向飛 鄧勇 胡林 胡德勝 陳麗君 柳智萱

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057；2.中海石油（中國）有限公司海南分公司 海南?？?570000）

北部灣盆地烏石凹陷鉆井證實(shí)為富生烴凹陷［1-4］，近年來逐漸成為北部灣盆地最重要的原油儲(chǔ)量增長(zhǎng)接替區(qū)，目前儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)主要集中在深層，其油氣探明儲(chǔ)量占比達(dá)到95%，而中淺層只有零星發(fā)現(xiàn)，未獲規(guī)模儲(chǔ)量，主要原因是對(duì)控制中淺層斷裂格架和構(gòu)造格局的“似花狀”斷裂的發(fā)育機(jī)制和控藏作用認(rèn)識(shí)不清。前人對(duì)該凹陷斷裂的研究主要集中在幕式活動(dòng)事件、構(gòu)造控沉積、邊界斷裂演化、局部構(gòu)造演化等［5-6］方面，而缺乏對(duì)各類型斷裂發(fā)育機(jī)制的研究，尤其是“似花狀”斷裂的發(fā)育機(jī)制及其控藏作用方面的研究，制約了中淺層油氣勘探進(jìn)程。本文主要通過區(qū)域應(yīng)力背景、先存構(gòu)造、平衡剖面、斷裂特征及活動(dòng)性等方面的分析，研究“似花狀”斷裂的發(fā)育機(jī)制及其控藏作用，以指導(dǎo)研究區(qū)中淺層油氣勘探工作。

1 地質(zhì)背景

烏石凹陷位于北部灣盆地南部坳陷帶，其北部以企西隆起南緣為界，與紀(jì)家凹陷相隔，南部以流沙凸起北緣為界，與邁陳凹陷相隔（圖1），總體上呈北東向展布，面積約為2 600 km2，分為東、西2個(gè)洼陷，其中東洼受控于先存七號(hào)斷裂，西洼受控于先存六號(hào)斷裂［7］。

圖1 烏石凹陷區(qū)域位置Fig.1 Location of Wushi sag

烏石凹陷經(jīng)歷了古近系的斷陷階段以及新近系的熱沉降拗陷階段（圖2），形成了“下斷上坳”、“下陸上?！钡碾p層結(jié)構(gòu)［8］。其中斷陷階段可劃分為三期幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：古新世—早始新世的初始斷陷期、中—晚始新世強(qiáng)斷陷期、漸新世斷陷期，形成北東向、東西向以及北西向三組主要走向的斷裂。長(zhǎng)流組、流三段沉積時(shí)期，主要發(fā)育沖積扇和扇三角洲沉積；流二段沉積時(shí)期，控凹斷裂活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到鼎盛，湖盆水體快速加深，呈中深湖相沉積環(huán)境，凹陷內(nèi)沉積了巨厚的暗色泥巖，為烏石凹陷最重要的烴源巖層；流一段、潿洲組沉積時(shí)期，辮狀河三角洲發(fā)育，以厚層砂巖沉積為主，整體表現(xiàn)為富砂地層。拗陷階段烏石凹陷逐漸步入海相沉積環(huán)境，斷陷期形成的斷裂在該階段基本停止活動(dòng)，少數(shù)斷裂活動(dòng)至中新世，同時(shí)由于海侵作用，形成T60（古近系頂面）區(qū)域不整合面，標(biāo)志斷陷期的結(jié)束，拗陷期的開始。

圖2 烏石凹陷地層綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic composite histogram of Wushi sag

