2015, Vol. 37
[PDF全文]
2. 中国地质大学(武汉)资源学院, 湖北 武汉 430074;
3. "构造与油气资源"教育部重点实验室·中国地质大学(武汉), 湖北 武汉 430074;
4. 中国石油南方石油勘探开发公司, 海南 海口 570216
2. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China;
3. MOE Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan, Hubei 430074, China;
4. Exploration and Development Corporation, PetroChina, Haikou, Hainan 570216, China
近年来，随着沉积盆地分析研究的不断深入，构造活动与沉积两者的联系性愈来愈受到地质学者的关注。陶晓风等[1]详细总结了陆相盆地构造活动的沉积响应特点。杨明慧等通过研究苏丹穆格莱德盆地、大型走滑断裂末端走滑拉分盆地，建立了构造特征与沉积响应模式之间的关系[2]。构造活动对沉积的控制已经成为盆地分析中的基本内容，主要包括沉积盆地中构造对沉积的控制作用及沉积对构造的响应这两个相互关联的领域。作为重要的构造要素之一，断层的活动不仅控制了盆地的演化，而且决定了盆地的沉积格局，并影响圈闭的形成。因此，研究盆地的断层特征及其在盆地充填演化过程中的控制作用，对油气勘探实践有重要的指导作用[3-9]。
鉴于以上情况，笔者在地震资料解释成果的基础上，针对福山凹陷地层发育的特点，运用断层活动速率法分析福山凹陷主控断层之一的美台断层的活动演化特征及其对沉积的控制作用。
1 地质背景福山凹陷为北部湾盆地东南部中新生代早裂谷型凹陷，自新生代以来受多种构造活动因素的综合影响，形成了特殊的三角形外部形态以及复杂的内部地层结构。凹陷平面展布总体呈北东、北东东向，具有南北分带、东西分块的特征，被临高、长流和定安三大边界断裂围限；根据地质结构，凹陷内部可以划分为4个次级构造带，即南部斜坡带、中部构造带、中北断槽带和北部断阶带，在每个构造带内又可以进一步划分出多个次级的构造单元。其中正向构造单元包括永安背斜、花场低凸起以及金凤断鼻；负向构造单元包括皇桐次凹、白莲次凹、海口次凹、花场次凸。整体呈现东西隆凹相间的构造格局。美台断层是福山凹陷西部地区发育的一条二级断层，平面走向整体呈北东东向，延伸长度约28 km。断层上陡下缓，底部搭于临高断层上。本文选取美台断层主要影响范围——断层附近的凹陷西北部和中部为本次研究的工区范围(图 1)。凹陷的新生代主要发育的地层有古近系陆相沉积，由下而上可划分为长流组、流沙港组、涠洲组，美台断层于流沙港组二段开始活动(图 2)。
 |
| 图1 福山凹陷区域地质图 Fig. 1 Areal geology map of Fushan Depression |
 |
| 图2 福山凹陷新生界充填序列和垂向构造演化特征 Fig. 2 Strata filling sequence and vertical tectonic evolution characteristics in Fushan Depression |
目前断层活动性的研究方法主要有断层生长指数法、落差法和断层活动速率法[10-12]。其中，断层活动速率指的是某一地层单元在一定时期内，断层活动形成的落差与相应沉积时间的比值。由于考虑了沉积时间的影响，所以能够较为准确地判识断层的活动强度。本文选取研究区8条横切美台断层的典型测线(图 1)，利用三维地震剖面解释资料，对美台断层两盘不同层位在各测线处的断层落差进行统计，并根据各地层沉积期的时间跨度计算出不同测线处各层位的断层活动速率，编制美台断层活动速率演化图(图 3)分析美台断层的活动特征。
 |
