印度西南大陸邊緣基底地質(zhì)特征

Gireesh R, Pandey D K

（印度國家南極與海洋研究中心）

印度西南大陸邊緣基底地質(zhì)特征

Gireesh R, Pandey D K

（印度國家南極與海洋研究中心）

基于高分辨率多道二維地震資料、重力異常數(shù)據(jù)及工業(yè)鉆孔巖性信息，研究印度西南大陸邊緣Laccadive洋脊和Laccadive盆地基底構(gòu)造特征。地貌和基底特征地震資料解釋結(jié)果表明，研究區(qū)基底表現(xiàn)為塊斷型地壘/地塹樣式，存在平行于海岸線（南北走向）的基底高地，邊緣高地上幾乎未發(fā)生任何沉積物沉積作用，邊緣高地周圍區(qū)域卻發(fā)育厚層沉積物，局部厚度可高達2～3 s（雙程旅行時），邊緣高地周圍的沉積序列通常突然尖滅于陡傾正斷層的下盤。Laccadive洋脊之上覆蓋薄層沉積物，洋脊上存在多個脊峰（沿洋脊伸長方向展布），有時可能露出海底，此種基底脊峰的寬度通常為數(shù)千米，表現(xiàn)為明顯的重力異常高值。洋脊基底高度斷裂，洋脊中央已演化成類似裂谷的洼地。圖6參29

印度西南大陸邊緣；Laccadive洋脊；Laccadive盆地；地震解釋；重力異常；向海傾斜反射層

1 地質(zhì)概況

近年來，將地質(zhì)與地球物理技術(shù)結(jié)合研究被動大陸邊緣演化已取得了一定進展[1]，但由于缺乏高品質(zhì)的大陸邊緣地震資料，前期研究通常側(cè)重于其大尺度地質(zhì)構(gòu)造方面。隨著地震成像技術(shù)的進步，以及高品質(zhì)多道地震數(shù)據(jù)的地下成像質(zhì)量顯著增強，目前已能夠?qū)Ρ粍哟箨戇吘壓椭鲃哟箨戇吘壏植嫉膹?fù)雜地質(zhì)目標(biāo)進行成像。根據(jù)拉張過程中的巖漿生成量，可識別出兩種被動大陸邊緣：火山型被動大陸邊緣和貧巖漿型被動大陸邊緣[2-3]?；鹕叫捅粍哟箨戇吘壴谄屏堰^程中通常伴隨強烈的火山噴發(fā)活動，地震反射剖面上可見明顯的向海傾斜反射層。與此相反，貧巖漿型被動大陸邊緣具有寬闊的伸長陸殼，巖漿活動微弱甚至缺失，復(fù)雜的多期斷裂作用有時延伸至滑脫面。

印度西部大陸邊緣通常被視為被動大陸邊緣，其形成受控于與岡瓦納古陸裂解及與后續(xù)洋盆形成有關(guān)的裂谷和漂移事件[4]，它包括數(shù)個平行于印度洋海岸的無震洋脊、海山及海底平頂山，其中包括Laxmi洋脊、Laccadive洋脊及Prathap洋脊等（見圖1）。Laccadive洋脊位于水深約2 000 m處，其以Laccadive珊瑚島的形式上升至海平面之上。Laccadive洋脊以西，海底最初相對陡傾，在水深約4 000 m處趨于平緩；Laccadive洋脊以東水深不超過2 500 m。

Laccadive洋脊屬于Chagos-Laccadive洋脊的北段，以東為Laccadive盆地，該盆地呈狹窄三角形，其東部邊界為印度西南大陸斜坡[5-6]。由于Laccadive洋脊靠近印度大陸架，Laccadive盆地北部呈圓錐形，盆地向南部變寬，與印度洋中部盆地相連，盆地以東為印度洋大陸架，其邊緣光滑但寬度不斷變化，由孟買近海附近寬約200 km向南逐漸變窄為寬約50 km。總體而言，除發(fā)育部分平行于海岸的海底高地之外，Laccadive盆地形態(tài)光滑[7]，盆內(nèi)毯式充填陸源沉積物，主要供源系統(tǒng)為與印度河扇三角洲遠端沉積體系相關(guān)的內(nèi)陸大河。

