0 引言
本文运用覆盖研究区的新采集和处理的高精度3D地震资料以及新的勘探成果资料，在精细地震剖面构造—地层综合解释的基础上，运用断层活动性定量分析、沉降史反演以及构造演化史等技术方法，系统开展北部断阶带的几何学、运动学以及动力学研究，明确了北部断阶带的形成及演化过程，探讨了断阶带对源—汇系统、主力烃源岩和大型储集体的控制作用，为凹陷深水区的天然气勘探提供了地质构造依据。
1 区域地质概况
2 凹陷结构及构造面特征
2.1 凹陷关键构造面特征
T100界面是盆地发育起始的破裂不整合面，代表盆地长期隆升遭受剥蚀直至新生代岩石圈开始破裂接受沉积的一个界面。其在盆地边缘表现为连续性较好的强反射，界面下多为杂乱反射或弱反射。在转换带区域和凹陷内部常表现为无明显的反射界面或反射强度仅比上覆或下伏地层略强，但可见地层的成层性向下突然变差，有效反射能量减弱的特征。在松南—宝岛凹陷，T100界面常与T80界面重合，代表了渐新统崖城组的底界面。
T70界面在松南—宝岛凹陷是早期断陷结束的界面，也是拆离活动开始的界面。断陷期结束后，盆地经历了一次大规模的隆升，靠近盆地边部的地层可见明显的削蚀现象，与上覆地层呈角度不整合接触。同时也是北部隆起和南部隆起向中央坳陷带盆地内供源时形成的大型前积结构的底界面。这套前积结构在陵三段沉积期最为显著，形成了南北双向大型前积结构。T70界面在转换带以及松南—宝岛凹陷内部为一个大型前积界面，多表现为下削上超的特征，地震相表现为中振幅、高频、弱连续性的特征（图2）。
T62界面代表松南—宝岛凹陷拆离活动结束的界面，往凹陷中心为大型的上超下削界面，该界面代表的是由于深部地幔物质上涌导致盆地中央上拱出露海平面形成的大型剥蚀面。在该界面之上的陵一段、陵二段，只形成了由北向南的大型前积结构，说明在该时期的主要物源为北部松涛凸起和神狐隆起，南部的松南低凸起大部分已经隐没在水下。
T60界面将琼东南盆地的演化划分为古近纪裂陷期和新近纪拗陷期，受南海运动抬升剥蚀的影响，区域上为一个大型的不整合面。在松南—宝岛凹陷边部，受抬升剥蚀的影响，T60多与T62、T70界面重合，地震上为强振幅、不连续的反射特征，但不整合特征清晰，易识别。在凹陷内部，地层多为连续沉积，整合接触，界面连续可追踪。
2.2 凹陷结构特征
松南—宝岛凹陷为“下断上拗”双层结构，其中始新统和下渐新统（T100至T70）受控于基底高角度断层（F2及F12断层）伸展活动，以靠近断层加厚的楔状地层沉积为主（图2），此时期内形成的盆地规模普遍不大，以小型的相对封闭的断陷盆地系为主，对早期湖相和浅海相煤系烃源岩的发育较为有利。上渐新统陵水组三段（T70至T62），由于主控边界断层开始强烈的低角度伸展拆离，盆地结构发生了较大的变化，由早期的高角度正断层控制的断陷盆地转变为由低角度拆离断层控制的拆离盆地，并通过拆离断层水平断距的增大增加盆地的可容空间，该时期地层沉积的最大特点是由凹陷边缘向深凹区形成了前积于拆离断层面之上的规模巨大的南北双向大型上超结构，代表了扇三角洲和辫状河三角洲2种典型沉积相的空间分布。陵一段、陵二段沉积期（T62至T60），松南—宝岛凹陷拆离断层活动逐渐停止，盆地结构开始由断陷向拗陷开始过渡，形成了沉积厚度由中央坳陷带向两侧逐渐减薄的碟形结构。新近系以来，全区的断裂活动较弱，且受盆地整体南倾的影响，陆架—陆坡体系逐渐形成，松南—宝岛凹陷以深水坳陷型凹陷为主。
