乌石凹陷断裂特征及其对油气成藏的影响

徐雪丰　杨希冰　胡　林　林水城　冯士信　张　帅

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东　湛江　524057）



乌石凹陷断裂特征及其对油气成藏的影响

徐雪丰杨希冰胡林林水城冯士信张帅

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

摘要从构造、断裂、区域动力学等基础研究入手，系统分析了研究区断裂体系特征、构造样式、断裂活动期次及其动力学成因机制。研究表明：乌石凹陷复杂断裂体系的形成主要受到哀牢山—红河断裂活动、太平洋板块俯冲碰撞、深部地幔上涌等动力学机制的联合控制，形成了走滑、拉张—走滑、拉张3种基本断裂体系类型；各主干断裂主要活动时间为始新世—渐新世，中中新世以后基本停止活动，明显早于排烃高峰—新近纪早中新世，对油气成藏影响有限，乌石凹陷油气以砂体或不整合面横向运移为主，从而明确了中央反转断鼻带为最有利的成藏位置，流沙港组为最有利的成藏层系。

关键词乌石凹陷断裂特征动力学机制油气成藏

修订回稿日期：2016-03-03

0　引言

乌石凹陷位于南海北部大陆架北部湾盆地中部，呈北东—南西走向，面积为2 550 km2，是被证实的富生烃和含油气凹陷，有望形成继涠西南凹陷之后北部湾第二个产能基地。2013年以前乌石凹陷所发现的油气主要集中在中央反转断鼻带上，储量发现少、规模小，近两年通过加强区域地质研究，创新技术与地质认识，极大拓展了乌石凹陷的含油气领域，陆续在北部斜坡带和走滑断裂带发现多个含油构造，新增地质储量超过5 000×104t。笔者通过深入研究凹陷断裂特征、活动规律及其演化过程中的动力学机制，从而分析其对油气成藏的影响，以期为油气勘探部署提供依据。

1　断裂特征分析

1.1断裂体系特征

乌石凹陷所处的北部湾盆地位于印支板块、太平洋板块、欧亚板块之间，并同时受到这些板块的活动与深部地幔上涌等动力学机制的联合控制。以拉张—走滑为特征的北东东向断层和以走滑为主的北西向断层共同构成了研究区的断裂体系格架（图1），这一发育特征受控于左旋走滑与水平拉张相叠合的区域应力场。依据断裂性质，划分为走滑、拉张—走滑和拉张3种基本断裂类型，不同断裂类型在结构模式上存在差异。

图1　乌石凹陷东区渐新世早期（E3w3）断裂分布图

走滑断裂。主要受控于哀牢山—红河断裂的走滑作用控制。剖面上，主干断裂上缓下陡，多呈负花状、多级“y”字形组合，如北西向走滑断裂F5。

拉张—走滑断裂。为拉张背景下叠加走滑作用的成因机制。剖面上表现为多级“y”字形组合，平面上由一系列近东西向的次级断裂呈雁列式组成，如凹陷东区北部的F4断层。

拉张断裂。多为铲式正断层，呈“y”字形、反向“y”字形组合特征。下降盘多发育与主断层平行的次级断层，如F1和F2都属于这种模式。

在断裂体系静态描述的基础上，结合地震资料，划分出了4大类8小类构造样式类型，建立了盆地结构模型及不同构造单元的结构模型（图2）。

图2　乌石凹陷构造样式类型图

1.2断层活动性分析

为明确凹陷内控盆断裂体系的发育强度，笔者采用了断层落差和断层活动速率两种方法对主要断层的活动性进行定量分析。下面以控凹断裂7号断层为例介绍研究区主干断裂的活动性特征。

7号断层位于乌石凹陷的东南侧，为研究区内控制东洼的断裂，从空间上看，其由西往东断层活动强度具有逐渐增强的趋势。从时间上看，7号断层落差在中始新世时较大，之后逐渐减小，到早中新世断层落差达到最小值；断层活动速率在中始新世时最大，之后降低，晚始新世至中渐新世时断层活动速率基本相同，到晚渐新世时断层活动速率迅速降低，早中新世时断层活动速率最小（图3）。

图3　7号断层不同位置断层活动速率柱状图

结合各层系现今断裂体系分布特征及断层活动性分析结果，认为：新生代各地质阶段的断裂体系具有继承性活动的特点，但各时期活动断裂体系又存在差异。

中始新世（E2l2）。北东向断层强拉张，垂向活动性强（大于120 m/Ma），7号断层的断层活动速率大于6号断层，近东西向及北西向断层弱拉张，垂向活动性弱（小于50 m/Ma）。