圖1 印度西部大陸邊緣構(gòu)造綱要圖

Laccadive洋脊和Laccadive盆地的地形特征與印度西南大陸邊緣演化期間的構(gòu)造活動相關(guān)，對其地殼特征的研究有助于恢復(fù)東印度洋的板塊構(gòu)造拼接關(guān)系。截至目前，前人已開展多項區(qū)域地球物理研究[8-10]，以解譯Laccadive洋脊和Laccadive盆地下伏地殼的成因與演化，并提出了Laccadive洋脊成因的多種不同假說，例如白堊紀—始新世期間的轉(zhuǎn)換斷裂活動造成印度向北移動[11-12]（微大陸構(gòu)造），其中Laccadive洋脊的中段為漂離印度的陸殼碎片，北段和南段為火山成因[13]，具有熱點痕跡[14-15]。德干火山巖和Chagos-Laccadive洋脊的鉆井結(jié)果表明，洋脊的年齡由北向南減小，從距今64 Ma減小至距今48 Ma，很多研究者認為該洋脊為印度板塊通過熱點向北移動期間所形成的留尼旺熱點的跡線，因而產(chǎn)生了這種新老漸變[15-19]。還有研究者[5]認為Chagos-Laccadive洋脊的北部為印度大陸的碎片。

印度西部大陸邊緣在其演化過程中至少經(jīng)歷了兩次主要裂谷事件及相關(guān)的構(gòu)造活動，當(dāng)前大陸邊緣形態(tài)主要定形于馬達加斯加和塞舌爾群島裂谷幕[5,20-23]。初始裂谷作用發(fā)生于印度與馬達加斯加之間，起始時間約為距今84～89 Ma。此次裂谷事件促使海底擴張，形成Mascarene盆地[22-24]，Marion地幔柱活動可能加劇了初始裂谷作用[25]。第2期裂谷作用起始于晚白堊世末期塞舌爾群島、Saya de Malha以及Laxmi洋脊脫離印度之時[12,15,20,22]。此后，沿Carlsberg洋脊的海底擴張開始作用[26-27]。目前，已確認Laxmi和Laccadive洋脊為洋盆的西界，但對洋脊以東的地殼性質(zhì)仍存在爭議。

本次研究以高分辨率多道地震反射資料為基礎(chǔ)，對Laccadive洋脊和Laccadive盆地的基底構(gòu)造進行地震成像。根據(jù)工業(yè)鉆孔標(biāo)定結(jié)果，對區(qū)域地震剖面進行了解釋，并識別了主要的不連續(xù)面。本次解釋成果將有助于進一步解譯裂谷的幾何形態(tài)以及大規(guī)?；鸪蓭r的成因。

2 資料與方法

本次研究采用印度油氣總局（Directorate General of Hydrocarbons, India）2002年采集的印度西南大陸邊緣二維多道地震反射資料，共使用8條北東—南西向（垂直于海岸線方向）二維地震剖面（見圖1中WC-01至WC-08）和3條北西—南東向（平行于海岸線方向）地震剖面（WC-21、WC-22、WC-24）。北東—南西向地震剖面東起印度大陸架，向西延伸至阿拉伯盆地，途中穿過Laccadive洋脊和Laccadive盆地。平行于海岸線的地震剖面分別穿過Laccadive洋脊、Laccadive盆地以及陸架邊緣盆地。除地震資料外，本次研究還使用了陸架區(qū)3口工業(yè)鉆孔資料（見圖1），以構(gòu)建研究區(qū)的地層格架。

本次研究中充分考慮了前人的研究成果，以便于識別各種地下反射層。在進行地震解釋之前，首先利用基于鉆井資料的層速度模型，對部分具有代表性的疊加剖面進行了時-深轉(zhuǎn)換。除多道地震資料外，對研究區(qū)的等深線和重力場也進行了細查。此外，還應(yīng)用地震折射研究成果[15]對印度西南大陸邊緣的區(qū)域構(gòu)造進行了約束。

