東海麗水凹陷構造轉移帶特征及其油氣地質意義

劉 歡，許長海，2，申雯龍，鄧玉玲

（1.同濟大學海洋與地球科學學院，上海 200092；2.同濟大學海洋地質國家重點實驗室，上海 200092；3.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

構造轉移帶（transfer zone）是斷層位移從一條斷層轉移或傳遞到另一條斷層的地帶，以此來實現區域應變的守恒。如果地質學家沒有引入構造轉移帶的概念，我們對大型伸展構造域的認識（例如裂谷系統）將永遠達不到現在的水平。認識到裂谷系統的不同部分（有時具有完全不同的結構樣式）相互作用，形成一個連貫的動力系統，是向前邁出的一大步。盡管構造轉移帶的概念是從逆沖區域的相互連接的斷裂系統中得來的［1］，但自20 世紀80年代初以來，它更多地是被應用于伸展區域的研究。MORLEY 等提出了一個被廣泛接受的定義：構造轉移帶是保存區域應變變形特征的協調系統［2］。由于區域伸展應變一般不集中在一條大斷層上，而是分布于不同的小斷層，因此構造轉移帶的出現是這些伸展區域的一個非常普遍的現象。此外，構造轉移帶通常對應于裂谷邊界斷層幾何形狀顯著變化（如斷層走向的急劇變化或傾向截然相反）的區域。因此，如果想要理解裂谷或者伸展盆地的復雜特征，則不能忽略構造轉移帶。

構造轉移帶存在很多不同的術語，國外與之相關的 有“relay zone”，“relay ramp”，“accommodation zone”，“graben shift”等［3-15］，這些術語通常有不同的含義，但都指示“transfer zone”的一種類型。中國學者常稱之為構造變換帶［16-21］、構造轉換帶［22-26］、斷層調節帶［26-29］等，在本文中筆者將其稱為構造轉移帶，因為“transfer zone”的本質意義在于描述伸展區域中為達到區域伸展應力平衡而出現的斷層位移的轉移或傳遞，而在使用“變換”或“轉換”一詞時，顯然“transform”更為合適，最為明顯的例子便是轉換斷層（transform fault）。

麗水凹陷是在晚中生代殘留盆地基礎上發育起來的新生代斷陷盆地，與當今許多著名的裂谷盆地，如東非蘇伊士裂谷系、北海維京地塹、奧斯陸裂谷、貝加爾湖等［30-35］類似，在其形成、發育與演化的過程中，都發育了特征明顯的構造轉移帶，這些構造轉移帶在很大程度上決定了裂谷盆地的結構特征，控制了裂谷盆地的發育，對其沉積物輸入的過程、儲層發育及油氣成藏都有著至關重要的影響［36-39］。然而目前尚未有關于麗水凹陷構造轉移帶的研究報道，筆者首次對麗水凹陷構造轉移帶的發育位置和類型進行了詳細的分析，并探討了構造轉移帶對于麗水凹陷的油氣地質意義，為研究區提供新的油氣勘探方向。

1 區域地質概況

麗水凹陷位于東海陸架盆地的西南側，北側與椒江凹陷相鄰，東側以雁蕩凸起與福州凹陷相隔，西部與浙閩隆起區相接。總體呈NE—SW 向展布，可以劃分為西次凹、靈峰凸起、東次凹和南次凹4個構造單元，總面積約為10 850 km2（圖1）。

圖1 麗水凹陷構造位置及構造綱要Fig.1 Structural location and map of Lishui Sag

研究區沉積基底為中生代噴出巖、侵入巖及中元古代變質巖，之上為碎屑沉積為主的新生界，最大沉積厚度約為10 000 m。自下而上依次為上白堊統石門潭組、下古新統月桂峰組（E1y）、上古新統靈峰組（E1l）和明月峰組（E1m）、下始新統甌江組（E2o）、中始新統溫州組（E2w）、中新統、上新統組成，缺失上始新統及漸新統。

