西沙周緣新生代構(gòu)造演化與盆地充填響應(yīng)特征

魯銀濤, 王 彬, 呂福亮, 范國章, 賀曉蘇, 吳敬武, 楊濤濤

(中國石油杭州地質(zhì)研究院, 浙江 杭州310023)

南海是西太平洋最大的邊緣海之一, 面積約350×104km2。其位于歐亞、太平洋和印度-澳大利亞三大板塊的交匯處, 是歐亞板塊、印-澳板塊和太平洋三大板塊之間的被動成因邊緣海[1]。南海西沙周緣是油氣勘探的熱點區(qū)域, 經(jīng)歷了新生代幾次區(qū)域構(gòu)造拉張與升降作用, 沉積了厚層的第三系沉積地層, 不僅發(fā)育構(gòu)造型圈閉, 還有形成巖性地層圈閉潛力。本文利用高質(zhì)量的地震資料, 結(jié)合鄰區(qū)地質(zhì)資料, 分析了西沙周緣的沉積相特征, 分析了本區(qū)各個時期的沉積特征及沉積演化歷史, 對油氣成藏條件進(jìn)行了初步分析, 認(rèn)為西沙周緣具備較有利的成藏組合條件。

1 南海西沙周緣構(gòu)造特征

南海北鄰華南加里東褶皺區(qū), 西靠印支地塊, 南隔南沙海槽與北加里曼丹俯沖-逆沖推覆帶相接, 東跨馬尼拉海溝與呂宋島弧區(qū)相連[2]。受歐亞、印-澳和太平洋三大板塊相互作用及南海自身新生代擴張影響, 南海區(qū)域地質(zhì)條件十分復(fù)雜, 形成了北部被動陸緣、南部碰撞體系、東部主動陸緣、西部走滑體系以及中部洋盆區(qū)的構(gòu)造格局(圖1)。

南海西沙周緣處于北部被動陸緣、西部走滑體系、中部洋盆區(qū)的交匯處[3], 地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜。北部的西沙北坳陷帶為陸殼; 南部的洋盆區(qū)為洋殼; 洋陸之間的過渡帶屬于洋陸過渡型地殼。西沙周緣構(gòu)造形跡方向與北部被動大陸邊緣構(gòu)造走向一致, 以NE向為主(圖2)。盆地(坳陷)由北向南、由西向東逐漸變新。

南海西沙周緣從北至南, 呈臺階狀加深(圖3), 發(fā)育一系列北東向隆坳相間的構(gòu)造格局。其中心是西沙隆起帶, 發(fā)育以西沙隆起為代表的古地塊, 該隆起帶上也發(fā)育一系列北東向的斷陷構(gòu)造; 其北部受南海被動拉張作用, 是南海北部被動陸緣的一部分, 表現(xiàn)為NE向展布的寬廣條帶, 擁有寬廣的陸架和陸坡, 發(fā)育北部灣、珠江口和瓊東南盆地等3個NE向沉積盆地; 其南部為洋盆區(qū), 以洋殼基底為特征, 該構(gòu)造形跡也呈NE向展布, 呈西窄東寬的喇叭狀, 可劃分為西北、西南次海盆和中央海盆3個次海盆。西北和西南次海盆為近NE向, 中央海盆為近EW向(圖1)。

西沙周緣西部受南海西緣走滑體系影響, 以近南北向延伸的走滑斷裂為特征, 且走滑活動伴隨著強烈的拉分性。受南海西緣斷裂帶控制, 西部走滑體系發(fā)育近NS向新生代沉降帶, 包括曾母盆地、萬安盆地、中建南盆地及鶯歌海盆地等一系列大型盆地(圖1, 圖2)。

圖1 南海構(gòu)造格局及盆地分布圖 Fig. 1 Tectonic framework and basins in South China Sea

2 南海西沙周緣新生代構(gòu)造演化

南海西沙周緣新生代經(jīng)歷三次構(gòu)造運動, 分別是神狐運動、南海運動、東沙運動[4-7]。這三次構(gòu)造運動表現(xiàn)為: 古新世-漸新世的陸內(nèi)/陸緣裂離、晚漸新世-中中新世的海底擴張、中中新世-至今的熱沉降。與區(qū)域構(gòu)造演化相對應(yīng), 南海北部大陸邊緣盆地經(jīng)歷了斷陷期和坳陷期兩個演化階段(表1)。

