断裂是裂陷盆地构造研究的核心，也是此类盆地油气勘探的关键^[1]，断裂的分布和活动对油气成藏有至关重要的控制作用。野外填图、地震资料解析、钻井等研究表明，裂陷盆地的结构和断裂系统复杂，盆地结构、断层的倾向和位移量、断层的平剖面组合、地层倾向等在横向均会发生变化^[2~6]，而这种变化的规律和控制因素还有待进一步深入研究。迈陈凹陷为南海北部大陆架北部湾盆地内的典型陆相断陷凹陷，具有复杂的断裂分布和演化过程，不同区域的断裂分布、组合以及活动演化历史差异明显。虽然已有部分学者对迈陈凹陷的构造特征进行了研究^[7~10]，但对断裂分布和活动的差异性缺乏认识，对断裂系统的成因机制缺乏研究。本文通过三维地震资料构造解析，并应用先存构造活动性准则理论^[11]和摩尔空间理论^[12]，对迈陈凹陷断裂体系特征进行分析，探讨该凹陷断裂系统的演化及成因机制，确定先存构造分布和活动的差异是造成不同区域断裂组合和活动差异的根本原因。该认识一方面解剖了迈陈凹陷油气的差异分布特征和规律，建立了断裂控藏的油气成藏模式；另一方面为裂陷盆地不同区域差异构造变形特征规律的研究提供了一个良好的实例。

1.   断裂系统的差异分布特征

迈陈凹陷位于北部湾盆地中部坳陷带(见图 1)，南以灯楼角断层与徐闻隆起相隔，东部边界为徐闻断裂，北与流沙港低凸起相连，为“南断北超”的箕状断陷。

图  1  北部湾盆地区域构造单元分布图^[8]

Figure  1.  The distribution of tectonic units in Beibuwan Basin

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迈陈凹陷所在的北部湾盆地为一新生代裂陷盆地。该盆地由古近系裂陷层和新近系拗陷层两大构造层组成。裂陷系地层包括古新统长流组(E₁ch)、始新统流沙港组(E₂l)和渐新统涠洲组(E₃w)组成，是两期裂陷作用的产物，其中E₁ch—E₂l和E₃w分别对应第一期(裂陷Ⅰ、Ⅱ幕)和第二期(裂陷Ⅲ幕)裂陷作用的沉积。童亨茂等^[1]的研究表明，北部湾盆地第一期裂陷为北西—南东方向伸展，第二期裂陷为南北向伸展。迈陈凹陷现今的构造特征是上述多期构造变形叠加的结果。

迈陈凹陷主干伸展断层的几何学、运动学特征对盆地形态、次级构造带的形成和分布以及沉积充填都有明显控制作用。对三维地震资料的构造解析表明，主干断裂及其控制的次级断裂在不同区域的发育和分布特征存在明显差异，根据这些构造特征差异，可将迈陈凹陷东部(中石化徐闻探区)划分出4个构造单元(见图 2、图 3)，分别为南部断裂带、内斜坡带、外斜坡带和东部断裂带，南部断裂带和内斜坡带又各分为东、西2个区。不同构造单元的主控断层走向、规模、活动特征及其派生的次级断层均存在差异，导致各单元存在不同的断层组合特征及构造样式。

图  2  迈陈凹陷东部涠洲组二段底界断裂系统及构造单元划分

Figure  2.  The fault system and tectonic units at the bottom of E₃w₂ in the east of Maichen Sag

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图  3  迈陈凹陷东部流沙港组三段底界断裂系统及构造单元划分

Figure  3.  The fault system and tectonic units at the bottom of E₂l₃ in the east of Maichen Sag

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1.1   边界断裂带特征及构造样式

边界断裂带包括南部断裂带和东部断裂带。南部断裂带的主控断层——迈1断层(即灯楼角断层在工区内的部分)是迈陈凹陷的南部边界断层，走向北东东，倾向北北西，倾角40°~60°，为上陡下缓的铲式结构，底部具滑脱特征。断层的西部断距大，呈铲式特征，对地层沉积具有明显控制作用，平面上与近东西向展布的分支断层呈梳状断层组合(见图 4)，向东规模逐渐减小，为多条断层控制凹陷边界；其东部则分化为多条小断层，呈扫帚状组合；同时在其南部还发育有一条级别较大的断层，形成平行式分布。剖面上呈快速下降的阶梯状特征，因此断距与西段相比均比较小(见图 4)。

