南海瓊東南盆地新生代構(gòu)造層序研究

孫 轉(zhuǎn),劉 豪,吳 哲

(1.同濟大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點實驗室,上海 200092;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京）海洋學(xué)院,北京 100083）

南海瓊東南盆地新生代構(gòu)造層序研究

孫 轉(zhuǎn)1,劉 豪2,吳 哲1

(1.同濟大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點實驗室,上海 200092;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京）海洋學(xué)院,北京 100083）

基于南海瓊東南盆地到目前為止還沒有一個統(tǒng)一的構(gòu)造層序劃分方案的問題,在前人研究工作基礎(chǔ)上,通過大量的二維地震構(gòu)造層序閉合解釋,從地震不整合面和構(gòu)造發(fā)育特征識別出發(fā),對新生代主要構(gòu)造層序進行詳細(xì)解剖。進一步結(jié)合對南海北部瓊東南盆地新生代二維地震數(shù)據(jù)的精細(xì)綜合分析,重新厘定了其新生代構(gòu)造層序,并進行了構(gòu)造層序的識別和劃分。結(jié)果表明:按古構(gòu)造運動面可將盆地充填序列劃分為上、中、下三個構(gòu)造層序,分別對應(yīng)于盆地演化的三個階段性。著重論述了三個構(gòu)造層序的結(jié)構(gòu)特征、疊加構(gòu)造樣式、構(gòu)造層序發(fā)育特征、層序分布特征、沉積體系類型和盆地斷裂演化序列之間的關(guān)系等,以期為今后的研究奠定基礎(chǔ)。

瓊東南盆地;新生代;構(gòu)造層序;盆地演化

在盆地充填序列中,以重大構(gòu)造運動所形成的區(qū)域性構(gòu)造侵蝕不整合界面控制構(gòu)造旋回的發(fā)育所劃分的層序地層單元稱為構(gòu)造層序[1]。作為沉積盆地構(gòu)造演化一個階段的產(chǎn)物,構(gòu)造層序反映的構(gòu)造事件持續(xù)時間長、波及范圍廣。本文按古構(gòu)造運動面可將盆地充填序列劃分為上、中、下三個構(gòu)造層序,分別對應(yīng)于盆地演化的三個階段性。下構(gòu)造層代表早期裂陷作用形成的半地塹充填的產(chǎn)物,發(fā)育了多個獨立的凹陷和凸起;上構(gòu)造層則代表盆地發(fā)育晚期的裂后熱沉降期,即拗陷作用的產(chǎn)物;中構(gòu)造層則為二者的過渡時期的產(chǎn)物。

1 地質(zhì)概況

瓊東南盆地位于海南島東南、西沙群島以北的海域(16°5′～19°N、108°～112°E）,該盆地西以 1 號斷裂與鶯歌海盆地分界,東以神狐暗沙隆起與珠三凹陷相接,南界永樂隆起,總面積達(dá)3.4×104km2,最大沉積厚度在12 km以上,總體上呈北東向延伸,是一個在前第三系基底上發(fā)育起來的新生代陸緣拉張型含油氣盆地(圖1）。盆地構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)主體為NE—SW向延伸的斷層(裂）,向盆地西部則發(fā)生走向變化,趨向于近東西向展布;同時存在一組NW—SE向展布的斷層系列而使瓊東南盆地的構(gòu)造格局復(fù)雜化[2,3]。

圖1 瓊東南盆地位置及構(gòu)造區(qū)劃示意(王春修,1992）Fig.1 The location and tectonic division of Qiongdongnan Basin(Wang Chunxiu,1992）