麗水凹陷從中生代末至第四紀經歷了4個構造演化階段：①斷陷階段（晚白堊世至古新世），在殘留中生代盆地基底上形成了NE—SW向地塹和半地塹沉積中心，顯示NW—SE 向的伸展應力與西太平洋板塊俯沖歐亞板塊有關。晚白堊世—古新世中期經歷了一個快速沉積期，發生了強烈的斷陷活動。古新世末期斷陷作用開始減弱，靈峰凸起逐漸沉沒于水下，次級盆地開始連接，沉積中心向東遷移。②拗陷階段（始新世早期至始新世晚期），古新世末期甌江運動結束了斷陷階段，麗水凹陷發生第1 次構造反轉。伸展運動和沉積速率顯著減慢，伸展斷層不再控制沉降中心［40］。③抬升階段（始新世晚期至中新世晚期），研究區發生了區域侵蝕事件。以花港運動為代表的第2次構造反轉對區域抬升和剝蝕起了重要作用，致使麗水凹陷缺失上始新統和整個漸新統。④區域沉降階段（晚中新世至第四紀），麗水凹陷進入平靜的沉降期，沉積中心繼續向東遷移［41］。

2 構造轉移帶形成及類型

裂谷邊界通常受較大的、延伸較遠的邊界正斷層控制，但這些邊界正斷層的走向往往并不是始終如一的，而是在某些地區發生了急劇的變化，并造成裂谷發生軸向偏移及地塹沉積中心的遷移［37］（圖2）。這是因為在裂谷發育初期，斷裂系統是高度分段的，不同斷層之間通過構造轉移帶進行連接，個別裂谷盆地是孤立的［30-33］。在裂谷發育的早期階段，隨著伸展程度的增加，裂谷斷層在斷距增大的同時又沿走向傳播，直到個別斷層段相連接起來。當斷層連接時，伸展作用集中在迅速積累大量個體位移的少數斷層上，這通常是裂谷發育的高潮階段。該階段盆地發生了沿走向的連接，之前孤立的裂谷盆地也得以連接形成統一的裂谷盆地。

圖2 裂谷邊界斷層走向的變化造成地塹軸偏移及沉積中心遷移Fig.2 Shift of graben axis and transition of sedimentary center caused by change in fault strike at rift boundary

2.1 斷層生長模式

斷層的生長發育存在徑向傳播和分段式斷層增長2種模式（圖3）［42］。在徑向傳播過程中，隨著時間的推移，單個斷層延長并積累了更多的位移，其斷層位移隨走向的變化曲線在形狀上不會發生變化。當斷層分段式增長時，隨著斷層的進一步發育，單個斷層逐漸相互連接，導致斷層長度突然增加，位移-走向曲線發生不規則的變化。在斷層生長發育的后期，其位移-走向曲線逐漸恢復，因為主要位移累積，而傳播不會進一步增加（圖4）。斷層出現分段式增長的很大一部分原因在于其周圍巖性的不均一性，當遇到韌性較高的巖體時，斷層尖端的不均勻傳播會導致斷層的分段［43］。

圖3 斷層生長模式(根據文獻［42］修改)Fig.3 Fault growth modes（Modified by Reference［42］）

圖4 不同斷層生長模式下斷層位移-走向曲線(根據文獻［42］修改)Fig.4 Curves of fault displacement-strike in different fault growth modes（Modified by Reference［42］）

2.2 構造轉移帶分類

目前已有很多對于構造轉移帶的分類方案，但各方案的標準不同，因此很難有統一的觀點。MORLEY 根據東非裂谷系統的觀測結果，基于斷層之間的幾何輪廓，引入構造轉移帶的系統分類方案，認為主要存在同向型（斷層傾向相同）和共軛型（斷層傾向相反）2 種類型，根據主要斷層的重疊程度可以進一步劃分為接近型、重疊型和并列型等9 種類型［2］。漆家福在前人研究的基礎上認為裂陷盆地主干正斷層之間的幾何關系可以分為同向傾斜、背向傾斜和相向傾斜3 種組合方式，正斷層之間的構造變換方式可以分為緩沖式、接力式、消長式、傳遞式和消減式等5 種形式，構成了15 種類型的構造轉移帶［16］。不同方式的斷裂組合所形成的不同構造轉移帶類型會隨著主干正斷層位移的漸進增大發生相應的轉變。

