于俊峰

（中海石油(中國)有限公司湛江分公司）

瓊東南盆地長昌凹陷三維地震區(qū)中新統(tǒng)微觀構(gòu)造成因探討

于俊峰

（中海石油(中國)有限公司湛江分公司）

基于高精度三維地震資料的精細解釋和方差體順層切片技術(shù)，在瓊東南盆地長昌凹陷中新統(tǒng)首次發(fā)現(xiàn)高密度小斷裂，它們近SN走向，斷距6～28m，長0.5～4km，傾角約60°。這些小斷裂既不是漸新統(tǒng)繼承性斷裂，也不是近期熱點討論的多邊形斷層，而是在中新世特定地質(zhì)條件下由局部引張形成的微觀構(gòu)造。其成因為：1）中新世瓊東南盆地處于坳陷階段，僅控盆斷層有微弱活動，長昌凹陷內(nèi)一般不發(fā)育斷裂；2）研究區(qū)不存在EW向的應(yīng)力場，無法形成近SN向的微觀斷裂；3）中新統(tǒng)和漸新統(tǒng)斷裂是兩套斷裂體系，漸新統(tǒng)斷裂總體呈NW向，空間分布規(guī)律差異較大，主要受控于古近紀構(gòu)造格局，而中新統(tǒng)小斷裂為近SN向，與漸新統(tǒng)斷裂無繼承性；4）多邊形斷層往往邊數(shù)不一，邊界形狀分布不規(guī)則，與中新統(tǒng)規(guī)則的SN向小斷裂有顯著區(qū)別。這種高密度小斷裂對南海深水油氣勘探具有重要意義。

瓊東南盆地；長昌凹陷；中新統(tǒng)；微觀構(gòu)造；構(gòu)造成因；地震解釋

1 概 況

研究區(qū)位于瓊東南盆地深水區(qū)長昌凹陷內(nèi)（圖1)，其所在的構(gòu)造帶是深水凹陷群中唯一的中央背斜構(gòu)造帶，凹陷內(nèi)油氣資源豐富［1］，具有廣闊的勘探前景。

研究區(qū)T60是破裂不整合面，T60下伏地層為漸新統(tǒng)，T60—T30是中新統(tǒng)（圖2）。T60這一不整合面在二維地震剖面上十分清晰，代表了凹陷從斷陷向坳陷轉(zhuǎn)化的變革界面，界面之下發(fā)育了基底斷裂和漸新統(tǒng)斷裂體系，構(gòu)造活動強度大，且斷層控制沉積；界面之上斷層基本不活動，除了控凹斷層，凹陷內(nèi)不發(fā)育斷裂系，一般被認為是層序的 “穩(wěn)定”充填期［2］。

但是，最近的三維資料揭示了研究區(qū)淺層中新統(tǒng)發(fā)育了大量的SN向小斷裂，這些小斷裂規(guī)模小，密度大，同時還在古近系發(fā)現(xiàn)了大量的NW向斷裂，也是由于規(guī)模小，構(gòu)造活動不劇烈，只有在高品質(zhì)的三維資料情況下才能分辨，故稱之為“微觀構(gòu)造”。這些發(fā)現(xiàn)打破了以往認為深水區(qū)僅存在NE向斷裂和少數(shù)的 NW 向斷裂的看法［3－4］。

本文基于高精度三維地震資料的精細解釋和方差體順層切片技術(shù)，以及世界關(guān)于多邊形斷層特征與成因機制的理論，對研究區(qū)中新統(tǒng)微觀斷裂的形態(tài)和成因作了分析和探討。

2 微觀構(gòu)造的3D地震成像

2.1 微觀構(gòu)造發(fā)育的基礎(chǔ)及資料對比

微觀構(gòu)造發(fā)育于長昌凹陷內(nèi)的背斜（稱為“A構(gòu)造”）上（圖1，圖3）。該構(gòu)造呈 NW 走向，其 NE、SW面被斷層切割，形成下降盤，而主體構(gòu)造成了上升盤。構(gòu)造上部發(fā)育流體底辟，一直活動到第四紀。

