涠西南凹陷流沙港组二段至一段构造特征及其对沉积的控制作用

刘一鸣， 胡 林， 张 强， 吴智平， 颜世永， 张 毅， 平明明，张 勐， 郭甜甜， 陈明明

( 1. 中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2. 中海石油(中国)有限公司 湛江分公司，广东 湛江 524057 )

0 引言

盆地沉积充填受诸多因素控制，如构造、气候、物源供给和湖平面变化等，其中构造是最主要控制因素[1-5]。构造控制盆地的古地貌形态，决定物源区分布范围、沉积物运移路径、沉积体系类型及展布等，进而控制盆地沉积充填特征[6-12]。涠西南凹陷位于北部湾盆地西北部，为盆地内重要富油凹陷。涠西南凹陷整体表现为复式半地堑，古近纪构造演化可分为裂陷期(长流组—涠洲组三段沉积期)和断拗转换期(涠洲组二段至一段沉积期)，其中裂陷期又分为裂陷Ⅰ幕(长流组—流沙港组二段沉积期) 和裂陷Ⅱ幕(流沙港组一段—涠洲组三段沉积期)[13]。涠西南凹陷流沙港组二段上、下发育两套不同期次、不同方向的断裂，其中上部地震反射层中断裂方向主要为82°～84°，下部地震反射层中断裂方向为72°～73°，反映研究区经历古新世—中始新世和晚始新世—渐新世末两期构造运动[14-15]；流沙港组二段和一段底界为三级层序界面，在岩性与测井曲线上具有明显突变特征，在地震剖面上特征表现不明显，其中流沙港组二段发育两个三级层序，流沙港组一段发育一个三级层序[16]；涠西南凹陷流沙港组二段是盆地内主要烃源岩层，发育巨厚的暗色泥岩、页岩，上覆流沙港组一段发育大量浊积扇、扇三角洲、三角洲、湖底扇等类型的沉积砂体，从而成为油气运移与聚集的有利部位[17-22]。

目前，主要对涠西南凹陷内单一构造或沉积进行研究，缺乏对研究区 “构造—沉积”耦合关系的研究。研究区流沙港组二段至一段沉积期构造特征发生明显转变，有关构造转变对研究区沉积充填影响的研究较少。笔者利用测井、地震等资料，分析涠西南凹陷流沙港组二段至一段断裂体系发育和盆地构造格局特征，明确研究区流沙港组二段至一段的构造特征，结合沉积相带展布，研究研究区构造对沉积充填的控制作用。

1 区域地质概况

涠西南凹陷为北部湾盆地北部坳陷的一个重要次级构造单元，整体表现为北西断、南东超、呈NEE向展布的典型新生代箕状断陷盆地；北侧为粤桂隆起区，东侧与企西隆起相邻，南侧为涠西南低凸起与海中凹陷，面积约为3 000 km2(见图1)。涠西南凹陷主要受NE-NEE向涠西南断裂、1号断裂控制，其中涠西南断裂控制古新世长流组的发育，1号断裂在始新世取代涠西南断裂而控制流沙港组的发育，研究区发育A、B、C、D、E、F、G和H洼等次级洼陷(见图1(a))。研究区古近系与新近系之间发育明显区域性破裂不整合，下部古近纪属于裂陷阶段，上部新近纪属于拗陷阶段。研究区古近系自下而上发育长流组(Ec)、流沙港组(流沙港组三段El3、二段El2和一段El1)和涠洲组(涠洲组三段Ew3、二段Ew2和一段Ew1)，其中长流组—涠洲组三段沉积期为裂陷阶段，涠洲组二段至一段沉积期为断拗转换阶段[13](见图1(b))。

图1 涠西南凹陷构造单元及古近纪地层划分Fig.1 Tectonic units and Paleogene stratigraphic classification in Weixi'nan sag

2 构造特征

2.1 断裂发育特征

利用高精度三维地震资料，对涠西南凹陷断裂进行识别与解释，分别绘制流沙港组二段和一段同沉积断裂图(见图2-3)。流沙港组二段沉积期，研究区构造活动强度达到古近纪最大，主要发育大量NE、NE-NEE向断裂，局部区域发育少量近EW向断裂，形成研究区最重要的烃源岩层。研究区主要受NE-NEE向1号边界断裂控制，在剖面上表现为高角度铲式、坡坪式正断层，断距巨大，最大断距超过1.690 km(见图4(a))，控制凹陷内A和D洼的发育。2号断裂位于凹陷内部，在剖面上主要表现为高角度板式、铲式形态，断距大，最大断距可达0.331 km(见图4(b))；在平面上表现为相对连续的NEE向断裂线状排列，主要控制凹陷内B、C和G洼的发育，且对凹陷内次级洼陷起一定分隔作用。3号断裂为海中凹陷控凹边界断裂，主要控制海中凹陷发育且分隔涠西南凹陷，在剖面上表现为高角度铲式正断层，断距较大；在平面上表现为弧形，且延伸距离长(见图2、图3(a))。

