珠江口盆地番禺低隆起文昌组断裂活动性特征及其对沉积的影响

来源:用户上传      作者: 宗奕　梁建设　郭刚

　　摘要：珠江口盆地番禺低隆起具有文昌组地层沉积，而断裂活动对文昌组沉积和沉积相展布有重要影响。基于断层活动速率方法，对文昌组控洼断裂活动性特征进行定量研究；结合沉降速率分析，对控洼断裂活动性强度及断面样式与沉积相展布进行相关性分析。结果表明：当活动速率大于00 m·Ma-时，断裂控制中深湖相沉积；当活动速率小于00 m·Ma-时，断裂控制中深湖相沉积边缘或三角洲相及滨浅湖相；中央隆起带文昌组控洼断裂活动性和珠Ⅰ坳陷文昌组具有很强的正相关性；控洼断裂的活动性差异控制着沉降中心的发育；不同断裂构造样式对沉积体系的发育也有一定控制作用，板式断裂控制的沉降中心靠近断裂边缘，而铲式断裂控制的沉降中心则更靠近盆地中心；深入分析断层活动速率大于00 m·Ma-且控制文昌组中深湖相的区域，可能会发现油田。
　　关键词：断层；活动速率；沉积相；中央隆起带；文昌组；番禺低隆起；珠江口盆地
　　中图分类号：P542+3；TE22 文献标志码：A
　　0引言
　　珠江口盆地中央隆起带是中国南海重要的油气聚集带［－5］。截至2009年底，中央隆起带累计已钻探井0口，其中油气流及油气层井共68口，具有较好的勘探前景。200年，在中央隆起带的番禺低隆起内部发现文昌组、恩平组沉积期的残余洼陷，并且具备良好的烃源岩条件［6－］，为隆起带勘探新亮点，突破了隆起带无烃源岩的旧模式。但对番禺低隆起上的文昌组残余洼陷控洼断裂活动性特征及其对沉积的影响认识不清，对残洼的成藏规律未系统研究，已成为制约本区油气勘探进程的重要因素。笔者基于断层活动速率方法，对珠江口盆地番禺低隆起文昌组控洼断裂进行定量活动性特征研究；结合沉降速率分析，对控洼断裂活动性强弱及断面样式与沉积相展布进行相关性分析；并通过与相邻的珠Ⅰ坳陷进行对比研究，初步归纳出残洼成藏规律。
　　珠江口盆地位于南海北部大陆架东部近海，为新生代含油气盆地［2］。盆地划分为“三隆夹两坳”5个次级构造单元：北部隆起带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带、南部隆起带。番禺低隆起位于中央隆起带盆地中部，东为东沙隆起，西接神狐隆起，向南倾没于白云洼陷，面积为8 350 km2（图）。3个隆起均呈北东向展布，其洼陷方向也与隆起走向一致。中央隆起带断裂的方向主要为控制文昌组沉积的近东西向。珠江口盆地经历了多期构造运动演化，沉积了古新统神狐组、始新统文昌组和下渐新统恩平组，发育了文昌组和恩平组2套烃源岩；晚渐新世至早中新世沉积了珠海组和珠江组，是主要的油气产层；中中新世以来形成了广海盆地，沉积了韩江组、粤海组和万山组［3－5］。
　　2断裂活动性特征及其对沉积的影响
　　2研究方法
　　断裂控制着断陷盆地的构造格局，也控制着坳陷层序和沉积的发育，因此准确厘定断裂活动的时间和强度对于油气勘探具有重要意义。研究断裂活动性的常用方法包括断层生长指数法、断层落差法和断层活动速率法［6－20］。
　　断层生长指数是指被断层所割的地层单元下降盘与上升盘厚度的比值。断层生长指数要求凹陷内各时代不同部位的沉积速率要一致，且断层上、下盘无大的沉积间断，而在凹陷沉积及沉积物来源等因素的影响下，沉积速率差异性较大，因此在空间上该指数不适合用于对比断层活动强弱的相对变化。断层落差指某地质时期垂直于断层走向的剖面上两盘相同层之间的铅直距离。断层落差法要求剥蚀区上、下盘剥蚀厚度一致，未考虑沉积压实效应，并且未考虑时间的概念。
