北部湾盆地东南部构造特征及控油作用分析.pdf
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1、北部湾盆地东南部构造特征及控油作用分析 徐政语;俞广;吴炜强;马庆林;黄羚;熊绍云;程刚【摘 要】Similar to those of the middle and small basins of continental margin facies in South China,the base-ment of the Beibu Gulf Basin has experienced 3 evolutionary stages:rift from Paleocene to Eocene,rift to depres-sion transition during Oligocene,and r
2、egional subsidence ever since Miocene.Influenced by the basin-forming events such as Shenhu,Zhuqiong,Nanhai and Dongsha,4 periods of faults developed in the Fushan and Maichen sags in the southeast of the basin,resulting in 3 dominant fault systems of NE,NEE and NW directions,forming 2 tectonic laye
3、rs.The faults are of flower,piled flower,petal and bush shapes,forming 4 styles including basal tilted strike-slip,basal stretch Domino,cap extensional detachment and cap sliding traction.The Fushan Sag showed an obvious asymmetric stretching process,forming NE-oriented tectonic transfer zone in the
4、 middle.The EW-oriented fault system of stage in the southeast of the basin controlled present oil reservoirs in the 2 sags.The nose-like structural zone in the center and the steep slope step zone in the southeast of the Fushan Sag are fa-vorable petroleum exploration targets in the southeast of th
5、e basin.%北部湾盆地发育有与华南陆缘陆相中小盆地相同的基底,大体经历了古新世-始新世断陷、渐新世断拗过渡及中新世以来区域沉降 3 大演化阶段。受神狐、珠琼、南海以及东沙 4 次成盆事件影响,盆地东南部福山及迈陈两凹陷发育了 4 期断裂,形成了 NE、NEE 与 NW 共 3 组优势走向断裂体系,构成了上、下 2 套构造层;凹陷中断层组合为花状、叠花状、花瓣状、花丛状 4 种形态,构成了基底掀斜走滑、基底伸展多米诺与盖层伸展拆离、盖层滑动牵引等4 种样式;福山凹陷演化表现出有明显的非对称拉伸过程,中部发育有 NE 向构造转换带。盆地东南部发育的第期近 EW 向断裂体系是两凹陷今控藏控油的
