隆坳相間的古構造格局，邊緣隆起帶控制了早期母鹽的分布，并阻擋了后期母鹽的重力滑動，導致在其內(nèi)側形成了大型母鹽底辟；淺層鹽來源于深層母鹽的溢流沉積，多個溢流鹽席拼合形成了巨型鹽蓬，母鹽的剪切撕裂作用控制了淺層鹽蓬的分布。

3) 深淺雙層鹽在空間上不同的分布和配置關系導致了Perdido帶呈現(xiàn)南北不同的鹽構造變形原因和構造樣式。北段深淺兩套鹽的空間配置關系決定了深層(白堊系—始新統(tǒng))與淺層(漸新統(tǒng)—更新統(tǒng))構造整體形變，形成了以鹽底辟和沖斷背斜為主的構造樣式。南段深淺兩套鹽的空間配置關系使得深層(白堊系—始新統(tǒng))與淺層(漸新統(tǒng)—更新統(tǒng))構造分層獨立變形，分別形成了以鹽核背斜和鹽前泥巖滑脫為主的構造樣式。