琼东南盆地松东凹陷断裂发育特征

宋 鹏，宋瑞有，韩光明，谭建财，刘云芝

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057)

0 引言

断裂是地壳中最为发育的地质构造之一，是伸展型盆地构造研究的核心和油气勘探的关键，其不仅是油气运移的重要通道，也是圈闭形成和展布的控制因素，伸展盆地内沉积物的充填、沉积层序特征、油气藏的形成分布和演化等都与断层分布和活动密切相关(谢玉洪等，2015)。琼东南盆地是新生代裂谷盆地，松东凹陷是琼东南盆地的次一级构造单元，新近系地层的区域南倾使松东凹陷整体呈一向南倾斜的单斜坡，因此断裂是该区圈闭形成的主要控制因素。前人对于琼东南盆地断裂系统的研究主要集中在盆地一级断裂带上和地震资料品质相对较好的崖南凹陷、松南凹陷，而对于地震测网稀疏、品质较差的松东凹陷研究很少，对松东凹陷断层几何学特征、运动学特征及构造演化认识不清，使得圈闭匮乏，严重阻碍了该区的勘探进程。从区域构造来看，松东凹陷位于琼东南盆地东部偏北位置，处于琼东南盆地东、西两个不同走向构造带的转换位置，具备两个构造带不同的构造特征，因此理清松东凹陷断裂的发育特征有助于加深对琼东南盆地区域构造演化的认识。现今地球物理技术方法日趋多样(李飞等，2020)，地震勘探的地质目标体越来越精细(王兴宇等，2020)，本文基于近几年新采集的地震资料，对松东凹陷的断层进行系统解释和厘定，弄清凹陷内断裂发育特征和成因机制，以便分析断裂对油气成藏的作用，加深对该区石油地质条件的认识，指出有利勘探区带。

1 区域地质概况

松东凹陷位于琼东南盆地东北部的浅水区(李俞锋等，2018)，其北至海南隆起，南与松涛凸起相接，西与松西凹陷相通，东与珠江口盆地的神狐隆起相连(图1)，是受琼东南盆地6号断裂控制、总体呈南断北超的箕状凹陷，凹陷面积3200 km2，水深110～190 m。松东凹陷的发育演化与印欧碰撞、太平洋板块菲律宾板块向欧亚板块的俯冲、南海扩张三次事件密切相关，凹陷构造演化可以分为裂陷和裂后两大阶段(陶维祥等，2000；宋瑞有，2020)，断裂活动主要发生在具有多幕多旋回特征的裂陷阶段。钻井及地震资料揭示松东凹陷自下而上发育始新统岭头组、渐新统崖城组和陵水组、中新统三亚组和梅山组及黄流组、上新统莺歌海组、第四系更新统乐东组等地层。古近纪地层主要由周缘海南隆起、松涛凸起及神狐隆起提供物源，受断层控制作用比较明显；古近纪晚期松东凹陷区域填平补齐，新近纪地层主要由海南隆起区提供物源，地层区域南倾，受断层影响较小。多口钻井已证实烃源岩，该区油气运聚活跃，是琼东南盆地北部坳陷重要的勘探领域(王元等，2018)。

图1 琼东南盆地松东凹陷位置图

2 断裂发育特征

松东凹陷历经多期构造活动形成了复杂的断裂系统，除琼东南盆地6号断层这条大的松东凹陷控凹断层外，凹陷内部也发育多种样式的断层，且多表现为正断层的性质。松东凹陷断层具有多展布方向、多组合样式、多期次和多断层类型的特征，不同期次、不同类型的断层组合在一起共同控制着凹陷内部的构造格局(图2)。

图2 松东凹陷断裂分布图

2.1 断层剖面组合样式

从断面的剖面形态来看，松东凹陷单条断层多呈上陡下缓的犁式或者上下倾角相近的平直式断层(图3a)。犁式断层也称铲式断层，多为生长断层，犁式的边界断裂呈上陡下缓的犁式特点,断层上盘发生了向断裂的弯曲滚动,从而产生可容空间，对沉积控制作用比较明显(谢文彦等，2009)；平直式断层多为一次构造运动形成的断层，对沉积控制作用不明显，部分地区地层受递进剪切力作用形成类似于多米诺骨牌的形状，多米诺式构造样式的显著特点是其内部构造不受边界断层的控制,由一系列同倾平直断层所组成的断层系统控制(范柏江等，2010)。剖面上两条断层的组合样式主要有“Y”字形、“人”字形和“X” 字形三种基本组合形式(图3c、d)，多个同一形式或者不同形式的断裂又进一步组合形成复合“Y”字形、羽状、帚状以及网状等复杂样式的断裂(图3b)。其中复合“Y”字形断层组合是松东凹陷最为常见的断裂组合样式，其常由多个同向“Y”字形断裂和反向“Y”字形断裂组合而成，该部位常发育断鼻、断块圈闭，是松东凹陷重要的油气勘探区。

