南海珠江口盆地走滑构造与油气成藏机制

陆蕾蕾 , 姜素华 *, 索艳慧 , 王鹏程 , 汪 刚 ,姜 衍 , 刘 博 , 郭玲莉 , 朱俊江 , 李三忠 *

(1.深海圈层与地球系统教育部前沿科学中心, 海底科学与探测技术教育部重点实验室, 中国海洋大学 海洋地球科学学院, 山东 青岛 266100; 2.青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室, 山东 青岛 266100)

0 引 言

南海海盆为太平洋板块、欧亚板块和印度-澳大利亚板块相互作用形成的边缘海, 且在南海海盆北部陆缘发育一系列新生代走滑拉分盆地群(李三忠等, 2012a)。珠江口盆地作为南海海盆北部主要盆地之一, 较好地保留了南海陆缘裂解到扩张过程的构造变形、沉积地层记录, 由于其特殊的大地构造位置及丰富的油气资源, 一直为热点研究区。前人对珠江口盆地的结构、构造样式、裂陷特征和形成机制等开展了大量研究, 并形成相对统一的认识(李平鲁等, 1989; 姚伯初, 1993; 任建业和李思田, 2002;孙珍等, 2005; 谢文彦等, 2007; 张功成, 2010; 任建业和雷超, 2011; 于水明, 2012; 能源, 2013; 陈建军等, 2015; 解习农等, 2015), 但对盆地主控断层、成盆动力来源等问题尚存争论(李思田和林畅松, 1998;周蒂等, 2002, 2005), 尤其是该盆地的成盆机制与走滑构造的时空组合关系及控盆构造与油气成藏关系并不明确。在南海北部, 走滑拉分作用表现十分突出, 但由于构造解释的复杂性, 其被传统模型束缚和忽略。走滑拉分作用可形成复杂的构造系统(王鹏程等, 2017;汪刚等, 2019), 是构造地质学研究的前沿问题之一,尤其是可以形成重要的油气圈闭, 与油气形成的关系十分密切, 在油气勘探中具有重要意义。因此, 本次针对南海北缘走滑构造与油气成藏机制进行研究。

传统观点认为, 珠江口盆地是NW-SE 向正常伸展背景下的裂陷盆地(焦养泉和李思田, 1997; 施和生等, 2009; 刘志峰等, 2013), 但也有学者提出是走滑拉分和裂陷共同作用的结果(能源等, 2011; 张远泽等, 2019)。近年来, 通过对渤海、南海和东亚陆缘区域的构造研究(石耀霖和王其允, 1993; 李三忠等,2010, 2013; 姜素华等, 2019; Li et al., 2019), 进一步认识到许多大型走滑带对盆地(包括南海海盆)的形成起主导控制作用。南海盆地形成演化也可以用走滑带的“拉分”模型给予很好地解释(李三忠等, 2012a)。这种新认识对解释盆地的构造演化、沉积特征乃至油气的成藏都具有重要作用。本文利用研究区详细的地质-地球物理资料, 在重磁识别走滑断层的基础上, 开展南海北部珠江口盆地走滑构造特征与油气的成藏关系研究; 通过精细地震剖面的构造解析和盆地结构特征, 划分不同伸展走滑断裂系统; 通过详细分析剖面-平面组合的几何学、运动学特征, 确定构造演化序列, 从而探讨变化的统一应力场下盆地构造差异性的主要成因, 以及走滑拉分构造与油气的成藏关系。

图1 珠江口盆地构造单元和断裂体系分布(修改自王鹏程等, 2017)Fig.1 Tectonic units and fault system of the Pearl River Mouth Basin

