北部湾盆地乌石凹陷剪刀式开合构造特征及成因

2020-05-29杨希冰平贵东董贵能

天然气技术与经济 2020年2期

李才胡林杨希冰平贵东董贵能

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057；2.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163000）

0 引言

北部湾盆地为南海北部新生代典型的断陷盆地，位于印澳—欧亚板块碰撞的“挤出—逃逸构造区”和“古南海俯冲拖曳构造区”两大区域构造变形区的结合部位，受板块之间的相对运动和相互作用，盆地构造演化较为复杂［1-3］。目前，北部湾盆地油气勘探已取得丰硕成果，但进一步扩大勘探成果难度不断增大，急需优选出潜在的富生烃凹陷，寻找新的储量增长方向。伴随着海洋油气勘探力度的逐步加大，人们对该盆地的主体构造特征已有较为清晰的认识，但在盆地具体构造性质及形成机制方面尚未达成共识，对盆地多应力机制下构造演化特征、断裂样式及其成因机制的研究尚不深入，无法对富生烃凹陷进行充分认识，进而影响对潜在富生烃凹陷的优选。乌石凹陷位于北部湾盆地中部，是被证实的富生烃和含油气凹陷，目前勘探发现集中在乌石凹陷东区的反转隆起带。笔者在总结借鉴已有的反转构造机制下［4-9］，通过对乌石凹陷东区构造的解析，提出了控制油气藏聚集的反转隆起带形成机制新认识，以期为区域相似背景下的油气勘探提供参考。

1 乌石凹陷地质概况

乌石凹陷是北部湾盆地南部坳陷中、新生代发育起来的一个次级凹陷，南接流沙凸起，紧邻迈陈凹陷，北面为企西隆起（图1）。凹陷东西部分别受⑦号、⑥号断裂控制形成南断北超（东洼）和北断南超（西洼）的凹陷结构。凹陷（沉积）地层包括古近系长流组、流沙港组、涠洲组，新近系下洋组、角尾组、灯楼角组、望楼港组和第四系。主力烃源岩为流沙港组层段，为一套中深湖相烃源岩。先后经历古近纪裂陷和新近纪裂后沉降阶段。其中，裂陷可分为初始裂陷期、强烈裂陷期和晚裂陷期3 个阶段：①初始裂陷阶段。晚白垩世末—古新世时期，太平洋俯冲板块后退，南海北部陆缘及邻区完全为伸展环境，在NW 向拉张应力作用下，NE 向发育的断裂控制了盆地的沉积充填，沉积了河流相长流组地层。②强烈裂陷阶段。始新世早期受太平洋板块俯冲方向、速度的变化及古南海向南俯冲的影响，北部湾地区继承了早期的盆地格局，表现为快速裂陷，进入成盆高峰期。乌石凹陷⑦号断裂活动性增强，控制了乌石凹陷的沉降中心，沉积了流沙港组巨厚烃源岩层。始新世末期，北部湾盆地抬升剥蚀，流沙港组二段顶面形成区域不整合（T83）。③晚期裂陷阶段。渐新世开始，菲律宾板块NW 向移动，古南海继续向南俯冲。印度板块与欧亚板块持续的硬碰撞造成青藏高原及邻区强烈的构造变形及华南陆缘地幔物质向南运动。此时期南海北部陆缘盆地再次裂陷，应力场转变为近SN向伸展，北部湾盆地EW向断裂为主要活动期，乌石凹陷表现为⑥号断裂强烈活动，控制了涠洲组沉积。渐新世末期，澳大利亚板块碰撞欧亚板块导致伸展运动停止，红河断裂带的左旋运动巅峰期过后，运动速率改变，由加速变为减速，北部湾盆地抬升剥蚀，形成区域性不整合（T60）。

图1 乌石凹陷构造位置与基底断裂叠合图

2 乌石凹陷渐新世末期剪刀式开合构造

渐新世末期，盆地受挤压作用影响褶皱抬升，基本奠定了现今坳隆相间的构造格局，如涠西南南部隆起带、乌石凹陷东区反转构造带等。这些隆起带均为NE-NNE向展布，表明受到局部EW-NW向的挤压运动。特别是乌石凹陷东区反转构造带，其东北部形成了一个宽缓的鼻状隆起，区带发育的EW向和NNW向两组断层形成了西侧伸展、东侧挤压的两个“剪刀式开合”构造变形区。

