李 才 胡 林 楊希冰 平貴東 董貴能

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.東北石油大學地球科學學院，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

北部灣盆地為南海北部新生代典型的斷陷盆地，位于印澳—歐亞板塊碰撞的“擠出—逃逸構(gòu)造區(qū)”和“古南海俯沖拖曳構(gòu)造區(qū)”兩大區(qū)域構(gòu)造變形區(qū)的結(jié)合部位，受板塊之間的相對運動和相互作用，盆地構(gòu)造演化較為復雜［1-3］。目前，北部灣盆地油氣勘探已取得豐碩成果，但進一步擴大勘探成果難度不斷增大，急需優(yōu)選出潛在的富生烴凹陷，尋找新的儲量增長方向。伴隨著海洋油氣勘探力度的逐步加大，人們對該盆地的主體構(gòu)造特征已有較為清晰的認識，但在盆地具體構(gòu)造性質(zhì)及形成機制方面尚未達成共識，對盆地多應力機制下構(gòu)造演化特征、斷裂樣式及其成因機制的研究尚不深入，無法對富生烴凹陷進行充分認識，進而影響對潛在富生烴凹陷的優(yōu)選。烏石凹陷位于北部灣盆地中部，是被證實的富生烴和含油氣凹陷，目前勘探發(fā)現(xiàn)集中在烏石凹陷東區(qū)的反轉(zhuǎn)隆起帶。筆者在總結(jié)借鑒已有的反轉(zhuǎn)構(gòu)造機制下［4-9］，通過對烏石凹陷東區(qū)構(gòu)造的解析，提出了控制油氣藏聚集的反轉(zhuǎn)隆起帶形成機制新認識，以期為區(qū)域相似背景下的油氣勘探提供參考。

1 烏石凹陷地質(zhì)概況

烏石凹陷是北部灣盆地南部坳陷中、新生代發(fā)育起來的一個次級凹陷，南接流沙凸起，緊鄰邁陳凹陷，北面為企西隆起（圖1）。凹陷東西部分別受⑦號、⑥號斷裂控制形成南斷北超（東洼）和北斷南超（西洼）的凹陷結(jié)構(gòu)。凹陷（沉積）地層包括古近系長流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組和第四系。主力烴源巖為流沙港組層段，為一套中深湖相烴源巖。先后經(jīng)歷古近紀裂陷和新近紀裂后沉降階段。其中，裂陷可分為初始裂陷期、強烈裂陷期和晚裂陷期3 個階段：①初始裂陷階段。晚白堊世末—古新世時期，太平洋俯沖板塊后退，南海北部陸緣及鄰區(qū)完全為伸展環(huán)境，在NW 向拉張應力作用下，NE 向發(fā)育的斷裂控制了盆地的沉積充填，沉積了河流相長流組地層。②強烈裂陷階段。始新世早期受太平洋板塊俯沖方向、速度的變化及古南海向南俯沖的影響，北部灣地區(qū)繼承了早期的盆地格局，表現(xiàn)為快速裂陷，進入成盆高峰期。烏石凹陷⑦號斷裂活動性增強，控制了烏石凹陷的沉降中心，沉積了流沙港組巨厚烴源巖層。始新世末期，北部灣盆地抬升剝蝕，流沙港組二段頂面形成區(qū)域不整合（T83）。③晚期裂陷階段。漸新世開始，菲律賓板塊NW 向移動，古南海繼續(xù)向南俯沖。印度板塊與歐亞板塊持續(xù)的硬碰撞造成青藏高原及鄰區(qū)強烈的構(gòu)造變形及華南陸緣地幔物質(zhì)向南運動。此時期南海北部陸緣盆地再次裂陷，應力場轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃N向伸展，北部灣盆地EW向斷裂為主要活動期，烏石凹陷表現(xiàn)為⑥號斷裂強烈活動，控制了潿洲組沉積。漸新世末期，澳大利亞板塊碰撞歐亞板塊導致伸展運動停止，紅河斷裂帶的左旋運動巔峰期過后，運動速率改變，由加速變?yōu)闇p速，北部灣盆地抬升剝蝕，形成區(qū)域性不整合（T60）。

圖1 烏石凹陷構(gòu)造位置與基底斷裂疊合圖

2 烏石凹陷漸新世末期剪刀式開合構(gòu)造

漸新世末期，盆地受擠壓作用影響褶皺抬升，基本奠定了現(xiàn)今坳隆相間的構(gòu)造格局，如潿西南南部隆起帶、烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶等。這些隆起帶均為NE-NNE向展布，表明受到局部EW-NW向的擠壓運動。特別是烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶，其東北部形成了一個寬緩的鼻狀隆起，區(qū)帶發(fā)育的EW向和NNW向兩組斷層形成了西側(cè)伸展、東側(cè)擠壓的兩個“剪刀式開合”構(gòu)造變形區(qū)。

2.1 漸新世末期剪刀式開合構(gòu)造特征

烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶及周緣存在構(gòu)造變形分區(qū)，控制了烏石凹陷東洼的主要構(gòu)造變形區(qū)。漸新世末期形成兩組一側(cè)伸展、一側(cè)擠壓的“剪刀式開合”構(gòu)造。整體上以東北部擠壓形成的大范圍寬緩背斜為軸，兩側(cè)發(fā)育兩個構(gòu)造變形區(qū)，兩個變形區(qū)都表現(xiàn)為西側(cè)伸展、東側(cè)擠壓的特征。東側(cè)擠壓作用形成NE 向逆斷層，西側(cè)伸展形成一系列正斷層，構(gòu)造變形區(qū)越向西區(qū)延伸，斷裂的活動性越強，伸展量越大（圖2）。但各變形區(qū)內(nèi)部變形強度存在明顯的差異，各控制東部形成的斷裂為逆沖斷層，西部形成EW 向、NNW 向兩組撕裂斷層，其中，EW向撕裂斷層活動“西強東弱”，NNW向撕裂斷層活動“南強北弱”。

