孟加拉灣若開盆地構(gòu)造特征及演化

王雪峰, 呂福亮, 范國章, 邵大力, 孫 輝, 唐鵬程

(中國石油 杭州地質(zhì)研究院,杭州 310023)

孟加拉灣若開盆地構(gòu)造特征及演化

王雪峰, 呂福亮, 范國章, 邵大力, 孫 輝, 唐鵬程

(中國石油 杭州地質(zhì)研究院,杭州 310023)

根據(jù)地震、鉆井等基礎(chǔ)資料建立主干剖面，結(jié)合平面構(gòu)造展布及剖面構(gòu)造特征研究孟加拉灣若開盆地的構(gòu)造特征和演化。若開盆地是一個主動大陸邊緣海溝背景下的增生楔盆地，經(jīng)歷了晚白堊世-古新世早期發(fā)育期、始新世-漸新世緩慢碰撞期和中新世-上新世盆地定型期3個區(qū)域演化階段。平面上劃分為東部的若開褶皺帶和西部的海底平原帶。若開褶皺帶具有南北分段特征，根據(jù)構(gòu)造特征差異分為2段：(1)北段擠壓褶皺帶，主要發(fā)育NNW走向、帶狀分布褶皺。北段擠壓褶皺帶可分為高陡褶皺帶和低緩褶皺帶2個次一級構(gòu)造單元，變形強度從東往西逐漸減弱。(2)南段走滑褶皺帶，褶皺表現(xiàn)為寬度較窄，并發(fā)育明顯走滑構(gòu)造。主干剖面構(gòu)造演化史分析認(rèn)為：研究區(qū)構(gòu)造變形開始于晚中新世末，上新世末-第四紀(jì)變形強烈；構(gòu)造變形從東向西傳播，東部變形時間早，變形強烈，而西部變形時間晚，變形較弱；在中新統(tǒng)沉積后，區(qū)域構(gòu)造發(fā)生翹板式逆時針旋轉(zhuǎn)，沉積中心從東部遷移到西部。若開盆地的構(gòu)造形成與演化主要受印度板塊向歐亞板塊斜向B型俯沖碰撞控制，由于俯沖碰撞接觸帶在若開盆地呈弧狀，南北兩段應(yīng)力場不同，導(dǎo)致南北兩段構(gòu)造變形存在明顯差異。

若開盆地；構(gòu)造特征；構(gòu)造演化；應(yīng)力場

若開盆地為增生楔盆地，位于孟加拉灣東緣緬甸西部海岸若開海域，屬于孟加拉盆地的東部邊緣(圖1)，面積0.165×106km2，其中海上面積0.142×106km2[1,2]。若開盆地主體位于匯聚板塊俯沖增生帶上，構(gòu)造背景復(fù)雜，構(gòu)造活動強烈，長期以來受到許多研究人員的關(guān)注[3-5]。但是在盆地構(gòu)造特征、構(gòu)造演化等方面研究程度不高。本文旨在結(jié)合前人研究成果和在對一些基礎(chǔ)資料分析研究的基礎(chǔ)上，分析若開盆地構(gòu)造特征及演化。

圖1 孟加拉灣若開盆地構(gòu)造綱要圖[1,2]

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造特征

緬甸及其周緣主動大陸邊緣盆地位于亞洲板塊西南部與印度洋交界處，是印度板塊向北北東向斜向俯沖和實皆走滑斷裂控制下形成的非常獨特的主動大陸邊緣。受新生代以來印度板塊俯沖作用的影響，發(fā)育巨大的溝-弧體系，形成弧前、弧后盆地及增生楔盆地[6]。據(jù)區(qū)內(nèi)構(gòu)造特征劃分為5個構(gòu)造單元，分別是若開褶皺帶、弧前構(gòu)造帶、火山島弧構(gòu)造帶、弧后構(gòu)造帶及撣邦—馬來構(gòu)造帶[7]。

