徐建永 張功成 梁建設(shè) 楊海長 趙志剛 李建紅

（中海油研究總院）

北部灣盆地古近紀(jì)幕式斷陷活動(dòng)規(guī)律及其與油氣的關(guān)系

徐建永 張功成 梁建設(shè) 楊海長 趙志剛 李建紅

（中海油研究總院）

北部灣盆地古近紀(jì)發(fā)育三幕斷陷，其中斷陷一幕NE向斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，控制了長流組地層分布；斷陷二幕NEE向斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，控制了流沙港組地層分布；斷陷三幕近EW向斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，控制了潿洲組地層分布。三幕斷陷活動(dòng)具有時(shí)空分布上的差異性，這造成了各個(gè)凹陷內(nèi)3套地層垂向疊置情況的差異以及平面上沉積沉降中心的轉(zhuǎn)移。結(jié)合斷層活動(dòng)及地層分布，將北部灣盆地凹陷分為厚長流型、厚流沙港型、厚潿洲型及持續(xù)沉降型共4類，不同類型凹陷的油氣資源潛力、油氣主要賦存層位和成藏模式差異很大。

北部灣盆地 古近紀(jì) 幕式斷陷 凹陷類型 資源潛力 成藏模式

北部灣盆地是在南海北部大陸邊緣發(fā)育起來的新生代沉積盆地，其主體位于北部灣海域，北與粵桂隆起相接，東、南均與海南隆起區(qū)相鄰，西與鶯歌海盆地相接，總面積約22000 km2[1]，由潿西南、福山、烏石、邁陳、海中、雷東、海頭北、昌化、紀(jì)家等凹陷組成（圖1）。

北部灣盆地新生代構(gòu)造演化可分為斷陷、拗陷2個(gè)階段。古近紀(jì)為斷陷期，受3期幕式斷陷活動(dòng)的影響，先后沉積了古新統(tǒng)長流組、始新統(tǒng)流沙港組及漸新統(tǒng)潿洲組，以湖相及河流相沉積體系為主，其中流沙港組二段湖相泥頁巖是北部灣盆地最主要的烴源巖，目前盆地所發(fā)現(xiàn)的油氣均源自該套烴源巖；而流沙港組三段、一段及潿洲組均是重要的含油氣層系。由于受古近紀(jì)幕式斷陷活動(dòng)在盆地內(nèi)空間和時(shí)間上差異性的影響，斷層活動(dòng)時(shí)期、地層分布及沉積類型在各凹陷之間甚至同一凹陷內(nèi)部均有很大差異，造成了其資源潛力及油氣成藏規(guī)律等方面的不同。所以，研究北部灣盆地古近紀(jì)幕式斷陷活動(dòng)規(guī)律及其在時(shí)空上的差異，對于明確各凹陷甚至洼陷之間的資源潛力及成藏規(guī)律的差異性，進(jìn)而采取對應(yīng)的勘探策略具有重要意義。

圖1 北部灣盆地構(gòu)造區(qū)劃圖

目前相關(guān)研究僅限于少數(shù)凹陷。魏春光等[2]針對潿西南和海中凹陷，結(jié)合構(gòu)造應(yīng)力場研究分析了盆地?cái)嗔严到y(tǒng)的動(dòng)力學(xué)成因，并認(rèn)為4條主干斷層（即潿西南斷層、1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)斷層）分別具有不同的活動(dòng)時(shí)期和各自的活動(dòng)中心，同時(shí)控制了不同的沉積凹陷的發(fā)育；于俊吉等[3]對福山凹陷斷裂特征及其對油氣成藏的控制作用進(jìn)行了分析，認(rèn)為福山凹陷發(fā)育上、下2套斷裂體系，深層反向斷層遮擋成藏是該凹陷最主要的成藏模式；筆者對雷東西洼發(fā)育的張扭斷裂體系進(jìn)行了分析，并探討了影響油氣生、運(yùn)、聚等因素[4]。但對于整個(gè)北部灣盆地古近紀(jì)幕式斷陷活動(dòng)規(guī)律及其與油氣之間的關(guān)系，目前尚未有研究人員進(jìn)行過系統(tǒng)分析。

