北部湾盆地古近纪幕式断陷活动规律及其与油气的关系

徐建永 张功成 梁建设 杨海长 赵志刚 李建红

（中海油研究总院）

北部湾盆地古近纪幕式断陷活动规律及其与油气的关系

徐建永 张功成 梁建设 杨海长 赵志刚 李建红

（中海油研究总院）

北部湾盆地古近纪发育三幕断陷，其中断陷一幕NE向断层活动强度大，控制了长流组地层分布；断陷二幕NEE向断层活动强度大，控制了流沙港组地层分布；断陷三幕近EW向断层活动强度大，控制了涠洲组地层分布。三幕断陷活动具有时空分布上的差异性，这造成了各个凹陷内3套地层垂向叠置情况的差异以及平面上沉积沉降中心的转移。结合断层活动及地层分布，将北部湾盆地凹陷分为厚长流型、厚流沙港型、厚涠洲型及持续沉降型共4类，不同类型凹陷的油气资源潜力、油气主要赋存层位和成藏模式差异很大。

北部湾盆地 古近纪 幕式断陷 凹陷类型 资源潜力 成藏模式

北部湾盆地是在南海北部大陆边缘发育起来的新生代沉积盆地，其主体位于北部湾海域，北与粤桂隆起相接，东、南均与海南隆起区相邻，西与莺歌海盆地相接，总面积约22000 km2[1]，由涠西南、福山、乌石、迈陈、海中、雷东、海头北、昌化、纪家等凹陷组成（图1）。

北部湾盆地新生代构造演化可分为断陷、拗陷2个阶段。古近纪为断陷期，受3期幕式断陷活动的影响，先后沉积了古新统长流组、始新统流沙港组及渐新统涠洲组，以湖相及河流相沉积体系为主，其中流沙港组二段湖相泥页岩是北部湾盆地最主要的烃源岩，目前盆地所发现的油气均源自该套烃源岩；而流沙港组三段、一段及涠洲组均是重要的含油气层系。由于受古近纪幕式断陷活动在盆地内空间和时间上差异性的影响，断层活动时期、地层分布及沉积类型在各凹陷之间甚至同一凹陷内部均有很大差异，造成了其资源潜力及油气成藏规律等方面的不同。所以，研究北部湾盆地古近纪幕式断陷活动规律及其在时空上的差异，对于明确各凹陷甚至洼陷之间的资源潜力及成藏规律的差异性，进而采取对应的勘探策略具有重要意义。

图1 北部湾盆地构造区划图

目前相关研究仅限于少数凹陷。魏春光等[2]针对涠西南和海中凹陷，结合构造应力场研究分析了盆地断裂系统的动力学成因，并认为4条主干断层（即涠西南断层、1号、2号、3号断层）分别具有不同的活动时期和各自的活动中心，同时控制了不同的沉积凹陷的发育；于俊吉等[3]对福山凹陷断裂特征及其对油气成藏的控制作用进行了分析，认为福山凹陷发育上、下2套断裂体系，深层反向断层遮挡成藏是该凹陷最主要的成藏模式；笔者对雷东西洼发育的张扭断裂体系进行了分析，并探讨了影响油气生、运、聚等因素[4]。但对于整个北部湾盆地古近纪幕式断陷活动规律及其与油气之间的关系，目前尚未有研究人员进行过系统分析。

笔者在对北部湾盆地百余口钻井及所有地震资料系统分析基础上，以构造演化为主线，以烃源岩分析与成藏研究为重点，动态恢复北部湾盆地古近纪不同时期构造演化规律，探讨其与不同洼陷勘探潜力及油气成藏之间的关系，并在此基础上指出有利的勘探方向。

1 幕式断陷活动规律及成因机制

1.1 发育三幕断陷

北部湾盆地古近纪发育三幕断陷（表1）。

古新世受珠琼运动一幕影响，在NW—SE向区域拉张应力下，NE向断层活动强烈，在其控制下沉积了洪积或冲积相为主的长流组。这些相互分割的独立半地堑主要分布在涠西南断层东段下降盘、迈陈凹陷8号断层下降盘等部位。

始新世受珠琼运动二幕影响，区域拉张应力顺时针旋转为NNW—SSE向，NEE向断层活动强度大，在其控制下发育了以湖相沉积为主的流沙港组，尤其在流沙港组二段沉积时期裂陷活动达到鼎盛时期，沉降速率大，湖盆水体深度明显变大，沉积了大范围中深湖—深湖相泥页岩。涠西南凹陷、乌石东洼、迈陈东洼、福山主洼都受控于该幕构造活动。