3 北部断阶带构造形成及演化
3.1 主干断裂类型及几何学特征
通过对断陷期断层的精细刻画，有助于系统地研究断层的演化过程。松南—宝岛凹陷发育于伸展背景之下，发育的断层主要为正断层。北部断阶带内断裂以NE向、NNE向和近EW向为主，断阶带主控断裂包括F2断裂、F12断裂及其分支的F2-1和F12-1断裂，这些断裂的走向规律性变化，倾向相同且相互叠接，构成了右阶斜列式同向叠覆式断阶带（图1）。
F2断裂位于松南—宝岛凹陷北部，倾向SE向，其与北侧的F6断裂共同控制形成了松涛凸起，走向在松南凹陷段呈NE向，控制松南凹陷的发育演化，向东至宝岛凹陷北部变为EW向，断层视倾角在60°~70°之间，总长度约为120 km，最大落差为4 280 ms。F2断层产状较陡，为高角度正断层，断层上端陡直，下端变缓，断面向下可能延伸到莫霍面。F2断裂的松南段是整条F2断裂带活动强度最大的地方，断裂的主要活动时间为渐新世至中中新世，对松南—宝岛凹陷发育演化和沉积充填过程都有明显的控制作用。松南段在盆地裂后期活动仍然强烈，断层甚至断到海底，并且伴生一些次级断层，使后期断层数目有所增加，但后期断层对沉积的控制作用较弱。F2断层在宝岛段活动性减弱，且其主要活动时期为古近纪，新近纪断裂基本不活动，断层在部分区域与F6断层发生交切，向东断层发生分支，形成2条分支断裂。
F2-1断层主体位于宝岛凹陷，走向NE向，同F2断裂共同构成双断式正断层，控制宝岛凹陷北部断阶的发育演化。断层视倾角较缓，在40°~50°之间，往深部变得更缓。地震剖面上表现为平缓的大位移断层，往深部则沟通了莫霍面。F2-1断裂往东一直延伸到神狐隆起之上，形成一条持续性发育的古沟槽，为后续陆源碎屑物质的大型通道。
F12断层和F12-1断层位于宝岛凹陷西北侧，2条断层大致平行，走向近EW向，倾向S，共同构成断阶式正断层，控制了宝岛凹陷东侧和长昌凹陷西侧的发育演化。剖面上，2条断层都为上陡下缓的铲式断层，铲式断层的形成有重力滑动和差异压实作用等多种模式，同时伴生有同向或反向次级断层。视倾角较陡，均在40°~70°之间。
3.2 主干断层活动性分析
为反映断阶带在不同时期的活动规律和演化过程，应用位移—距离分析法，对4条主干断裂在不同时期以及不同部位的活动性进行了统计分析。位移—距离剖面以沿断层走向的距离为横坐标，纵坐标为沿断层迹线各点测定的不同时期沉积的同生地层的古落差为纵坐标，将测得的同一条断层各个时期地层的古落差、距离数据投在位移—距离图中，并将同一地层的所有投影点连线即可得到一条断层不同时期的位移—距离曲线图。该曲线重点反映了沿断层走向上不同时期断层位移的变化（图3），通过对其几何形态进行分析，可以确定正断层的生长演化历史［24-25］。在位移—距离曲线对沿断层走向的活动性进行分析基础上，本文还针对松南—宝岛凹陷北部断阶带自西向东选取4条剖面分析计算主干断裂各时期断层活动速率，分析其断裂活动历史（图4）。