中生代晚期, 西沙地塊、中沙地塊、南沙地塊、禮樂地塊與南海北部的華南陸塊為統(tǒng)一陸塊。經(jīng)過新生代陸內(nèi)裂離、海底擴張、熱沉降[4], 南海構(gòu)造格局成為現(xiàn)今狀態(tài)。

2.1 古新世-漸新世的陸內(nèi)/陸緣裂離

古、始新世之間, 距今54 Ma或更早, 印-澳板塊向北推進(jìn), 導(dǎo)致印支地塊右旋逃逸。地幔熱底辟作用使脆性的華南地塊地殼發(fā)生破裂, 而塑性的下地殼則產(chǎn)生水平引張, 使地殼進(jìn)一步減薄, 造成華南陸緣呈階梯狀破裂, 形成一系列NNE-NE向張性斷裂。

圖2 西沙周緣構(gòu)造格局圖 Fig. 2 Tectonic framework in Xisha area

圖3 過西沙周緣地質(zhì)剖面 Fig. 3 Geologic profile across Xisha area

表1 西沙周緣新生代盆地演化階段表 Tab. 1 Tectonic evolution stages in Xisha area

同時, 在復(fù)雜的NW-SE向拉張應(yīng)力場背景下, 原本拼貼于華南陸緣的西沙、中沙和南沙等微地塊向東南方向運移, 在各個地塊之間形成了一系列 NNE-NE向展布的地塹-地壘構(gòu)造, 造就了盆地的初始形態(tài)。該區(qū)域性造盆運動被稱為“神狐運動”, 在地震反射剖面上表現(xiàn)為區(qū)域性不整合面(Tg), 即盆地基底。

2.2 晚漸新世-中中新世的海底擴張

印-澳板塊與歐亞板塊開始碰撞后約8～16 Ma, 深部地幔流向SE和SSE方向蠕散, 在華南陸緣聚集, 從而地幔上涌, 巖石圈拉伸減薄。晚漸新世時, 巖石圈破裂, 地幔強烈上涌, 南海區(qū)域地殼強烈拉張減薄, 南海海底擴張開始, 南海區(qū)域出現(xiàn)洋殼, 該區(qū)域性構(gòu)造運動被稱為“南海運動”, 在地震剖面上表現(xiàn)為區(qū)域性不整合面(T60)。受南海運動的影響, 南海產(chǎn)生了區(qū)域性抬升、剝蝕, 并伴有NEE-EW向張性斷裂發(fā)育和頻繁的巖漿活動。

2.3 中中新世-至今的熱沉降

隨著菲律賓板塊和太平洋板塊向NWW方向推擠、碰撞, 以及印-澳板塊向NNW方向推擠, 導(dǎo)致南海海底擴張停止, 并伴隨大規(guī)模的巖漿噴發(fā)活動。此區(qū)域性構(gòu)造運動在南海北部稱為“東沙運動”, 在地震剖面上表現(xiàn)為區(qū)域不整合面(T40)。

東沙運動使得南海北部盆地在沉降過程中發(fā)生斷塊升降、隆起剝蝕、褶皺、斷裂和頻繁的巖漿活動。其動力來源于東部菲律賓板塊的推擠、臺灣地塊與東海陸架的碰撞拼貼。因而, 自東向西其運動強度和構(gòu)造變形程度逐漸減弱。在東部臺西南坳陷表現(xiàn)為抬升剝蝕、褶皺和強烈的巖漿噴發(fā); 在珠江口盆地表現(xiàn)為斷塊升降、局部剝蝕、斷裂和巖漿活動, 產(chǎn)生了一系列至今仍活動的NWW向斷裂。

3 南海西沙周緣地層發(fā)育特征

根據(jù)鄰區(qū)鉆井資料及沉積相研究, 結(jié)合區(qū)內(nèi)地震剖面特征[8-10], 對南海西沙周緣作了對應(yīng)的地震相響應(yīng)分析, 進(jìn)而探討盆地充填特征。從地震剖面上可明顯看出, 以地震反射界面T60, 即中新統(tǒng)與漸新統(tǒng)界面為界, 南海西沙周緣發(fā)育兩套地震反射特征有著明顯差別的地層層序, 稱為上構(gòu)造層與下構(gòu)造層。

