珠江口盆地成盆-成烴-成藏: 代序

高陽東, 張向濤, 彭光榮, 李三忠 , 索艷慧

(1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518000; 2.深海圈層與地球系統教育部前沿科學中心,海底科學與探測技術教育部重點實驗室, 中國海洋大學 海洋地球科學學院, 山東 青島 266100; 3.青島海洋科學與技術國家實驗室 海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室, 山東 青島 266100)

0 引 言

東亞陸緣處于東部環太平洋和西部新特提斯構造域的交匯區域, 經歷了強烈的巖石圈減薄過程,發育眾多的邊緣海和陸緣盆地。其中, 南海海盆是東亞陸緣最大、最重要的邊緣海盆地, 是研究環太平洋和新特提斯兩大構造域相互作用過程和方式的關鍵區域。前人對南海海盆的磁條帶、轉換斷層、洋陸轉換帶等關鍵地質問題開展了大量的地質-地球物理研究(Briais et al., 1993; 夏少紅等, 2010; 丘學林等, 2011; 孫珍等, 2011), 揭示了其洋殼年齡和結構等重要信息, 但是關于南海的打開模式仍存在爭議, 如: ①與印度-澳大利亞板塊和歐亞板塊碰撞有關的擠出-逃逸模式(Molnar and Tapponnier, 1977;Tapponnier et al., 1990); ②與太平洋板塊俯沖有關的弧后擴張模式(Karig, 1971; Ben-Avraham and Uyeda, 1973; Honza, 1995; 任建業和李思田, 2000;Flower et al., 2001); ③與巖石圈深部構造有關的地幔柱模式(王賢覺等, 1984; 鄢全樹和石學法, 2007);④與古南海俯沖有關的俯沖拖曳模式(王鵬程等,2017; Wang et al., 2020); ⑤右行拉分模式(許浚遠和張凌云, 1999; Li et al., 2012; Xu et al., 2014; Suo et al., 2014)等等。

珠江口盆地是南海北部陸緣盆地群中最大的盆地, 經歷了裂陷期、過渡期和漂移期等構造演化階段, 盆地內部保留了陸緣裂解到南海海盆擴張過程的構造變形、巖漿和沉積記錄。對其幾何學、運動學和動力學的精細研究, 有助于對南海打開動力學機制的探討。傳統觀點認為, 珠江口盆地主要為NEE 和NW 向等多組伸展斷裂控制的“南北分帶、東西分段”的構造格局(鐘志洪等, 2014)。但越來越多的證據表明, NE 向走滑構造與珠江口盆地乃至整個南海北部陸緣盆地群的演化密切相關(周蒂等, 2002;程世秀等, 2012; 王鵬程等, 2017), 這些NE 向走滑構造何時以及如何影響南海及其周邊盆地群的裂解和海盆打開值得探討。同時, 作為中國重要的油氣生產基地, 珠江口盆地目前的油氣勘探雖然已取得豐富成果, 且仍具有巨大勘探潛力, 但由于對NE 向走滑構造及其控藏作用研究不夠深入, 對珠江口盆地的成盆、成藏、成烴機制是否與渤海灣盆地、東海陸架盆地具有相似性也尚且未知。本專輯以位于珠江口盆地西部的陽江東凹作為精細解剖對象, 基于大地構造背景、盆地構造解析等, 嘗試對珠江口盆地成盆機制和南海海盆打開機制及其兩者的成因關聯等問題提出新的見解。

1 珠江口盆地多期走滑構造與成盆機制

通過對陽江東凹斷裂體系展布特征、沉積-沉降中心遷移規律和原型盆地恢復等工作, 可將其新生代構造劃分為早期(55～45 Ma)NW-SE 向伸展、中期(45～30 Ma, 具有穿時性)NE 向右行右階走滑和晚期(30～5 Ma)NWW 向左行左階走滑三個演化階段, 導致了陽江東凹乃至整個珠江口盆地下部寬裂谷、中部NE 向走滑拉分、上部NWW 向走滑拉分的三層疊合結構和早期強伸展、中晚期走滑拉分的成盆模式。