盡管存在眾多的分類方案，但根據斷層的發育過程，總體可以分為軟連接（soft-linkage）和硬連接（hard-linkage）2 種類型［44-49］。軟連接的表現形式為中轉斜坡（relay ramp），發育在2 條重疊且傾向相同的正斷層之間（圖5a），此時2 條斷層之間還沒有連接起來，對應于斷層發育的早期階段；而硬連接的表現形式為轉移斷層（transfer fault），將之前重疊的2 條正斷層連接起來（圖5b），對應斷層發育的晚期階段。此外，還存在一種特殊的構造轉移帶類型，稱之為調節帶（accommodation zone），指的是2 條傾向相反的正斷層之間重疊的區域（圖5c）。當一個調節帶內的重疊斷層傾向相向時，就會形成一個低起伏的調節帶，而當斷層傾向相背時，就會形成一個高起伏的調節帶［31］。調節帶通常是不同裂谷盆地之間的構造或是所謂的跨流域轉移帶［32］，而中轉斜坡則是裂谷同一側不同斷層之間的過渡帶或盆地內轉移帶。盡管“調節帶”常用于指構造轉移帶，但嚴格說來，調節帶的重疊斷層不必同時活動，而使用“轉移帶”則表明斷層同時活動［36］。在這里考慮到調節帶也是斷層生長過程中的產物，因此也將其劃分至構造轉移帶當中。

圖5 構造轉移帶的分類Fig.5 Classification of transfer zones

總的來說，區域伸展應變不集中于單一的大位移斷層，而是分布在不同的分段斷層。構造轉移帶對應于這些斷層之間的區域，復雜的變形特征將斷層位移從一條斷層轉移或傳遞到另一條斷層。根據斷層生長發育的過程，可以劃分出3 種類型的構造轉移帶：軟連接階段的中轉斜坡、硬連接階段的轉移斷層以及調節帶。對于中轉斜坡，通常會發育很多微小斷層，為之后的中轉斜坡的破裂做準備；在硬連接階段，之前存在的中轉斜坡被轉移斷層破壞，從而實現了分段式斷層的連接（圖6）。

圖6 不同斷層連接階段的構造轉移帶類型(根據文獻［50］修改)Fig.6 Types of transfer zones in different stages of fault connection（Modified by Reference［50］）

3 構造轉移帶特征

麗水凹陷最明顯的結構特征是靈峰凸起將其分為東、西2 個次凹（圖1），然而不管是東次凹還是西次凹，在凹陷的內部都表現出結構的差異或構造的分帶性，在西次凹中部可以明顯地劃分為南、北2個構造帶（圖7），其斷裂特征呈現出差異性；東次凹的沉積中心呈躍遷式發展，與西次凹相同，其地塹軸都出現了偏移；最明顯的還是靈峰主斷裂以及靈峰凸起的走向，在麗水凹陷的中部呈現急劇變化（圖1，圖7），這些現象都是構造轉移帶作用的結果。為了綜合分析麗水凹陷的構造轉移帶，從斷裂平面和剖面特征、斷層位移-走向曲線、構造轉移帶地形特征共3個方面進行分析。

3.1 斷裂平面和剖面特征

麗水凹陷的斷裂在走向上總體呈NE—SW 向，具有雁列式展布特征，部分斷層走向發生旋轉，與伸展方向平行（呈NW向）。存在F1—F8共8條主要的邊界斷層，除F7 外均為反向斷層（傾向為NW 向，與剖面方向相反），這些斷層的走向多不規則，在某些部位發生較大變化，或在斷層末端疊置，在走向發生較大變化或斷層末端疊置部位通常為構造轉移帶分布的位置（圖7）。根據斷層走向變化將F1斷層分為F1-1，F1-2，F1-3，F1-4共4段，將F8斷層劃分 成F8-1 和F8-2 共2 段。其中F1-1 與F1-2 在 末端相互重疊，其重疊部位形成了破裂的中轉斜坡，F1-1 與F1-3 通過走向與之近于垂直的轉移斷層F1-4 進行連接。F4 分別與F2 及F3 在其重疊部位形成了中轉斜坡，F5 與F6（圖7 中的L5 測線）、F8-1與F8-2 相互疊置也形成了中轉斜坡。在麗水凹陷西次凹的中部，F8分別與F7及F1傾向相反，通過調節帶進行軟連接，該調節帶也造成了西次凹南、北部構造的分帶，南部斷裂在西次凹斜坡主體為順向斷層，而北部斷裂均為反向斷層（圖7 中的L2—L4測線）。先前存在的剪切帶可能是調節帶出現的原因［51］，對于麗水凹陷而言，調節帶出現的原因可能是F7 斷層與F1 斷層之間存在古老的剪切帶，但是由于地震資料在基底位置不夠清晰，因此無法驗證。