Sagaing走滑斷裂是位于緬甸微板塊和歐亞板塊之間近S-N走向的區(qū)域走滑斷層，形成于古新世，經(jīng)歷了多期活動，是一條至今仍在活動的走滑斷裂，沿著Sagaing走滑斷裂的最大右行走滑位移達(dá)450 km[8]。緬甸若開褶皺帶是增生楔構(gòu)造帶，東起若開山脈,南側(cè)為新生代新生洋盆安達(dá)曼海[9,10]；西側(cè)為板塊聚合過程中的殘留洋盆地——孟加拉灣[11,12]；北起印度那加丘陵，經(jīng)若開山脈和欽邦(Chin)山，一直延伸到巽他海溝的安達(dá)曼—尼科巴洋脊和非火山前弧。該褶皺帶最大寬度達(dá)到230 km，新生代構(gòu)造活動強烈。

1.2 若開盆地構(gòu)造演化

若開盆地的形成演化與古新世以來印度向歐亞板塊匯聚并碰撞緊密相關(guān)[6,13-15]，其構(gòu)造演化可以劃分為3個階段(圖2)。

圖2 孟加拉灣中西部20°N溝-弧體系發(fā)育示意圖[6]

1.2.1 晚白堊世-古新世早期發(fā)育期

晚白堊世開始，印度板塊從岡瓦納大陸分離向北部漂移，但尚未與歐亞板塊發(fā)生碰撞，僅前端洋殼發(fā)生消減，此時二者之間為新特提斯洋[15]。前端洋殼的消減作用造成部分水下隆起，早期的沉積物在洋殼俯沖同時被刮削下來形成早期增生楔雛形。此時沉積環(huán)境整體上仍為大洋，在靠近北部的歐亞大陸邊緣則由于俯沖作用，陸地發(fā)生抬升，形成遠(yuǎn)源沉積的復(fù)理石建造。

早古新世，印度板塊開始與歐亞板塊發(fā)生碰撞，印度板塊向緬甸微板塊之下斜向B型俯沖，早期沉積物發(fā)生上沖推覆變形，發(fā)育區(qū)域不整合面。早古新世末，中部上沖帶把整個海域分隔成東部的中央緬甸盆地和西部的前淵盆地，此后若開盆地開始獨立于中央緬甸盆地(圖2-a)。

1.2.2 始新世-漸新世緩慢碰撞期

始新世隨著增生楔的逐漸抬升，海水變淺，沉積中心逐漸往西遷移并發(fā)生快速沉降(圖2-b)。早漸新世，增生楔開始在北部形成原始的印緬山脈，并逐漸向南擴展。漸新世末開始進(jìn)入構(gòu)造活動高發(fā)期，發(fā)生海退，部分區(qū)域暴露地表并遭受剝蝕(圖2-c)。

1.2.3 中新世-早更新世盆地定型期

早中新世發(fā)生海侵，盆地中部開始發(fā)育類復(fù)理石建造。早中新世到中中新世，印度板塊強烈俯沖,喜馬拉雅山脈和印度-緬甸山脈快速隆升,孟加拉灣地區(qū)強烈撓曲,大量沉積物輸入形成孟加拉沖積扇和尼科巴沖積扇。晚中新世，主要的構(gòu)造開始發(fā)育。早上新世,右旋走滑斷裂作用顯著，中緬地塊順時針方向旋轉(zhuǎn)，近東西向擠壓造山作用加強,形成逆斷層和南北向狹長背斜構(gòu)造。安達(dá)曼海沿東南方向擴張，全區(qū)主要的右旋走滑斷裂系統(tǒng)形成。若開山脈出現(xiàn)，導(dǎo)致從若開到孟加拉灣的沉積中心進(jìn)一步往西遷移(圖2-d)。早更新世，褶皺帶抬升強烈，大部分若開海岸出現(xiàn)，若開盆地結(jié)構(gòu)基本形成(圖2-e)。

1.3 沉積地層

鉆井及露頭資料的研究表明，緬甸及其周緣區(qū)域主要沉積新生代地層，東北部地層厚度相對較大，向西南方向逐漸減薄[1,12]。若開盆地沉積充填從晚白堊世-全新世沉積物，最厚達(dá)21 km(圖1)。白堊系及其以下地層為盆地基底，自下而上劃分為上白堊統(tǒng)—古新統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)和上新統(tǒng)等5套地層[16,17](圖3)。