2 烏石凹陷“似花狀”斷裂發(fā)育機(jī)制

2.1 區(qū)域構(gòu)造演化特征

烏石凹陷所在的北部灣盆地位于亞歐板塊、印度板塊和太平洋板塊之間的三角地帶，是中生代區(qū)域隆起背景下發(fā)育起來的新生代陸內(nèi)裂谷盆地，構(gòu)造演化受控于特提斯-喜馬拉雅、瀕太平洋兩大構(gòu)造域［9-11］。盆地受多種構(gòu)造作用的影響，主要包括：亞歐板塊和印澳板塊的碰撞作用、太平洋板塊的俯沖作用、印支塊體旋扭和華南塊體向東逃逸導(dǎo)致的走滑作用以及南海擴(kuò)張和地幔上涌產(chǎn)生的拉張作用，其形成動(dòng)力學(xué)背景異常復(fù)雜，但是從區(qū)域斷裂系統(tǒng)來看，南海北部陸緣區(qū)主要發(fā)育伸展斷裂體系，因此南海擴(kuò)張和地幔上涌是烏石凹陷形成的主要?jiǎng)恿C(jī)制，即烏石凹陷的構(gòu)造演化過程主要受區(qū)域伸展應(yīng)力場(chǎng)作用控制。同時(shí)從過烏石凹陷東洼X1井不同方向的平衡剖面伸展率來看（圖3），中始新世，伸展應(yīng)力場(chǎng)呈北西向，晚始新世—早漸新世，伸展應(yīng)力場(chǎng)呈近南北向，到了漸新世末至中新世，伸展應(yīng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)至北東向，因此，控制烏石凹陷形成的區(qū)域伸展應(yīng)力場(chǎng)作用具有明顯的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征。

圖3 過X1井不同方向平衡剖面伸展率（井點(diǎn)位置見圖1）Fig.3 Balanced section elongation in different directions of Well X1（see Fig.1 for well location）

近年來，諸多學(xué)者逐漸認(rèn)識(shí)到應(yīng)力場(chǎng)的特征與先存斷裂共同控制盆地的演化過程［12-15］：如果伸展應(yīng)力場(chǎng)方向與先存斷裂走向之間的夾角接近垂直，盆地呈正向拉伸演化模式，發(fā)育伸展斷裂體系；若伸展應(yīng)力場(chǎng)方向與先存斷裂走向之間為小角度相交，盆地表現(xiàn)為斜向拉伸演化模式，在斜向拉伸作用下，受走滑分量的作用，發(fā)育扭張斷裂體系，斷裂既具有伸展特征，又具有走滑特征，夾角越小，走滑特征越明顯。烏石凹陷在形成之前就存在中生代的北東、北西向兩組先存斷裂，這兩組斷裂是華南陸塊陸地上的北東、北西向中生代深大斷裂在南海北部陸緣區(qū)的自然延伸［16］，結(jié)合烏石凹陷伸展應(yīng)力場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征，烏石凹陷東洼在中始新世之前，伸展應(yīng)力場(chǎng)與先存的北東向七號(hào)斷裂接近垂直，這一時(shí)期，烏石凹陷東洼呈正向拉伸演化模式（圖4a）；晚始新世至中新世，伸展應(yīng)力場(chǎng)與先存的北東向七號(hào)斷裂呈小角度相交，烏石凹陷東洼在這一時(shí)期表現(xiàn)為斜向拉伸演化模式（圖4b）。因此，烏石凹陷東洼在整個(gè)斷陷期具有“早期正向拉伸、后期斜向拉伸”的演化特征。

圖4 烏石凹陷東洼演化模式Fig.4 Evolution model of Wushi East subsag

2.2 “似花狀”斷裂發(fā)育機(jī)制

2.2.1 斷裂特征

烏石凹陷東洼在“早期正向拉伸、后期斜向拉伸”的演化過程中，主要形成了北東向、東西向及北西向三組斷裂體系，根據(jù)斷層性質(zhì)可以具體劃分為五類斷裂體系：復(fù)活的先存斷裂體系、伴生正斷層體系、伸展滑脫斷裂體系、同向走滑斷裂體系以及“似花狀”斷裂體系（圖5、6），其中“似花狀”斷裂體系在烏石東洼分布最為廣泛，平面上主要分布于伸展滑脫斷裂體系和先存七號(hào)斷裂之間，剖面上主要分布于中淺層地層，對(duì)烏石凹陷構(gòu)造格局和斷裂格架具有重要控制作用。