流沙港组一段沉积期，研究区构造活动强度明显减弱，主要发育较多的近EW向断裂及少量的NE-NEE向断裂，控制研究区重要烃源岩层发育。研究区受NE-NEE向1号边界断裂控制，在剖面上主要表现为板式或铲式，断距明显较流沙港组二段沉积期的更小，最大断距为0.460 km(见图4(a))，控制凹陷内A和D洼的发育。2号断裂在剖面上表现为坡坪式、铲式特征，在浅部与次级断裂组合形成似花状、多级“y”型，断距明显减小，最大断距为0.180 km(见图4(b))，在平面上表现为大量小型的近EW向左阶雁列式断裂，主要控制凹陷内B、C和G洼的发育，且逐渐连通A和D洼。3号断裂在剖面上以高角度铲式正断层为主，但断距减小，且平面上的延伸距离也明显减小，继续分隔涠西南凹陷且控制海中凹陷发育(见图2、图3(b))。

图2 涠西南凹陷断裂剖面特征(剖面位置见图1)Fig.2 Profile characteristics of faults in Weixi'nan sag(section position as shown in fig.1)

图3 涠西南凹陷流沙港组二段和一段同沉积断裂Fig.3 Map of syn-depositional faults during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

2.2 构造格局特征

根据高精度三维地震解释，运用构造趋势外延法恢复涠西南凹陷各时期地层剥蚀厚度，利用研究区内典型的22口单井进行古压实校正，恢复原始古地貌形态，最终反映研究区流沙港组二段和一段沉积期的盆地构造格局(见图5)。

流沙港组二段沉积期，研究区构造活动强烈，沉降速率明显大于沉积速率，沉积水体快速上升，沉积范围广，沉积水体深。NE-NEE向1号断裂作为主控断裂控制整体构造格局，研究区表现为北西断、南东超、呈NEE向展布的典型箕状断陷盆地，从而在研究区北部和南部分别形成高角度陡坡带及低角度缓坡带，洼陷最深可达2.200 km。 2号断裂表现为相对连续的大型NEE向断裂，分隔凹陷几个次级洼陷，控制凹陷中央洼陷带的发育。3号断裂作为边界断裂而分隔两个凹陷，控制海中凹陷陡坡带发育。涠西南低凸起在该时期处于水下并接受沉积，研究区物源主要来自于北部的粤桂隆起和东部的企西隆起(见图5(a))。

图4 涠西南凹陷流沙港组二段和一段主干断裂流断距分布Fig.4 Map of main fault offsets during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

图5 涠西南凹陷流沙港组二段和一段沉积期古地貌Fig.5 Paleogeomorphic characteristics during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

流沙港组一段沉积期，研究区构造活动明显减弱，沉降速率略大于沉积速率，沉积范围、沉积水体深度较流沙港组二段沉积期的更小、更浅。NE-NEE向1号断裂控制研究区整体构造格局，但研究区北部陡坡带和南部缓坡带地形较流沙港组二段沉积期的明显变缓，洼陷最深可达0.700 km。2号断裂由原来相对连续的NEE向大型断裂转变为多条小型近EW向雁列式断裂，邻近EW向小型断裂相互作用，在中央洼陷带形成一系列构造转换带，从而对洼陷带沉积物搬运方向具有明显控制作用。3号断裂作为边界断裂而分隔海中凹陷，同时控制海中凹陷陡坡带发育，坡度较流沙港组二段沉积期的明显更小。涠西南低凸起在该时期局部出露水面而遭受剥蚀，研究区物源以北部的粤桂隆起和东部的企西隆起为主(见图5(b))。