瓊東南盆地經(jīng)過多年的勘探,在構(gòu)造層序劃分方面,前人根據(jù)地震、鉆井、測井等多方面資料,雖做了一定的研究工作,但也存在較大分歧,如,王根發(fā)、吳沖龍等(1998年）將瓊東南盆地以為界將瓊東南盆地分為上下兩個構(gòu)造層序[2]。杜振川、丁述理等(2002年）延用了上述的劃分方案[3]。肖軍、王華等(2003年）[4]以和為界將瓊東南盆地劃分為上、中、下三個構(gòu)造層序。大量的資料證明,瓊東南盆地具有典型“下斷上拗中斷拗”的疊置結(jié)構(gòu)。本文通過大量的二維地震構(gòu)造層序閉合解釋,以地震不整合面和構(gòu)造發(fā)育特征識別出發(fā),對新生代主要構(gòu)造層序進行詳細(xì)解剖。將瓊東南盆地以和為構(gòu)造層序界面,將瓊東南盆地新生代劃分為上、中、下三個構(gòu)造層序(表1）。

表1 瓊東南盆地構(gòu)造層序劃分對比Tab.1 The stratigraphic sequence comparison of Qiongdongnan Basin

2 構(gòu)造層序的劃分依據(jù)及發(fā)育特征

圖2 過L測線瓊東南盆地地震剖面(測線位置詳見圖1）Fig.2 Seismic section through L survey line in Qiongdongnan Basin

2.1 劃分依據(jù)

Tg(圖3,下）為瓊東南盆地的基底,基底以下主要由角閃巖、花崗閃長巖、花崗巖、安山玢巖、英安流紋巖等組成[6]。反射特征主要有:(1）界面連續(xù)的強反射,其下為弱反射或者是無反射;(2）反射振幅可變,界面平直有時候高低起伏,其下常有一套高角度,有一定成層性的強反射;(3）無反射界面或者是反射僅上覆層略強,但可見地層的成層性向下忽然變差,一般表現(xiàn)為由強反射忽然變?yōu)槿醴瓷洹Ｒ疬@些變化的主要原因是由于地層巖性的差異變化。由此可以分辨追蹤Tg界面。

2.2 構(gòu)造層序發(fā)育特征

南海瓊東南盆地新生代沉積演化受多重因素影響,沉積充填序列高度復(fù)雜,經(jīng)歷了斷陷、斷坳轉(zhuǎn)換、坳陷三個演化階段。在斷裂主控因素作用下,盆地被正向構(gòu)造單元分隔成多個沉積凹陷。下漸新統(tǒng)早期具有湖相沉積環(huán)境特征,中晚期逐漸過渡為濱淺—半深海環(huán)境;上漸新統(tǒng)屬于典型的斷陷—坳陷過渡階段,以淺—半深海沉積環(huán)境為主,下中新統(tǒng)和中中新統(tǒng)為坳陷沉積期,上新統(tǒng)之后完全成為被動大陸邊緣盆地特征,以淺—深海沉積環(huán)境為主。晚期坳陷階段,斷裂作用逐漸消失,盆地整體向南傾斜,并統(tǒng)一于南海盆地的開闊海沉積環(huán)境[7,8]。

圖3 過L1(上、中圖）、L2(下圖）線剖面上各界面反射特征Fig.3 The characteristic of interface reflection through L1(upper,middle graph）and L2(bottom graph）line profiles

以坳陷充填為特征的上構(gòu)造層沉積,具有較大的沉積速率,加之其它因素,如生烴等,使盆地逐漸發(fā)育超壓[5,9]。該階段的坳陷充填,也使得在斷陷階段形成的地形差異得以填平補齊,在基底整體下沉的背景下,盆地演化為開闊海,并成為南中國海的一部分。

2.2.1 漸新統(tǒng)構(gòu)造層序(下構(gòu)造層序）

2.2.2 下中新統(tǒng)—中中新統(tǒng)構(gòu)造層序(中構(gòu)造層序）

圖4 下構(gòu)造層層序平面展布Fig.4 The plane distribution of the lower tectonic stratigraphic sequence

