賀婉慧，汪 偉*，尹宏偉，劉紹文，朱繼田，熊小峰

1. 南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210023；2. 中海石油（中國）有限公司湛江分公司，湛江 524057

瓊東南盆地深水區(qū)是南海北部重要的天然氣勘探區(qū)帶之一，也是大中型氣田儲量持續(xù)增長的主戰(zhàn)場（施和生等, 2019）。構(gòu)造特征以及演化過程是否清晰對于找尋斷層活動規(guī)律、認(rèn)識盆地性質(zhì)、明晰盆地油氣運(yùn)移有著重要意義。

前人對瓊東南盆地及其鄰區(qū)進(jìn)行了構(gòu)造地質(zhì)研究并且提出了多種構(gòu)造演化階段的劃分方案，如通過關(guān)鍵構(gòu)造變革界面的識別和分析、盆地沉降史回剝和盆地沉降中心厘定，確定瓊東南盆地的演化分為斷陷、斷坳、裂后熱沉降和加速沉降4個構(gòu)造演化幕（雷超等, 2011） ，能源等人通過構(gòu)造樣式的分布將盆地分為三層結(jié)構(gòu)，盆地經(jīng)歷了：裂陷期、裂后拗陷期及裂后洋盆沉降期3期構(gòu)造演化階段（能源等, 2013）。根據(jù)鉆井及地震勘探資料分析，南海北部新生代盆地發(fā)育“同裂陷、裂后”雙層結(jié)構(gòu)（許懷智等, 2014）?？偟膩砜?，目前人們對于瓊東南盆地的構(gòu)造演化過程的認(rèn)識并不統(tǒng)一，因此，有必要對瓊東南盆地的構(gòu)造演化過程進(jìn)行更深入的研究。

瓊東南盆地隨著南海的張裂逐漸形成，雖然盆地整體具有相似的構(gòu)造演化史，但前人研究表明瓊東南盆地東、西段熱流值及基底性質(zhì)存在差異（張佳星，2018；施小斌，2017；Wang et al., 2014），盆地內(nèi)部的不同區(qū)域構(gòu)造樣式存在明顯的差異。構(gòu)造差異性對烴源巖的發(fā)育規(guī)模 、生烴潛力及儲蓋組合的類型和分布等具有明顯的制約作用（呂寶鳳，2008）。研究瓊東南盆地東西段構(gòu)造差異對油氣資源的勘探具有重要意義。

本文根據(jù)前人對伸展構(gòu)造拉張量計(jì)算方法的適用性的研究，結(jié)合剖面構(gòu)造特征，選取適當(dāng)?shù)钠胶馄拭娣椒?，對瓊東南盆地6條典型剖面進(jìn)行平衡恢復(fù)及拉張量計(jì)算，討論其構(gòu)造演化歷史、東西段構(gòu)造樣式差異及其影響因素、以及構(gòu)造差異對油氣資源分布的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

瓊東南盆地位于南海北部大陸邊緣陸架西側(cè)，地處海南島以南、西沙群島以北海域（108°～112°E，16°～19°N），整體呈 NE向展布，面積約 80000 km2。瓊東南盆地是位于南中國海北部大陸邊緣的新生代沉積盆地，整體走向?yàn)镹E向（圖1）。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造區(qū)域劃分圖及骨干剖面分布位置圖Fig. 1 Qiongdongnan basin tectonic zoning map and profile distribution locations

瓊東南盆地基底主要為前古近系的火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖；盆地地層主要由新生界和第四系組成，從下至上依次為始新統(tǒng)，漸新統(tǒng)崖城組和陵水組，中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組，以及第四系樂東組。盆地發(fā)育始新統(tǒng)湖相、漸新統(tǒng)海陸過渡相和中新統(tǒng)海相等三套烴源巖，儲層包括陵水組三段扇三角洲相、濱海相砂巖，三亞組濱海相、三角洲相砂巖，梅山組濱海相、三角洲相砂巖，黃流組濱海相、三角洲相和濁積巖相砂巖，鶯歌海組低位扇相、淺海相席狀砂巖等。蓋層主要有陵水組、三亞組、黃流組及鶯歌海組海相泥巖（圖2; 朱偉林等，2008;謝玉洪等，2016）。