图3 松东凹陷断层剖面组合样式

2.2 断层平面组合样式

从断层的平面组合样式来看，松东凹陷单个断层主要呈弧形或者直线形(图4)。弧形断层多为生长断层，断层的下降盘多位于内弧面一侧；直线形断层多是一次构造运动形成的非生长断层，剖面上呈平直式断层。松东凹陷多个断层的平面组合样式主要有帚状断裂、斜交式断裂和平行式断裂。平面上帚状、斜交式断裂在剖面上多对应“Y”字形、复合“Y”字形和帚状断裂，其控制着松东凹陷内部的基本构造格局，帚状构造是由一束两个以上的弧形弯曲的结构面组合而成,其整体形态呈撒开端宽收敛端窄的帚状，弧形结构面间相互不平行(马乾等，2011)；平行式断裂在剖面上常对应多条同向或相向的平直式断层，为同一期构造运动的产物，其使凹陷显得非常破碎，部分平行式断裂呈雁列式排列，雁列式断裂是水平扭动在平面上的重要表现形式,离散型水平扭动以张性雁列式断裂为主。

图4 松东凹陷断层平面组合样式

从断层的平面展布方向来看，松东凹陷断层主要呈NE向、近EW向和NWW向展布(图2)，具有成束、成带分布的特征。NE向断层主要位于松东凹陷及其次洼的周缘，发育数量较少但是延伸较长，是松东凹陷的控凹断层。EW向断层主要位于松东凹陷的中西部，多与NE向断层相接，发育数量较多。NWW向断层在松东凹陷东北部集中发育，发育数量巨大。总的来看，在NE向断层的控制下，近EW向和NWW向断层组合形成六组断裂带向北东方向依次排开，且向北东方向断裂带的走向由近EW向转换为NWW向。

2.3 断层活动期次

根据松东凹陷断层强烈活动时间和断层断穿层位可以将松东凹陷的断层分为始新世断层、渐新世断层和中新世断层(图5、图2)，不同时期活动的断层具有不同的展布方向，反映该区不同时期区域应力背景的改变。

图5 松东凹陷断层活动期次

始新世断层是盆地裂陷初期形成的断层，后期继承性活动，主要呈NE向展布，其主要分布于松东凹陷及其内部次洼的边界位置，控制着松东凹陷的形成演化及其内部的基本构造格局。渐新世断层是松东凹陷内部的次一级断层，其渐新世早期强烈活动，至渐新世晚期渐渐静息，多呈近EW向展布。渐新世断层主要分布于松东凹陷中西部，对陵水组地层具有明显的控制作用。中新世断层活动时间较晚，持续时间较短，对沉积的控制作用较弱，多呈NWW向展布，集中分布在松东凹陷的东北部，发育规模较大。

始新世断层控制凹陷及内部结构，渐新世断层主要发育于凹陷西南部，中新世断层主要发育于凹陷东北部。整体上看断层自西南向东北有变新的趋势。松东凹陷断层的活动期次与展布方向具有很好的对应关系，随着时间的推移断层走向由NE向变为EW向再变为NWW向，这种变化规律反应了该区区域应力方向随时间发生了顺时针的旋转。总的来看，松东凹陷在NE向始新世断层的控制下，近EW向的渐新世断层和NWW向中新世断层组合形成六组断裂带向北东方向依次排开。松东凹陷的这种发育规律反应了该区区域应力释放点随着时间的推移逐渐向北东方向迁移，地层向北东方向依次破裂。

