北部湾盆地位于海南岛以北, 广西以南, 雷州半岛以西至东经108°线附近的北部湾海域, 面积约3.98×10⁴ km²。它是中生代区域隆起背景下发育起来的新生代断陷沉积盆地, 经历了古近纪张裂阶段和新近纪裂后热沉降阶段, 具有明显的断坳双层结构^[1]。以古近纪张裂阶段形成的构造格局为划分依据, 北部湾盆地可以划分为三个二级构造单元:北部坳陷、企西隆起和南部坳陷(图 1), 其中北部坳陷可以进一步划分为海中凹陷、涠西南低凸起、涠西南凹陷和乐民凹陷^{[2, 3]}。本文研究的重点是海中凹陷、涠西南低凸起和涠西南凹陷。经过多年的油气勘探, 北部坳陷油气发现主要集中于涠西南凹陷内, 海中凹陷发现的油气较少。本文旨在通过对断陷期凹陷构造特征、断裂特征及构造演化特征进行分析和总结, 以期为今后的油气勘探提供参考。

1 坳陷结构特征

北部湾盆地北部坳陷北邻万山隆起区, 涠西南大断裂是其北部边界, 南邻企西隆起。内部的三级构造单元涠西南凹陷、涠西南低凸起和海中凹陷, 从北向南形成“凹-凸-凹”的构造格局, 3号断裂是两个凹陷的分界断裂(图 1、图 2)。

北部坳陷新生代构造演化可分为断陷和坳陷两个阶段^[4]。古近纪为断陷期, 受3期幕式断陷活动影响, 先后沉积了古新统长流组、始新统流沙港组和渐新统涠洲组, 以湖相和河流相沉积体系为主, 其中流沙港组二段湖相泥页岩是北部湾盆地最主要的烃源岩^[5]。新近纪为坳陷期, 以海相沉积体系为主。

古新统长流组为坳陷初始裂陷期的沉积充填, 地层沉积受涠西南大断裂控制, 呈NE-SW向展布, 沉积范围北宽南窄, 地层厚度北厚南薄, 最大地层沉积厚度1 400 m, 沉积中心位于涠西南大断裂下降盘。始新统流沙港组为裂陷中期的沉积充填, 地层整体呈NEE-SWW向展布, 主要发育两个沉积中心:北部涠西南凹陷沉积中心受1号断裂控制, 位于l号断裂下降盘；南部海中凹陷沉积中心受涠西南大断裂南段控制, 位于大断裂下降盘。北部涠西南凹陷最大地层沉积厚度为2 900 m, 南部海中凹陷最大地层沉积厚度为3 400 m。流沙港组分布范围广, 分布于除万山隆起区和企西隆起之外的整个北部坳陷。渐新统涠洲组是最后一幕裂陷和断-拗转换期的沉积, 残留地层沉积格局发生了明显变化, 沉积中心迁移至海中凹陷3号断裂下降盘, 呈近EW向展布, 最大残留地层厚度约为4 600 m。

1.1 涠西南凹陷地质构造特征

涠西南凹陷属于“单断断阶式”箕状断陷结构, 在推进式伸展断陷作用力影响下, 由涠西南大断裂、1号断裂、2号断裂等组成的“雁行式”多级断阶控制凹陷的地层沉积(图 1、图 3), 形成西断东超的构造格局。多级断阶分期控制凹陷地层沉积:涠西南大断裂控制长流组沉积, 沉积最大厚度约800 m, 1号断裂控制流沙港组沉积, 沉积最大厚度约2 400 m, 2号断裂控制涠洲组沉积, 沉积最大厚度约2 100 m, 地层向东超覆于企西隆起。渐新世末期在张扭性构造应力作用下, 涠西南凹陷涠洲组顶部遭受剥蚀。

位于涠西南大断裂和1号断裂之间的潜山带(图 3), 走向NE-SW, 平面分布西窄东宽, 沉积了古近系长流组和流沙港组下部及新近系。构造类型以潜山披覆构造为主, 石炭系灰岩基底为古潜山, 上覆长流组和流沙港组。位于1号断裂和缓坡带之间的洼槽带受1号和2号断裂控制, 走向NEE-SWW, 沉积了较厚的古近系。构造类型多为背斜、半背斜等, 构造一般依附在断裂下降盘, 在渐新世中、晚期开始发育、定型于渐新世末。位于企西隆起和涠西南低凸起向凹陷一侧的沉积斜坡是凹陷的缓坡带, 走向NEE-SWW, 构造类型多为断块和半背斜, 局部发育地层型圈闭。