圖2 瓊東南盆地地層剖面綜合圖（據(jù)周杰等，2019；邱寧等，2014修改）Fig. 2 Stratigraphic units in Qiongdongnan basin

瓊東南盆地形成演化明顯地受控于南海北部陸緣的西部地球動力學(xué)演化背景(蔡佳, 2009)，主要有三個方面：（1）晚白堊紀(jì)—古新世太平洋板塊與歐亞板塊之間相互作用控制的伸展動力學(xué)過程；（2）始新世—早漸新世的南海北部大陸邊緣的陸殼裂解，在晚始新世，瓊東南盆地以NE向和NW向斷陷發(fā)生裂陷活動為主，其中充填了陸相湖盆沉積體系。在早漸新世期間，NE向和NW向斷陷繼承性發(fā)育；（3）晚漸新世—中中新世的南海海底擴(kuò)張，晚中新世—第四紀(jì)海底熱沉降期間的構(gòu)造疊加活動。

瓊東南盆地在整體上呈現(xiàn)“東西分塊、南北分帶”的整體構(gòu)造格局和“下斷上坳”的垂向雙層結(jié)構(gòu)（張功成等，2007；雷超等，2011）。瓊東南盆地“東西分塊”的構(gòu)造格局具體表現(xiàn)為西部以NW向和EW向斷裂為主，向東走向變化為以NE向斷層為主，總體可劃分為西部伸展區(qū)和東部伸展區(qū)，二者之間以陵水凹陷與松南凹陷之間的NW向地壘帶即松南低凸起為界，松南低凸起具有構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的性質(zhì)特征（雷超等，2011）。

2 平衡剖面技術(shù)在瓊東南盆地的運(yùn)用

平衡剖面的基本原理是物質(zhì)守恒定律，即巖石在變形前后其體積保持不變，在二維剖面上則表示為面積保持不變。平衡剖面不僅可以用來檢驗(yàn)構(gòu)造解釋的合理性、分析構(gòu)造演化歷史、計(jì)算構(gòu)造變形量等，還可以利用構(gòu)造淺層表現(xiàn)出來的幾何學(xué)特征探究和約束深部構(gòu)造特征。由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，對于不同的構(gòu)造類型或基于不同的角度，平衡剖面技術(shù)在應(yīng)用過程中，建立了一系列基于平衡剖面原理的方法，如斷層相關(guān)褶皺理論、層長守恒恢復(fù)、面積深度法、面積守恒法和斷層追蹤法等（Chamberlin, 1910；Gibbs, 1983; Suppe, 1983; Epard and Groshong, 1993; Groshong, 1994；Eichelberger et al., 2017; Wang et al., 2018）。

根據(jù)張迎朝、汪偉等人通過構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，對上述不同平衡剖面方法在拉張?gòu)造應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行的定量分析，結(jié)合瓊東南盆地構(gòu)造變形特征，確定了面積守恒法是最有效又準(zhǔn)確的方法，可以計(jì)算構(gòu)造不同階段和整體的拉張量（張朝迎等，2019）。

地震剖面顯示在基底面（T100）之下，幾乎沒有任何清晰的構(gòu)造前沉積地層反射（圖3）。本文主要研究瓊東南盆地T100界面以上地層的構(gòu)造變形特征。本文采用面積守恒法對瓊東南盆地6條典型剖面進(jìn)行平衡恢復(fù)并計(jì)算剖面在各個階段的拉張量，討論瓊東南盆地的東西段構(gòu)造差異以及構(gòu)造演化過程。六條骨干剖面平衡恢復(fù)剖面如下所示（圖4,5, 6, 7, 8, 9）。面積守恒法首先需要確定地層基準(zhǔn)面的位置，瓊東南盆地南部永樂隆起作為構(gòu)造的高點(diǎn)可以指示變形前地層基準(zhǔn)面的位置，拆離面的位置在莫霍面附近，可以簡化為一條直線。通過測量地層基準(zhǔn)面到拆離面的距離（H）、各沉積階段地層面積（S），可以計(jì)算出各沉積階段的拉張量。

