南海北部超深水区兴宁—靖海凹陷中—新生代构造演化及其油气勘探意义

杨东升 赵志刚 杨海长 曾清波 纪 沫 黄 萱

（ 中海油研究总院有限责任公司 ）

兴宁—靖海凹陷位于珠江口盆地东南部，整体水深超过1500m，是洋陆过渡壳上的中—新生代叠合凹陷，作为近几年油公司新划分的构造单元，其凹陷生烃潜力尚未证实，地层时代、产状、岩性以及构造特征等都与珠江口盆地其他凹陷差异很大，是南海北部深水区以中生界为目的层的油气勘探新领域。1998年以来，有很多学者对珠江口盆地东南部做了大量的研究工作，综合研究认为潮汕坳陷是南海北部大陆边缘及珠江口盆地具有代表性的中生代残留盆地[1-4]。2003年潮汕坳陷北坡L1井的钻探证实了该坳陷确实是一个中生代残留坳陷，坳陷中充填有白垩纪陆相沉积及中—晚侏罗世海相沉积，其中晚侏罗世海相沉积具有良好的石油地质条件，中生界成为珠江口盆地东部寻找油气的一个重要勘探领域[5]。杨东升等利用处理解释一体化技术解决了靖海凹陷解释过程中地层确定的难题，并理清了靖海凹陷中生代和新生代结构特征[6]。张江阳等对潮汕坳陷中生代构造变形进行了定量分析，认为潮汕坳陷中生代变形以地层挠曲为主，新生代潮汕坳陷相对于兴宁—靖海凹陷处于极弱拉伸环境[7]。兴宁—靖海凹陷中—新生代具有独特的演化结构，其构造特征和构造演化等方面研究甚少。在总结前人对潮汕坳陷、台西南盆地中生界研究的基础上，通过对兴宁—靖海凹陷及周缘二维、三维地震资料联合精细解释，综合分析其凹陷结构、构造演化史和烃源岩特征，为南海超深水油气勘探与区域研究提供依据。

1 区域地质概况

南海北部大陆边缘东北部珠江口盆地是在加里东、海西、燕山期褶皱基底上形成的中—新生代含油气盆地，其形成过程受印度洋—澳大利亚板块、欧亚板块的碰撞、太平洋板块的俯冲以及地幔柱上拱的影响，且与南海扩张及形成演化等存在必然的成因联系。盆地地质背景及地球动力学条件复杂，盆地形成演化受诸多复杂地质因素的控制与制约。

兴宁—靖海凹陷位于珠江口盆地潮汕坳陷以南，西与荔湾凹陷以荔兴凸起相隔（图1）。兴宁—靖海凹陷新生代的结构特征和构造演化不同于传统意义上的断陷型盆地，具有特殊的几何学展布和凹陷结构。盆地深水区新生代受控于南海扩张、红河断裂带走滑和菲律宾板块聚敛的共同作用，其构造属性和成盆机制具有特殊性[8-11]。前人对兴宁—靖海凹陷新生代构造演化做过大量深入的研究，整体归结为3层盆地结构特点，经历了晚白垩世—早渐新世裂后多幕裂陷裂谷阶段、晚渐新世—早中新世裂后断坳转换及区域热沉降阶段和中中新世以来新构造运动及热沉降坳陷阶段等三大构造演化阶段[12]。

南海北部中生界主要分布于珠江口盆地东部到台西南盆地区，中生界埋深为1～3km，厚约2～8km，最大厚度在潮汕坳陷—东沙隆起东部地区，东部发育长轴褶皱，其分布与中生代太平洋板块对东亚大陆俯冲挤压造成的基底不均衡隆升、断块作用等有关，具有良好的油气勘探前景[13-16]。

图1 兴宁—靖海凹陷区域位置图

2 构造特征及演化

2.1 断裂特征

兴宁—靖海凹陷中生代断裂发育特征和规模与新生代均有较大差异。中生代处于挤压应力场，主要发育大规模逆冲推覆断裂，局部发育正断层，断层数量较新生代少；新生代处于伸展应力场，多期构造运动控制的正断层非常发育。根据断裂性质、活动强度和活动时间可划分出以下3类断裂体系。

