先存断裂体系差异活化控制下的成盆作用研究--以珠江口盆地西江主洼为例.pdf
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1、收稿日期:2022-08-01基金项目:中国海洋石油集团有限公司“十四五”重大科技项目“陆缘裂谷盆地深层/超深层油气成藏条件与成藏机制研究珠江口盆地珠一坳陷”(KJGG2022-0403)和有限公司生产性科研项目“珠一坳陷西江地区古近系有效储层预测及甜点刻画”(SCKY-2023-SZ-01)联合资助。作者简介:黄鑫(1988-),男,硕士,沉积储层工程师,主要从事油气勘探及石油地质方面的研究工作。E-mail:第43卷 第2期2023年06月华南地震SOUTH CHINA JOURNAL OF SEISMOLOGYVol.43,NO.2Jun.,2023黄鑫,陈维涛,王文勇,等.先存断裂体系
2、差异活化控制下的成盆作用研究以珠江口盆地西江主洼为例J.华南地震,2023,43(2):11-19.HUANG Xin,CHEN Weitao,WANG Wenyong,et al.Study on Basin Formation Controlled by Differential Activation of Pre-existing Fault SystemTaking Xijiang Main Sag in Pearl River Mouth Basin as an ExampleJ.South China journal of seismology,2023,43(2):11-19先存
3、断裂体系差异活化控制下的成盆作用研究以珠江口盆地西江主洼为例黄鑫,陈维涛,王文勇,黄鹏亮,罗伟(中海石油(中国)有限公司深圳分公司,深圳 518000)摘要:先存断裂体系的差异活化对西江主洼的成盆作用影响显著,进而控制烃源岩的分布。此次研究依托三维地震资料,在西江主洼地区开展先存断裂体系的识别及划分,从盆地动力学角度,分析先存断裂体系在伸展应力场下的差异活化对西江主洼成盆演化的控制作用。在西江主洼地区识别出北东向和北西向两组先存断裂体系,北东向先存断裂规模较大,呈北缓南陡分布特征,早文昌期优先活化并控制洼陷基本格局,北西向先存断裂晚于北东向先存断裂形成,规模小,分布广,研究区范围呈西密东疏分布
4、特征,在西江主洼以西构成北西向先存断裂带,控制洼陷区晚文昌期之后的构造迁移;建立西江主洼受应力场动态转变控制的迁移型成盆演化模式:裂陷幕裂陷作用减弱,继承性发育宽缓半地堑,明确西江主洼有利烃源岩发育的区域构造背景。关键词:西江主洼;先存断裂;构造沉降;成盆演化中图分类号:P618.13文献标识码:A文章编号:1001-8662(2023)02-0011-09DOI:10.13512/j.hndz.2023.02.02Study on Basin Formation Controlled by DifferentialActivation of Pre-existing Fault System
5、Taking XijiangMain Sag in Pearl River Mouth Basin as an ExampleHUANG Xin,CHEN Weitao,WANG Wenyong,HUANG Pengliang,LUO Wei(Shenzhen Branch of CNOOC China Limited,Shenzhen 518000,China)Abstract:The differential activation of the pre-existing fault system has a significant influence on the basinformati
6、on of the Xijiang Main Sag,and then controls the distribution of hydrocarbon source rocks.Based on 3Dseismic data,this study carried out the identification and division of pre-existing fault system in the Xijiang MainSag,and analyzed the control effect of differential activation of pre-existing faul
7、t system under extensional stressfield on the basin-forming evolution of the Xijiang Main Sag from the perspective of basin dynamics.Two groups of43卷华南地震pre-existing fault systems with NE and NW directions have been identified in the Xijiang Main Sag.The NE trendingpre-existing faults are large in s
8、cale,characterized by slow distribution in the north and steep distribution in thesouth.They were preferentially activated in the early Wenchang period and controlled the basic pattern of the sag.The NW trending pre-existing faults were formed later than the NE trending pre-existing faults,with smal
9、l scaleand wide distribution.The study area is characterized by dense distribution in the west and sparse distribution in theeast.The NW trending pre-existing fault zone is formed in the west of the Xijiang Main Sag,which controls thetectonic migration of the sag area after the late Wenchang period.