渐新世在南海运动影响下，区域拉张应力进一步沿顺时针方向旋转至近SN向，近EW向断层活动强度相对较大，在其控制下沉积了滨浅湖、河流相砂泥岩互层为主的涠洲组，如乌石西洼涠洲组最厚可达3000 m。

表1 北部湾盆地新生代构造演化过程

1.2 幕式断陷成因机制

北部湾盆地位于南海北缘，处于太平洋板块、印－澳板块及欧亚板块交汇的位置，印－澳板块与欧亚板块碰撞所造成的印支板块的逃逸以及太平洋板块对欧亚板块的俯冲，都影响甚至造成了南海北缘的构造活动[5－10]，但对于特定的时期、特定的部位，应该有起主导作用的因素。对于南海北缘，尤其是北部湾盆地以NE、NEE以及近EW向断层为主导，其动力学机制应与太平洋－欧亚板块之间的相互作用最为密切。吴世敏等[5]对南海西缘新生代盆地形成动力学进行探讨后也认为，印度－欧亚碰撞引起的逃逸作用与南海西缘新生代盆地没有直接的成因联系；2个与俯冲有关的不同扩张机制与南海西缘新生代盆地有成因联系：①太平洋板块在古新世到始新世的滚动后退，太平洋－欧亚板块汇聚速率的降低驱使这些盆地产生初始伸展作用；②渐新世到中中新世古南海南倾俯冲板块的拖曳力，进一步驱使这些盆地的伸展及接着的南海扩张。

印－澳板块与欧亚板块的碰撞也影响了南海北缘盆地古近纪的构造演化，其与太平洋板块俯冲方向的改变叠加在一起，可能是南海北缘尤其是北部湾盆地古近纪断裂走向顺时针方向旋转的主要原因。

闫义等[6]对南海北缘新生代盆地沉积与构造演化及地球动力学背景进行研究后也发现，该区在古近纪发育3期幕式断陷，且主要断裂存在顺时针方向旋转的规律（图2）：晚白垩世—早始新世，经过中生代强烈的构造－岩浆活动，东亚大陆边缘发生NW—SE向伸展裂陷（图2A）；中始新世—早渐新世（约42 Ma），太平洋板块的运动方向从NNW向转为NWW向，洋壳俯冲角度增大，板块俯冲速度降低，裂陷中心南移，并发生顺时针方向旋转（图2B）；晚渐新世，印度－欧亚板块的碰撞达到高峰，印支半岛向东挤出，印度板块向北挤入造成的右旋应力场对东亚大陆作用逐渐增强，在NEE向和SN向右旋剪切叠加应力场控制下，南海扩张方向顺时针旋转，由NW—SE向转为近SN向（图2C）。该规律与北部湾盆地的具体表现相比，旋转的方向及主要时期的断层走向是一致的，只有具体的旋转时间稍有差异，这可能和南海北缘构造活动由北往南迁移[11]，以及不同地区的具体地质条件有关。

图2 南海北缘新生代盆地形成应力机制（据闫义等，2005）

1.3 三幕断陷活动时空差异性

北部湾盆地古近纪三幕断陷活动除了具有从早到晚沿顺时针方向旋转的规律之外，其活动强度在时间及空间上都具有差异性。

对该盆地主要凹陷各幕断陷期断层活动强度进行比较（图3），可以得出：第一幕断陷活动强度相对最小，涠西南、乌石、迈陈凹陷的控凹（洼）断层平均活动速率为90 m/Ma，迈陈西洼控洼断层（即8号断层）活动强度最大，活动速率可达210 m/Ma；第二幕断陷活动强度相对最大，尤其在流沙港组二段沉积时，断陷达到鼎盛时期，涠西南、乌石、迈陈凹陷的控凹（洼）断层平均活动速率达205 m/Ma，乌石东洼控洼断层（即7号断层）最大活动速率可达到310 m/Ma；第三幕断陷活动强度明显变小，其中涠洲组三段沉积时强度相对较大，涠西南、乌石、迈陈凹陷的控凹（洼）断层平均活动速率为130 m/Ma，乌石西洼控洼断层（即6号断层）在该时期活动速率最大可达290 m/Ma。

各幕断陷期沉积沉降中心的空间分布也是不同的（图4）。第一幕断陷期，沉积沉降中心主要位于NE向的涠西南断层东段以及迈陈凹陷8号断层下降盘，长流组地层厚度均超过2000 m。第二幕断陷期以流沙港组二段为代表，其沉积沉降中心主要位于NEE向的涠西南凹陷1、2号断层以及海中凹陷涠西南断层西段、乌石东洼7号断层以及迈陈东洼灯楼角断层的下降盘，其中涠西南凹陷及乌石东洼流沙港组二段厚度超过2000 m，海中凹陷及迈陈东洼流沙港组二段厚度超过1500 m。第三幕断陷期，沉积沉降中心主要位于近EW向的海中凹陷3号断层、乌石西洼6号断层以及迈陈凹陷迈4号、迈5号断层下降盘，其中乌石西洼涠洲组厚度超过3000 m，海中凹陷及迈陈凹陷涠洲组厚度超过2000 m。另外，涠西南凹陷也沉积了较厚的涠洲组，厚度在1500 m以上。