Ⅰ类断裂位于兴宁凹陷和潮汕坳陷交界部位，为发育于中生代的一系列大规模逆冲推覆断裂，平面延伸较长（21～41km），剖面切穿中生界，活动强度大，持续时间长，平面呈NNW—SSE走向，垂向逆冲断距最大可达440m，对圈闭形成和凹陷中生代构造格局有重要影响（图2中①、②、③号断层）。

图2 过兴宁凹陷地震剖面（剖面位置见图1）

Ⅱ类断裂发育于新生代早期，为兴宁—靖海凹陷新生代边界控凹断裂，兴宁凹陷控凹断裂呈NW走向，水平延伸长度为95km，最大垂直断距为4300m；靖海凹陷控凹断裂走向多呈NE向展布，多伴随火山一侧发育。这类正断层体系从古近纪早期开始活动，发育时间长，切穿了Tg至的层位，同时深层延伸切穿中生界，控制了古近系的沉积，对沉积体系分布以及油气输导均具有重要作用（图2中④号断层，图3中⑤、⑥、⑦号断层）。

Ⅲ类断裂为凹陷内广泛分布的次级断裂，为某一期构造活动形成，之后便不再活动，该类断层对凹陷结构影响较小（图2和图3中未标号的小断层）。

图3 过靖海凹陷地震剖面（剖面位置见图1）

2.2 凹陷结构特征

兴宁凹陷和靖海凹陷结构特征相似，均呈“中生代挤压、坳陷，新生代伸展、断陷”的叠合结构特征（图4）。中生代兴宁—靖海凹陷与潮汕坳陷相通，整体为统一的大坳陷结构。

新生代兴宁凹陷呈NWW走向的半地堑结构，剖面上呈南西断、北东超的特点。④号边界大断裂控制了整个凹陷古近系的沉积，中生界沉积并不受控于该断裂；古近系沉积期断层的下降盘根部恩平组沉积明显加厚，向远离断层方向、即凹陷缓坡部位，地层厚度逐渐减薄，断层上升盘不发育恩平组（图2）。地层分布特征上，兴宁凹陷中生界和新生界发育规模相当，新生界最大厚度为5500m，其中古近系最厚达3000m；中生界最大厚度为5800m，主要以三叠系为主，上侏罗统和白垩系在燕山期遭受大面积隆升与剥蚀。中生代兴宁凹陷与潮汕坳陷相通，整体呈坳陷结构特征（图4a），白垩世末期区域应力环境由挤压逐渐转变为拉张，新生代兴宁凹陷在伸展拉张应力环境下呈断陷结构特征（图4b），断裂控制兴宁凹陷新生界的沉积。

新生代靖海凹陷呈NEE走向，新生界沉积受一系列NEE向断裂控制形成4个次级凹陷。剖面上，控凹断层位于凹陷南部与火山伴生，控制了新生界的沉积（图3）。地层分布特征上，靖海凹陷中生界较新生界厚，新生界最大厚度为2400m；中生界白垩系和侏罗系的最大厚度可达4400m。中生代靖海凹陷与潮汕坳陷相通，整体呈坳陷结构特征（图4a)，白垩世末期区域应力环境由挤压逐渐转变为拉张；新生代靖海凹陷在伸展拉张应力环境下呈断陷结构特征（图4b)，断裂控制靖海凹陷新生界的沉积。

图4 兴宁—靖海凹陷中生代（a）和新生代（b）厚度图

2.3 构造演化

根据前人对潮汕区域构造活动特征研究[17-20]，认为三大演化阶段和五期构造运动共同主导了兴宁—靖海中—新生代叠合凹陷的构造格局。兴宁凹陷主要经历了中生代坳陷挤压剥蚀期、早渐新世伸展断陷期和晚渐新世以来的热沉降坳陷期（图5）。靖海凹陷主要经历了中生代坳陷挤压剥蚀期、晚渐新世伸展断陷期和中新世以来的热沉降坳陷期（图6）。由于兴宁凹陷和靖海凹陷所处地理位置不同，大区域背景下其构造演化具有相似性也具有差异性，都经历了 “坳陷—断陷—坳陷”三大演化阶段，新生代靖海凹陷形成晚于兴宁凹陷，故其新生代以来的断陷—坳陷两个演化时期均要晚于兴宁凹陷。

