珠江口盆地珠一坳陷始新世中-晚期构造变革特征及成因

2016-11-22 08:46吴智平钟志洪张江涛于伟高王光增刘一鸣王守业
石油与天然气地质 2016年5期
关键词:珠江口盆地恩平裂谷

胡 阳,吴智平,钟志洪,张江涛,于伟高,王光增,刘一鸣,王守业

[1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院,山东 青岛 266580; 2.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司,广东 广州 510240;3.中海石油(中国)有限公司 天津分公司,天津 300450]



珠江口盆地珠一坳陷始新世中-晚期构造变革特征及成因

胡 阳1,吴智平1,钟志洪2,张江涛3,于伟高1,王光增1,刘一鸣1,王守业1

[1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院,山东 青岛 266580; 2.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司,广东 广州 510240;3.中海石油(中国)有限公司 天津分公司,天津 300450]

通过不整合面、断裂体系和盆地构造格局的综合分析,研究珠一坳陷早-中始新世与晚始新世—早渐新世之间的构造变革特征,探讨构造转型机制。印支半岛的旋转挤出及古南海向南俯冲,造成了区域应力场由NW向顺时针转变为近SN向拉张,导致了NE和NEE向断裂控盆向近EW和NWW向断裂控盆转变,且发育大量近EW向新生断裂。岩石圈伸展变形由均一式的宽裂谷模式向集中式的窄裂谷模式转变,且向南海北部大陆边缘迁移,造成了盆地格局由彼此孤立、分割性强的半地堑或窄地堑系趋于相互连通,盆地范围增大。在近SN向拉张作用下,珠一坳陷北缘控盆断裂作为北部的拉伸边界,为先存薄弱带,应力较集中,断裂活动强烈且明显向北扩展,沉降中心整体向北迁移。裂陷期盆地构造变革造成了文昌组与恩平组烃源岩特征的差异,导致了油气资源分布的贫富不均。

半地堑;裂谷;构造变革;始新世中-晚期;珠一坳陷;珠江口盆地

1 地质概况

图1 珠一坳陷区域位置(a)及构造简图(b)Fig.1 Location (a) and structure outline (b)of the Zhu 1 Depression

2 构造变革特征

2.1 不整合面发育特征

2.2 断裂体系特征

珠一坳陷裂陷期主要发育NE向、NEE向、NWW向和近EW向断裂,不同裂陷幕的断裂发育特征存在明显差异。

早-中始新世裂陷幕(文昌组沉积时期),以NE向和NEE向断裂发育为主,同时发育一系列近EW向和NWW向断裂(图3a)。其中NE向断裂活动强度最大(可达250 m/Ma以上),NEE向断裂活动强度次之(约200 m/Ma),近EW向断裂较弱(约80 m/Ma),NWW向断裂活动性最弱(约50 m/Ma)(图4),反映了NW-SE向拉张作用。晚始新世-早渐新世裂陷幕(恩平组沉积时期),断裂的发育面貌与前期发生了重大的变革。同沉积断裂以近EW向和NWW向为主,NE向和NEE向断裂继承性发育。就断裂活动强度而言,近EW向断裂活动最强,NWW向断裂活动强度次之,先期活动强度较强的NE向和NEE向控盆断裂活动性趋于减弱(图4),反映了近SN向的拉张作用。

图3 珠一坳陷裂陷期主要同沉积断裂及残余地层厚度Fig.3 Distribution of major syndepositional faults and residual strata thickness during rifting in the Zhu 1 Depressiona.文昌组沉积期;b.恩平组沉积期

2.3 盆地构造格局转型

在不同区域动力背景下发生的两幕裂陷作用具有明显不同的裂陷特征。文昌组沉积时期,以 NE向、NEE向和近EW向断裂控盆为主,盆地格局表现为半地堑或窄地堑结构,洼陷分布面积小、彼此孤立且分割性强,呈现“群山环湖,群湖抱山”古地貌特征(图3a)。恩平组沉积时期,控盆断裂以近EW向和NWW向为主,盆地格局表现为高角度板式或铲式半地堑结构,断s块旋转较弱,洼陷间的分割性弱,地势较平缓(图3b)。除此之外,在北部隆起上发育一系列新生近EW向断裂,湖盆范围明显向北扩展(图3,图5)。

可见,珠一坳陷裂陷期构造格局的转变造成了相应的盆地转型。其中西南部恩平凹陷和西江凹陷由NE向、NEE向断裂控盆转变为近EW向、NWW向断裂控盆(图3b),且早期孤立的半地堑开始相互连通,裂陷作用向北扩展,湖盆范围显著增大(图3b,图5a,图5b),形成了裂陷期NE向、NEE向、NWW向和近EW向断裂共同控制的构造格局。由于受断裂差异性发育的影响,沉降中心也由NE向、NEE向展布向近EW向、NWW向展布转变(图3)。东北部惠州凹陷控盆断裂的展布方向虽然没有发生变化,但南、北边界断裂的活动强度存在明显交替变化,盆地构造格局由南断北超不对称地堑向北断南超不对称地堑转型,沉降中心也由南向北迁移,同时盆地主体向北扩展,形成了裂陷期反向楔形叠置的构造格局(图5c)。