圖7 麗水凹陷基底(Tg反射層)斷裂系統及構造轉移帶平面和剖面特征Fig.7 Base（Tg reflector）fault system in Lishui Sag and plane and profile features of transfer zones

3.2 斷層位移-走向曲線特征

斷層的生長發育過程可以通過斷層位移-走向曲線體現，F1 作為麗水凹陷最大的邊界斷層，又稱為靈峰主斷裂，其發育過程對于凹陷的結構形成具有重大影響。F7 又稱坡折帶斷裂，一般認為與麗水36-1氣田密切相關，其走向變化極不規則，為此，選取F1與F7測定斷層位移-走向曲線。

如圖8所示，F1-1與F1-2在其重疊部位發生走向旋轉，且位移呈明顯下降趨勢，兩者通過轉移斷層連接，在重疊部位形成破裂的中轉斜坡。該中轉斜坡在地震剖面上也有明顯特征（圖7 中的L4 測線）。F1-1 與F1-3 在其末端位移均有明顯下降，通過轉移斷層F1-4 連接，且從斷層位移-走向曲線可以看出F1-1明顯是由幾段更小的斷層相連形成，但由于其走向變化較小，因此不再細分。

相較于F1，F7 的走向變化更為明顯，根據其位移隨走向的變化規律可以將F7 劃分為F7-1，F7-2，F7-3，F7-4 共4 段；其間通過轉移斷層T1，T2，T3 連接；在連接段F7-1，F7-2，F7-3，F7-4的位移均明顯減小。

3.3 構造轉移帶地形特征

利用地震資料可以很好地反映麗水凹陷的地形特征。從圖9 可以看出，靈峰凸起及靈峰主斷裂沿著研究區西次凹的邊界延伸，并在凹陷中部走向發生巨大的變化，其走向的突變正是構造轉移帶作用的結果。在斷層相互疊置部位，形成了特征明顯的中轉斜坡，其同斜坡傾向與2 條斷層重疊部分的走向平行。從沉積中心來看，在麗水凹陷的構造轉移帶出現的區域，地塹軸均發生了明顯的偏移，西次凹的斜坡部位因為高地勢調節帶A1 的出現也發生了錯位，低地勢調節帶A2（位于F1 與F7 之間）的出現則使西次凹中部的地形呈現略微的凸起。

圖9 麗水凹陷構造轉移帶地形特征Fig.9 Topographical features of transfer zones in Lishui Sag

4 油氣地質意義

在全世界許多裂谷盆地的構造轉移帶都發現了油氣藏且展現出極大的勘探潛力。例如在東非烏干達阿爾伯丁地塹的中轉斜坡已被證實含有豐富的油氣藏［52］。在北海維京地塹，Kvitebj?rn 油田是其迄今為止最大的油氣聚集區，具有約為9.53×108m3的可采石油和2.6×1012m3的可采天然氣，而該油田正位于地塹發生躍遷的位置，也就是中轉斜坡的位置［37］。在蘇伊士灣，硅質碎屑砂巖儲層以及油氣田聚集主要出現在中部和南部半地塹，而不是北部半地塹，同樣被解釋為中轉斜坡的控制作用［53］。因此，中轉斜坡對于油氣藏聚集的作用不容忽視。中轉斜坡對斷陷盆地油氣成藏的影響主要存在控制沉積物運輸以及油氣運移通道2個方面。

