引言

乌石凹陷是北部湾盆地南部拗陷中的次级构造单元，是早期同涠西南凹陷一起被证实的富生烃凹陷，多年的勘探先后发现了多个含油气构造。前人在乌石凹陷的构造演化、沉积体系、断裂与油气的关系、区域构造与圈闭发育、烃源与油气运聚、成藏规律等各方面做了大量工作^[1-5]，但受地震资料品质限制，认识较为局限，尤其是对断裂缺乏系统的研究。本文在新三维地震资料精细构造解释的基础上，进一步系统研究了乌石凹陷东区古近系断裂特征，对乌石凹陷东区古近系发育的断裂系统的构造样式进行详细分类和描述，并结合勘探实践，探讨了古近系断裂体系与油气聚集成藏的关系，对该地区下一步较为有利的油气勘探领域做出预测。

1 区域地质背景

乌石凹陷位于北部湾盆地南部拗陷的东北部，总体上呈近东西向展布，总面积约为2 680 km²。北面毗邻企西隆起，通过一个鞍部与纪家凹陷相连；南面毗邻流沙凸起；西南面通过企西隆起和流沙凸起联合形成的鞍部与海头北凹陷相连；东面通过企西隆起和流沙凸起之间的鞍部与锦和凹陷相连。研究区乌石凹陷东区受南部边界⑦号断裂的控制，古近系由南向北抬升，南厚北薄，埋深及厚度最大之处即凹陷中心位于南部⑦号断层下降盘，整体表现为南断北超的半地堑特征。但是由于区内断裂活动的差异性，平面上自西向东可分为西部的斜坡断裂带和东部的鼻状构造带；自南向北可分为南部深洼带、东1次洼带、鼻状低凸起和北部的东2次洼带，此外，受涠洲期走滑应力的影响，研究区内形成一低幅的断背斜中央隆起带，与流沙港期形成的沉积向斜叠加，形成下凹上凸的格局。研究区内地层发育较全，从下至上依次发育白垩系基底(顶界面T$_{100}$)，古近系古新统的长流组(E$_1$，顶界面T$_{90}$)、始新统的流沙港组三段(E$_2l^3$，顶界面T$_{86}$)、流沙港组二段(E$_2l^2$，顶界面T$_{83}$)、流沙港组一段(E$_2l^1$，顶界面T$_{80}$)、渐新统的涠洲组三段(E$_3w^3$，顶界面T$_{72}$)、 涠洲组二段(E$_3w^2$，顶界面T$_{70}$)、涠洲组一段(E$_3w^1$，顶界面T$_{60}$)及新近系的下洋组(N$_{11}$，顶界面T$_{50}$)、 角尾组(N$_{12}$，顶界面T$_{40}$)、灯楼角组、望楼港组以及第四系。

2 断裂系统特征及演化 2.1 断裂系统特征

乌石凹陷东部断裂非常发育，从平面上看主要发育了NE、近EW以及NW走向的3组断裂系统(图 1)。NE向断裂系统开始发育于古新统长流期，部分为控凹断层，如⑦号断裂、16-2南北边界断裂长期继承性活动至渐新世末期，这些断层向下断至基底，向上断开T$_{60}$界面，而非控沉积的NE向断层均短暂活动至始新统早期就停止活动，向下断至基底，向上断开T$_{86}$界面(图 2g，图 3g)；近EW向断层主要活动于渐新世，断层向下断开T$_{83}$界面，向上断至T$_{60}$界面，少数断层新近纪早期微弱活动，断开T$_{60}$界面(图 2g，图 3g)；NW向断层主要活动于渐新世末期，断层向下多断开T$_{80}$界面，向上断至T$_{60}$界面，剖面上与早期活动的近EW向断层组合形成花状构造(图 2g，图 3g)。

2.2 断裂的活动期次及构造演化分析

本文利用平衡剖面的原理和技术方法^[6-7]，对乌石凹陷东区两条骨干剖面A—A'、B—B'进行回剥复原分析，恢复研究区断裂的演化史，将断裂分为3套：断开长流组—流三段(T$_{100}$—T$_{86}$)的早期断裂体系、断开流二段—涠洲组(T$_{83}$—T$_{60}$) 的晚期断裂体系以及断开整个古近系的(T$_{100}$—T$_{60}$)继承性断裂体系。同时分析断裂对隆凹格局和充填演化的控制，并将研究区的演化史分为初始裂陷、强裂陷、走滑弱伸展3个阶段，具体分析如下(图 2，图 3)。