圖3 若開盆地地層柱狀圖

晚白堊世主要為開闊海沉積環(huán)境，以海相泥巖沉積為主，也發(fā)育一些碳酸鹽巖和深海扇砂巖。古新世-始新世主要為深海沉積環(huán)境，沉積海相泥巖。古新統(tǒng)發(fā)育少量滑塌沉積，始新統(tǒng)有深海扇砂巖沉積。漸新世-中中新世，以半深海-深海沉積環(huán)境為主，水體仍然較深，海相泥巖仍然為主要沉積巖性。上中新統(tǒng)-上新統(tǒng)主要為深海扇沉積，表明沉積物源供給充足，砂巖含量高。上新統(tǒng)中發(fā)育滑塌泥巖。第四系沉積環(huán)境水體變淺，主要發(fā)育三角洲-淺海沉積。

2 構(gòu)造特征分析

2.1 構(gòu)造分帶特征

依據(jù)地層是否發(fā)生褶皺變形，若開盆地可劃分為兩大構(gòu)造單元，即東部若開褶皺帶和西部海底平原帶(圖4)。西部海底平原帶沉積地層穩(wěn)定，構(gòu)造不發(fā)育。二者劃分界限基本為褶皺帶變形前緣。

若開褶皺帶位于孟加拉灣東部，為平面上往東凸出的弧形構(gòu)造帶，其東側(cè)為迪桑復(fù)理石帶-印緬蛇綠巖帶，西側(cè)為未變形的孟加拉灣深海平原。若開褶皺帶南北分段，主要依據(jù)洋殼俯沖方向與褶皺走向夾角來劃分，劃分界限基本位于45°夾角位置:(1)北段擠壓褶皺帶；(2)南段走滑褶皺帶。北段擠壓方向基本與背斜帶構(gòu)造走向高角度相交甚至垂直，變形主要以擠壓作用為主，主要發(fā)育走向NNW-SSE、成帶狀分布的褶皺帶。南段褶皺帶走向和洋殼俯沖方向小角度相交，基本以走滑運動為主，褶皺帶寬度較窄(圖1)。

2.2 北段擠壓褶皺帶

為了反映北段擠壓褶皺帶的分帶性及變形特征，筆者根據(jù)高品質(zhì)二維地震剖面和鉆井資料，建立了一條區(qū)域大剖面A-A′(圖4-f)。它垂直于區(qū)域構(gòu)造走向，長約160 km，由東西兩條平行的剖面拼接而成，二者間隔約60 km，位置見圖1。剖面A-A′揭示，若開擠壓褶皺帶深層白堊系及基底未發(fā)生明顯變形，其上新生界卷入變形，由此推斷，該褶皺帶為薄皮構(gòu)造。依據(jù)空間位置及變形特征，將若開褶皺帶分為2個次級構(gòu)造帶，從東往西依次為：高陡褶皺帶和低緩褶皺帶，變形強度從東往西逐漸減弱。

高陡褶皺帶位于陸上，形成時間早，由一系列大規(guī)模相互平行、NNW走向的背斜帶構(gòu)成，背斜翼部褶皺變形強烈，褶皺幅度大，向東抬升幅度越來越高，核部出露新近系。背斜西翼發(fā)育東傾的突破斷層，褶皺翼部也發(fā)育西傾上沖斷層，由于區(qū)域擠壓方向由東往西，由此推斷背斜下伏存在軟弱的滑脫層。

圖4 若開盆地北部A-A′剖面演化示意圖

低緩褶皺帶位于海上，低緩褶皺帶由2個寬緩的滑脫褶皺構(gòu)成，它們代表了若開褶皺帶的變形前緣位置。寬緩褶皺A寬度約15 km，比寬緩褶皺B幅度更低(圖4-f)。

2.3 南段走滑褶皺帶

南段走滑褶皺帶發(fā)育的褶皺較平緩，基本沿走滑斷層發(fā)育(圖1)。在地震剖面上走滑斷層近似直立，斷層兩側(cè)地層厚度不一致，且在斷層一側(cè)地層增厚，形成低幅度背斜。由于壓扭應(yīng)力作用，斷層組合表現(xiàn)為正花狀構(gòu)造和耙狀構(gòu)造(圖5)。圖4-a由于剖面位置與構(gòu)造走向斜交，走滑斷層表現(xiàn)為斜躺的花狀構(gòu)造。