2.1 基于鉆孔的巖性信息

本次研究采用的巖性信息來源于研究區(qū)附近的3口工業(yè)鉆孔資料（見圖1）。K-1-1井完鉆深度1 755 m，鉆遇地層由上至下依次為：中中新統(tǒng)—第四系粗碎屑巖，厚251 m；漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)硅質(zhì)碎屑層段（下部含大量煤條帶，上部含灰?guī)r夾層），厚400 m；上古新統(tǒng)—始新統(tǒng)粗碎屑巖和黏土巖，含煤/褐煤條帶，厚141 m（見圖2）；841～1 755 m層段鉆遇玄武巖熔巖流，與砂巖和黏土巖互層，可能為上白堊統(tǒng)—下古新統(tǒng)。

CH-1-1井完鉆深度4 627 m，鉆遇地層由上至下依次為：上新統(tǒng)—全新統(tǒng)砂巖、粉砂巖和黏土層段，厚293 m；下始新統(tǒng)—中新統(tǒng)碳酸鹽巖，厚2 340 m；2 800～3 970 m主要為砂質(zhì)層段，含兩層玄武巖薄層；砂質(zhì)層段之下為單一的玄武巖/粗面巖層段，含少量薄層內(nèi)部捕獲黏土和粉砂巖條帶，厚657 m；CH-1-1井完鉆于玄武巖/粗面巖層段。

CSP-1井完鉆深度3 833 m，鉆遇地層由上至下依次為：中新統(tǒng)及上覆黏土/頁巖層段，偶見薄層砂巖條帶，厚2 125 m；中始新統(tǒng)—上漸新統(tǒng)的灰?guī)r層段，含頁巖和砂巖夾層，厚560 m；2 830 m至井底為砂巖和頁巖互層，可能為古新統(tǒng)—下始新統(tǒng)沉積。

2.2 印度西南大陸邊緣的重力場特征

將研究區(qū)構(gòu)造圖與區(qū)域重力異常圖[29]疊合，分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域重力異常分布與地下構(gòu)造特征相符（見圖3），相對正重力異常和負重力異常分別對應(yīng)構(gòu)造高點和構(gòu)造低點。Laccadive洋脊雖然顯示為重力異常相對高值，但是相對于其地貌而言，重力正異常值并不連續(xù)和明顯。洋脊的重力高具有不連續(xù)性，其北東—南西方向存在多個短波長和線性重力異常低點。洋脊上的重力異常在局部地區(qū)異常高，部分明顯脊峰處最大值可達55 mGal。洋脊以西和洋脊以東盆地的重力響應(yīng)存在顯著差異（見圖3）。與洋脊以西的阿拉伯盆地相比，洋脊以東的Laccadive盆地表現(xiàn)為大面積的重力低，阿拉伯盆地的重力異常值為-70～-30 mGal，而Laccadive盆地的重力異常值為-95～-40 mGal。

圖2 K-1-1井巖性柱狀圖[28]

圖3 研究區(qū)重力異常分布圖[29]

相對于洋脊地貌特征而言，由洋脊西側(cè)（鄰近阿拉伯盆地）向洋脊方向的重力響應(yīng)并未表現(xiàn)出重力異常迅速增大的趨勢，而是由重力低值逐漸增大至洋脊頂部的重力高值。由圖3可見，過洋脊的重力場整體偏高，但是具有數(shù)個起伏。事實上，重力高內(nèi)部存在顯著重力低是與洋脊相關(guān)的最為重要的重力場特征。此種現(xiàn)象可歸因于高低不平的基底所導(dǎo)致的脊峰與脊谷。洋脊東側(cè)的重力異常變化平緩，與Laccadive盆地的重力場合為一體（尤其是在北部）。Laccadive盆地表現(xiàn)為重力異常低，其平均值為-60 mGal，與印度大陸邊緣斜坡部位的重力異常低一致。在大多數(shù)剖面上，過Laccadive盆地的重力響應(yīng)并不光滑，尤其是WC-02剖面至WC-04剖面在盆地中部存在重力響應(yīng)峰值，最高可達-40 mGal，而盆地的平均重力異常僅為-60 mGal。該重力異常峰值對應(yīng)Prathap洋脊，但是在Laccadive盆地內(nèi)部并未識別出Prathap洋脊所具有的顯著線性重力特征。

