珠江口盆地新构造运动特征与油气成藏*

何 敏 朱伟林 吴 哲 钟广法 任建业 刘丽华 王文勇

(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518054；2.同济大学海洋资源研究中心 上海 200092；3.中国地质大学(武汉)资源学院 湖北武汉 430074)

含油气盆地总是通过最晚一期构造运动的改造、控制和调整，才形成油气的最后定位和成藏[1-2]。目前，我国陆上的塔里木、准噶尔、柴达木、四川、松辽等盆地以及近海的渤海、莺歌海、琼东南等地区相继发现了一系列受新构造运动控制或影响的大中型油气藏[2-5]。因此，新构造运动和油气成藏一直是学术界和工业界研究的热点和难点。

珠江口盆地是南海北部陆缘最大的含油气盆地，已连续20年以上年产油气超过1 000×104m3。晚中生代以来，珠江口盆地经历了神狐运动、珠琼运动一幕、珠琼运动二幕、南海运动、白云运动和东沙运动等6次重要构造事件[6-7]。前人往往将东沙运动等同于新构造运动，用“块断升降”描述其特征[6,8]，但是东沙运动是否能完全代表新构造运动，仍值得商榷。目前有关珠江口盆地新构造运动的启动时间、期次和动力学机制还没有形成统一的认识，如启动时间有中中新世末10 Ma[6,9]，中新世/上新世之交5.33 Ma[10-11]，以及5.33 Ma和中更新世0.46 Ma两期[12]等3种观点；动力学机制有与台湾造山事件有关的弧陆碰撞成因说[6,11,13]，青藏隆升-华南地块挤出成因说[14]，下地壳高速层底侵成因说[15]，以及混合成因说[12]等4种观点。前人虽然从不同角度开展了珠江口盆地晚期构造变形特征与油气成藏作用关系的研究[2,6-8,10-11,13,16]，但是往往只集中在局部区域，或只对某一种构造变形特征进行了描述，对新构造期盆地不同单元构造变形特征缺乏系统认识，并且对新构造体制下成藏耦合关系和控藏机理也有待深入分析。

本文主要通过系统识别和描述珠江口盆地新构造运动的特征，明确珠江口盆地新构造运动的定义，探讨新构造运动的动力学机制，分析新构造运动影响和控制油气晚期成藏的机理和规律，旨在对南海北部被动陆缘构造研究给予必要补充，同时也将对珠江口盆地油气勘探具有一定的理论指导作用。

1 地质背景

珠江口盆地是中生代末期以来在华南大陆南缘发育的被动陆缘伸展盆地，面积近26×104km2，受太平洋板块、印度洋板块以及欧亚板块交汇作用的影响，其大陆动力学背景复杂，是构造研究的“天然地质实验室”(图1)。该盆地在构造区划上主要受NE—NEE向与NW向断裂控制，具有明显的“三隆三坳”构造格局，其中北部坳陷带由珠一坳陷的恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陆丰凹陷、韩江凹陷和珠三坳陷的文昌凹陷、琼海凹陷组成，中部坳陷带由珠二坳陷的顺德凹陷、开平凹陷、白云凹陷组成，南部坳陷带则由长昌凹陷、鹤山凹陷、荔湾凹陷等众多超深水新生代凹陷组成。新生代以来，该盆地经历了多期构造演化，自下而上依次沉积神狐组(E1-2s)、文昌组(E2w)、恩平组(E2e)、珠海组(E3z)、珠江组(N1z)、韩江组(N1h)、粤海组(N1y)和万山组(N2w)，可划分为两大构造层，即同裂陷构造层和裂后构造层。勘探实践证实，该盆地发育3套主力烃源岩、2套储盖组合，具有典型的“下生上储、旁生侧储、复式聚集”油气成藏特征，晚期构造活动控制了油气主要成藏期和纵横向分布[8]，油气资源丰富，已累计生产油气当量超过3×108m3。

图1 珠江口盆地构造单元划分与已发现油气平面分布图Fig.1 Division of tectonic units and discovered hydrocarbon distribution in Pearl River Mouth basin

2 新构造运动变形特征

基于珠江口盆地新近系断裂活动、主要不整合面、差异构造沉降、古地貌和沉积响应等变形特征，并结合油气分布特征和成藏时间，可以明确该地区新构造运动启动时间和期次。本文定义珠江口盆地新构造运动为南海扩张停止之后，13.8 Ma以来发生在该地区的构造活动，这样不仅客观地反映了东沙隆起与周缘地区在垂向构造运动方向上的差异性，而且体现了晚期断裂活动、沉降作用、沉积响应与东沙地区隆升之间的关系。