圖5 烏石凹陷東洼斷裂體系平面圖（位置見圖1黑色框）Fig.5 Plan figure of the fault system in Wushi East subsag（see black frame in Fig.1 for location）

2.2.2 發(fā)育機(jī)制

從地震剖面上可以看出（圖6），“似花狀”斷裂上盤與下盤地層厚度基本一致，控沉積作用不明顯，多為一次性活動(dòng)斷層，根據(jù)斷層向上斷至的地層，可以看出花瓣處斷裂多形成于中漸新世，花心處斷裂多形成于晚漸新世—中新世。晚始新世到中新世，烏石凹陷東洼處于“后期斜向拉伸”演化階段，伸展應(yīng)力場(chǎng)呈南北向到北東向，與早期正向拉伸階段形成的北東向斷裂呈小角度相交，根據(jù)應(yīng)力分解，伸展應(yīng)力場(chǎng)分量包括拉張應(yīng)力分量和走滑應(yīng)力分量（圖4b），其中拉張應(yīng)力分量垂直先存七號(hào)斷裂以及早期北東向伴生正斷層，走滑應(yīng)力分量平行于先存七號(hào)斷裂以及早期北東向伴生正斷層。在拉張應(yīng)力分量作用下，先存七號(hào)斷裂和南掉伸展滑脫斷裂在早期正向拉伸基礎(chǔ)上進(jìn)一步產(chǎn)生可容空間（圖7d），導(dǎo)致先存七號(hào)斷裂和伸展滑脫斷裂下降盤地層呈持續(xù)性漏斗式下沉，這一過程是一個(gè)逐漸向下收縮應(yīng)變的過程，由于先存七號(hào)斷裂的活動(dòng)速率大于伸展滑脫斷裂的活動(dòng)速率，在靠近伸展滑脫斷裂下降盤的部位地層發(fā)生明顯的撓曲作用，造成地層向洼中旋轉(zhuǎn)，形成斷隆構(gòu)造（圖7e），當(dāng)撓曲部位應(yīng)變達(dá)到一定程度時(shí)，開始產(chǎn)生一組正反向斷裂來調(diào)節(jié)應(yīng)變，如果是單純地受到拉張作用，一般調(diào)節(jié)斷裂只會(huì)形成對(duì)傾張性結(jié)構(gòu)，而在這一時(shí)期調(diào)節(jié)斷裂受到持續(xù)性走滑應(yīng)力分量帶來的扭動(dòng)作用，最終構(gòu)成似花狀形態(tài)并向下收斂于伸展滑脫斷裂（圖7f），這一過程形成的“似花狀”斷裂與走滑斷裂存在明顯的差異：典型的走滑斷裂一般有一條直插基底的主斷裂，而烏石凹陷東洼“似花狀”斷裂并沒有直插基底的主斷裂，而是向下逐漸收斂于伸展滑脫斷裂。同時(shí)從區(qū)域構(gòu)造背景來看：①南海西部區(qū)域大型走滑斷裂—紅河斷裂呈北西向展布［15］，而烏石凹陷東洼“似花狀”斷裂多呈近東西向、北西向展布，與區(qū)域走滑斷裂走向不一致；②“似花狀”斷裂形成時(shí)期，南海西部盆地內(nèi)發(fā)育大量的近東西向斷裂，顯然是在同一區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下而形成，這只有在區(qū)域范圍近南北向拉伸應(yīng)力場(chǎng)的作用下而形成，并非走滑作用能夠形成，因此，烏石凹陷東洼“似花狀”斷裂不屬于走滑斷裂范疇，而是斜向拉伸的產(chǎn)物，是伸展構(gòu)造樣式向走滑構(gòu)造樣式的一種過渡。由于伸展滑脫斷裂下降盤撓曲部位一般會(huì)形成一組“似花狀”斷裂并向下逐漸收斂于伸展滑脫斷裂，因此，亦可將烏石凹陷東洼的“似花狀”斷裂和伸展滑脫斷裂看成是復(fù)合型斷裂體系。