图3 北部湾盆地涠西南、乌石、迈陈凹陷主要断层活动速率（据胡望水等，2009）

图4 北部湾盆地涠西南、海中、乌石、迈陈凹陷古近纪不同时期沉积沉降中心分布

2 幕式断陷活动与油气的关系

2.1 断陷二幕NEE向断层控制了主要烃源岩的分布

北部湾盆地断陷二幕NEE向断层活动时沉降量最大，尤其是在流沙港组二段沉积时，断陷达到鼎盛时期，在涠西南凹陷1、2号断层以及乌石东洼7号断层、迈陈东洼灯楼角断层、海中凹陷涠西南断层西段等NEE向活动断层下降盘沉降速率明显大于沉积物供给速率，加之当时北部湾盆地处于热带潮湿气候，雨量充沛[12]，在上述区域形成了广泛分布的中深湖—深湖相沉积，是北部湾盆地最主要的烃源岩。由于水体较深，低能环境有利于大量水生生物遗体的保存。钻井证实该套地层浮游藻类含量丰富，以非海相沟鞭藻类－百色藻广泛产出为特色，并与球藻共生[12]，可作为形成干酪根乃至油气的有机质来源。

涠西南凹陷1、2号断层控制了涠西南凹陷流沙港组沉积，流沙港组二段TOC均值为1.95%，生烃潜量均值13.11 mg/g（表2），有机质类型以Ⅱ1型为主（图5），目前北部湾盆地发现的油气储量大部分来自该套烃源岩。乌石东洼7号断层控制了乌石东洼流沙港组沉积，流沙港组二段TOC均值为1.85%，生烃潜量均值8 mg/g（表2），有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主（图5），目前已被钻探所证实。迈陈东洼灯楼角断层控制了迈陈东洼流沙港组沉积，流沙港组二段TOC均值为1.38%，生烃潜量均值7.78 mg/g（表2），有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主（图5），也是一套较好的烃源岩，徐闻1井所发现的油气即来自于此[13]。另外，福山凹陷北缘也发育一条NEE向的断层——临高断层，该断层在断陷二幕活动强度较大，在其控制下发育了流沙港组暗色泥岩，有机质丰度以流沙港组二段最高（TOC值为1.51%～1.68%），其次为流沙港组三段和一段，有机质类型以Ⅱ、Ⅲ型为主[14]。

表2 北部湾盆地各主要凹陷流沙港组有机质丰度（据朱伟林，2009）

图5 北部湾盆地各主要凹陷流沙港组烃源岩干酪根元素分类图（据朱伟林，2009）

2.2 断陷活动差异性控制了古近纪凹陷类型，并影响了油气主要赋存层位

由于受三幕断陷活动在各凹陷内的时空差异性控制，北部湾盆地大多数凹陷古近纪沉积沉降中心曾发生过迁移。根据古近纪沉积沉降中心的迁移情况及不同时期地层的叠置关系，可将凹（洼）陷分为以下4类（图6）：

（1）厚长流薄流沙港型，如迈陈西洼及涠西南断层东段下降盘。该类洼陷被NE向断层控制，在断陷一幕沉积了很厚的长流组，以初始裂陷期红色、杂色砂泥岩为主；边界断层自断陷二幕开始活动明显减弱，流沙港及涠洲组地层厚度很小。

（2）厚流沙港型，如乌石东洼、迈陈东洼等。该类洼陷被NEE向断层控制，在断陷二幕沉积了很厚的流沙港组，湖泊发育进入鼎盛时期，水体深度大、范围广；边界断层自断陷三幕开始活动明显减弱，涠洲组地层厚度较小。

（3）厚涠洲型，如乌石西洼、雷东东洼等。该类洼陷被近EW向断层控制，在断陷三幕沉积了巨厚的涠洲组，以河流相沉积为主；边界断层在断陷一、二幕活动强度都不大，长流组及流沙港组地层厚度都很小。