| 图3 美台断层活动速率空间变化曲线图 Fig. 3 Curve graph of space variation on activity ratio of Meitai fault |
断层在不同的位置、不同的时期活动强度是不相同的。由图 3可以看出，流二期，美台断层开始发育，断层活动速率(IFAR)整体较小，最高值为36.75 m/Ma，各测线处变化幅度不大，高值在4#和5#测线附近。
流一期，美台断层活动速率较流二期明显增大，最大达54.36 m/Ma，活动速率最高值向西迁移至4号测线处。6#、7#、8#测线处断层活动性整体较小。
涠洲三期，美台断层活动性骤减，最高值在5#测线处，为20.27 m/Ma，其他各测线处断层活动速率为2.00~15.00 m/Ma，7#、8#测线处断层活动性最小。
涠洲一期断层活动性有小幅增大，断层活动性为8.00~25.00 m/Ma，7#、8#测线处活动性稍弱。
综上可知，美台断层在不同时期和空间位置上表现出差异的断层活动性。时间上，断层活动速率随着E2ls2—E2ls1—E3wz3—E3wz1+2变化呈现出弱-强-弱-强的演化趋势。流沙港二期断层开始活动，其活动速率整体较小，流沙港一期断层活动性增大。涠洲期，拗陷作用开始加强，构造活动减弱，断层活动性整体较流沙港期小。涠洲一、二期为盆地裂后加速沉降期，较涠洲三期断层活动性有小幅增强。平面上，同一时期断层中部的3#、4#、5#、6#测线处断层活动性较强，向两侧的1#、2#、7#、8#测线处活动速率逐渐变小(图 3)。
3 美台断层对沉积的控制美台断层及其配置所产生的古地貌对沉积物分散体系和砂体展布具有重要的控制作用[13-19]，本文从地层沉降和沉积相两方面展开分析。
3.1 断层活动对地层沉降的控制 3.1.1 平面控制规律美台断层对研究区地层沉降的控制作用在平面上主要表现为，各时期断层不同部位差异活动所造成的沉降中心的形成和分布的差异(图 4)。
E2ls2期美台断层开始活动，活动速率整体较小，在下降盘断层活动速率较高的5#测线和3#测线附近分别发育两个沉降中心(最大沉降速率达220 m/Ma)，沉降速率等值线沿NEE-SWW方向延伸，与美台断层走向一致。可见，此时断层对沉降的控制作用较强。
 |
| 图4 福山凹陷地层总沉降速率与美台断层活动速率叠合图 Fig. 4 Superimposition map of strata subsiding rate and activity ratio of Meitai fault in Fushan Depression |
E2ls1期美台断层活动速率明显增大，沉降中心较流二期向北部发生了迁移，偏离美台断层下降盘(最大沉降速率为280 m/Ma)。沉降速率等值线沿NE-SW方向延伸，与美台断层走向斜交。表明这一时期断层对沉降的控制作用减弱，区域的拗陷作用开始显现。
E3wz3期美台断层活动性骤减，地层沉降继承流一期的沉降特征，发育一个沉降中心，但沉降速率减小(最高值为160 m/Ma)，且沉降中心继续向北部迁移，沉降速率等值线与美台断层走向斜交交角增大。该时期断层对沉降的控制继续减弱，区域拗陷作用增强。
E3wz1+2期美台断层活动性较E3wz3期有小幅增大。沉降中心继续向北部迁移(最大沉降速率达170 m/Ma)，沉降速率等值线与断层走向斜交，说明该时期断层对沉降的控制作用已经较弱。
3.1.2 垂向演变规律不同时期断层活动的差异性，造成沉降中心分布的重大差异，对盆地演变产生重要影响。研究区地层的沉降中心在E2ls2期明显受美台断层的控制。E2ls1期断层活动性虽明显加强，但地层沉降中心偏离断层向北迁移，表明此时区域的拗陷作用开始显现。此后，断层对研究区域沉降中心的控制作用逐渐减弱，区域的拗陷控制作用逐渐增强。
3.2 断层活动对沉积体系的控制 3.2.1 沉积体系时空配置为了便于讨论，本文选取流沙港二期和流沙港一期进行分析。通过研究测井、岩芯和3D地震剖面反射特征，以及过研究区的大量的单井层序分析和连井对比结果(图 5，图 6)，在福山凹陷古近系共识别出辫状河三角洲、辫状河、重力流、湖泊扇三角洲等几种相类型。