2.4 断层发育规律

松东凹陷断层多发育于凹陷内基底隆起区，并成带分布。松东凹陷形成发育过程处于拉张应力环境，发育断层均为正断层。根据地层产状与断面产状的关系可以将断层分为同向正断层和反向正断层，地层产状与断面产状相同为同向正断层，反之则为反向正断层(张忠涛等，2010)。松东凹陷反向正断层多发育于凹陷内基底隆起部，多继承早期断层活动，对陵水组、三亚组沉积控制作用比较强，同向正断层多发育于凹陷及其次洼内部，多为调谐断层，由地层重力作用形成，基本对沉积没有控制作用。松东凹陷同向正断层和反向正断层的分布具有很好的规律性，同向正断层和反向正断层东西向成列相间分布。根据断层倾向的不同可以在松东凹陷断裂展布图上识别出四条南北向的条带(图6)，条带两侧断层掉向相反，且断层多在条带附近发育终止。从松东凹陷古近系厚度图上也可以清晰分辨出这四条南北向展布的条带，条带两侧地层厚度变化较大。最右边的南北向条带为三维地震覆盖，三维资料上可清晰看到地震同相轴多在条带两侧挠曲或者发生突变，基底在虚线两侧发生了明显的错动，东侧向北移动了约7 km，证实该南北向条带是一条具有走滑性质的断层，NWW向晚期断层多在条带位置两侧消失，说明该走滑断层形成时间更早，控制了后期NWW向断层的发育，推测左边三条条带与之有类似性质，也为南北走向的走滑断层，形成这些走滑断层的主要诱因推测为南海西北次海盆受近SN向应力的不均匀拉张，松东凹陷南部的宝岛长昌凹陷通过西沙海槽与西北次海盆相连，西北次海盆扩张时东部扩张强度大而西部小，因此虽然松东凹陷整体向北相对移动，但是凹陷东部移动距离更大，相对于凹陷西部向北错动。

图6 松东凹陷断层发育规律

除前述四条南北向条带外，从松东凹陷古近系厚度图上还可以识别出在凹陷东部也发育两条南北向的条带，条带两侧断层掉向相反，古近系地层厚度变化较大，且断层多在条带附近尖灭，松东凹陷整体呈菱形展布，六条南北向的走滑断层又将松东凹陷分割成5个小菱形。松东凹陷断层东西向成束、南北向成列的展布规律控制着凹陷的构造格局，将南断北超的松东凹陷分割成多个具有不同构造特征的块体。

3 构造变换带断层发育特征

变换带这一概念最先是Dahlstrom(1970)在研究褶皱-逆冲断层时提出的，其认为挤压变形带应变和位移应该是守恒的。Gibbs(1990)将此概念引入到伸展变形区，认为变换带是一种在伸展构造区平面上传递应变，并保持区域上应变平衡的一种调节构造(杨明慧，2009；宋爽等，2016；徐长贵，2016)。调节性构造可以褶皱、断裂、隆起等形式存在，协调应变在三维空间上的守恒。构造变换带常位于大型断裂之间,是断裂活动过程中为使断裂位移在三维空间守恒而产生的一种构造现象，而断层是区域应变调节的主要方式，因此构造变换带常伴有大量断层的集中发育。本文按照变换带的定义和识别原则，在松东凹陷的两端识别出两个构造变换带：松西-松东构造变换带、松东-宝岛构造变换带。

松西-松东构造变换带位于松东凹陷西端。松西凹陷受控于5号断层呈北断南超的半地堑结构，松东凹陷受控于6号断层呈南断北超的半地堑结构，5号断层和6号断层在松东凹陷西端形成对倾叠覆型构造变换带(见图7)。该构造变换带受一条断距较大的南倾变换断层控制，整体呈北西-南东向展布。变换带内部发育大量近东西走向、规模较小的断层(见图8)，其中北部断层多为南倾断层，与5号断裂体系有关，南部断层多为北倾断层，与6号断裂体系有关。断层组合多呈复合“Y”字形或“X”字形组合样式。松东凹陷西端正是通过一条大的变换断层和若干条近东西向小型断层的调节完成了5号和6号断层应变和位移的变换。松西-松东构造变换带在松西凹陷和松东凹陷结合部形成一个局部隆起，隆起上发育断块圈闭且油气运聚条件优越，是松东凹陷重要的油气勘探区。

图7 琼东南盆地东区基底立体显示图

图8 松东凹陷断层剖面组合样式

松东-宝岛构造变换带位于松东凹陷东端。松东凹陷东端发育大型南北向走滑断层，受其影响位于6号断层以南的2号断层在松东凹陷东端向北迁跃至6号断层以北，同时6号断层在走滑断层位置中断。在北倾的6号断层、南倾的2号断层以及南北向走滑断层的共同作用下，在松东凹陷东端靠近宝岛凹陷北坡位置形成一个复杂的应变区，从而形成了松东-宝岛构造变换带。该变换带的结构、组成、演化和位移传递方式比经典的变换带(Morley et al.，1990)要复杂的多，利用经典的变换带分类方案难以描述该构造变换带，据此童亨茂等(2015)提出了裂陷盆地新的变换构造带分类方案，并将松东-宝岛构造变换带定义为 “复式变换构造”。该构造变换带整体呈北东-南西向展布，在松东凹陷和宝岛凹陷结合部形成一个局部隆起。变换带内部断层极其发育，断层断穿层位较深，多条断层在深部形成一个共同的滑脱面。根据断层走向可以分为北东向和近东西向两组断层，两组断层组合将松东-宝岛构造变换带分为多个断块。