2.1 瓊東南盆地西段剖面

如圖1所示將瓊東南盆地分為東西兩段，西部以NW向和EW向斷裂為主，在盆地西段，主要發(fā)育隆凹相間的構(gòu)造格局，自北向南依此發(fā)育北部坳陷帶、中央坳陷帶和南部坳陷帶，西段的骨干剖面1、2、3（位置見圖1）的平衡剖面圖如下。

對于剖面1（圖3a），該剖面靠近瓊東南盆地西部邊界，該剖面北起崖城凸起，向東南穿過崖南凹陷、崖南低凸起、樂東凹陷以及陵南低凸起。其斷裂樣式在整體上表現(xiàn)為對稱的復(fù)式地塹，中央凹陷兩側(cè)各發(fā)育兩條一級控凹斷裂，控制其發(fā)育。單個斷層斷距較大，一級控坳斷裂發(fā)育。地層發(fā)育較連續(xù)，整個凹陷內(nèi)都發(fā)育嶺頭組地層。梅山組地層尖滅于三亞組地層之上。在沉降中心區(qū)域，陵水組和三亞組地層明顯增厚。面積守恒法顯示骨干剖面1在嶺頭組、崖城組以及陵水組各個沉積階段的拉張量分別為10.7 km、14.8 km、22.5km；剖面拉張總量為48 km，總拉張率為47%（圖4）。

圖4 骨干剖面1平衡恢復(fù)圖Fig. 4 balance cross section of backbone profile 1

剖面2與骨干剖面1相鄰（圖3b），相比于剖面1，該剖面斷裂數(shù)量增加，凹陷內(nèi)斷裂活動性強(qiáng)，構(gòu)造樣式更加復(fù)雜。剖面中發(fā)育多個南傾的鏟式斷裂控制的半地塹，發(fā)育明顯的同構(gòu)造沉積，地層發(fā)育連續(xù)。面積守恒法顯示骨干剖面2在嶺頭組、崖城組以及陵水組各個沉積階段的拉張量分別為3.8 km、7.3 km、16.5 km；剖面拉張總量為27.6 km，總拉張率為17%（如圖5）。

圖5 骨干剖面2平衡恢復(fù)圖Fig. 5 balance cross section of backbone profile 2

剖面3位于剖面2以東（圖3c），該剖面在構(gòu)造樣式上發(fā)生了明顯變化，構(gòu)造樣式為由大型鏟式斷裂控制的半地塹，鏟式斷裂斷至莫霍面。在鏟式斷裂上盤，發(fā)育一個滾動背斜，背斜被眾多次級斷裂切割。背斜南部邊界由一條小型的鏟式斷裂控制，形成與大型半地塹發(fā)育方向相反的小型半地塹，二者沉積地層向背斜頂部尖滅。嶺頭組地層在中央凹陷較發(fā)育，在中央凹陷南北兩側(cè)近乎缺失。面積守恒法顯示骨干剖面3在嶺頭組、崖城組以及陵水組各個沉積階段的拉張量分別為4.2 km、7.6 km、10.9 km；剖面拉張總量為22.7 km，總拉張率為14.4%（圖6）。

圖6 骨干剖面3平衡恢復(fù)圖Fig. 6 balance cross section of backbone profile 3

2.2 瓊東南盆地東段剖面

瓊東南盆地東段以NE向斷層為主，盆地東段發(fā)育大型復(fù)合地塹構(gòu)造，形成大型凹陷結(jié)構(gòu)（長昌凹陷）。東段的骨干剖面4、5、6（位置見圖1）的平衡剖面圖如下。

