趙海濤，郭進京，劉重慶

（1.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所，北京 100081；2.中國地質(zhì)大學（北京），北京 100083；3.天津城建大學地質(zhì)與測繪學院，天津 300384；4.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

變換帶（transfer zone）最初被用于表征擠壓地區(qū)相鄰逆沖斷層之間的應(yīng)變和位移變換［1］，隨后有學者意識到半地塹分布的廣泛性，并在美國西部的盆嶺省發(fā)現(xiàn)連接不同半地塹且具有走滑特征的斷層，認為其具有海底轉(zhuǎn)換斷層的作用［2-3］。此后，研究人員陸續(xù)將變換帶的觀點應(yīng)用于裂陷盆地油氣勘探中，并取得了良好的效果［4-5］。自中國引入變換帶概念以來，在松遼盆地［6］、渤海灣盆地［7-10］、高郵凹陷［11-12］及南海北部大陸邊緣［13-14］等地區(qū)開展了針對變換帶識別及其油氣富集規(guī)律的研究，并在基本概念辨析、類型劃分、沉積控制、成因機制、油氣輸導、構(gòu)造物理模擬及數(shù)值模擬等方面取得了相當進展［15-22］，進一步認識到裂陷盆地變換帶的形成演化過程及對油氣富集的控制作用。

瓊東南盆地是中國裂陷盆地構(gòu)造樣式研究的經(jīng)典地區(qū)，其中涉及半地塹連接部位的低幅度調(diào)整帶和高幅度調(diào)整帶是國內(nèi)最早研究變換帶的案例［23］；后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了寶島19-2 變換帶［24］、2 號斷層變換帶［25］、北部變換帶［13］和寶島變換斷層［14］等相關(guān)構(gòu)造。然而，目前對研究區(qū)變換帶的形成演化過程及成因機制仍缺乏深入研究。為此，以位于瓊東南盆地北部地區(qū)的松西-松東變換帶為例，在基本構(gòu)造特征解析的基礎(chǔ)上，采用平衡剖面技術(shù)分析其形成和演化過程，并結(jié)合變換帶成因研究理論及斷層發(fā)育模式，探討其成因機制及油氣地質(zhì)意義。研究成果有助于進一步認識裂陷盆地對傾疊覆型變換帶形成及演化規(guī)律，同時也從理論上論證了變換帶內(nèi)部次級斷層更為發(fā)育，能夠有效改善儲層條件，是有利的油氣富集區(qū)。

1 地質(zhì)背景

瓊東南盆地為中國南海北部大陸邊緣的新生代沉積盆地，呈北東走向展布于海南島南側(cè)，面積達8.92×104km2，由北部坳陷、中部隆起、中央坳陷和南部斷坳組成［26-28］。其中北部坳陷可以分為崖北凹陷、松西凹陷和松東凹陷等3 個構(gòu)造單元［29-30］（圖1）。盆地自下而上沉積始新統(tǒng)嶺頭組、下漸新統(tǒng)崖城組、上漸新統(tǒng)陵水組、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)鶯歌海組和更新統(tǒng)樂東組，其間以破裂不整合T06反射層（下中新統(tǒng)三亞組底）為界分為上、下2 個構(gòu)造層，下構(gòu)造層為斷裂發(fā)育的裂陷階段，上構(gòu)造層為裂后拗陷和熱沉降階段［29，31］。

瓊東南盆地北部地區(qū)的主控邊界斷裂為5號斷層和6號斷層，其中前者控制崖北凹陷和松西凹陷，后者主控松東凹陷的形成和演化。兩大斷層在松西凹陷和松東凹陷交界部位形成對傾疊覆型變換帶，對研究區(qū)油氣勘探具有重要意義［13］。

圖1 瓊東南盆地區(qū)域構(gòu)造位置及單元劃分（據(jù)文獻［30］修改）Fig.1 Geotectonic location and structural units of Qiongdongnan Basin（Modified by References［30］）