图4 珠一坳陷裂陷期各主干断裂活动速率(a)及不同走向断裂活动速率(b)Fig.4 Rates of major faulting (a) and faulting of different striking (b) during the rifting stage of the Zhu 1 Depression

图5 珠一坳陷两幕裂陷作用形成的盆地构造格局特征(剖面位置见图1)Fig.5 Characteristics of basin structural pattern of two rifting stages in the Zhu 1 Depression (see Fig.1 for the profile location)

3 构造变革成因机制

上述研究表明,珠一坳陷裂陷期经历了两幕特征明显不同的裂陷作用,盆地的断裂体系、应力体制、构造格局与沉降中心等均发生明显变化,反映了两幕裂陷作用受控于不同的区域构造背景及岩石圈的差异伸展机制。

早-中始新世(文昌组沉积时期),在印度板块俯冲的背景下,太平洋板块俯冲速率降低及俯冲带后撤[16-17],导致包括珠江口盆地在内的南海北部陆缘由挤压环境转变为NW-SE向拉张环境(图6a),发生区域性的裂陷作用[18-19]。

珠江口盆地新生代裂陷前处于中生代活动大陆边缘构造体系,自华南陆缘至古俯冲带发育了火山弧带及宽阔的弧前区。其中北部裂谷带位于火山弧区,以发育加厚地壳与减薄的岩石圈地幔为特点,而南部裂谷带则处于宽阔的弧前区,具有正常地壳与地幔岩石圈结构[1]。就北部裂谷带内的珠一坳陷而言,NW-SE向伸展应力场作用于加厚地壳-正常地壳的条件下,岩石圈强度较弱,呈现均一性伸展且变形范围较大,表现为宽裂谷的伸展模式[20],形成了以NE向、NEE向断裂控制的半地堑为结构单元的断陷盆地群。各个半地堑间彼此孤立且分割性强,内部断块旋转明显(图6a)。此外,受先存NW向北卫滩基底断裂的走滑作用影响,在惠州凹陷西部呈现多条近EW向和NWW向断裂围限的菱形盆地边界,表现为双断的不对称窄地堑结构[1]。

晚始新世—早渐新世(恩平组沉积时期),在太平洋板块俯冲方向转变及俯冲速率增大背景下[16,21],印度板块以NE向与欧亚板块发生陆-陆“硬碰撞”作用[22]。造成印支地块旋转挤出[23-25],进而驱动古南海块体向南俯冲于婆罗洲地块之下,其板后拖曳力导致包括珠江口盆地在内的南海北部陆缘伸展应力场顺时针转变为近SN向(图6b)[26]。在近SN向拉张作用下,断裂体系发生明显的变化,NW-SE向不再是优势伸展方向,NE向、NEE向控盆断裂活动性明显减弱。而先期活动强度较弱的近EW向、NWW向断裂与近SN向伸展方向更匹配,活动性明显增强(图4),成为该时期的主要控盆断裂。

从现今珠江口盆地的地壳厚度分布来看,地壳厚度从陆缘32 km减薄至海盆的14 km,北部裂谷带的地壳厚度在28~22 km,而南部裂谷带的地壳厚度22~14 km[17]。可见,经过早-中始新世裂陷作用的调整,华南陆区及北部裂谷带由加厚型地壳恢复为正常地壳,而南部裂谷带经历了正常地壳-减薄型地壳的演化过程,岩石圈结构表现为正常的、自陆(北)向海(南)减薄的大陆边缘岩石圈[1]。伴随着地壳减薄及岩石圈地幔的加厚[27],岩石圈强度增强。在近SN向伸展应力场的作用下,伸展作用表现为窄裂谷模式[20],伸展变形由均一式转变为集中式,并向南(地壳减薄部位)迁移。裂陷作用集中于现今的南海北部大陆边缘,岩石圈伸展运动学表现为颈缩模式,造成了伸展期间断块旋转较弱,早期彼此独立、分割性强的半地堑或窄地堑相互连通扩展,盆地范围明显扩展(图6b)。与此同时,在近SN向拉张应力场作用下,珠一坳陷处于拉伸作用的北部边界,先期北缘控盆断裂作为先存薄弱带,应力较集中,造成了北缘控盆断裂继承性发育且活动强烈,同时断裂作用向北扩张,沉降中心整体向北迁移(图5)。