圖6 過烏石凹陷東洼地震剖面（剖面位置見圖5）Fig.6 Seismic cross-sections of Wushi East subsag（see Fig.5 for location）

圖7 烏石凹陷東洼北西向構(gòu)造演化平衡剖面（剖面位置見圖5）Fig.7 North-west-trending balanced section of Wushi East subsag（see Fig.5 for location）

2.2.3 演化差異性

烏石凹陷東洼“似花狀”斷裂在平面上主要呈北東向和北西向展布，其走向主要受伸展滑脫斷裂東西段演化的差異性控制：根據(jù)伸展滑脫斷裂Fa東西段各沉積時(shí)期古落差統(tǒng)計(jì)分析來看（圖8），中始新世流二段沉積時(shí)期，伸展滑脫斷裂只有東段（線號(hào)10～50之間）活動(dòng)，西段（線號(hào)0～10之間）基本不活動(dòng)；晚始新世流一段沉積時(shí)期，西段開始活動(dòng)；早漸新世潿三段沉積時(shí)期至中漸新世潿二段沉積時(shí)期，東段活動(dòng)強(qiáng)，西段活動(dòng)弱，控制了烏石16區(qū)、23區(qū)斷隆構(gòu)造的形成，這一時(shí)期，拉張應(yīng)力主要呈近南北向，導(dǎo)致烏石16區(qū)、23區(qū)的“似花狀”斷裂呈近東西向展布；晚漸新世潿一段沉積時(shí)期，伸展滑脫斷裂東段活動(dòng)減弱，而西段活動(dòng)增強(qiáng)，控制了烏石29區(qū)斷隆構(gòu)造的形成，這一時(shí)期，拉張應(yīng)力主要呈北東—南西向，導(dǎo)致烏石29區(qū)的“似花狀”斷裂最終呈北西向展布。

圖8 伸展滑脫斷裂Fa活動(dòng)性（線號(hào)位置見圖5）Fig.8 Activity of extensional decollement fault Fa（see Fig.5 for location）

剖面上“似花狀”斷裂向下由一根花瓣斷裂作為主斷裂收斂于伸展滑脫斷裂，向上呈多級(jí)Y字形撒開（圖6）。平面上“似花狀”斷裂的幾何學(xué)特征受走滑應(yīng)力分量作用強(qiáng)弱的控制具有一定的空間差異性：靠近先存七號(hào)斷裂，由于受到七號(hào)斷裂派生的走滑應(yīng)力分量作用強(qiáng)，“似花狀”斷裂（如烏石23區(qū)）平面上單條斷裂彎曲扭動(dòng)特征明顯，組合上呈右行左階特征；遠(yuǎn)離先存七號(hào)斷裂，受到走滑應(yīng)力分量作用弱，“似花狀”斷裂（如烏石16區(qū)、29區(qū)）平面上單條斷裂多表現(xiàn)為平直型，組合呈近平行式特征。

3 “似花狀”斷裂控藏作用

基于“似花狀”斷裂的發(fā)育機(jī)制和演化差異特征分析，其控藏作用主要表現(xiàn)在以下3方面。

1）控制中淺層圈閉的形成、類型和分布。“似花狀”斷裂在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為花瓣處斷裂向下切割流二段地層，花心處斷裂多收斂流二段地層之上，即“似花狀”斷裂主要控制中淺層圈閉的形成，經(jīng)“似花狀”斷裂切割破碎化，中淺層地層主要形成斷塊、斷鼻等兩類構(gòu)造型圈閉，其在平面上的分布受扭動(dòng)強(qiáng)弱作用的控制表現(xiàn)出一定的差異性：越靠近七號(hào)斷裂，“似花狀”斷裂扭動(dòng)特征越明顯，在斷裂彎曲部位多形成大型斷鼻類圈閉，例如烏石23區(qū)發(fā)育斷鼻圈閉群；遠(yuǎn)離七號(hào)斷裂，“似花狀”斷裂扭動(dòng)特征變?nèi)酰瑪嗔讯喑势街毙?，多與次級(jí)斷裂形成大型斷塊類圈閉，例如烏石16區(qū)、29區(qū)發(fā)育斷塊圈閉群，同時(shí)局部彎曲部位發(fā)育小型斷鼻圈閉，其資源規(guī)模小，只能作為兼探目的層（圖5）。

