范彩偉

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

0 引言

鶯歌海盆地是全球 3大海域高溫高壓含油氣盆地之一。不同于墨西哥灣和北海盆地，鶯歌海盆地還是一個大型走滑-伸展盆地。這類具有高溫高壓地質特性的走滑盆地在全球范圍內較為罕見。有關鶯歌海盆地的研究主要集中在成盆機制、沉積充填、超壓-底辟成因及地球化學特征等方面，關于盆地走滑構造與沉積、成藏之間相互作用的研究較少，原因在于盆地大范圍發(fā)育巨厚的新近系導致主位移帶走滑斷裂不能被準確識別，而其他隱蔽的破裂等構造變形識別需要高分辨率三維地震資料。中國海洋石油集團公司近年在盆地中方權益區(qū)實施大面積連片三維地震覆蓋，并與越南石油公司共享一些區(qū)域地層、構造研究資料，為盆地構造變形特征研究提供了新證據(jù)。

有關鶯歌海盆地的構造研究主要集中在成因機制和形成時間方面，Tapponnier等[1-4]提出的基于紅河斷裂帶走滑伸展作用的構造成因模式被普遍接受；茹克[5]認為從距今40 Ma開始，受北西西—南東東及北西—南東方向的左行張剪應力控制形成走滑盆地；孫家振等[6]認為盆地經(jīng)歷了始新世—早中新世北西—南東向的斜向右行剪切伸展和晚中新世—第四紀右行走滑作用；龔再升等[7-8]研究認為鶯歌海盆地是右行走滑以及巖石圈伸展雙重控制的轉換伸展盆地；Leloup等[9]認為盆地在上新世以前為左行走滑運動，上新世—現(xiàn)今為右行走滑運動，盆地北部河內凹陷及周緣地區(qū)在中新世晚期發(fā)生2次北東—南西方向構造擠壓反轉運動。越來越多的研究新成果[10-14]支持Leloup等的走滑伸展成盆機制。除走滑作用以外，也有像丁中一等[15]少數(shù)學者提出是“中國東部裂陷式”的成因機制。

關于走滑作用開始時間的確定，前人主要通過盆地外紅河斷裂北段哀牢山、大象山的強烈剪切變質巖及花崗巖脈中的鋯石、石榴石、獨居石等礦物的鈾-鉛（U-Pb）測年來進行鑒定，紅河斷裂大規(guī)模左行走滑作用開始時間在距今 31～36 Ma[16]。40Ar/39Ar定年結果顯示紅河斷裂于距今35 Ma開始活動[17]，這與印支和歐亞板塊進入陸-陸接觸的硬碰撞階段時間一致[18]。另外，同位素年代研究認為紅河斷裂左行走滑運動開始時間為距今42 Ma，甚至距今58 Ma就開始了裂谷伸展，其中較為普遍的認識是距今35～40 Ma期間[1-4,9,17-20]。有關右行走滑的研究，Allen等[18]根據(jù)第四紀地貌研究及近代地震震源機制的解釋，提出紅河斷裂帶表現(xiàn)為右行走滑運動。關于走滑活動的時間，Leloup等[19]認為右行走滑運動可能開始于距今5 Ma左右，右行滑移量約20～50 km，滑移速率為（7±3）mm/a；磷灰石裂變徑跡測年Laslet退火模式熱歷史反演計算出距今5.5 Ma和2.1 Ma附近有過2次明顯的斷層右行剪切錯動[20]。

本文通過分析深埋型走滑斷裂上覆沉積蓋層隱蔽式構造變形及其與沉積、超壓、底辟、油氣運移之間的關系，來研究此類盆地特殊的油氣富集規(guī)律并預測潛在的勘探有利區(qū)。