圖5 若開盆地過南段走滑褶皺帶的3個剖面圖[18]

3 構(gòu)造演化

通過對時間地震區(qū)域大剖面A-A′構(gòu)造演化分析，認(rèn)為若開盆地構(gòu)造演化主要表現(xiàn)以下特征：(1)構(gòu)造變形開始于晚中新世末，強烈變形于上新世末-第四紀(jì)。(2)構(gòu)造變形從東向西傳播，東部變形時間早，變形強烈；而西部變形時間晚，變形較弱。(3)在中新統(tǒng)沉積后，區(qū)域構(gòu)造發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn)，沉積中心從東部遷移到西部(圖4)。

古新世開始到中中新世沉積結(jié)束，沉積地層均未發(fā)生變形(圖4-c)，說明早期沉積時期，俯沖帶構(gòu)造變形還在東側(cè)，對該區(qū)域還未產(chǎn)生影響。

上中新統(tǒng)沉積后，研究區(qū)東部地區(qū)發(fā)生較弱變形，出現(xiàn)2條上沖斷層，斷距較小，斷面NEE向傾斜；同時，高陡褶皺帶中反沖斷層位置出現(xiàn)褶皺變形；西部地層未發(fā)生構(gòu)造變形(圖4-d)：說明俯沖帶俯沖褶皺增生不斷西移，開始影響研究區(qū)東部地區(qū)。

上新統(tǒng)沉積過程中，研究區(qū)持續(xù)構(gòu)造變形。由于擠壓褶皺向西傳播，在中部地區(qū)出現(xiàn)以新生界為滑脫面的寬緩褶皺雛形(圖4-e)。上新統(tǒng)沉積地層在東部褶皺和中部寬緩褶皺B的頂部厚度明顯變薄，具有生長地層的特征。

上新統(tǒng)沉積后整個區(qū)域受到強烈的擠壓褶皺變形，東部形成高陡、SWW向傾伏、翼部緊閉的褶皺變形。中部寬緩褶皺幅度增高0.7 s，在西部地區(qū)出現(xiàn)更新的寬緩褶皺A(圖4-f)。

此外，區(qū)域構(gòu)造變形促使研究區(qū)發(fā)生逆時針翹翹板式旋轉(zhuǎn)，沉積中心從東部向西部發(fā)生遷移。古新世-上中中新世，沉積中心基本位于研究區(qū)東部(圖4-a,d)，這主要是由于俯沖海溝位置為水體最深處，且處于研究區(qū)東部比較遠(yuǎn)的位置；另外也可能由于印度板塊俯沖撓曲作用，形成東部沉積中心。上新統(tǒng)沉積時基本為沉積中心轉(zhuǎn)換的一個平衡點，除了褶皺位置填平補齊外，地層區(qū)域厚度基本變化不大。第四系沉積時，沉積中心已經(jīng)基本轉(zhuǎn)到了西部，且向西水體變深(圖4-f)，這主要是由于東部俯沖擠壓褶皺抬升，且俯沖褶皺增生帶已經(jīng)推移到了最前緣的寬緩褶皺以西。

圖6 孟加拉灣東部區(qū)域構(gòu)造模式圖

4 討 論

印度板塊向歐亞板塊斜向B型俯沖碰撞是形成若開盆地構(gòu)造特征南北分段、東西分帶、且構(gòu)造東早西晚的主要原因(圖6)。由于板塊俯沖邊界在緬甸周緣并非平直，而是弧狀形態(tài)，在俯沖帶南部，俯沖邊界近南北向，俯沖方向和斷層幾乎平行，斷層為深大走滑斷層，應(yīng)力以壓扭為主，形成以走滑斷層為邊界的寬緩褶皺，即南段走滑褶皺帶。在北部由于俯沖邊界轉(zhuǎn)彎，呈北北西向，俯沖方向與俯沖邊界近似垂直，應(yīng)力以擠壓為主，沉積地層沿北東向縮短褶皺變形，形成北部擠壓褶皺帶。