6、主要断裂体系,由此优选福山凹陷中部鼻状构造带及东南陡坡断阶带作为盆地东南部最有利的勘探区带。【期刊名称】石油实验地质【年(卷),期】2014(000)002【总页数】10 页(P144-152,159)【关键词】控油作用;构造特征;盆地演化;迈陈凹陷;福山凹陷;北部湾盆地【作 者】徐政语;俞广;吴炜强;马庆林;黄羚;熊绍云;程刚【作者单位】中国石油勘探开发研究院 杭州地质研究院,杭州 310023;中国石油勘探开发研究院 杭州地质研究院,杭州 310023;中国石油 海南福山油田勘探开发有限责任公司,海口 570125;中国石油 海南福山油田勘探开发有限责任公司,海口 570125;中国石油勘
7、探开发研究院 杭州地质研究院,杭州 310023;中国石油勘探开发研究院 杭州地质研究院,杭州 310023;中国石油 海南福山油田勘探开发有限责任公司,海口 570125【正文语种】中 文【中图分类】TE121.2 北部湾盆地位处南海大陆架西部、海南岛以北的北部湾海域,水深小于 200 m,盆地总体呈北东南西走向,是南海海域重要的油气生产基地之一。盆地共发育二级构造单元 5 个、三级构造单元 13 个(图 1)1-3,呈现“九凹四凸一隆起”面貌,已发现生烃凹陷 5 个(涠西南、海中、乌石、福山、迈陈),富烃凹陷 2 个(涠西南与福山);共发现油气田 18 个(涠西南凹陷 11 个、乌石凹陷
8、1 个、海中凹陷 1个、福山凹陷 5 个)。盆地东南迈陈凹陷除在陆上徐闻地区徐闻X1 井获得油气流外,其他地区仅在新 1 井、迈参 2 井和乌 29-1A-1 井见到油气显示。北部湾盆地主要发育有始新统流沙港组湖相泥质烃源岩与渐新统涠洲组湖沼相泥质及煤系烃源岩4-9。其中,流沙港组烃源岩成熟门限深度 2 500 m 左右,埋深超过 4 500 m(Ro1.3%)即进入湿气阶段,由于该组烃源层在盆地各凹陷均有分布,且现今埋深较大,大部分已进入成熟和过成熟阶段10,成为现今主要的生油层与气源层。对于盆地东南部迈陈凹陷而言,由于勘探程度相对较低,加上矿权分属中海油、中石油、中石化三大油公司,成果资料
9、分散,因此对凹陷地层展布、构造格局、成藏规律缺乏整体分析与认识。而作为陆上富烃凹陷的福山凹陷,由于受地质情况复杂以及地震勘探技术攻关进程缓慢等因素影响,凹陷构造特征与成藏控制因素等方面研究相对薄弱,因此在一定程度上影响了凹陷油气成藏规律的认识,影响了凹陷油气勘探方向和接替领域的认识。北部湾盆地在大地构造位置上夹持于钦州防城与长乐南澳 2 大断裂间,西邻印支与华南大陆缝合带红河断裂,属于典型的陆缘盆地,发育有与华南陆缘陆相中小盆地相同的基底。中生代及以前,受加里东、印支和燕山多期多幕次造山活动影响,盆区伴有强烈的造山与岩浆侵入、火山喷发等活动,地层褶皱变形强烈、复杂。现今因海水、新生界地层覆盖,
10、盆地基底面貌不甚清晰(图 1)。据海域钻井资料统计,北部湾共有 42 口井钻入盆地基底,揭示基底地层中生界(白垩系)2 口、古生界 25 口(下古生界 8 口、上古生界石炭系 12 口、未分层系 5 口)、其他岩系15 口;但多集中于涠西南凹陷、流沙凸起、海中凹陷等构造单元。地层岩性为:下古生界为灰色、灰黑色浅变质页岩及砂岩(湾 5 井、涠 11-4-1 井、涠 22-2-1 井、涠 22-3-1 井、涠 23-3-1 井、乌 26-3-1 井、乌 26-4-1 井、乌31-1-1 井见及);石炭系为灰白色、灰色、深灰色、杂色灰岩,坚硬、致密、泥晶微晶质(涠西南凹陷多口井钻遇);白垩系为棕红色