筆者在對北部灣盆地百余口鉆井及所有地震資料系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，以構(gòu)造演化為主線，以烴源巖分析與成藏研究為重點(diǎn)，動(dòng)態(tài)恢復(fù)北部灣盆地古近紀(jì)不同時(shí)期構(gòu)造演化規(guī)律，探討其與不同洼陷勘探潛力及油氣成藏之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上指出有利的勘探方向。

1 幕式斷陷活動(dòng)規(guī)律及成因機(jī)制

1.1 發(fā)育三幕斷陷

北部灣盆地古近紀(jì)發(fā)育三幕斷陷（表1）。

古新世受珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕影響，在NW—SE向區(qū)域拉張應(yīng)力下，NE向斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，在其控制下沉積了洪積或沖積相為主的長流組。這些相互分割的獨(dú)立半地塹主要分布在潿西南斷層?xùn)|段下降盤、邁陳凹陷8號(hào)斷層下降盤等部位。

始新世受珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕影響，區(qū)域拉張應(yīng)力順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為NNW—SSE向，NEE向斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，在其控制下發(fā)育了以湖相沉積為主的流沙港組，尤其在流沙港組二段沉積時(shí)期裂陷活動(dòng)達(dá)到鼎盛時(shí)期，沉降速率大，湖盆水體深度明顯變大，沉積了大范圍中深湖—深湖相泥頁巖。潿西南凹陷、烏石東洼、邁陳東洼、福山主洼都受控于該幕構(gòu)造活動(dòng)。

漸新世在南海運(yùn)動(dòng)影響下，區(qū)域拉張應(yīng)力進(jìn)一步沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至近SN向，近EW向斷層活動(dòng)強(qiáng)度相對較大，在其控制下沉積了濱淺湖、河流相砂泥巖互層為主的潿洲組，如烏石西洼潿洲組最厚可達(dá)3000 m。

表1 北部灣盆地新生代構(gòu)造演化過程

1.2 幕式斷陷成因機(jī)制

北部灣盆地位于南海北緣，處于太平洋板塊、?。陌鍓K及歐亞板塊交匯的位置，?。陌鍓K與歐亞板塊碰撞所造成的印支板塊的逃逸以及太平洋板塊對歐亞板塊的俯沖，都影響甚至造成了南海北緣的構(gòu)造活動(dòng)[5－10]，但對于特定的時(shí)期、特定的部位，應(yīng)該有起主導(dǎo)作用的因素。對于南海北緣，尤其是北部灣盆地以NE、NEE以及近EW向斷層為主導(dǎo)，其動(dòng)力學(xué)機(jī)制應(yīng)與太平洋－歐亞板塊之間的相互作用最為密切。吳世敏等[5]對南海西緣新生代盆地形成動(dòng)力學(xué)進(jìn)行探討后也認(rèn)為，印度－歐亞碰撞引起的逃逸作用與南海西緣新生代盆地沒有直接的成因聯(lián)系；2個(gè)與俯沖有關(guān)的不同擴(kuò)張機(jī)制與南海西緣新生代盆地有成因聯(lián)系：①太平洋板塊在古新世到始新世的滾動(dòng)后退，太平洋－歐亞板塊匯聚速率的降低驅(qū)使這些盆地產(chǎn)生初始伸展作用；②漸新世到中中新世古南海南傾俯沖板塊的拖曳力，進(jìn)一步驅(qū)使這些盆地的伸展及接著的南海擴(kuò)張。

印－澳板塊與歐亞板塊的碰撞也影響了南海北緣盆地古近紀(jì)的構(gòu)造演化，其與太平洋板塊俯沖方向的改變疊加在一起，可能是南海北緣尤其是北部灣盆地古近紀(jì)斷裂走向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的主要原因。