晚始新世（E2l1）。北东向断层持续强拉张，但垂向活动性减弱（大于80 m/Ma），7号断层与6号断层的断层活动速率相近，近东西向及北西向断层仍处于弱拉张状态，垂向活动性弱（小于50 m/Ma）。

2.1 4组患者治疗前后肺部感染及留置胃管情况比较 治疗4周后，3个观察组肺部感染及留置胃管率较治疗前及对照组治疗后显著下降(均P<0.05)；3个观察组之间肺部感染及留置胃管率比较差异无统计学意义。见表2。

早渐新世（E3w3）。北东向断层仍然强拉张，但6号断层垂向活动性（约200 m/Ma）大于7号断层垂向活动性（约100 m/Ma），近东西向及北西向断层仍处于弱拉张状态，垂向活动性普遍较弱（小于25 m/Ma）。

中晚渐新世（E3w2～E3w1）。6号断层仍处于强拉张状态，垂向活动性强（大于110 m/Ma），7号断层垂向活动性持续减弱（涠二段垂向活动性约60 m/Ma，涠一段弱拉张垂向活动性约10 m/Ma），近东西向及北西向断层垂向活动性普遍较弱（小于40 m/Ma），但涠一段的垂向活动性略大于涠二段。

早中新世（N1x）。断层垂向活动性明显减弱，乌石凹陷整体进入坳陷期。

1.3构造演化及动力学机制

盆地和造山带是构成大陆的最基本单元，将二者置于更大范围的板块中进行系统研究将会揭示其统一的动力学过程［1］。乌石凹陷所在的北部湾盆地位于南海海盆，同时受欧亚板块、印支板块和太平洋板块三者共同影响，在地质发展史上，先后受到特提斯构造域和古太平洋构造域发展演化的制约［2-3］，在构造上具有更复杂的特点；同时具有东部滨太平洋构造域和特提斯—喜马拉雅构造域的特点。北部湾盆地紧邻哀牢山—红河断裂体系，盆地发育必定受走滑带的控制，哀牢山—红河断裂体系的发育与演化是北部湾盆地发育最直接的控制因素［4］。研究区不同类型断裂的分布规律吻合于哀牢山—红河断裂左旋走滑的区域应力场。

前人的研究成果及区域应力背景资料表明：古近纪以来，南海扩张及地幔上涌产生的水平伸展和印支板块与欧亚板块俯冲产生的南西—北东向的斜向挤压、走滑是中国南海地区构造变形的主要动力源［5-6］。受此影响，中国南海地区形成了北东向和北西向展布的两组大型断裂，这两个方向的断裂共同构成了中国南海地区的共轭剪切破裂系统。基于哀牢山—红河断裂左旋到右旋的转变、拉张作用与走滑作用强弱的转变、地幔上涌水平拉张到热沉降的转变，可将研究区新生代盆地演化划分为4个时期（图4）。

图4　乌石凹陷古近纪—新近纪各时期盆地结构模式图

1）早始新世—中始新世（E2l3～E2l2）：强拉张断陷期

2）晚始新世—早渐新世（E2l1～E3w3）：强拉张—弱走滑断陷期

该时期哀牢山—红河断裂带走滑作用开始增强，再加上因地幔上涌产生的强水平拉张作用，在这一动力学背景下，研究区形成了北东东向右旋走滑断裂，如6号断层、7号断层以及北西向左旋走滑的共轭走滑体系。

3）中渐新世—晚渐新世（E3w2～E3w1）：强走滑—弱拉张断陷期

该时期，研究区的整体应力场特征与晚始新世相似，但走滑剪切应力逐渐增强，而拉张应力逐渐变弱，强剪切与弱拉张共同作用，使整个继承性发育前期断裂体系，但活动强度有差异，北北东的6号断层、F6等断层的垂向活动强烈，7号断层、F3断层垂向活动性相对较弱。