11、、紫红色泥岩、砂岩、凝灰质砂岩夹黑灰色硅质粉砂岩(在流沙低凸起、福山凹陷见及);中生界花岗岩为棕红色粗晶花岗岩(涠 12-3 构造上的 3 口井和流沙凸起上的湾 10 井见及)。从地层岩性组合与构造单元特征上分析,盆地基底实为华南加里东褶皱带的有机组成部分11-13。早古生代期间,扬子陆块与华夏陆块间为华南古海盆所分隔,海南岛总体处在华夏陆块北缘坳陷带或陆内拗拉槽部位;志留纪末经加里东运动,华夏陆块向扬子陆块之下俯冲,华南早古生代海盆基本封闭,海南岛因此褶皱造山,表现出强烈的构造变形特征。晚古生代时期,盆区因海西期华南陆缘裂离活动,海南岛分裂为多个微陆块,发展成为古特提斯洋的东延部分,广泛沉积
12、了下石炭统二叠系以南好组、青天峡组、峨查组、鹅顶组和南龙组等为代表的滨岸碎屑岩台地碳酸盐岩岩系 11,局部可能有上泥盆统沉积。早二叠世早三叠世因印支事件影响,微陆块再次拼接,盆区地层再次褶皱造山。进入中生代,盆区逐渐由特提斯构造域海盆发育世代转为滨太平洋构造域陆盆发育世代12,盆区由印支期挤压应力场环境转换为燕山期拉张环境,形成北北东向系列断陷盆地,并控制了一些小型陆相火山沉积盆地的发育。新生代喜马拉雅期盆区在南部表现为陆壳缓慢间歇性抬升,盆地基底形成多级海成、河成阶地及多层水平溶洞11。据红河断裂及邻区岩浆活动年龄谱资料分析,红河断裂沿线岩浆活动的时间总体与青藏高原快速隆升事件基本同期15,
13、主要集中在喜马拉雅事件中始新世早渐新世(43.530 Ma)、晚渐新世中新世(3017 Ma)、上新世以来(50 Ma)3 期。表明印欧两大陆自喜马拉雅期以来的拼碰活动为华南大陆南缘向东南逃逸、蠕散以及北部湾盆地右行旋转走滑的成盆环境提供了重要的动力来源 14,16-18。前人研究成果表明19-21,北部湾盆地及其周缘主要发育有北东、北东东、北西及近东西向 4 组断裂,走向以北东或北东东向为主,北西向为辅;性质以正断层为主,兼有走滑特征;大断裂多发育于古近纪,消亡于新近纪早期。断层长度一般几十千米,主要断层基底落差约 3 000 m,最大达 8 000 m 左右。断层发育的走滑节理方向分别为北
14、北西和北东东向,主压应力方向为北西南东向。经结合古地磁、火山活动、褶皱轴向及节理统计等资料1分析,认为盆区古新世区域主压应力方向为北东向,主要发育北东向延伸的正断层、张裂方向呈北西南东向,代表性断层有涠西南断层;始新世渐新世,盆区区域应力场方向逐渐转换为近东西向,在近东西向主压应力作用下,主断层涠西南断层转换为右行剪切性质,并产生系列近东西向的张性断裂;进入新近纪早更新世,区域应力场方向已转换为近南北向,使早期的活动断裂闭合。3.1 断裂发育与分布特征 盆区上述应力场转换特征,在盆地东南部福山凹陷内形成了上、下叠置的 2 套断裂系统22-23。其中,下构造层断裂系统发育于 T5 面(流沙港组二
15、段顶界)以下,形成于凹陷南部长流组和流三段地层;上构造层断裂系统发育于 T5 面以上,形成于凹陷流一段涠洲组和新近系中。2 套断裂系统发育的断层数量、走向及样式不尽相同,主要有 3 组优势走向、3 组断裂体系。从平面展布上分析,花场以西地区以北东北东东向断裂为主;花场至花东地区发育北东东近东西北西西向断裂;东部长流断裂控制的金凤地区发育北东东和北北东 2 组相互切割断裂。其中,北北东北东北东东向断裂体系为受临高断裂影响而与之相伴而形成的断裂,是凹陷内形成最早的断裂,表现出自西向东、由早渐晚发育特点,经受了多期改造;凹陷西侧较东侧发育,具有旋转特征。北西北北西向断裂体系为受云龙凸起形成及长流断裂
