断裂时空差异性演化及其对生烃凹陷形成的控制——以珠江口盆地珠三坳陷为例

陈少平，王华，刘丽芳，黄胜兵，武涛，魏杨旭

（1.中海油研究总院，北京 100028；2.中国地质大学，湖北 武汉 430074；3.中国石化中原油田分公司采油三厂，山东 莘县 252434；4.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710300）

断裂时空差异性演化及其对生烃凹陷形成的控制
——以珠江口盆地珠三坳陷为例

陈少平1，王华2，刘丽芳1，黄胜兵1，武涛3，魏杨旭4

（1.中海油研究总院，北京 100028；2.中国地质大学，湖北 武汉 430074；3.中国石化中原油田分公司采油三厂，山东 莘县 252434；4.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710300）

利用断层活动速率分析了珠江口盆地珠三坳陷南部主干断层的活动历史，并利用研究结果分析了断裂时空差异性演化对生烃凹陷形成的控制。恩平组以前珠三坳陷西南部断层活动性较强，而东北部则相对较弱，恩平组以后，珠三坳陷西南部断层活动性较弱，而东北部相对较强，从而使文昌组—恩平组珠三坳陷的沉降中心明显发生了由西南到东北的迁移。珠三南断裂在研究区内为一条包括3段、3种类型、控制3个大规模断凹的大型复杂断裂，不同凹陷内烃源岩分布差异明显，主要体现在烃源岩的规模、类型及热演化程度等方面存在较大差异，这些差异主要是由于珠三坳陷控坳主干大断裂在时空上差异性演化的结果，据此将珠三坳陷划分为WC-A，WC-B，WC-C等3个相对独立的成油体系。

生烃凹陷；断裂；成油体系；珠三坳陷

在断陷盆地中，主干断裂的活动对含油气盆地的形成具有重要意义［1-2］。珠三坳陷WC-A，WC-B，WC-C为特点不同的生烃凹陷。WC-A凹陷以生气为主，烃源岩成熟度高；WC-B凹陷以产油为主，烃源岩成熟度中等；WC-C以产油为主，烃源岩成熟度较低。在同一个坳陷中不同凹陷的这种差异性，决定油气勘探方向的选择。断层是断陷盆地主要的构造要素，尤其是那些控凹断层的时空演化特点，对生烃凹陷形成具有重要的控制作用，因此，研究主干断裂时空差异性演化及其对生烃凹陷形成的控制，对油气勘探具有重要意义。

1 研究区地质概况

珠江口盆地是一个在古近系基底上发育起来的新生代陆缘拉张型含油气盆地，具丰富的油气资源［3-5］。珠三坳陷位于珠江口盆地西部，由6个凹陷3个凸起组成（见图1）。受盆地构造演化阶段的影响，珠三坳陷地层以T70为界，界面以下地层产状和厚度变化较快，具有典型的“箕状断陷”特征，对应为古近系的张裂阶段。在坳陷南部早期张裂阶段形成的珠三南断裂规模巨大，平面上贯穿研究区东西，纵向上断距超过5 000 m，是珠三坳陷与神狐隆起的分界线。坳陷总体为南断北超的箕状断陷，由于基底先存坚硬古隆的影响，在东西向上表现为隆凹相间的特点，形成南北分带、东西分块的构造格局［6-7］。

图1 珠三坳陷在主干断层控制下的凹陷结构特征

2 断裂时空差异性演化分析

断裂不仅控制断陷盆地的形成与构造格局，也控制凹陷的层序和沉积的发育，而且影响绝大多数圈闭的形成与发育［8-12］，在一定程度上断层决定了油气的生成、聚集等条件［13-14］。因此，准确分析断层活动的时间和强度对油气勘探具有重要意义。针对珠三坳陷地层发育特点，本研究采用断层活动速率分析坳陷主干断层的活动历史。考虑到珠三南断裂在本区的特殊地位，及其对坳陷生烃凹陷的形成、及油气聚集所具有的重要控制作用，本研究将以珠三南断裂作为主要研究对象。此断裂为珠三坳陷南部边界断裂，走向由西向东在1300测线处由北东转为北东东，倾向北西，贯穿研究区东西，基底最大落差6 480 m，属大型同生正断层，规模居研究区首位，为珠三坳陷边界的断裂。本次研究根据断裂的产状差异、形成时期等明显的分段特征在空间上以1300测线为界将珠三南断裂分为3段 （见图1），即东段、西段南支和西段北支。东段为WC-A凹陷东部与神狐隆起的分界断线，西段北支将WC-B凹陷和WC-C凹陷分开，西段南支为WC-C凹陷与SH隆起的分界线。