从图3可以看出，F2断层的整体活动表现为西强东弱，沿断层走向整体上可以大致分为2个沉降中心，断层古落差值最大可达8 000 m，以古落差最低值部分可以将F2断层划分为松南段（西段）和宝岛段（东段），并且松南段的活动性要强于宝岛段的断层活动。F2断层的活动整体可以划分为3幕：第一幕次活动发生在崖城组（T100至T70），松南段断层活动速率在该阶段可达1 250 m/Ma，沿断层走向均可识别到崖城组，表明断层最初的形成模式为恒定断层生长模式。断层在最初形成时，其长度就基本确定下来。第二幕次活动发生在陵水组沉积时期（T70至T60），此时F2断层东段活动性明显减弱，这是因为该时期F2-1断层的形成对其活动性造成了影响。而断层西段的活动性在该阶段仍较强，断层活动速率在该阶段可达2 500 m/Ma（图4）。第三幕次活动发生在三亚组沉积时期（T60至T50），为断层的裂后活动期，在该阶段断层的整体活动性较弱，断层活动的峰值出现在松南段中间部位，断层其他位置在该阶段只有轻微活动甚至不活动。
F12断裂在崖城期（T100至T70），东段明显控制了一套地层的沉积，断层活动速率可达1 600 m/Ma（图4），但在断层西侧，其只是切割了原有的地层，并未控制地层的形成，断层活动速率较低，为400 m/Ma。在陵三期（T70至T62），沿F12断裂走向形成2个沉积中心，该断层西侧可以识别到由F12断裂控制形成的陵三段。这表明F12断裂最初形成时，是由东段最先开始发育，而后向西继续生长，为单侧生长模式。在T62之后，断层整段的活动性骤减。沿断层走向大致可分为2个沉积中心，古落差最大接近4 000 m左右。
F12-1断裂的发育模式与F12断裂相似，也是单端发育模式，断层古落差最大值出现在断层中部，为5 000 m左右（图3）。在崖城期（T100至T70），只有断层东段可以识别到由F12-1断裂控制形成的崖城组。由于继续向东，受万户火山的影响，断层的形态遭受破坏，地层变得模糊不易追踪，无法做较为精确的定量分析，故沿F12-1断裂并未对其崖城早期的沉积中心做完整的定量分析。尽管受火山影响较大，但从剖面上仍可以判断出，断裂东段有一个受控于F12-1断裂的崖城早期沉积中心。该沉积中心的位置相较于F12断裂的崖城早期的沉积中心要更偏东。在陵三期（T70至T62），断层开始向西生长，沿断层走向有2个较大的沉积中心，该阶段是F12-1断裂的主要活动阶段。断层大部分区域在T60之后停止活动。
从F2-1断裂的距离—位移图中可以看出，F2-1断裂主要活动期集中在T70至T62阶段，其他阶段活动十分微弱或者不活动（图3）。位移—距离曲线呈钟形，断层的活动中心集中在断层中部，断层古落差最大值为6 500 m，推测断层的形成是由断层中部向两侧发育，为两侧生长发育模式。F2-1断层的活动特点表现为活动强度大，持续时间短。
3.3 北部断阶带沉降迁移规律
盆地的沉降史分析通常采用回剥技术，本文基于沉降史恢复的原理和方法，对松南—宝岛凹陷北部断阶带及相邻洼陷内选取6个具有代表性的模拟井进行沉降史反演，并分析凹陷的沉降演化规律（图5）。
选取的6个点分别位于松南—宝岛凹陷的4个沉积中心、宝岛A转换带、宝岛B转换带。根据模拟结果，可以总结出北部断阶带具有以下沉降特征：
（1）从时间演化上来看，从同裂陷到裂后阶段，断阶带全区的沉降速率表现出大致相同的特征：沉降速率整体表现为低—高—低的特点，崖城早期沉降速率较小，最高才为167 m/Ma，陵水期沉降速率出现全时间区段的峰值，沉降速率达到最高，峰值为3 083 m/Ma，裂后阶段，进入稳定沉降期，在各区域沉降速率基本保持在很低的水准。