16、影响而形成的具有剪切走滑活动特点的断裂,形成时间其次,多延伸较短,呈雁列展布,分布于东西向舒缓波状起伏的隆起部位,凹陷东侧较西侧发育。近东西向断裂体系为受海南隆起及定安断裂影响而形成的正断层断裂,形成时间最晚,多延伸长、北掉为主,断面向上穿过 T2 面,分布于凹陷各部位,对凹陷内构造圈闭及油气成藏起主要的控制作用。纵观福山凹陷主体构造格局,体现东西受临高与长流断裂控制,南北呈现“北断南超”的箕状断陷特征;总体表现为南北分带、东西隆凹相间特点。凹陷结构受上、下构造层 2 套断裂系统控制,深浅层表现出不同的构造样式和圈闭类型。其中,下构造层受早期发育的南掉反向断裂系统控制,形成系列反向断块、断鼻圈
17、闭;上构造层受晚期发育的顺层断裂系统控制,形成凹陷中北部南侧表现为正向断块、北侧表现为反向断块。3.2 断裂活动期次分析 盆地东南部上述断裂体系,按发育时间顺序可划分为 4 期(图 2),不同时期形成的断裂反映了不同的区域应力场活动特征。期断裂发生于晚白垩世末神狐运动,为凹陷第期断裂发育期。动力学机制上表现为受南海扩张影响,盆区基底呈北东向拉张与裂陷活动,形成系列北东向断裂与断陷,组成早期裂谷型地堑盆地,在盆内开始充填上白垩统古新统长流组近源冲积相红色或杂色粗碎屑地层24。地震剖面上 Tg(基底面)表现为不整合面,临高断裂即为北东向基底断裂复活形成的北东向断裂,属于第期活动的断裂。期断裂发生于
18、中始新世末的珠琼运动一幕,为凹陷第期断裂发育期。本期断裂活动使盆地北东向断陷范围进一步扩大,在地震剖面上表现为 T7 面(长流组顶面)以上波阻呈层状特征明显,界面以下相对杂乱25(图 2)。在前期断裂基础上,盆地基本延续早期格局与构造样式,盆缘断裂表现继承性发育特征26,但盆内受应力场调整影响,各凹陷相继发育了期北东东向新断裂,期间凹陷沉降速率大于沉积速率,湖平面逐渐扩展,水体不断加深,从而沉积了一套半深湖深湖相泥岩、页岩及砂岩的流沙港组地层。动力学机制上表现为太平洋板块向华南大陆之下下插俯冲,由北北西向转为北西西向,同时俯冲角度逐渐加大,引起华南大陆边缘迅速向太平洋板块方向蠕散,裂陷中心南移
19、;珠琼运动二幕发生在晚始新世末,地震剖面上表现为 T5 不整合面,裂陷活动由北东向转换为近东西向27。两期断裂动力学机制相同,但俯冲方向已由北西向转为北西西向,华南大陆边缘张裂作用由北东向逐渐转为近南北向。期断裂发生于渐新世南海运动,为凹陷第期断裂发育期。本期活动在凹陷内产生了系列北东东东西向断裂,地震剖面上表现为 T4 面(流沙港组一段顶界)以下地层受断裂控制明显,界面以上受断裂控制相对较弱(图 2)。期间除盆地凹陷中部覆有较浅水体外,周缘多暴露地表,遭受冲刷剥蚀,而发育的断裂不仅使盆缘的同沉积断裂再次活动,而且使凹陷内部又形成了次一级与盆缘断裂同向或反向的断裂,并控制盆地凹陷充填;随着基底
20、沉降水体范围逐渐扩大,由浅到深,涠洲组地层呈明显上超,沉积了一套由河流冲积相、到三角洲扇三角洲盆底扇、到滨浅湖相的沉积体系;渐新世末随着盆地整体隆升而结束了盆地的断陷充填期26。本期事件在动力学机制上解释为由印欧(印度与欧亚)大陆碰撞引起华南大陆下部地幔物质向东南边缘方向流动25所致。期断裂发生于中中新世末的东沙运动,为凹陷第期断裂发育期,是一次相对局限的构造运动。主要体现为凹陷内发育的一系列北西向断裂切断较早形成的北东向断裂26,断面多切穿 T2 面。本期活动是随着盆地区域沉降加剧,逐渐由分割较强的断陷转化为整体拗陷,逐渐由湖盆海侵为海盆,从而在断陷之上沉积了大面积展布的滨浅海相碎屑岩,使古