下構(gòu)造層代表了該盆地斷陷演化階段[11-12], 構(gòu)造受斷裂控制明顯, 其沉積環(huán)境以陸相沉積為主, 逐漸過渡到海陸過渡相, 地震反射以連續(xù)性差、不平行-亞平行發(fā)射為特征。該盆地斷陷期是烴源巖形成的重要時期, 也發(fā)育了物性好的儲層。

上構(gòu)造層代表該盆地坳陷演化階段, 斷裂構(gòu)造相對不發(fā)育, 沉積環(huán)境為海相沉積, 地震反射特征以連續(xù)、平行-亞平行反射為特征。盆地坳陷期是碳酸鹽巖、生物礁儲層發(fā)育時期[13-14], 也是區(qū)域蓋層發(fā)育的時期(圖4)。

結(jié)合構(gòu)造演化史, 利用地震相進(jìn)行了沉積相的推測, 認(rèn)為受南海新生代構(gòu)造運動影響, 南海西沙周緣盆地新生界自下而上充填了一套沖積河湖 相(始新統(tǒng))-海陸交替相(漸新統(tǒng))-濱淺海臺地相(中-下中新統(tǒng))-淺海、半深海相(上新統(tǒng)-第四系)沉積序列(表2)。

圖4 南海西沙周緣地震剖面 Fig. 4 Seismic profile across Xisha area in South China Sea

表2 南海西沙周緣地層層序發(fā)育特征表 Tab. 2 Sediment sequence in Xisha area

始新統(tǒng)可能為陸相河流-三角洲-湖泊沉積, 受斷裂控制, 局限分布于斷陷內(nèi)[12], 地震剖面上表現(xiàn)為中-弱振幅、發(fā)散-楔狀形態(tài)、低頻、連續(xù)較差的反射特征(表2, 圖4), 該時期是重要的烴源巖發(fā)育期。

下漸新統(tǒng)崖城組可能為海陸過渡相沉積, 以三角洲-濱岸沼澤-淺海沉積為特征[12], 局限分布于斷陷內(nèi), 地震剖面上表現(xiàn)為中-強振幅、中等頻率、中等連續(xù), 亞平行反射(表2, 圖4), 發(fā)育區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)的海陸過渡相含煤系烴源巖。

上漸新統(tǒng)陵水組反映沉積環(huán)境逐漸過渡為海相沉積, 以三角洲-濱淺海-半深海沉積為特征, 沉積范圍擴大[12], 地震剖面上表現(xiàn)為中-強振幅、中頻、較連續(xù)的發(fā)散-平行反射(表2, 圖4), 該時期為重要的儲層發(fā)育期。

下中新統(tǒng)三亞組沉積環(huán)境可能為海平面持續(xù)上升環(huán)境, 在海平面上升過程中, 隆起區(qū)逐漸淹沒, 區(qū)內(nèi)以濱海相-淺海-半深海沉積為特征[12], 地震剖面上表現(xiàn)為中振幅、中頻、較連續(xù)的亞平行反射(表2, 圖4), 該沉積期是重要的儲層發(fā)育期。

中中新統(tǒng)梅山組沉積環(huán)境為缺少沉積物源環(huán)境, 以碳酸鹽臺地沉積特征, 在中部隆起區(qū)發(fā)育大規(guī)模的碳酸鹽巖臺地[13], 地震剖面上表現(xiàn)為強振幅、中頻、丘狀-亞平行反射(表2, 圖4), 該沉積期為重要的儲層發(fā)育期。

上中新統(tǒng)黃流組沉積期開始, 南海進(jìn)入?yún)^(qū)域性快速熱沉降階段, 西沙周緣深水區(qū)以半深海-深海沉積為主, 發(fā)育深水水道扇[15], 部位發(fā)育小規(guī)模的碳酸鹽巖臺地, 常見下切水道, 地震剖面上表現(xiàn)為弱振幅、中頻、較連續(xù)的亞平行反射(表2, 圖4), 該時期是區(qū)域性蓋層發(fā)育時期。