2.1 珠三南断裂西段南支

西段南支在研究区内延伸长度约100 km，该断裂形成于早—中始新世（约54 Ma或以前）的裂陷阶段，走向北东，为一切割基底的北西掉向的直线缓坡型正断层，断层的倾角是珠三南断裂系统中最小的一支。

从不同时期不同剖面断层活动速率图可以看出（见图2），该支在T80以前活动较强，基底最大断距可达3 350 m；T80以后断裂西段南支活动性大大减弱，断裂西段北支活动强烈。WC-C凹陷位于断裂西段北支的上升盘，同时位于断裂西段南支下降盘。由于T80以后断裂西段北支活动性大大强于断裂西段南支，使位于断裂西段北支的上升盘的WC-C凹陷发生抬升剥蚀作用。从地震剖上利用同相轴趋势法估算，在文昌19区附近，T80以下地层剥蚀厚度超过1 000 m。虽然在T80以后断裂西段南支还在微弱活动，但是受断裂西段北支强烈活动的影响，WC-C凹陷在恩平组-珠海组时期基本不接受沉积，使T80和T60在WC-C凹陷重合。也就是说，WC-C凹陷没有保留恩平组合珠海组的沉积，断裂西段南支在该时期的断层活动速率难以计算。在断块掀斜旋转作用下，在WC-C凹陷在靠近断裂西段北支处发生强烈剥蚀，使局部地区在T80—T60期间成为WC-B凹陷的物源区。另外，由钻孔资料可知：在WC19区裂西段北支两侧相距不远的2口钻井都钻遇了文昌组的湖相泥岩，沉积相具有一致性；同时，WC-B凹陷边缘断裂处缺失边缘相沉积物。因此可以判定，在T80以前在WC19区附近WC-B凹陷和WC-C凹陷至少是一个局部相互连通的一个凹陷体系。该段断裂控制了WC-C凹陷的形成，WC19区是断裂西段南支活动性最强的地区，其中l242测线基底最大古落差达3 350 m，在T80以前该处是WC-C凹陷的沉降中心。该段断裂控制了WC-C凹陷的形成，在断层活动性最强的WC19区对WC-B凹陷的形成也具有重要的影响，是早期最重要的盆缘断裂。南海运动早期该段基本上停止了活动，主体部分断至珠海组。

图2 珠三南断裂西段南支神狐组、文昌组断层活动性分析

空间上来说，T80以前在1242测线处为断层活动最强区域，向西断层活动性迅速减小，到1225测线断裂西段南支就已经基本消失；向东变化则相对较慢，断裂西段南支向东一直可以延伸到1300测线。

2.2 珠三南断裂西段北支

此断裂延伸长约100 km，下降盘为WC-B凹陷和WC-A凹陷西部，利用最新地震资料，通过精细地震解释，发现珠三南断裂西段北支的形成演化历史十分复杂，是坳陷所有主干断层形成演化最复杂的一支。前人的观点认为该断裂统一形成于晚渐新世，盆地由裂陷、断坳向坳陷转化时期，从不同剖面不同时期断层活动速率图可以发现（见图3），珠三南断裂西段北支在不同部位其开始活动的时间不同，不同时期其活动性最强的部位也不一样。

Tg—T80时期，在T80以前珠三南断裂西段北支西部已经开始活动，1225测线Tg—T80时期古落差可达4 127.0 m，是整个坳陷早期的沉降中心之一。从地震剖面上可以看出，该断裂西部，在神狐组时期就已经开始活动，其开始活动时期大体与珠三南断裂西段南支相当，该段对WC-B凹陷西部的形成具有重要的控制作用。由西往东，到WC19区附近发现，在Tg—T80时期珠三南断裂西段北支上升盘WC-C凹陷沉积的地层和下盘降WC-B凹陷沉积的地层厚度相差不大；如果考虑到上升盘的WC-C凹陷因为断层上升盘的抬升而造成的剥蚀厚度，珠三南断裂西段北支上、下盘沉积的厚度几乎相等。另外，在WC19区附近可以发现，上升盘基底面与盖层反射界面近平行，未见明显超覆现象，可见部分波组（相当褐灰色泥岩段）向潜山头——今构造高部位方向散开（加厚）现象，具后期潜山特征，这与QH低凸起早期潜山基底面明显上超、盖层各波组向潜山头收敛（减薄）的特点呈鲜明对比。还有在上升盘高部位所钻井中，褐灰色泥岩段（其顶面相当T80反射层）为一厚度达441.5 m的暗色泥岩富集井段，泥岩比例高达80%，明显属负地形较深沉积，该层沉积时，井位所在位置不应属正地形。