1 区域地质背景

1.1 走滑构造格局和形成背景

珠江口盆地是位于南海北部陆缘的中新生代叠合盆地(Clift and Lin, 2001; Zhang et al., 2016; 张功成等, 2017; Ding et al., 2018; Lei et al., 2018), 主要由北部隆起带、北部坳陷带(珠一坳陷和珠三坳陷)、中央隆起带(神狐隆起、番禺低隆起和东沙隆起)、南部坳陷带(珠二坳陷)和南部隆起带5 个构造单元组成(图1)。南海北部前中生代经历了印支期华南地块与印支地块的碰撞缝合、燕山期古太平洋板块向欧亚板块的俯冲等复杂构造演化(李三忠等, 2012a,2012b, 2012c; 姜素华等, 2017; Li et al., 2018; Suo et al., 2019), 形成海南岛中部近E-W 向印支期滇琼缝合带(刘海龄等, 2006; Cai and Zhang, 2009), 中生代则发育NE 向为主的压剪性断裂系(陈汉宗等, 2005;周蒂等, 2006)。伴随新生代(32.0～15.5 Ma)南海海盆的扩张, 南海北部演化为张裂减薄型被动大陆边缘(Briais et al., 1993; Barckhausen and Roeser, 2014; Jiang et al., 2016)(图1)。

在此构造背景下, 南海北部海域新生代盆地结构存在着很大的相似性: NNE-NE 向控盆断裂, 近EW-NEE 向控坳断层, 地堑、半地堑的断陷结构, “东西分带、南北分块”的构造格局等都具有自西向东变新的宏观构造迁移规律。沉积地层中相同性质层序形成时间表现为自西向东逐渐变晚趋势(詹文欢和刘以宣, 1995; Barckhausen and Roeser, 2004; Yeh et al., 2010); 沉积沉降中心也表现为自西向东迁移,盆地主要沉降发生时段和快速沉降期发生的时间自西向东逐渐变晚(程世秀等, 2012); 构造变形迁移表现为断裂形成时间和切割地层时代自西向东逐步变晚(Wang et al., 2019)。北部盆地群在新生代经历了神狐、南海、白云、东沙等多期构造运动, 形成了复杂的角度不整合, 盆地群轴向呈NE-NEE 向, 为棋盘格式、隆-坳相间的格局。

珠江口盆地总体展布方向与右行控盆断裂斜交,由“三隆两坳”组成, 最北部为北部隆起带; 其南部为北部坳陷带总体为受NEE 向控凹断层控制, 而形成箕状断陷, 其中, 更次级单元(三级)断陷总体受晚期NWW 向断裂改造, 轴向为NWW 向, 与盆地总体走向不一致; 再往南的中央隆起带3 个隆起之间被NNE 向基底断层所分割。

1.2 拉分成盆模式

在南海海盆打开之前, 南海北部大陆边缘 NE向右行右阶和NW-NWW 向断裂左行左阶走滑断裂体系控制了南海北部拉分盆地群的形成(Wang et al.,2019)。NE 向张扭断裂体系在古近纪“西进东退”的构造背景下, 不断向东迁移。研究区东部新生代太平洋板块向欧亚板块俯冲过程中, 俯冲方向发生了多次改变, 形成了多幕弧后裂解作用(Maruyama and Okamoto, 2007; 李三忠等, 2013; 赵斐宇等, 2017)。同期, 研究区西部印度-澳大利亚板块向北漂移, 进而与欧亚板块碰撞(Torsvik et al., 2008)。在东、西两个巨型汇聚体系影响下, 东亚大陆边缘出现了强烈的NE 向右行张扭应力场(周蒂等, 2002; 李三忠等,2012c; Lei and Ren, 2016), 在该应力场下, 南海北部大陆边缘经历了强烈的岩石圈减薄, 发育了包括珠江口盆地在内的众多陆缘裂解盆地(李三忠等, 2012c; 索艳慧等, 2017)。