（2）从空间分布上来看，在盆地沉积中心处，沉积速率往往在陵三期达到峰值，而在该时期沉降速率又表现出由中部向盆地边缘沉积速率减小的特征。沉降速率最大值3 083 m/Ma出现在由F2-1断层控制形成的沉积中心处，表明F2-1断裂在该时期对盆地沉降影响作用十分显著。其次，转换带处的沉降速率往往要弱于其附近凹陷沉积中心的沉降速率，表明断阶带自西向东的断层控制作用的强度由沿F2断层向盆内断层迁移的特点。
3.4 北部断阶带演化过程
通过对断阶带内主干断裂的几何学特征和活动性的定量分析，发现断阶带的演化过程存在规律性的演化特征，断阶带结构样式为右阶斜列式同向叠覆式断阶带。在崖城早期（崖一段、崖二段沉积期），F2-1断层上下盘崖城组（T100至T70）厚度相当，表明该时期F2断层主控，F2-1断层不活动，F2-1断裂是在T70之后才开始形成并活动。F12断裂和F12-1断裂的关系也是如此。
通过盆地的3D地震测线结合新的钻井资料的精细解析，建立起了凹陷的构造—地层格架，确定了二级构造层序、原型盆地和构造幕，同时结合不同时期的厚度图以及区域构造应力场，分析了不同阶段断层的发育演化序列及分布特征，重建了断阶带的构造演化过程（图6）。始新世（T100至T80），由于西太平洋一侧板块俯冲后撤，盆地受控于NW—SE向伸展应力场，包括隆起区在内的盆地范围内，整体上都是以NE向的高角度正断层系的发育为主，控制了始新统NE向展布的小型断陷盆地系［26］。早渐新世崖城期（T80至T70），由于古南海俯冲拖曳和印支地块的挤出作用，区域构造应力场发生了顺时针的旋转［27］，盆地总体受控于近SN方向伸展应力场，此时，盆地的伸展变形也开始向深水区的中央坳陷带内迁移和集中，发育近EW向高角度正断层，控凹断裂F2断层强烈活动，F12断裂的东部段在该时期也形成并控制了一套地层。盆地中主要发育小型半地堑/地堑，边界断层控制了断陷盆地的沉降和沉积充填，沉降中心位于靠近断层处；晚渐新世陵三期（T70至T62），包括F2断层在内的中央坳陷带主控断层发生了强烈的伸展，形成了近EW向拆离断层，控制了中央坳陷带大型拆离盆地的发育（图6）。北部断阶带内新生断层F2-1断裂和F12-1断裂开始强烈活动，早期形成的F2断裂和F12断裂也持续性活动，2组断裂活动的差异性，控制形成了多级斜列式同向断阶带。到了陵一段、陵二段沉积期（T62至T60），凹陷结束了拆离断层活动，F2断裂和F12断裂的活动性在该阶段也持续性减弱。此时的盆地沉降中心不再靠近断层发育位置，说明地层的形成已经开始有部分裂后的充填，盆地在该阶段进入断拗转换期。凹陷盆地结构样式由早期小型断陷盆地转变为规模较大的断拗盆地，并在北部形成了一系列的斜列式转换断阶；裂后阶段，断阶带内断层的活动性减弱，断阶带内主干断裂大部分区域不再活动，并且此时主干断裂的活动也不再控制沉积，在岩石圈深部的热均衡作用下，盆地缓慢沉降。
整体看来，断阶带是由F2、F2-1、F12和F12-1断层构成，并且由F2拆离断层控制形成的链式断层系，断阶带的主控断层是F2断层，F2-1和F12-1等断层切割了F2断层共同控制形成楔状地层。图7为断阶带的演化模式图，断裂带在崖城早期（T100至T70），F2断裂便为一条大断裂，并在其东部出现分支。F12断裂和F12-1断裂在该阶段分别在其断层东段开始形成，并逐渐向西生长［图7（a）］。在陵水早期（T70至T62），F12断裂、F12-1断裂和F2-1断裂进一步生长发育。其中F12断裂继续向西生长，并切割了与F2断层叠覆部分的早期半地堑。F12-1在向西生长的过程中，也切割了由F12断裂控制的半地堑［图7（b）］。F2-1断层形成于F2断层上盘位置，由断层中段向两侧生长。随着中下地壳中的韧性物质进一步地上涌，F2-1断裂进一步发育，断层角度变缓，其向东进一步生长与F12断裂在深部发生连接［图7（c）］。