图  4  迈陈凹陷东部不同区带构造样式及断层组合特征图

Figure  4.  The structural styles and fault combinations in different regions of east Maichen Sag

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东部断裂带的主控断层——徐闻断层是迈陈凹陷的东部边界断层，走向北北西，倾向南南西，倾角50°~70°。剖面上断层形态变化不大，断面较平直，是在凹陷伸展过程中发生被动左旋走滑作用形成的，属于凹陷边界变换断层。徐闻断层活动持续时间比较长，但对沉积的控制较弱，由于凹陷的沉降作用，剖面上呈牵引构造。平面上，徐闻断层与伴生的近东西展布的南倾小断层呈小角度斜交，呈梳状组合特征(见图 2—图 4)。

1.2   斜坡带断裂特征及构造样式

除了少数长期活动之外，多数斜坡带断层以流二段顶面为界，下部断层向上终止于流二段内部或涠三段底部，上部断层向下多终止于涠三段底部，表现为2套断裂系统特征(见图 5中的现今构造剖面)，即上部断裂系统(涠洲组断裂系统)和下部断裂系统(长流组—流沙港组断裂系统)，上、下2套断裂系统具有独立性和继承性，并在斜坡带不同位置表现出断裂特征及构造样式的差异。

图  5  迈陈凹陷东部构造发育史剖面图(剖面位置见图 2、图 3)

Figure  5.  The profile map of tectonic evolution in the east of Maichen Sag

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迈陈凹陷斜坡带包括内斜坡带和外斜坡带。内斜坡带断裂具有明显的东西分区差异(见图 2、图 3)。东区在长流组—流沙港组沉积期受东西向先存构造的影响，涠洲组沉积期又受徐2断层影响，形成塌陷构造，表现为复式“Y”形构造样式，从而呈现典型的“洼中隆”特征。断层主要呈近东西走向分布，主干断层以北倾为主，同时发育调节性南倾断层，平面上形成平行交织组合(见图 2、图 3)，剖面上形成复式“Y”形构造(见图 4)。西区在叠加伸展变形过程中形成了向北逐级抬升的“多米诺”式斜坡特征，与内斜坡带东区存在较大差异。平面上，流沙港组断层呈北东走向(见图 3)，涠洲组断层呈近东西走向(见图 2)，北倾为主；剖面上流沙港组和涠洲组断层均表现为典型的“多米诺”式组合特征(见图 4)。

外斜坡带在迈陈凹陷的北部，位于徐闻1北断层、徐2断层以北，流沙港低凸起以南(见图 2、图 3)。外斜坡整体坡度较缓，流沙港组和涠洲组地层相对较薄，并且流二段顶部剥蚀现象明显，与上覆涠洲组地层呈明显的角度不整合接触。外斜坡先存断层不发育，断层的发育主要受区域应力场控制。平面上流沙港组断层主要呈北东走向，以北倾为主；涠洲组断层呈近东西走向，北倾、南倾均有发育。剖面上呈“多米诺”-“Y”形叠加——流沙港组断层表现为“多米诺”式组合特征，涠洲组断层表现为“Y”形组合。

2.   断裂系统的差异演化特征及成因机制

迈陈凹陷新生代盆地演化可划分为古近纪陆相裂陷阶段和新近纪至第四纪海相拗陷阶段^[13~14]。断裂主要形成于裂陷阶段，但不同区域断裂的形成演化存在明显差异。

2.1   构造演化过程

西区和东区的2条发育史剖面(图 1中剖面AA′，BB′)对比分析表明，不同区带断层发育及演化存在差异(见图 5)。根据先存构造活动性准则理论^[11]以及先存构造活动规律^[15~16]，先存构造性质的差异是造成迈陈凹陷断裂活动差异的根本原因。

裂陷Ⅰ、Ⅱ幕(长流—流沙港组沉积时期，即北西—南东向伸展阶段)，东区和西区断层的发育特征比较相似，断层全部为北倾，倾角60°左右，呈“多米诺式”构造样式(见图 5)。该阶段前新生代的先存构造(图 5中长流组沉积前剖面)均复活，但没有造成不同区域断层剖面组合型式的明显差异。

裂陷Ⅲ幕(涠洲组沉积时期，即南北向伸展阶段)，随着区域伸展方向的改变，新生断层大量发育，但先存断裂(裂陷Ⅰ、Ⅱ幕形成的断裂)活动情况存在很大的差异。内斜坡带西区断层倾向主要为北倾，先存断裂很少活动，呈现典型的“多米诺式”构造样式；内斜坡带东区徐2断层在先存构造的基础上强烈活动，并伴随一系列反向断层的产生形成塌陷构造(复式“Y”形构造)，呈现“洼中隆”特征。这一时期迈1断层在东—西区的翘倾作用均很显著，造成涠洲组沉积整体呈南厚北薄的楔状特征。