對于剖面4（圖3d），該剖面位于瓊東南盆地中部，該剖面北起南海隆起區(qū)，向東南穿過松東凹陷、松濤凸起、松南凹陷、松南低凸起、北礁凹陷以及北礁隆起。剖面北部發(fā)育北傾斷層；中部發(fā)育復(fù)式地塹，地塹北部以南傾斷層為主，地塹南部以北傾斷層為主，凹陷內(nèi)部斷裂密集且斷裂深度深、斷距大。剖面南部發(fā)育兩個鏟式半地塹。地層發(fā)育連續(xù)性較剖面1要差，嶺頭組地層零星分布于剖面中部及南部。在沉降中心區(qū)域，三亞組、陵水組地層明顯增厚。面積守恒法顯示剖面4在嶺頭組、崖城組以及陵水組各個沉積階段的拉張量分別為0.8 km、5.9 km、14.2 km；剖面拉張總量為20.9 km，總拉張率為16.2%（圖7）。

圖7 骨干剖面4平衡恢復(fù)圖Fig. 7 balance cross section of backbone profile 4

剖面5（圖3e）位于瓊東南盆地中部偏東，該剖面斷裂發(fā)育，構(gòu)造樣式為由大型鏟式斷裂控制的半地塹。在鏟式斷裂上盤，發(fā)育一個滾動背斜，背斜被眾多次級斷裂切割，背斜南部邊界發(fā)育多條南傾的小型鏟式斷裂，形成與大型半地塹發(fā)育方向相同的小型半地塹。面積守恒法顯示剖面5在嶺頭組、崖城組以及陵水組各個沉積階段的拉張量分別為3.4 km、9.1 km、13.7 km；剖面拉張總量為26.2 km，總拉張率為18.1%（圖8）。

圖8 骨干剖面5平衡恢復(fù)圖Fig. 8 balance cross section of backbone profile 5

骨干剖面6（圖3f）位于瓊東南盆地東段，剖面北起神狐隆起，向東南穿過長昌凹陷到達(dá)永樂隆起。從該剖面可以看出盆地東部發(fā)育大型復(fù)合地塹構(gòu)造，凹陷內(nèi)斷層發(fā)育，斷層數(shù)量明顯多于盆地西部，但斷距小，斷層活動性弱。上覆樂東組、鶯歌海組地層較西段明顯減薄。面積守恒法顯示剖面6在嶺頭組、崖城組以及陵水組各個沉積階段的拉張量分別為13.8 km、15 km、21.4 km；剖面拉張總量為50.2 km，總拉張率為42.7%（圖9）。

圖9 骨干剖面6平衡恢復(fù)圖Fig. 9 balance cross section of backbone profile 6

3 瓊東南盆地構(gòu)造伸展特征

構(gòu)造拉張量是平衡剖面中重要的參數(shù)，不同的拉張比率形成的構(gòu)造樣式有著巨大的差別。因此準(zhǔn)確計(jì)算構(gòu)造拉張量對構(gòu)造恢復(fù)，了解構(gòu)造演化模式，建立構(gòu)造演化模型有重要的影響（張朝迎等；2019）。每兩個相鄰演化階段剖面長度之差就是各個沉積階段的拉張量；用該套地層的拉張量除以該套地層形成所花費(fèi)的時(shí)間，即可得到該地層的拉張速率；用某地層的拉張量與該套地層沉積之前的剖面長度對比可得到該套地層的相對拉張率；對應(yīng)公式如下：

其中：Ln-1為第n套地層沉積前的地層長度；Ln第n套地層的長度；ΔL為某套地層的相對拉張量；β為該地層的拉張速率；e為該套地層的相對拉張率；Tn表示該地層沉積所花費(fèi)的時(shí)間。基于面積守恒法，對瓊東南盆地東西部共6條剖面做了逐層構(gòu)造恢復(fù)，通過瓊東南盆地6條剖面的恢復(fù)結(jié)果顯示各個剖面對應(yīng)的各個階段的拉張量以及總拉張量（率）如表1所示：