與三維資料區(qū)相比，二維資料對西部的NW向斷裂反射并不清楚，利用二維地震資料根本解釋不出這些NW向斷裂，更識別不出淺層的高密度小斷裂及流體底辟（圖2），但這些觀微觀構(gòu)造在三維資料條件下卻相當(dāng)清晰（圖3）。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造區(qū)劃及研究區(qū)地理位置圖

圖2 長昌凹陷研究區(qū)2D地震反射結(jié)構(gòu)

2.2 漸新統(tǒng)微觀構(gòu)造受控于先存基底格局

2.2.1 微觀構(gòu)造3D成像

漸新統(tǒng)是NW向構(gòu)造和流體底辟的高度發(fā)育層（圖4a）。研究區(qū)西部清晰可見近平行排列的NW向斷裂，這些斷裂規(guī)模相對較小，但基本首尾相接，整體呈現(xiàn)多條小弧形相交切，顯示出主斷層控制下局部走滑扭動的跡象。

地震資料顯示，漸新統(tǒng)層內(nèi)斷裂規(guī)模大小不一，發(fā)育有早有晚，最晚活動到中新世末(圖5a)，部分斷裂受基底斷裂的控制(圖5b，5c)。構(gòu)造東部，一條較大規(guī)模的斷裂控制了下降盤并發(fā)育了帚狀斷裂體系（圖4a）。

圖3 長昌凹陷A構(gòu)造結(jié)構(gòu)三維顯示

圖4 長昌凹陷A構(gòu)造區(qū)T61面（漸新統(tǒng)）和T40面（中新統(tǒng)）順層切片

2.2.2 微觀構(gòu)造成因

漸新統(tǒng)微觀構(gòu)造受控于基底構(gòu)造格局。

始新世，中央坳陷帶還屬于南部隆起的一部分，在NW—SE向張性應(yīng)力下，盆地產(chǎn)生了NE向的坳陷帶及主要斷裂（圖6a）。

圖5 長昌凹陷A構(gòu)造區(qū)斷裂解釋剖面

圖6 寶島凹陷—長昌凹陷地區(qū)NW向轉(zhuǎn)換構(gòu)造形成模式

漸新世，應(yīng)力場順時針旋轉(zhuǎn)［5］，在不均勻拉張條件下，東部坳陷帶拉張快，西部拉張慢，漸新世次級斷裂部分繼承了始新世構(gòu)造格局，扭動拉張，改造早期構(gòu)造，形成NW向斷裂上的疊加構(gòu)造（圖6b）。故這一轉(zhuǎn)換區(qū)的斷裂體系具有走滑性質(zhì)。

我們認為，凹陷內(nèi)的NW向斷裂可能向研究區(qū)外逐漸變成雁列式，或為弧形，再過渡為近EW或NE向。這種過程只是在寶島—長昌地區(qū)比較強烈，受NE向構(gòu)造應(yīng)力場的影響，在研究區(qū)東部這種變形便顯示出兩個構(gòu)造體系的疊加效應(yīng)。

另一方面，瓊東南盆地漸新世應(yīng)力場方向的確發(fā)生了大規(guī)模的旋轉(zhuǎn)，目前，已在許多凹陷漸新世地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了NW向斷裂，如崖南凹陷、松東凹陷、松西凹陷以及寶島凹陷北坡等。

3 中新統(tǒng)微觀構(gòu)造成像及成因

3.1 微觀構(gòu)造成像

中新統(tǒng)層內(nèi)發(fā)育了高密度的微型斷裂（圖5a，5b），這些小斷裂在南海北部首次發(fā)現(xiàn)。它們基本被限制在T60—T40地震反射層內(nèi)（圖5a）。

剖面上（圖5a，5b），它們?yōu)槠缕菏綇埿哉龜鄬?，呈近SN向分布，斷距6～28m，長0.5～4km不等，傾角約60°；具有分布范圍廣、規(guī)模小、斷距明顯、產(chǎn)狀相近的特點。這些斷裂同早期斷裂并排發(fā)育，但跟早期斷裂沒有必然聯(lián)系，形成了壯觀的大型“排骨狀”體系。