2 構(gòu)造特征

將變換帶引入裂陷盆地構(gòu)造分析后，不同學者對其基本含義和類型進行了探討［4，32-41］，其中以MORLEY 等［4］和FAULDS 等［40］提出的2 種方案影響最大。在MORLEY 等建立的分類方案中，首先根據(jù)斷層傾向關(guān)系分為同傾和反傾兩大類，其中反傾又分為對傾和背傾2 種類型，其次根據(jù)斷層相對位置分為接近型、疊覆型、平行型和共線型等4 種形式［4］。這一方案雖然在變換帶級別劃分以及變換斷層描述等方面的考量還存在一定欠缺［37，40-41］，但更加符合中國東部及沿海中、新生代裂陷盆地的實際地質(zhì)條件，應(yīng)用也更為廣泛［42］。

5 號斷層在平面和剖面上均具有明顯的分段特征，其松西凹陷部分呈北東走向，控制形成凹陷北西側(cè)斷陷并向南東方向超覆（圖2 中SXE3 和5-31測線）。6 號斷層亦呈北東走向，但傾向與5 號斷層相反，控制形成松東凹陷南東側(cè)斷陷并向北西方向超覆（圖2中SDE5剖面）。

松西-松東變換帶位于5 號斷層和6 號斷層疊覆部位，屬于MORLEY 分類方案［4］中的對傾疊覆型變換帶，這一點與此前分類在本質(zhì)上是一致的［13］。東側(cè)以6 號斷層為主控斷層的斷裂大部分北傾，西側(cè)以5 號斷層為主控斷層的斷裂大部分南傾。5 號斷層和6號斷層在變換帶處均發(fā)生分叉撒開并逐漸尖滅（圖2）。剖面上，變換帶分隔兩側(cè)北斷南超型松西凹陷和南斷北超型松東凹陷，二者疊覆部位斷層產(chǎn)狀特征區(qū)別明顯。北部次級斷層大多南傾，南部斷層大多北傾，呈現(xiàn)由對傾小型正斷層組合形成的復雜結(jié)構(gòu)，形成相對式半地塹，以盆內(nèi)低凸起形式出現(xiàn)（圖2 中SXE1 剖面）。在運動學方面，5 號斷層和6 號斷層控制的下降盤都具有一定程度的旋轉(zhuǎn)；自南西向北東方向，松西凹陷斷塊呈逆時針旋轉(zhuǎn)，而松東凹陷斷塊則為順時針旋轉(zhuǎn)，變換帶處南、北兩部分斷塊發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)。因此，變換帶不僅分隔兩側(cè)主控邊界斷層傾向相反的半地塹，也調(diào)節(jié)了兩側(cè)的伸展位移及不同斷塊的旋轉(zhuǎn)。

圖2 松西-松東變換帶剖面特征及基底斷裂展布特征Fig.2 Cross-section and basement fault distribution of Songxi-Songdong transfer zone

3 演化過程

松西-松東變換帶在瓊東南盆地北部地區(qū)具有明顯分段意義，其形成和演化與盆地發(fā)育過程息息相關(guān)。為分析變換帶演化歷史，選取橫跨松西-松東變換帶的SXE1 測線，進行了平衡剖面制作（圖3）。分析發(fā)現(xiàn)變換帶發(fā)育過程可以分為初始發(fā)育（始新世）、定型發(fā)育（崖城組沉積時期）、穩(wěn)定發(fā)育（陵水組沉積時期）和消亡發(fā)育（三亞組沉積時期）等4個階段。

圖3 松西-松東變換帶構(gòu)造演化剖面（SXE1測線）Fig.3 Evolution of Songxi-Songdong transfer zone（Line SXE1）

