沉积盆地分析

1、中国东南部新生代盆地之琼东南盆地深水区构造格局及演化摘要：近年来,世界范围内的深水地区油气勘探不断取得重大突破,除了墨西哥湾、巴西坎坡斯湾盆地和西非等三大深水油气勘探的热点地区外,在俄罗斯、挪威和东南亚的深水地区也不断发现大型油气田。我国南海北部深水区与国外获得巨大成功的深水油气勘探区较为类似,其勘探潜力巨大。在对新采集和处理的高精度地震资料进行详细的构造-地层解释的基础上，将琼东南盆地划分为北部隆起区、中央坳陷区和南部隆起区 3 个一级构造单元，并识别了重要的北西向“堑垒”构造带，表明盆地整体呈现“南北分带，东西分块”的基本构造格架特征。对北部隆起区和中央坳陷区重要分界地质标志2 号断裂系统

2、开展了详细的地质构造解释和断裂活动性定量分析，证实 2 号断层具有区段式活动特征。研究了各构造单元凹陷的结构特征，识别出半地堑、地堑和复式地堑 3 种基本类型和与之对应的 10 种次级类型。以盆地构造单元划分为基础，结合已有地质资料和勘探成果，综合分析认为盆地各区带具有良好的油气勘探潜力。琼东南盆地为一新生代含油气盆地。通过对南海扩张、红河断裂及太平洋板块等琼东南盆地区域构造演化主控因素的分析,结合其内部层序及断裂特征将琼东南盆地新生代以来的构造演化分为晚白垩世晚渐新世多幕裂陷、早中新世中中新世区域热沉降和晚中新世以来的新构造3大构造演化阶段。关键字：南海；2号断层；琼东南盆地；构造单元；含油

3、气盆地;琼东南盆地;构造演化;油气藏The deepwater area of Qiongdongnan basin tectonic framework and evolutionAbstract:In recent years, oil and gas exploration in the deepwater area continuously in the world has made a major breakthrough, in addition to hot area for oil and gas exploration in Mexico Bay, Brazil Bay Ba

4、sin and West Africa Campos three deep water,large oil and gas fields are constantly found in Russia, Norway and Southeast Asia in the deepwater area. I in the deep-water area of the northern South China Sea and the foreign successful deepwater oil and gas exploration area are similar, the huge poten

5、tial for exploration。According to analysis of the newly acquired high-quality seismic reflection data,the Qiongdongnan Basin is divided into three first-order structural units, i.e. northern uplift,central depression, and southern uplift. An NW-trending graben and horst belt is identified, showing t

6、hat the structural framework of the basin is characterized by zones in the north-south direction and blocks in the west-east direction. A detailed interpretation of geological structures and quantitative analysis of faulting is carried out on the No. 2 fault system, which is an important boundary ma

7、rker between the northern uplift and the central depression. Results indicate that No. 2 fault is characteristic of segmented faulting. The structural characteristics of sags in each structural unit is studied and the sags are classified into three types, half-graben, graben, and compound graben, wh

8、ich are further divided into ten subtypes. On the basis of the structural unit classification, along with existing geological data and exploration achievements, it is believed that the petroleum exploration potential is good in the structural units of the basin. Key words: South China Sea; Qiongdong

9、nan Basin; No.2 fault; structural unit; petroleum exploration potential；Tectonic evolution；Petroleum reservoir. 0 前言 琼东南盆地的深水区位于南海北部大陆边缘300一3000m的范围,面积合计5.0xl04km2 ，是新生代形成的段陷盆地，盆地北部为我国的海南岛，东部为珠江口盆地，而西部与莺歌海盆地以1号断层为界，盆地南部为西沙群岛（如右图1）。南海是国际海洋前沿科学研究和中国能源矿产资源开发的重点区域，新生代经历了与被动大陆边缘盆地基本一致的区域构造发展演化史1，与世界上其他深图