切片上，同漸新世斷裂相比，中新世的斷裂體系分布顯示出重大變化（圖4b），表現(xiàn)為NW向斷裂和底辟區(qū)輻射狀斷裂逐漸消亡萎縮，但SN向小斷裂極其發(fā)育。研究區(qū)西部的NW向斷裂還依稀可見，但寬度和規(guī)模都有所減小，其間有諸多SN向小斷裂發(fā)育，它們相互交切，呈現(xiàn)出不規(guī)則多邊形；中部底辟規(guī)模變小，周圍輻射狀斷裂也消失殆盡；東部SN向小斷裂最發(fā)育，彌散于流體底辟以東的整個地區(qū)。

微觀構(gòu)造雖然在漸新統(tǒng)仍有局部顯示，但是筆者認為，這是部分小斷裂活動相對強烈、切割了漸新統(tǒng)構(gòu)造層所致。如漸新統(tǒng)層內(nèi)切片顯示，T62界面底辟活動強烈，輻射狀斷裂發(fā)育，但不發(fā)育SN向小斷裂（圖7a，7b）；T61界面在東部出現(xiàn)一些SN向小斷裂（圖7d），但遠不如T60和T40界面（圖4a，4b）發(fā)育。這說明，這些高密度微觀構(gòu)造主要發(fā)育于中新統(tǒng)，之所以漸新統(tǒng)還有所顯示，是因為高密度小斷裂的不均勻發(fā)育，部分活動相對強烈的小斷裂切割了漸新統(tǒng)構(gòu)造層所致。

圖7 長昌凹陷研究區(qū)T62和T61界面中部及東部斷裂體系分布切片

3.2 成因探討

經(jīng)研究認為，上述小斷裂既不是漸新統(tǒng)繼承性的斷裂，也不是近期學(xué)術(shù)界熱點討論的多邊形斷裂，而是另外存在著其他成因機制。

中新世，瓊東南盆地處于拗陷階段，僅控盆斷層有微弱活動，凹陷內(nèi)一般不發(fā)育斷裂，故更難以形成高密度的斷裂體系。同時，研究區(qū)也不存在EW向的應(yīng)力場，所以無法形成近SN向的微觀斷裂。從兩套斷裂走向分析，漸新統(tǒng)斷裂總體呈NW向，中新統(tǒng)小斷裂為近SN向，空間分布規(guī)律差異較大，因此，中新統(tǒng)小斷裂與漸新統(tǒng)斷裂也無繼承性。

另一方面，研究區(qū)的高密度小斷裂同瓊東南盆地南部［2］、剛果盆地［6］、挪威海岸［7］等地的多邊形斷裂存在較大差異。

對照吳時國等［2］對世界多個盆地多邊形斷裂的總結(jié)和對瓊東南盆地的認識，本文認為，在本研究區(qū)發(fā)育的并不是多邊形斷裂。

首先，它們發(fā)育的時代不同，瓊東南盆地南部的多邊形斷裂發(fā)育在T40上下140ms的泥巖層，其中多數(shù)分布在T40—T30的中新統(tǒng)黃流組層內(nèi)；而研究區(qū)的高密度小斷裂卻主要發(fā)育在T60—T40的中新統(tǒng)三亞組和梅山組之間（圖5a），其間含有多套厚層砂巖，小斷裂在黃流組卻不發(fā)育。

其次，發(fā)育條件不同，瓊東南盆地南部多邊形斷層發(fā)育于泥巖層，而本研究區(qū)高密度斷裂三亞組和梅山組均存在多套砂巖，屬于砂巖泥巖互層沉積結(jié)構(gòu)。

再次,多邊形斷層圍限的區(qū)域呈不規(guī)則多邊形或圓形，而本區(qū)微觀構(gòu)造平面上是清晰的SN向小斷裂。

最后，它們的存在形式不同（圖8），多邊形斷裂在剖面上斷層掉向不一，平面上相互交錯，曲直相間，這與本區(qū)的東掉向、近SN向規(guī)則分布的小斷裂迥然不同。研究區(qū)西部T40界面展現(xiàn)出了類似多邊形斷裂的特征，但這里的“多邊形”斷裂是由晚期小斷裂跟早期斷裂交切而成，并不是同層脫水收縮成因的多邊形斷裂(圖4b)。