圖2 烏石凹陷潿洲組一段厚度圖（疊合T70斷層）

2.2 構(gòu)造成因分析

研究表明，共軛走滑斷層及其分隔的斷塊體在側(cè)向擠壓作用下斷層發(fā)生滑動位移，夾持于其間的塊體發(fā)生扭動旋轉(zhuǎn)［10-11］。扭動旋轉(zhuǎn)使塊體邊緣呈現(xiàn)中心對稱式的伸展區(qū)和擠壓區(qū)（圖3）。

圖3 共軛走滑斷層變形樣式圖

北部灣盆地南部坳陷基底發(fā)育一系列NE 和NW向共軛交叉斷裂，這些斷裂相互交叉將基底切割成不同的塊體。在側(cè)向擠壓作用下共軛斷層及其分隔斷塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，企西隆起、流沙凸起呈V 字型排列，區(qū)域右旋壓扭引起凸起扭動旋轉(zhuǎn)，造成烏石西區(qū)局部伸展、烏石東區(qū)發(fā)生擠壓匯聚，形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。雖然所描述的構(gòu)造樣式似乎是一種局部現(xiàn)象，但通過對區(qū)域構(gòu)造的解析，不同地區(qū)的地震剖面觀測表明，剛性塊體旋轉(zhuǎn)形成的剪刀式開合構(gòu)造可能是影響整個北部灣盆地南部坳陷漸新世末構(gòu)造的一種常見的變形樣式。如烏石凹陷南部的邁陳凹陷具有西擠東張的特征［12-14］，與烏石凹陷構(gòu)造分區(qū)互補，表明這種機制是區(qū)域統(tǒng)一的（圖4）。

圖4 剪刀式開合構(gòu)造成因模式圖

3 構(gòu)造物理模擬實驗

針對烏石凹陷東區(qū)剪刀式開合構(gòu)造特征，為討論其成因認識的可靠性，設計了構(gòu)造物理模擬實驗。實驗材料選擇上考慮實際盆地與實驗模型的相似性原則，模擬實驗采用干燥石英砂模擬上地殼地層，天然橡膠板模擬基底薄弱帶傳遞伸展變形，棉布模擬斷層面、剛性不變形部分，聚乙烯泡沫板模擬基底先存構(gòu)造（表1）。

3.1 實驗方法

烏石凹陷東區(qū)發(fā)育兩個“剪刀式開合”構(gòu)造變形區(qū)，因此設計兩個基底剛性塊體，模型底面平整，與試驗臺接觸面光滑。兩塊剛性基地板分別能夠沿中間連接軸旋轉(zhuǎn)，類似于剪刀沿著連接軸旋轉(zhuǎn)。能夠在NW 向擠壓作用下造成西部發(fā)生伸展變形，同時東部為擠壓變形，即“剪刀式”變形的實驗裝置。

表1 實驗材料相似性參數(shù)表

3.2 實驗結(jié)果

模型底板受到NE-SW 向擠壓，模型發(fā)生“剪刀式”變形。在模型西南方位受到伸展應力作用，產(chǎn)生兩條正斷層，其中一條正斷層走向NWW向，另一條正斷層走向近SN向。而在模型東北方位產(chǎn)生一條狹長而寬緩的背斜，背斜長軸走向近NE 向，而且在背斜邊緣出現(xiàn)逆斷層。烏石凹陷東洼在潿洲組末期受構(gòu)造反轉(zhuǎn)控制，在東洼內(nèi)的中部表現(xiàn)為局部撕裂作用，發(fā)育一條EW 向和一條NNW 向正斷層，在東北部表現(xiàn)為區(qū)域性的擠壓，發(fā)育反轉(zhuǎn)背斜和逆沖斷層。實驗通過設置局部剛性塊體，很好地解釋了統(tǒng)一構(gòu)造背景下同時形成伸展構(gòu)造和擠壓構(gòu)造的原因（圖5）。

圖5 構(gòu)造物理模擬實驗結(jié)果圖

4 結(jié)論

1）烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶漸新世末期形成兩組一側(cè)伸展、一側(cè)擠壓的“剪刀式開合”構(gòu)造。整體上以東北部擠壓形成的大范圍寬緩背斜為軸，兩側(cè)發(fā)育兩個構(gòu)造變形區(qū)，均表現(xiàn)為西側(cè)伸展、東側(cè)擠壓的特征，構(gòu)造變形區(qū)域越向西區(qū)延伸，斷裂的活動性越強，伸展量越大。

2）提出區(qū)域擠壓應力作用下共軛斷層及其分隔斷塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)是控制研究區(qū)開合構(gòu)造樣式差異的成因。受先存基底斷裂分割，這種塊體旋轉(zhuǎn)在北部灣盆地南部坳陷普遍存在，邁陳凹陷具有西擠東張的特征與塊體旋轉(zhuǎn)相對應。

3）構(gòu)造物理模擬實驗進一步解釋了烏石凹陷東區(qū)剪刀式開合構(gòu)造特征，實驗結(jié)果很好地解釋了統(tǒng)一構(gòu)造背景下同時形成伸展構(gòu)造和擠壓構(gòu)造的原因，對該地區(qū)此類構(gòu)造形成機制提出了新的認識，有助于為區(qū)域相似背景下的油氣勘探提供參考。