2.1 东沙地区隆升过程

依据地震反射终止标志，可识别区域削截型构造不整合面[17]。研究发现，中新世以来珠江口盆地共发育T35(13.8 Ma)、T32(10 Ma)、T30(5.33 Ma)及T20(2.59 Ma)等4期构造不整合面(图2)，集中分布在盆地东部东沙隆起及邻区，而坳陷区基本都是整合接触。在T35(13.8 Ma)之前的珠江组上段—韩江组下段(T50—T35)沉积时期，珠江口盆地进入披覆沉降阶段，沉积了一套近于等厚的地层，碳酸盐岩台地发育。东沙隆起地区T35不整合面兼具海平面型和削截型构造不整合面特征，存在上超现象，下伏地层削蚀不明显，局限分布在隆起东北部，T35—T32地层减薄特征明显(图2a、b)，代表隆升过程的开始。T32构造不整合面分布在以东沙岛为核心的隆起中部及南部区域，界面下伏地层遭受不同程度的剥蚀，除局部零星残存外，基本被剥蚀殆尽。T30界面为最明显的构造削截型不整合面，东沙隆起大部分地区地层遭受强烈剥蚀，代表强烈隆升期，剥蚀范围明显向西扩大和迁移，“有效厚度拟合外推法”[17]计算的剥蚀量可达200～400 m。T20不整合面分布于东沙隆起的中部、南部及东北部的南部区域，剥蚀范围明显增大，但剥蚀量相对较小，反映隆升强度逐渐减弱。因此，随着时间的推移，珠江口盆地不整合面分布范围总体上存在自东向西逐渐扩大和迁移的趋势(图2c)，与构造力来自东部的主流观点吻合[6,11]；4个不整合面分别代表东沙地区重新抬升的4个隆升阶段，即东沙地区自中中新世晚期(13.8 Ma)开始隆升，首先是水下隆起，晚中新世10 Ma隆升加快，5.33 Ma达到隆升最强烈阶段，迅速隆升至水上遭受剥蚀，第四纪2.59 Ma以来隆升强度逐渐减弱。

2.2 断裂活动特征

珠江口盆地新近系发育断裂2 000余条，断距普遍小于500 m，延伸距离多在10 km以内，平均断层密度为10～20 条/km2。围绕东沙隆起及其周边(白云凹陷、番禺4洼、惠州凹陷)的断裂发育密度最高，可达25～35条/km2。该盆地新近系断裂活动大致以T35(13.8 Ma)为界可划分为两期，其中新构造期(13.8 Ma—现今)断裂活动加强，多数是在早期断裂基础上继承性发育，少量新生型断裂围绕东沙隆起周缘及盆地隐伏断裂带发育，全区断裂活动速率普遍在10～15 m/Ma。同时，新构造期断裂活动强度具有随着向西远离东沙隆起地区而逐渐减弱的现象，即表现为珠一坳陷的平均断裂活动速率从惠州凹陷(20 m/Ma)到PY4洼(15 m/Ma)再到恩平凹陷(12 m/Ma)逐渐减弱，从深水区白云凹陷东北部(15 m/Ma)到白云凹陷西南部(6 m/Ma)逐渐减弱。

珠江口盆地新构造运动时期受控于NWW向最大水平挤压应力作用下派生的NEE向右旋走滑应力场，主要形成近EW向右行左阶雁列式断裂带和NWW向正断层，平面上多呈雁列式或帚状(图3)，如恩平凹陷形成4排近EW向雁列式断裂带；惠州凹陷发育明显的帚状断裂带，部分NWW向断层沿近EW向呈右行左阶雁列式排列；白云凹陷东北部地区形成多排近EW向右行左阶雁列式断层带。分析认为，珠江口盆地新构造期的断裂活动多属于继承型或继承-改造型断裂，往往具有张扭性特征，在剖面上表现为堑-垒式、“y”字形、反“y”字形及似花状等断裂组合样式(图4)，如断裂在早期为简单的铲式或板式正断层，而后期则表现为多条次级断裂的侧列或与小断层形成帚状断裂系特征等。这些张扭性断裂带不仅具有良好的疏导性能，相比于继承型张性断裂更有利于油气封堵，已被勘探实践证实为珠江口盆地油气聚集的有利场所。