图3 珠三南断裂西段北支断层活动性分析

上述表明，在T80界面形成以前（渐新世以前），珠三南断裂西段北支在该区尚末活动，WC-B凹陷和WC-C凹陷为局部相通的整体，今构造中分隔2凹陷潜山应是T80界面形成以后，珠三南断裂西段北支开始活动而抬升的后期潜山。再往东，该断裂西段北支上升盘为早期就已存在的古潜山，一般认为其为早期形成的古潜山，因为首先上升盘处地震反射杂乱，为基底沉积的特征，同时盖层反射界面逐层超覆在上升盘基底面上。这也说明，位于古潜山处的珠三南断裂西段北支在T80界面形成以前就已经开始活动，而且其断层活动性相对较为强烈。在1267测线处文昌组时期其古落差可达2 726.1 m，珠三南断裂西段北支断层活动速率为143.5 m/Ma。

继续向东跨过古潜山范围以后，珠三南断裂西段北支又体现出晚期（T80界面形成以后）才开始活动的特点，如在1276测线处珠三南断裂西段北支上下盘的厚度相差不大，断层活动速率仅为6.8 m/Ma，如果考虑到上升盘的剥蚀作用，其古落差将更小，相应的断层活动速率也将更小，因此，可以认为在T80界面形成以前，该处珠三南断裂西段北支还没有活动；继续向东，一直到1300测线处，在Tg—T80时期活动性都很弱，具有晚期才开始活动的特点。

T80界面形成以后，盆缘断裂内移，此时珠三坳陷南断裂西段南支的活动已明显变缓，珠三南断裂西段北支活动性明显大于珠三南断裂西段南支，使早期局部连通的WC-B凹陷和WC-C凹陷彻底一分为二，形成2个独立的凹陷。在后期构造抬升的作用下使WCC凹陷遭受剥蚀并彻底的废弃，并成为前期裂陷盆地的物源区。

该段断裂的活动基本持续到南海运动的晚期，主体部分断至珠江组，下降盘为WC-B凹陷和WC-A凹陷。T80—T70时期珠三南断裂西段北支活动性明显增强，与早期相比各处断层活动性趋向于均一化，断层活动速率为200.0 m/Ma。该时期断层活动性最大的地区在1267测线附近，1267测线处断层活动速率可达390.1 m/Ma。

T70—T62时期是珠三南断裂西段北支活动性最强的一个时期，但是各处活动性差异较大。该时期断层活动性最大的地区仍然在1267测线附近，1267测线处断层活动速率可达907.1 m/Ma，向东西2个方向断层活动性迅速减弱，1225，1239，1284测线处的断层活动速率小于200.0 m/Ma。T62时期以后，整个珠三南断裂西段北支活动性逐步减弱，大部分部位的断层到T60时期就已经停止活动，局部地区可以一直断到T40，这可能与后期的构造活动在地层的薄弱带使早期已经形成的断裂重新活动有关。

2.3 珠三南断裂东段

此段研究区内长约60 km，总体走向北东东，该断裂为形成于早、中始新世之间的裂陷阶段（约 49.5 Ma），时间上稍晚于珠三南断裂西段南支，并且随着裂陷阶段时间的推移该断裂逐步向东发展。断层的倾角是珠三南断裂系统中最大的一支。在其形成过程中，受后期南海运动右旋作用力的影响，断裂的走向逐步向北东东向偏移，同时控制着WC-A凹陷的形成。

该段断裂的活动基本持续到南海运动的晚期，是珠三南断裂系统中活动时间最长的一支。其主体部分断至珠江组，发生在中中新世末期的东沙运动，使部分早期NE，NEE，EW向断层重新活动，因此珠三南断裂东段一直可以断至T20。