其動力學過程大致如下: ①～55 Ma, 古太平洋-太平洋洋中脊NW 向俯沖到東亞陸緣之下, 中國東部陸緣開始進入伸展裂陷期, 且裂陷作用一直持續至45 Ma, 形成了研究區早期NE 向彌散型展布的寬裂谷結構。②約45～30 Ma, 太平洋板塊的俯沖方向由NW 轉為NWW 向, 南海北部陸緣處于近S-N 向伸展的區域構造應力場作用下, 導致研究區中生代先存斷裂差異活化, 表現為NE 向燕山期基底斷裂右行走滑、主導控凹和近E-W 向印支期基底斷裂正斷拆離、被動控洼。NE 向右行走滑斷裂為南海北部盆地群的控盆斷裂, 是華南大陸NE 向斷裂向南海的延伸。③30 Ma 以來, 印支地塊向SE 擠出、菲律賓海板塊沿 NWW 向楔入, 在南海北部逐漸形成NWW 向左行走滑斷裂體系。因此, 珠江口盆地總體表現為太平洋動力機制下, 同期多級別走滑拉分的俄羅斯套娃成盆模式。

2 珠江口盆地多期走滑構造與油氣成藏機制

本專輯通過對陽江東凹地震相、沉積相、源-匯體系和成藏模式等研究, 結果表明: ①走滑斷裂可切穿基底, 深、淺部構造的物質和能量交換提高了地溫梯度, 促進了各生烴凹陷內烴源巖的演化;②走滑斷裂伴生的大量微裂縫改善了附近地層的儲集物性; ③走滑活動減弱或休眠期與區域性的沉降作用相匹配, 為區域性蓋層的發育提供了良好的構造背景; ④研究區早期和中期斷裂主導了油氣的垂向輸導和運移、晚期NWW 向走滑斷裂起到側向封堵作用, 穿斷運移成藏模式對淺層油氣成藏具有一定借鑒意義; ⑤陽江東凹總體為多期斷鼻圈閉、上下貫通、下輸上堵的張扭聯動式油氣成藏模式, 該模式豐富了油氣成藏理論, 對珠江口盆地類似地區的勘探具有一定借鑒意義。

此外, 珠江口盆地北部潛山披覆帶上首次發現了規模性富集的CO2氣層, 推測NE 向深大斷裂是CO2氣藏的氣源斷裂, 且其成藏過程具有“兩種原油類型、兩期原油充注、一期CO2驅油遠藏”的特點, 從而建立了火成巖、深大斷裂和CO2的關系; CO2充注驅油增強了油氣二次運移的動力, 促進了油氣的長距離運聚, 擴大了整個珠江口盆地北部斷階帶的勘探層系和勘探邊界。

3 南海海盆打開的動力學機制

通常, 大陸邊緣的裂解作用和海底擴張過程是被動大陸邊緣演化的連續階段。因此, 南海海盆的演化可以揭示南海北部盆地群的裂陷過程。如上所述, 在南海打開之前, 南海北部陸緣NE 向斷裂組合成的右行右階走滑拉分斷裂體系影響了南海北部盆地群的形成(程世秀等, 2012; 王鵬程等, 2017)。盆地群形成過程中, 巖石圈在伸展作用下不斷減薄直至破裂; 之后, 盆地群的寬裂谷型伸展作用轉變為海盆的擴張過程。