筆者認為，表層蠕動、含水層壓實排水、礦物化學(xué)反應(yīng)脫水收縮、重力垮塌、不穩(wěn)定破裂等機理都無法解釋本區(qū)微觀構(gòu)造的成因，因為這些誘導(dǎo)因素引起的構(gòu)造面均無變形規(guī)律，單個多邊形往往不規(guī)則、多邊形頂部呈龜背式等［2,8］。這樣的微觀構(gòu)造一般容易發(fā)育在具有一定坡度、沉積層脆性—半脆性、橫向厚度突變、有局部引張力的條件下。而且，引張作用在東部發(fā)生早，西部發(fā)生晚，其過程同陸坡表層滑塌相似。從深淺構(gòu)造層看，T62界面SN向小斷裂并不發(fā)育（圖7b），T61界面只在研究區(qū)東部發(fā)育，它們之間具有一定的過渡差異（圖7d）；T60界面相對較發(fā)育，分布范圍也向西變廣；T40界面則向西擴散到整個研究區(qū)，即東部發(fā)育早，西部發(fā)育晚（圖4a，4b）。

中新世后，中央坳陷帶沉降速率加快，長昌凹陷以研究區(qū)為界，西部沉降速率達180 m/Ma，略快于東部的150m/Ma，凹陷差異沉降致使構(gòu)造頂部沉積表層向西下傾（圖3），并引起中新統(tǒng)受到局部引張作用。由于研究區(qū)位于中央背斜構(gòu)造上，基底埋藏淺，硬度大，因此淺層沉積物壓實排水較強，加之中新統(tǒng)中、下部地層縱向泥巖和砂巖互層，橫向物性分布均勻，故處于半脆性狀態(tài)，因此在較弱的西向局部引張力下，容易產(chǎn)生高密度均勻分布的微斷裂。

但是，這些都還不足以完全說明本研究區(qū)高密度小斷裂的形成機理，因為目前還無法解釋向淺層高密度小斷裂分布范圍向西逐漸變大的原因，以及這與砂泥層物性結(jié)構(gòu)、引張力的大小、引張方式的關(guān)系等。

圖8 長昌凹陷研究區(qū)高密度小斷裂同多邊形斷裂成像對比

4 深水油氣勘探意義

高密度小斷裂雖然在成因上與多邊形斷裂大相徑庭，但它們對油氣運聚成藏卻具有相似的意義［9］。

神狐隆起區(qū)的BD19-2-1、CC12-1-1等井均證實中新統(tǒng)三亞組—梅山組具有良好的儲蓋組合，但在半深海—深海沉積環(huán)境下，這些儲層的砂質(zhì)粒度偏細，而且橫向連通性差，給油氣疏導(dǎo)帶來極大困難。凹陷內(nèi)出現(xiàn)高密度的SN向小斷裂，它們首尾相接，使致密的含砂層破碎化，進而相當(dāng)于高孔隙度的儲層，極大地促進了流體運移成藏。另一方面，部分小斷裂可以向上延伸到更淺層，由于中新統(tǒng)黃流組以上地層以泥巖為主，而且裂縫極少，深源天然氣難以滲入淺層，所以這些小斷裂可以成為天然氣向更淺部運移的通道，促進天然氣水合物在淺層成藏。

5 結(jié) 論

（1）在長昌凹陷中新統(tǒng)發(fā)現(xiàn)SN向高密度小斷裂。這些微觀構(gòu)造在南海深水凹陷為首次發(fā)現(xiàn)。

（2）高密度小斷裂主要發(fā)育于早—中中新統(tǒng)，斷距 6～28m，長 0.5～4km 不等，傾角約 60°，具有分布范圍廣、規(guī)模小、斷距明顯、產(chǎn)狀相近的特點。

（3）這些小斷裂既不是古近紀繼承性斷裂，又不是近期熱點討論的多邊形斷層，而是中新世特定地質(zhì)條件下由局部引張作用形成的微觀構(gòu)造。

（4）高密度小斷裂可以使致密的含砂層破碎化，形成高孔隙儲層，極大地促進了流體運移聚集。同時，部分小斷裂可以切穿黃流組致密層，向上延伸到更淺層，促進天然氣水合物在淺層成藏。

