1. 前言
盆地中的断裂对盆地的构造演化具有重要的控制作用，同时对油气成藏也会产生重要的影响[1]。文昌凹陷位于珠江口盆地西部的次级构造单元，也是南海西部油气勘探的重要区域。近年来，很多学者对凹陷内复杂的断裂体系以及与沉积地层和油气分布的关系进行了大量研究，取得了丰富的成果[2] [3] [4]。由于文昌凹陷内的断裂多呈NE向展布，裂陷期主干断裂也多以NE向为主，因此针对文昌凹陷断裂系统的研究多以NE向为主，而对于同样分布广、活动时间长(特别是裂后期)的NW-NWW向断裂的关注相对比较少[2] [5]。凹陷内发育数条控盆级别的NW向大型断裂带，这对于盆地的构造–沉积演化是十分重要的。有学者基于地震解析提出凹陷发育过程中经历了NW向的走滑活动，但是对NW向断裂及其成因机制方面还存在不同认识[3] [5] [6]。
断裂的精细化研究，对于认识盆地构造演化过程及动力学机制、揭示油气成藏规律以及指导油气勘探部署都具有重要的意义。近几年新获得的3D地震和油井数据为我们开展研究提供了充分的资料保障。因此，本文在前人研究基础上，利用三维地震资料重点对文昌凹陷NW向(含NWW向)断裂体系进行系统研究，揭示其几何学、运动学特征，探讨其成因机制以及对盆地构造演化和油气成藏的影响，以期为珠江口盆地成盆机制以及南海北部陆缘裂陷机制提供参考。
2. 区域地质背景
珠江口盆地位于南海北部陆缘，处于欧亚板块、太平洋板块和印度–澳大利亚板块的交汇地带，是在中生代基底之上发育而来的新生代裂陷盆地。文昌凹陷位于珠江口盆地西部珠三坳陷内部(图1)，是坳陷内面积最大，沉积厚度最厚的沉积凹陷。珠三南断裂为其主要控制断裂，呈NE向，分为东段、西段北支和西段南支，并受这三支断裂的影响，文昌凹陷被分割为文昌A凹陷、文昌B凹陷和文昌C凹陷。文昌凹陷自下而上发育古新统神狐组河流相地层，始新统–下渐新统文昌组、恩平组湖相地层，上渐新统珠海组海陆过渡相地层以及新近系–第四系海相地层(图2)。文昌组–恩平组为主要烃源岩层，恩平组、珠海组、珠江组为主要成藏地层[7]。
盆地内发育多条NW向大型断裂带，其中，文昌凹陷东部的阳江–一统暗沙断裂带北段分割了珠三坳陷与珠一坳陷。该断裂带从中生代–新生代都有强烈活动，导致珠江口盆地东西两侧构造形态和基底
Figure 1. Division of structural units of Zhu III depression in the Pearl River Mouth Basin
图1. 珠江口盆地珠三坳陷构造单元划分
Figure 2. Composite histogram of Zhu III depression in the Pearl River Mouth Basin
图2. 珠江口盆地珠三坳陷综合柱状图
岩性有较大差异[8]。研究揭示断裂带在新生代经历了构造活化并重新活动，但是对于活动时间和活动性质还存在争议。一些作者认为该断裂带在中生代经历了左旋运动，随后在新生代重新活动并发生右旋走滑[5] [8]。还有学者认为在新生代早期(65~35 Ma)，阳江–一统暗沙断裂带作为转换带发育明显的板内伸展变形[9]，除此之外，阳江–一统暗沙断裂带在新生代选择性活化，具有多重走滑断裂叠合的特点，表明其在新生代构造调节作用中发展成一个活动断裂带[10]。
受珠三南断裂的控制，凹陷内发育以NE、近EW和NW向为主的复杂的断裂系统。研究揭示，多走向的断裂的形成可能与基底先存构造以及新生代以来持续右旋的区域伸展构造应力场密切相关[11] [12] [13] [14] [15]。有学者基于区域构造背景和文昌凹陷断裂系统的分析，将文昌凹陷内断裂体系进一步划分为早期NE向伸展断裂，中期近EW向伸展–右旋走滑断裂以及晚期发育的NW向伸展–左旋走滑断裂系，说明伸展背景下走滑活动的存在[5]。同时，文昌凹陷内发育的雁列式褶皱、马尾状断裂、右阶斜列阶步等的发育，揭示了珠三南断裂具有NE向右旋伸展–走滑变形特征[16]，这对于凹陷演化以及油气成藏产生了重要的影响。然而，目前对于凹陷内的NW向断裂还缺乏系统研究。
3. NW向断裂的发育特征
Figure 3. Fracture plane distribution map of Wenchang sag