10、1 琼东南盆地区域构造图水含油盆地具有相同或相似的油气成藏地质条件及油气富集规律2-6。近期中国在珠江口盆地深水区的天然气勘探获得重大突破2-3,5,7，展现了南海深水油气勘探开发的巨大潜力和广阔前景，同时大幅度提升了中外石油公司对南海深水区油气勘探的信心2。然而，南海深水勘探还处于起步阶段，其油气资源评价面临着与陆地和浅海地区不同的科学技术问题，特别是与深水区盆地结构构造相关的构造特征及其油气资源潜力评价成为亟待解决的重要基础地质科学问题2,6。 琼东南盆地深水区位于南海北部，与珠江口盆地处于同一区域构造带，过去由于勘探程度低、缺少地震测线和勘探钻井，限制了对该盆地深水区准确、全面的认识，制

11、约着盆地深水区油气勘探以及对整个南海演化史的深刻理解。盆地油气成藏动力学研究（如盆地埋藏史、生烃动力学、储盖条件和成藏组合等） 认为，盆地深水区具有形成大、中型气田的条件2，6,7。 本文基于新近采集、处理的覆盖琼东南盆地深水区的高精度地质-地球物理资料，并结合盆地浅水区地质和地球物理资料，对盆地结构构造进行详细研究和分析，划分盆地一级、二级构造单元；在此基础上，通过对盆地精细的地震剖面解释，定量计算盆地重要断裂2 号断层的活动特征并进行详细描述，分析盆地各构造单元凹陷结构样式，划分了盆地主要凹陷类型；最后，结合现有的盆地地质研究及勘探成果，总结分析盆地各构造区带的勘探潜力并预测盆地油气有利聚

12、集部位。 1 区域地质概况图2 琼东南地层发育史 南海位于地球低纬度区，是西太平洋最大的边缘海，也是中国大陆边缘唯一发育了洋壳的海盆。南海靠近特提斯和环太平洋两大超级会聚带的交会处，大地构造部位极其独特，其四周的大陆边缘包含了被动型、主动型、转换型 3 大主要的大陆边缘类型6,15。琼东南盆地位于南海北部大陆边缘，是新生代形成的断陷盆地，盆地北部为中国海南岛，东部为珠江口盆地，西部与莺歌海盆地以 1 号断层为界，南部为永乐隆起（见图 1）。 琼东南盆地基底由前新生代火成岩、变质岩及沉积岩组成（见图 2）。盆地的充填序列则主要由新生界组成，从下往上依次为断陷-断坳-坳陷 3 层盆地结构。新生界除

13、古新统缺失外，其他地层都有发育（见图 2）。 盆地以“下断上坳”的典型被动大陆边缘构造层序样式为特征6。在地震剖面上，T60为断坳转换期形成的裂后不整合界面，该界面将盆地充填和演化序列划分为同裂陷阶段和裂后阶段6；而盆地 T70界面将盆地的同裂陷阶段划分为断陷幕和断坳幕7；T30界面则将 盆地的裂后阶段划分为裂后热沉降幕和裂后加速沉降幕6,10。钻井解释与区域对比研究表明，始新统、崖城组和陵水组是主要的烃源岩发育层位3,18，中新统也有烃源岩分布。2 盆地构造格局特征 琼东南盆地内主要发育了北东、北西和东西向 3组断裂（见图 3），其中发育于琼东南盆地中部的 2 号断层是该盆地中规模最大、最重

14、要的一条断裂带，该断图3 琼东南地区区域地质背景 裂带构成了北部陆架浅水区和南部陆坡深水区的分界线；南部陆坡深水区内还发育 11 号断层等规模比较大的断裂。以这些断裂为界可以将琼东南盆地从北到南划分出北部隆起区、中央坳陷区和南部隆起区 3 个一级构造单元（见图 3）。北部隆起区发育北东向断层控制的一系列小型地堑和半地堑，包括崖北、崖南、松东和松西等凹陷。中央坳陷区规模巨大，可进一步 划分为北部凹陷带、中央低凸起带和南部凹陷带 3 个二级构造单元（见图 4 中 AA地震解释剖面）；中 央坳陷区西部乐东、陵水、松南凹陷的控盆断层为 北西走向，而宝岛、长昌凹陷则受近东西向和北西 向断层控制。南部隆起