图2 东沙隆起典型地震剖面解释和主要构造不整合面剥蚀区平面分布Fig.2 Interpretation of typical seismic profiles and main erosion regions distribution in Dongsha area,Pearl River Mouth basin

图3 珠江口盆地新构造期张扭性断裂发育平面特征Fig.3 Characteristic of transtensional faults in Neotectonic period,Pearl River Mouth basin

2.3 异常构造沉降特征

基于改进的Steckler和Watts沉降分析模型[18]，通过珠江口盆地单井去压实、古水深校正、海平面变化校正、沉降量分解等处理，定量计算不同构造单元裂后期(32 Ma以来)的构造沉降速率，分析盆地构造沉降与新构造运动之间的关系。珠江口盆地裂后期总体处于热冷却机制控制，构造沉降速率总趋势逐渐减小，但依然存在早中新世—中中新世早期和上新世两期构造异常沉降期[19]。第一期异常构造沉降具有起始时间南早北晚，沉降强度南强北弱的特点，认为与动力源来自南部，南海扩张脊向南跃迁有关。第二期异常构造沉降受新构造运动控制，盆地北部珠一坳陷构造沉降相对较弱，如上新世构造沉降速率恩平凹陷为33.85 m/Ma，西江凹陷为35.40 m/Ma，惠州凹陷为35.22 m/Ma，陆丰凹陷为43.86 m/Ma，韩江凹陷不明显；但南部深水区白云凹陷上新世异常沉降特征明显，构造沉降速率高达165.1 m/Ma，为北部珠一坳陷的5倍以上。因此，珠江口盆地新构造运动期的异常沉降中心在白云凹陷，构造沉降速率具有南高北低的特点。由于构造沉降现象往往与隆升过程相伴生，珠江口盆地上新世异常构造沉降与东沙隆升最强烈的隆升阶段在时间上相对应，都为5.33 Ma。

2.4 古地貌变化及沉积响应

受新构造运动影响，珠江口盆地海平面升降曲线区别于全球海平面升降曲线[20]，尤其是13.8 Ma珠江口盆地表现为中新世以来最大规模的一期海退，但在全球海平面变化曲线中却没有相同的响应；并且13.8 Ma之后，全球海平面呈现的逐渐海退趋势与珠江口盆地台阶海侵的特征截然相反。研究发现，珠江口盆地新构造运动产生的东沙地区持续隆升和坳陷区异常沉降重塑盆地晚期沉积古地貌，特别是在13.8 Ma前后盆地沉积特征发生了明显变化，其主要依据有：①东沙地区隆升加大了白云凹陷北坡陆架坡折的坡度，13.8 Ma之后坡折带附近发育的大型海底峡谷成为晚期沉积物源进入深水区的重要通道(图5)；②坳陷区的异常构造沉降使得珠江口盆地晚期海侵扩大，古珠江三角洲整体后撤[21]；③中中新世以来，东沙地区持续隆起导致古珠江三角洲向东南拓展受限，而向西南方向偏转[21](图6)。分析认为，在上述古地貌的控制下，新构造期珠江口盆地在陆架区主要发育古珠江三角洲体系，在陆架坡折和陆坡区发育陆架边缘三角洲和深水重力流体系；中中新世以来沉积体系的演化阶段与新构造运动的期次具有较好的对应关系，进而控制了储盖组合的发育；晚期2套区域泥岩盖层(13.8、11.5 Ma附近)和有利砂体储层在不同地区的差异展布与新构造运动形成的断裂活化相耦合，这是导致该盆地不同区域浅层油气成藏差异的主要原因。

图4 珠江口盆地新构造期典型张扭性断裂构造样式(剖面位置见图3)Fig.4 The typical transtensional fault patterns of Neotectonic period in Pearl River Mouth basin(see Fig.3 for location)

图5 白云凹陷深水区浅层峡谷发育特征图Fig.5 Characteristics of shallow canyon in deepwater area of Baiyun sag,Pearl River Mouth basin

图6 古珠江三角洲13.8 Ma前后的古地貌变化模式图(据何敏 等[21]修改)Fig.6 Depositional paleogeomorphy model of the Pearl River Delta system around 13.8 Ma(modified from HE Min,et al.[21])

