東海陸架盆地沉降中心遷移演化機(jī)制

連小翠

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

東海位于亞洲東南部，東以琉球群島至臺灣島與西太平洋的菲律賓海相鄰，南以臺灣島南端鵝鑾鼻至廣東的南澳島之間的連線與南海相通，北以濟(jì)州島至長江口連線與黃海溝通。地質(zhì)上，東?？煞譃閮蓚€盆地，東側(cè)為沖繩海槽盆地，西側(cè)為東海陸架盆地，均是西太平洋活動大陸邊緣構(gòu)造體系的一部分。其中，東海陸架盆地是我國陸架上最大的中、新生代沉積盆地[1]。東海陸架盆地的西側(cè)是閩浙隆起區(qū)，東側(cè)是釣魚島隆褶帶，從西至東呈現(xiàn)為凹—凸—凹的格局，南北差異明顯，平面上表現(xiàn)為東西分帶、南北分塊的特征[2-5]。

東海陸架盆地蘊藏著豐富的油氣資源，具有良好的勘探前景，一直是油氣勘探開發(fā)極為關(guān)注的區(qū)域。自1974年以來，前人通過以地震為主的較系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查與勘探（包括重、磁等地球物理調(diào)查以及尋找油氣為目的的鉆井），對東海陸架盆地進(jìn)行了比較深入的綜合研究，取得了豐碩的研究成果和認(rèn)識[6-15]，表明東海陸架盆地形成演化具有構(gòu)造活動多期性、復(fù)雜性等特點。但很少涉及盆地沉降中心的特點及其遷移演化規(guī)律方面的研究。

本文通過對區(qū)域地震資料進(jìn)行系統(tǒng)的解釋分析，揭示了東海陸架盆地不同時期地質(zhì)界面的埋深變化特征，分析了沉降中心的遷移規(guī)律，并結(jié)合地球深部動力學(xué)背景，探討了沉降中心遷移的成因機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東海陸架盆地位于歐亞板塊東南緣，處于華南陸塊（包括西部的揚子地塊和東部的華夏地塊）之上。其基底是華夏地塊在東海陸架的延伸，也是西太平洋大陸邊緣構(gòu)造域的重要組成部分。在大地構(gòu)造位置方面，東海陸架盆地位于閩浙隆起區(qū)以東，釣魚島隆褶帶以西，南接臺西盆地，北部以隆起形式與南黃海盆地相鄰。

前人研究表明，東海陸架盆地新生界基底包括前泥盆變質(zhì)巖系、中生代花崗巖、少量古生界、中生界及白堊系。盆地新生界基底總體表現(xiàn)為“東西分帶、南北分塊”的平面結(jié)構(gòu)特征。斷裂對新生界基底的分布有至關(guān)重要的作用，斷裂走向的不同造成了東、西部坳陷帶新生界基底表現(xiàn)出“東西分帶”的平面特征。西部坳陷帶新生界基底以中生代巖漿巖和沉積巖為主，被NE向斷裂錯斷；東部坳陷帶新生界基底以前泥盆系變質(zhì)巖為主，被NNE向斷裂錯斷。NW向斷裂則造成了前新生界“南北分塊”的構(gòu)造面貌。盆地一級構(gòu)造單元總體可以劃分為“兩個坳陷帶和一個隆起帶”，即從西至東依次為西部坳陷帶、中央隆起帶和東部坳陷帶。其中，西部坳陷帶自北向南依次為長江坳陷（包含昆山凹陷、常熟凸起、金山北凹陷和金山南凹陷）、臺北坳陷（包括錢塘凹陷、椒江凹陷、麗水凹陷和福州凹陷）；中央隆起帶自北向南依次為虎皮礁隆起、海礁隆起、漁山東隆起、漁山南低凸起和福州隆起；東部坳陷帶自北向南依次為福江凹陷、西湖凹陷和釣北凹陷（圖1）。