第一期为古新世—早始新世(T$_{100}$—T$_{86}$)的初始裂陷阶段。此时期古南海盆地向南俯冲，向南的拉张拖曳应力导致北部湾盆地在大规模的南东—北西向、近南北向的拉张应力作用下产生了一组NNE或NE向深大断裂，盆地内各个凹陷开始形成^[8-13]。乌石凹陷东区在此构造应力的作用下，NE向的断裂，如凹陷的南部边界⑦号断裂开始发育，凹陷开始形成，此时期各断层的活动性不强，断层的活动形成多个小的半地堑，整个凹陷处于一个相对破碎的状态，没有统一的沉降中心(图 2a，图 3a)。

第二期为中晚始新世(T$_{86}$—T$_{80}$)的强裂陷阶段。此时期印支地块向欧亚大陆挤入导致红河断裂左行滑动，古南海盆地向南拉张拖曳作用使盆地内产生持续的南东—北西向拉张应力，在左旋走滑扭动应力和持续的南东—北西向拉张应力作用下^[14-16]，先前发育的部分NE 向断层继承性强烈活动。从平衡剖面分析来看，中始新世流二期，乌石凹陷东区边界⑦号断层继承性强烈活动，并控制了流二段的沉积，在断裂下降盘形成与断裂走向平行的滚动背斜(图 2b，图 3b)。研究区内东、西部的断层活动具有明显的差异性，西部除⑦号断裂强烈活动外，凹陷内斜坡带先前形成的NE向断裂都停止活动，形成一个典型的南断北超的半地堑(图 2b)；研究区东部NE向断层16-2南、北边界断层则继承性强烈活动，其中16-2南断裂控制了东1次洼的形成，与边界⑦号断层共同控制形成了一个复式地堑，乌石16-2北断裂控制了东2次洼的形成，沉降中心位于断裂下降盘，形成一个南断北超的小型半地堑，从而控制了研究区东部“隆凹相间”的构造格局(图 3b)，正是由于该时期断裂活动的差异性，乌石凹陷东区的雏形基本形成(图 2b，图 3b)；晚始新世，处于构造应力相对平静期，只有控制沉积的边界⑦号断层继承性活动，其中西段比东段活动性强，沉降中心向西部迁移，晚始新世晚期，区域构造应力发生反转，乌石凹陷整体抬升，研究区东区流一段遭受剥蚀，仅在⑦号断层下降盘有少量残留(图 2c，图 3c)。

第三期为渐新世(T$_{80}$—T$_{60}$)的走滑弱伸展阶段。渐新世早期的涠三期，古南海盆地向南拉张拖曳作用由南东—北西向拉张应力为主逐渐变为以近南北向的拉张应力为主，研究区内早期继承性活动的NE向断层继续微弱活动，此外，在凹陷内部还形成了一系列近EW向的断层，这些断层向下断开T$_{83}$，最终构造应力被流二段泥岩的塑性变形吸收，断裂消失(图 2d，图 3d)；中晚渐新世，印支地块向欧亚大陆挤入导致红河断裂左行滑动加剧，乌石凹陷左旋走滑扭动作用逐渐加强，整个凹陷沉降中心逐渐由乌石凹陷东区向中西区迁移，先前一直继承性活动的NE向断层持续性活动，而北西向扭动应力的作用在凹陷内NE 向张断裂的基础上，在涠洲组形成一组走向NW的雁列状断裂带，剖面上呈花状断层组合(图 2e，图 3e)，该断裂带叠加于始新世形成的滚动背斜的翼部，形成了前文所述的“上凸下凹”的构造格局，中央隆起带形成并基本定型。渐新世晚期，南海运动导致整个盆地从东部开始区域抬升形成区域不整合，凹陷东区抬升，鼻状构造明显，涠洲组遭遇较强剥蚀。该运动导致区域构造挤压和构造反转，中央隆起带最终定型(图 2f，图 3f)。渐新世区域张裂构造和走滑扭动构造，使涠洲组断层更加发育，同时也在涠洲组形成一系列断块构造，为涠洲组成藏提供了圈闭条件和油气运移通道。