4）早中新世（N1x）：弱走滑—坳陷沉降期

进入新近纪，哀牢山—红河断裂带走滑作用强度减弱，再加上古近纪裂陷之后的热沉降效应，导致区域整体坳陷，乌石凹陷内广泛发育海相沉积。

综上所述，研究区构造演化受控于哀牢山—红河断裂走滑与南海扩张和地幔上涌产生的拉张叠置的区域应力背景，依据活动时期和强度可以划分为强拉张作用阶段、强拉张弱走滑作用阶段、弱拉张强走滑作用阶段和坳陷作用阶段4个不同的演化阶段，各演化阶段分别控制了盆地的物质充填与沉积结构，从而也决定了油气成藏的物质基础。

2　断裂活动对油气成藏的影响

断层在油气运聚与成藏中的作用具有双重性，其既可为油气由深部向浅部运移提供快捷通道，又可为油气聚集成藏提供封堵条件。油气运移期已经停止活动的断层，尤其是长时间停止活动的断层，在大多数情况下，油气沿断层垂向运移往往不活跃。相反，在油气排烃关键时刻仍然活动强烈的断层，在垂向上具有开启性，对早期形成的油气藏具有较大的破坏作用，使油气沿断层自下而上发生二次或多次运移，并在浅层圈闭中聚集起来形成油气藏［7-10］。基于上述原理对研究区主要断层各时期的活动强度与研究区烃源岩生排烃史及生排烃强度进行了对比分析（图5）。分析认为各主要断裂的主要活动时间为始新世—渐新世，中中新世以后基本停止活动，而凹陷排烃高峰在新近纪早中新世以后，而此时多数断裂活动较弱或者已经停止活动，对油气的垂向疏导作用比较有限。

图5　乌石凹陷主要断裂与排烃强度匹配关系图

乌石凹陷主力生烃层为流二段顶部和底部两套中深湖相优质烃源岩，目前已发现主力含油层系为流二段中部、流三段、流一段，含油层系均具有与烃源岩直接接触的特点，表明油气可以不经过断层而直接运移。流三段地层沉积时期，乌石凹陷处于初始裂陷阶段，水体浅，凹陷内广泛发育扇三角洲沉积，储层总厚度大、粒度粗，其直接位于流二段底部烃源岩之下，油气自上向下运移，然后沿三角洲砂体侧向疏导；流二段中部地层沉积时期，乌石凹陷发生区域性湖退，在凹陷内广泛发育三角洲沉积，位于流二段顶、底两套生油岩之间，油气自上向下、自下向上均可运移，然后沿砂体侧向向高部位运移。流一段地层沉积时期，乌石凹陷发生区域性湖退，凹陷内水体变浅，隆起区物源充足，广泛发育三角洲沉积，该套三角洲储层直接位于流二段顶部生油岩之上，油气自下向上疏导，然后沿砂体侧向继续向高部位运移。乌石凹陷近30年的勘探成果揭示油气侧向运移规模要大于断层垂向运移（图6）。

图6　乌石凹陷油气运聚成藏模式示意图

乌石凹陷油气运移可以总结为横向运移为主+垂向有限调节的成藏模式，流沙港组二、三段直接与成熟烃源岩接触，是最有利的成藏层系。中央反转断鼻带为长期继承性发育的正向构造单元，具备汇油的大构造背景，且流二、三段发育大型三角洲储集体，砂岩发育，侧向疏导条件优越，为油气最有利的成藏位置。

3　结论

1）受哀牢山—红河断裂活动、太平洋板块俯冲碰撞、深部地幔上涌等动力学机制的联合控制，研究区内发育3种基本类型断裂体系：走滑断裂、拉张—走滑断裂和拉张断裂。

2）依据研究区所受区域应力场以及地幔上涌水平的转变，将乌石凹陷盆地演化划分为4个阶段：早始新世—中始新世（E2l3～E2l2）的强拉张断陷期、晚始新世—早渐新世（E2l1～E3w3）的强拉张—弱走滑断陷期、中渐新世—晚渐新世（E3w2～E3w1）的强走滑—弱拉张断陷期和早中新世（N1x）的弱走滑—坳陷沉降期。

3）乌石凹陷具有横向运移为主+垂向有限调节的成藏模式。流沙港组二、三段直接与成熟烃源岩接触，是最有利的成藏层系；中央反转断鼻带流二、三段发育大型三角洲储集体，砂岩发育，侧向疏导条件优越，为油气最有利的成藏位置。

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（编辑：卢栎羽）

文献标识码：B

文章编号：2095-1132（2016）02-0017-05

doi：10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 02. 005

作者简介：徐雪丰（1984-），满族，工程师，从事石油勘探工作。E-mail：xuxf3@cnooc.com.cn。