初始發(fā)育階段 瓊東南盆地北部地區(qū)發(fā)育初期僅有少量斷層活動，控制嶺頭組沉積。松西凹陷完全受邊緣5 號斷層的控制，松東凹陷的發(fā)育受控于傾向和走向近于一致的3 條正斷層，其中6 號斷層是主控邊界斷層。該時期松西-松東變換帶已初見端倪，平面上為5號和6號2條對傾正斷層疊覆位置，剖面上表現(xiàn)為2條正斷層控制下的半地壘特征，地貌上表現(xiàn)為低凸起形態(tài)（圖3）。事實上，在MORLEY 的分類方案中［4］，從接近到疊覆以至平行，代表了變換帶發(fā)育的完整演化階段。根據(jù)正斷層演化規(guī)律，5 號斷層和6 號斷層早期各自獨立發(fā)育，在嶺頭組沉積初期二者可能并未疊覆，其間為對傾趨近型變換帶。隨著斷層的生長，2 條主干邊界斷層才逐漸開始由趨近型向疊覆型轉(zhuǎn)變。

定型發(fā)育階段 崖城組沉積時期，研究區(qū)斷裂活動性較前期有所增強，5號斷層和6號斷層除自身規(guī)模迅速增大以外，在變換帶附近還形成多條次級小斷層調(diào)節(jié)向兩側(cè)伸展變形。變換帶北段，在早期5 號斷層基礎(chǔ)上斷裂向南北兩側(cè)持續(xù)擴展，形成南傾的鏟式斷層控制下的復合半地塹；變換帶南段，6號斷層也向兩側(cè)擴展，形成北傾的復合半地塹。初始發(fā)育階段形成的半地壘部分開始發(fā)育多條斷層，使半地壘形態(tài)特征開始復雜化（圖3）。該時期變換帶形態(tài)基本定型，此后的形態(tài)發(fā)展沒有太大變化，因此稱為定型發(fā)育階段。

穩(wěn)定發(fā)育階段 陵水組沉積時期，隨著瓊東南盆地伸展變形，松西-松東變換帶在前期定型基礎(chǔ)上穩(wěn)步發(fā)育。該時期變換帶部位斷層持續(xù)活動并接受陵水組沉積，北段5 號斷層末梢衍生出的小斷層對沉積的控制作用依然明顯，剖面上呈北斷南超的半地塹形式，南段6 號斷層與其北側(cè)南傾正斷層則表現(xiàn)為地塹形式（圖3）。

消亡發(fā)育階段 三亞組沉積早期，瓊東南盆地北部地區(qū)由裂陷轉(zhuǎn)入拗陷階段，盆地整體開始以熱沉降為主的變形。變換帶部位大部分斷層停止發(fā)育，斷層對沉積的控制作用變得較為微弱，剖面上總體的構(gòu)造樣式開始表現(xiàn)為向南下掉的斷階（圖3）。該時期變換帶調(diào)節(jié)兩側(cè)位移的作用消失殆盡，因此視為變換帶消亡發(fā)育階段。

4 成因分析

目前關(guān)于裂陷盆地變換帶的形成機理主要存在3種觀點：①在變換帶發(fā)育過程中，基底先存構(gòu)造起主導作用［8，41，43-46］。②在伸展變形過程中，正斷層具有分段生長的作用［5-6，37-39，47-49］。③盆地演化過程中的伸展要素（伸展量、伸展速率以及伸展方向）等是影響變換帶變形特征的重要因素［50-51］。

在一些盆地中，先存構(gòu)造普遍發(fā)育，是變換帶發(fā)育的基礎(chǔ)［18，52］，受其影響形成的變換帶兩側(cè)往往表現(xiàn)為截然的區(qū)別［14］。裂陷盆地中正斷層的分段生長則是更為普遍的現(xiàn)象，同一條斷層位移由中心向兩側(cè)逐漸減小，相應(yīng)的應(yīng)變轉(zhuǎn)移到走向上接近或疊覆的斷層上［53］，其間即為變換帶。至于伸展要素，其影響貫穿整個變換帶形成和演化過程，但這種影響應(yīng)該是施加在基底先存構(gòu)造或者斷層分段生長基礎(chǔ)之上的。