3 地震剖面解釋

本次研究采用KingdomTM軟件對過洋脊的多道地震反射剖面進行了解釋。為了解譯印度西南大陸邊緣（尤其是Laccadive洋脊和Laccadive盆地）的地貌和構(gòu)造特征，研究中共計分析和解釋了超過5 000 km的地震測線數(shù)據(jù)（地震剖面的雙程旅行時為8 s）。借助于鉆孔資料，對研究區(qū)的主要區(qū)域不整合面進行了標(biāo)定，在海底與基底之間共識別出3套代表不同時窗的地層單元，分別為中中新統(tǒng)—第四系、始新統(tǒng)—中中新統(tǒng)及古新統(tǒng)—始新統(tǒng)。解釋過程中對上述3套地層單元在整個數(shù)據(jù)集中的連續(xù)性進行了檢查。除Laccadive洋脊西部的向海傾斜反射層序列具有顯著的地震反射特征之外，所有剖面中均可識別出最深部的層面（即基底，古新統(tǒng)）。

地震剖面解釋成果如圖4—圖6所示，從這些剖面上可見沿印度西南大陸邊緣分布的陸架邊緣、陸架邊緣盆地以及斜坡區(qū)的構(gòu)造特征。筆者依據(jù)不同地貌單元，對沿印度西南大陸邊緣分布的主要構(gòu)造單元進行了描述。

圖4 WC-01測線地震解釋剖面

圖5 WC-06測線地震解釋剖面

圖6 WC-08測線地震解釋剖面

3.1 陸架邊緣和邊緣高地

陸架邊緣為印度西南大陸邊緣的一部分，位于海岸線與1 500 m等深線之間。由于地震排列位于水深約500～4 000 m的區(qū)域，大多數(shù)剖面上陸架邊緣的成像均十分清晰。古陸架邊緣與現(xiàn)今陸架邊緣之間的差異十分顯著，陸架沿地震剖面方向向西遷移的距離可達數(shù)千米。區(qū)域內(nèi)可見眾多內(nèi)部高地和低洼。由地貌圖（見圖1）可知，西南陸架邊緣整體平直。地震剖面解釋結(jié)果表明，陸架邊緣內(nèi)部的沉積單元具有進積和加積特征。陸架邊緣前緣的水體深度減小，可能促進了陸架邊緣的進積作用，陸架邊緣盆地的進積速率直接受控于沉積物供給和相對海平面變化。

3.2 Laccadive盆地

Laccadive盆地屬于印度西南大陸邊緣，位于海岸線與1 500 m等深線之間。區(qū)域內(nèi)可見眾多內(nèi)部高地和低洼。Laccadive盆地位于陸架邊緣與Laccadive洋脊之間，其外部邊界近似為2 000 m等深線。該區(qū)域的地震資料表明盆地的基底十分復(fù)雜，表現(xiàn)為正斷層作用及一系列基底掀斜斷塊。盆地整體表現(xiàn)為大面積重力負異常，為數(shù)個孤立的等值重力峰值所復(fù)雜化。盆地寬度由南向北逐漸減小，從約215 km減小至約65 km。沉積物總厚度為200～3 200 m，局部地區(qū)最厚可達約5 500 m。該盆地并未表現(xiàn)出海底擴張性質(zhì)，因此，其下伏基底極有可能為拉伸陸殼或火山地殼。地震剖面W-01至W-08的解釋結(jié)果表明，Laccadive盆地的前基底沉積物厚度明顯大于Laccadive洋脊西側(cè)的相應(yīng)沉積物厚度。盆地東部的沉積物厚度可達1.6 s（雙程旅行時）。在Laccadive盆地內(nèi)部，沉積物厚度由北向南逐漸減小。Laccadive盆地東部地震剖面上清晰可見Prathap洋脊。