根據(jù)表1數(shù)據(jù)對六條剖面的總拉張量和拉張率做出直觀的直方圖（圖10a, b），分析骨干剖面整體的拉張量變化趨勢；并計(jì)算出各個剖面各時(shí)期的拉張率及拉張速率繪制如下所示折線圖（圖10c, d），更加直觀的分析各個階段剖面的拉張情況。

表1 瓊東南盆地骨干剖面拉張量Table 1 Tensor of backbone section in qiongdongnan basin

4 討論

4.1 瓊東南盆地構(gòu)造伸展量分析

從圖10a、b中可直觀看出瓊東南盆地不同部位水平拉張率具有明顯差異，具有中間拉張量較小，但是兩側(cè)拉張量較大的特征。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析，推斷1號轉(zhuǎn)折點(diǎn)是由于受西側(cè)1號斷層走滑的影響，水平拉張率在樂東凹陷較大，在陵水、北礁和松南凹陷即瓊東南盆地中部位置，水平拉張率顯著減小并較為穩(wěn)定，表明盆地內(nèi)部的打開是均勻的，1號斷裂走滑影響范圍局限于樂東凹陷。2號轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于長昌凹陷東側(cè)，水平拉張量顯著增大。推斷可能的原因是沒有受到南部隆起，西沙地塊的阻擋，導(dǎo)致拉張量增大。

圖10 骨干剖面拉張量及拉張率分布圖Fig. 10 Total tensor and tensile rate distribution of backbone profile

4.2 構(gòu)造演化階段分析

根據(jù)六條剖面的平衡恢復(fù)結(jié)果以及剖面各階段的拉張率及拉張速率可知，在始新世（65～33.9 Ma）：剖面拉張率及拉張速率很低（圖10c, d），此時(shí)瓊東南盆地伸展活動開始，盆地整體處于緩慢的伸展?fàn)顟B(tài)，發(fā)育一系列切割新生代基底的正斷層（圖4f, 圖 5f, 圖 6f, 圖 7f, 圖 8f, 圖 9f）；漸新世（33.9～23 Ma）：該階段剖面的拉張速率對比嶺頭組沉積期間要明顯增大（圖10d），伸展活動更加強(qiáng)烈，盆地的伸展活動持續(xù)增強(qiáng)，晚漸新世伸展活動達(dá)到頂峰，在平衡恢復(fù)圖中表現(xiàn)為斷層數(shù)量增多，規(guī)模增大，地層沉積范圍變大（如圖4b, c; 圖5b, c; 圖6b, c; 圖 7b, c; 圖 8b, c; 圖 9b, c）；早—中中新世（23～10.5 Ma）：構(gòu)造伸展活動明顯減弱，沒有明顯的構(gòu)造拉張量，在此期間，三亞組以及梅山組地層發(fā)育了少量繼承性斷層；晚中新世—更新世（10.5～0 Ma）：盆地進(jìn)入平靜沉積期，基本沒有斷裂活動。

根據(jù)上述分析分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景中的構(gòu)造事件推斷瓊東南盆地的構(gòu)造演化歷程如下：（1）斷裂1期（65～33.9 Ma）：盆地伸展活動開始，處于緩慢的伸展?fàn)顟B(tài)；（2）斷裂2期（33.9～23 Ma）：瓊東南盆地伸展活動持續(xù)增強(qiáng)，并在晚漸新世構(gòu)造伸展活動達(dá)到頂峰；（3）坳陷期（23～10.5 Ma）: 在此期間，伸展活動明顯減弱，發(fā)育少量繼承性斷層；（4）平靜沉積期（10.5～0 Ma）:平靜沉積，基本沒有斷裂活動。