1.2 涠西南低凸起地质构造特征

涠西南低凸起位于涠西南凹陷南部, 3号断裂北侧, 呈NEE-SWW向延伸(图 1、图 2), 分割了涠西南凹陷和海中凹陷两个构造单元, 影响凹陷或凹陷内多洼陷空间展布, 属于一个凹间隆。低凸起北缓南陡, 向西向北倾没于涠西南凹陷, 东侧和企西隆起西侧的构造高部位相连。低凸起发育的主体部位, 顶部古近系遭受剥蚀或没有沉积, 新近系直接覆盖于基底面之上。

1.3 海中凹陷地质构造特征

海中凹陷属“单断式”箕状断陷结构^[6], 凹陷走向NE向, 涠西南大断裂南段和3号断裂分别从西侧和北侧控制凹陷地层沉积(图 1、图 2和图 4), 涠西南大断裂南段古近纪持续活动, 控制沉积了较厚的古近系, 3号断裂渐新世活动强烈, 在其下降盘沉积了大套的涠洲组。地层向东、向南超覆于企西隆起向凹陷一侧的沉积斜坡带。

位于涠西南大断裂、3号断裂和缓坡带之间的洼槽带, 走向NE-SW向至近EW向, 古近系沉积厚度最大约6 800 m。洼槽带断层发育数量少, 仅在靠近大断裂和3号断裂附近发育, 构造类型多为断鼻和断背斜, 构造随断层活动开始发育, 定型于渐新世末期。位于企西隆起向凹陷一侧的沉积斜坡是凹陷的缓坡带, 走向近EW向至NE—SW向(图 1), 构造类型多为断块和断背斜等。

2 断裂特征

经古近纪多期构造运动, 北部坳陷断裂十分发育, 形成复杂的断裂系统。断层延伸方向以NNE→NE向为主, 少量为NWW向, 以拉张或张扭性应力场作用下形成的正断层为主, 少量后期反转作用力形成的逆断层, NNE向断层同构造走向一致, 控制了地层沉积及局部构造的形成和发展。涠西南凹陷发育的断层以南倾正断层为主, 涠西南低凸起北侧发育部分北倾正断层；海中凹陷缓坡带发育的断层以北倾反向正断层为主。

北部坳陷内主要有4条控盆、控凹、控构造带性质的大断裂:涠西南大断裂、1号断裂、2号断裂和3号断裂(图 1), 这些断裂延伸长(均大于40 km)、断裂落差大(最大断距达数千米以上), 均为同生正断裂, 且具有形成时间早(盆地形成期开始活动)、活动时间长(晚白垩世至渐新世未)的特点, 其中涠西南大断裂是控盆大断裂, 3号断裂为控凹断裂(控制海中凹陷地层沉积), 1、2号断裂是涠西南凹陷内的控沉积和控构造带发育的断裂。

涠西南凹陷以流二段为界, 发育上、下两套断裂体系:下部基底卷入型和上部盖层滑脱型, 二者平面上走向存在差异, 下部断裂体系主要呈NE-NEE方向展布, 上部断裂体系主要呈近EW向展布。基底断层的发育是下部断裂体系的重要组成部分, 向上消亡于流沙港组, 上部断裂体系发育受中晚渐新世南海运动影响, 断层向下断至涸洲组底部或流沙港组泥岩段中。从剖面分析来看(图 4), 海中凹陷内断裂相对较少, 且继承性较好, 多数切穿古近系, 表现为单一断裂体系。

3 构造演化

北部湾盆地位于扬子板块南端, 粤桂古生代褶皱带和海南褶皱带之间的红河走滑断裂带, 是南海北部大陆架西部一个以新生代沉积为主的盆地。基底为下古生界变质岩, 中上古生界为隆升、剥蚀区。自印支运动以后, 整个北部湾盆地范围为一陆地, 一直处于长期的隆起、剥蚀状态。直至早古近纪, 随着南海盆地的张开和红河断裂系的活动, 本区张裂断陷, 开始了盆地的演化过程, 经历了古近纪三次张裂和新近纪裂后沉降阶段, 从古新世到渐新世, 张裂活动强度呈现出弱-强-弱的特点, 湖盆也从形成到发展再到衰亡, 进人新近纪, 盆地整体沉降, 接受海相沉积。

3.1 晚白垩世至古新世, 初期拉张裂陷阶段(神狐运动期)