　　断层活动速率参数可描述断裂的活动特征。断层活动速率法避免了断层生长指数法不能用于对比断层活动相对强弱变化的弊端，弥补了断层落差法由于缺少时间概念所带来的不足，能够更好地反映断裂的活动特点。断层活动速率是指某一地层单元在一定时期内，因断裂活动形成的落差与相应沉积时间的比值［2］，
　　上述3种方法在利用现今地层厚度进行计算时都具有局限性。现今厚度是地史过程中经过压实、剥蚀和构造沉降等作用的产物［22］，只有利用原始地层厚度进行计算才能较为精确地描述当时的断裂活动性。恢复原始地层厚度则需要对沉积史进行重建，进行压实校正、古水深校正、剥蚀校正和构造变形校正。本研究利用Trinity和Genesis盆地模拟技术，得到文昌组地层的原始厚度、构造沉降史及沉降速率，并结合断层活动速率法来分析断裂活动性特征。
　　22断裂活动性特征
　　断陷控制湖盆沉积，同沉积构造的活动所产生的古地貌对沉积体系域的发育分布起着极其重要的控制作用。番禺低隆起文昌组残洼作为一系列断陷湖盆，其沉积体系特征和展布受到控洼断裂的深刻影响。
　　本研究分别在番禺低隆起PY5洼、PY24洼和PY27洼各选取5～7条测线进行活动速率分析，测线位置见图2。从图3可以得出，这3个文昌组残洼主干断裂的活动速率差异较大。其中，PY5洼控洼断裂活动速率主要集中在00 m·Ma-以下，变化幅度较小；而PY24洼和PY27洼控洼断裂活动速率主要集中在00 m·Ma-以上，且变化幅度较大。
　　结合文昌组残洼沉积相的研究成果，PY5洼沉积相主要为滨浅湖相、三角洲相和扇三角洲相组合，而PY27洼和PY24洼沉积相主要为中深湖相、滨浅湖相、三角洲相和扇三角洲相组合，即PY5洼没有中深湖相沉积。PY5洼控洼断裂活动速率相对较低；而PY27洼和PY24洼在具有中深湖相沉积处的控洼断裂活动速率基本都大于00 m·Ma-。PY24洼东部不具有中深湖相沉积，断层活动速率在90 m·Ma-以下；在PY27洼中深湖相沉积边缘（如测线5）控洼断裂活动速率为68 m·Ma-。
　　综上所述，番禺低隆起文昌组残洼的控洼断裂活动性特征为：当活动速率大于00 m·Ma-时，形成较大的可容空间，往往控制中深湖相沉积；活动速率小于00 m·Ma-时，形成较小的可容空间，控制滨浅湖相和三角洲相沉积。
　　23断裂活动性对沉积的影响 　　断裂控制沉积作用在平面上主要表现为对沉积中心的影响以及沉积相带发育的差异（图4）。番禺低隆起文昌组残洼沉积体系发育主要受控洼断裂影响，其差异性控制主要分为控洼断裂控制沉降中心发育和控洼断裂不同的构造样式控制沉降中心与盆地边缘距离。
　　23沉降中心差异性分布
　　控洼断裂的活动性差异控制着沉降中心的发育。文昌组残洼具有2个沉积中心，即PY24洼西部，其最大沉降速率为27 m· Ma-（图4）；PY27洼南部，其最大沉降速率为33 m·Ma-。2个沉降中心主要形成了半深湖—深湖相沉积。结合断裂活动性来看，沉降中心对应的活动速率在50 m·Ma-以上，最高可达3295 m·Ma-。相对于沉降中心较高的沉降速率和断层活动速率，在断层活动较弱的地区，仅发育滨浅湖相和三角洲相，比如PY5洼沉降速率基本在70 m·Ma-以下，而断层活动速率也较低。
　　232构造样式对沉积的控制
　　断层构造样式的差异控制断裂活动性。不同断层构造样式对沉降中心与盆地边缘的距离具有控制作用。番禺低隆起断裂具有3种构造样式：板式断裂、铲式断裂和阶式断裂（图4）。PY5洼的板式断裂（如测线C）控制的沉降中心靠近断裂边缘；PY24洼的铲式断裂（如测线B）控制的沉降中心更靠近盆地中心；PY27洼的阶式断裂（如测线A）组合控制
　　图4番禺低隆起文昌组沉积相与沉积速率、断裂活动性关系
