珠江口盆地?cái)嗔褬?gòu)造特征及對(duì)沉積盆地的控制作用

夏玲燕，林暢松，李 筱，胡 悅

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 海洋學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

引 言

珠江口盆地處于印度、歐亞和太平洋板塊的交匯處，因其獨(dú)特的構(gòu)造位置[1-5]，盆地?cái)嗔褬?gòu)造特征、基底結(jié)構(gòu)等十分復(fù)雜。前人通過(guò)地質(zhì)和地球物理資料對(duì)珠江口斷裂展開(kāi)過(guò)很多解釋和研究[6-7]，對(duì)一些深大斷裂在珠江口盆地的延伸及與盆地的成因關(guān)系進(jìn)行了分析，認(rèn)為盆地基底斷裂主要為NE-NEE、NW和EW向等斷裂組，不同方向的斷裂相互截?cái)?、?lián)合，構(gòu)成盆地“南北分帶、東西分塊”的構(gòu)造格局[8-12]。目前盆地主要斷裂與華南大陸斷裂形成的構(gòu)造應(yīng)力一致的觀點(diǎn)也逐步得到認(rèn)可[13-17]。基于研究資料類(lèi)別、精度和研究側(cè)重點(diǎn)的不同，對(duì)于珠江口盆地深大斷裂的展布、性質(zhì)等依然有多種不同觀點(diǎn)[18-21]。

盆地的基底結(jié)構(gòu)是油氣勘探的重要依據(jù)，近年來(lái)，學(xué)者們通過(guò)海陸重磁異常特征對(duì)比、多道地震研究等手段，對(duì)珠江口盆地基底結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究[22-24]，劉以宣等[25]認(rèn)為南海變質(zhì)基底基本輪廓是由中央向周緣自老變新的拼盤(pán)式褶皺基底，珠江口盆地為加里東期變質(zhì)基底。部分學(xué)者進(jìn)一步認(rèn)為珠江口盆地東部和西部基底結(jié)構(gòu)存在差異，西部是加里東期變質(zhì)基底，巖性主要為古生代變質(zhì)巖，東部為燕山褶皺基底，基底巖性主要為白堊紀(jì)花崗巖[26-28]。魯寶亮等[29]推斷珠江口盆地基底以瓊海斷裂和陽(yáng)江—一統(tǒng)暗沙斷裂為界，基底呈現(xiàn)西老東新，側(cè)向分塊的3個(gè)階梯式分布。就目前的研究結(jié)果來(lái)看，前人對(duì)盆地基底的研究主要側(cè)重于基底的巖性和分布，對(duì)于盆地基底的展布特征以及與區(qū)域性斷裂的關(guān)系分析較少。

本文以實(shí)測(cè)航磁數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合衛(wèi)星重力、反射地震資料，綜合研究了珠江口盆地深大斷裂的展布和盆地基底結(jié)構(gòu)特征。以區(qū)域性斷裂為主線，分析這些斷裂對(duì)沉積盆地的影響和控制作用。研究有利于深入了解珠江口盆地的構(gòu)造屬性，為盆地油氣進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1.1 數(shù)據(jù)

本文使用磁力數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感近年實(shí)測(cè)1∶10萬(wàn)航磁數(shù)據(jù)，測(cè)量采用HC2000氦光泵磁力儀，測(cè)線與切割線交叉7 475個(gè)點(diǎn)，計(jì)算交點(diǎn)差值均方差，航磁測(cè)量總精度為±4.2 nT，對(duì)切割線調(diào)平和人工手動(dòng)調(diào)平后的數(shù)據(jù)進(jìn)一步微調(diào)，交點(diǎn)均方差±0.03 nT。采用隨機(jī)數(shù)據(jù)最小曲率網(wǎng)格化方法分別對(duì)各工區(qū)航磁數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，采用混合法和縫合法進(jìn)行網(wǎng)格拼接后，最終形成500 m×500 m網(wǎng)格數(shù)據(jù)成圖(圖1)。

圖1 珠江口盆地磁力異常狀況Fig.1 Magnetic anomaly of Pearl River Mouth Basin

1.2 低緯度化極處理

研究區(qū)位于北緯17°40′～24°00′，屬于低緯度地區(qū)，受斜磁化影響，可能造成磁異常中心不是正好對(duì)應(yīng)在地質(zhì)體的正上方，為更好地確定磁性地質(zhì)體的空間位置、形態(tài)及分布范圍，需采用化極方法消除斜磁化影響。常規(guī)化極方法采用固定傾角和偏角針對(duì)較小范圍進(jìn)行化極，研究區(qū)南北跨6°20′，采用頻率域常規(guī)化極方法效果不理想，本文應(yīng)用頻率域偶層位全變傾角化極方法對(duì)每一點(diǎn)網(wǎng)格數(shù)據(jù)采用不同的傾角和偏角進(jìn)行逐點(diǎn)化極，傾角變化范圍是20.525°～22.037°，偏角變化范圍-1.012 9°～-1.000 6°，與常規(guī)化極(圖2)對(duì)比可以看出，全變傾角化極(圖3)將局部異常中伴生的負(fù)異?；鞠?，磁異常與磁性體的對(duì)應(yīng)關(guān)系更加明顯直觀，同時(shí)磁異常梯度帶的位置也更加準(zhǔn)確，有利于圈定斷裂構(gòu)造的位置和各種不同類(lèi)型的巖漿巖。

圖3 全變傾角化極效果Fig.3 Frequency domain accidentally horizon magnetic direction angle conversion result of Pearl River Mouth Basin