拗陷期(新近纪—第四纪)，断层活动不强烈，伸展量较小。

2.2   断裂发育期次及类型

通过断层活动性分析，结合构造演化剖面及构造解释成果，以T₄(涠洲组底界)为界，可以将迈陈凹陷划分为上(见图 2)、下(见图 3)两套断裂系统(见图 5)，三期断裂。

Ⅰ期断裂形成下部断裂系统，发生在陆相断陷阶段裂陷的Ⅰ、Ⅱ幕(长流组至流沙港组沉积期)。主要发育以北东东走向为主的“多米诺式”北倾断层(见图 3)，控制长流组、流沙港组沉积。

上部断裂系统在Ⅱ、Ⅲ期断裂作用中形成。Ⅱ期断裂主要形成于裂陷Ⅲ幕早期(涠三段沉积期)，多是一些规模较小的断层，断裂活动时间较短，主要在涠三段沉积期发育。Ⅲ期断层主要形成于裂陷Ⅲ幕主活动期(涠二段至涠一段沉积期)，数量很多，既有北倾，也有南倾，平面上呈近东西走向(见图 2)，这些断层向下一般断至涠三段，控制涠二段、涠一段沉积。新近纪以来很少活动，对新近系沉积控制作用较弱。

根据断层形成时间、活动演化历史，又可将其划分为4种类型(见图 6)：

图  6  迈陈凹陷东部断层发育类型模式

Figure  6.  The fault evolution models in the east of Maichen Sag

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① 持续活动型断层：指裂陷期(流沙港组至涠洲组沉积期)一直活动的断层。主要为迈陈凹陷边界断层(迈1断层和徐闻断层)，另外还包括凹陷内少量规模较大的断层。

② 早期活动型断层：指裂陷Ⅰ、Ⅱ幕(长流组至流沙港组沉积期)活动的断层，这些断层向上多消亡于流二段。

③ 中期活动型断层：指裂陷Ⅲ幕早期(涠三段沉积期)活动断层，即Ⅱ期断层，这些断层在凹陷内不占优势，规模较小，走向杂乱，主要为一些起协调作用的小断层。

④ 晚期活动型断层：指裂陷Ⅲ幕晚期(涠二段至涠一段沉积期)活动断层，即Ⅲ期断层，这些断层规模大、数量多，为工区涠洲组内发育的主要断层。

2.3   断层成因机制

迈陈凹陷发育的断裂具有上下分层、活动期次类型多样的特征。本文通过构造解析后认为，不同类型的先存构造(性质及形态)、应力场变化、区域盖层等因素是造成上述构造变形特征的主要原因。

2.3.1   上、下两套断裂系统的成因机制

迈陈凹陷形成上、下两套断裂体系的成因在于区域应力机制的转变，即两期不同方向的伸展作用所造成。

长流组至流沙港组沉积期，整个北部湾盆地受北西—南东向区域伸展作用，形成的断裂主要呈北东、北东东走向。局部断层走向为近东西向，主要是先存构造影响的结果，如徐闻6断层为中生代先存断裂的复活断层，由于先存断层为近东西走向，使得徐闻6断层在裂陷Ⅰ、Ⅱ幕仍呈近东西走向。

涠洲组沉积期，整个北部湾盆地的区域伸展方向转为南北向，形成的断层以近东西走向为主，前面所述Ⅲ期断层的走向与该阶段的区域应力机制相吻合。在应力体制转变以后，下部断裂系统中的大部分断裂没有重新活动，而新形成的断裂也只有少量切入到下部断裂系统中，使得上下两套断裂系统具有相对较好的独立性。

2.3.2   4种不同活动期次类型断裂的成因机制

迈陈凹陷发育有持续活动型、早期活动型、中期活动型、晚期活动型4类断层，根据先存构造活动性准则，结合区域应力场的演化，可利用摩尔空间^[17]分析这些不同类型断层的成因机制(见图 7)。