2.1 渐新世末期剪刀式开合构造特征

乌石凹陷东区反转构造带及周缘存在构造变形分区，控制了乌石凹陷东洼的主要构造变形区。渐新世末期形成两组一侧伸展、一侧挤压的“剪刀式开合”构造。整体上以东北部挤压形成的大范围宽缓背斜为轴，两侧发育两个构造变形区，两个变形区都表现为西侧伸展、东侧挤压的特征。东侧挤压作用形成NE 向逆断层，西侧伸展形成一系列正断层，构造变形区越向西区延伸，断裂的活动性越强，伸展量越大（图2）。但各变形区内部变形强度存在明显的差异，各控制东部形成的断裂为逆冲断层，西部形成EW 向、NNW 向两组撕裂断层，其中，EW向撕裂断层活动“西强东弱”，NNW向撕裂断层活动“南强北弱”。

图2 乌石凹陷涠洲组一段厚度图（叠合T70断层）

2.2 构造成因分析

研究表明，共轭走滑断层及其分隔的断块体在侧向挤压作用下断层发生滑动位移，夹持于其间的块体发生扭动旋转［10-11］。扭动旋转使块体边缘呈现中心对称式的伸展区和挤压区（图3）。

图3 共轭走滑断层变形样式图

北部湾盆地南部坳陷基底发育一系列NE 和NW向共轭交叉断裂，这些断裂相互交叉将基底切割成不同的块体。在侧向挤压作用下共轭断层及其分隔断块体发生旋转，企西隆起、流沙凸起呈V 字型排列，区域右旋压扭引起凸起扭动旋转，造成乌石西区局部伸展、乌石东区发生挤压汇聚，形成现今的构造格局。虽然所描述的构造样式似乎是一种局部现象，但通过对区域构造的解析，不同地区的地震剖面观测表明，刚性块体旋转形成的剪刀式开合构造可能是影响整个北部湾盆地南部坳陷渐新世末构造的一种常见的变形样式。如乌石凹陷南部的迈陈凹陷具有西挤东张的特征［12-14］，与乌石凹陷构造分区互补，表明这种机制是区域统一的（图4）。

图4 剪刀式开合构造成因模式图

3 构造物理模拟实验

针对乌石凹陷东区剪刀式开合构造特征，为讨论其成因认识的可靠性，设计了构造物理模拟实验。实验材料选择上考虑实际盆地与实验模型的相似性原则，模拟实验采用干燥石英砂模拟上地壳地层，天然橡胶板模拟基底薄弱带传递伸展变形，棉布模拟断层面、刚性不变形部分，聚乙烯泡沫板模拟基底先存构造（表1）。

3.1 实验方法

乌石凹陷东区发育两个“剪刀式开合”构造变形区，因此设计两个基底刚性块体，模型底面平整，与试验台接触面光滑。两块刚性基地板分别能够沿中间连接轴旋转，类似于剪刀沿着连接轴旋转。能够在NW 向挤压作用下造成西部发生伸展变形，同时东部为挤压变形，即“剪刀式”变形的实验装置。

表1 实验材料相似性参数表

3.2 实验结果

模型底板受到NE-SW 向挤压，模型发生“剪刀式”变形。在模型西南方位受到伸展应力作用，产生两条正断层，其中一条正断层走向NWW向，另一条正断层走向近SN向。而在模型东北方位产生一条狭长而宽缓的背斜，背斜长轴走向近NE 向，而且在背斜边缘出现逆断层。乌石凹陷东洼在涠洲组末期受构造反转控制，在东洼内的中部表现为局部撕裂作用，发育一条EW 向和一条NNW 向正断层，在东北部表现为区域性的挤压，发育反转背斜和逆冲断层。实验通过设置局部刚性块体，很好地解释了统一构造背景下同时形成伸展构造和挤压构造的原因（图5）。