4 讨论

4.1 断裂形成机制

松东凹陷是琼东南盆地重要的组成部分，其构造演化与琼东南盆地的构造演化相似，其断裂系统的成因机制与琼东南盆地的区域应力背景息息相关。但是由于松东凹陷处于特殊的构造位置，其断裂系统的成因又具有特殊性。琼东南盆地是发育在南海北部大陆边缘西北部的新生代沉积盆地，其发育演化与印欧碰撞、太平洋板块菲律宾板块向欧亚板块的俯冲、南海扩张三次事件密切相关(张功成等，2011；蒋德鑫等，2020；李学杰等，2020；熊量莉等，2020)。中生代，太平洋板块向欧亚板块NW向俯冲，在华南陆缘形成一系列NE向挤压软弱带。晚白垩世-始新世，太平洋板块与欧亚板块会聚速率快速下降，太平洋板块发生俯冲后撤(谢文彦等，2007)，华南陆缘处于NW-SE向伸展应力场中,形成一系列NE向裂陷群，为中国近海新生代盆地的发育奠定了基础，此时琼东南盆地各凹陷开始发育，松东凹陷始新世断层活动强烈。渐新世，受印澳、欧亚、太平洋、菲律宾板块会聚速率、会聚方向改变的影响，南海中央海盆和西北次海盆发生SN向扩张，区域应力场逐渐顺时针旋转为SN向伸展，琼东南盆地裂陷群进一步发育并逐渐连成一体，形成琼东南盆地，在SN向伸展应力场下松东凹陷发育EW向渐新世断层，同时始新世NE向控凹断层进一步右旋张扭生长。中新世，琼东南盆地进入裂后热沉降阶段，断裂活动强度减弱，断层仅在盆地东部的松东凹陷、宝岛凹陷及长昌凹陷发育，该时期菲律宾板块向南海海盆NWW向仰冲，使南海北部陆缘中东部处于NNE-SSW向伸展应力场中，形成NWW向中新世断层(胡阳等，2018)，琼东南盆地中西部距离仰冲带较远，受其影响较小，仅零星发育受重力、热演化控制的中新世断层(刘正华和陈红汉，2011)。

虽然松东凹陷发育演化过程与琼东南盆地相似，但是由于松东凹陷处于特殊的构造位置，其断裂系统的形成机制又具有自己的独特性。琼东南盆地东、西区具有不同构造特征，盆地西区(松东-松南-北礁凹陷连线以西)整体呈NE向展布，由多个地堑、半地堑组成，具有南海北部离散型陆缘性质，同时受1号走滑断层影响；盆地东区(宝岛-长昌凹陷)不是典型的地堑或半地堑结构，整体呈NWW向展布，与西北次海盆展布方向相近，受西北次海盆SN向扩张影响明显。松东凹陷位于琼东南盆地东、西区结合部，松东凹陷中、西部与琼东南盆地西区应力场背景相同，松东凹陷东部受琼东南盆地东区应力场影响比较大。渐新世，由于西北次海盆SN向强烈扩张，受其影响琼东南盆地东区SN向拉张应力强度比西区更大，松东凹陷在东强西弱的SN向伸展应力场作用下形成一系列近EW向断层，同时由于不均匀拉张应力影响，在凹陷内部又形成多条近SN向、具有左旋走滑性质的调节断层，使松东凹陷形成东西向成束、南北向成列的断裂体系。