断阶带所在区域在伸展变形的过程中，由于构造剥蚀作用，下盘均衡抬升，下盘岩石在接近地表的时候发生弹性弯曲，而弯曲的凸面必然遭受拉伸作用而发生破裂。因此，正断层在不断抬升的过程中主断裂便因沿袭了这些局部缩短而产生新的破裂面，形成的新断面比老断面更平缓，最终在地表形成一系列低角度拆离断层。
在这种断裂发育模式中，与核杂岩伴生的断层，由盆地边缘向盆地内侧，其倾角变化有一个由缓至陡的过程，其形成年龄也存在一个由老至新的变化，而活动最强烈的位置往往集中在高角度正断层部分。该活动枢纽会随着时间推移沿拆离断层面顺倾向迁移，构造剥蚀产生的下盘快速均衡上隆导致拆离断层近水平活动区段之上的滑移断块停止活动。
4 断阶带对成藏的控制作用
4.1 断阶带对源—汇系统的控制
通过对琼东南盆地东区各个时期的沉积体系类型以及物源体系分析，宝岛凹陷北坡更靠近物源供给区，其物源分别来自研究区西北侧的海南隆起区和东北侧的神狐隆起区，形成了双物源供给系统，特别是东北物源的神狐隆起，具有花岗岩质母岩发育、剥蚀面积大、地貌高陡等特征，为构造转换带提供了充足的沉积物源。一般来说，裂陷盆地沉积过程受控于正断层上、下盘的差异沉降，控凹断层沿走向断层的断距（落差）不同，沉积物由物源区向盆地内输运过程中，并不是沿着断距最大的高部位聚集，而是在地势较低的两断层接近处（构造转换带）汇聚，并且沿着转换带部位向两侧运移。构造转换带对沉积体系的控制首先是对物源通道的控制，在这里转换带脊部作为一个重要的分水岭，指示了水流的方向，也对物源的运移方向进行了重新的调节和分配［30］。
北部断阶带基底主控断层的发育演化过程控制了凹陷的源汇系统。始新统和崖城组沉积期（T100至T70），主要受高角度的F2断层和F12断层控制，此时形成的盆地为多个孤立的断控凹陷系，周缘为隆起或凸起区，均可以作为物源区向盆地供应沉积物，形成多个向断层楔形加厚的（扇）三角洲砂分散体系，为多物源系统的海陆过渡相沉积。陵三段沉积期是拆离断层控制的拆离断陷，此时，F2-1和F12-1断层也开始活动，形成了多级台阶构造，北部隆起和南部隆起向中央坳陷带盆地内供源时形成了大型前积结构，为南北双物源系统的滨浅海相扇三角洲和辫状河三角洲沉积。到了陵一段、陵二段沉积期，只形成了由北向南的大型前积结构，说明该时期凹陷的主要物源为北部隆起，南部的物源已经沉没到水下，仅零星发育。北部断阶带叠覆式相互作用主要形成于晚渐新世陵水期，构成了凹陷的主要物源通道，是有利储集层分布区。多个断阶带的叠覆式相互作用在断阶带形成了多级多期的派生断裂，这些派生断裂很好地沟通了早期的崖城组源岩和陵水组大型储层体，为油气的运聚提供了有利的通道（图8）。
4.2 断阶带对主力烃源岩的控制