 |
| 图5 福山凹陷WM1井单井图 Fig. 5 Single well diagram of Well WM1 in Fushan Depression |
 |
| 图6 福山凹陷WG3-W1井连井剖面砂体展布图 Fig. 6 The distribution of sand body in section Well WG3--Well W1 in Fushan sag |
E2ls2期碎屑体系分布范围明显较小，沿红光、花场地区南侧斜坡辫状河三角洲继承发育。湖泊相广泛发育，主要为半深湖-浅湖，发现很多动植物化石及典型的沉积构造。凹陷西侧博厚断阶带扇三角洲体系继承发育，永安、美台深凹区三角洲前缘发育小规模浊积扇体(图 7)。
 |
| 图7 福山凹陷E2ls2期沉积体系与美台断层活动速率叠合图 Fig. 7 Superimposition map of sedimentary facies and activity ratio of Meitai fault in E2ls2 phase |
E2ls1期南部斜坡广大区域处于剥蚀区，物源供给非常强盛，碎屑体系广泛分布。沿美台、红光、花场、美安地区南侧斜坡辨状河三角洲继承发育，较流二期规模变大。凹陷西侧博厚断阶带扇三角洲体系略向北迁移，在朝阳、花东等深凹区三角洲前缘发育较大浊积扇体(图 8)。
 |
| 图8 福山凹陷E2ls1期沉积体系与美台断层活动速率叠合图 Fig. 8 Superimposition map of sedimentary facies and activity ratio of Meitai fault in E2ls1 phase |
美台断层对研究区沉积体系的控制作用主要表现为断层不同部位差异活动所造成的沉积相带类型和分布的不同(图 7，图 8)。
E2ls2期福山凹陷处于区域湖扩时期，湖水范围迅速扩大，同时美台断层开始强烈活动，盆地快速沉降，因而该时期盆地以发育湖泊体系为主。受美台断层强烈活动的控制，断层下降盘发育较大规模厚度大但延深不远的浊积扇体，其发育位置靠近活动性较强的断层中部。地层沉降中心靠近断层活动速率高值处分布，广泛发育湖湘沉积。凹陷西侧同时接受临高凸起小规模物源供给，发育小范围厚度较小的扇三角洲朵体。
E2ls1期沉积体系分布范围明显向北迁移。美台断层的控制作用开始减弱。在远离断层的南部斜坡带发育分布范围和规模明显扩大的辫状河三角洲。地层沉降中心偏移，断层下降盘向北移动，发育湖相沉积。受临高凸起小规模物源供给的影响，在活动性相对较强的美台断层中偏西部区域，发育小范围扇三角洲朵体，朵体前端发育小规模浊积扇体。
4 结论(1) 在研究区幕式构造的大背景下，美台断层活动演化复杂，在时间和空间上均有不同的特征。时间上，美台断层自流二期开始发育，断层活动速率较小，至流沙港一期增大。流沙港期断层活动性总体相对较大，此后断层活动性逐渐减小。空间上，断层中间部位较两边活动性较强。
(2) 同一时期美台断层活动性强的位置，下降盘发育对应沉降中心。垂向上，各沉积时期美台断层活动性对研究区地层沉降的控制不同，导致凹陷沉降中心的变化与迁移。E2ls2期断层对地层沉降的控制最强，沉降中心靠近断层发育。到了E2ls1，E3wz3和E3wz1+2期，断层控制作用逐渐较弱，沉降中心远离断层发育。
(3) 空间上，美台断层活动性较强的部位发育厚度大但延深不远的重力流砂体浊积扇，在美台断层活动性较小的部位则发育辫状河三角洲。凹陷西侧同时受临高断层控制，形成了扇三角沉积体系。时间上，在美台断层对盆地发育控制作用较强的E2ls2期，湖湘沉积背景的砂体发育较为广泛，辫状河三角洲碎屑体系分布范围较小。E2ls1期断层控制作用相对减弱，辫状河三角洲体系广泛发育，向湖盆推进。
| [1] |
陶晓风, 流登忠, 朱利东, 等. 陆相盆地沉积作用与构造作用的关系[J].
