琼东南盆地断裂系统特征与演化

收稿日期: 2014-04-14; 改回日期: 2014-09-01

项目资助: 国家油气重大专项(2011ZX5023-004-012和2011zx05006-006-02-01)和国家自然科学基金(41272160和40772086)联合资助。 第一作者简介: 谢玉红(1961–), 男, 教授级高工, 从事海上油气勘探开发的研究和管理工作。Email: xieyh@ doi: 10.16539/j.ddgzyckx.2015.05.004

卷(Volume)39, 期(Number)5, 总(SUM)148 页(Pages)795~807, 2015, 10(October, 2015)

大 地 构 造 与 成 矿 学

Geotectonica et Metallogenia

琼东南盆地断裂系统特征与演化

谢玉洪1, 童传新1, 范彩伟1, 宋 鹏1, 张 昊2, 童亨茂2

(1.中国海洋石油总公司 湛江分公司, 广东 湛江 524057; 2.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249)

摘 要: 在对二、三维地震资料系统解释的基础上, 通过不同区域断层分布特征和演化及盆地结构的差异性分析, 将琼东南盆地北部坳陷带划分为两个断裂系统(东部断裂系统和西部断裂系统)及8个子系统, 并阐述分析了各子断裂系统的断层分布特征和规律。再利用平衡剖面技术, 研究分析了琼东南盆地断裂系统的演化阶段和断层的活动期次, 确定“长期活动型”、“早衰型”、“中期活动型”(分“中期活动Ⅰ型”和“中期活动Ⅱ型”)、“晚成型”等4个系列的断层占主导地位。分析确定琼东南盆地复杂的断裂系统是在先存构造条件下, 两期不同方向伸展变形叠加而成, 其中南北向伸展的递进变形起主导作用; 不同区域先存构造分布和活动的差异是造成琼东南盆地断裂系统复杂性的根本原因。 关键词: 琼东南盆地; 断裂系统; 先存构造; 构造样式; 两期伸展

中图分类号: P54 文献标志码: A 文章编号: 1001-1552(2015)05-0795-013

0 引 言

琼东南盆地位于海南岛东南、南海北部, 呈北东东向延伸, 其范围约西起108°51′E, 东至114°41′E, 北起18°50′N, 南到17°00′N(图1中的黄色区域)。东西长290 km, 南北宽约181 km, 面积约60000 km 2, 大体上围绕海南岛南部呈一弧形展布(蔡乾忠, 2005; 谢文彦等, 2008, 2009)。盆地西以1号断层与莺歌海盆地为界, 东接珠江口盆地, 北部为海南隆起, 南部向南海海盆开口(图1)。系一个以前古近系为基底的新生代伸展型盆地, 沉积厚度达10000 m 以上, 由古近系(裂陷层系)和新近系(坳陷层系)组成(表1), 最大水深超过1000 m(蔡乾忠, 2005)。其中裂陷层系断层十分发育, 坳陷层系也有少量的断层发育。

断层是伸展型盆地构造研究的核心, 也是此类盆地油气勘探的关键(童亨茂等, 2009), 伸展型盆地

内沉积物的充填、沉积层序的发育和分布、油气藏的形成、分布和演化(包括圈闭的形成及有效性、油气运移、聚集和成藏等)等都与断层的分布和活动密切相关。同时, 盆地的结构和演化也主要受断层控制(能源等, 2012; 王文君等, 2012; 张林等, 2012; 王玺等, 2013)。因此, 断裂系统研究对于解决琼东南盆地的基础地质问题、深化油气勘探有重要意义, 同时对南海形成演化的深化认识也有重要意义。

由于特殊的大地构造位置(Taylor and Hayes, 1980; Tapponnier et al., 1982; Briais et al., 1990)及丰富的潜在油气资源, 长期以来, 琼东南盆地一直是一热点研究地区, 断裂系统研究也是如此。茹克(1990)很早在琼东南盆地识别出半地堑, 并对断层的剖面组合进行了分析和归类, 在此基础上, 一些研究者对琼东南盆地的结构和构造样式(李绪宣等, 2006)、断裂系统的方位(李绪宣和朱光辉, 2005;

796 第39卷

图1 南海区域构造格架(据朱伟林, 2007修改)及区域应力场演化模式图

Fig.1 Tectonic frame and tectonic stress evolution model of South China Sea

尹新义等, 2010)、琼东南盆地构造单元的划分、断裂系统演化阶段、琼东南盆地应力场演化及断裂系统成因机制(龙根元等, 2010; 雷超等, 2011a, 2011b)等方面进行了较为系统的研究, 并对主控断层的活动演化历史进行了定量分析(尹新义等, 2010), 识别了北西向的构造变换带, 并进行了局部构造带的研究(于俊峰和段如泰, 2008; 林海涛等, 2010)。上述研究, 初步建立了琼东南盆地断裂系统几何学、运动学和动力学的基本框架。但由于先前断裂系统研究的理论基础是基于均匀介质的Anderson 断层模式