10、A migration-type basin-forming evolution modelcontrolled by the dynamic transformation of the stress field in the Xijiang Main Sag is established:The split half-graben in the first episode of the rift migrated westward from the narrow-deep type to the flexural type,therifting in the second episode i
11、s weakened,and the inheritance of the wide and gentle half graben is developed.Theregional tectonic background of favorable hydrocarbon source rock development in Xijiang Main Sag is clarified.Keywords:Xijiang Main Sag;Pre-existing fracture;Tectonic subsidence;Basin-forming evolution0 引言西江主洼位于南海北部珠江
12、口盆地中部西江凹陷,是珠拗陷中最大的单一半地堑,而同处西江凹陷的番禺4洼证实为富生烃洼陷,探明储量超过一亿吨1-4。烃源潜力不明,断裂体系复杂、油气成藏规律认识不清等问题严重制约了西江主洼古近系油气勘探进程。考虑西江主洼恩平组发育区域性泥岩盖层5-6,同时缺乏继承性油源断裂和低地温梯度的客观地质条件7-9,油气更易聚集在临近洼陷的下构造层,上构造层只能通过区域泥岩减薄尖灭或晚期断裂切开盖层的特殊途径汇聚成藏。因此,西江主洼未来勘探突破仍在古近系地层,开展其盆地动力学研究具有积极意义。童亨茂等10-12指出先存构造的活动比新形成相同产状的断层要容易的多,借助砂箱实验和库仑-摩尔准则定量化验证了基
13、底先存断裂对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用。程燕君13通过物理模拟实验研究分析了斜向拉伸条件下断层的复活过程和复活机制。在其他条件相同的情况下,基底先存断裂的规模越大,其活动性就越强,往往先期形成,继承性活动,并构成裂陷盆地的构造格架14。目前从先存断裂体系在伸展应力动态变化过程中的多重响应角度,分析西江主洼构造沉积响应的研究较少,尤其是先存断裂体系进入新生代以后对洼陷的形成演化、烃源岩时空展布等方面需要进一步研究。基于此,充分利用三维地震资料,精细识别划分西江主洼先存断裂体系,从盆地动力学演化机制角度,开展前新生代先存断裂体系差异活化及其在伸展应力场下产生的伴生断裂对西江主洼成盆过程,为西
14、江主洼烃源潜力评价提供理论支撑,明确未来的勘探部署方向。1 区域地质背景1.1 区域构造演化及地层发育概况珠江口盆地是南海北部陆缘最大的中新生代沉积盆地,其位于南海北部、华南大陆南缘,受印度板块、欧亚板块的接触、碰撞以及太平洋板块对欧亚板块俯冲的影响,形成了独特的构造格局和复杂的发育史15。新生代南海打开之前,珠江口盆地基底经历了中生代多期构造演化过程,主要形成北东北东东及北西北西西两组主要的先存断裂体系16,显著影响新生代盆地的裂陷位置、走向、形态、分段性、宽窄、裂陷作用的局部化。新生代珠江口盆地的形成、演化大致可分为3个阶段:早始新世渐新世时期的裂陷阶段,中新世早中期的拗陷沉降阶段及晚中新
15、世以后的断块升降阶段。其中,裂陷阶段划分为裂陷初始期,裂陷强烈期,裂陷萎缩期,受太平洋板块俯冲速率及方向的变化,南海北部陆缘经历了伸展方向由北西南东向至北南向的裂陷活动17。随着渐新世珠海期规模性海侵,珠江口盆地形成了“先断后拗”的双层结构及“先陆后海”的沉积体系18。盆地总体上呈现“南北分带、东西分块”的构造格局,自北向南依次可划分为北部隆起带、珠一坳陷带、珠三坳陷带、中央隆起带、珠二坳陷带和南部隆起带等构造单元(见图1)。12第2期黄鑫等:先存断裂体系差异活化控制下的成盆作用研究以珠江口盆地西江主洼为例1.2 西江主洼基本地质背景研究区西江主洼位于珠江口盆地珠一坳陷中部西江凹陷以北,往西与