3 新构造运动成因机制

综上所述，珠江口盆地新构造运动以东沙地区的再次隆升为最明显特征，伴随早期断裂继承性发育、坳陷区异常快速沉降和局部的火山活动，并影响海底古地貌/地形和沉积充填。结合前人研究成果[22-25]，珠江口盆地新构造运动可以进一步划分为初始隆升、持续隆升、快速隆升和隆升停止等4个阶段(图7)，经历了一个完整的隆升-沉降旋回。以东沙地区晚期隆升过程为重点对象，建立了珠江口盆地新构造期的动力学模式(图8)，反映南海扩张是从32 Ma开始，直到15.5 Ma结束，其洋壳分布面积在当时达到最大范围；到13.8 Ma，随着东沙隆起逐渐向俯冲带靠近以及吕宋岛弧与欧亚大陆的弧陆碰撞作用，东沙地区的挤压作用强化，晚期隆升开始；5.5 Ma时期强烈隆升的动力背景与开始于6.5 Ma的台湾岛弧陆碰撞作用有关，形成了显著的T30不整合界面，之后东沙地区隆升一直持续到T20，隆升剥蚀范围达到最大；T20界面发育之后，东沙隆起下伏岩石圈发生弯折，进入马尼拉海沟，隆升作用停止，现今构造格架及地貌形成。

图7 珠江口盆地新构造运动区域构造背景和期次划分[22-25]Fig.7 Regional geological background and division of Neotectonic movement in Pearl River Mouth basin[22-25]

图8 珠江口盆地新构造期东沙地区隆升过程的动力学机制模式Fig.8 Dynamic mechanism model of neotectonic uplifting process in Dongsha area,Pearl River Mouth basin

珠江口盆地成像测井统计结果反映出现今最大水平主应力的优势方位为NWW—SEE向，约295°～115°，与青藏隆升-华南挤出[26]、台湾造山运动[27]的应力场方向相一致。结合区域构造背景，综合分析认为珠江口盆地新构造运动是在南海扩张基础上的进一步发展，青藏隆升导致华南挤出的过程是主控因素，期间叠加了吕宋岛弧-华南大陆碰撞引起的台湾造山运动以及洋壳冷却沉降与地幔热点转换作用，从而促使新构造运动变形特征以东沙地区晚期隆升最为明显(图8)。因此，珠江口盆地新构造运动强化并重现隐伏于裂陷期的构造格局，奠定了现今珠江口盆地陆架-陆坡式被动大陆边缘构造面貌。

4 新构造运动对油气成藏的控制作用

分析认为，珠江口盆地油气分布规律及成藏特征都与新构造运动有直接或间接的关系；新构造运动影响了珠江口盆地油气成藏体系的各地质要素，控制了油气分布的宏观格局。

4.1 新构造运动影响油气成藏体系的各地质要素

珠江口盆地新构造期异常快速沉降加快了中浅部烃源岩的成熟演化，促使惠州凹陷恩平组和白云凹陷珠海组均成为有效烃源岩。据估算，新构造期白云凹陷的总沉降量最大可超过3 000 m，上新世(万山期)构造沉降速率高达300 m/Ma，而且白云凹陷主洼的地温梯度在45～50 ℃/km，烃源岩成熟门限迅速降低。依据Easy-Ro%动力学模型和生油窗理论，计算发现白云凹陷除文昌、恩平组烃源岩之外，珠海组海相泥岩已进入生油窗，并且晚期快速构造沉降还会导致文昌组和恩平组烃源岩过成熟而生气。

新构造期是大多数构造圈闭的重要形成期和定型期，新构造期断裂活动有利于形成新的翘倾半背斜、断块类圈闭。最典型的实例是白云凹陷北坡，在4个近东西向雁列式反向断裂带的上升盘发育一系列晚期断裂形成的翘倾半背斜圈闭，形成了珠江口盆地油气最为富集的番禺天然气田群和流花油田群。

新构造运动的断裂活动是油气从深部古近系烃源岩向中浅层运移的重要通道，断裂的内部结构、方向、性质、活动速率及早晚期断裂的沿承关系都会对油气输导有不同影响。新构造期油源断裂不对称的内部结构特征，使得油气在断裂两侧通常具有下盘滑动破碎带封堵成藏、上盘诱导裂缝带垂向输导的特点(图9)。珠一坳陷浅层已发现油气藏体现了断裂带内部结构特征对油气运聚的控制作用，如X30、P10-D、E23-F和P10-B等油藏。