整個褶皺帶的形成都是受印度板塊向歐亞板塊斜向俯沖影響。由于增生楔盆地處于洋陸俯沖海溝背景上，東部早期褶皺的地層進(jìn)一步附加后期擠壓褶皺變形，勢必形成褶皺帶東部高陡且褶皺軸部向西傾斜、西部寬緩的構(gòu)造形態(tài)。

5 結(jié) 論

a.若開盆地是一個主動大陸邊緣海溝背景下的增生楔盆地，區(qū)域演化可劃分為3個階段：(1)晚白堊世-古新世早期發(fā)育期；(2)始新世-漸新世緩慢碰撞期；(3)中新世-上新世盆地定型期。

b.若開盆地構(gòu)造特征具有分帶性，平面上可劃分為若開褶皺帶和海底平原帶。若開褶皺帶從南到北分為2段：(1)北段擠壓褶皺帶，主要發(fā)育走向NNW、帶狀分布褶皺。北段擠壓褶皺帶可劃分為高陡褶皺帶和低緩褶皺帶2個次一級構(gòu)造單元，變形強度從東往西逐漸減弱。(2)南段走滑褶皺帶，褶皺表現(xiàn)為寬度較窄，并發(fā)育明顯走滑構(gòu)造。

c.區(qū)域剖面構(gòu)造演化分析認(rèn)為，若開盆地構(gòu)造演化主要表現(xiàn)為3個特征：(1)構(gòu)造形成開始于晚中新世末，上新世末-第四紀(jì)研究區(qū)發(fā)生強烈變形。(2)構(gòu)造形成是以從東向西傳播方式，東部變形時間早，變形強烈；而西部變形時間晚，變形較弱。(3)在中新統(tǒng)沉積后，區(qū)域構(gòu)造發(fā)生翹板式逆時針旋轉(zhuǎn)，沉積中心從東部遷移到西部。

d.若開盆地的構(gòu)造形成與演化主要受印度板塊向歐亞板塊斜向B型俯沖碰撞控制。由于俯沖碰撞接觸帶在若開盆地呈弧狀，南北兩段應(yīng)力場不同，導(dǎo)致南北兩段構(gòu)造變形存在明顯差異。

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StructuralcharacteristicsandevolutionofRakhineBasin,BayofBengal

WANG Xue-feng, LYU Fu-liang, FAN Guo-zhang, SHAO Da-li, SUN Hui, TANG Peng-cheng

PetroChinaHangzhouResearchInstituteofGeology,Hangzhou310023,China

This paper analyzes the structural characteristics and tectonic evolution of Rakhine Basin based on 2D seismic data and well data. The basin is located at accretionary wedge with a trench setting of active continental margin and has experienced the embryonic stage (Late Cretaceous-Paleocene), collision stage (Eocene-Oligocene) and quick collision stage (Miocene-Pliocene). Rakhine Basin can be subdivided into the submarine plain in the west and the Rakhine fold belt in the east. The Rakhine fold belt consists of the northern compressive fold belt and the southern strike-slip fault belt. In the northern compressive fold belt develop a lot of NNW-trending linear folds that can be subdivided into steep folds with high amplitude caused by the intensive tectonic deformation from east to west. In the southern strike-slip fault belt, some anticlines form along the strike-slip fault and the unambiguous flower structures. The evolution of the regional section suggests that the deformation began at the end of Late Miocene, and became intensive from the end of Pliocene to Quaternary. The structures in the east are older and more intensive than that of the west due to the regional contraction from east to west and the deformational propagation westward. The deposition center migrated from east to west after Miocene formation deposited. All the characteristics of Rakhine Basin are mainly controlled by different stress patterns caused by the subduction formed between the Indian-Australia plate and the Eurasia plate.

Rakhine Basin; deformation characteristics; tectonic evolution; stress field

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.04.10

1671-9727(2013)04-0424-07

2012-10-15

王雪峰(1983-),男,碩士,工程師,主要從事盆地構(gòu)造地質(zhì)研究工作, E-mail: wangxuef_hz@petrochina.com.cn。

P618.130.2; TE121.2

A