沉积学报, 2001, 19 (3) : 410 –414.
Tao Xiaofeng, Liu Dengzhong, Zhu Lidong, et al. Relationship between sedimentary process in terrestrial Basin and tectonic process[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2001, 19 (3) : 410 –414. |
| [2] |
杨明慧, 刘池阳, 孙冬胜, 等. 冀中坳陷北区古近纪构造-沉积关系双向研究[J].
西安石油学院学报, 2002, 17 (6) : 12 –15.
Yang Minghui, Liu Chiyang, Sun Dongsheng, et al. Coupling relationship between structure and sedimentation in the north of Jizhong Basin during paleogene[J]. Journal of Xi'an Petroleum Institute, 2002, 17 (6) : 12 –15. |
| [3] | Frimmel H E, Folling P G, Eriksson P G, et al. Neoproterozoic tectonic and climatic evolution recorded in the Gariep Belt, Namibia and South Africa[J]. Basin Research, 2002, 14 : 55 –67. DOI:10.1046/j.1365-2117.2002.00166.x |
| [4] |
单敬福, 王峰, 孙海雷, 等. 蒙古国境内贝尔湖凹陷早白垩世沉积充填演化与同沉积断裂的响应[J].
吉林大学学报, 2010, 40 (3) : 510 –518.
Shan Jingfu, Wang Feng, Sun Hailei, et al. The responding to syn-sedimentary fault system for sediment filling evolvement in the early Cretaceous, Bel-Lake Depression of Mongolia[J]. Journal of Jilin University, 2010, 40 (3) : 510 –518. |
| [5] |
王华, 姜华, 林正良, 等. 南堡凹陷东营组同沉积构造活动性与沉积格局的配置关系研究[J].
地球科学与环境学报, 2011, 33 (1) : 71 –77.
Wang Hua, Jiang Hua, Lin Zhengliang, et al. Relations between synsedimentary tectonic activity and sedimentary framework of Dongying Formation in Nanpu Sag[J]. Journal of Earth Sciences and Environment, 2011, 33 (1) : 71 –77. |
| [6] | Mcleod A E, Underhill J R, Davies S J, et al. The influence of fault array evolution on synrift sedimentation patterns:Controls on deposition in the strathspey-brentstatfjord half grabennorthern North Sea[J]. AAPG Bulletin, 2002, 86 (6) : 1061 –1093. |
| [7] |
辛云路, 任建业, 李建平, 等. 构造-古地貌对沉积的控制作用——以渤海南部莱州湾凹陷沙三段为例[J].
石油勘探与开发, 2013, 40 (3) : 302 –308.
Xin Yunlu, Ren Jianye, Li Jianping, et al. Control of tectonic-paleogeomorphology on deposition:A case from the Shahejie Formation Sha 3 Member, Laizhouwan Sag, southern Bohai Sea[J]. Petroleum Exploration and Development, 2013, 40 (3) : 302 –308. |
| [8] |
王明健, 张训华, 张运波, 等. 临清坳陷东部断裂系统与上古生界煤成气成藏[J].
中国矿业大学学报, 2013, 42 (3) : 395 –404.
Wang Mingjian, Zhang Xunhua, Zhang Yunbo, et al. Fault system and accumulation of upper Palaeozoic coalderived gas in eastern Linqing Depression[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2013, 42 (3) : 395 –404. |
| [9] |
杨玉峰, 王孔伟, 王始波, 等. 汤原断陷下第三系构造活动对层序的控制作用[J].
石油与天然气地质, 1999, 20 (1) : 50 –54.
Yang Yufeng, Wang Kongwei, Wang Shibo, et al. Controlling the tectonic activity to sequences lower tertiary of in Tangyuan faulted Depression[J]. Oil & Gas Geology, 1999, 20 (1) : 50 –54. |
| [10] |
李勤英, 罗凤芝, 苗翠芝, 等. 断层活动速率研究方法及应用探讨[J].
断块油气田, 2000, 20 (2) : 1 –15.