图9 珠江口盆地油源断裂(上盘输导成藏-下盘封堵)成藏模式及典型实例Fig.9 Hydrocarbon accumulation model controlled by internal structure of fault zone (hanging wall and footwall)and typical examples in Pearl River Mouth basin

4.2 新构造运动控制油气分布的宏观格局

珠江口盆地新构造运动控制了油气分布的宏观格局，已知油气田和含油气构造基本上环绕或指向东沙隆起区，东沙隆起是油气运移的一级指向区。截至2017年底，南海东部海域近60%的原油总探明地质储量来自东沙隆起及周缘区。东沙地区持续隆升不仅有利于油气长距离运移、聚集，形成了中国海上最大的碳酸盐岩油田——流花11-1油田，还导致油气藏较广分布在珠一坳陷靠近东沙隆起的一侧。

珠江口盆地已发现油气田具有晚期成藏特征，烃类的主充注时期基本上都发生在13.8 Ma以来，油气充注时间与新构造运动有很好的耦合关系，新构造运动强烈活动的上新世(5.33 Ma)是大多数地区油气成藏的关键时刻。对珠一坳陷50个油气田共82个油气藏的油气充注时间数据进行统计分析，发现全部油气藏都在新构造期间发生油气充注，80.5%的油气藏是在5.33 Ma以来发生充注(图10)。其中，陆丰凹陷成藏相对较早，主要在晚Ⅰ期(13.8～10 Ma)；惠州凹陷多个油田在晚Ⅰ期就有充注，几乎所有油田存在晚Ⅲ期(5.33 Ma以来)成藏的特征；番禺4洼为晚Ⅱ期(10～5.33 Ma)和晚Ⅲ期的油气充注；恩平凹陷油气田基本为晚Ⅲ期单期充注。因此，珠一坳陷从东(陆丰凹陷)往西(恩平凹陷)的油气主充注期逐渐变晚，这与东沙地区隆升从东向西启动、逐渐拓展的趋势相一致。此外，深水区白云凹陷烃类充注也具有类似特征[28]，可划分为三期，明显受新构造运动控制。

图10 珠一坳陷油气藏充注期次和时间Fig.10 Statistics of hydrocarbon charging timing in Zhu I depression,Pearl River Mouth basin

珠江口盆地新构造运动还控制了油气成藏主要层系，如新构造期活动相对弱的地区，油气大规模向浅层运移量少，主要是在深层成藏；而新构造期活动强烈的地区，油气可大规模向中浅层运移成藏。而且新构造运动对沉积展布的影响进一步控制了油气成藏的层位，如古珠江三角洲的后撤和向西南方向偏转，导致恩平凹陷、番禺4洼和阳江凹陷浅层(韩江组以上)具有好的储盖组合。

2014年至今，上述部分研究成果已在勘探实践中得到证实，促进了珠江口盆地L20-B、E15-A、E10-2、X30-A等商业油气田的发现。基于珠江口盆地新构造运动与油气成藏的关系，认为新构造运动活跃区(番禺4洼、恩平凹陷、白云凹陷东北部)是浅层油气勘探最有利地区；新构造运动较弱区(西江主洼、陆丰凹陷、白云凹陷西南部)则是古近系深层油气勘探最有利地区；惠州凹陷兼具中浅层和深层油气成藏的有利条件。

5 结论

1)明确定义珠江口盆地新构造运动为13.8 Ma以来发生的构造运动，经历了4个演化阶段，其中上新世(5.33 Ma)是构造活动最强烈的阶段。

2)区别于前人对于珠江口盆地新构造运动“块断升降”的认识，研究认为珠江口盆地新构造运动以东沙隆起的再次隆升为最明显特征，伴随早期断裂继承性发育与坳陷区异常快速沉降，并影响海底古地貌和沉积充填。

3)珠江口盆地新构造运动不仅影响了油气成藏体系的各地质要素，而且控制了油气分布的宏观格局，导致珠一坳陷新近系油气成藏时间具有从东往西逐渐变晚的特点。珠江口盆地新构造运动最强烈的阶段上新世(5.33 Ma)是大多数地区油气成藏的关键时刻，番禺4洼、恩平凹陷、白云凹陷东北部等新构造运动活跃区为浅层油气勘探最有利地区，而西江主洼、陆丰凹陷、白云凹陷西南部等新构造运动较弱区则是古近系深层油气勘探最有利地区。