（4）持续沉降型，其典型代表为涠西南凹陷。控洼断层在断陷二幕、三幕持续活动，流沙港及涠洲组沉积厚度均较大。

上述4类洼陷中，第2类和第4类由于烃源岩条件好、勘探潜力相对较大，但这两者之间也是有差别的。由于北部湾盆地新近纪地层较薄（多数地区在1000 m左右），涠洲组的厚度直接影响了流二段烃源岩层的埋藏深度，进而影响了其主要排烃时期。显然，第4类凹陷排烃期要早于第2类凹陷。另一方面，北部湾盆地新近纪拗陷期断层基本不活动，油气难以沿断层进行垂向运移。所以，排烃期较早的第4类凹陷油气可以运移到浅层，勘探目的层较多，如涠西南凹陷；而排烃期较晚的第2类凹陷油气难以向浅层运移，勘探应该以中深层为主，如乌石凹陷。

图6 北部湾盆地古近纪凹（洼）陷分类

2.3 断层活动对油气成藏的影响

北部湾盆地目前有2个获得商业性发现的凹陷，其油气成藏均受断层活动影响。

涠西南凹陷主要断层（即1号、2号断层）自长流组沉积时期开始持续活动，直到涠洲组沉积之后才逐渐减弱。这种持续活动断层不仅形成了大量与断层相关的断鼻、断背斜等圈闭，同时也形成了油气垂向运移通道，油气主要沿断裂带分布，且可以在多个层系成藏[15]（图7）。

福山凹陷存在2套断裂系统，即上部的顺向断裂系统和深层的反向断裂系统，其具体特征如表3所示，其中深层反向断层遮挡成藏是福山凹陷最主要的成藏模式。据于俊吉等[3]统计，福山凹陷主力油气藏的遮挡条件绝大多数都是反向断层遮挡，如花场的流三段油气藏（花1、花2、花3、花4、花2－1块）、金凤的流三段（金凤1、金凤南1）和流二段油气藏（金凤6块），朝阳油气藏的福参1块流一段油藏、朝2块流一段油藏以及美台流三段油气藏。而正向断层遮挡的福参1区块流二段油藏因正向断层封闭性差、泄漏油气风险大，油藏规模非常小。

图7 涠西南凹陷油气成藏模式图（据朱伟林，1998）

表3 深浅2套断裂系统的基本特征（据于俊吉等，2004）

3 结论

（1）北部湾盆地古近纪发育三幕断陷，其中断陷一幕NE向断层活动强度大，控制了长流组地层分布；断陷二幕NEE向断层活动强度大，控制了流沙港组地层分布；断陷三幕近EW向断层活动强度大，控制了涠洲组地层分布。三幕断陷活动在时空分布上均具有差异性。

（2）断陷二幕NEE向断层控制了北部湾盆地主要烃源岩（即流沙港组二段）的分布，其中涠西南凹陷与乌石东洼烃源岩最为发育，海中凹陷及迈陈凹陷次之。

（3）北部湾盆地在三幕断陷控制下形成了4类凹（洼）陷，其中持续沉降型与厚流沙港型勘探潜力相对较好。持续沉降型凹陷（如涠西南凹陷）的深浅层均可作为勘探目的层，而厚流沙港型凹陷（如乌石东洼）应将中深层作为主要勘探目的层。

（4）北部湾盆地存在断裂运移复式成藏及中深层反向断层遮挡成藏2类模式，其中持续沉降型凹陷以第一类成藏模式为主，厚流沙港型凹陷应重点考虑第二类成藏模式。

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Paleogene activities of episodic rifting and their relationships with hydrocarbon in Beibu wan basin

Xu Jianyong Zhang Gongcheng Liang Jianshe Yang Haizhang Zhao Zhigang Li Jianhong

（CNOOC Research Institute，Beijing，100027）

Three episodes of rifting once developed in Beibuwan basin during Paleogene.The first eposode was stronger in the activity of NE－trending faults and controlled the distribution of the Changliu Formation.During the second and third rifting episodes，the activity of NEE－trending faults and EW－trending faults were stronger respectively，and the distribution of Liushag ang Formation and Weizhou Formation were controlled respectively.The variations of these three rifting episodes in time and space have resulted in the differences in vertical superimposition of the three Formations in each sag and the areal migration of the sedimentation－subsidence centers.From the fault activities and the formation distribution，the sags in Beibuwan basin can be divided into four types，i.e.the thicker－Changliu，thicker－Liushagang，thicker－Weizhou and persistent－subsidence type，and these types of sags are quite different in resources potential，main occurence interval and accumulation model of hydrocarbon.

Beibuwan basin；Paleogene；episodic rifting；sag types；resources potential；accumulation model

徐建永，男，高级工程师，现从事地质综合研究工作。地址：北京市东城区东直门外小街6号海油大厦（邮编：100027）。E－mail：xujy2＠cnooc.com.cn。

2010－10－25改回日期：2011－03－23

（编辑：崔护社）