1 區(qū)域地質背景

鶯歌海盆地屬于印澳-歐亞板塊碰撞所產(chǎn)生的“擠出-逃逸”構造區(qū)[20]，盆地走向為北西—南東向，平面呈長寬比約 3.5∶1.0的菱形結構，沉積面積約 8×104km2，發(fā)育河內凹陷和鶯歌海凹陷2個次級負向構造單元，北部河內凹陷在中新世中晚期存在大型擠壓構造運動，發(fā)育北西—南東走向長條形背斜構造；南部鶯歌海凹陷主要為持續(xù)沉降運動，新近系最大地層沉積厚度超過17 km。鉆井揭示盆地自下而上發(fā)育古近系下漸新統(tǒng)崖城組、上漸新統(tǒng)陵水組及新近系下中新統(tǒng)三亞組、中中新統(tǒng)梅山組、上中新統(tǒng)黃流組、上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系（見圖 1）。漸新統(tǒng)只有在盆地北部和南部邊緣地區(qū)有鉆井揭示。鶯歌海凹陷中央地區(qū)最深鉆井只揭示梅山組頂部，烴源巖主要來自中新統(tǒng)半封閉淺海泥巖[21]。河內凹陷鉆井和陸地露頭揭示下漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)均發(fā)育海陸過渡沉積環(huán)境含煤砂泥巖地層，發(fā)育區(qū)域烴源巖。盆地大范圍發(fā)育高溫、高壓地層，最高鉆遇壓力系數(shù)接近 2.3，大部分地區(qū)地溫梯度超過4 ℃/100 m。盆地油氣資源以天然氣為主，含少量凝析油。河內凹陷氣藏主要集中在梅山組，儲集層巖性以粉砂—細砂巖為主，氣藏埋深2 000～3 000 m，氣藏壓力系數(shù)1.0～1.3。鶯歌海凹陷中央地區(qū)底辟背斜發(fā)育，2010年以前發(fā)現(xiàn)的氣藏主要分布在鶯歌海組—樂東組，儲集層巖性以粉砂巖—泥質粉砂巖為主，氣藏埋深300～1 600 m，氣藏壓力系數(shù)1.0～1.2；2010年及其以后發(fā)現(xiàn)的氣藏主要分布在黃流組，部分分布在梅山組、三亞組，儲集層巖性以細砂—粉砂巖為主，氣藏埋深2 800～3 600 m，氣藏壓力系數(shù)1.8～2.3。

2 走滑構造變形特征

依據(jù)基底和蓋層關系將走滑斷裂分為顯露式和隱蔽式。埋藏相對較淺的河內凹陷地震剖面顯示主位移帶走滑斷裂屬于顯露式[22]，呈大角度直立特征，走向線性穩(wěn)定，瀘江斷裂、齋河斷裂、紅河斷裂、齊江斷裂呈北西—南東走向線性排列，向南延伸至臨高地區(qū)，走向轉為近南北向，并向鶯歌海凹陷深埋扎入。鶯歌海凹陷走滑主位移帶斷裂難以通過地震反射特征進行識別，屬于隱蔽式。依據(jù) Allen等[23]的盆地走滑構造分析理論，深部單條線性走滑斷裂向淺部地層演變?yōu)闃渲罾锏聽柤羟衅屏?、同向剪切破裂、局部張性破裂[24]。鶯歌海凹陷破裂形變主要表現(xiàn)為局部張性破裂，這與巨厚的新近系沉積地層緩沖來自于深部基巖的剪切形變有關。

2.1 左行走滑壓縮變形特征

圖1 鶯歌海盆地地層特征及研究區(qū)位置圖

盆地斜坡東部地區(qū)發(fā)育3個寬緩的鼻狀褶皺凸起[25]，由南向北依次為樂東鼻狀凸起、嶺頭鼻狀凸起和?？诒菭钔蛊?。?？诤蜆窎|這 2個鼻狀凸起均在中新統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了儲集層較致密的巖性氣藏。?？诒菭钔蛊疸@遇三亞組氣藏，埋深3 600 m，巖性以濱?！獪\海相細砂巖為主，壓力系數(shù)1.3。樂東鼻狀凸起鉆遇中新統(tǒng)三亞組、梅山組、黃流組多個氣藏，埋深4 000 m，巖性為濁積成因的極細—中砂巖，壓力系數(shù)1.6～2.3。