2.3.1 中生代构造演化

中生代的坳陷挤压剥蚀阶段，主要经历印支运动和燕山运动，三叠纪印支地块向华南地块俯冲碰撞，整个潮汕区域由古特提斯构造域陆块汇聚主导的有限洋盆发育为印支地块和华南地块碰撞背景下的残余海，该时期兴宁—靖海—潮汕为统一大坳陷。早侏罗世—晚白垩世时期古太平洋板块多期俯冲，潮汕区域主要以弧前盆地逐渐发育为陆内前陆盆地。早侏罗世—晚白垩世的燕山运动主幕对该区域影响最大，潮汕区域正好位于太平洋板块向华南板块的俯冲碰撞带上，大坳陷中部形成一系列挤压长轴背斜，并在大坳陷西部形成逆冲断褶带，大坳陷南部伴随强烈的火山活动；早—晚白垩世末期太平洋板块持续向欧亚板块俯冲；白垩纪末—早始新世，太平洋板块向欧亚板块的运动方向和运动速率显著改变，运动方向由原来的NWW向变为SN向，平均汇聚速率由130mm/a降至78mm/a，俯冲逐渐减慢[21-22]，且随着古太平洋板块俯冲板片角度的加大，俯冲带向东后撤，南海北部构造应力场由前期的挤压转为晚白垩世之后的伸展作用。最终在早期俯冲带的位置形成大陆边缘的张裂带，转换的时间大致发生在白垩纪，这个时期南海两侧陆架沉积构造环境发生了巨大变化。

图5 兴宁凹陷构造演化剖面

因此，将兴宁—靖海凹陷中生代演化统称为坳陷挤压剥蚀阶段，中生代早期兴宁凹陷、靖海凹陷与潮汕坳陷相通，兴宁—靖海—潮汕整体呈统一大坳陷，沉积中心位于潮汕坳陷中部，南部为靖海凹陷，西南部为兴宁凹陷。燕山运动时期，受太平洋板块向欧亚板块NW向俯冲影响，在兴宁—潮汕交界处形成挤压逆冲断褶带（图2），并造成大面积的隆升与剥蚀，整个兴宁凹陷白垩系和大部分侏罗系均被剥蚀；现今剖面上兴宁凹陷与Tg呈不整合接触的大角度斜向地层主要以三叠系为主。潮汕坳陷北部同样遭受较大范围剥蚀，L1井点处的剥蚀量达到1600m，靖海凹陷白垩系局部遭受剥蚀。

2.3.2 新生代构造演化

新生代南海北部大陆边缘主要经历神弧运动（珠琼运动为神弧运动的第二幕）、南海运动和东沙运动3期影响较大的构造运动事件，新生代早期的神弧运动和早渐新世的南海运动控制了主伸展期的应力方向，研究区由古近纪早期的NW—SE向拉张转向晚渐新世近SN向拉张，形成一系列NE向和NWW向拉张断层，分别控制了该时期靖海凹陷和兴宁凹陷的断陷沉积充填结构。

兴宁凹陷新生代构造演化主要划分为早渐新世伸展断陷期和晚渐新世以来的热沉降坳陷期，主伸展期发育的 NW向拉张断裂控制该凹陷新生代的断陷沉积充填结构，演化剖面上表现为断层根部地层厚向翼部减薄的特征。晚渐新世以来拉张作用逐渐减弱，进入弱伸展背景下的稳定热沉降坳陷阶段，演化剖面上表现为中间厚两翼逐渐减薄的 “碟形”特征。