通过对NW 向阳江-一统走滑断裂带的几何学和运动学特征分析, 以及活动强度和活动时期的厘定, 结合珠江口盆地构造和沉积证据(Wei and Chung et al., 1995; 王霄飞等, 2014; 王鹏程等, 2017;汪刚等, 2019), 认为NW 向断裂体系是南海北部盆地演化晚期的控盆凹断裂。南海北部裂陷期发育左行和右行两期走滑运动, 由于中生代NE 向和NW向的双逆冲体系中NE 向逆断层发育较晚, 因此在49～43 Ma 期间, 太平洋板块NWW 斜向俯冲产生的拉张应力场下, 早期NE 向断裂更加易于活化, 在这个时期珠江口盆地主要受控于东部太平洋板块俯冲动力体系, 派生出右行走滑分量, NE 向断裂体系右行右阶拉分(索艳慧等, 2012, 2017; Wang et al.,2019), 控制了珠江口盆地的初始裂陷形态(图2a)。NE 向断裂体系规模较大, 活动时间早, 但却不是盆地后期演化的控盆断裂。而后期NW 向断裂体系活动持续时间更长、活动强度更大, 且具有多期发育特征, 叠合于先前的右行右阶拉分构造之上, 珠江口盆地继续左行左阶拉分成盆(索艳慧等, 2012; Liu et al., 2016)(图2b)。NW 向断裂体系发生于中生代,且几乎贯穿于整个新生代珠江口盆地的演化过程(图2), 正是这种走滑, 将珠江口盆地的构造形态进一步复杂化。

图2 珠江口盆地成盆阶段Fig.2 Basin formation stages of the Pearl River Mouth Basin

2 走滑构造识别

2.1 重磁资料识别

2.1.1 重力异常特征

布格重力异常3 阶逼近场表明, NEE 向重力异常条带被NE 向与NW 向走滑断裂错断, 且该异常变化错断地带与该区的NE 向断裂展布特征相吻合;NW 向阳江-一统走滑断裂带的北段大致位于局部重力异常梯度带上, 两侧的重力异常变化幅度在115～200 mGal 之间; 在中央隆起带断裂南、北两段,也表现出重力异常的变化, 很好地体现了珠江口盆地南北分块的特征。此外, 珠江口盆地北边界为一条低重力异常梯度带, 南边界为一条高重力异常梯度带, 异常场总体呈NEE 向展布, 与NEE 向展布的次级断裂一致。重力异常梯度在南段保持平稳, 在北段两侧表现为等值线的不连续, 重力梯度峰值带发生明显改变。这些断裂基本沿着重力3 阶逼近场的重力梯度带展布, 逼近场重力值由南向北逐渐降低(图3)。

图3 珠江口盆地布格重力异常3 阶逼近场Fig.3 Third-order approximation field of Bouguer gravity anomaly in the Pearl River Mouth Basin

而布格重力异常的3 阶细节场更能反映珠江口盆地东西分带性, 细节场重力异常分区与NW 向断裂展布相吻合, 其中, 阳江-一统断裂位于一条串珠状异常带上, 两侧NE 向分布的线性异常发生走滑错断, 两侧重力异常变化幅度在−15～+15 mGal 之间。断裂两侧具有显著的重力异常特征差异, 重力异常在断裂以东大范围地区呈现正值, 以西则大多表现为负值(图4)。与逼近场类似, 珠江口盆地内部的细节场呈NEE 向线性分布, 与盆地内部的NEE 向断裂展布方向一致, 且与南北两侧NW 向线性展布的细节场的分界明显。中央隆起带表现出区别于其他地区的明显低绝对值异常, 且等值线分布稀疏,而往南北两侧等值线则趋向于密集。

综上所述, 南海北部NE-SW 向中生代俯冲增生带明显被一系列NW 向左旋走滑断层截断, 呈左行雁列式排列, 一些剖面揭示相关花状构造只发育于基底中, 即Tg之下。因此可以推测, NW 向阳江-一统断裂可能在中生代就开始发育, 并不是一条单一的断层, 而是一条多期间断性活动的复杂断裂带, 该断裂带的产生和演化与太平洋板块向西斜向俯冲密切相关。阳江-一统断裂带早期调节着NE 走向逆冲断裂体系, 在珠江口盆地表现为一组近似平行的NW 向断层; 但新生代后期可能发生了显著的再活化, 因此又错断了NE 向古近纪的走滑控盆断层, 该断裂带往东依次是北卫滩断裂和陆丰断裂等, 这些NW 向断裂甚至有可能延伸到南海南部。 在加里曼丹岛陆上可以观测到NW 向断裂(其中比较典型为廷贾断裂)与残留在岩石圈深部的中生代俯冲和走滑作用线性构造相关。