15、区主要发育一系列北东向展 布的小型半地堑。总体上，整个琼东南盆地表现为大型的、不对称的、以中央坳陷区为中心的复式地堑盆地系。另外，地震资料揭示在盆地内发育一条北西向构造带（松南低凸起）。该构造带位于陵水凹陷和松南凹陷之间，在平面上由一系列近北西西向断裂带组成（见图 3），地震剖面上为显著的“堑垒”结构（见图 4）。该构造带将盆地划分为东部伸展区和西部伸展区，且其两侧构造极性发生变化，如在北部隆起区，以该构造带为界，西部伸展区控凹断层倾向为南东方向，东部伸展区控凹断层倾向则为北西向，所以该“堑垒带”具有构造转换带的性质特征。综上所述，可以看出琼东南盆地总体构造格局表现为“南北分带，东西分块”的基

16、本特征。 图4 盆地构造单元划分3 盆地构造单元特征3.1 2号断层的活动性研究 2 号断层位于琼东南盆地中部，规模巨大，是盆地北部隆起区和中央坳陷区构造区带划分的重要依据。重磁资料显示该断裂带发育在重磁异常的明显梯度带上6，是盆地同裂陷阶段重要的一级构造单元分界、陆架陆坡发育过程中的重要控制性断层，也是现今浅海陆架与深水陆坡的隐伏控制性构造。2号断层自乐东，经陵水、松涛、宝岛，到长昌凹陷，延伸长度在 4 000 km 以上（见图 3）。根据该断层的几何学特征及组合样式可将其划分为 3 个区段：西段（乐东陵水）、中段（松南）和东段（宝岛长昌）（见图 3、图 4）。3 段构造样式不一，对比鲜明。

17、断层西段为单断式正断层，控制乐东凹陷和陵水凹陷；断层中段为单断式和台阶式正断层，控制松南凹陷；断层东段为斜列式正断层，控制宝岛和长昌凹陷。平面图上西段和中段发育规模大，断层平面样式单一，而东段断层以雁列式转换带形式分布。按照安德森模式，2 号断层西段和中段主要受北西南东向构造应力作用控制，而东段主要由右旋拉张应力控制（见图 4）。 为了深入研究 2 号断层在地质历史时期的演化规律和空间变化，本次研究采用断层活动速率和位移-距离法19进行定量研究。2号断层各个历史时期的断层活动速率计算结果（见图 5a）显示，始新世，2 号断层整体都在活动，其中断层活动速率最大值（87 m/Ma）位于宝岛长昌段；

18、崖城组沉积时期断层活动性最强部位在断中段（松南凹陷部位），最大值达 1800 m/Ma，断层西段和东段活动性也较强，图5 2号断层活动数率和位移-距离法计算结果西段最大达950 m/Ma，东段活动性最大980 m/Ma；陵水组沉积时期，断层区段式活动更加明显，在西段与中段、中段与东段断层交接部位，断层活动速率较小，而西段、中段和东段的中间断层活动较强，最大速率分别为 200 m/Ma、700 m/Ma 和264 m/Ma；三亚组沉积时期，2号断层活动较弱，主要在松南段，其活动速率也较低，最大值为101m/Ma；三亚组沉积期（距今15.5Ma）以后，2 号断层几乎不活动，显示断层的发育进入停止状

19、态。（松南段）活动，断层沿断面滑动最大距离可达 6500m，断层西段和东段活动距离都偏小，断层滑移距离最大值仅2000 m，大多数研究剖面该值为零；三亚组沉积时期，2 号断层继续以区段式活动，其中断层滑移距离最大值位于断层中段松南凹陷；三亚组沉积期以后，2号断层活动微弱，不具规模性。总之，从断层发展和演化角度，2 号断层主要活动时期为始新世、渐新世，早中新世活动微弱，中中新世、晚中新世和上新世断层几乎不活动；从断层空间展布规律分析，断层活动性定量计算结果与构造-地层分析、构造样式解剖所揭示的断层区段式活动规律一致，证明2 号断层在空间上呈显著的 3 段式分布，即西段（乐东陵水段）、中段（松南段

20、）和东段（宝岛长昌段）。 3.2 凹陷结构特征及类型 盆地北部隆起区主要凹陷包括崖北、崖南、松西、松东等 4 个凹陷。崖北凹陷控盆断层为 5 号断层，沿控盆断层自西向东凹陷结构从陡坡断阶半地堑变为北断南超的简单地堑（见图 6），向西在靠近 1 号断层部位，地层向南部崖城凸起层层上超，而向东凹陷内地层与崖城凸起呈断层关系接触。崖南凹陷地震剖面揭示为北断南超半地堑断陷结构（见图 6），古近系沉积 厚度最大达 4500 m，凹陷北面为控凹的 3 号断层，地层向崖南低凸起呈上超特征，沿 3 号断层走向向西，断距减小，凹陷由半地堑结构变为双断特征。松西凹陷与崖北凹陷基本一致，为半地堑断陷结构，北面为控凹