图  7  迈陈凹陷东部断层类型及其成因机制分析图

Figure  7.  The types and origin mechanisms of faults in the east of Maichen Sag

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早期活动型断层：发育在长流—流沙港组内，而不向上部地层发育。根据摩尔空间分析，这种断层在长流—流沙港组沉积期，受裂陷Ⅰ、Ⅱ幕区域伸展应力作用(部分受到先存构造的影响)，达到断裂发育条件形成断层(图 7“早期活动型”左侧的摩尔空间，代表断面的极点碰到断层活动线)。但随着沉积物厚度的不断增大，围压(或σ₁)不断增大，断层活动需要的差异应力不断增加，原先活动的断层逐渐达不到活动条件而停止活动。在裂陷Ⅲ幕(涠洲组沉积期)，伸展构造作用虽然变强(摩尔空间变大)，但由于地层的迅速加厚，围压上升，摩尔空间在变大的同时向右大幅度移动，结果摩尔空间中断面所在的极点远离破裂包络线(由于伸展方向的改变，极点在摩尔空间中的位置也发生改变)，从而使得断层不再向上延伸发育(图 7“早期活动型”右侧的摩尔空间，代表断面的极点未接触到断层活动线)，导致裂陷Ⅰ、Ⅱ幕产生的断层大部分限制在长流—流沙港组内。

中期活动型断层：发育在涠三段至涠二段下部，而不向上部地层发育。分析认为在涠三段沉积期，裂陷Ⅲ幕的构造作用已经开始，但伸展作用比较弱，在一些比较薄弱的地方达到破裂条件(图 7“中期活动型”左侧的摩尔空间)而形成断层。这些断层随着上覆地层快速沉积的不断掩盖，围压上升，摩尔空间向右大幅度移动，远离破裂包络线(图 7“中期活动型”右侧的摩尔空间)，断层难以继续发育。

晚期活动型断层：主要发育在涠二至涠一段沉积时期。分析认为，裂陷Ⅲ幕的伸展构造作用在涠二至涠一段沉积期比较强烈，在整个涠洲组的很多区域都达到破裂条件而发生断裂(图 7“晚期活动型”左侧的摩尔空间)，导致涠洲组此类断层的普遍分布。但随着深度的增加，各个主应力也相应变大，而主应力的差值(摩尔空间的大小)保持不变，致使摩尔空间向右移动离开破裂线(图 7“晚期活动型”右侧的摩尔空间)。结果，上部地层与破裂线相交而形成断层，但下部地层的摩尔空间远离破裂线，断层不再向下切割。

持续活动型断层：都是由先存构造复活形成的断裂。摩尔空间分析认为，沿先存构造活动要比库伦破裂更容易，有先存构造的地方破裂线会下移。这样，持续活动型断层在裂陷Ⅰ、Ⅱ幕和裂陷Ⅲ幕的构造作用中均能达到破裂条件(见图 7“持续活动型”左、右两侧的摩尔空间)，从而发育继承型断层。但是并非所有的先存构造都会持续活动，先存构造的走向与区域应力的匹配性以及力学性质也对其后期是否持续活动(或复活)具有较为明显的影响。

3.   断裂对油气成藏的控制作用

赋存油气的地层所经历的每一期构造运动，都对油气的生成、运移、聚集和成藏具有重要影响，而迈陈凹陷经历多期构造活动，各构造活动及相应产生的断裂都对烃源灶的展布及油气的成藏具有重要影响。

3.1   对烃源灶的控制

迈陈凹陷内主要烃源岩为流二段湖相暗色泥页岩，区域上分布广泛，厚度相对偏薄。流沙港组沉积期，在北西—南东向伸展作用下，地层中形成了一系列北东向次级断陷，随着水体不断加深，沉降速率大于沉积速率，沉积了一套三角洲及深湖、半深湖相地层。南部主控断层迈1断层持续活动，控制了流沙港组的分布范围，但与涠西南凹陷相比，流沙港组沉积期迈1断层活动强度不是很大，早期水体较浅，以三角洲相沉积体系为主，流沙港组暗色泥岩地层厚度相对小。流沙港组末期，由于迈1断层活动导致的掀斜作用，凹陷内地层向北部翘起，凹陷北部的流二段遭受了剥蚀，但剥蚀量总体较小，一般在100 m以内，向外斜坡带方向，剥蚀厚度加大至150 m，这对工区内烃源岩分布和厚度产生了影响。

到了涠洲组沉积时期，断陷活动更加剧烈，而且北斜坡以徐2断层为代表的一系列南掉断层开始强烈活动，与南部迈1断层共同造成凹陷内坡带发生大规模沉降，形成了巨厚的涠洲组沉积；同时流沙港组烃源岩在涠洲期末开始成熟，从而发生了凹陷内的第一次排烃过程，而且也基本控制了现今烃源灶的展布范围。