2.3 断裂构造样式

乌石凹陷在演化过程中受多期构造变形的叠加影响，发育了丰富的构造样式，依据应力机制可以划分出伸展构造、走滑构造以及反转构造，按断裂组合样式进一步又可以划分出半地堑、地堑、滑脱构造、花状构造以及反转背斜构造等多种构造样式(图 4)。

伸展构造主要发育于第一期初始裂陷期和第二期强裂陷期，初始裂陷期的长流期至流三期，凹陷内发育大量的NE 走向小型断层，形成一系列的小型半地堑，根据断面的形态又可以分为平直型和铲型两种。流二期，边界⑦号断层以及凹陷内部分控沉积断层强烈活动，凹陷整体上南断北超，凹陷可以划分出陡坡带以及缓坡带，缓坡带NE向系列断裂组合成缓坡断阶，根据断层倾向与缓坡带倾向的关系又可分为反向断阶和同向断阶。边界⑦号断层与凹陷内控沉积断层组合又可形成简单地堑和复式地堑两种样式，此外，在⑦号断层局部区段又发育多条分支断层，共同组合成陡坡同阶断裂系。伸展构造中的滑脱构造主要是凹陷内部分东西向断层向下断至流二段泥岩，由泥岩塑性滑脱变形吸收了构造应力形成，主要是中央隆起带断背斜的边界断层。走滑反转构造主要形成于凹陷第三期走滑裂陷阶段，典型的构造样式就是发育于中央隆起带背斜顶部的花状构造，这些断层走向NW，呈雁列状分布，凹陷内反转构造样式较少见，多表现为地层的隆起变形，形成挤压背斜，只有少部分断层表现为上逆下正的正反转样式(图 4)。

3 断裂对油气成藏要素的控制 3.1 断裂对沉积体系及烃源岩的控制

乌石凹陷东区断裂复杂，分期活动，控制了沉积体系的展布：长流期，断裂活动速率不大，盆地水体较浅，主要发育一套暴露地表的冲积相沉积，流三期，断裂继承性小幅活动，整个凹陷水体有所加深，地势起伏不大，以东部以及北部的缓坡物源为主，发育浅水扇三角洲沉积(图 5a)；流二期，⑦号断裂等强烈活动，断裂的活动致使东部深洼快速沉降，最大沉降速率可达1 200 m/Ma，同时，周缘水系快速汇入，湖平面上升，整个乌石凹陷东区在流二期以中深湖的沉积环境为主，只有局部地区发育小型的三角洲沉积(图 5b)，在流二早期及晚期发育了一套厚层深灰色的油页岩与页岩互层沉积，沉积范围覆盖整个乌石东区，从区内15口钻井的分析化验结果看，暗色泥页岩有机碳含量平均为1.01%~2.51%，生烃潜量(S$_1$+S$_2$)平均值为3.32~13.48 mg/g，是一套中等—好的烃源岩，油页岩有机碳含量平均为2.81%~6.88%，生烃潜量(S$_1$+S$_2$)平均值为13.58~ 41.86 mg/g，是一套好—最好的烃源岩^{[17, 18]}；流一期，盆地水体逐渐变浅，沉降中心仍位于⑦号断裂下降盘，北部以缓坡带为主，发育长源的三角洲沉积，西北部及南部陡坡带以点物源的扇三角洲沉积为主(图 5c)；涠洲期，⑦号断裂东区段活动减弱，沉降中心西移，整个东区抬升略向西倾的平台，物源沿东部轴向沟谷注入，研究区沉积环境以辫状河三角洲—滨浅湖沉积为主(图 5d)，受湖进湖退影响，在涠洲组发育辫状河三角洲—滨浅湖沉积为主的储盖组合。