東海陸架盆地受庫拉—太平洋板塊活動以及菲律賓板塊的形成與擴(kuò)張、印度板塊與歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)等多種因素的影響，使得東海陸架盆地處在多個板塊相互作用的交叉部位，構(gòu)造活動極為頻繁和復(fù)雜[16-21]。東海陸架盆地新生代構(gòu)造演化大體可劃分為三個階段：斷陷期、拗陷—反轉(zhuǎn)期和整體沉降期，東、西部坳陷帶構(gòu)造演化階段的時代界定不同（表1）。西部坳陷帶主控斷裂多未切穿T80（古新統(tǒng)頂界），古新世末甌江運動后斷裂活動基本停止，故將古新世時期（對應(yīng)T100-T80反射波組）稱為西部坳陷帶的斷陷期；T80界面以上地層，斷層活動明顯減弱，始新統(tǒng)甌江組和溫州組地層多發(fā)生了褶皺變形，缺失始新世平湖組地層，且漸新世花港組地層僅局部有殘存，故漸新統(tǒng)沉積時期西部坳陷帶可能發(fā)生了隆升剝蝕，可將始新世-漸新世（對應(yīng)T80-T20反射波組）定為西部坳陷帶的拗陷-反轉(zhuǎn)期；T20之上地層多水平沉積，變形微弱，西部坳陷帶進(jìn)入了穩(wěn)定沉降期。東部坳陷帶多數(shù)控制沉積的斷裂未切穿T30（始新統(tǒng)頂界），T30之后活動微弱，形成了地塹-半地塹的構(gòu)造格局，故將始新世中晚期（對應(yīng)T40-T30反射波組）定為東部坳陷帶的斷陷期；T30之上，坳陷帶內(nèi)部斷裂多發(fā)生逆沖反轉(zhuǎn)，地層被擠壓、褶皺、抬升，直至被T10界面剝蝕夷平，故將漸新世至中新世時期（對應(yīng)T30-T10反射波組）定義為東部坳陷帶拗陷-反轉(zhuǎn)期；T10之上盆地廣泛披覆近水平沉積的上新統(tǒng)三潭組和更新統(tǒng)東海群，地層未發(fā)生明顯變形，上新世至更新世東海陸架盆地整體進(jìn)入了區(qū)域沉降階段。

圖1 東海陸架盆地構(gòu)造單元劃分簡圖Fig.1 Sketch map of the planar structure, the East China Sea Shelf Basin

2 盆地結(jié)構(gòu)特征

東海陸架盆地東、西部坳陷帶的凹陷結(jié)構(gòu)具有一定的差異性。這種差異性的結(jié)構(gòu)特征，奠定了盆地沉降中心遷移的基礎(chǔ)。

西部坳陷帶受其東緣斷裂帶控制明顯，整體表現(xiàn)為“東斷西超”的單斷式箕狀斷陷樣式，如北部長江坳陷的金山北、金山南凹陷，南部臺北坳陷的錢塘、麗水、椒江和福州凹陷（圖2a、2b、2c），個別凹陷如長江坳陷中的昆山凹陷則同時受凹陷東西兩側(cè)斷裂控制，表現(xiàn)為雙斷式斷陷樣式（圖2a）。

東部坳陷帶的構(gòu)造演化受其東緣西湖-基隆斷裂和西緣平湖主斷裂的控制顯著，其中西湖-基隆斷裂為一長期活動斷裂，平湖主斷裂主要活動期在漸新統(tǒng)花港組沉積之前，因此，導(dǎo)致東部坳陷帶剖面構(gòu)造樣式表現(xiàn)為雙層結(jié)構(gòu)：以T30反射界面（即漸新統(tǒng)花港組底界）為界，下部總體表現(xiàn)為雙斷式斷陷樣式，上部表現(xiàn)為東斷西超的單斷式箕狀斷陷樣式（圖2a、2b）。

圖2 東海陸架盆地NW-SE向典型地質(zhì)剖面結(jié)構(gòu)特征（剖面位置見圖1）Fig.2 Typical geology profiles in the direction of NW-SE, the East China Sea Shelf Basin (profiles position shown in Fig.1)

從東海陸架盆地各構(gòu)造單元的斷陷樣式及其分布特征可以看出，盆地的斷陷遷移具有如下規(guī)律：古新世時期，西部坳陷帶整體表現(xiàn)為東斷西超的單斷式箕狀斷陷樣式，僅昆山凹陷表現(xiàn)為雙斷式斷陷樣式；始新世時期，盆地的這種剖面構(gòu)造樣式逐漸向東遷移至東部坳陷帶，使得東部坳陷帶開始形成雙斷式斷陷樣式；漸新世和中新世末，剖面構(gòu)造樣式進(jìn)一步向東遷移至東海陸架盆地東側(cè)的沖繩海槽盆地。這樣的遷移規(guī)律造成了東部坳陷帶現(xiàn)今這種單斷式箕狀斷陷樣式疊置于雙斷式斷陷樣式之上的雙層結(jié)構(gòu)特征。

