鶯歌海盆地東部黃流組重力流沉積特征及其控制因素

劉 為，楊希冰，張秀蘋，段 亮，邵 遠，郝德峰

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

0 引言

目前，已有超過60多個國家在深水重力流沉積領域獲得了顯著的油氣勘探成果，如在墨西哥灣盆地、孟加拉灣盆地、北海盆地以及剛果盆地相繼發現了大型油氣田。重力流儲集體已逐漸成為我國南海重要的勘探類型，相繼在珠江口盆地和鶯歌海盆地獲得勘探發現［1］。“十二五”期間，在鶯歌海盆地東方區沿著西部昆嵩隆起物源區藍江河流水系，找到了大規模低位域重力流海底扇體，發現了東方13大氣田，從此鶯歌海盆地黃流組重力流沉積逐漸被關注［2］。鶯歌海盆地已成為未來南海天然氣增儲上產的主戰場之一，“十三五”期間，隨著勘探重心向盆地東部轉移，主要勘探對象變成了以東部海南島為物源區的重力流沉積體系，尋找大型優質儲集體仍然是該區勘探研究的重點和難點問題［3］。

由于以往該區缺乏大面積連片三維地震，研究程度較低，研究往往針對輸導體系及天然氣主運移方向［4］。近年來，隨著三維地震資料和鉆井資料的逐步豐富，發現盆地東部黃流組二段發育大型重力流沉積［5-6］，然而，對于整片區域的重力流沉積成因及控制因素方面研究較為薄弱。因此，利用鉆井、測井、地震資料，通過位移-距離法、3Dmove古構造恢復等技術方法，對盆地東部中新世黃流組坡折類型、物源供給通道、盆地沉降等方面進行綜合研究，并預測大型儲集體展布，以期為“十三五”期間勘探決策提供理論支撐。

1 地質概況

南海位于印支地塊、華南地塊及太平洋板塊的夾持區域。印支地塊與華南地塊碰撞形成了規模巨大的走滑斷裂帶（紅河斷裂帶）。鶯歌海盆地位于南海西北部，是紅河大型走滑斷裂帶在海洋上形成的第一個走滑-伸展型盆地［7］，被派生的鶯西斷裂帶（細分為黑水河斷裂、馬江斷裂、長山斷裂等）、一號斷裂帶（細分為鶯東斷層、一號斷層等）等2條走滑斷裂帶分隔成鶯西斜坡、中央坳陷帶、鶯東斜坡等3個一級構造單元［8］。鶯歌海盆地周緣主要發育西部昆嵩隆起和東部海南隆起兩大物源區，其中盆地西部、中部主要受昆嵩隆起物源影響，已證實發育東方13海底扇［2］，而盆地東部主要受海南隆起物源影響，發育重力流峽谷水道和海底扇沉積（圖1）。盆地凹陷區具有強烈沉降（沉降速率約500～1 400 m/Ma）、快速充填（新生代地層最大厚度達17 km）、高溫超壓（地溫梯度約4.6℃/100 m、壓力系數可高達2.2）、底辟發育等顯著特征［9-10］。

圖1 鶯歌海盆地大構造背景及充填序列Fig.1 Tectonic settings and filling sequence of Yinggehai Basin

2 沉積體系分布

鶯歌海盆地東部黃流組發育峽谷水道、海底扇等2種沉積類型。峽谷水道（LD10）發育在黃流組二段，平面上整體沿盆地長軸方向呈NW 向展布，因此也稱為軸向水道。峽谷水道源頭分布在一號斷裂帶中部，自北往南東方向延伸，總長約150 km，寬度約 3.7～10.0 km，深度約 200～400 m［6］（圖 2）。海底扇在黃一段、黃二段都發育，其中黃二段主要與峽谷水道伴生，分布面積約350 km2，厚度約60 m。黃一段海底扇分布在靠近海南島源區位置，面積約600 km2，厚度約 200 m。