3.3 Laccadive洋脊

根據(jù)地震資料估算，Laccadive洋脊南部寬度最大，約為330 km，向北逐漸減小，在最北部地震剖面附近寬度最小，約為138 km（見圖1）。受火山侵入的影響，Laccadive洋脊地貌起伏明顯，發(fā)育數(shù)個內(nèi)部脊峰和洼陷。Laccadive洋脊具有復(fù)雜的塊狀基底構(gòu)造，發(fā)育地塹、半地塹以及單一正斷層系統(tǒng)，整體為一個裂谷系統(tǒng)。

4 結(jié)論

本文綜合應(yīng)用多道地震反射資料解釋成果和鉆孔取心資料，對Laccadive洋脊和Laccadive盆地多個地震層位進行了標(biāo)定和解釋，同時綜合前人研究成果分析認為，沿地震剖面的臺階狀構(gòu)造相當(dāng)于沿印度西南大陸邊緣分布的地壘/地塹構(gòu)造[5,9,23,25-26]，邊緣高地上幾乎未發(fā)生任何沉積物沉積作用，但是，邊緣高地周圍的區(qū)域卻發(fā)育厚層沉積物，局部厚度可高達2～3 s（雙程旅行時），邊緣高地周圍的沉積序列通常突然尖滅于陡傾正斷層的下盤。地震剖面不僅顯示出洋脊相對于鄰近盆地的高程以及洋脊寬度的變化，還可揭示出洋脊的地貌形態(tài)和基底特征。Laccadive洋脊之上覆蓋薄層沉積物，洋脊上存在多個脊峰（沿伸長方向展布），有時可能露出海底，此種基底脊峰的寬度通常為數(shù)千米，同樣表現(xiàn)為明顯的重力異常高值。本次研究揭示，洋脊基底高度斷裂，洋脊中央已演化成類似裂谷的洼地，過洋脊的所有地震剖面上均可識別出上述特征；這種特征在重力場數(shù)據(jù)上也清晰可見，表現(xiàn)為明顯的重力低值。

致謝：感謝印度國家南極與海洋研究中心（果阿邦）對本研究的支持，感謝印度油氣總局為本項目研究提供地震數(shù)據(jù)，感謝印度科技部（DST，India）提供的資金支持。

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Basement geology along Southwest Indian Margin

Gireesh R, Pandey D K
(National Centre for Antarctic and Ocean Research, Vasco-da-Gama, Goa 403804, India)

Results from detailed analyses of multi-channel seismic reflection data in association with gravity anomalies and lithology data from drilled holes are used to find out the basement structure features of the Laccadive Ridge and Laccadive basin in southwest India. Morphology and seismic interpretation results show the basement in the study area is faulted block horst/graben pattern, and there are basement highs parallel to the coastal line (SN), while there is no sediments on the margin highs, thick sediments deposited in areas around the margin highs, with local thickness up to 2-3 s (TWT), and these sedimentary layers usually pinch out suddenly at the lower wall of steep normal faults. There deposited a thin layer of sediments on Laccadive Ridge which has several ridge peaks (distributed along ridge extension direction) that outcrop seafloor sometimes. The basement ridge peaks are usually several thousand meters wide, and show obvious high abnormal gravity. The basement of ocean ridge is highly faulted, and the center of the ocean ridge has evolved into lows like rift.

southwest Indian margin; Laccadive ocean ridge; Laccadive basin; seismic interpretation; gravity anomaly; seaward dip reflector

TE122.1

A

Gireesh R（1980-），男，印度人，博士，現(xiàn)為印度國家南極和海洋研究中心研究員，主要從事大陸邊緣地區(qū)地震采集、處理和解釋工作。地址：印度果阿邦達伽馬，印度國家南極和海洋研究中心，郵政編碼：403804。E-mail: pandey@ncaor.gov.in

2013-07-11

2013-12-05

（編輯 黃昌武 繪圖 劉方方）

1000-0747(2014)01-0062-05

10.11698/PED.2014.01.07