3.2   对油气运移的控制

断裂对油气运移的控制作用主要集中在3个方面：沟源断层分布、油气运移时间以及断层活动与成藏的匹配关系。迈陈凹陷东部成藏期为两期，第一期是涠洲组沉积末期，该成藏期成熟烃源岩主要分布在深凹区，直接通源断层主要为迈1断层及向西延伸到西部深凹区的少量三级断层，疏导条件最有利的区带是南部断裂带及紧邻深凹区的内坡带；第二期是下洋组—角尾组沉积期，为凹陷主成藏期，该时期成熟烃源岩范围扩大，主要分布在内坡带，沟源断层有所增加，活动性比较强，且与流二段烃源层沟通的晚期断层及持续活动断层是主要运移通道，内坡带地区是油气运聚的有利区域。角尾组沉积期后，迈陈凹陷持续沉降，烃源岩成熟区范围进一步扩大，扩展至外坡带中部，而此时的沟源断层虽然处于静止状态，但其裂隙带可成为流体运移的通道，流体呈“裂隙网流”运移^[18~19]，因此认为部分大的三级断层仍然可以作为沟通油源并运移油气的通道(见图 8)。

图  8  迈陈凹陷东部涠洲、流沙港组油气成藏模式

Figure  8.  The oil and gas accumulation models of E₂l and E₃w in the east of Maichen Sag

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3.3   对油气成藏的控制

迈陈凹陷东部目前发现的油气主要聚集在流沙港组与涠洲组之中，但形成商业产能的层系是涠洲组，例如XW6块虽然在流三段与涠洲组均试获油气，但是开发层系依然放在涠三段与涠二段。该区块位于内斜坡东区，涠洲组具有塌陷构造(复式“Y”形构造样式)特征，流沙港组、涠洲组构造上下叠置，形成复式油气藏。在下洋组沉积时期，流沙港组烃源岩进入主力排烃期，油气直接下排进入流三段骨架砂体，然后沿着渗透性砂体向上倾方向侧向运移，在该块圈闭中聚集成藏；但是由于巨厚的涠洲组沉积导致流三段埋深过大，物性较差，难以形成商业产能。由于流沙港组末期的抬升运动导致流一段被剥蚀殆尽，涠洲组储层直接覆盖在流二段烃源岩上，生成的油气可以直接排入到涠三段下部砂岩输导层中，在局部盖层之下运聚成藏。XW6块的油气聚集与控制该区块的三级断层属于持续活动型有关。迈2先存断裂是凹陷内部前新生代的主要先存构造，在凹陷西部为北东走向，而在凹陷东部为东西走向。迈2先存断裂的这种走向特征，导致该先存构造在裂陷Ⅲ幕时期只在东段产生复活而形成继承性活动断层，从而在流沙港组沉积期低幅“洼中隆”背景的基础上，在涠洲组沉积期得到进一步加强，从而形成了良好的聚油构造(见图 8)，再加上涠洲组沉积粒度较粗，埋深适中，进而形成了具商业产能的油气藏。

4.   结论

迈陈凹陷东部发育多米诺式、阶梯式、复式“Y”形(塌陷构造)、铲式扇、牵引式、叠加式等6种构造样式，不同区域构造样式的差异由先存构造分布和活动的差异造成。

迈陈凹陷东部主要发育4种活动类型的断裂：① 持续活动型，裂陷期(流沙港期至涠洲期)一直活动的断层；② 早期活动型，裂陷Ⅰ、Ⅱ幕(长流—流沙港组沉积期)活动断层；③ 中期活动型，裂陷Ⅲ幕早期(涠三段沉积期)活动断层；④ 晚期活动型断层：裂陷Ⅲ幕晚期(涠二至涠一段沉积期)活动断层。

迈陈凹陷断裂系统在多期构造叠加、递进变形过程中逐渐形成，其形成演化主要受先存构造(性质及形态)、应力场及变化、伸展量、区域盖层等的综合影响。在凹陷内，区域盖层会影响围压的大小，从而影响断层发育。不同的伸展方向、不同的先存构造以及不同的伸展量都会引起断裂系统的差异。

断裂系统一方面控制了迈陈凹陷主力烃源岩的沉积厚度与分布范围，另一方面对油气运移有控制作用，断裂对油气的控制作用主要集中在沟源断层分布、油气运移时间和断层活动与成藏的匹配关系3个方面，进而控制了成藏模式。