3 控制因素

3.1 走滑轉換帶對主物源通道的控制

走滑轉換帶概念是在構造變換帶之后提出的。構造變換帶的概念起源于對擠壓盆地的逆沖推覆構造體系的研究，是指地層在區域構造應力作用下發生變形的過程中，地層為保持應變和位移量的守恒而產生的構造變形帶［11］。后來，該理念被引入到走滑區和伸展區的構造研究。走滑轉換構造一詞由葉洪［12］作了系統論述，是指“與走滑斷層相伴生的或者說由斷層的走滑運動‘轉換’而成的各類張性、壓性或張扭性、壓扭性構造”。鶯歌海盆地東部一號斷裂帶是紅河走滑斷裂帶在海上的延伸部分，在此分成3支（東方斷層、鶯東斷層、一號斷層），都為北西—南東展布的南西向傾斜的走滑-伸展正斷層。采用位移-距離法對黃流組沉積時期一號斷裂帶特征進行剖析，發現該斷裂帶由多條斷層串聯而成，在鶯東斷層與一號斷層串聯交接部位，斷層活動微弱，甚至有些剖面計算出斷層在該時期活動速率為0 m/Ma［圖3（a）］，表明鶯東斷層和一號斷層在交會處由于走滑運動轉換形成走滑轉換帶，該處活動性較小。斷層兩側發育地形較高的隆起，風化剝蝕產生的碎屑物質及由河流水系搬運而來的碎屑物質一起沿走滑轉換帶搬運至凹陷沉積［圖3（b）］。

圖2 重力流沉積體系特征Fig.2 Characteristics of gravity flow deposits

圖3 一號斷裂帶位移（a）與走滑轉換帶控沉積物示意圖（b）Fig.3 Displacement-distance of No.1 fault zone（a）and strike-slip transition zone controlled sediments（b）

圖4 黃流組底面構造圖（a）及古溝谷典型地震剖面（b）Fig.4 Bottom structure of Huangliu Formation（a）and typical section of valley（b）

許多盆地已證實轉換帶往往是碎屑物質的主要搬運通道。從地震資料上清晰可見，鶯歌海盆地走滑轉換帶處發育大型古溝谷和斷槽，寬度可達5～9 km（圖4），這表明在地質歷史時期，該部位存在大規模的下切侵蝕，搬運沉積物的能力較強。通過三維地震追蹤也發現，大型峽谷水道和大面積分布的海底扇起始于該走滑轉換帶前端，可見走滑轉換帶應是碎屑物質注入盆地的主要通道。這個過程是侵蝕作用提供的和海南島河流水系帶來的碎屑物質都向走滑轉換帶低洼處匯聚，再向盆內注入形成了大型三角洲，并在三角洲前端形成了大型海底扇、水道等重力流沉積體系［參見圖2（a）］。

3.2 坡折樣式對層序沉積樣式的控制

坡折帶是指地形坡度發生突變的地帶［13］，按成因機制可以劃分為斷裂坡折、撓曲坡折和沉積坡折［14-15］。不同坡折類型形成了不同的古地貌形態，控制了不同沉積類型：①斷裂坡折發育在一號斷層附近，因斷層活動導致斷裂坡折上、下地形高差大，在距今10.5 Ma（黃流組沉積時期）海平面大幅下降背景下，斷裂坡折之上的區域遭受剝蝕，成為物源區，斷裂坡折之下接受黃流組沉積（圖5），發育三角洲沉積體系；②撓曲坡折發育在盆內近斜坡區，是由于下覆斷層隱伏式微弱活動導致海底地形發生

撓曲變形所致。撓曲坡折控制了三級層序內的體系域分布。撓曲坡折之上區域缺少低位域沉積，只發育了海侵+高位體系域，底界面（T40）表現為上超下削的地震特征，撓曲坡折之下區域低位體系域發育。目前發現的大型重力流峽谷水道、海底扇都位于撓曲坡折之下（圖5），可見撓曲坡折對重力流沉積具有控制作用。總體上，坡折樣式對層序沉積樣式的控制過程是：斷裂坡折下發育的三角洲或扇三角洲持續向凹陷方向前積，在撓曲坡折帶由于坡度加大、水體加深，誘發形成了重力流，形成了低位域峽谷水道和海底扇，因此在撓曲坡折之下區域是尋找大型重力流儲集體的有利區域（圖5）。