表1 東海陸架盆地構(gòu)造演化簡表Table 1 Tectonic evolution of the East China Sea Shelf Basin

3 沉降中心遷移特征

沉降中心是盆地演化研究中的重要內(nèi)容之一，是指某一盆地演化時期，沉積盆地沉降幅度最大的部位，一般此部位有最大的水深，也為沉積速率最大的部位，充填有最大的沉積厚度。

在不同的盆地演化時期，沉積、沉降中心具有明顯的遷移規(guī)律，二者時而一致，時而不同。在盆地初始裂陷期，沉積、沉降中心往往重合。隨著盆地構(gòu)造演化的進(jìn)行，兩者將發(fā)生相應(yīng)變化，沉降中心逐漸向盆地中心遷移；而沉積中心則取決于物源情況。

對整個東海陸架盆地的構(gòu)造演化階段研究表明，盆地呈現(xiàn)出東、西部坳陷帶演化的差異性，分別對盆地的東、西部坳陷帶進(jìn)行構(gòu)造演化階段劃分，通過綜合對比，從而大體總結(jié)出東海陸架盆地的三個構(gòu)造演化階段為：斷陷期、拗陷期、沉降期。各階段沉降中心的遷移演化具有一定的規(guī)律性。

（1）斷陷期沉降中心特征

東海陸架盆地斷陷期是從晚白堊世至始新世末期。在此期間，曾發(fā)生過至少3次構(gòu)造運動，主要有白堊紀(jì)末—古新世初的雁蕩運動、古新世—始新世間的甌江運動、始新世—漸新世間的玉泉運動等。從T90、T80界面埋深圖可以看出，早古新世地層主要分布在西部坳陷帶的西側(cè)（長江坳陷的昆山凹陷、臺北坳陷的麗水—椒江凹陷）（圖3a、3b），盆地總體展布方向為NE向，并且具有以斷裂控制為主的特點，多個沉降中心形成，且彼此分割。而最大沉降中心位于臺北坳陷的麗水凹陷偏南部附近，埋藏深度達(dá)5000m以上，長江坳陷昆山凹東側(cè)也達(dá)到5000m。NNE及NE向斷裂在西部坳陷帶極為發(fā)育，大多數(shù)為具有控制沉積、沉降同生長斷裂性質(zhì)。

早始新世，盆地沉降中心進(jìn)一步向東部坳陷帶遷移，早始新世地層分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，擴(kuò)展到整個西部坳陷帶以及東部坳陷帶西湖凹陷的北部。沉降中心已經(jīng)遷移到漁山南低凸起西側(cè)的福州凹陷和東部坳陷帶西湖凹陷東北部，沉降中心深度分別達(dá)11000m和5000m。西湖凹陷內(nèi)部發(fā)育NNE向正斷層。西湖凹陷西部緩坡帶呈現(xiàn)地層緩慢超覆，而東部邊緣帶的西湖—基隆大斷裂對凹陷形態(tài)有明顯控制作用。

中始新世，西部坳陷帶總體仍然為東斷西超的箕狀盆地，但有轉(zhuǎn)變?yōu)檗窒莸内厔?；而東部坳陷帶斷裂發(fā)育，受西湖—基隆大斷裂、平湖斷裂、寶石—初陽主斷裂、釣北凹陷中部西傾斷裂、凌云斷裂以及臺北主斷裂等的控制表現(xiàn)為地塹式盆地。整個東海陸架盆地沉降中心處于西湖凹陷北部附近，此外西湖凹陷的南部、釣北凹陷的北部和南部，形成多個沉降中心，這表明整個盆地處于擴(kuò)展鼎盛期，沉降中心總體呈由西向東、由北向南擴(kuò)展的趨勢。

（2）拗陷—反轉(zhuǎn)期沉降中心特征：晚始新世—漸新世，中央隆起帶及長江坳陷、臺北坳陷呈大面積抬升剝蝕，普遍缺失始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組，僅在臺北坳陷的椒江凹陷有較薄的平湖組地層沉積。東部坳陷帶變形特征主要表現(xiàn)為西湖凹陷持續(xù)拗陷。晚始新世和漸新世地層殘存范圍主要分布于東部坳陷帶，充填結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出由斷陷向拗陷的轉(zhuǎn)變，最明顯的特點就是斷層數(shù)量和性質(zhì)明顯變化，而且西湖凹陷西側(cè)NE向正斷層不切穿T30界面，表明T30以后斷裂活動停止。西湖凹陷內(nèi)部斷層反轉(zhuǎn)形成中央背斜帶，表明東部坳陷帶已由斷陷期結(jié)束進(jìn)入拗陷期。此時，沉降中心在西湖凹陷中央洼陷—反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶的北西次洼附近，最大深度6000m，而釣北凹陷北部、南部以及東側(cè)構(gòu)造帶最大深度分別達(dá)4600m、4800、6000m，都是東海陸架盆地的次級沉降中心。在整個東部坳陷帶已經(jīng)形成多個沉降中心，向東部、南部遷移的趨勢更加明顯（圖3c）。