晚白垩世至古新世早期, 是北部湾盆地的初始裂陷期。太平洋板块俯冲对地幔深部的扰动引起的地幔隆起, 导致的裂陷作用, 使南海北部边缘发生了大面积的裂陷^{[1, 7]}。位于南海北部陆架区的北部湾盆地, 在近NW-SE向的区域拉张应力作用下, 发育了近NE-SW向断裂, 形成总体走向NE向的盆地雏形, 断裂控制了长流组沉积, 构造沉降中心位于断层的下降盘, 形成数个狭小分割的半地堑, 断块体上升一侧剥蚀的碎屑物快速堆积在各凹陷中, 形成了长流组红色砂砾岩夹杂色泥岩的洪、冲积相地层, 分布较局限, 除涠西南凹陷与海中凹陷连为一片外, 各沉积单元相互独立。

在北部坳陷, 沉积中心由涠西南边界大断裂控制, 向东南超覆于企西隆起之上, 坳陷沉降中心呈NE走向。涠西南大断裂活动的主体部位位于北段, 南段活动性较弱, 其对沉积厚度有重要的控制作用, 沉积中心位于大断裂北段下降盘。同时伴随发育了一系列派生次级断裂, 主要有1、2、3号断裂的雏形, 断层断距不大, 平面延伸短。此时l号断裂上升盘还没有开始隆升, 其对地层沉积控制性较弱。涠西南低凸起仅在东部的主体部位发育, 与东侧的企西隆起相连。此时南侧的3号断裂仅在东段发育, 对地层沉积的控制性不强。

3.2 始新世早中期, 第二期强烈拉张裂陷阶段(珠琼运动期)

始新世时期, 是北部湾盆地的强烈拉张裂陷阶段。印度板块向欧亚大陆碰撞, 并在其旁侧产生了印支地块的挤出和旋转, 太平洋板块对华南大陆的俯冲由NNW向转为NWW向, 同时俯冲角度加大, 本区的应力场方向变为NNW-SSE向, 在北部湾盆地发育了一系列NEE-SWW向具有控凹作用的断裂, 在北部坳陷主要表现为1号断裂和涠西南大断裂南段的活动性增强, 并发展成为该时期的主控断裂, 控制流沙港组沉积。随着裂陷活动的进行, 湖盆范围逐渐加深扩大, 形成了流沙港组滨浅湖-中深湖相沉积。

这一时期整个北部坳陷为-统一的湖盆, 经历了由湖盆扩张、鼎盛到萎缩的过程。涠西南大断裂北段再次活动, 但活动强度有所减弱, 退居次要控沉积地位。NEE走向的1号断裂和涠西南大断裂南段活动强烈, 在其下降盘形成了1号断裂控制的涠西南凹陷沉积中心和涠西南大断裂南段控制的海中凹陷沉积中心, 控制了烃源岩流沙港组的沉积, 坳陷沉降中心呈NEE走向。此期涠西南低凸起活动性弱, 处于水下接受沉积。涠西南凹陷和海中凹陷连通, 为统一的湖盆。在涠西南凹陷东南部, 1号断裂下降盘断块翘倾, 流沙港组超覆在企西隆起之上。在海中凹陷的西部, 海中凹陷沉降中心位于涠西南大断裂下降盘, 地层向东向南超覆于企西隆起。海中凹陷北部, 由于涠西南低凸起为水下古隆起, 3号断裂活动较弱, 仅局部活动, 在海中凹陷形成较小规模的沉降中心。

3.3 渐新世, 拉张至张扭阶段, 裂陷活动减弱(南海运动期)

渐新世时期, 进入第三次张裂期(也称断坳转换期), 西太平洋板块向欧亚板块持续俯冲, 印度板块向欧亚大陆碰撞达到高峰, 印支地块沿SE向顺时针旋转挤出, 在二者的共同作用下, 北部湾盆地区域构造应力场继续向东顺时针旋转, 由NNW-SSE向逐渐向近SN向调整。此时, 板块边界传递到板块内部的应力场对北部湾盆地形成及演化的控制作用逐渐增强, 断层继承性活动, 但活动强度减弱。随着区域挤压作用的增强, 断裂发生了较强烈的右旋走滑伸展变形, 早期NNE向伸展断裂发生右旋走滑剪切位移, 从而在裂陷作用形成的伸展断裂系统之上叠加了走滑伸展断裂系统的变形。北部坳陷此期形成一系列近EW向的断裂, 如涠西南凹陷的2号断裂、海中凹陷的3号断裂等, 控制了涠洲组的沉积, 沉降中心位于海中凹陷。