2.1.2 磁异常特征

磁异常除了对构造格局有很好的体现, 还对岩浆分布有很好的识别作用。在珠江口盆地磁异常特征上, 隆起区主要为负异常区, 而坳陷则主要表现为正异常区(图5)。此外, NEE、NW 向异常梯度带与该区的NEE、NW 向断裂吻合良好, 阳江-一统断裂带位于局部磁异常梯度带上, 将NE 向展布的磁异常条带错断, 表现出左行剪切走滑性质, 这一线性特征和珠江口盆地浅部岩石圈的凹陷边界一致,因而, 推测盆地深部NE 向和NW 相的共轭断裂体系控制着盆地“南北分块、东西分带”的构造特征。从图5 中可以看出, 阳江-一统断裂带两侧磁场数值存在差别, 同时错切磁异常梯度带, 表明阳江-一统断裂带的切割深度较大, 可能为岩石圈尺度的断裂(夏玲燕等, 2018)。断裂带东侧为相对高绝对值磁异常带, 以正磁异常居多; 西侧为低绝对值磁异常区,以负磁异常居多。断裂带两侧不同磁场特征反映两侧基底性质、基底结构以及盖层沉积厚度的差异,也说明沿着该断裂带有明显的岩浆活动。

2.2 地震剖面特征

在地震剖面上, 基底内部可识别出清晰的中生代早期整体双逆冲体系, 下部为等间距 NWW 向侧向逆冲断坡结构, 为第一期逆冲的结果; 上部则呈叠瓦式NEE-NE 向正向逆冲断坪构造, 为第二期逆冲形成的构造。晚期下部逆冲体系保存相对完整,而上部逆冲体系在 NW-SE 向拉张应力作用下, 部分反转为铲形正断层控制的箕状断陷或地堑, 为第三期伸展作用(图6)。NEE 向逆冲构造体系普遍被NWW-NW 向调节构造切割且形成时间较早, 因此, NEE向先存断裂体系分段保存更完整, 断面更连续, 为主断裂, 且可能更为薄弱, 并在之后的裂陷期率先活化。

以阳江-一统隐伏走滑断裂带为例, 在断裂带附近选取4 条NE 向地震剖面(图7)。由北向南依序观察发现, 这些剖面中明显存在一条NW 向断裂带,同向和反向小断裂交替出现, 好像一条扭曲的柔软丝带, 构成走滑构造独有的典型“丝带效应”。断层倾角较陡, 多数近于直立, 剖面上呈花状或铲形, 表现为似花状构造与雁列式断层的交替出现, 据此本次研究认为属左行走滑构造模式(图8)。

图5 珠江口盆地磁异常特征Fig.5 Magnetic anomaly of the Pearl River Mouth Basin

图6 珠江口盆地阳江东凹IL7995 地震剖面揭示的多期走滑断层Fig.6 Different stages of the strike-slip faults in the eastern Yangjiang Sag, Pearl River Mouth Basin

图7 珠江口盆地阳江东凹典型走滑构造样式Fig.7 Typical strike-slip structural styles of the eastern Yangjiang Sag in the Pearl River Mouth Basin

图8 隐伏断裂带左行走滑模式Fig.8 Left-lateral strike-slip faulting of the blind fault zone

从这些地震剖面上可划分出深、浅两套断裂体系,部分地区的主走滑断裂消亡端和早期断裂激活部位近于重合, 珠江口盆地NW 向主断裂切割基底, 向沉积盖层拓展过程中应变传递给次级断裂, NW 向和NWW 向断裂的大量出现, 用于调节沉积盖层中的应变, 在剖面上表现为花状构造。据此推测, 阳江-一统断裂带运动活化可能具多期性, 导致走滑主界面断续。主走滑面连续处, 次级断裂呈羽状排列, 剖面呈多级Y 形或发育花状构造, 特别在走滑带弯曲位置表现出强走滑特征, 花状构造明显。而主走滑面不连续处或走滑断裂尾端, 则表现出一系列切割深度较浅的小断层所形成的雁列式构造, 走滑程度较弱。阳江-一统断裂带北段在剖面上所表现的这一差异性符合隐伏走滑断裂带的性质。