鶯歌海凹陷在新近紀處于張剪應力場環(huán)境，但在主干基底斷層沿北西—南東向左行走滑應力場作用下，派生出與張力方向垂直的近東西向擠壓應力，擠壓應力越大，褶皺變形越大，構造變形長軸與主位移帶夾角越小。寬緩的鼻狀凸起僅發(fā)育在中新統(tǒng)及其下伏地層，反映其與距今 10.5 Ma以來的構造應力場無關，這些鼻狀凸起呈近南北向雁列式分布伸入凹陷。

2.2 左行走滑張性破裂特征

由于缺少三維地震資料，關于深部地層張性破裂特征的研究極少。本文通過新采集的三維地震資料的切片識別出一號斷裂以西的斜坡地區(qū)是左行走滑張性破裂發(fā)育的主要區(qū)域，而斜坡鼻狀凸起是破裂發(fā)育的密集區(qū)。三維地震剖面顯示，在中新統(tǒng)及其下伏地層發(fā)育大量斷距不明顯、近東西向密集分布的小斷層或裂隙，平面延伸距離很短，為左行走滑斷裂派生南北向張應力造成的局部張性破裂，這些密集分布的微斷層發(fā)育在梅山組及其下伏地層（見圖 2），反映左行走滑作用在距今10.5 Ma基本停止。

2.3 右行走滑張性破裂特征

圖2 工區(qū)A中新統(tǒng)局部張性破裂2 750 ms地震相干屬性切片（a）及地震剖面（b）（工區(qū)位置見圖1）

圖3 鶯歌海凹陷底辟構造分布圖

右行走滑作用是鶯歌海盆地垂向底辟構造形成與發(fā)育的主控因素，盡管有不少學者認為深部超壓流體活動是造成底辟構造垂向發(fā)育的主控因素，但是單一的熱流體模式難以解釋以下 2個現(xiàn)象：①鶯歌海凹陷存在6排雁列式排列的底辟構造（見圖3），單一熱流體垂向活動不會形成這種有規(guī)律的排列；②除樂東15-1底辟構造以外，大部分底辟構造核部斷層均沿南北走向分布。底辟構造均以南北向呈線性展布，與右行走滑作用派生的東西向張性應力場一致，為局部張性破裂。對比左行走滑局部張性破裂斷層，右行走滑局部張性破裂斷層規(guī)模明顯增大，并與底辟活動相伴生。造成這一現(xiàn)象的原因主要與晚期加速形成的地層超壓和底辟活動有關，局部張性破裂激發(fā)底辟活動，底辟構造發(fā)育放大局部張性破裂程度，不同的底辟構造發(fā)育階段和深部超壓強度差異導致局部張性破裂表現(xiàn)不同，大多數(shù)底辟構造呈南北向展布。鶯歌海凹陷底辟構造分為 4個演化階段：穿刺期、平衡期、釋放期和塌陷期。穿刺期以樂東15-1底辟構造為代表，是目前發(fā)現(xiàn)演化最早的底辟構造類型，這類底辟構造深部能量最強，超壓面埋藏最淺，平面斷層軸向呈放射狀，底辟核部地層呈上拱特征，剖面上的負花狀斷裂形態(tài)尚未形成，深部地層傾角較陡（見圖4）。平衡期以東方1-1底辟構造為代表，平面斷層展布主要呈條帶狀，延伸距離與底辟構造范圍一致，相對于穿刺期地層開始向深部回收，地層傾角較平緩，剖面上斷裂呈向核部階梯下陷（見圖5）。釋放期地層孔隙流體超壓強度開始下降，地層開始小規(guī)模塌陷，以樂東8-1底辟構造為代表，地層整體呈背斜形態(tài)，斷裂平面延伸距離較長，核部地層塌陷明顯，塌陷區(qū)斷裂成環(huán)形，早期的線狀斷層被破壞而不能識別，剖面上斷裂呈向核部階梯下陷特征明顯（見圖6）。塌陷期底辟構造已經(jīng)消失，深部流體或能量充分釋放，地層呈巨大的向斜或洼陷形態(tài)，早期張性破裂斷層完全被破壞。