早中新世，在長江坳陷東部邊緣及臺北坳陷西側(cè)邊緣，T20界面（中新統(tǒng)底界）顯示為明顯的角度不整合關(guān)系。在西湖凹陷內(nèi)部均為整合關(guān)系，僅在邊部花港組尖滅處可見低角度不整合。在西湖凹陷東側(cè)邊緣地帶，花港組厚度變化比較大，該組變薄或極薄的部位，地層顯然受到一定程度的剝蝕，局部可顯示角度不整合。中新世盆地范圍逐漸擴(kuò)大，NE向的褶皺變形明顯。此時，東海陸架盆地的沉降中心主要有兩個：一個是西湖凹陷北西次洼，最大深度達(dá)4700m；另一個沉降中心在釣北凹陷東側(cè)構(gòu)造帶上最大深度近5000m，這時最大沉降中心出現(xiàn)在釣北凹陷東部構(gòu)造帶（圖3d）。

（3）區(qū)域沉降期沉降中心特征：中新世末，在西湖凹陷東側(cè)邊緣、釣北凹陷東側(cè)邊緣、釣魚島隆褶帶以及沖繩海槽斜坡地帶普遍發(fā)育NNE及NWW向兩組斷裂。NNE向及NWW向斷層均表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)，對先期油氣聚集帶有很大影響。釣北凹陷東側(cè)邊緣陡坡帶中新統(tǒng)柳浪組地層為沉降中心，深度達(dá)2000m。沖繩海槽上新統(tǒng)三潭組地層直接覆蓋在古新統(tǒng)地層之上，厚度達(dá)2500m，沖繩海槽更新統(tǒng)地層厚度達(dá)3600m，說明此時的沉降中心已經(jīng)遷移到東部的沖繩海槽盆地。

綜上所述，東海陸架盆地沉降中心遷移的規(guī)律是白堊紀(jì)末至古新世，沉降中心分布于西部坳陷帶的臺北坳陷和長江坳陷，具有多個沉降中心；始新世至中新世，沉降中心整體遷移到東部坳陷帶的西湖凹陷北部和釣北凹陷；上新世以來，沉降中心遷移到?jīng)_繩海槽盆地。總體上東海陸架盆地的沉降中心是自西向東呈帶狀遷移，這與西太平洋邊緣的渤海灣盆地沉降中心的遷移過程非常類似。

圖3 東海陸架盆地不同時期界面埋深圖（紅色虛線為界面剝蝕線）(a) T90界面；(b) T80界面；(c) T30界面；(d) T20界面Fig.3 The interface burying depth of different period in the East China Sea Shelf Basin

4 沉降中心遷移的動力學(xué)背景

在中、新生代時期，由于太平洋板塊、歐亞板塊和印度—澳大利亞板塊之間匯聚速率和方向的改變，歐亞板塊東部的應(yīng)力場相應(yīng)發(fā)生變化，東海陸架盆地的沉降中心也隨之發(fā)生遷移：

（1）斷陷期沉降中心遷移的動力學(xué)背景

晚白堊世—古新世，東海陸架盆地曾先后發(fā)生過2次構(gòu)造運動：雁蕩運動和甌江運動。100-70Ma，庫拉板塊做NNW向俯沖[14,21]，在板塊的俯沖下，地幔上拱，使地殼上部發(fā)生伸展張裂，引發(fā)了東海陸架盆地晚白堊世的雁蕩運動。雁蕩運動引起東海陸架盆地西部坳陷帶總體北西向的伸展作用，導(dǎo)致西部坳陷帶最早發(fā)生斷陷。70-53Ma，太平洋板塊向亞洲大陸東南緣斜向俯沖，方向是NNW向，在弧后伸展區(qū)產(chǎn)生一系列NE向張扭性斷裂[19]。同時，由于印度板塊與歐亞板塊也開始陸—陸碰撞，使亞洲大陸東南緣整體處在右旋應(yīng)力場控制下，總體表現(xiàn)為右旋拉分作用下產(chǎn)生的多個分割的箕狀斷陷組合。而古新世末期的甌江運動使東海陸架盆地西部坳陷帶由伸展作用轉(zhuǎn)為擠壓作用，西部坳陷帶（主要為長江坳陷）發(fā)生第一次擠壓反轉(zhuǎn)，使古新統(tǒng)地層發(fā)生褶皺并遭受剝蝕，局部出現(xiàn)角度不整合。在這一階段，沉降中心主要分布于東海陸架盆地西部坳陷帶。