上新統(tǒng)-第四系(鶯歌海組-樂東組)地層充填以半深海-深海相沉積為特征, 發(fā)育深水水道扇, 常見下切水道, 地震剖面上表現(xiàn)為中-強振幅、中頻、較連續(xù)的平行-亞平行反射(表2, 圖4), 為區(qū)域性蓋層發(fā)育期。

4 南海西沙周緣新生代構(gòu)造演化對盆地充填的作用

通過區(qū)域構(gòu)造演化分析及對南海西沙周緣地層的詳細(xì)分析可知, 南海新生代三次構(gòu)造運動控制了南海西沙周緣盆地的形成發(fā)育, 三次構(gòu)造運動對盆地的發(fā)育及地層的充填有不同的作用, 使得南海西沙周緣新生代沉積盆地經(jīng)歷了斷陷期和坳陷期, 發(fā)育上下構(gòu)造層, 控制了盆地充填及生物礁、碳酸鹽巖的發(fā)育[16-17]。

4.1 神狐運動

該構(gòu)造運動時期為盆地初始結(jié)構(gòu)形成發(fā)育期, 該運動控制了一系列NE向地塹-半地塹及斷裂系統(tǒng)的發(fā)育, 影響了南海西沙周緣新生代沉積盆地的整體分布及格局, 使得南海西沙周緣盆地(坳陷)的整體構(gòu)造走向為NE向。

神狐運動控制了斷陷期沉積演化過程。神狐運動是一期拉張事件, 早期快速拉張, 以“填平補齊”快速充填為主, 主要發(fā)育河流-沖積相沉積; 晚期, 拉張作用繼續(xù), 但是水體不斷加深, 沉積以淺湖-深湖相沉積為主。所以斷陷期沉積經(jīng)歷了早期沖積相-河流相-三角洲相-晚期湖相-海陸過渡相沉積演化過程。

在這些由于神狐運動而發(fā)育的新生代盆地內(nèi), 沉積了始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)崖城組和陵水組三套斷陷期沉積地層。這套斷陷期的地層層序特征為: 早期為陸相、海陸過渡相沉積還沉積了區(qū)內(nèi)崖城組海陸過渡相含煤烴源巖; 晚期斷陷趨于穩(wěn)定, 海平面上升, 逐漸過渡為海相沉積, 發(fā)育了濱淺海相碎屑巖儲層。

4.2 南海運動

南海運動造就了如今的洋陸格局以及新生代沉積盆地的基本格局和分布。在神狐運動所建造的南海西沙周緣初始構(gòu)造格架上, 南海運動將神狐運動產(chǎn)生的地塹-半地塹進(jìn)一步拉開, 直至形成最終的盆地分布格局, 導(dǎo)致了南海海盆擴張形成。該階段海侵強烈, 整個沉積環(huán)境變?yōu)殚_闊海沉積, 西沙周緣的盆地結(jié)束斷陷期演化階段, 向坳陷期階段過渡。

南海運動之后, 伴隨著區(qū)域性沉降, 南海的新生代沉積盆地由斷陷沉積轉(zhuǎn)變?yōu)檑晗莩练e, 盆地演化進(jìn)入坳陷期。坳陷早期是重要的儲層發(fā)育期, 沉積了三亞組濱海相砂巖和梅山組淺水碳酸鹽巖兩套儲集體; 坳陷晚期沉積厚層的海相地層。

4.3 東沙運動

東沙運動在南海西沙周緣表現(xiàn)為斷塊升降和大規(guī)模的沉降, 形成了鶯歌海和瓊東南盆地(上新統(tǒng)-現(xiàn)今)巨厚的海相沉積。該運動對盆地內(nèi)部構(gòu)造的形成、油氣運移、聚集產(chǎn)生極為重要的影響。

自東沙運動以來, 南海盆地進(jìn)入坳陷晚期沉積階段。整個南海進(jìn)入最大海侵期, 沉積了半深海-深海地層, 其中半深海-深海相泥巖是本區(qū)區(qū)域蓋層。

5 結(jié)論

南海西沙周緣位于南海北部被動陸緣、南海西緣走滑斷裂帶和洋盆區(qū)的交匯部位, 主要受南海北部被動拉張的作用, 同時受西苑走滑體系影響, 整體形成了北東向的隆坳相間的構(gòu)造格局, 局部發(fā)育走滑構(gòu)造。