4.3 東西段構(gòu)造差異

瓊東南盆地東西段構(gòu)造樣式差異明顯（圖1、3），在盆地西段，主要發(fā)育隆凹相間的構(gòu)造格局，自北向南依此發(fā)育北部坳陷帶、中央坳陷帶和南部坳陷帶，其中中央坳陷半地塹規(guī)模最大。表現(xiàn)為“三隆三凹，半地塹控凹”的構(gòu)造格局，地塹內(nèi)斷裂數(shù)量較少，單一斷層斷距大。盆地東段主要發(fā)育大型復(fù)合地塹構(gòu)造，地塹從邊緣向內(nèi)部形成一系列同向正斷層，使得凹陷中心成為整個構(gòu)造的沉積中心，形成大型凹陷結(jié)構(gòu)，隆凹相間格局不明顯，表現(xiàn)為“凹陷為主，復(fù)合地塹控凹”的構(gòu)造格局，地塹內(nèi)部發(fā)育較多斷裂，但單一斷層斷距小。

自中新世以來，南海周邊巖漿活動頻繁，前人的研究結(jié)果表明巖漿活動對瓊東南盆地東部熱流值的影響要大于盆地西部（施小斌，2017）。從而推測巖漿活動產(chǎn)生的熱流值差異造成了瓊東南盆地東、西部基地性質(zhì)的差異（施小斌，2017；Wang et al., 2014）。結(jié)合熱流值差異、東西段構(gòu)造樣式差異以及張佳星（2018）等人的物理模擬實(shí)驗(yàn)（如表2），推斷瓊東南盆地東段基底性質(zhì)主要表現(xiàn)為韌性，西部基底表現(xiàn)出剛性的性質(zhì)?；仔再|(zhì)和先存斷裂影響著瓊東南盆地東西部的構(gòu)造演化。

表2 基底性質(zhì)對凹陷斷裂構(gòu)造的影響（據(jù)張佳星，2018修改）Table 2 Influence of basement properties on fault structure in depression

盆地西部斷層數(shù)量少，斷層主要切穿崖城組、陵水組、三亞組地層，裂縫有利于油氣從凹陷內(nèi)烴源巖向低凸起內(nèi)部儲層進(jìn)行運(yùn)移填充；上部地層厚度大且未被斷層切穿，能形成良好的蓋層，防止油氣的逃逸。盆地東部凹陷內(nèi)部的斷裂組合由于斷裂期次多、斷層組合復(fù)雜，且斷裂數(shù)量多（張佳星，2018），且沉積蓋層厚度薄，油氣容易向上逃逸，不利于油氣的保存。

5 結(jié)論

（1）瓊東南盆地不同部位水平拉張率具有明顯差異，具有中間拉張量較小，但是兩側(cè)拉張量較大的特征。在瓊東南盆地中部位置，水平拉張率顯著減小并較為穩(wěn)定，表明盆地內(nèi)部的打開是均勻的。

（2）瓊東南盆地的構(gòu)造演化階段分為以下四個階段：（1）斷裂1期（65～33.9 Ma）：盆地伸展活動開始，處于緩慢的伸展?fàn)顟B(tài)（2）斷裂2期（33.9～23 Ma）：瓊東南盆地伸展活動持續(xù)增強(qiáng)，并在晚漸新世構(gòu)造伸展活動達(dá)到頂峰；（3）坳陷期（23～10.5 Ma）: 在此期間，伸展活動明顯減弱，發(fā)育少量繼承性斷層；（4）平靜沉積期（23～10.5 Ma）：平靜沉積，基本沒有斷裂活動。

（3）瓊東南盆地東西段構(gòu)造樣式存在明顯差異，盆地西部表現(xiàn)為“三隆三凹，半地塹控凹”的構(gòu)造格局，地塹內(nèi)斷裂數(shù)量較少，單一斷層斷距大，有利于油氣從凹陷內(nèi)烴源巖向低凸起內(nèi)部儲層進(jìn)行運(yùn)移填充，上部地層形成良好的蓋層，防止油氣的逃逸；盆地東段表現(xiàn)為“凹陷為主，復(fù)合地塹控凹”的構(gòu)造格局，地塹內(nèi)部發(fā)育較多斷裂，斷裂期次多、組合復(fù)雜，且沉積蓋層厚度薄，不利于油氣的保存?；仔再|(zhì)和先存斷裂影響著瓊東南盆地東西部的構(gòu)造演化。