(Anderson, 1951), 而根据Anderson 断层模式, 断层分布与应力场的对应关系非常简单(如伸展作用只产生与伸展方向垂直的正断层)。实际上, 包括琼东南盆地在内的所有伸展型盆地, 由于盆地基底经历多次构造运动(在中国尤其如此), 先存构造(如先存断裂)是普遍存在的, 均匀介质的假设前提很难成立。应用Anderson 断层模式的结果, 一方面无法合理地解释琼东南盆地地震资料反映的复杂断层分布, 另一方面会导致构造成因机制和应力场演化的多解性, 从而影响构造变形特征规律性的准确认识。由

第5期

谢玉洪等: 琼东南盆地断裂系统特征与演化

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表1 琼东南盆地地层和构造演化阶段表(地层和地质年代据龚再升和李思田, 2004)

Table 1 Table of strata and tectonic evolution stage

于经典构造理论Anderson 断层模式的适应性问题, 加上资料等方面的不足, 琼东南盆地断裂系统的研究至少存在以下几方面的问题: ①不同区域(如崖北凹陷和松西凹陷)的盆地结构、构造样式等存在很大差异的原因没有得到清楚的认识; ②断裂系统的演化特征和规律没有明确的认识; ③断裂系统的成因机制(应力场的演化)还未得到科学合理的认识。

本文结合先存构造条件, 在对二、三维地震资料系统解释的基础上, 对琼东南盆地的断裂系统进行了细致的构造解析, 确定了琼东南盆地断裂系统的几何特征和形成演化, 确定不同先存构造分布和活动的差异以及构造变换的存在是造成琼东南盆地断裂系统复杂性的根本原因。在考虑先存构造后, 根据先存构造条件下的断层作用模式, 可以在统一应力体制下合理地解释上述琼东南盆地复杂断裂系统的相关问题, 琼东南盆地的各种构造现象都得到了科学合理的解释。考虑到深水区(水深大于500 m 的区域)地震资料品质较差, 无法进行可靠的构造解释, 本文的研究对象主要为琼东南盆地的北部坳陷带。

1 断裂系统分布特征和规律

本文在对琼东南盆地6个反射层(T100, T70, T62, T60, T50, T40)地震资料进行系统的构造解释的基础上, 通过凹陷结构、断层的平–剖面组合特征和规律、断层方位等方面的系统分析, 确定了琼东南盆地断裂系统具有显著的特征和规律。下面以平–剖面相结合的方式来阐述。 1.1 断裂系统的划分及其特征

琼东南盆地北部坳陷带由4个三级负向构造单

元(崖北凹陷、崖南凹陷、松西凹陷和松东凹陷)和4个正向构造单元(崖城凸起、松涛凸起、崖13-1低凸起和陵水低凸起)组成。系统的构造解释表明, 不同区域凹陷结构、构造样式、断层产状(特别是倾向)等存在显著差异。根据上述特征的差异, 本文把琼东南盆地北部坳陷带划分为8个区域(图2): 崖北西区; 崖北–崖南区; 崖北东区; 松西区; 松东西区; 松东东区; 宝岛西区; 宝岛东区。下面分别加以阐述。

首先以松西、松东之间北东向的构造变换带为界, 以西(西区)总体表现为“北断南超”的复式半地堑, 5号断层是西区的主控边界断层(图2、3); 以东(东区)主要表现为“南断北超”的复式半地堑, 6号断层是东区的主控断层(图2、3)。这样, 琼东南盆地北部坳陷带可以划分为两个断裂系统: 东部断裂系统和西部断裂系统。区内次一级的构造变换带进一步把东区和西区各划分为4个区域, 即4个子断裂系统。共计8个子断裂系统。

崖北西子断裂系统 位于Ⅱ-1构造变换带以西的区域, 由崖北凹陷的西部组成, 5号断层西段及分支断层是该区域的主控断层(图2、3a), 断层以铲式和平板式为主, 主要为东西走向, 少量北东东走向, 绝大部分南倾(图2中的崖北西子断裂系统倾向玫瑰花图F1), 次级断层主要为同向正断层, 剖面上表现为“多米诺式”和“阶梯式”组合形式(图3a)。

崖北–崖南子断裂系统 位于Ⅱ-1和Ⅱ-2构造变换带之间的区域, 由崖北凹陷中部和崖南凹陷主体组成, 5号断层中西段及3号断层分别是该区域崖北凹陷和崖南凹陷的主控断层(图2、3b)。断层的类型、走向和组合形式与崖北西区相似, 但也有一定的区别。断层也多以铲式和平板式为主, 主要表