流沙港组二段至一段沉积期，研究区断裂方向、数量、规模、强度发生明显变化，影响整体构造格局，反映研究区在不同时期构造特征存在明显差异，与区域应力场的变化密切相关；断裂方向由NE、NEE向转变为近EW向，尤其是2号断裂由相对连续的大型NEE向断裂转变为多条小型的近EW向雁列式，说明研究区应力场方向发生转变，由早期的NW-SE向拉张转变为晚期的近S-N向拉张；整个北部湾盆地受太平洋板块俯冲由NNW向转变为NWW向、印度—澳大利亚板块与欧亚板块由软碰撞转变为硬碰撞影响，整个北部湾盆地的主应力场由NW-SE向转变为近S-N向，最终导致研究区主应力场发生顺时针的转变[23-27]。因此，研究区流沙港组二段至一段沉积期构造特征差异，与太平洋板块俯冲方向由NNW向转变为NWW向、印度—澳大利亚板块与欧亚板块由软碰撞转变为硬碰撞密切相关。

3 沉积充填特征

3.1 沉积相类型及特征

利用研究区测井、地震等资料，在涠西南凹陷流沙港组二段和一段共识别6种沉积相类型：近岸水下扇、扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖底扇和湖相。

近岸水下扇在地震剖面上为中弱振幅、低连续，多为逐渐收敛的楔状，内部主要为低角度发散结构；测井曲线为较高幅度的齿化特征；岩性主要为厚层的砂砾岩夹泥岩(见图6(a)、图7(a))。扇三角洲在地震剖面上为中弱振幅、中低连续，呈明显楔状杂乱反射，具有典型前积反射特征，内部为斜交型前积结构；测井曲线为高幅度齿化漏斗状；岩性主要为中厚层砂砾岩、砂岩夹泥岩(见图6(b)、图7(b))。辫状河三角洲在地震剖面上为中低振幅、中连续，具有明显“S”型前积反射特征；测井曲线为低幅度齿化漏斗状；岩性主要为中厚层含砾砂岩夹泥岩(见图6(c)、图7(c))。曲流河三角洲在地震剖面上为中低振幅、中连续，具有明显S型前积反射特征；测井曲线为低幅度齿化漏斗状；岩性主要为中薄层细砂岩夹泥岩(见图6(d)、图7(d))。湖底扇在地震剖面上为中振幅、中低连续，具有明显双下超反射特征；测井曲线为低幅度齿化特征；岩性主要为中薄层砂砾岩、砂岩夹薄层泥岩(见图6(e)、图7(e))。湖相包括滨浅湖亚相与半深湖亚相，其中半深湖亚相在地震剖面上为低振幅、高连续，具有明显平行反射特征；自然电位曲线位于泥岩基线处，伽马曲线表现高值特征；岩性主要为巨厚的泥岩、页岩(见图6(f)、图7(f))。

图6 涠西南凹陷流沙港组二段和一段沉积相地震响应特征Fig.6 Seismic reflection characteristics of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

图7 涠西南凹陷流沙港组二段和一段沉积相测井响应特征Fig.7 Well logging characteristics of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

3.2 沉积相带展布特征

流沙港组二段沉积期，研究区构造活动强烈，沉积水体快速上升，发育大面积的半深湖—深湖亚相沉积，在凹陷陡坡处发育较多快速完全没入水体堆积的近岸水下扇。其物源来自北部的粤桂隆起，缓坡发育大量辫状河三角洲，洼陷内发育较多的湖底扇(见图8(a))。

图8 涠西南凹陷流沙港组二段和一段沉积相Fig.8 Map of sedimentary facies during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depostional period in Weixi'nan sag

流沙港组一段沉积期，研究区构造活动强度明显减弱，但沉积水体较深，主要发育湖相沉积，在各次级洼陷内以半深湖—深湖亚相沉积为主。同时，研究区凹陷内发育大量沉积扇体，在凹陷长轴方向发育大型辫状河三角洲与曲流河三角洲，其中南部大型曲流河三角洲的物源来自粤桂隆起，北部辫状河三角洲物源来自企西隆起；在凹陷短轴的陡坡处主要发育大型扇三角洲和少量近岸水下扇，缓坡带为较大型辫状河三角洲，洼陷内发育较多湖底扇(见图8(b))。

4 构造对沉积充填的控制作用

4.1 断裂体系

研究区边界控盆1号断裂在流沙港组二段至一段沉积期表现为NE-NEE向，断层活动强度和沉积充填特征发生明显改变。流沙港组二段沉积期，边界控盆1号断裂活动强烈，盆地可容纳空间迅速增大，断裂下盘发育一系列近岸快速堆积的近岸水下扇沉积，研究区整体发育大面积的半深湖—深湖亚相沉积(见图8(a))。流沙港组一段沉积期，边界控盆1号断裂活动明显减弱，盆地可容纳空间较流沙港组二段沉积期的明显更小，断裂下盘发育大量快速堆积的扇三角洲及少量近岸水下扇沉积，且研究区半深湖—深湖亚相沉积面积明显减小(见图8(b))。