2.3 多幕复合特征

珠江口盆地的裂陷期可划分为三幕, 分别对应神狐运动、珠琼运动一幕以及珠琼运动二幕。根据以上对珠江口盆地总体结构和构造格架特征、断裂体系时空展布特征以及沉积-沉降中心迁移特征的分析, 利用平衡剖面方法对珠江口盆地的演化过程进行恢复, 将其划分为宽裂谷发育(又称为伸展阶段)、右行右阶走滑拉分成盆以及左行左阶走滑拉分成盆这三个阶段。

第一个阶段为伸展阶段, 此阶段南海北部陆架盆地群主要受古太平洋-太平洋洋中脊俯冲影响(Seton et al., 2012), NE 向右行走滑断裂体系与NW向左行走滑断裂体系为共轭断裂系统, 前者为珠江口盆地早期控盆断裂, 主导珠江口盆地拉分成盆,后者为中生代晚期的NW 向调节断裂的再次活化,控制了珠江口盆地的局部初始形态; 第二个阶段为右行右阶走滑拉分成盆阶段, 此阶段, 南海北部陆架盆地群主要受太平洋斜向俯冲动力系统影响, NE向右行走滑断裂体系强化发育, 主导珠江口盆地走滑拉分成盆; 第三个阶段为左行左阶走滑拉分成盆阶段, 此阶段NW 向断裂活动加强, 且活动时间长,切割了NE 向断裂体系, 控制了盆地内凹陷的发育。两种走滑拉分成盆机制叠加联合控制了珠江口盆地现今的构造格局。

3 盆地沉积充填特征

走滑拉分盆地可以发育在变化的板块构造背景之下, 其沉积环境和气候条件也千差万别。尽管存在这些明显的差别, 但是在盆地充填演化方面仍然显示出一些独特的特点。走滑拉分作用在靠近岩石圈断裂一侧强于远端区域, 对成盆有极重要的作用,并且其强度变化会直接影响到盆地内部的拉张量以及断陷的规模、深浅、继承性、结构和沉降速率等,其沉积充填演化具有以下特征。

3.1 盆地结构的不对称性

盆地结构上的不对称性是走滑型盆地的特征之一, 以阳江东凹地震剖面解析为例(图9), 阳江东凹东北部的恩平20 洼呈NEE-EW 走向, 由断裂F5和F6共同控制, 洼陷呈现南北双断结构, 南部由于岩浆活动而发育火成岩。各地层沉积期断裂活动性均衡, 层序发育齐全, 其中文三段西侧北断南超、东侧南断北超, 总体表现为地堑结构; 文二段南断北超、楔状沉积; 文一段接近坳陷结构、厚度差别不大。在恩平20 洼内, 文二段与文一段之间存在一个明显的角度不整合界面, 文二段顶部同相轴削截现象明显, 形成T81不整合面。此外, 在恩平21 洼内, 文一段-恩下段之间也存在明显的角度不整合, 表现为T80不整合面。这些不整合面的发育反映了古近纪阳江东凹东部恩平20 洼和恩平21 洼内存在多期构造运动的变革。文三段沉积期沉积中心在恩平21 洼内,而文二段沉积时期沉积中心向西迁移至恩平20洼, 表现为跷跷板样式, 指示了该时期NE 向断裂右行走滑运动特征。

图9 阳江东凹XL5980 地震剖面揭示的盆地不对称结构Fig.9 Basin asymmetry of the eastern Yangjiang Sag

3.2 盆地沉积充填的不对称性

一般情况下, 在主走滑断裂一侧会堆积巨厚的沉积物, 湖相沉积主要集中在靠近主走滑断裂的盆地轴部。从沉积体系的发育看, 在走滑断层一侧往往发育陡坡扇三角洲体系, 并常常有小型碎屑流占优势的冲积扇、湖底扇等粗粒沉积角砾岩。该相带一般呈窄长状, 向盆地轴部延伸的距离很短。总体上看, 走滑断层侧的沉积物在总充填物中所占比例较小。在拉分盆地中次级走滑边界的缓坡边缘, 沉积有更大规模的并以河流为主的高位辫状河三角洲沉积、以河流为主的冲积扇辫状河、曲流河缓坡型三角洲和三角洲沉积。这些河流为主的扇体具有较好的分选、磨圆, 粒度一般也较细, 它们在总充填物中占的比例相当大, 盆地内多数沉积物都是从这一侧进入盆地。盆地基底从正断层一侧向走滑断层一侧倾斜, 因此, 盆地的长轴及沉积中心都与缓坡边缘平行, 并朝该边缘迁移(图10)。