Li Qinying, Luo Fengzhi, Miao Cuizhi, et al. Research on fault activity ratio and its application[J]. Fault-Block Oil & Gas field, 2000, 20 (2) : 1 –15. |
| [11] |
陈刚, 戴俊生, 叶兴树, 等. 生长指数与断层落差的对比研究[J].
西南石油大学学报, 2007, 29 (3) : 20 –23.
Chen Gang, Dai Junsheng, Ye Xingshu, et al. A comparison of the fault growth index with fault throw[J]. Journal of Southwest Petroleum University, 2007, 29 (3) : 20 –23. |
| [12] |
赵勇, 戴俊生. 应用落差分析研究生长断层[J].
石油勘探与开发, 2003, 30 (3) : 20 –23.
Zhao Yong, Dai Junsheng. Identification of growth fault by fault fall analysis[J]. Petroleum Exploration and Development, 2003, 30 (3) : 20 –23. |
| [13] |
姜华, 王华, 刘军, 等. 珠江口盆地珠三坳陷神狐组恩平组沉积时期南断裂活动性对沉积的控制作用[J].
地质科技情报, 2009, 28 (2) : 49 –53.
Jiang Hua, Wang Hua, Liu Jun, et al. Activity of south Fault of Zhu III Depression and its controlling on sedimentation during Shenhu Formation to Enping Formation in Pearl River Mouth Basin[J]. Geological Science and Technology Information, 2009, 28 (2) : 49 –53. |
| [14] |
史冠中, 王华, 徐备, 等. 南堡凹陷柏各庄断层活动特征及对沉积的控制[J].
北京大学学报, 2010 (2) : 69 –74.
Shi Guanzhong, Wang Hua, Xu Bei, et al. Activity of Baigezhuang Fault of Nanpu Depression and its controlling on sedimentation[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2010 (2) : 69 –74. |
| [15] |
蔡佳, 姜华, 甘华军, 等. 南阳凹陷南部边界大断裂活动性及其对沉积的控制[J].
西安石油大学学报:自然科学版, 2009, 24 (4) : 9 –12.
Cai Jia, Jiang Hua, Gan Huajun, et al. Activities of the boundary major fault in the south of Nanyang Sag and their control effect on deposition[J]. Journal of Xi'an Shiyou University, 2009, 24 (4) : 9 –12. |
| [16] |
张凡芹, 王伟锋, 张晶, 等. 沾化凹陷断层对沉积的控制作用[J].
石油大学学报:自然科学版, 2005, 29 (5) : 1 –6.
Zhang Fanqin, Wang Weifeng, Zhang Jing. Controlling of faults on sedimentation in Zhanhua Sag[J]. Journal of the University of Petroleum, China, 2005, 29 (5) : 1 –6. |
| [17] |
陈刚强, 王伟锋, 万钧, 等. 民丰洼陷断层活动性及其对层序的控制作用[J].
新疆石油地质, 2007, 28 (4) : 480 –482.
Chen Gangqiang, Wang Weifeng, Wan Jun, et al. Fault activities and their controls on depositional sequences in minfeng sub-sag[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2007, 28 (4) : 480 –482. |
| [18] |
宗奕, 梁建设, 郭刚, 等. 珠江口盆地番禺低隆起文昌组断裂活动性特征及其对沉积的影响[J].
地球科学与环境学报, 2012, 34 (4) : 31 –35.
Zong Yi, Liang Jianshe, Guo Gang, et al. Characteristic of fault activity in Wenchang Formation of Panyu Low Uplift, Pearl River Mouth Basin and its influence on sedimentation[J]. Journal of Earth Sciences and Environment, 2012, 34 (4) : 31 –35. |
| [19] |
刘恩涛, 岳云福, 黄传炎, 等. 歧口凹陷东营组沉降特征及其成因分析[J].
大地构造与成矿学, 2010, 34 (4) : 563 –572.
Liu Entao, Yue Yunfu, Huang Chuanyan, et al. The characteristics and mechanism of the subsidence of the Dongying Formation in the Qikou Sag[J]. Geotectonica Et Metallogenia, 2010, 34 (4) : 563 –572. |