21、、新近系之间呈现明显的角度不整合接触关系。本期活动影响区域包括南海北缘东部,向西则逐渐减弱,经过本期活动,南海北部构造格局基本定型25。动力学机制主要体现为菲律宾板块的逆时针旋转作用在南海北部形成的压扭应力场影响。综合盆区断裂发育期和应力场变化特点分析,福山凹陷下构造层断裂系统主要发育南倾正断层的原因是,流二、三段沉积时期由于受凹陷边界断裂临高断裂强烈活动影响,导致凹陷内马袅断层以南地区强烈掀斜,产生向南伸展的拉张应力,促使凹陷形变调整,地层因此发育众多南倾正断层,且都一次形成,成为凹陷下构造层断裂系统中反向遮挡油气的有利封闭条件。上构造层断裂系统则是在基底主干断裂控制下,受边界临高、长流等断
22、裂强烈活动与海南隆起抬升双重因素影响,凹陷内沉积、沉降中心逐渐北移至临高断裂南缘朝阳地区,地层在重力作用下向北滑移,由此逐渐形成系列南北双向顺层正断的断层扇或断块、断鼻构造圈闭组合。3.3 凹陷构造样式及单元划分 依据福山凹陷断层在剖面上的组合形态,将其划分为花状、叠花状、花瓣状、花丛状 4 种样式(图 3)。其中:花状断层主要发育于控盆控凹边界断裂的高陡断层发育段,具有多期继承性发育的特点,如福山凹陷西南段发育的临高断裂;叠花状断层主要发育于控盆控凹边界断裂的平缓发育段,具有断面后退、迁移的特点,如福山凹陷北缘临高断裂西部发育段;花瓣状断层则为凹陷内沉积盖层发育的多期伸展走滑断层的叠加发育段
23、,如福山凹陷中部发育的上、下断层体系;花丛状断层为凹陷边缘多期发育的、多组伸展走滑断层,如福山凹陷北缘东部长流断裂发育段。结合断裂形成的力学机制,福山凹陷断层在剖面上主要表现为基底卷入与盖层滑脱2 大类以及基底掀斜走滑、基底伸展多米诺与盖层伸展拆离、盖层滑动牵引等4 种样式(图 4)。基底卷入型主要发育于盆地及凹陷边缘或凹陷内沉积盖层下断裂系统。基底掀斜走滑样式主要体现长期拉张同沉积正断活动,为控盆与控凹断层组合形成的构造样式,代表性断层有迈东、临高等;基底伸展多米诺样式主要为凹陷基底次级断层,多因早期边缘断层强烈活动使凹陷基底掀斜产生的非同生反向正断层,如福山凹陷发育的下断裂系统南倾反向正断
24、层。盖层滑脱型主要发育于盆地凹陷沉积盖层内部。盖层伸展拆离样式主要为凹陷内控洼顺层滑动断层,如福山凹陷发育的美台断层及其延伸段;盖层滑动牵引样式主要为洼陷内控圈闭断层,为凹陷内沉积盖层发育的重力滑脱同沉积正断,如福山凹陷发育的上断裂系统中形成的滑动牵引断层扇背斜。依据成因和生长过程,福山凹陷断层发育总结表现为多期伸展与走滑,由南向北、自西向东迁移的特点。迈陈凹陷断层组合与剖面发育形态总体类似福山凹陷,同样表现出多期发育与花状走滑伸展、凹陷中心部位断层发育新的特点。综合福山凹陷断裂体系发育与分布特征、断裂活动期次以及断层组合特点,结合盆地东南部“三隆三洼”总体构造格架,以及盆内地层发育与岩性岩相
25、展布特征等分析,以 T4 反射层构造图为基础,将福山凹陷上构造层划分为 2 正 2 负共 4 个单元,即南部斜坡带、中部鼻状构造带、北部洼陷带及北部断阶带;下构造层以 T5 反射层构造图为基础,将凹陷划分为 3 正 1 负共 4 个单元,即南部斜坡带、中部洼陷带带、临高断阶带及长流断阶带。迈陈凹陷依据 Tg、T4 反射层断裂分布图将凹陷划分为 5 正 3 负共 8 个次级构造单元,即东南陡坡断阶带、东一洼陷带、中部斜坡断阶带、北部斜坡带、东二洼陷带、西部鼻状构造带、西部洼陷带以及迈西陡坡带。3.4 构造转换带与差异变形分析 在前人研究成果基础上28-30,结合北部湾盆地古近系、新近系地层展布及
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