图6 靖海凹陷构造演化剖面

靖海凹陷形成时间晚于兴宁凹陷，其新生代构造演化主要划分为晚渐新世伸展断陷期和中新世以来的热沉降坳陷期。主伸展期发育的NE向拉张断裂控制了晚渐新世—中新世早期的断陷沉积充填结构，控凹断裂主要位于靖海凹陷南部与火山伴生，演化剖面上表现为断层根部地层厚翼部逐渐减薄的特征。中中新世以来靖海凹陷受东沙运动影响整体进入热沉降坳陷期，东沙运动是一次伸展背景下的断块升降运动，主要表现为构造隆升和沉积物剥蚀，东沙运动止于中新世末期，之后潮汕凹陷才开始接受海相沉积。

3 构造演化与油气成藏

3.1 构造演化与烃源岩的关系

构造演化控制着岩性、岩相的发育特征，而烃源岩发育与岩相、岩性息息相关。兴宁—靖海凹陷中—新生代多旋回的构造演化特征造就了中生界海相烃源岩整体处于成熟—高成熟阶段。靖海凹陷发育三叠系、侏罗系及白垩系3套中生界烃源岩，其中白垩系主要为滨浅湖相沉积，其生烃潜力相对有限。侏罗系为靖海凹陷的主力烃源岩层，整体为一套大陆边缘局限海相沉积，生烃母质包括陆源高等植物及水生藻类，据邻区潮汕坳陷L1井地球化学资料，其有机质丰度较高、生烃潜力较大。侏罗系烃源岩分布广、厚度较大，沉积中心位于靖海凹陷中部，最大厚度达2800m，烃源岩规模较大。三叠系烃源岩主要在广东陆区、礼乐盆地被揭示，为一套滨浅海—半深海相泥岩，有机质类型为Ⅲ型。兴宁凹陷由于侏罗系和白垩系遭受剥蚀，中生界沉积以三叠系为主，因此三叠系海相泥岩为兴宁凹陷的主力烃源岩，沉积中心位于凹陷中部，最大厚度达5000m，烃源岩规模较大。模拟结果表明，靖海凹陷新生界烃源岩基本未成熟，兴宁凹陷仅恩平组中部海相烃源岩局部达到成熟。兴宁凹陷中生界烃源岩在凹陷中心Ro达2.0%，大部分地区Ro大于0.7%。靖海凹陷中生界烃源岩成熟度稍低，凹陷中部局部地区Ro达1.3%以上，大部分地区Ro大于0.7%（图7）。因此，兴宁—靖海凹陷中生界烃源岩处于成熟—高成熟演化阶段，处于既生油又生气的生烃门限内。

图7 兴宁凹陷三叠系烃源岩（a）和靖海凹陷侏罗系烃源岩（b）成熟度图

晚白垩世以来，碰撞后的伸展断陷作用为中生界烃源岩的快速成熟提供了条件。中生代兴宁—靖海凹陷为潮汕坳陷西南坡上两个相连通的小次凹，埋深较浅，经过新生代早期伸展断陷作用和中晚期的快速沉降运动，中生界海相烃源岩被快速埋藏，使有机质快速达到成熟生油门限深度，进而有利于油气生成。