图3. 文昌凹陷的断裂平面分布图
受珠三南断裂的控制，文昌凹陷在古新世就开始裂陷并接受神狐组沉积，是珠三坳陷裂陷最早的区域[17]。从断层的平面分布可以看出(图3)，新生的NWW向断裂多呈左阶雁列式展布，部分NWW向断裂与早期NE向断裂侧接形成马尾状构造，这在文昌A凹F6断裂附近十分发育。在古新世–早始新世凹陷的早期裂陷阶段(神狐–文昌组沉积期)，凹陷发育以珠三南断裂为代表的NE向断裂，只在文昌B凹形成了NW走向的珠三III号断裂。到了恩平组沉积期，凹陷新生了以近EW向和NWW向为主的断裂，这些断裂的长度相对较短，多呈弯曲形态。在早渐新世之后的裂后期，文昌凹陷新生了更多的NW向、NWW向的次级断裂，早期活动的NE向和近EW向断裂多停止活动，直至中新世，NW向的断裂体系成为主要的活动性断裂，原先的NE向先存断裂不再整体活跃，而是转为分段活跃，且活动性低。在裂后期阶段，文昌凹陷断裂数量明显减少，在平面上多呈平直状展布，整体延伸长度较前期有所拓展。凹陷内还发育多组平行式断裂，在平面上呈大致平行排列，在凹陷内最为常见，多为晚期形成的近NE向伸展断裂在构造应力作用下形成的。其中，新生的NW向断裂在平面上多呈雁列状平行排列，剖面上与早期NWW向断裂组合成Y字形以及负花状构造。裂后期的凹陷整体进入热沉降阶段，断层活动性减弱。
Figure 4. Seismic section and fault analysis of Wenchang sag
图4. 文昌凹陷地震剖面及断裂解析
结合凹陷内的三维地震剖面，凹陷内断层组合形成多种断裂组合样式。剖面上，这些NWW向断裂断面多向北倾，彼此呈同向阶梯状组合展布，部分NWW向断裂可向下延伸到NE向控洼(凹)断裂之上，与之组合成Y字形样式(图4)。这些断层落差较大，两侧岩层厚度有明显差异，表明断层活动对于恩平组的地层沉积起到了一定的控制作用。此外，还可见负花状、似花状构造以及呈X型共轭状断裂组合的发育。
从断裂走向统计来看，文昌凹陷新生代断裂走向经历了从NE向→近EW向→NWW向的转变，反映了区域伸展方向发生了NW向→近SN向→NNE向的顺时针旋转，体现了右旋张扭的特征。在这个过程中，旋转的主伸展应力方向与先存基底断裂或前期形成的主控断裂的总体走向斜交[10]，会在盆地内引起早期断裂的斜向伸展或走滑活动。而在盆地初始裂陷期就开始发育，并持续到裂后期占主导的NW向断裂在这一区域构造应力背景下也会表现出不同的活动性质。
根据NW向断裂的时空分布特征并结合区域应力背景的变化规律，可将NW向断裂的演化过程划分为三个阶段：早期(裂陷早期)伸展阶段、中期(裂陷晚期)伸展–走滑阶段和晚期(裂后期)走滑阶段，不同阶段的新生断裂对应着不同的成因类型。
4. 断层的成因类型
根据文昌凹陷地震反射界面上断裂走向的统计分析(图3)，发现从老到新断裂走向发生由NE→EW→NWW的转变，说明区域伸展应力场方向发生了由NW到近N-S向的顺时针旋转。其中，在文昌凹陷的初始裂陷阶段，区域主伸展应力方向为NW-SE向，形成了以NE向为主的边界断裂体系。同时在该阶段各凹陷内部也有少量NW-NWW向断裂的形成，这些断裂在平面上多呈弯曲状延伸，在剖面上多呈断距较大的产状展布，体现出伸展正断层的特征，控制了凹陷内次级洼陷结构和沉积的演化。前人研究揭示，珠江口盆地中生代基底构造主要受NE和NW向共轭断裂系的控制[12] [13] [18]，基于地震剖面的构造解析也查明了基底断裂的分布以及对新生代断裂发育的制约[14] [15]。可见，在凹陷裂陷早期，NW向断裂的形成与基底NW向先存断裂的反转息息相关。也就是说，在NW-SE向区域伸展背景下，基底NE向先存断裂会优先活化，形成了控制凹陷发育的NE向边界断裂体系。同时，同样作为构造薄弱带的与之共轭的NW向断裂也会少量反转并重新活动，在凹陷内部控制了少量规模较小的NW-NWW向断裂的发育。