21 Ma以后,瓊東南盆地進入裂后熱沉降期。從地震剖面中可見,之上斷裂較少,沉積地層出現(xiàn)明顯的拗陷特征,盡管盆地中部分?jǐn)嗔讶杂谢顒?但總體上瓊東南盆地進入了以熱沉降為主的斷坳轉(zhuǎn)換期。此期沉積環(huán)境完全變?yōu)楹Ｏ郲9],此間垂向差異運動開始減弱,凹陷分隔性減弱,厚度變化小,并逐漸被區(qū)域沉降所代替,海侵使盆地內(nèi)半地塹相互連通,盆地內(nèi)沖填的沉積物也在更大的平面上展布(圖5）,分割性減弱。

圖5 中構(gòu)造層層序平面展布Fig.5 The plane distribution of the middle tectonic stratigraphic sequence

2.2.3 上中新統(tǒng)—全新統(tǒng)構(gòu)造層序(上構(gòu)造層序）

圖6 上構(gòu)造層構(gòu)造層序平面展布Fig.6 The plane distribution of the upper tectonic stratigraphic sequence

至第四紀(jì),盆地分異出明顯的陸架—陸坡體系,形成了與現(xiàn)今類似的沉積體系。該時期對應(yīng)盆地的第三期快速沉降時期,盆地西部受紅河物源的影響,陸坡進積較快,為高建設(shè)型陸坡;而盆地東部由于缺乏大河物源供給,陸坡進積作用慢,表現(xiàn)為坡折較大的滑塌破壞型陸坡。在盆地西部表現(xiàn)為異常明顯的晚期加速沉降,而至盆地東部,這種晚期加速沉降特征逐漸消失(事實上至珠江口盆地這種加速沉降特征完全消失）[12]?？梢钥闯雠璧匚鞲邧|低,整體向南傾斜,呈一個向南傾斜的單斜凹陷盆地,并統(tǒng)一于南海盆地的開闊海沉積環(huán)境(圖6）。盆地已完全發(fā)育成被動大陸邊緣沉積背景,陸架坡折明顯,具有平緩的陸架(2°）、陸坡 (10°～20°）和平坦的盆底 (2°～3°）[14]。

2.3 斷裂樣式及形成動力學(xué)機制討論

斷裂是盆地的重要組成部分,對盆地的構(gòu)造格局和沉積充填具有較強的控制作用。因此,斷裂構(gòu)造的演化特征與盆地構(gòu)造演化具有較好的對應(yīng)關(guān)系[13]。地球上早期的構(gòu)造事件通常會由于破裂和巖漿作用而導(dǎo)致巖石圈強度的降低和軟弱帶的形成,在新構(gòu)造事件下,激活老的軟弱破碎帶通常要比產(chǎn)生新的破裂帶容易得多,從而發(fā)育的張裂構(gòu)造系統(tǒng)很少是純正向的。但是通過細(xì)化盆地內(nèi)不同走向斷裂構(gòu)造的發(fā)育歷史,并結(jié)合區(qū)域應(yīng)力場,同樣可以推測不同時期,盆地內(nèi)不同走向斷裂所對應(yīng)的應(yīng)力場方向,從而可以反演盆地的構(gòu)造發(fā)育歷史[14]。

2.3.1 瓊東南盆地斷裂構(gòu)造樣式

瓊東南盆地主要發(fā)育 NNE、NE、EW、NW向4組斷裂,其中以NE、EW向斷裂為主,NW、NNE向斷裂次之(圖1）。在平面上 EW向與NE向斷裂斜交,組合形態(tài)呈雁行狀、蔚列狀或構(gòu)成帚狀構(gòu)造,它們分別反映了不同的構(gòu)造演化階段。瓊東南盆地斷裂活動主要發(fā)生在古近系,即 T60之后盆地就開始斷坳轉(zhuǎn)換時期。故本文主要討論瓊東南盆地的古近系的斷裂機制和動力學(xué)條件[13]。