3.3 海平面下降與異常沉降對低位域沉積的控制

圖5 鶯歌海盆地東部坡折類型（剖面位置見圖4）Fig.5 Slope break in eastern Yinggehai Basin

海平面下降對重力流沉積具有明顯的控制作用［16-17］。謝金有等［18］基于有孔蟲和鈣質超微化石資料，輔以古生態、成因相及特征沉積構造分析和反射地震剖面的海岸上超分析，編制了鶯歌海盆地和瓊東南盆地海平面變化曲線，表明黃流組沉積時期發生了大規模海平面下降事件（參見圖1），如DF1-1-11井古水深從100多米下降到25 m。王振峰等［19］指出南海西沙地區西科1井BIT指數在中中新世晚期（距今10.5 Ma）出現了大幅度地上升，表明該時期受全球及區域海平面變化下降影響，大氣淡水淋濾碳酸鹽臺地，導致其有機分子化合物中BIT指數呈現高值。總之，南海地區黃流組沉積早期大規模海平面下降事件已被古生物、化學元素等多方面證據所證實，這一特征與全球海平面變化吻合。目前，勘探實踐表明鶯歌海盆地乃至瓊東南盆地黃流組二段是重力流最為發育的層段，這是因為該時期海平面下降，濱線向盆地方向遷移，有利于碎屑物質長距離搬運至凹陷內沉積。

盆地沉降與海平面升降耦合作用可影響可容納空間變化，從而控制了沉積物的充填和堆積樣式，最終影響沉積體系和層序的展布特征［20］。一直以來，鶯歌海盆地裂后期沉降速率遠高于正常熱沉降速率，而被稱為異常沉降。崔濤等［21］通過回剝法和應變速率反演方法，結合鉆井和地層剖面資料進行研究，認為盆緣斷裂的右旋走滑作用是異常沉降的主要控制因素。孫珍等［7］通過物理模擬實驗進行鶯歌海盆地構造演化機制分析，認為其左旋走滑向右旋走滑轉換時期大致發生在距今10.4 Ma前后，應力場來自華南地塊沿紅河斷裂的右行走滑。該認識從側面佐證了異常沉降的原因。新的三維地震資料連片處理后，可見鶯歌海凹陷在距今10.5 Ma時發生了明顯的構造反轉。梅一段沉積時期，北部東方區和南部樂東區呈現出巨大的沉降速率差異，北部東方區沉降速率最大，南部樂東區沉降速率較小，導致該時期為南高北低的格局，局部沉降中心位于北部東方區。黃流組沉積時期，南部樂東區沉降速率大于北部東方區沉降速率，導致局部沉降中心遷移至樂東區，鶯歌海凹陷呈現出北高南低的古地貌格局（圖6），碎屑物質注入盆地后向南部搬運，這是導致峽谷水道、海底扇都由北往南延伸的主要原因。總之，多方面證據都表明受右旋走滑作用影響，鶯歌海凹陷中新世沉降作用機制特殊、特征異常。

利用3Dmove軟件進行古構造恢復，表明在上述異常沉降機制的影響下，鶯歌海凹陷南部和北部沉降速率差異很大，凹陷內古地貌不是簡單的“圓鍋底”形態，而是沿盆地長軸方向產生了不同的沉積坡降并且形成了局部沉降中心。重力流沉積與沉降中心具有良好的疊合性（參見圖2），表明異常沉降作用形成的局部沉降中心對重力流沉積卸載具有控制作用。例如，黃二段沉積時期，盆地內重力流海底扇進入鼎盛發育時期，在凹陷中部昌南區—南部樂東區沉降中心附近發育了DF29，DF36，LD14，LD15等眾多海底扇以及LD10大型峽谷水道［參見圖3（a）］；黃一段沉積時期，隆凹格局減弱，海平面相對上升，低位體系域分布廣泛，東方、昌南、樂東區都有發育，東方區發育DF13海底扇、樂東區發育LT32海底扇［參見圖 2（b）］。