閆義等[6]對南海北緣新生代盆地沉積與構(gòu)造演化及地球動(dòng)力學(xué)背景進(jìn)行研究后也發(fā)現(xiàn)，該區(qū)在古近紀(jì)發(fā)育3期幕式斷陷，且主要斷裂存在順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的規(guī)律（圖2）：晚白堊世—早始新世，經(jīng)過中生代強(qiáng)烈的構(gòu)造－巖漿活動(dòng)，東亞大陸邊緣發(fā)生NW—SE向伸展裂陷（圖2A）；中始新世—早漸新世（約42 Ma），太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)方向從NNW向轉(zhuǎn)為NWW向，洋殼俯沖角度增大，板塊俯沖速度降低，裂陷中心南移，并發(fā)生順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（圖2B）；晚漸新世，印度－歐亞板塊的碰撞達(dá)到高峰，印支半島向東擠出，印度板塊向北擠入造成的右旋應(yīng)力場對東亞大陸作用逐漸增強(qiáng)，在NEE向和SN向右旋剪切疊加應(yīng)力場控制下，南海擴(kuò)張方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由NW—SE向轉(zhuǎn)為近SN向（圖2C）。該規(guī)律與北部灣盆地的具體表現(xiàn)相比，旋轉(zhuǎn)的方向及主要時(shí)期的斷層走向是一致的，只有具體的旋轉(zhuǎn)時(shí)間稍有差異，這可能和南海北緣構(gòu)造活動(dòng)由北往南遷移[11]，以及不同地區(qū)的具體地質(zhì)條件有關(guān)。

圖2 南海北緣新生代盆地形成應(yīng)力機(jī)制（據(jù)閆義等，2005）

1.3 三幕斷陷活動(dòng)時(shí)空差異性

北部灣盆地古近紀(jì)三幕斷陷活動(dòng)除了具有從早到晚沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的規(guī)律之外，其活動(dòng)強(qiáng)度在時(shí)間及空間上都具有差異性。

對該盆地主要凹陷各幕斷陷期斷層活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行比較（圖3），可以得出：第一幕斷陷活動(dòng)強(qiáng)度相對最小，潿西南、烏石、邁陳凹陷的控凹（洼）斷層平均活動(dòng)速率為90 m/Ma，邁陳西洼控洼斷層（即8號(hào)斷層）活動(dòng)強(qiáng)度最大，活動(dòng)速率可達(dá)210 m/Ma；第二幕斷陷活動(dòng)強(qiáng)度相對最大，尤其在流沙港組二段沉積時(shí)，斷陷達(dá)到鼎盛時(shí)期，潿西南、烏石、邁陳凹陷的控凹（洼）斷層平均活動(dòng)速率達(dá)205 m/Ma，烏石東洼控洼斷層（即7號(hào)斷層）最大活動(dòng)速率可達(dá)到310 m/Ma；第三幕斷陷活動(dòng)強(qiáng)度明顯變小，其中潿洲組三段沉積時(shí)強(qiáng)度相對較大，潿西南、烏石、邁陳凹陷的控凹（洼）斷層平均活動(dòng)速率為130 m/Ma，烏石西洼控洼斷層（即6號(hào)斷層）在該時(shí)期活動(dòng)速率最大可達(dá)290 m/Ma。

各幕斷陷期沉積沉降中心的空間分布也是不同的（圖4）。第一幕斷陷期，沉積沉降中心主要位于NE向的潿西南斷層?xùn)|段以及邁陳凹陷8號(hào)斷層下降盤，長流組地層厚度均超過2000 m。第二幕斷陷期以流沙港組二段為代表，其沉積沉降中心主要位于NEE向的潿西南凹陷1、2號(hào)斷層以及海中凹陷潿西南斷層西段、烏石東洼7號(hào)斷層以及邁陳東洼燈樓角斷層的下降盤，其中潿西南凹陷及烏石東洼流沙港組二段厚度超過2000 m，海中凹陷及邁陳東洼流沙港組二段厚度超過1500 m。第三幕斷陷期，沉積沉降中心主要位于近EW向的海中凹陷3號(hào)斷層、烏石西洼6號(hào)斷層以及邁陳凹陷邁4號(hào)、邁5號(hào)斷層下降盤，其中烏石西洼潿洲組厚度超過3000 m，海中凹陷及邁陳凹陷潿洲組厚度超過2000 m。另外，潿西南凹陷也沉積了較厚的潿洲組，厚度在1500 m以上。