研究区2号断裂在流沙港组二段至一段沉积期发生明显转变，由早期相对连续的NEE向大型断裂转变为多条小型的近EW向雁列式断裂，中央洼陷带内发育多个近EW向的构造转换带，作为沉积物的搬运通道而控制中央洼陷内的沉积物搬运。研究区北部陡坡带的大型扇三角洲发生滑塌时形成的沉积物，沿洼陷内的构造转换带运移至洼陷深处，2号断裂下降盘发育一系列的湖底扇，且湖底扇的发育位置与构造转换带具有良好的对应关系，体现断裂体系对沉积充填的控制作用(见图9)。沿凹陷长轴方向和南部缓坡带发育的辫状河三角洲、曲流河三角洲扇体沉积延伸至洼陷内，受构造活动作用影响而发生滑塌，在2号断裂下降盘堆积并形成湖底扇，因此研究区流沙港组一段2号断裂下降盘处的湖底扇沉积可能具有多个物源。

图9 涠西南凹陷流沙港组一段2号断裂古地貌形态与湖底扇分布匹配关系Fig.9 Matching relationships between paleogeomorphic characteristics and distributions of sublacustrine fan along No.2 fault of Liushagang-1 member in Weixi'nan sag

4.2 构造格局

流沙港组二段沉积期，研究区主要以NE、NEE向断裂为主控断裂，构造活动强烈，盆地可容纳空间快速增大，沉积水体快速上升，涠西南低凸起成为水下低凸起而接受沉积，物源主要来自粤桂隆起和企西隆起。主要发育大面积的半深湖亚相沉积，北部陡坡带发育较多快速堆积的近岸水下扇，南部缓坡带地形较缓而发育较多辫状河三角洲，中央洼陷带发育较多的湖底扇沉积，主要分布于2号断裂周边，但规律性不明显(见图10(a))。

流沙港组一段沉积期，研究区主控NE、NEE向断裂活动性减弱，近EW向断裂开始大量发育，构造活动较强，盆地可容纳空间较流沙港组二段沉积期的明显更小，且沉积水体较流沙港组二段沉积期的更浅，涠西南低凸起出露水面而遭受剥蚀，物源主要来自粤桂隆起和企西隆起。以湖相沉积为主，但发育大量沉积扇体，沿凹陷长轴方向发育大型辫状河三角洲与曲流河三角洲；沿凹陷短轴的北部陡坡带以扇三角洲、近岸水下扇沉积发育为主，南部缓坡带为大型辫状河三角洲，中央洼陷内发育较多湖底扇，主要位于2号断裂下降盘，且与2号断裂转变形成的构造转换带具有良好的对应关系(见图10(b))。

图10 涠西南凹陷流沙港组二段和一段沉积期沉积充填模式Fig.10 Models of sedimentary fill during Liushagang-2 member and Liushagang-1 member depositional period in Weixi'nan sag

5 结论

(1)涠西南凹陷流沙港组二段沉积期主要受NE-NEE向1号断裂控制，2号断裂表现为相对连续的NEE向大型断裂，且研究区发育大量NE、NE-NEE向次级断裂；流沙港组一段沉积期，受NE-NEE向1号断裂控制，2号断裂表现为大量小型的近EW向雁列式断裂，研究区次级断裂数量明显减少，断裂方向也主要为近EW向。流沙港组二段至一段沉积期，研究区构造转变，与太平洋板块俯冲方向由NNW向转变为NWW向、印度—澳大利亚板块与欧亚板块由软碰撞转变为硬碰撞密切相关。

(2)受断裂体系转变影响，流沙港组二段至一段沉积期，涠西南凹陷构造格局发生明显变化，表现为北西断、南东超、呈NEE向展布的典型箕状断陷盆地，但流沙港组二段沉积期盆地沉积水体、沉积范围较流沙港组一段沉积期的明显更深、更广，且2号断裂转变使洼陷发育多个近EW向的构造转换带，对盆地内沉积物搬运和迁移方向具有重要影响。

(3)流沙港组二段至一段沉积期，涠西南凹陷沉积充填特征发生明显变化，其中2号断裂转变形成的构造转换带对洼陷的湖底扇展布具有明显控制作用，构造格局转变使研究区半深湖亚相沉积范围明显减小，扇体沉积范围明显增加。