松西-松東變換帶位于5 號斷層和6 號斷層疊覆段，2 條斷層由中心向兩側(cè)位移減小，疊覆部位斷距明顯減小直至尖滅，符合一般裂陷盆地中正斷層的分段生長模式。變換帶另一個明顯的特征就是北部的小斷層均為南傾，與5號斷層產(chǎn)狀一致，南部的小斷層產(chǎn)狀則與6號斷層一致，剖面上呈現(xiàn)“包心菜式”結(jié)構(gòu)特征。事實上，松西凹陷和松東凹陷內(nèi)部的小斷層均表現(xiàn)為與邊界斷層傾向一致，與邊界斷層傾向相反的斷層數(shù)量較少，特別是規(guī)模較大的反向斷層極少出現(xiàn)。裂陷盆地中經(jīng)常出現(xiàn)全部或者絕大多數(shù)傾向相同的正斷層組合，被稱為斷層域［54］。有學者采用應(yīng)力降低帶理論來解釋這一現(xiàn)象，即斷層破裂后會在其周圍形成應(yīng)力降低帶，在這一區(qū)域內(nèi)應(yīng)力大小不足以滿足新斷層破裂的條件［54-55］。斷層發(fā)育的第1 階段其產(chǎn)狀可能是隨機的，形成對傾（圖4a）或同傾斷層（圖4b）。如果左側(cè)斷層先形成，其應(yīng)力降低帶影響范圍遠大于右側(cè)斷層；在第2 階段發(fā)育過程中，2 條斷層的應(yīng)力降低帶均相應(yīng)擴展；最后，右側(cè)反向斷層由于接近左側(cè)斷層的應(yīng)力降低帶最終會停止發(fā)育（圖4a）。反之，與大斷層傾向相同的小斷層在發(fā)育過程中，因不會觸及大斷層的應(yīng)力降低帶而更容易發(fā)育［54］（圖4b）。對于松西-松東變換帶而言，其剖面上顯示南、北兩段對傾斷層在數(shù)量和規(guī)模的發(fā)育上比較接近（圖2），并未出現(xiàn)“一家獨大”的現(xiàn)象，與已有斷層域發(fā)育模式（圖4a）有所區(qū)別，可能存在不同的演化過程。總體而言，上述斷層發(fā)育模式是建立在斷層初始即存在規(guī)模差異的基礎(chǔ)上，自然界對傾正斷層演化可能存在另外一種模式：2 條對傾斷層早期規(guī)模相近，在隨后的擴展過程中形成各自的“勢力范圍”，最終發(fā)育為剖面上“包心菜式”的結(jié)構(gòu)特征（圖4c）。

圖4 斷層域形成示意（圖4a和4b據(jù)文獻［54］修改）Fig.4 Generation of different fault domains（Fig.4a and Fig.4b modified by Reference［54］）

盆地早期開始裂陷，作為邊界斷層的5 號斷層和6 號斷層開始發(fā)育并向外擴展。隨著2 條邊界斷層的擴展，在二者相互接近的部位最初形成對傾接近型變換帶。斷層進一步側(cè)向生長，逐漸形成對傾疊覆型變換帶，也就是松西-松東變換帶的初始發(fā)育階段，該時期2條斷層的末端規(guī)模相近，且均未擴展至對方的應(yīng)力降低帶。隨著伸展斷陷活動的進一步增強，在疊覆部位開始發(fā)育相當數(shù)量的小型斷層調(diào)節(jié)兩側(cè)位移，奠定了變換帶的基本形態(tài)，即松西-松東變換帶定型發(fā)育階段。該時期，5 號斷層和6 號斷層末端均擴展至對方應(yīng)力降低帶而停止進一步向深部擴展，在各自區(qū)域形成一定數(shù)量的同傾小型斷層調(diào)節(jié)伸展變形。在陵水組沉積時期，斷層活動性減弱，但是松西凹陷和松東凹陷活動性依然存在差異，因此該時期是變換帶穩(wěn)定發(fā)育階段。隨著斷層活動性的顯著減弱，松西凹陷和松東凹陷均進入拗陷階段，變換帶開始消亡，隨東、西兩側(cè)凹陷一起轉(zhuǎn)入熱沉降階段。