2.4 “北擠南伸”構造格局及成因

盆地在中新世中晚期呈“北部擠壓南部伸展”構造格局（簡稱“北擠南伸”）（見圖7a）。河內凹陷存在2期構造擠壓，梅山組頂部和黃流組頂部分別與上覆地層呈角度不整合接觸（見圖7b），反映首次構造擠壓作用發(fā)生在距今10.5 Ma左右（T40反射界面），構造擠壓結束在距今5.5 Ma左右（T30反射界面），斷層受擠壓作用發(fā)生逆沖，形成正花狀構造，平面上為多個呈線性排列的長條形褶皺背斜，盆地橫向寬度有明顯的擠壓縮短現(xiàn)象。鶯歌海凹陷表現(xiàn)為持續(xù)的沉降作用（見圖7c），盆地橫向寬度是河內凹陷的3～4倍。“北擠南伸”構造格局的成因可能有 2個：①印度板塊與歐亞板塊在中新世中晚期發(fā)生硬碰撞，印支地塊擠出運動進入弱化期，整個地塊運動表現(xiàn)為順時針旋轉作用，河內凹陷位于地塊北部旋轉擠壓區(qū)，鶯歌海凹陷位于地塊南部旋轉伸展區(qū)；②北部和南部分處于走滑斷裂的受阻擠壓彎曲段和釋放伸展段，走滑斷層存在海豚效應[23]。新的研究發(fā)現(xiàn)旋轉伸展模式比海豚效應更能解釋凹陷存在的2種構造變形特征：①斜坡鼻狀凸起變形和早期局部張性破裂終止于距今10.5 Ma左右，反映這一時期走滑運動基本停止；②沉降中心向西、向南遷移，與北部對比，構造軸線走向順時針旋轉近30°，反映南部伸展量大于北部，西部控邊斷裂活動強度大于東部，這與扇形旋轉伸展構造作用相一致，而走滑運動不能體現(xiàn)這種變形遷移規(guī)律。

圖4 工區(qū)B樂東15-1底辟構造1 300 ms地震方差體時間切片（a）及三維地震剖面（b）（工區(qū)位置見圖1）

圖5 工區(qū)C東方1-1底辟構造1 200 ms地震方差體時間切片（a）及三維地震剖面（b）（工區(qū)位置見圖1）

3 地質意義

鶯歌海凹陷整體是一個持續(xù)沉降、大范圍沉積巨厚泥巖的盆地，凹陷中央底辟構造發(fā)育，有利于深部天然氣垂向運移。底辟構造、斷裂不發(fā)育的斜坡地區(qū)，天然氣運移和富集機制是勘探人員關注的焦點問題。近年來的勘探研究表明，對比一般裂谷盆地或斷裂顯露式走滑盆地，鶯歌海凹陷的構造應變特征具有隱蔽性，但其沉積、成藏同樣受地層構造應變規(guī)律控制，同時凹陷異常高溫、高壓特征使其具有獨特的成藏規(guī)律。

3.1 張性破裂與油氣運移、保存關系

圖6 工區(qū)D樂東8-1底辟構造1 200 ms地震方差體時間切片（a）及三維地震剖面（b）（工區(qū)位置見圖1）

圖7 “北擠南伸”平面構造模式及剖面特征

鶯歌海盆地張性破裂與油氣運移關系研究早期主要集中在與右行走滑伸展作用相關的底辟構造作用方面，底辟構造幕式、快速、動態(tài)成藏理論[26]已廣為研究人員接受，底辟構造氣體同位素反映天然氣運聚時間晚于距今5.5 Ma，佐證底辟構造發(fā)育與右行走滑時間是匹配的。本文研究認為，底辟張性破裂形變強度超過一個門檻值，將會不利于氣藏保存。采用深度域地震剖面測量層序邊界線長度的變化來計算二維應變值[25]，統(tǒng)計底辟構造不同層段或部位的二維形變率[27]與儲集層含氣關系（見表1），顯示當?shù)妆俦承倍S形變率接近1%時，蓋層有破裂的風險。這種方法可簡單有效地預測區(qū)域蓋層的封閉能力。