从不同剖面不同时期断层活动速率图（见图4）可以看出：早期，文昌组及其以前沉积时期断层的活动性较弱，断层活动性具有西强东弱的特征；到恩平组及珠海组三段沉积时期，断层活动最为强烈，其活动最强烈区随着时间的推移，由西向东发生迁移，珠三南断裂东段西部在恩平组时期达到最大断层活动速率，珠三南断裂东段东部在珠海组三段时期才达到最大断层活动速率；珠海组二段、一段，是断层活动性逐步减弱的一个时期，到珠江组二段断层活动性有一个活化的过程，是断层活动性较强的一个时期，随后断层活动性逐步减弱。整体而言，断层活动性在后期具有东强西弱的特征。

综上所述，珠三南断裂在研究区内为一条包括3段、3种类型、控制3个大规模断凹的大型复杂断裂。研究发现，在早第三纪初期（古新世）珠三南断裂为数条各自独立的断裂，至中渐新世才连接成为一整体。珠三南断裂西段南支在渐新世以前活动强烈，控制着早期的沉降中心，渐新世断层活动性微弱，整条断裂断至T60后全部消失；珠三南断裂西段北支在渐新世以前断层不同部位的活动性差异较大，具有分段活动的特征，渐新世断层活动强烈，到中渐新世断层才连接成为一个整体；珠三南断裂东段开始活动时间较晚，始新世才开始活动，开始活动的时间具有西早东晚的特点，早中渐新世是其活动最强烈的时期，至中新世早期珠三南断裂西段已经基本停止活动，而东段则继续活动，但强度已显著减弱，直至中新世晚期，断层活动才全部结束。断层在不同时期、不同部位活动强度的差异造成了其对对构造演化、层序、沉积及油气聚集的控制作用的差异。

图4 珠三南断裂东段断层活动性分析

3 对生烃凹陷形成的控制

断层差异性活动对油气成藏的各个要素都有重要的影响［15-17］，就生烃方面来说，一个断凹如果泥岩发育，有机物丰度高，但若不具备向油气转化的条件，也不会有油气生成的，该断凹的生油条件也是差的。断凹中，有机物质向油气转化的条件好坏，与其埋深，地温梯度和时间等因素有关。但是断裂活动特征不同，对上述因素的影响也不相同，在主干断层差异性活动的影响下，坳陷各次一级的凹陷明显具有不同的演化特点（见图5），从而导致各凹陷烃源岩的演化过程也具有较大的差别。

图5 珠三南断裂控制下各凹陷文昌组地层埋深演化示意

受珠三南断裂西段南北2支断层的共同控制，早期（恩平组以前）珠三南断裂西段南支活动性较强，WC-C凹陷是整个坳陷的沉降中心，在恩平组沉积以前，WC-C凹陷沉积最大厚度可以达到3 000 m以上；T80以后，珠三南断裂西段南支的活动性大大减弱，而珠三南断裂西段北支强烈活动，使WC-C凹陷发生抬升剥蚀作用，造成WC-C凹陷基本不发育恩平组地层，这是造成WC-C凹陷烃源岩成熟度较低的根本原因。珠海组以后，在坳陷整体接受沉积的背景下，WCC凹陷再次接受沉积，WC-C凹陷文昌组烃源岩得以进一步演化，因此，WC-B凹陷主力烃源岩为文昌组中深湖相烃源岩，成熟度较低，以产油为主。WC-B凹陷和WC-C凹陷在文昌组沉积时是2个局部连通的凹陷，沉积环境相近。渐新世，由于珠三南断裂西段北支断层的强烈活动，将WC-B凹陷和WC-C凹陷分割成2个独立的凹陷。WC-B凹陷处于珠三南断裂西段北支断裂下降盘，为继承性断凹，因此，WC-B凹陷主力烃源岩为文昌组中深湖相烃源岩，成熟度较高，以产油为主。WC-A凹陷的形成主要受珠三南断裂东段控制，该断层活动性具有“早弱晚强”特点，早期（恩平组以前）活动相对较弱，恩平组强烈活动，恩平组WC-A凹陷是整个坳陷的沉降中心，珠三南断裂东段活动时间持续长，一直持续到珠江组，从而使WC-A凹陷沉积厚度超过10 000 m。这导致文昌组烃源岩在有效圈闭形成以前大部分已经达到过成熟，同时恩平组烃源岩也具较高的成熟度，因此，WC-A凹陷主要有效烃源岩为恩平组湖沼相烃源岩，以生气为主。