3.2 断裂对圈闭的控制

研究区内圈闭类型以断鼻、断块、断背斜为主，从流沙港组至新近系均有圈闭发育，几乎所有的构造型圈闭都需要断层遮挡，少数圈闭有小面积自圈。 其中流三段圈闭多为走滑弱伸展，主要为早期短暂活动的NE向断层控制(图 6)，分布于凹陷北部的缓坡带以及凹陷东部的鼻状隆起区；流一段以断块圈闭为主，多分布于凹陷中西区的中央隆起带和⑦号断裂的下降盘，此外在东部的乌石16-1构造也有分布(图 6)，流一段圈闭主要受近东西向断层的控制，部分受后期走滑断层的改造在涠洲末期最终定型；涠洲组圈闭基本上都分布于中央隆起带(图 6)，以复式的断背斜为主，圈闭的形成主要受控于断裂的活动，涠洲期直接披覆于早期的滚动背斜之上，后期受走滑断裂的改造最终定型。除单纯的构造圈闭外，岩性圈闭在乌石凹陷也广为分布，如早期证实的乌石16-1构造流二段既要靠断层遮挡，又有纵向、横向砂岩的尖灭形成典型的构造岩性圈闭，近期勘探证实乌石22-7构造流一段底部也发育典型的岩性圈闭，这些岩性油气藏显示出巨大的勘探潜力。

3.3 断裂对油气运聚的控制

乌石凹陷断裂活动对油气成藏的影响不仅表现在由于两盘错动而导致储层在断层两侧对接的岩性发生变化，从而产生侧向封堵效应，而且还作为油气向浅层运移的通道控制了油气的运移(图 6)。在乌石凹陷发现油气的钻井中，只有一口井钻遇新近系下洋组油层，其余均在渐新统涠洲组及始新统流沙港组发现油气层。乌石凹陷东区目前共发现5个油气藏，都是构造和构造-岩性复合型的油气藏，如乌石17-1、乌石22-7是断背斜型圈闭，乌石16-1、乌石17-2是断块型圈闭，WS22-1是断鼻型圈闭，所发现的5个油气藏均与断层封堵有关。从构造位置上看，这些油气藏均发育于凹陷中央隆起带和东部鼻状低凸起区，这些构造带断裂发育，提供了断鼻、断背斜等多种类型有效圈闭。

从区域位置看，中央隆起带临近烃源中心，生成的油气可以近距离运移至圈闭内成藏，盆地模拟研究表明，乌石凹陷东区在流一末期已经开始进入排烃期，渐新世中期进入主要排烃期。从形成时间看，中央反转构造带定型于渐新世末期，而中央隆起带的断裂基本上开始发育于渐新世中期的涠二期，断裂活动期与主要排烃期具有很好的匹配性。这些晚期活动的断层是流二段烃源生成油气向浅层垂向运移的通道，是渐新统涠洲组及以上地层形成油藏的关键因素。渐新世晚期活动逐渐微弱，断裂很少断至新近系，油气缺乏向下洋组圈闭运移的通道，因此，下洋组圈闭油气发现较少。

4 结论

(1) 乌石凹陷经历了古新世—始新世早期的弱裂陷、始新世中晚期的强裂陷以及渐新世的走滑弱伸展3个阶段，发育了NE、近EW、NW向3套断裂系统，根据断裂的活动时间及期次，又可分为3套：断开长流组—流三段(T$_{100}$—T$_{86}$)的早期断裂体系、断开流二段—涠洲组(T$_{83}$—T$_{60}$)的晚期断裂体系以及断开整个古近系的(T$_{100}$—T$_{60}$)继承性断裂体系。

(2) 乌石凹陷东区主要发育伸展、走滑、反转3种构造样式，按断裂组合样式进一步又可以划分出半地堑、地堑、滑脱构造以及花状构造、反转构造等多种亚类构造样式。

(3) 乌石凹陷东区断裂的活动控制了烃源岩的发育，沉积体系的充填演化、圈闭的形成以及油气的运聚。从油气成藏各要素的时空配置上来看，乌石凹陷中央隆起区临近烃源中心，油气通过断裂沟源可以近距离垂向运移至圈闭成藏，是较为有利的勘探区。此外，研究区北部的掀斜断块构造带发育系列断块圈闭，而且钻井证实油气侧向运移活跃，可能形成长源的断块油气藏，同样具有较大的勘探潜力。