珠江口盆地成盆-成烃-成藏: 代序

高阳东, 张向涛, 彭光荣, 李三忠 , 索艳慧

(1.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司, 广东 深圳 518000; 2.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; 3.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

东亚陆缘处于东部环太平洋和西部新特提斯构造域的交汇区域, 经历了强烈的岩石圈减薄过程,发育众多的边缘海和陆缘盆地。其中, 南海海盆是东亚陆缘最大、最重要的边缘海盆地, 是研究环太平洋和新特提斯两大构造域相互作用过程和方式的关键区域。前人对南海海盆的磁条带、转换断层、洋陆转换带等关键地质问题开展了大量的地质-地球物理研究(Briais et al., 1993; 夏少红等, 2010; 丘学林等, 2011; 孙珍等, 2011), 揭示了其洋壳年龄和结构等重要信息, 但是关于南海的打开模式仍存在争议, 如: ①与印度-澳大利亚板块和欧亚板块碰撞有关的挤出-逃逸模式(Molnar and Tapponnier, 1977;Tapponnier et al., 1990); ②与太平洋板块俯冲有关的弧后扩张模式(Karig, 1971; Ben-Avraham and Uyeda, 1973; Honza, 1995; 任建业和李思田, 2000;Flower et al., 2001); ③与岩石圈深部构造有关的地幔柱模式(王贤觉等, 1984; 鄢全树和石学法, 2007);④与古南海俯冲有关的俯冲拖曳模式(王鹏程等,2017; Wang et al., 2020); ⑤右行拉分模式(许浚远和张凌云, 1999; Li et al., 2012; Xu et al., 2014; Suo et al., 2014)等等。

珠江口盆地是南海北部陆缘盆地群中最大的盆地, 经历了裂陷期、过渡期和漂移期等构造演化阶段, 盆地内部保留了陆缘裂解到南海海盆扩张过程的构造变形、岩浆和沉积记录。对其几何学、运动学和动力学的精细研究, 有助于对南海打开动力学机制的探讨。传统观点认为, 珠江口盆地主要为NEE 和NW 向等多组伸展断裂控制的“南北分带、东西分段”的构造格局(钟志洪等, 2014)。但越来越多的证据表明, NE 向走滑构造与珠江口盆地乃至整个南海北部陆缘盆地群的演化密切相关(周蒂等, 2002;程世秀等, 2012; 王鹏程等, 2017), 这些NE 向走滑构造何时以及如何影响南海及其周边盆地群的裂解和海盆打开值得探讨。同时, 作为中国重要的油气生产基地, 珠江口盆地目前的油气勘探虽然已取得丰富成果, 且仍具有巨大勘探潜力, 但由于对NE 向走滑构造及其控藏作用研究不够深入, 对珠江口盆地的成盆、成藏、成烃机制是否与渤海湾盆地、东海陆架盆地具有相似性也尚且未知。本专辑以位于珠江口盆地西部的阳江东凹作为精细解剖对象, 基于大地构造背景、盆地构造解析等, 尝试对珠江口盆地成盆机制和南海海盆打开机制及其两者的成因关联等问题提出新的见解。

1 珠江口盆地多期走滑构造与成盆机制

通过对阳江东凹断裂体系展布特征、沉积-沉降中心迁移规律和原型盆地恢复等工作, 可将其新生代构造划分为早期(55～45 Ma)NW-SE 向伸展、中期(45～30 Ma, 具有穿时性)NE 向右行右阶走滑和晚期(30～5 Ma)NWW 向左行左阶走滑三个演化阶段, 导致了阳江东凹乃至整个珠江口盆地下部宽裂谷、中部NE 向走滑拉分、上部NWW 向走滑拉分的三层叠合结构和早期强伸展、中晚期走滑拉分的成盆模式。

其动力学过程大致如下: ①～55 Ma, 古太平洋-太平洋洋中脊NW 向俯冲到东亚陆缘之下, 中国东部陆缘开始进入伸展裂陷期, 且裂陷作用一直持续至45 Ma, 形成了研究区早期NE 向弥散型展布的宽裂谷结构。②约45～30 Ma, 太平洋板块的俯冲方向由NW 转为NWW 向, 南海北部陆缘处于近S-N 向伸展的区域构造应力场作用下, 导致研究区中生代先存断裂差异活化, 表现为NE 向燕山期基底断裂右行走滑、主导控凹和近E-W 向印支期基底断裂正断拆离、被动控洼。NE 向右行走滑断裂为南海北部盆地群的控盆断裂, 是华南大陆NE 向断裂向南海的延伸。③30 Ma 以来, 印支地块向SE 挤出、菲律宾海板块沿 NWW 向楔入, 在南海北部逐渐形成NWW 向左行走滑断裂体系。因此, 珠江口盆地总体表现为太平洋动力机制下, 同期多级别走滑拉分的俄罗斯套娃成盆模式。

2 珠江口盆地多期走滑构造与油气成藏机制

本专辑通过对阳江东凹地震相、沉积相、源-汇体系和成藏模式等研究, 结果表明: ①走滑断裂可切穿基底, 深、浅部构造的物质和能量交换提高了地温梯度, 促进了各生烃凹陷内烃源岩的演化;②走滑断裂伴生的大量微裂缝改善了附近地层的储集物性; ③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了良好的构造背景; ④研究区早期和中期断裂主导了油气的垂向输导和运移、晚期NWW 向走滑断裂起到侧向封堵作用, 穿断运移成藏模式对浅层油气成藏具有一定借鉴意义; ⑤阳江东凹总体为多期断鼻圈闭、上下贯通、下输上堵的张扭联动式油气成藏模式, 该模式丰富了油气成藏理论, 对珠江口盆地类似地区的勘探具有一定借鉴意义。