圖3 北部灣盆地潿西南、烏石、邁陳凹陷主要斷層活動(dòng)速率（據(jù)胡望水等，2009）

圖4 北部灣盆地潿西南、海中、烏石、邁陳凹陷古近紀(jì)不同時(shí)期沉積沉降中心分布

2 幕式斷陷活動(dòng)與油氣的關(guān)系

2.1 斷陷二幕NEE向斷層控制了主要烴源巖的分布

北部灣盆地?cái)嘞荻籒EE向斷層活動(dòng)時(shí)沉降量最大，尤其是在流沙港組二段沉積時(shí)，斷陷達(dá)到鼎盛時(shí)期，在潿西南凹陷1、2號(hào)斷層以及烏石東洼7號(hào)斷層、邁陳東洼燈樓角斷層、海中凹陷潿西南斷層西段等NEE向活動(dòng)斷層下降盤沉降速率明顯大于沉積物供給速率，加之當(dāng)時(shí)北部灣盆地處于熱帶潮濕氣候，雨量充沛[12]，在上述區(qū)域形成了廣泛分布的中深湖—深湖相沉積，是北部灣盆地最主要的烴源巖。由于水體較深，低能環(huán)境有利于大量水生生物遺體的保存。鉆井證實(shí)該套地層浮游藻類含量豐富，以非海相溝鞭藻類－百色藻廣泛產(chǎn)出為特色，并與球藻共生[12]，可作為形成干酪根乃至油氣的有機(jī)質(zhì)來源。

潿西南凹陷1、2號(hào)斷層控制了潿西南凹陷流沙港組沉積，流沙港組二段TOC均值為1.95%，生烴潛量均值13.11 mg/g（表2），有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主（圖5），目前北部灣盆地發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量大部分來自該套烴源巖。烏石東洼7號(hào)斷層控制了烏石東洼流沙港組沉積，流沙港組二段TOC均值為1.85%，生烴潛量均值8 mg/g（表2），有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主（圖5），目前已被鉆探所證實(shí)。邁陳東洼燈樓角斷層控制了邁陳東洼流沙港組沉積，流沙港組二段TOC均值為1.38%，生烴潛量均值7.78 mg/g（表2），有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主（圖5），也是一套較好的烴源巖，徐聞1井所發(fā)現(xiàn)的油氣即來自于此[13]。另外，福山凹陷北緣也發(fā)育一條NEE向的斷層——臨高斷層，該斷層在斷陷二幕活動(dòng)強(qiáng)度較大，在其控制下發(fā)育了流沙港組暗色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度以流沙港組二段最高（TOC值為1.51%～1.68%），其次為流沙港組三段和一段，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ、Ⅲ型為主[14]。

表2 北部灣盆地各主要凹陷流沙港組有機(jī)質(zhì)豐度（據(jù)朱偉林，2009）

圖5 北部灣盆地各主要凹陷流沙港組烴源巖干酪根元素分類圖（據(jù)朱偉林，2009）

2.2 斷陷活動(dòng)差異性控制了古近紀(jì)凹陷類型，并影響了油氣主要賦存層位

由于受三幕斷陷活動(dòng)在各凹陷內(nèi)的時(shí)空差異性控制，北部灣盆地大多數(shù)凹陷古近紀(jì)沉積沉降中心曾發(fā)生過遷移。根據(jù)古近紀(jì)沉積沉降中心的遷移情況及不同時(shí)期地層的疊置關(guān)系，可將凹（洼）陷分為以下4類（圖6）：

（1）厚長流薄流沙港型，如邁陳西洼及潿西南斷層?xùn)|段下降盤。該類洼陷被NE向斷層控制，在斷陷一幕沉積了很厚的長流組，以初始裂陷期紅色、雜色砂泥巖為主；邊界斷層自斷陷二幕開始活動(dòng)明顯減弱，流沙港及潿洲組地層厚度很小。

（2）厚流沙港型，如烏石東洼、邁陳東洼等。該類洼陷被NEE向斷層控制，在斷陷二幕沉積了很厚的流沙港組，湖泊發(fā)育進(jìn)入鼎盛時(shí)期，水體深度大、范圍廣；邊界斷層自斷陷三幕開始活動(dòng)明顯減弱，潿洲組地層厚度較小。

（3）厚潿洲型，如烏石西洼、雷東東洼等。該類洼陷被近EW向斷層控制，在斷陷三幕沉積了巨厚的潿洲組，以河流相沉積為主；邊界斷層在斷陷一、二幕活動(dòng)強(qiáng)度都不大，長流組及流沙港組地層厚度都很小。