4.1 控制沉積物輸入

中轉斜坡對同構造期和構造后期沉積物的沉積、水系的流向、泥沙進入點的位置以及構造高處沙源區的侵蝕強度等都具有根本性的控制作用［53-61］。邊界斷裂系統中發育的中轉斜坡可以為粗粒沉積流進入盆地提供入口，在中轉斜坡發育辮狀河三角洲［54］，而在邊界斷層底部則發育扇三角洲，沉積物或潛在儲層砂體可能在邊界斷層附近以及中轉斜坡的底部堆積（圖10a）。中轉斜坡可能因為轉移斷層或其邊界斷層的連接而破裂，盆地邊緣的沉積路線受到構造抬升的強烈影響［53，55］。鄰近中轉斜坡的沉積物被掩埋，并不斷遠離裂谷邊緣，此時中轉斜坡之上發育扇三角洲，而在中轉斜坡底部發育近岸水下扇（圖10b）。在中轉斜坡遭到完全破壞之后，斷層活動也隨之不斷減少，中轉斜坡對沉積流的影響，特別是對細粒泥沙負荷水流的影響隨著裂谷作用而減小，只在邊界斷層與轉移斷層結合部位的底部發育扇三角洲（圖10c），最典型的例子是蘇伊士裂谷或北海［39］。

圖10 中轉斜坡的演化及其對沉積物輸入的影響Fig.10 Evolution of a relay ramp and its influence on sediment input

在麗水凹陷邊界斷層的衍化過程中產生了眾多的中轉斜坡，這些中轉斜坡或被轉移斷層所破壞，或保留下來，而發育中轉斜坡的位置都應引起足夠的重視，因為這代表可能的沉積物輸入通道。圖11 即為麗水凹陷發育的中轉斜坡以及在該位置上預測分布的三角洲砂體。

圖11 麗水凹陷三角洲砂體分布預測Fig.11 Distribution of delta sand bodies predicted in Lishui Sag

4.2 油氣運移通道

除控制沉積物輸入之外，中轉斜坡對于油氣運移也具有重要影響。首先，中轉斜坡是相連斷陷盆地或地塹系統的構造高部位，當烴源巖在地塹中心較深部位成熟時，油氣會向構造高部位逐步聚集，因此中轉斜坡很可能成為油氣運移的通道。JOHANNESEN 等指出在維京地塹的北部，油氣運移是以中轉斜坡作為通道，并通過斷層的側向遷移發生的［56］。其次，中轉斜坡是2 條斷層重疊且位移逐漸消失的區域，因此如果這2條斷層是蓋層斷層，那么其封閉性能將在中轉斜坡消失，該處油氣比其他部位更容易從地塹系統中逃逸出來，為能夠捕獲油氣的較淺側翼結構提供油源。最后，中轉斜坡可能會發育局部構造圈閉，例如美國猶他州峽谷國家公園地塹區和維京地塹［39］。然而發育中轉斜坡并不是有利油氣運聚的充分條件，孫同文等指出只有在轉換帶演化的早期，其完整性未被破壞、裂縫發育適中、儲層側向連通性較好時才可能成為油氣側向運移的通道［62］。

總之，中轉斜坡為局部構造高部位以及潛在油氣聚集場所的認識有助于集中勘探這些地區，識別中轉斜坡的存在應是油氣運移評價和盆地建?？紤]的重要因素。因此對于麗水凹陷，無論從對沉積物運輸的控制作用，還是作為油氣運移的通道，研究區發育的中轉斜坡都應引起足夠的重視。

5 結論

構造轉移帶是伸展斷陷盆地或裂谷系統中非常普遍的構造現象，其形成與演化受斷層生長發育的影響，根據斷層生長發育的不同階段可以將其劃分為軟連接階段的中轉斜坡、硬連接階段的轉移斷層以及調節帶。麗水凹陷的構造轉移帶發育明顯，對凹陷結構的形成有著至關重要的影響，是造成研究區西次凹南、北部構造分帶以及麗水凹陷地塹偏移、靈峰主斷裂和靈峰凸起走向急劇變化的主要原因。構造轉移帶的中轉斜坡為沉積物輸入盆地提供了絕佳的入口，也為油氣的運移提供了通道，是油氣聚集的有利地帶。對于麗水凹陷而言，應該對其內部的構造轉移帶特別是中轉斜坡足夠地重視，因為其可能成為新的油氣成藏有利區帶。