5 油氣地質(zhì)意義

裂陷盆地中變換帶的形成和演化，不僅影響盆內(nèi)沉積體系的展布，改善儲層的物性，而且在復雜變形過程中處于構(gòu)造的高部位，也有利于捕集附近油源斷層運移而來的油氣，從而形成油氣富集區(qū)［4-5，16，42］。前人曾對松西-松東變換帶的油氣地質(zhì)意義進行過詳細探討［13］，在理清變換帶成因及演化過程的基礎(chǔ)上，仍有以下幾點需要引起足夠的重視。

首先，該變換帶成因上屬于兩側(cè)邊界斷層分段生長的結(jié)果，斷層生長過程中的“泵吸”作用［56］有利于油氣向上部運移，而斷層靜止期也可通過幕式排烴運聚油氣［57］。受應(yīng)力降低帶影響，變換帶中大型斷層相對并不發(fā)育，取而代之的是出現(xiàn)大量小型正斷層，這些正斷層能夠有效改善儲層的儲集性能，如果配合良好的圈閉條件，應(yīng)為盆內(nèi)油氣富集區(qū)。其次，從構(gòu)造演化過程來看，對傾疊覆型的松西-松東變換帶是極為有利的油氣運移指向區(qū)，是油氣運移主線及匯流區(qū)［58］。至少在崖城組沉積時期，松西-松東變換帶就已進入定型發(fā)育階段；直至三亞組沉積之前，其相對兩側(cè)的半地塹一直處于構(gòu)造高部位。這一位置還是沉積物進入湖盆的通道，發(fā)育粗粒沉積物，在盆地抬升期間還會最先遭受風化剝蝕，同樣能改善儲層物性。再者，變換帶位于5號斷層和6 號斷層疊覆部位，能夠同時捕集來自松西凹陷和松東凹陷運移的油氣，而2 個凹陷均具有良好的生烴潛力［13］。因此，對傾疊覆型松西-松東變換帶在油氣富集方面的條件得天獨厚，對其油氣成藏特征值得深入研究。

6 結(jié)論

位于瓊東南盆地北部地區(qū)的松西-松東變換帶，屬于5 號斷層和6 號斷層之間的對傾疊覆型變換帶。平衡剖面研究結(jié)果表明，松西-松東變換帶的演化過程分為初始發(fā)育（始新世）、定型發(fā)育（崖城組沉積時期）、穩(wěn)定發(fā)育（陵水組沉積時期）和消亡發(fā)育（三亞組沉積時期）等4 個階段。松西-松東變換帶是5 號斷層和6 號斷層分段生長過程中的產(chǎn)物，受應(yīng)力降低帶影響，2 條對傾斷層早期發(fā)育規(guī)模和后期發(fā)育速率相近，形成相對式半地塹剖面特征。對傾疊覆型變換帶對油氣富集的影響主要體現(xiàn)在：緊鄰兩側(cè)生油凹陷且裂陷期處于構(gòu)造高部位，為油氣運移指向區(qū)；位于沉積物進入湖盆通道位置，發(fā)育粗碎屑；盆地抬升期間易遭受風化剝蝕，內(nèi)部次級斷層發(fā)育。松西-松東變換帶具有極為有利的油氣成藏條件，是瓊東南盆地北部地區(qū)較為有利的油氣勘探區(qū)。