2）控制中淺層圈閉的有效性。從“似花狀”斷裂的發(fā)育機(jī)制和形成過程來看，雖然烏石凹陷東洼的“似花狀”斷裂不是受控于走滑動(dòng)力機(jī)制演化而形成，但是其受到的斜向拉伸作用類似走滑作用會(huì)在一定程度上提升斷層的側(cè)封能力，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①斜向拉伸過程中斷面除了垂向滑動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生一定的斜向滑動(dòng)位移以提升泥巖涂抹效果，越靠近七號(hào)斷裂，斷裂斜向滑動(dòng)位移越大，泥巖涂抹效果越好，同時(shí)更易形成橫向截?cái)嗝?，阻斷油氣垂向和縱向漏失，極大提升斷裂的側(cè)封能力；②走滑盆地在走滑作用下，會(huì)形成一些增壓區(qū)，尤其是斷裂彎曲部位或者右行走滑作用下形成的右行左階斷裂帶內(nèi)，易形成良好的增壓效果，斷面閉合程度高，斷裂側(cè)封能力好。斷層側(cè)封能力的提升在空間上具有差異性：斜向拉伸過程中，越靠近七號(hào)斷裂，走滑應(yīng)力分量帶來的扭動(dòng)作用越強(qiáng)，易形成良好的增壓區(qū)，圈閉有效性就越好。例如靠近七號(hào)斷裂的烏石23區(qū)，其斷裂組合上具有右行左階特征，為良好的增壓斷裂，斷裂側(cè)封能力強(qiáng)，圈閉有效性好，而烏石16區(qū)、29區(qū)遠(yuǎn)離七號(hào)斷裂，其斷裂組合上呈近平行式，增壓效果變差，圈閉有效性差，局部彎曲部位可能有一定的增壓效果。

3）控制中淺層圈閉的油氣運(yùn)移。中淺層圈閉與下覆流二段烴源巖組成源上成藏組合，因此垂向輸導(dǎo)能力是中淺層圈閉成藏的關(guān)鍵。烏石凹陷具有兩期生排烴高峰，第一期是漸新世，第二期是角尾組至今，從活動(dòng)性來看，“似花狀”斷裂活動(dòng)時(shí)間為漸新世至中新世，因此圈閉在漸新世開始形成，在中新世最終定型，與兩期生排烴高峰匹配較好，有利于流二段生成的油氣運(yùn)移至中淺層圈閉聚集成藏。剖面上“似花狀”斷裂花瓣附近的斷層切穿流二段烴源巖層段較深，特別是主斷裂，一般切穿整個(gè)流二段地層并收斂于伸展滑脫斷層，是油氣向中淺層運(yùn)移的主要溝源斷裂，油氣經(jīng)花瓣附近斷裂運(yùn)移至淺層后，再沿砂體側(cè)向運(yùn)移并通過“似花狀”斷裂的其它分支斷裂逐步分配和調(diào)節(jié)運(yùn)移至花心處（圖6），從整個(gè)油氣運(yùn)移路徑來判斷，油氣首先充注花瓣附近處的圈閉，達(dá)到控圈斷層的漏失點(diǎn)后再向花心附近圈閉充注，因此花瓣附近的油氣運(yùn)移條件好。