在整個南海構(gòu)造演化的背景下, 南海西沙周緣經(jīng)歷了神狐運動、南海運動、東沙運動三次主要的構(gòu)造運動。這三次構(gòu)造運動導(dǎo)致了華南大陸裂離、南海兩期擴張、南海區(qū)域熱沉降這些南海重要的構(gòu)造事件。

南海新生代的構(gòu)造運動控制了南海西沙周緣沉積盆地的充填特征, 使得南海西沙周緣各沉積盆地發(fā)育了一套由陸相到海陸過渡相、最終到海相的充填序列。陸相沉積有利于形成有利烴源巖, 海陸過渡相沉積可發(fā)育有利儲層, 海相泥巖沉積是有利的蓋層。所以, 南海新生代的構(gòu)造運動控制了南海西沙周緣沉積盆地的充填特征, 也控制了油氣生儲蓋組合。

[1] 劉昭蜀. 南海地質(zhì)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2002.

[2] 劉海嶺, 閻貧, 張伯友, 等. 南海前新生代基底與東特提斯構(gòu)造域[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2004, 24(1): 15-28.

[3] 費鼎. 南海北部區(qū)域構(gòu)造和陸殼向洋殼的轉(zhuǎn)化[J]. 地球物理學(xué)報, 1983, 26(5): 459-267.

[4] 姚伯初. 南海海盆在新生代的構(gòu)造演化[J]. 南海地質(zhì)研究, 1991, 3: 9-23.

[5] 姚伯初. 南海西北海盆的構(gòu)造特征及南海新生代的海底擴張[J]. 熱帶海洋, 1999, 18(1): 7-15.

[6] 李家彪. 中國邊緣海形成演化與資源效應(yīng)[M]. 北京:海洋出版社, 2005: 228-240.

[7] Taylor B, Hayes D E. Origin and history of the South China Sea Basin [C]//Hayes D E. The Tectonic and Geological Evolution of Southeast Asian Seas and Islands: part 2. Geophys.Monogr.Ser.27. Washington, D.C.: AGU, 1983: 23-56.

[8] 鐘廣見, 高紅芳. 中建南盆地新生代層序地層特征[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 2005, 29(3): 403-409.

[9] 陳玲, 鐘廣見. 南海中建南盆地地震地層分析[J]. 石油物探, 2008, 47(6): 609-616.

[10] 甘華軍, 王華, 肖軍, 等. 瓊東南盆地東部構(gòu)造坡折樣式與層序地層發(fā)育特征[J]. 高校地質(zhì)學(xué)報, 2008, 14(1): 99-105.

[11] 謝文彥, 張一偉, 孫珍, 等. 瓊東南盆地斷裂構(gòu)造與成因機制[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2007, 27(1): 71-78.

[12] 李緒宣, 劉寶明, 趙俊青. 瓊東南盆地古近紀(jì)層序結(jié)構(gòu)、充填樣式及生烴潛力[J]. 中國海上油氣, 2007, 19(4): 217-239.

[13] 吳時國, 袁圣強, 董冬冬, 等. 南海北部深水區(qū)中新世生物礁發(fā)育特征[J]. 海洋與湖沼, 2009, 40(2): 117-121.

[14] Wu Shiguo, Han Qinghua, Ma Yubo, et al. Petroleum system in deepwater basins of the Northern South China Sea [J]. Journal of China University of Geosciences, 2009, 20(1): 124-135.

[15] 付彥輝, 呂福亮, 袁圣強, 等. 瓊東南盆地陸坡區(qū)深水濁積水道的地震相特征[J]. 熱帶海洋學(xué)報, 2009, 28(4): 87-92.

[16] 姚根順, 袁圣強, 吳時國, 等. 瓊東南盆地深水區(qū)雙物源沉積模式及勘探前景[J]. 石油勘探與開發(fā), 2008, 35(6): 685-691.

[17] 何家雄, 陳勝紅, 馬文宏, 等. 南海北部大陸邊緣盆地深水油氣成藏條件早期預(yù)測與評價[J]. 天然氣地球科學(xué), 2008, 19(6): 780-789.