4.2 断裂控油气作用

断裂对油气成藏和分布起着至关重要的作用，松东凹陷断裂主要有控源作用、控圈作用、输导作用等。松东凹陷已发现多个油气藏和含油气构造与断层有关，该区断裂对油气聚集有较强控制作用，早期断裂控凹影响烃源岩展布，有利圈闭受断裂侧封的控制，断裂对成藏中的油气运聚起重要作用。松东凹陷烃源岩主要为始新统湖相泥岩和下渐新统崖城组海陆过渡相泥岩，两者均为松东凹陷构造演化早期断陷期产物。箕状断陷盆地的盆缘控凹断层不仅控制了盆地的形成和演化，同时对盆地内的沉积物源、水系分布、沉积古地貌和沉积层序的发育有重要的影响(吴亚军，2004)。松东凹陷控凹断层(6号断层)断陷期强烈活动，控制着地形地貌和水系的展布，在其下降盘形成凹陷沉降中心，形成厚而连续的泥岩沉积，发育的烃源岩是现今松东凹陷生烃的主体源岩(李亚敏等，2011)。在松东凹陷北部ST24井古近系浅海相地层已钻遇有机质丰度较高的烃源岩。

断层对油气成藏具有两面性，取决于封闭性，断层既可作为油气聚集过程的遮挡物形成油气藏，又可作为运移泄漏通道对早期形成的油气藏起到破坏作用(孙国强等，2011；宋瑞有等，2021)。断裂在活动时期可以直接作为油气运移的输导体系，但在封闭时期可以对储层形成侧向封堵，断层切割、遮挡地层而构成圈闭(林铁锋等，2008)。断裂的密集发育可促进构造裂缝的发育而改善储层的储集物性，断裂对油气运聚有控制作用，断裂及其伴生的裂隙是重要的油气运移通道(宋瑞有等，2020；于俊峰等，2020)，松东凹陷长期活动的主干断层断穿层位较深，沟通凹陷深部烃源岩，油气大规模运移时期强烈活动，是油气从深层向浅层垂向运移的重要通道；早期活动且活动时间较短的断层油气大规模运移时已经停止活动，垂向疏导性较差。此外，松东凹陷斜坡带上发育的小位移同向正断层两盘砂砂对接，断层侧封作用差，油气可穿越断层沿砂体向北侧向运移；而反向正断层断距较大，如果与上覆泥岩匹配，对油气侧向运移有较强的遮挡作用。

松东凹陷整体呈向东南方向倾斜的单斜坡，缺乏大型构造，断层是该区圈闭形成的主要控制因素。由于松东凹陷构造走向与断层方向平行或斜交，因此单靠一条断层很难形成构造型圈闭。松东凹陷斜坡带发育多条近SN向走滑断层并伴生发育构造脊，构造脊周缘SN向走滑断层与EW向、NWW向断层组合形成多个断鼻、断块圈闭，是该区主要的圈闭发育位置，如宝岛13区气藏群。此外，构造变换带通常是油气聚集成藏的有利部位，世界上大多数断陷盆地的油气富集区主要分布在构造变换带中(谭建财等，2014)，松东凹陷东西两端构造变换带位置断层发育且具有构造背景，形成了多个构造型圈闭，如宝岛19-2含气构造。

5 结论

(1)松东凹陷单条断层剖面上多呈犁式、平直式，多条断层组合呈复合“Y”字形、羽状、帚状和网状；平面上单条断层多为弧形、直线形，多条断层组合常呈帚状、斜交式和平行式。凹陷断层按期次可划分为始新世NE向、渐新世近EW向和中新世NWW向三组。NE向断层控制松东凹陷的边界及其内部次级构造，EW向断层和NWW向断层组合形成六组断裂带成排分布。凹陷斜坡带发育六条近SN向走滑断层，将松东凹陷分割成多个块体，使松东凹陷形成东西向成束、南北向成列的断裂体系。

(2)松东凹陷断裂的形成与印欧碰撞、太平洋板块和菲律宾板块向欧亚板块俯冲以及南海扩张三次事件密切相关。晚白垩世-始新世太平洋板块发生俯冲后撤，华南陆缘处于NW-SE向伸展应力场中，松东凹陷NE向主控断层形成；渐新世板块会聚速率和方向改变，区域应力场变为SN向伸展，受西北次海盆扩张影响，松东凹陷伸展应力场表现为东强西弱的特征，松东凹陷近EW向和SN向断层形成；中新世菲律宾板块向南海海盆NWW向仰冲，使南海北部陆缘处于NNE-SSW向伸展应力场中，松东凹陷NWW向断层形成。

(3)松东凹陷断裂对油气聚集的作用主要表现在控烃源、控圈闭、控运移三个方面。松东凹陷控凹断层断陷期强烈活动，控制着始新统湖相和下渐新统海陆过渡相烃源岩的展布。受限于松东凹陷构造特征和断层的活动性，松东凹陷断层既可以作为油气运移的重要通道，也是该区圈闭形成的主要控制因素，SN向走滑断层周缘以及构造变换带是油气成藏有利位置。