3.3 盆地沉降中心有明显的迁移性

走滑作用是走滑型盆地最基本的构造特征之一,由于走滑平移活动的影响, 表现为盆地的沉降中心随时间发生迁移和沉降中心轴向的改变。而且盆地主物源位于盆地的端部或侧边也会导致盆地沉降中心的迁移变化。如盆地的主物源来自盆地的一端,可以形成如图11 所示的盆地充填格架, 表现为盆地的沉降中心向离开走滑运动的方向迁移, 在上述情形下, 形成的盆地倾斜地层的厚度可能大于盆地的沉降深度。

3.4 快速沉降和幕式演化

由于走滑断层的快速滑移(普遍可以达到 1～10 cm/a), 盆地的沉降速度非常快, 甚至比一般伸展裂谷盆地的沉降速度还要快。这主要是由于走滑盆地非常狭窄, 拉伸作用期间形成的热异常可以很快地损耗散失, 从而促进了岩石圈的冷却沉降。

在盆地演化的早期阶段, 由于盆地迅速沉降,河流和其他沉积物输送系统还没有完全调整适应新的地形貌背景, 因此, 盆地发育的初期常常仅被湖水或海水注入填充。随后, 适应新的地形背景而受到改造的先存河流和新形成的河流或海底峡谷等沉积物输送系统形成, 并向盆地输送大量的沉积物。珠江口盆地的沉积速率很高, 在0.5～4 m/ka 之间。如此高的沉积速率常常可以保持与盆地沉降同步或超过盆地的沉降。走滑拉分盆地一般被冲积扇或湖相沉积体系充填, 相带窄, 且变化快。受盆地幕式走滑作用和沉降的控制, 可以产生从湖相到辫状河平原或从辫状河平原到湖相的多次变化。当然, 气候从潮湿到半干旱的变化也可以导致上述旋回。

图10 珠江口盆地恩平21 洼沉积充填的不对称性模式Fig.10 Asymmetric filling of the Enping 21 Sub-sag in the eastern Yangjiang Sag, Pearl River Mouth Basin

图11 阳江东凹IL9255 地震剖面揭示的沉积中心迁移导致洼陷块体掀斜的盆内差异抬升模式Fig.11 Differential denudation patterns in th e eas tern Yangjiang Sag caused by tilting of de pression bloc ks which caused migration of sedimentary centers

4 走滑构造与油气成藏关系

走滑拉分作用可导致盆地发育多个继承性断陷,形成多个次级富油气中心, 并且控制着构造中心的迁移和盆地内的古热流场分布及演化史; 更重要的是, 走滑拉分作用既可发育岩石圈断裂边邻走滑拉张裂陷盆地, 又可发育走滑拉分盆地, 而且这些走滑拉分盆地是中国最主要的含油气区。大型走滑断裂带也是油气富集地带, 沿线一般发育走滑盆地。走滑盆地具有沉积速度快等特点, 利于有机质的保存和优质储层的发育; 走滑断裂活动可形成雁列式、花状等一系列典型的伴生构造, 这些构造往往紧邻生油凹陷, 并且经断裂与烃源岩相通, 是良好的油气圈闭; 走滑断裂不但可以形成利于油气成藏的静态要素, 而且走滑活动还利于生油母质向油气转化、可改善储层物性、利于油气的排出和运移。

以珠江口盆地为例, 区内的油气富集与该区的走滑构造密切相关, 目前已发现的油气藏均位于走滑断层的周围(图12)。针对右行走滑拉分成因的珠江口盆地, 若不能识别或关注其走滑构造和盆地成因,则会制约盆地内走滑构造对油气的控制作用研究。