（4）持續(xù)沉降型，其典型代表為潿西南凹陷?？赝輸鄬釉跀嘞荻?、三幕持續(xù)活動(dòng)，流沙港及潿洲組沉積厚度均較大。

上述4類洼陷中，第2類和第4類由于烴源巖條件好、勘探潛力相對較大，但這兩者之間也是有差別的。由于北部灣盆地新近紀(jì)地層較薄（多數(shù)地區(qū)在1000 m左右），潿洲組的厚度直接影響了流二段烴源巖層的埋藏深度，進(jìn)而影響了其主要排烴時(shí)期。顯然，第4類凹陷排烴期要早于第2類凹陷。另一方面，北部灣盆地新近紀(jì)拗陷期斷層基本不活動(dòng)，油氣難以沿?cái)鄬舆M(jìn)行垂向運(yùn)移。所以，排烴期較早的第4類凹陷油氣可以運(yùn)移到淺層，勘探目的層較多，如潿西南凹陷；而排烴期較晚的第2類凹陷油氣難以向淺層運(yùn)移，勘探應(yīng)該以中深層為主，如烏石凹陷。

圖6 北部灣盆地古近紀(jì)凹（洼）陷分類

2.3 斷層活動(dòng)對油氣成藏的影響

北部灣盆地目前有2個(gè)獲得商業(yè)性發(fā)現(xiàn)的凹陷，其油氣成藏均受斷層活動(dòng)影響。

潿西南凹陷主要斷層（即1號(hào)、2號(hào)斷層）自長流組沉積時(shí)期開始持續(xù)活動(dòng)，直到潿洲組沉積之后才逐漸減弱。這種持續(xù)活動(dòng)斷層不僅形成了大量與斷層相關(guān)的斷鼻、斷背斜等圈閉，同時(shí)也形成了油氣垂向運(yùn)移通道，油氣主要沿?cái)嗔褞Х植?，且可以在多個(gè)層系成藏[15]（圖7）。

福山凹陷存在2套斷裂系統(tǒng)，即上部的順向斷裂系統(tǒng)和深層的反向斷裂系統(tǒng)，其具體特征如表3所示，其中深層反向斷層遮擋成藏是福山凹陷最主要的成藏模式。據(jù)于俊吉等[3]統(tǒng)計(jì)，福山凹陷主力油氣藏的遮擋條件絕大多數(shù)都是反向斷層遮擋，如花場的流三段油氣藏（花1、花2、花3、花4、花2－1塊）、金鳳的流三段（金鳳1、金鳳南1）和流二段油氣藏（金鳳6塊），朝陽油氣藏的福參1塊流一段油藏、朝2塊流一段油藏以及美臺(tái)流三段油氣藏。而正向斷層遮擋的福參1區(qū)塊流二段油藏因正向斷層封閉性差、泄漏油氣風(fēng)險(xiǎn)大，油藏規(guī)模非常小。

圖7 潿西南凹陷油氣成藏模式圖（據(jù)朱偉林，1998）

表3 深淺2套斷裂系統(tǒng)的基本特征（據(jù)于俊吉等，2004）

3 結(jié)論

（1）北部灣盆地古近紀(jì)發(fā)育三幕斷陷，其中斷陷一幕NE向斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，控制了長流組地層分布；斷陷二幕NEE向斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，控制了流沙港組地層分布；斷陷三幕近EW向斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，控制了潿洲組地層分布。三幕斷陷活動(dòng)在時(shí)空分布上均具有差異性。

（2）斷陷二幕NEE向斷層控制了北部灣盆地主要烴源巖（即流沙港組二段）的分布，其中潿西南凹陷與烏石東洼烴源巖最為發(fā)育，海中凹陷及邁陳凹陷次之。

（3）北部灣盆地在三幕斷陷控制下形成了4類凹（洼）陷，其中持續(xù)沉降型與厚流沙港型勘探潛力相對較好。持續(xù)沉降型凹陷（如潿西南凹陷）的深淺層均可作為勘探目的層，而厚流沙港型凹陷（如烏石東洼）應(yīng)將中深層作為主要勘探目的層。

（4）北部灣盆地存在斷裂運(yùn)移復(fù)式成藏及中深層反向斷層遮擋成藏2類模式，其中持續(xù)沉降型凹陷以第一類成藏模式為主，厚流沙港型凹陷應(yīng)重點(diǎn)考慮第二類成藏模式。

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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，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)綜合研究工作。地址：北京市東城區(qū)東直門外小街6號(hào)海油大廈（郵編：100027）。E－mail：xujy2＠cnooc.com.cn。

2010－10－25改回日期：2011－03－23

（編輯：崔護(hù)社）