由以上分析可以看出，断裂的强烈活动不但可以使其下降盘厚度迅速加大，对其下降盘的烃源岩演化起到加速作用，同时也可以使其上升盘基底回返变浅，对其上升盘的烃源岩演化起到抑制作用，断裂活动对其上、下盘的烃源岩的演化具有2种不同的效果，具有“双向效应”。

在珠三南断裂差异性活动的控制下珠三坳陷发育3种类型的烃源岩（见图6），各个凹陷主力烃源岩类型和演化程度都互不相同。其中：WC-A凹陷主力烃源岩为Ⅲ类油与恩平烃源岩，热演化程度高，生气为主；WC-B凹陷主力烃源岩为Ⅰ类油与文昌中深湖烃源岩，热演化程度较高，生油为主；WC-C凹陷主力烃源岩为Ⅰ类油与文昌中深湖烃源岩和Ⅱ类油与文昌浅湖烃源岩，热演化程度较低，生油为主，据此可将坳陷划分为WC-A，WC-B，WC-C相对独立的3个成油体系。

图6 珠三坳陷烃源岩类型

4 结论

1）珠三南断裂为一条控制3个大规模断凹的大型复杂断裂，其时空差异性演化明显。恩平组以前珠三坳陷西南部断层活动性较强，而东北部则相对较弱；恩平组以后，珠三坳陷西南部断层活动性较弱，而东北部相对较强，从而使文昌组—恩平组珠三坳陷的沉降中心明显发生了由西南到东北的迁移。

2）主干大断裂时空上的差异性演化对烃源岩分布和演化有重要影响，珠三坳陷不同凹陷内烃源岩分布差异明显：WC-A凹陷以生气为主，烃源岩成熟度高；WC-B凹陷以产油为主，烃源岩成熟度中等；WC-C凹陷以产油为主，烃源岩成熟度较低。据此，将坳陷划分为WC-A，WC-B，WC-C等3个相对独立的成油体系。

3）断裂的强烈活动不但可以使其下降盘厚度迅速加大，对其下降盘的烃源岩演化起到加速作用，同时也可以使其上升盘基底回返变浅，对其上升盘的烃源岩演化起到抑制作用。断裂活动对其上、下盘的烃源岩的演化具有2种不同的效果，具有“双向效应”。

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（编辑 赵旭亚）

Space-timediversityevolutionoffaultsanditscontrolonformationofhydrocarbon generationsag:TakingZhuⅢDepressioninPearlRiverMouthBasinasanexample

Chen Shaoping1,Wang Hua2,Liu Lifang1,Huang Shengbing1,Wu Tao3,Wei Yangxu4
(1.CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China;2.China University of Geosciences,Wuhan 430074,China;3.No.3 Oil Production Plant,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Shenxian 252434,China;4.College of Geoscience and Engineering,Xi′an Shiyou University,Xi′an 710300,China)

By exerting the fault activity rate,the evolution characteristics of trunk faults in south part of ZhuⅢDepression are studied, and then,using research result，the space-time diversity evolution of faults and its controls on the formation of hydrocarbon kitchen is studied.The result shows that the fault activity is stronger in southwest than in northeast before Enping Formation and that is contrary after Enping Formation,which makes subsidence center migrate from southwestern to northeast in the period of Wenchang Formation to Enping Formation.South Fault of ZhuⅢDepression is a complex large-scale fault which has three different parts and types,and controls the formation of three large-scale sags.The distribution of source rock is different in different sag and the type and maturity degree of source rock are quite different in different sag,which is the result of space-time diversity evolution of faults.Based on this, ZhuⅢDepression is divided into three different petroleum systems,including WC-A，WC-B，WC-C.

hydrocarbon generation sag;fault;petroleum system;ZhuⅢDepression

国家科技重大专项课题“近海大中型油气田形成条件及勘探技术”（2008ZX05023-001）

TE121.1+1

：A

10.6056/dkyqt201501001

2014-09-08；改回日期：2014-12-15。

陈少平，男，1978年生，工程师，博士，现主要从事石油地质综合研究工作。E-mail：chenshp@cnooc.com.cn。

陈少平，王华，刘丽芳，等.断裂时空差异性演化及其对生烃凹陷形成的控制：以珠江口盆地珠三坳陷为例［J］.断块油气田，2015，22（1）：1-6.

Chen Shaoping，Wang Hua，Liu Lifang，et al.Space-time diversity evolution of faults and its control on formation of hydrocarbon genenration sag:Taking ZhuⅢDepression in Pearl River Mouth Basin as an example［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：1-6.