图12 珠江口盆地走滑构造与油气田分布关系(图中NW 向断裂为主断裂位置, 实际圈闭发育于新生界中的花状构造两侧次级鼻状构造中)Fig.12 Spatial relationship between strike-slip fault system and oil (gas) traps in the Pearl River Mouth Basin

一般来说, 走滑活动对油气成藏的影响主要体现在烃源岩的热演化和分布、改善储层物性、盖层的形成、有利圈闭的形成、油气的输导以及排除运移等方面。在珠江口盆地, 走滑活动主要影响了烃源岩的热演化和分布, 有利圈闭的形成和油气的输导和排出运移。

4.1 走滑活动影响烃源岩的热演化和分布

在珠江口盆地, NE 向与NW 向走滑断裂切割深度比较大, 这些断裂上面连通盖层、下面切穿基底,是壳内物质向上运移的通道, 地壳深部的能量和物质易沿着走滑断裂向上涌出。因此, 这些走滑断裂的构造活动对珠江口盆地的地温梯度和烃源岩热演化过程影响颇大, 不仅提供大量的热源, 有利于有机质向油气转化, 提高了烃源岩的热演化程度, 而且利于微生物的生长发育, 对优质烃源岩形成及成熟起重要控制作用。特别是在34 Ma 时, 应变集中带位于南海海盆初始打开的位置, 为盆地西部地壳减薄区提供额外热源, 明显地改变了盆地的成烃环境。此外, 这些走滑断裂断面较陡, 深切岩石圈地幔,是岩浆源的直接通道。岩浆的上涌可提高浅部地层的地温梯度, 为生油物质向油气转化提供动力。

4.2 走滑活动形成各种类型的有利圈闭

珠江口盆地阳江东凹晚期呈现出花状构造控藏模式(图13), 阳江东凹断鼻构造为主体圈闭, 且发育多期、多层张扭性断鼻圈闭体系。其有利圈闭形成、断裂活动、生排烃、额外岩浆热输入在时间相匹配, 即23～10 Ma 期间为成藏关键时刻。在此基础上, 晚期花状构造张扭段(NW 向)则有利于油气成藏和富集。

4.3 走滑活动影响油气的输导体系

一般来说, 在油气输导体系中, 断层是最活跃的因素。在珠江口盆地, 走滑断裂的每一次活动, 均形成大量的断层, 也就是所谓的花状构造。其主干断裂连通其他次级的或者伴生的断裂, 形成了良好的油气运移输导的通道。而NW 向走滑体系的发生几乎贯穿了整个新生代珠江口盆地的演化, 囊括了成藏关键期(23～10 Ma), 其断裂的活动和开启很大程度上利于连通深部的烃源岩和位于浅部的储集体,有利于油气从“源”到“汇”的进程。此外, 这些NW 向走滑断层不仅活动时期相当长, 而且活动期次较多,长时间的活动使得这些断层的开启性较好, 如果上部位发育盖层封堵, 那么这种下部开启, 上部封堵的断层就成为油气运移、聚集最理想的模式, 具有运聚速度快, 不易溢散的特点(图13)。

图13 珠江口盆地走滑构造输导油气模式Fig.13 Oil and gas transporta tion along strike-slip structures in the Pearl River Mouth Basin

4.4 走滑活动有利于油气的排出和运移

走滑构造使得珠江口盆地的油气具备了良好的输导条件, 由于走滑过程中的扭动力, 生油层中分散的油气被强拧驱赶运移至储层当中, 正如李四光的“拧湿毛巾”道理。特别是多期多向花状构造交接部位的凹陷中, 多期花状构造叠合具有油气泵吸效应, 有利于油气从烃源岩层向上泵吸运聚(图13)。