　　Fig4Relationships of Sedimentary Facies to Rate and Fault Activity in Wenchang Formation of Panyu Low Uplift
　　的沉降中心则向盆地中心逐渐加深。同时，不同断层构造样式也控制着不同沉积体系的发育情况。板式断裂产状陡，落差较大，物源能够快速堆积，所控沉积厚度大；铲式断裂主要控制扇三角洲的发育，与板式断裂相比，砂体沉积厚度相对较薄，但分布更广泛；阶式断裂组合是板式断裂和铲式断裂的过渡类型，控制着一定面积的扇三角洲。
　　24番禺低隆起与珠Ⅰ坳陷文昌组控洼断裂对比
　　番禺低隆起与珠Ⅰ坳陷内恩平凹陷相邻，在地质背景上具有很强的相似性。笔者拟进行对比研究，试图从断裂控制沉积角度，抓住其内部联系，进而为残洼的进一步勘探提供依据。
　　24断裂活动性对比
　　本研究在珠Ⅰ坳陷分别选取EP7洼、PY4洼、XJ36洼、Z26洼和LF3N洼各选取5条测线进行活动速率分析（图5）。这5个文昌组残洼主干断裂的活动速率差异较大： EP7洼控洼断裂活动速率主要集中在50 m·Ma-以上； PY4洼、 LF3N洼和Z26洼控洼断裂活动速率一般均高于00 m·Ma-；XJ36洼控洼断裂活动速率则全部明显低于00 m·Ma-（图6）。
　　结合文昌组残洼沉积相的研究，EP7洼控洼断裂活动速率最高，主要控制中深湖相沉积。PY4洼在测线位置的断层活动速率为90 m·Ma-，控制中深湖相沉积边缘；而其他位置点的断层活动速率均大于00 m·Ma-，控制中深湖沉积相。XJ36洼控洼断裂活动速率较低，没有形成中深湖沉积相。Z26洼在测线5位置的断层活动速率为9 m·Ma-，仅控制中深湖相沉积边缘，而其他位置点的断层活动速率均大于50 m·Ma-，形成中深湖相沉积。LF3N洼控洼断裂活动速率变化较为平缓，均大于00 m·Ma-，控制中深湖沉积相沉积。
　　通过与番禺低隆起断裂活动性对比，笔者认为中央隆起带文昌组控洼断裂活动性和珠Ⅰ坳陷文昌组具有很强的相关性。在文昌组控洼断裂活动速率大于00 m·Ma-时，形成中深湖相沉积；在控洼断裂活动速率小于00 m·Ma-时，控制中深湖相沉积边缘或三角洲相及滨浅湖相；当活动速率波动较大时，一般控制中深湖相沉积；当活动速率波动比较平稳时，基本不控制中深湖相沉积。
　　242成藏对比
　　与珠Ⅰ坳陷进行成藏对比，笔者认为文昌组具有中深湖相沉积，且断裂活动性较强的洼陷附近有一系列的油田分布（图5），如EP7洼、PY4洼、Z26洼、LF3N洼；而XJ36洼附近则没有油田分布。相对于珠Ⅰ坳陷的成功勘探，番禺低隆起文昌组残洼周缘尚未发现油田。因此，深入分析断层活动速率大于00 m·Ma-且控制文昌组中深湖相的区域，有可能发现油田。
　　3结语
　　（）番禺低隆起文昌组控洼断裂活动速率大于00 m·Ma-时，形成较大的可容空间，往往控制中深湖相沉积；当活动速率小于00 m·Ma-时，形成较小的可容空间，控制滨浅湖相和三角洲相沉积。
　　（2）控洼断裂活动性的差异控制着沉降中心的发育。不同断裂构造样式对沉积体系的发育也有一定控制作用， 板式断裂控制的沉降中心靠近断裂边缘，而铲式断裂控制的沉降中心则更靠近盆地中心。
　　（3）番禺低隆起文昌组控洼断裂活动性和珠Ⅰ坳陷文昌组控洼断裂活动性具有很强的相关性。当活动速率波动较大时，一般控制中深湖相沉积；当活动速率波动比较平稳时，基本不控制中深湖相沉积。深入分析断层活动速率大于00 m·Ma-且控制文昌组中深湖相的区域，可能会发现油田。从断裂活动性控制沉积角度揭示的珠Ⅰ凹陷成藏规律，可为番禺低隆起下一步勘探提供理论基础。[2]
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