在西部新特提斯碰撞-擠出-逃逸動力體系和東部太平洋俯沖動力體系的聯合效應下, 南海北部盆地群的裂陷作用不斷向東、向南遷移。直至漸新世,NE 向右行右階走滑拉分斷裂體系的活動中心遷移至珠江口盆地東部和臺西南盆地。沿著NE 向斷裂展布方向, 珠江口盆地東部對應西北次海盆, 臺西南盆地對應東部次海盆。因此, 在該斷裂體系控制下, 南海北部巖石圈逐漸伸展、減薄, 最后破裂形成洋盆, 洋盆擴張方向為NNW-SSE 向、擴張脊為NEE向, 類似Xu et al. (2014)提出的日本海打開模式。25 Ma 以后, 由于太平洋板塊持續NWW 向俯沖到東亞陸緣之下, 同時印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊S-N 向擠壓碰撞, 導致研究區處于NW 向拉張應力場下, 洋中脊不僅發生南向躍遷而且發生了逆時針旋轉, 轉為NE 向并向西南次海盆拓展。同時, 南部古南海俯沖-拖曳構造體系向南俯沖作用加劇了海盆擴張。由于西南次海盆位置沒有直接對應古南海俯沖板片, 因此其拉張應力相對于東部海盆較小、伸展速率較低, 擴張方式也表現為向西漸進(Ding et al., 2016)。南海海盆打開主要受控于NE 向右行右階走滑拉分斷裂體系, 其動力來源主要來自太平洋俯沖動力系統(Wang et al., 2020)。

4 中國東部近海盆地走滑成盆-成藏機制

東亞陸緣新生代盆地的幾何學特征和展布方向具有很大的相似性, 即以NNE 向或NE 向斷裂為邊界構成的菱形或似菱形盆地占絕對優勢。盆地形成時, 以T 斷裂、R 及R"斷裂為邊界進行剪切拉分, 兩側塊體作近S-N 向分離, 產生了中國東部松遼盆地、渤海灣盆地、汾渭地塹、東海盆地和南海盆地等一系列右行走滑拉分盆地。以東海陸架盆地為例, 其東西邊界斷裂為R 斷裂, 這些斷裂均具有走滑性質;盆地內部廣泛分布右階雁列式地塹即凹陷, 且凹陷邊緣花狀構造發育, 表明它們具有右行剪切作用(索艷慧等, 2012; Suo et al., 2015)。渤海灣盆地石臼坨東428 潛山經歷了中生代印支期-燕山早期逆沖、燕山中-晚期伸展、燕山末期擠壓及新生代右行右階走滑拉分等多期構造疊加過程, 珠江口盆地演化與其極為相似; 特別是白云凹陷與渤海灣盆地具有巨大的相似性。

走滑構造對含油氣盆地的形成以及油氣的最終成藏關系密切相關, 走滑構造帶往往是形成大型油氣田的有利區帶。如在渤海灣盆地濟陽坳陷東部,走滑構造帶與油氣富集帶在構造位置上體現出很高的一致性: 在埕東斷層的兩側發現了埕東油田、老河口油田、飛雁灘油田、樁西油田和五號樁油田; 在長堤斷層附近發現了長堤油田; 在墾東斷層和墾東淺層走滑帶兩側發現了紅柳油田和新灘油田等等(胡海燕, 2007; 吳平, 2013)。同樣, 大量勘探資料顯示, 珠江口盆地陽江凹陷油氣探勘的突破與近些年對該凹陷發育的多期次大型走滑斷裂的控藏作用的重視有關。與典型的拉分盆地類似, 陽江凹陷中大型走滑斷裂是控制油氣運移和聚集的主要因素, 沿走滑斷裂發育的走滑拉分盆地是有機質儲存和儲層發育的優良場所。可見, 走滑作用與成藏動態要素具有非常大的影響作用。

5 展 望

珠江口盆地是典型的多期走滑拉分構造控制的疊合型盆地, 其形成演化可以很好地用走滑帶的“拉分”模型來解釋。該模型有效地解釋陽江東凹的走滑拉分構造, 并指導該區油氣的勘探, 且取得了突破性進展。

前人對渤海灣盆地、東海陸架盆地成因的早期認識為單一一次NW-SE 向的伸展盆地模式, 如今這種模式被大量勘探事實所否定, 而走滑拉分盆地為核心的多幕成因機制逐漸被學者所認可(李三忠等,2012b; Huang et al., 2019)。中國東部從北到南的新生代盆地具有相似的成因, 都為走滑拉分盆地為核心的多幕成因機制(周蒂等, 2002; 李三忠等, 2012a,2012b; Li et al., 2012; Suo et al., 2014; Wang et al.,2020), 這個觀點不僅改變了傳統認識, 也給大型油氣田勘探帶來巨大效益。