4 油气地质意义

文昌组沉积时期,盆内的断块旋转强烈,断陷湖盆分割性强。在物源供给相对局限背景下,盆地内部沉积物供给速率明显小于可容空间的增加,洼陷中心主要发育半深湖-深湖亚相暗色泥岩[1],以富含水生藻类的有机质为主,烃源岩母质类型好,干酪根类型以Ⅰ、Ⅱ1型为主,以生油为主[28]。而恩平组沉积时期,断块旋转较弱,早期彼此孤立的半地堑相互连通,湖盆宽而浅,南北向物源供给充足,沉积速率大于或等于可容空间增加速率,沉积物粒度较粗。以辫状河三角洲相、滨浅湖相和湖沼相发育为主[1],发育一套含煤层系的湖沼相烃源岩,有机质主要来源于高等植物,陆源特征明显,以Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根为主,以生气为主[28]。相比之下,文昌期形成的烃源岩品质较好,为珠一坳陷主力烃源岩,恩平期烃源岩品质相对较差,是次要烃源岩[29-31],体现了幕式裂陷特征的不同造成了烃源岩发育的差异。就惠州凹陷而言,文昌组沉积时期,控盆断裂活动强度南强北弱,表现为南断北超的盆地格局,文昌组优质烃源岩主要发育于凹陷的南部;而恩平沉积时期,控盆断裂活动北强南弱,盆地格局表现为北断南超,恩平组烃源岩主要发育于凹陷的北部。从已发现的油藏分布特征来看,惠州凹陷的南部油气相对富集,同时油源对比结果也证实已发现油藏的油源主要是来自文昌组烃源岩[28]。可见,两期南、北洼陷构造特征的差异和烃源岩品质的优劣共同控制了油气资源贫富不均的分布。

5 结论

2) 早-中始新世裂陷幕(文昌组沉积时期),以NE向、NEE向断裂发育为主,盆地构造格局表现为分割性强半地堑或窄地堑系。晚始新世—早渐新世裂陷幕(恩平组沉积时期),同沉积断裂以近EW向、NWW向为主,盆地格局表现为高角度板式-铲式半地堑结构,断块旋转较弱,洼陷间的分割性弱,地势较平缓,盆地范围明显向北扩展。

3) 盆地裂陷期的构造变革受控于不同的区域构造背景及岩石圈的差异伸展机制。在印支半岛旋转挤出及古南海向南俯冲背景下,区域应力场由NW-SE向顺时针转变为近SN向伸展,导致了NE向、NEE向断裂控盆向近EW向、NWW向断裂控盆的转变;岩石圈伸展变形由均一式的宽裂谷模式向集中式的窄裂谷模式转变,并向南海北部大陆边缘迁移,造成了盆地格局由彼此孤立、分割性强的半地堑或窄地堑系趋于相互扩展连通,盆地范围有所增大;在近SN向拉张作用下,珠一坳陷北缘控盆断裂作为拉伸边界,为先存薄弱带应力较集中,断裂活动强烈并向北扩展,沉降中心整体向北迁移。

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(编辑 董 立)

Characterization and genesis of the Middle and Late Eocene tectonic changes in Zhu 1 Depression of Pearl River Mouth Basin

Hu Yang1,Wu Zhiping1,Zhong Zhihong2,Zhang Jiangtao3,Yu Weigao1,Wang Guangzeng1,Liu Yiming1,Wang Shouye1

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China;2.CNOOCShenzhenBranch,Guangzhou,Guangdong510240,China;3.CNOOCTianjinBranch,Tianjin300450,China)

Comprehensive analyses of unconformities,faulting systems and basin tectonic framework were carried out to characterize tectonic transformation mechanisms during the periods of Early-Middle Eocene and Late Eocene-Early Oligocene in the Zhu 1 Depression of Pearl River Mouth Basin.The results show that the Indochina block’s rotation and extrusion and southward subduction of the proto-South China Sea resulted in a regional stress field clockwise change from NW-into SN-extension,and a shift in fault-controlled basin from NE- and NEE-trending to near EW and NWW-trending,with numerous new faults of EW-trending developed.The lithosphere extensional deformation transformed from homogeneous wide rift mode to centralized narrow rift mode,and migrated to north margin of the South China Sea.As a result,the Basin expanded as the isolated half-grabens or narrow grabens tended to get connected.Under a SN-trending stretching,the stretch boundary at the north of the depression was defined by basin-controlling faults.As a pre-existing weak zone with concentrated stress,the northern margin experienced strong and northward faulting and significantly spread northwards,causing the sedimentary center migrating northward as well.The tectonic changes during the faulting activities of the Basin may explain the characteristic differences of the two source rocks: the Wenchang and the Enping Formations,as well as the disparity of oil and gas distribution in the area.

half-graben,rift,tectonic transformation,Middle-Late Eocene,Zhu 1 Depression,Pearl River Mouth Basin

0253-9985(2016)05-0779-07

10.11743/ogg20160518

2016-06-29;

2016-08-29。

胡阳(1986—),男,博士研究生,地质学。E-mail:huyangsq052@163.com。

中海石油(中国)有限公司重大科技攻关项目(YXKY-2012-SZ-01);中央高校基本科研业务费专项资金项目(13CX06015A)。

TE121.2

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