前文的断阶带的主控断层活动性以及演化过程分析表明，始新统沉积期，盆地的总体格局为NE向受高角度正断层控制的小型断陷盆地系，北部隆起区有始新统沉积，北部断阶带及周缘是盆地早期优质湖相烃源岩的主要勘探区。早渐新世崖城期，随着伸展变形的迁移和集中，北部断阶带2号控凹断层活动性增强，地层厚度图揭示当时的古地貌特征为多隆多凹的盆地格局，各个凹陷之间由于构造转换带和岩浆底辟体的分隔而被孤立成封闭、半封闭凹陷，形成有利于规模烃源岩发育的构造地貌环境，大量的烃源物质的沉积和保存为后期的油气生成提供了物质基础。晚渐新世陵三期，随着2号断层的拆离活动，其分支的F2-1和F12-1等断层渐次切割了F2断层上盘早期的楔状地层，使得早期的始新统和崖城组在断阶带内呈台阶式分布（图8），并由于之后凹陷的持续沉降沉积以及水深的增加，使凹陷总体结构具有古近系厚、新近系薄的特点，古近系最大厚度大于4 000 m，现今热演化基本达到或接近高成熟［29］。
4.3 断阶带对大型储集体的控制
松南—宝岛凹陷北部所发育多级断阶带，形成了多个控制物源通道和入盆水系的转换带构造，断裂转换带一般是碎屑物质的入盆口，控制形成（扇）三角洲砂体的沉积，在转换带处储集砂体发育，容易成为油气输导的“中转站”和油气富集的有利区带。
宝岛21-1大气田所在的北部断阶带构造区，由于F2和F12等断层强烈活动，渐新世期间控制了崖城组和陵水组大型三角洲储集砂体的发育位置和规模，特别是在陵三段沉积期，一方面，由于松南—宝岛凹陷的主控F2边界断层的强烈伸展拆离活动，以及F2-1和F12-1等分支断层形成的多级断阶，沉积物往往从转换斜坡等微地貌单元注入。另一方面，拆离断层可作为新生的沉积基底，形成了缓坡地貌，源区沉积物充填断阶带翘倾的断块顶部后可以越过断块顶部进入断阶带前缘的深凹区，表现为紧贴拆离断层的低角度前积结构沉积体，形成了多级断阶控制下的陵水组发育的扇三角洲和辫状河三角洲等大型储集体（图8），富砂输导层发育、连通性好，常常是流体运移的优势通道和指向，可成为天然气的有利聚集区。
5 结论
（1）琼东南盆地松南—宝岛凹陷北部断阶带结构构造样式为由F2断裂、F2⁃1断裂、F12断裂、F12⁃1断裂共同组成的右阶斜列叠覆式断阶带。F2断层和F12断层形成时间较早，控制形成了崖城组，而F2⁃1断层和F12⁃1断裂形成时间相对较晚，在崖城组之后开始发育，并分别切割了F2断裂和F12断裂的上盘。
（2）沿F2 断裂走向均可以识别到崖城组，表明F2断裂最初形成时即为一条大断层，断层生长发育模式为恒定长度生长模式；F12断裂和F12⁃1断裂在早期都是断层东段最先开始发育，而后在崖城组之后向西生长，断层发育模式为单侧生长模式；F2⁃1断裂活动主要时间集中在陵三段沉积时期（T70至T62），断层中部位移达最大值，其生长发育模式为两侧生长模式。
（3）基底主控断层活动性以及发育演化模式的差异、多级台阶式断层及其相互叠接部位形成的大型转换带控制了始新统和崖城组主力烃源岩、物源通道及碎屑沉积物的注入、陵三段扇三角洲和辫状河三角洲储集体的空间展布，是深水区天然气成藏的关键区带。
（4）通过采用断层活动性定量分析、沉降史反演以及构造演化史等技术方法，系统地开展断阶带的几何学、运动学以及动力学研究，明确断阶带的形成及演化过程，可以进一步开展断阶带对主力烃源岩、源汇系统和大型储集体的控制作用研究，从而指明断阶带的有利勘探层系和勘探区带，为断阶带的油气勘探提供了一种可靠的分析方法。
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