此外, 珠江口盆地北部潜山披覆带上首次发现了规模性富集的CO2气层, 推测NE 向深大断裂是CO2气藏的气源断裂, 且其成藏过程具有“两种原油类型、两期原油充注、一期CO2驱油远藏”的特点, 从而建立了火成岩、深大断裂和CO2的关系; CO2充注驱油增强了油气二次运移的动力, 促进了油气的长距离运聚, 扩大了整个珠江口盆地北部断阶带的勘探层系和勘探边界。

3 南海海盆打开的动力学机制

通常, 大陆边缘的裂解作用和海底扩张过程是被动大陆边缘演化的连续阶段。因此, 南海海盆的演化可以揭示南海北部盆地群的裂陷过程。如上所述, 在南海打开之前, 南海北部陆缘NE 向断裂组合成的右行右阶走滑拉分断裂体系影响了南海北部盆地群的形成(程世秀等, 2012; 王鹏程等, 2017)。盆地群形成过程中, 岩石圈在伸展作用下不断减薄直至破裂; 之后, 盆地群的宽裂谷型伸展作用转变为海盆的扩张过程。

在西部新特提斯碰撞-挤出-逃逸动力体系和东部太平洋俯冲动力体系的联合效应下, 南海北部盆地群的裂陷作用不断向东、向南迁移。直至渐新世,NE 向右行右阶走滑拉分断裂体系的活动中心迁移至珠江口盆地东部和台西南盆地。沿着NE 向断裂展布方向, 珠江口盆地东部对应西北次海盆, 台西南盆地对应东部次海盆。因此, 在该断裂体系控制下, 南海北部岩石圈逐渐伸展、减薄, 最后破裂形成洋盆, 洋盆扩张方向为NNW-SSE 向、扩张脊为NEE向, 类似Xu et al. (2014)提出的日本海打开模式。25 Ma 以后, 由于太平洋板块持续NWW 向俯冲到东亚陆缘之下, 同时印度-澳大利亚板块与欧亚板块S-N 向挤压碰撞, 导致研究区处于NW 向拉张应力场下, 洋中脊不仅发生南向跃迁而且发生了逆时针旋转, 转为NE 向并向西南次海盆拓展。同时, 南部古南海俯冲-拖曳构造体系向南俯冲作用加剧了海盆扩张。由于西南次海盆位置没有直接对应古南海俯冲板片, 因此其拉张应力相对于东部海盆较小、伸展速率较低, 扩张方式也表现为向西渐进(Ding et al., 2016)。南海海盆打开主要受控于NE 向右行右阶走滑拉分断裂体系, 其动力来源主要来自太平洋俯冲动力系统(Wang et al., 2020)。

4 中国东部近海盆地走滑成盆-成藏机制

东亚陆缘新生代盆地的几何学特征和展布方向具有很大的相似性, 即以NNE 向或NE 向断裂为边界构成的菱形或似菱形盆地占绝对优势。盆地形成时, 以T 断裂、R 及R"断裂为边界进行剪切拉分, 两侧块体作近S-N 向分离, 产生了中国东部松辽盆地、渤海湾盆地、汾渭地堑、东海盆地和南海盆地等一系列右行走滑拉分盆地。以东海陆架盆地为例, 其东西边界断裂为R 断裂, 这些断裂均具有走滑性质;盆地内部广泛分布右阶雁列式地堑即凹陷, 且凹陷边缘花状构造发育, 表明它们具有右行剪切作用(索艳慧等, 2012; Suo et al., 2015)。渤海湾盆地石臼坨东428 潜山经历了中生代印支期-燕山早期逆冲、燕山中-晚期伸展、燕山末期挤压及新生代右行右阶走滑拉分等多期构造叠加过程, 珠江口盆地演化与其极为相似; 特别是白云凹陷与渤海湾盆地具有巨大的相似性。

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相关, 走滑构造带往往是形成大型油气田的有利区带。如在渤海湾盆地济阳坳陷东部,走滑构造带与油气富集带在构造位置上体现出很高的一致性: 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等等(胡海燕, 2007; 吴平, 2013)。同样, 大量勘探资料显示, 珠江口盆地阳江凹陷油气探勘的突破与近些年对该凹陷发育的多期次大型走滑断裂的控藏作用的重视有关。与典型的拉分盆地类似, 阳江凹陷中大型走滑断裂是控制油气运移和聚集的主要因素, 沿走滑断裂发育的走滑拉分盆地是有机质储存和储层发育的优良场所。可见, 走滑作用与成藏动态要素具有非常大的影响作用。

5 展 望

珠江口盆地是典型的多期走滑拉分构造控制的叠合型盆地, 其形成演化可以很好地用走滑带的“拉分”模型来解释。该模型有效地解释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。

前人对渤海湾盆地、东海陆架盆地成因的早期认识为单一一次NW-SE 向的伸展盆地模式, 如今这种模式被大量勘探事实所否定, 而走滑拉分盆地为核心的多幕成因机制逐渐被学者所认可(李三忠等,2012b; Huang et al., 2019)。中国东部从北到南的新生代盆地具有相似的成因, 都为走滑拉分盆地为核心的多幕成因机制(周蒂等, 2002; 李三忠等, 2012a,2012b; Li et al., 2012; Suo et al., 2014; Wang et al.,2020), 这个观点不仅改变了传统认识, 也给大型油气田勘探带来巨大效益。