瓊東南盆地的裂陷結(jié)構(gòu)在軸向上呈現(xiàn)分段性,即以盆地中部北西走向斷裂發(fā)育區(qū)為界,西部的主要構(gòu)造單元呈東西向,東部的主要構(gòu)造單元以北東向為主。

瓊東南盆地經(jīng)歷了始新世—早漸新世和晚漸新世兩期裂陷。始新世—早漸新世裂陷具有明顯的擴展特征(圖7）。始新世以北東向和北西向裂陷發(fā)生裂陷活動為主,裂陷中充填了始新統(tǒng)陸相湖盆沉積。早漸新世,北東向和北西向裂陷繼承性發(fā)育,同時東西向裂陷發(fā)生快速裂陷活動,裂陷帶的沉積充填由早期的陸相湖盆沉積演化為海陸過渡相和淺海相沉積,發(fā)育較大面積和厚層穩(wěn)定的海岸平原、三角洲平原含煤巖系[11]。早漸新世末期,盆地發(fā)生構(gòu)造抬升。在以上裂陷過程中,盆地東、西部之間存在明顯變化。盆地西部主要構(gòu)造呈北西向,裂陷活動在始新世—早漸新世裂陷期間發(fā)生自南向北的擴展,南部樂東凹陷在始新世開始發(fā)生裂陷活動,裂陷受北西向、北東向和東西向3組斷裂的限制,而北部的崖南凹陷和崖北凹陷在早漸新世開始發(fā)生裂陷。

圖7 過L1、L3斷裂構(gòu)造樣式Fig.7 The structural pattern of test lines L1 and L3

晚漸新世強烈的裂陷活動主要沿北東向和東西向裂陷發(fā)生,而北西向裂陷的裂陷活動則逐漸減弱。因斷塊的掀斜運動,晚漸新世早期的陵水組沉積環(huán)境主要表現(xiàn)為分割淺海環(huán)境。隨后,區(qū)域沉降背景的疊加作用逐漸加強,凸起帶面積顯著縮小,陵水組沉積期淺海范圍明顯擴張。

2.3.2 動力學(xué)機制討論

始新世晚期(46 Ma）,瓊東南盆地開始發(fā)育,由于南海擴張和印支擠出的聯(lián)合作用,此期間瓊東南盆地的構(gòu)造發(fā)育產(chǎn)生東西差異。盆地西部受鶯歌海盆地1號斷裂剪切作用的影響,EW向斷裂較為發(fā)育;而東部在南東向伸展應(yīng)力作用和NE向先存斷裂的影響下,主要發(fā)育NE和NEE向斷裂,EW向斷裂不明顯[4]。整體上NE向斷裂為一級斷裂,它們控制了盆地的走向和形態(tài),以及盆地的構(gòu)造裂陷沉降及沉積充填,最大沉降速率高達(dá)600 m/Ma[11]。因此,NE向的大型深斷裂為主控斷裂,EW向斷裂主要控制了盆地西北部的沉積,NW走向的斷裂帶與應(yīng)力方向近平行表現(xiàn)出剪切性質(zhì),控制了凹陷的局部結(jié)構(gòu),但對凹陷沉積的影響不強烈[15]。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)特點,推斷此階段研究區(qū)主要受到南海陸緣張裂期間SE向伸展應(yīng)力作用的控制,在先存基底斷裂的基礎(chǔ)上發(fā)育了一系列與應(yīng)力方向近正交的NE向斷裂,強烈的伸展作用使凹陷內(nèi)發(fā)生了明顯的斷塊旋轉(zhuǎn),形成眾多犁式半地塹構(gòu)造。NW走向的斷裂與伸展方向近平行,因此主要表現(xiàn)為走滑特點,對沉積控制不強。