16、恩西低凸起之上的番禺1洼相邻,南部与番禺4洼、西江36洼相对,之间由西江中低凸起分隔,北部为北部隆起带,东部则为和惠州凹陷。整体近北东走向,探区面积约2300 km2。西江主洼总体为北断南超的箕状半地堑,洼陷面积约 1090 km2,最大埋深 7600 m,是珠一坳陷古近系最大的单一半地堑洼陷8。根据洼陷结构和断裂展布特征,将西江主洼周缘划分为4个次级构造单元,即洼陷带、南部缓坡带、北部隆起带和西部长轴带(见图1),其中西江主洼的洼陷带受先存体系差异活化及岩浆活动影响构成“洼隆相间”的特征,次级洼陷包含西江28洼、西江 33洼和西江 32洼,洼间隆起带包括西江 28隆起、西江33隆起和西江32
17、隆起。研究区主体已被三维地震资料覆盖,满足本次研究的需求。2 西江主洼洼陷结构特征西江主洼为铲式正断层控制的复合半地堑,总体为北断南超近北东向展布(图2),洼陷的结构主要受到北东走向的边界断裂控制,近东西向断裂使洼陷结构进一步复杂化,西江主洼在形成过程中主要受伸展作用控制,在构造斜坡以及斜坡上发育共轭断层系或反向断层组,裂陷作用主要发生在文昌-恩平期。洼陷演化过程中抬升剥蚀作用不强,地层保存较完整,受断裂作用时空差异影响,在西江主洼北部控洼断裂被晚期断裂错断,同时随着埋深及伸展量的增大,控洼断层倾角逐渐变小,构成铲式特征,具拆离特征的断面向基底延伸距离超过8 km,构成西江主洼基底卷入式伸展构
18、造,其中断面在前古近系地层内对部分受晚期岩浆活动发生的底侵作用可见一定的挠曲变形,往往对应于基底隆起带,西江主洼缓坡带则发育多组以北掉为主的调节断层,断层规模较小,受控西江主洼裂陷期对多幕构造运动影响,洼内呈现洼-隆相间的特征,其中西江33洼构成了西江主洼最主要的洼陷区,其东侧的西江28洼和西侧的西江 32洼两个次洼裂陷作用较弱,洼陷面积、埋深显著小于西江33洼。在洼陷区上文昌组至恩平组发育大量断层,断面倾角 4555,剖面上构成花状构造,对洼陷结构存在一定对改造作用,恩平组以后西江主洼总体进入稳定沉降阶段,断裂体系不发育。3 西江主洼成盆演化规律3.1 先存断裂体系发育特征中生代主动陆缘背景
19、使南海北部新生代陆缘图1 研究区区域构造位置(a)及地层综合柱状图(b)Fig.1 Regional tectonic location of the study area(a)and the stratigraphic composite column(b)1343卷华南地震图2 西江主洼洼陷结构立体图Fig.2 Three-dimensional structure of Xijiang Main Sag断陷结构复杂化、多样化,先存构造和岩浆作用破坏了地壳结构强度的一致性,对珠江口盆地各洼陷结构具有强烈的控制和影响,导致了各洼陷进入新生代裂陷期具有明显的特殊性和多样化15。中生代印支期印支
20、板块与华南板块发生碰撞,残留的特提斯洋逐渐消亡,两板块拼接并在华南板块西南缘形成北西向褶皱逆冲构造13,构成了珠江口盆地中生代早期的隐伏大断裂;中生代燕山伊泽奈岐板块在中国东部的俯冲消亡,及太平洋板块的正向俯冲在华南东南部地区形成了大量近北东向褶皱逆冲构造,同时伴随多期岩浆活动;之后受太平洋板块俯冲后撤及挠曲回弹效应19,导致华南地区发生区域性抬升剥蚀作用,同时伴生大量北西向左行走滑断裂20,因此,新生代盆地形成之前,珠江口盆地已经存在了近北东和北西向两组先存断裂,复杂的先存体系和基底岩性奠定了基本构造格局。由图3可知,西江凹陷北部西江主洼地区主要发育北西向和北东向两组先存体系,北东向断裂体系
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