3.2 构造演化与储盖组合的关系

兴宁—靖海凹陷中—新生代多幕构造演化控制了不同时期的沉积类型，不同时期的沉积类型又构成了研究区的多套储盖组合。构造演化控制了中生代从早到晚由海相到陆相的演变，晚三叠世—早侏罗世是新特提斯洋的迅速扩张期，研究区经历了一次大的海侵活动，发育浅海相沉积。中—晚侏罗世发生燕山运动，库拉—太平洋板块向欧亚板块俯冲，研究区受强烈挤压作用而隆起并遭受剥蚀，主要以滨浅海相沉积为主。在早白垩世，古太平洋板块持续向欧亚板块俯冲， 研究区又一次遭受抬升剥蚀，主要发育滨浅湖相沉积。新生代古近纪的主伸展期控制兴宁—靖海凹陷的断陷沉积充填，以浅海相沉积为主，中中新世末期东沙运动引起研究区断块升降，逐渐发育深海相沉积。因此，中生代兴宁—靖海凹陷整体以滨浅海相、滨浅湖相沉积为主，储层较发育。在台西南盆地，下白垩统以砂泥岩互层沉积为主，砂岩比例较高，砂岩粒度为极粗粒至细粒，孔隙度大都在8%～13%，部分地区裂缝发育，可作为储层。台西南盆地CFC-2井钻穿440m的下白垩统，是砂泥岩间互层，砂岩单层厚度最大为22m，最小为3m，其中砂岩占53%，泥岩占47%；井深3220m、3300m和3500m的岩心的孔隙度分别为6.3%～19.3%、6.7%～11.3% 和 4.8%～10.7%[20]。礼乐盆地钻井资料显示，下白垩统岩石的平均孔隙度为17.2%，平均渗透率为10.3mD。据此可推测，在珠江口盆地的中生界，上三叠统—下侏罗统和白垩系砂泥岩互层构成了主要的储层、盖层及其组合。此外，兴宁—靖海凹陷还发育新生界储盖组合。恩平组沉积时期，兴宁—靖海凹陷主体以滨浅海相沉积为主，兴宁凹陷北部隆起带提供的物源在凹陷北侧形成了一定规模的三角洲，围绕凹陷北部呈串珠状分布（图8），地震剖面上呈典型的席状前积反射。兴宁—靖海凹陷斜坡带恩平组滨海相砂泥岩分布较广，与上覆珠海组下部的海相泥岩构成了良好的储盖组合。

图8 兴宁—靖海凹陷恩平组沉积相

3.3 构造演化与圈闭形成、油气运聚的关系

兴宁—靖海凹陷中—新生代构造演化控制的叠合凹陷具有晚期生排烃特点，有利于油气的生成、保存。兴宁—靖海凹陷经历的多次构造运动改变了构造格局，影响了油气运移，新生代主伸展期的Ⅰ类拉张断裂主要位于生烃中心边缘，断裂从中生界烃源灶一直延伸至上覆地层，有利于油气的垂向运移。构造演化控制了兴宁—靖海凹陷圈闭的类型和分布，在中生代的挤压应力环境和岩浆活动以及新生代的拉张背景下，兴宁—靖海凹陷及周缘共发育圈闭22个，圈闭类型主要以背斜、断鼻、地层—岩性和岩体刺穿为主，主要分布于凹陷南北两侧，其中凹陷南侧圈闭多与火山相关，为岩体刺穿型圈闭，圈闭条件较差。综合而言，近凹圈闭带相对靠近烃源岩，易于捕获油气，油气生成、运移与圈闭形成的匹配关系良好，是有利勘探区带。因此，推测兴宁—靖海凹陷可能发育背斜油气藏、断鼻油气藏、地层不整合遮挡油气藏和近岸水下扇岩性油气藏4种油气藏类型（图9）。

图9 兴宁—靖海凹陷推测油气藏类型图

4 结论

（1）兴宁—靖海凹陷沉积充填了中生界与新生界，且呈中生代挤压坳陷和新生代伸展断陷的叠合结构。

（2）兴宁—靖海凹陷中—新生代经历了三大演化阶段，兴宁凹陷经历了中生代坳陷挤压剥蚀期、早渐新世伸展断陷期和晚渐新世以来的热沉降坳陷期3期构造演化，靖海凹陷经历了中生代坳陷挤压剥蚀期、晚渐新世伸展断陷期和中新世以来的热沉降坳陷期3期构造演化。

（3)兴宁—靖海凹陷中—新生代构造演化控制了中生界海相烃源岩整体处于成熟—高成熟阶段；控制了研究区主要发育两套储盖组合：中生界侏罗系与白垩系滨浅海相、滨浅湖相砂泥岩互层构成的储盖组合，以及新生界恩平组滨浅海相、三角洲相砂岩与珠海组海相泥岩构成的储盖组合；控制了圈闭的类型及分布，圈闭类型主要以岩体刺穿、地层—岩性、背斜和断鼻为主，主要分布于凹陷南北两侧，其中近凹圈闭带靠近烃源、圈闭类型好，是有利的勘探区带。