在涠西南凹陷, 涠西南大断裂北段停止活动, 1号断裂再次活动, 但活动强度有所减弱, 退居次要控沉积地位, 走向近东一西起控带作用的2号断裂活动强烈, 控制涠洲组沉积。海中凹陷, 涠西南大断裂南段继承性活动, 涠西南低凸起多期剧烈隆升, 其南侧的3号断裂强烈活动, 致使海中凹陷涠洲组沉积中心由涠西南大断裂下降盘迁移至东部的3号断裂下降盘, 沉积了大套的涠洲组, 凹陷沉降中心呈近EW走向。涠西南低凸起和3号断裂的强烈活动, 将始新世形成的统一湖盆烃源岩体分割开来, 使北部坳陷分割为涠西南凹陷和海中凹陷的格局。

在涠西南凹陷, 因区域挤压作用的增强, 早期发育的伸展断裂系统, 除少数大断裂之外, 断层活动性减弱, 本期叠加的走滑断裂系统, 和前期断层发生右旋走滑剪切变形, 主走滑断裂产状陡倾, 形成“花状构造”和“复式Y字形”断层的剖面形态(图 3)。早期伸展断裂多发育于流二段以下, 消失于流二段地层中, 本期的走滑断裂发育于沉积盖层之中, 断穿流一段及以上地层, 向下消失于流沙港组中上部地层。因涠西南低凸起对区域应力的阻隔作用, 后期的走滑剪切应力对海中凹陷影响较弱, 在海中凹陷的南斜坡发育了一些反向调节性断层。

到了涠洲组末期, 发生区域性的抬升, 形成T₂不整合界面。这次抬升在涠西南凹陷内表现强烈, 形成大角度强烈剥蚀, 并伴有一些次级的走滑断层和张性断层的发育；在海中凹陷, 这次剥蚀作用不强烈, 主要形成一些低角度的剥蚀。

3.4 新近纪, 裂后热沉降阶段(东沙运动期)

新近纪开始, 整个北部湾盆地进入裂后热沉降阶段, 除少数主干断裂外, 多数断裂停止发育, 整体下沉接受海相沉积。中新世末, 菲律宾板块的逆时针旋转作用, 在南海北部形成压扭应力场, 北部湾盆地又经历了一次挤压反转运动, 不同区域的反转强度不同, 海中凹陷受到的挤压作用最强烈, 其它几个凹陷则较弱。

总之, 北部坳陷构造演化与区域构造演化过程保持一致, 经历了古近纪张裂阶段(断陷)和新近纪裂后沉降阶段(坳陷), 张裂时期构造沉降中心跃迁较大, 使得其地质构造特征复杂。

4 构造演化与油气藏关系

始新统流沙港组二段湖相泥页岩是本区最主要的烃源岩, 其沉积时期北部坳陷为统一的湖盆, 发育两个沉积中心, 1号断裂控制的涠西南凹陷沉积中心和涠西南大断裂南段控制的海中凹陷沉积中心, 均沉积了较厚的中深湖相泥页岩。涠西南凹陷的烃源岩已被油气勘探所证实, 而海中凹陷面积更大, 地层更深, 资源潜力可能较涠西南凹陷更大。

盆地模拟结果显示, 北部坳陷主要排烃期是渐新世末期^[8]。涠西南凹陷具有上下两套断裂系统, 晚期渐新世形成的断层是否延伸至流沙港组烃源岩, 是油气成藏的一个重要因素。海中凹陷多数断裂具有较好的继承性, 断层多断至深部地层, 有利于油气运移。海中凹陷缓坡带邻近西侧和北侧的生油洼陷, 涠洲组上部较厚的偏泥岩地层可作为区域盖层, 是有利的勘探区带。

5 结论

(1) 涠西南凹陷属于“单断断阶式”箕状断陷结构, 多级断阶控制凹陷的地层沉积, 形成西断东超的构造格局。海中凹陷属“单断式”箕状断陷结构, 涠西南大断裂南段和3号断裂分别从西侧和北侧控制凹陷地层沉积。

(2) 涠西南凹陷以流二段为界, 发育上、下两套断裂体系:下部基底卷入型和上部盖层滑脱型。海中凹陷断层继承性好, 多切穿古近系, 表现为单一断裂体系。

(3) 北部湾盆地北部坳陷古近纪经历了三期幕式断陷活动:古新世, 初期拉张裂陷阶段, 由涠西南大断裂控制地层沉积, 形成狭小的半地堑；始新世早中期, 第二期强烈拉张裂陷阶段, 北部坳陷形成统一的湖盆, 发育涠西南凹陷和海中凹陷两个沉积中心；渐新世, 拉张至张扭阶段, 涠西南低凸起和3号断裂的强烈活动, 将始新世形成的统一湖盆分割开来, 沉积中心迁移至海中凹陷。

(4) 涠西南凹陷渐新世形成的断层是否延伸至流沙港组烃源岩, 是油气成藏的一个关键因素；海中凹陷缓坡带是有利的勘探区带。