21、的 5 号断层，南面地层向松涛凸起上超（见图 6），古近系沉积厚度约 3 000 m。位于松西凹陷东部的松东凹陷为南断北超半地堑断陷结构，南面为控凹的 6 号断层，北面向松东低凸起上超，松东、松西凹陷特征基本相似，并且在两凹陷之间发育转换带，断层样式较为复杂（见图 6）。 图6 琼东南一级构造单元主要凹陷特征中央坳陷区主要为 2 号断层以南的部分，占整个琼东南盆地面积的二分之一，发育乐东、陵水、松南、宝岛、北礁和长昌 6 个凹陷。乐东凹陷为南断北超的半地堑（见图 6），沉积主要受南部 13 号断层控制，古近系厚度超过 5 000 m，北部斜坡发育系列调节断层，在凹陷西边以 1 号断层与莺歌海盆

22、地相接触。陵水凹陷表现为双断式的地堑式结构，控凹断层为 2 号断层，而东部为北断南超的缓坡断阶型半地堑，古近系厚度超过 7 000 m（见图 6），东边以复杂断阶与陵南低凸起相接触，南面大部分为控凹的断层。松南凹陷西部为 2号和 2-1 号断层控制的高角度半地堑，形成二台阶（见图 6），南部与松南低凸起呈断层接触关系，凹陷东部控凹断层为 2 号断层，2-1 号断层不发育，地层样式为楔形体，凹陷南斜坡受多米诺断层调节。宝岛凹陷控凹断层为 2 号断层，凹陷西部为缓坡断阶构造样式，东部逐渐过渡到双侧断阶地堑大型地堑断陷结构，北边和图7 琼东南盆地主要的构造样式西北边为控凹的2号断层，东边与长昌凹陷以

23、火山构造相隔，盆地沉积厚度11000 m。长昌凹陷形态沿北东方向由地堑向半地堑逐渐变化，凹陷样式变化较大，在凹陷东部，长昌凹陷近似为南断北超的半地堑断陷结构（见图 6），北面向神狐隆起上超，凹陷中心沉积厚度 7500 m。北礁凹陷为南断北超的半地堑，主要受控于北东走向的11号断层（见图 6），凹陷内新生界发育完全，沉积厚度大于9000 m，而古近系沉积厚度大于4000 m。 南部隆起主要发育系列北东向断陷群，控制断层主要为北东向，断陷规模都比较小。在凹陷形态、规模以及控凹断层展布方向 3 方面，南部隆起区与北部隆起区具有相似性。 综上所述，琼东南盆地内断陷样式丰富，可以 划分为半地堑、地堑和复

24、杂型地堑 3 种基本类型， 并且这 3 种基本类型可进一步划分为 10 种亚类（见图 7）。简单型半地堑主要有松西凹陷、松东凹陷、 北礁凹陷；复杂型半地堑主要有崖北凹陷、崖南凹 陷、乐东凹陷、陵水凹陷东部、松南凹陷、宝岛凹陷西部、长昌凹陷东部；简单型地堑主要有陵水凹陷西部；复杂型地堑主要有宝岛凹陷东部、长昌凹陷西部；另外，地堑-半地堑交互式断阶型复式地堑主要发育于宝岛和长昌凹陷，而旋转断块主要发育于松南凹陷和长昌凹陷。 4 盆地构造演化4.1 琼东南盆地的演化与南海扩张 图8 南海区域构造图 琼东南盆地作为南海北部陆缘新生代盆地之一,其形成和演化与南海的扩张密切相关。南海是西北太平洋边缘海中面