在文昌凹陷的裂陷晚期，区域伸展方向经历了右旋的变化，转变为近SN向的伸展。该阶段区域内形成了以近EW向为主的断裂，且NWW向断裂数量明显增加。在文昌凹陷，近EW向和NWW向断裂的平面–剖面组合样式，揭示了以珠三南断裂为代表的早期NE向断裂具有右行走滑特征。NWW向断裂系的形成是由于随着区域伸展应力方向的顺时针旋转，早期形成的以NE向为主的边界断裂走向(基底构造线方向)与伸展方向斜交，且夹角不断变小，这导致NE向断裂产生右旋剪切分量逐渐增加，进而发生右行走滑活动，在文昌凹陷内派生近EW向和NWW向的断裂，与主断裂组合成帚状，或侧接成带组合成雁列状，体现出明显走滑特征，因此，该阶段NWW向断裂的发育应为走滑派生型断裂，以伸展作用为主，兼具右行走滑的特征。
在凹陷演化的裂后期，区域伸展方向转变为NNE-SSW向，区域内形成了以NWW-NW向为主的断裂体系。裂陷期活动的NE向和近EW向边界断裂活动强度明显减弱甚至不再活动，而部分NWW向断裂则呈继承性活动，生长成为空间延伸更长的断裂，但是断层活动强度也明显减弱，只在构造活跃期(韩江组沉积期以来)出现活动强度明显增加的现象，造成了区域的复杂断块活动[19]。此外，该阶段的NW向走滑活动在琼海凸起等凹陷边缘隆起区也十分发育，表现为单条断裂呈高角度直立形态，向下一般断至基底，向上切穿韩江组地层，有的甚至断至海底。因此，该阶段发育的NW向断裂应为在NNE-SSW向伸展背景下形成的走滑型断裂，以左行走滑特征为主，几乎不具有控沉积作用。
5. NW向断层对盆地演化的影响
裂陷早期形成的反转型伸展断层，在坳陷的分布相对来说比较局限，但是发育规模相对较大。位于文昌B凹陷中部的3号断裂是文昌凹陷带的分段断层，对局部构造起一定的控制作用。此外，该阶段发育的构成洼陷边界断裂的NWW向断裂，如阳江凹陷的F7和F8断裂是控制恩平27洼的主控断裂，该断裂在文昌组沉积晚期形成，控制了文一段的沉积演化，使得阳江凹陷沉积中心整体呈现向南的迁移，可见对于凹陷内部结构单元的划分、局部构造的演化以及沉积中心的发育都具有重要的控制作用。
裂陷晚期发育的右行走滑派生型断裂，在凹陷内分布比较广泛，但是规模相对较小。作为NE-NEE向边界断裂/主干断裂走滑活动的产物，其在走滑作用初期调节了区域不断右旋的伸展应力，在主走滑断裂叠接区形成伸展–走滑断裂带，构成右行右阶释压构造，使得凹陷内部局部构造更加复杂化。同时，早期形成的NWW向边界断裂在该阶段继续活动，控制了裂陷晚期沉积中心的向南迁移。并且，该阶段沉积中心的长轴方向明显发生了右旋变化，由裂陷早期的NEE向改变为近NW向。随着裂陷中心和沉积中心的迁移，局部地区发生构造隆升，该阶段形成NW向断裂与早期断裂相互切割还形成了断块圈闭，成为裂陷期油气圈闭的重要的类型。
裂后期发育的NW向断裂，主要发育在新近系沉积盖层中，发育时间短、规模小、长度一般从几百米到几千米，对古、新近系沉积和构造的形成几乎没有控制作用，仅使局部构造复杂化。该阶段的NW向断裂活动性也存在一定差异，早期的拗陷期处于构造宁静期，断裂普遍活动性较弱。裂后晚期进入构造活化期，断裂活动性加强，控制了坳陷的断块活动和局部构造的形成。同时，该阶段的断裂活动对油气的圈闭、运移与保存起到了重要的影响。在文昌凹陷裂后期，受NW-NWW向张扭断裂控制，位于断裂上升盘的断鼻构造，或在马尾状、雁行式断裂末端左行左阶断裂叠覆区形成的一系列断鼻、断块圈闭群。实际钻探结果也证实研究区NW向断裂具有良好的侧向封堵性能，成为文昌凹陷内部多处油气田的控圈断裂[20]。此外，NW向断裂还能够将油气垂向运移至新近系珠江组，成为文昌凹陷油气输导的重要通道。在文昌凹陷，随着NW向断裂的发展和强化，与先存NE向断裂组合，形成的S型增压、右行左阶增压、斜交型增压等走滑增压构造[21]，控制了油气的圈闭和成藏。
6. 结论
1) 文昌凹陷NW向断裂在剖面上为同向阶梯状、Y字型状、负花状和X型共轭状组合；在平面上为马尾状、平行式、雁列状和帚状样式，表现为伸展和走滑特征。
2) NW向断裂在新生代的演化经历了裂陷早期的伸展阶段、裂陷晚期的伸展–走滑阶段以及裂后期的走滑阶段。早期的伸展阶段与基底NE向先存断裂的反转有关；晚期的伸展–走滑阶段受区域伸展方向右旋的影响；裂后期的走滑阶段与区域左旋剪切作用相关。
3) 裂陷早期，NW向断裂的活动影响了凹陷构造的划分和沉积中心的分布；在裂陷晚期则控制了凹陷区局部构造的发展，油气构造圈闭的形成和沉积中心迁移；在裂后期影响了断块活动和油气的圈闭、迁移和保存。