3.4 底辟活動對重力流沉積的控制

圖6 構造反轉面S40面（10.5 Ma）地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.6 Seismic section of tectonic inversion surface S40（10.5 Ma）

古地貌對沉積作用具有重要影響，直接或間接控制沉積體的類型、規模及其展布特征［22-23］。底辟構造指在一定地質條件下深部低密度物質發生塑性流動變形，并沿上覆地層薄弱區擠入或上侵而形成的一種構造，在世界范圍內已被大量揭示［24］。顯然，底辟活動也會改變海底地形，從而對沉積物卸載位置產生影響。鶯歌海盆地黃流組至少可以識別出2種控制沉積的底辟類型：①塌陷型（昌南6-1）。在底辟深部低密度物質上涌結束后，在底辟周緣形成巨大的塌陷區，塌陷區外地層沉積厚度薄、塌陷區內沉積地層突然增厚，且由于坡度加大形成了重力流沉積（DF36海底扇）［圖7（a）］；②隆升型（樂東8-1）。底辟隆升導致底辟頂部水體變淺，可容納空間小，沉積厚度薄。底辟翼部地勢較低，可容納空間充足，地層沉積厚，常卸載重力流沉積（LD15海底扇）［圖 7（b）］。

圖7 2種底辟活動控沉積類型（剖面位置見圖2）Fig.7 Two types of diapirism controlled deposition

4 沉積模式及特征

鶯歌海盆地東部黃流組發育大型海底扇和峽谷水道兩類重力流沉積體系。該重力流沉積成因是走滑轉換帶控制了主要沉積物供給通道，受盆內異常沉降作用影響，造成盆地內黃流組沉積期北高南低的古地貌格局，碎屑物質注入盆地后向南部搬運，在撓曲坡折處坡度加大形成重力流，繼續向沉降中心附近搬運卸載，發育低位域重力流沉積體。重力流沉積卸載位置受到底辟活動影響，隆升型底辟翼部和塌陷型底辟核部均是重力流沉積卸載區（圖8）。在LD10大型峽谷水道LD10-F井鉆遇172 m厚的中砂巖［參見圖2（b）］，這一勘探突破驗證了前期研究的正確性，揭示了該區大型重力流海底扇和軸向水道領域的巨大勘探前景，已成為南海西部海域“十三五”期間重要的天然氣勘探領域。

前已述及，鶯歌海盆地東部黃流組沉積期整體處于坳陷階段，盆地以熱沉降作用為主，由于一號斷裂活動強度較弱，呈現出向盆地邊緣減薄的坳陷結構特征，并未呈現出斷層下降盤地層增厚等典型斷陷結構特征，研究過程中容易忽略構造對層序沉積的影響。實際上，與構造相關的坡折類型、異常沉降、底辟活動等許多非典型構造因素明顯控制了層序沉積特征，這些特征不同于近些年國內外研究較多的典型構造活動型盆地［25］，如前陸盆地、主動大陸邊緣盆地、斷陷盆地，也不同于被動大陸邊緣盆地的經典層序地層模式。這是走滑-伸展型鶯歌海盆地表現出的具有特色的非典型構造-層序沉積特征。

圖8 鶯歌海盆地東部黃流組沉積模式Fig.8 Sedimentary model of Huangliu Formation in Eastern Yinggehai Basin

5 結論

（1）鶯歌海盆地東部邊緣走滑轉換帶大型溝谷發育，控制了主物源注入通道；撓曲坡折處坡度加大促發了重力流的形成；大規模海平面下降與凹陷內異常沉降作用耦合控制了低位域重力流砂體分布；盆內底辟活動改變了微古地貌格局，從而影響了重力流沉積卸載位置。LD10峽谷水道的成功勘探揭示了該區大型重力流海底扇和軸向水道領域的巨大勘探前景。

（2）與構造相關的坡折類型、異常沉降、底辟活動等非典型構造活動均對層序沉積具有重要的控制作用。表現出走滑-伸展型鶯歌海盆地發育許多具有特色的非典型構造-層序沉積特征。這些特征明顯不同于被動大陸邊緣盆地經典層序地層模式以及近些年國內外研究較多的典型構造活動型盆地，值得進一步深入探討。