25、积最大的海盆,约为350×104km2。在大地构造位置上,南海处于欧亚板块、太平洋板块和印度澳大利亚板块这3大板块衔接部位(图1)。自Luding5首次提出南海中央海盆的地壳为洋壳以来,由于其特殊的大地构造位置以及研究思路、方法、手段和研究程度的局限,对南海的成因与化动力学机制及其扩张时序认识仍不统一。其中南海演化成因概括为以下7种模式:南海是经多阶段、幕式扩张而形成的“海底扩张模式”6-9; 南海是与印度欧亚板块碰撞挤出构造有关的走滑拉分盆地走滑拉分模式1-4;南海是与太平洋板块俯冲有关的弧后盆地弧后盆地模式7-9;南海盆地的形成与地幔柱及侧向地幔流有关地幔柱模式2，8;南海盆地的

26、形成是由于陆缘扩张所致陆缘伸展扩张模式6-11;海盆地在其具有单向流动的地幔流背景下,经上部地壳被单向拉张、断陷,发生深部熔融,同时伴随地幔物质侵入上涌而形成单向拉张模式5;联合机制模式3，6认为南海是在多种来源的动力共同作用下形成的。如果不考虑动力来源,那么“海底扩张模式”则是目前关于南海成因的最主要观点,为大多数学者所认同。4.2 琼东南盆地构造演化阶段 根据演化发育史,可将盆地的两大演化期细分为5个演化阶段。第一个演化期即早期裂陷期,具3个演化阶段;第二个演化期即晚期裂后坳陷作用期,具2个演化阶段。（如图9）(一)早期裂陷期 1、裂陷初始阶段始于始新世,基底地层在拉张作用下开始张裂。该时

27、期盆地的分割性很强,形成多个小隆和小凹,盆地整体连通性差。选写（沉积物以湖相为主,但主要分布于盆地东部凹陷,盆地西部的崖北凹陷西侧缺少始新世沉积,由于多凹多隆格局的存在,使得多物源特征十分突出。 2、裂陷中期始于渐新世早期,即崖城期。此时,凹陷的分割性仍非常明显,但凸起范围有所缩小。总体上,沉积环境有多水系、多隆、多凹的特点。早期沉积物表现为非海相(含海陆过渡相)沉积,晚期则变为海相沉积为主。3、裂陷第三阶段始于渐新世晚期,结束于中新世早期,即主要发育于陵水期。该时期整个盆地处于海相沉积之卜,快速沉降是本阶段的重要特征之一,早期生长断层十分发育,北部坳陷带、崖南、松东、松南等凹陷表观尤为突出。

28、生长断层下降盘常见近源扇三角洲沉积,至晚期断层活动强度逐渐减弱。另外,陵水中晚期,中央坳陷(崖城一松涛凸起南部)中心出现局部热沉降,即出现了晚第三纪坳陷的雏形,如松南、陵水凹陷等。图9 琼东南盆地构造演化(二)晚期坳陷期 4、坳陷早期开始于早中新世中晚期,结束于中中新世末。在此之前,盆地曾发生一次大规模的抬升,隆起部位受到强烈剥蚀,盆内其它地区也受到不同程度剥蚀作用的影响,形成了一个重要的界面(T60)破裂不整合。之后,盆地发生了整体下沉。生长断层具有东强西弱的活动特点,盆地西部基本上停止了活动,盆地东部的松涛凸起东倾末端及2号断裂带一直持续到中中新世末。物源明显变为单向,以海南岛物源供给为主

29、。盆地的南缘远离物源区,处于饥饿沉积状态,而北缘则在坳陷作用下,出现陆架、陆坡的雏形。 5、坳陷晚期开始于晚中新世,持续至第四纪,沉积地层为黄流组、莺歌海组和第四系。在此期间,盆地以坳陷作用为主,构造作用极弱,盆地的结构变为被动大陆边缘型,出现了明显的陆架坡折形态。此间,沉积物供应速度高,故高频层序发育。 总之,琼东南盆地是随着板块活动,在南海盆地拉张的同时发生张裂,盆地经历了裂陷和坳陷两个发育阶段,盆地范围也由小到大,扩展至今天的面貌。 5 琼东南盆地含油气评价琼东南盆地构造演化在一定程度上对油气藏形成具有控制作用,主要表现在以下几方面:琼东南盆地3套主力烃源岩形成与分布均受盆地断陷活动及断陷结构图10 琼东南盆地油气成藏图控制（如图10）;盆地在区域拉张背景下形成的诸如掀斜断块、断隆和断垒等传递带类型对盆地内有利储集岩具有控制作用;盆地坳陷沉降期,由于盆地内断裂活动较弱