表1 底辟二維形變率與蓋層封閉性關系

局部張性破裂斷層主要發(fā)育在距今10.5 Ma以前，正常靜水壓力條件下斷裂處于封閉狀態(tài)，后期地層孔隙流體超壓逐漸增加，當孔隙流體壓力大于斷層內破裂壓力閾值[27]，封閉的斷層重新張裂，起到垂向輸導天然氣功能，樂東鼻狀凸起區(qū)中新統(tǒng)天然氣同位素分析認為天然氣運聚時間在距今2.0 Ma之來，反映流體超壓對早期局部張性破裂斷層活化具有啟動和推動作用。

3.2 “北擠南伸”旋轉作用與盆地中央儲集層沉積關系

“北擠南伸”旋轉構造對盆地中央砂巖儲集體的沉積規(guī)模和沉積樣式具有控制性影響，主要體現(xiàn)在源-匯體系改變和沉降中心遷移這2個方面。

3.2.1 源-匯體系改變

北部未擠壓抬升時期，盆地最大的水系紅河攜帶碎屑在河內凹陷沉積。在構造擠壓作用下，河內凹陷地層隆起，呈北西向長條形褶皺，地層抬升遭受剝蝕，紅河（包括馬江）改道注入鶯歌海凹陷西北部沉積（見圖8），造成鶯歌海凹陷陸源碎屑供應量激增[28]，大規(guī)模水系富集匯聚形成大型三角洲沉積。沉積物加載過量造成三角洲前端地層不穩(wěn)定，在深部隱伏斷層幕式活動誘發(fā)下，前端地層發(fā)生滑塌并搬運到盆地中央形成重力流海底扇復合體沉積。

3.2.2 東、西部沉降及沉積差異

北部擠壓作用改變了盆地源-匯體系。南部旋轉伸展作用導致沉降中心西遷，盆地東、西部地形不對稱發(fā)育，東部為較寬緩的斜坡地形，西部為較窄陡的斜坡地形，地形差異加上東、西部陸源碎屑供應量的差異，最終導致東、西部海底扇沉積規(guī)模和沉積樣式存在很大差異。

圖8 鶯歌海盆地中新世末古沉積環(huán)境圖

①海底扇沉積規(guī)模差異。在鶯歌海凹陷西北部東方區(qū)通過地震識別出中中新統(tǒng)和上中新統(tǒng) 2個面積超過 2 000 km2的海底扇復合體，復合體平均厚度超過200 m，迄今為止，上中新統(tǒng)海底扇儲集層中天然氣探明儲量超過1 000×108m3，更深的中中新統(tǒng)海底扇未有探井鉆遇；鶯歌海凹陷東部斜坡區(qū)樂東10區(qū)在中新統(tǒng)識別出多個水道化海底扇，砂體面積30～50 km2，平均厚度小于100 m。

②海底扇沉積樣式差異。西北部東方區(qū)為疊置式海底扇（見圖9），平面呈大型丘狀圓形扇體，縱向下切老地層特征不明顯，但復合體內部切割充填明顯，巖性以細砂—粉砂巖為主，垂向自下而上分3期沉積[29]：下部為地震反射結構呈雜亂特征的泥石流沉積；中部為地震反射結構呈較平行強振幅特征的濁積沉積；上部泥質充填下切水道發(fā)育，為地震反射結構呈弱振幅特征的低密度濁流沉積。東部樂東10區(qū)為遷移式斜坡水道化海底扇類型（見圖10），平面呈拉長的扇形特征，縱向切割老地層明顯，呈弧形凹槽狀，砂體與泥巖互層沉積，砂巖以細砂為主，部分為中砂巖。