5 走滑模式与成藏过程

5.1 珠江口盆地的NW(NE)向走滑构造模式

珠江口盆地主要发育NW 和NE 向两组走滑断裂, 以NW 向阳江-一统断裂带为例, 该断裂位于珠江口盆地的西南部, 分割了珠一坳陷和珠三坳陷。地处在整个断裂体系的中部以及东南部, 也就是番禺低隆起和珠二坳陷区域, 雁列式构造尤为发育,尤其在珠二坳陷东南角, 雁列式同向构造以马尾状撒开。在珠三坳陷和珠一坳陷的连接区域, 断裂以多字型发育, 并形成拉分构造。此外, 在番禺低隆起局部区域, 断裂以V 型伴生, 较完整的体现了珠江口盆地的NW 向走滑构造模式(图14)。

可见, 珠江口盆地的发育情况与里德尔剪切的组合样式契合度相当高, 而里德尔剪切的断裂组合常发育于走滑断裂体系中(许顺山等, 2017), 表明珠江口盆地的演化的确与走滑构造发育密切相关。

5.2 走滑构造与盆地成藏

从世界范围来看, 走滑构造带往往是形成大型油气田的有利区带, 如美国著名的圣安德列斯走滑断层和中国东部的巨型走滑断裂——郯庐断裂带的两侧都发育了一系列的含油气盆地, 这些都说明走滑构造对含油气盆地的形成以及油气的最终成藏关系密切, 走滑作用可以是瞬时的, 也可以是长期活跃的; 既可以切至地壳深处, 也可以仅沟通浅部地层。在济阳坳陷东部, 走滑构造带与油气富集带在构造位置上也体现出了很高的一致性: 在埕东断层的两侧发现了埕东油田、老河口油田、飞雁滩油田、桩西油田和五号桩油田, 在长堤断层附近发现了长堤油田, 在孤东断层附近发现了孤东油田, 垦东断层和垦东浅层走滑带两侧发现了红柳油田和新滩油田(胡海燕, 2007; 吴平, 2013)。同样, 在珠江口盆地, 走滑断层分布与已发现的油气区关系密切(图11), 可见,走滑作用对成藏动态要素具有非常大的影响作用。

图14 珠江口盆地阳江-一统断裂带的走滑构造模式Fig.14 NW -trending Yangjiang-Yitong strike-slip structures and associated structures in the Pearl River Mouth Basin

6 结 论

中国东部广泛发育NW 向走滑断裂系统, 主要发育于南海北部; 而东海陆架相对较少, 仅发育3条NW 向主断裂; 渤海湾盆地则只有张家口-蓬莱断裂穿越, 但控制了几个亿吨级油田分布。从整个中国东部陆架分析, 南海北部陆缘发育的NW 向断裂体系具有重要的油气勘探意义。本文系统论述了这些断裂与油气藏的分布关系, 得到以下几点新认识:

(1) 珠江口盆地新生代可分为三期演化阶段,第一期阶段, NW 向左行走滑断裂体系与 NE 向右行走滑断裂体系为共轭断裂系统, NE 向右行右阶断裂主导珠江口盆地伸展成盆; 第二期阶段, NE 向断裂体系强化发育, 主导珠江口盆地右行右阶走滑拉分成盆; 第三期阶段, NW 向断裂活动加强, 切割NE 向断裂, 主导珠江口盆地左行左阶拉分成盆,并控制盆地内凹陷发育。

(2) 走滑断裂的活动切穿基底, 构成深部和浅部的物质和能量的交换, 提高了地温梯度, 促进了各生烃凹陷内烃源岩的演化; 走滑断裂的活动产生大量的微裂缝, 改善了附近地层的储集物性; 每一期次的走滑活动减弱或休眠期与区域性的沉降作用相匹配, 为区域性盖层的发育提供良好的构造背景;分割生烃凹陷与凸起的走滑断层长期活动, 成为凹陷中油气运移到凸起之上的油源断层, 促进了油气的纵向运移, 同时沿着走滑断层两侧分布的次级微断层和裂缝为沿着走滑断层运移上来的油气向凸起上运移创造了有利条件, 促进了油气的横向运移。

(3) 南海北部珠江口盆地是典型的走滑拉分盆地, 其形成演化可以很好地用走滑带的“拉分”模型解释, 区别于传统认识, 该模型有效地解释了阳江东凹的走滑拉分构造, 并指导该区油气的勘探且取得了突破性进展。