55-50Ma早始新世，印度和歐亞板塊強烈陸—陸碰撞[21]，東海陸架盆地進(jìn)入右旋拉分階段。在拉張力作用下，東海陸架盆地處于急劇的擴(kuò)張狀態(tài)，斷裂劇烈活動，東海陸架盆地分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，已經(jīng)擴(kuò)展到整個東部坳陷帶。從這一時期開始，西部坳陷帶開始進(jìn)入拗陷階段，而東部坳陷帶開始進(jìn)入斷陷階段。東海陸架盆地沉降中心處于西部坳陷帶的福州凹陷和東部坳陷帶的西湖凹陷北部。

43-39Ma，太平洋板塊運動方向由NNW向轉(zhuǎn)為NWW向，太平洋板塊對亞洲板塊東南緣的斜向俯沖改為垂向俯沖[1,14,15]，使東亞大陸的東緣NE向斷裂處在右旋的擠壓應(yīng)力狀態(tài)下，并同時使得西湖凹陷斷陷盆地內(nèi)部隆升開始形成近南北軸向的褶皺，形成區(qū)域性角度不整合面，對應(yīng)東海陸架盆地的玉泉運動。東海陸架盆地西部坳陷帶普遍抬升，沉積間斷周期長，地層缺失嚴(yán)重，西部坳陷帶出現(xiàn)第二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)。斷裂在數(shù)量、性質(zhì)上變化明顯，T30以后沉降中心向東遷移趨勢明顯。此時的沉降中心處在東部坳陷帶的西湖凹陷北部和釣北凹陷的北部、南部及東側(cè)構(gòu)造帶。

（2）拗陷期沉降中心遷移的動力學(xué)背景

漸新世—中新世，青藏高原隆升，太平洋板塊俯沖加劇，而在東海陸架盆地擠壓應(yīng)力加強[17]，發(fā)生了花港運動以及以后的龍井運動。中中新世，由于太平洋板塊的后退式俯沖，東海陸架盆地東部坳陷帶東側(cè)地殼張裂，沖繩海槽斷陷盆地開始形成，但沉降中心仍在西湖凹陷北部和釣北凹陷東側(cè)構(gòu)造帶。

（3）沉降期沉降中心遷移的動力學(xué)背景

中中新世以來，東海陸架盆地進(jìn)入?yún)^(qū)域沉降階段。太平洋板塊沿琉球海溝發(fā)生第二次大規(guī)模向西俯沖[21]，琉球島弧形成，現(xiàn)今的東海陸架盆地成為統(tǒng)一封閉的盆地。由于俯沖板片角度加大，使得弧后擴(kuò)張位置東移，釣魚島以東處于拉張應(yīng)力控制下，新的張性斷裂體系（如前緣大斷裂、沖繩海槽大斷裂和琉球大斷裂等）開始形成[15]。此時沉降中心遷移到?jīng)_繩海槽。

5 結(jié)論

通過前文系統(tǒng)研究，可以得出以下幾點新認(rèn)識：

（1）東海陸架盆地沉降中心遷移規(guī)律：白堊紀(jì)末至古新世，沉降中心分布于西部坳陷帶的臺北坳陷和長江坳陷，具有多個沉降中心；始新世至中新世，沉降中心整體遷移到東部坳陷帶的西湖凹陷北部和釣北凹陷；上新世以來，沉降中心遷移到?jīng)_繩海槽盆地。總體上，東海陸架盆地的沉降中心表現(xiàn)為自西向東呈帶狀的遷移規(guī)律。

（2）太平洋板塊、歐亞板塊、印度板塊之間俯沖匯聚引起的構(gòu)造應(yīng)力變化，是造成東海陸架盆地沉降中心遷移的根本原因。

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