4 勘探實(shí)踐

2013年之前，針對(duì)斷隆構(gòu)造帶上的烏石16區(qū)、29區(qū)中淺層圈閉鉆探了多口井，均有大量顯示，偶見薄層油層，未規(guī)模成藏，鉆后分析認(rèn)為：①“似花狀”斷裂是受控于純伸展應(yīng)力場(chǎng)作用而形成，整體處于拉張應(yīng)力環(huán)境，斷面閉合程度低；②“似花狀”斷裂斷距小，同時(shí)純伸展應(yīng)力場(chǎng)作用下斷面主要是垂向滑動(dòng)，不能形成有效的泥巖涂抹效果以及橫向截?cái)嗝?，油氣易漏失；③烏石凹陷中淺層整體富砂，目標(biāo)盤與對(duì)盤容易形成砂砂對(duì)接的情況，導(dǎo)致油氣側(cè)向漏失。因此控圈斷層側(cè)封能力弱導(dǎo)致圈閉有效性差是烏石16區(qū)、29區(qū)鉆探失利的主要原因。這兩個(gè)區(qū)鉆探失利后，長(zhǎng)期認(rèn)為烏石凹陷中淺層不具備規(guī)模成藏的可能，因此多年來針對(duì)中淺層的勘探一直沒有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

基于本文對(duì)“似花狀”斷裂發(fā)育機(jī)制的新認(rèn)識(shí)，斜向拉伸作用下烏石凹陷中淺層能夠形成局部增壓區(qū)，增壓區(qū)內(nèi)的斷層側(cè)封能力強(qiáng)，圈閉有效性好，通過比選，靠近先存七號(hào)斷裂的烏石23區(qū)具備規(guī)模成藏的有利條件：①發(fā)育大型斷鼻圈閉群，潛力大，圈閉類型好，單條斷裂彎曲程度高，斷裂平面組合上呈右行左階特征，說明受斜向拉伸作用強(qiáng)，為良好增壓區(qū)，控圈斷裂側(cè)封能力強(qiáng)；②位于斷隆帶向主洼的傾末端，下伏成熟烴源巖，油氣匯聚背景優(yōu)越，花瓣斷裂切割流二段，溝源能力強(qiáng)。因此近年來優(yōu)選烏石23區(qū)作為中淺層勘探突破口，相繼部署多口井，除了花心附近鉆井失利外，花瓣附近鉆井都獲得油層發(fā)現(xiàn)（圖9），總計(jì)探明儲(chǔ)量超千萬方，實(shí)現(xiàn)了烏石凹陷中淺層油氣勘探的突破。

圖9 烏石23區(qū)成藏模式（剖面位置見圖5）Fig.9 Accumulation model of Wushi 23 structural area（see Fig.5 for location）

烏石23區(qū)鉆探成功進(jìn)一步證實(shí)本文認(rèn)識(shí)的正確性，同時(shí)也為下一步烏石凹陷中淺層的拓展勘探指明了方向：優(yōu)選靠近先存七號(hào)斷裂附近的圈閉進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)價(jià)，花瓣附近的圈閉優(yōu)先鉆探；遠(yuǎn)離先存七號(hào)斷裂以花瓣附近的斷鼻圈閉評(píng)價(jià)為主。

5 結(jié)論

1）烏石凹陷東洼受順時(shí)針旋轉(zhuǎn)伸展應(yīng)力場(chǎng)和先存七號(hào)斷裂控制，斷陷期具有“早期正向拉伸、后期斜向拉伸”演化特征，后期斜向拉伸過程中先存七號(hào)斷裂派生的走滑應(yīng)力分量控制“似花狀”斷裂的發(fā)育。

2）“似花狀”斷裂控制形成的圈閉類型及有效性在空間上具有一定的差異性：靠近先存七號(hào)斷裂，多發(fā)育斷鼻圈閉，圈閉有效性好；遠(yuǎn)離先存七號(hào)斷裂，以斷塊圈閉為主，圈閉有效性較差。“似花狀”斷裂不同位置油氣運(yùn)移條件具有一定的差異性：花瓣處斷裂切割流二段烴源巖，而花心處斷裂多收斂于流二段之上，因此花瓣附近圈閉的油氣運(yùn)移條件好。

3）下一步烏石凹陷中淺層的拓展勘探應(yīng)主攻靠近先存七號(hào)斷裂附近的圈閉，先花瓣后花心進(jìn)行鉆探部署；其次是評(píng)價(jià)遠(yuǎn)離先存七號(hào)斷裂花瓣附近的斷鼻圈閉。