Northrup等[8]對太平洋板塊與歐亞板塊之間不同時間段會聚方向和速率變化的研究表明,太平洋板塊自晚白堊紀(jì)沿NWW向相對歐亞板塊以130 mm/a的速率運動,至古新世降到78 mm/a,到始新世會聚速率就只有38 mm/a。這一會聚速率的驟降,可能促使板塊滾動后退,使華南陸緣處于SE向拉張應(yīng)力場環(huán)境中,一系列NNE—NE向裂陷開始形成,且裂陷軸不斷向南躍遷,形成一系列盆地,但南海北部陸緣多數(shù)盆地表現(xiàn)為被動陸緣性質(zhì)。因此,推測盆地裂陷期還有其他主要應(yīng)力控制因素,如古南海向婆羅洲俯沖產(chǎn)生的拖曳力等[15]。

3 結(jié)論及認(rèn)識

經(jīng)過前人的研究,瓊東南盆地已經(jīng)獲得了大量的研究成果,但是到目前為止還沒有一個統(tǒng)一的層序劃分方案。本文建立了適用于工區(qū)的構(gòu)造層序格架,結(jié)合沉積演化史和地震反射類型分析構(gòu)造演化特征,將瓊東南盆地劃分為上、中、下三個構(gòu)造層序。

瓊東南盆地自初始裂陷,經(jīng)歷了陸相、海陸過渡相和海相的演化歷程,構(gòu)造沉降、氣候和物源供應(yīng),通過對沉積基準(zhǔn)面升降旋回的變化和作用,控制了層序地層的形成和展布。下構(gòu)造層代表早期裂陷作用形成的半地塹充填的產(chǎn)物,發(fā)育了多個獨立的凹陷和凸起;上構(gòu)造層則代表盆地發(fā)育晚期的裂后熱沉降期,即拗陷作用的產(chǎn)物;中構(gòu)造層則為二者的過渡時期。

瓊東南盆地的裂陷結(jié)構(gòu)在軸向上呈現(xiàn)分段性,即以盆地中部北西走向斷裂發(fā)育區(qū)為界,西部的主要構(gòu)造單元呈東西向,東部的主要構(gòu)造單元以北東向為主。瓊東南盆地經(jīng)歷了始新世—早漸新世和晚漸新世兩期裂陷。

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The analysis of Cenozoic tectonic sequence of Qiongdongnan Basin in the South China Sea

Sun Zhuan1,Liu Hao2,Wu Zhe1
(1.Laboratory of Marine Geology,Tongji University,Shanghai 200092;2.School of Ocean Science,China University of Geosciences,Beijing100083）

There was no unified sequence division to Qiongdongnan Basin until recently.Based on previous research and a mass of 2D seismic reflection stratigraphic interpretations,Cenozoic structural sequence was analyzed specifically from seismic reflection unconformable planes and structural development characteristics.Moreover,based on comprehensive analysisof Cenozoic 2D seismic data in Qiongdongnan Basin,Cenozoic structural sequences was studied,recognized and re-divided.The results showed that according to the ancient tectonic moving surface,the basin-filling sequence can be divided into three tectonic sequences:upper tectonic sequence,middle tectonic sequence and lower tectonic sequence,in correspondence with the three stages of basin evolution.The paper also focused on three structural features of tectonic sequence,superimposed structural style,structural features of sequence development,sequence distribution,and the relationship between sedimentary system types and the development of fault system and so on in order to lay the foundation for future research.

Qiongdongnan Basin;Cenozoic;structural sequences;tectonic evolution

TE121.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.008

1008-2336(2011）01-0008-08

依托國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃）課題《南海新生代大陸邊緣盆地演化及油氣資源潛力》(編號:2007CB411705）

2010-09-13;改回日期:2010-10-25

孫轉(zhuǎn),女,1986年生,在讀碩士研究生,主要從事地震儲層預(yù)測與油氣藏描述、含油氣盆地分析、盆地模擬的研究。E-mail:sunzhuan2008@163.com。