［1］陶維祥，趙志剛，何仕斌，等．南海北部深水西區(qū)石油地質(zhì)特征及勘探前景［J］．地球?qū)W報，2005，26（4）：359-364．

［2］吳時國，孫啟良，吳拓宇，等．瓊東南盆地深水區(qū)多邊形斷層的發(fā)現(xiàn)及其油氣意義［J］．石油學(xué)報，2009，30（1）：22-26．

［3］李緒宣，鐘志洪，董偉良．瓊東南盆地古近紀裂陷構(gòu)造特征及其動力學(xué)機制［J］．石油勘探與開發(fā)，2006，33（6）：713-721．

［4］于俊峰，段如泰．瓊東南盆地2號斷裂東帶發(fā)育特征及形成機理［J］．大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2008，32（3）：293-299．

［5］周心懷，余一欣，湯良杰，等．渤海地區(qū)底辟構(gòu)造及其油氣地質(zhì)意義［J］．石油學(xué)報，2009，30（4）：518-521．

［6］Gay A，Lopez M，Cochonat P，et a1．Evidences of early to late fluid migration from an upper Miocene turbiditic channel revealed by 3D seismic coupled to geochemical sampling within sea floor pock marks，Lower Congo Basin［J］．Marine and Petroleum Geology，2006,23(3)：387-399．

［7］Hustoft S，Mienert J，Bünz S，et a1．High resolution 3D-seismic data indicate focused fluid migration pathways above polygonal fault systems of the mid-Norwegian margin［J］．Marine Geology，2007，245(1/4)：89-106．

［8］Bull S，Cartwright J，Huuse M．A subsurface evacuation model for submarine slope failure［J］．Basin Research，2009，21：433-443．

［9］Lonergan L，Cartwright J，Jolly R．The geometry of polygonal fault systems in Tertiary mud rocks of the North Sea［J］．Journal of Structural Geology，1998，20(5)：529-548．

Genesis of Miocene Microtectonics in 3-Dimensional Seismic Block in Changchang Depression,Qiongdongnan Basin

Yu Junfeng

By means of detailed interpretation and variance cube surface slice technology of high frequency 3-dimentional seismic data,a great denseness of microfaults are firstly discovered in Miocene strata in Changchang Depression,Qiongdongnan Basin.They are approximately in SN direction,cut off 6～28m and 0.5～4km long with about 60°obliquity.It is indicated that these microfault systems neither have a consequential relationship with early faults nor polygonal faults that recently discussed on so they were formed by local extension in special geological conditions during Mesozoic period.The genesis of them is summarized in four aspects:1）During Miocene，Qiongdongnan Basin had entranced postrift stage and Changchang Depression developed with no faults except for basin-controlled faults.2)SN-directional microfaults would not develop in the depression because there is not EW-directional stress in this region.3)The Oligocene faults and Miocene faults are two sets of fault systems because the Oligocene faults are in NW direction and have great difference in spatial distribution,which are dominantly controlled by Paleocene structural patterns that,while the Miocene microfaults are in SN direction and have no relationship with the Oligocene fault system.4)Polygonal faults are commonly with diverse boundary numbers and anomalistic boundary shapes,which are greatly different with Miocene SN-directional faults.It is believed that the existence of these high dense microfaults is most significant to oil and gas exploration in deep water.

Miocene;Microfaults;Genesis of structure;Seismic interpretation;Changchang Depression,Qiongdongnan Basin

TE111.2

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2011.02.010

1672-9854(2011)-02-0066-07

2010-10-19；改回日期：2010-11-07

課題資助：“十一五”國家重點科技攻關(guān)課題（課題編號：2008ZX05023-004）

于俊峰：1978年生，博士，工程師。2002年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），2007年獲中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士學(xué)位。從事盆地構(gòu)造分析及油氣勘探工作。聯(lián)系地址：524057廣東省湛江市坡頭區(qū)22號信箱；電話：（0759）3900553

趙國憲

Yu Junfeng：male,Doctor,Engineer.Add:CNOOC Zhanjiang Branch Cop.,Box 22,Potou,Zhanjiang,Guangdong,524057 China