③海底扇展布方向差異。與西部海底扇不同，樂東10區(qū)水道化海底扇長軸方向與坡折走向平行，原因有2個：東部斜坡緩而長，重力流在斜坡搬運過程中易侵蝕下伏地層并沉積；走滑斷裂深部平行滑動，在上覆地層形成線性薄弱區(qū)，稀疏分布及沒有明顯斷距使其難以在地震資料上識別，易形成與走滑斷裂平行的溝、洼地貌，并在其上沉積發(fā)育軸向展布的海底扇復合體。

3.2.3 走滑-超壓-運移的耦合作用

圖9 過東方區(qū)中新統(tǒng)海底扇地震沉積解釋剖面圖（剖面位置見圖8）

圖10 過樂東10區(qū)中新統(tǒng)海底扇地震沉積解釋剖面圖（剖面位置見圖8）

與左行走滑時期對比，右行走滑時期地層沉降速率顯著增加。中新世地層平均沉降速率約為150 m/Ma，而上新世地層沉降速率約為300 m/Ma。產(chǎn)生這種差異的原因是，雖然右行走滑位移量不及左行走滑，但對長條形盆地而言，在相等伸展位移量下，短軸方向的面積伸展率會大大高于長軸方向，導致在右行走滑期間盆地沉降速率增加，深水沉積環(huán)境擴大，大范圍的厚層黏土質沉積物發(fā)育形成欠壓實地層。欠壓實地層具有喉道密閉性和一定的可塑性這2個巖石物理屬性，使得地層不易在形變過程中產(chǎn)生破裂，形成穩(wěn)定的區(qū)域封閉蓋層。在其封蓋作用下，下伏深部地層在水熱增壓和生烴作用下孔隙壓力不斷積聚[30-32]，最終形成下部以水熱和生烴作用為主、上部以欠壓實作用為主的雙層超壓結構（見圖11）。

圖11 樂東區(qū)不同類型超壓地層壓力系數(shù)剖面圖

不同成因雙層超壓結構對天然氣運移及富集影響巨大，造成盆地天然氣成藏的獨特性：一方面，下部超壓地層可以產(chǎn)生巖層破裂或通過活化早期斷層產(chǎn)生運移通道，有利于深部天然氣運移到中新統(tǒng)上部地層充注成藏；另一方面，在底辟作用不發(fā)育地區(qū)，右行走滑派生的伸展作用難以“撕破”上新統(tǒng)欠壓實超壓蓋層，難以形成有效的垂向運移通道，導致上新統(tǒng)巖性圈閉難以成藏。

4 結論

鶯歌海盆地構造與成藏的關系是，構造形變控制地層破裂和沉積、沉積控制地層超壓發(fā)育，超壓又通過放大或活化地層破裂來影響天然氣垂向運移通道。

鶯歌海盆地左行走滑派生東、西向擠壓形成盆地東斜坡大型鼻狀凸起，為油氣富集的有利新區(qū)；左行走滑派生的南、北向伸展是斜坡局部張性破裂成因，這些破裂在晚期超壓作用下復活成為斜坡區(qū)天然氣主要的垂向運移通道。

晚期右行走滑派生的東西向伸展局部張性破裂誘發(fā)底辟構造發(fā)育，而底辟活動放大和加劇地層破裂程度并提高通道效率。右行走滑導致盆地主要沿短軸方向高效伸展，直接導致盆地沉積速率提速而形成塑性、欠壓實的上部超壓地層并使以生烴、水熱成因為主的下部超壓地層加速發(fā)育。上部超壓層是穩(wěn)定的區(qū)域蓋層，有利于下部超壓地層封閉成藏，同時也造成遠離底辟的上部超壓地層中圈閉缺乏油氣運移通道。

中新世中晚期“北擠南伸”構造作用改變了盆地的源-匯體系，使河內凹陷地層抬升剝蝕、鶯歌海凹陷陸源碎屑供應量激增，并導致鶯歌海凹陷形成東、西不對稱地形和海底扇沉積樣式差異。

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