2 斷裂識(shí)別方法

實(shí)航磁資料對(duì)查明深斷裂和區(qū)域性大斷裂有十分重要的意義，其主要原因是斷裂構(gòu)造最容易發(fā)生在性質(zhì)、結(jié)構(gòu)不同地質(zhì)體邊界線附近。此外，地質(zhì)體常因斷裂作用而發(fā)生空間位置上的變動(dòng)，導(dǎo)致兩側(cè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。地質(zhì)體性質(zhì)和位置上的變化通常在磁場(chǎng)上表現(xiàn)出來(lái)，如磁場(chǎng)梯度帶、磁異常錯(cuò)動(dòng)等，當(dāng)具磁性物質(zhì)(主要指巖漿活動(dòng))沿?cái)嗔亚秩耄瑒t會(huì)形成帶狀或者串珠狀異常。中小規(guī)模斷裂在磁場(chǎng)圖中一般只有單一的磁異常特征，而規(guī)模較大的斷裂往往具有多種磁異常特征。不同地段有不同的斷裂磁異常特征，這是由于一些深大斷裂本身不是以單一斷裂的形式存在，而是由數(shù)條斷裂構(gòu)成的一組斷裂，因而具備多種磁異常特征。

總體來(lái)說(shuō)，斷裂構(gòu)造的磁異常標(biāo)志有如下幾種：

(1)不同磁場(chǎng)特征的分區(qū)界線一般為深斷裂和大斷裂的反映。斷裂兩側(cè)不同磁場(chǎng)特征反映兩側(cè)基底性質(zhì)和基底結(jié)構(gòu)的差異和蓋層沉積厚度的差異，可能預(yù)示斷裂兩側(cè)構(gòu)造演化不同，這些斷裂往往規(guī)模較大，構(gòu)成不同構(gòu)造區(qū)的分界線；

(2)磁異常的錯(cuò)動(dòng)線多表明斷裂沿?cái)嗔褍蓚?cè)基底發(fā)生了橫向位移，主要以剪切走滑斷裂為主，此類(lèi)斷裂規(guī)模往往比較??；

(3)磁異常的梯度帶往往是不同性質(zhì)、不同深度磁性體的邊界，以垂直運(yùn)動(dòng)為主的斷裂多表現(xiàn)此種磁異常特征，這類(lèi)磁異常特征還表明沿?cái)嗔褞б话銢](méi)有磁性巖漿巖侵入；

(4)線性磁異常帶是反映斷裂的又一種重要類(lèi)型，如預(yù)示斷裂活動(dòng)形成的破碎帶或糜棱巖化常使其附近的巖石磁性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生降低的線性負(fù)異常帶。若沿?cái)嗔延写判郧秩塍w分布，則產(chǎn)生呈串珠狀分布的磁異常帶；

(5)由深度計(jì)算得到的磁性體深度突變帶也是斷裂的反映形式之一。

3 斷裂構(gòu)造特征

基于航磁資料，結(jié)合重力、地震等其他資料，在研究區(qū)共識(shí)別出斷裂50余條(圖4)，其中比較重要的斷裂有F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8。斷裂展布方向主要有NNE-NE向、NW向和NEE-EW向3組，按斷裂規(guī)模有深斷裂、區(qū)域性斷裂、基底斷裂[30]，從斷裂性質(zhì)來(lái)看，有擠壓、拉張和走滑3類(lèi)斷裂。NNE-NE向斷裂數(shù)量最多，規(guī)模也最大，NW向斷裂次之，這2組斷裂基本構(gòu)成珠江口盆地的斷裂構(gòu)造格架，常成為盆地一級(jí)構(gòu)造單元和內(nèi)部次級(jí)構(gòu)造單元的邊界，對(duì)盆地的基底結(jié)構(gòu)有明顯的控制作用。NEE-EW向斷裂密度大但規(guī)模小，延伸短且常收斂或止于NE向斷裂。從交切關(guān)系來(lái)看，NW向斷裂常錯(cuò)斷NE向和NEE向斷裂，說(shuō)明形成時(shí)間晚于這2組斷裂。

圖4 珠江口盆地主要斷裂構(gòu)造分布Fig.4 Distribution and extending of main faults of Pearl River Mouth Basin

3.1 NE向斷裂特征

F3斷裂亦可稱(chēng)珠三北斷裂，該斷裂自香港西南呈NE向延伸至珠江口盆地珠三坳陷西北端，在海域延伸長(zhǎng)度達(dá)400 km。從圖1看，斷裂帶兩側(cè)磁場(chǎng)面貌明顯不同，西部為劇烈變化的正負(fù)磁異常區(qū)，發(fā)育有NE和NW向串珠狀磁異常帶，與雷瓊地區(qū)正負(fù)交替雜亂的磁場(chǎng)面貌相同，東部為平靜的負(fù)磁異常區(qū)，基本反映珠江口盆地坳陷的展布形態(tài)。化極后上延該斷裂表現(xiàn)為強(qiáng)磁異常梯度帶，磁場(chǎng)梯度達(dá)50 nT/km，斷裂北端有規(guī)模較大的北東向?qū)捑張F(tuán)塊狀正異常，磁場(chǎng)強(qiáng)度在60～120 nT，上延10 km后，這種磁場(chǎng)面貌依然十分明顯，說(shuō)明該斷裂是一條切割很深的斷裂。從布格重力圖(圖5)來(lái)看，斷裂兩側(cè)重力異常特征明顯不同，表現(xiàn)為明顯的正異常與負(fù)異常的過(guò)渡帶。根據(jù)磁場(chǎng)特征研究斷裂的位置和延伸趨勢(shì)，F(xiàn)3斷裂可能為蓮花山斷裂在海域的延伸。廣東蓮花山斷裂帶多處出露由NE向斷裂控制展布的下古生代和中生代地層，且沿?cái)嗔褞в写竺娣e燕山期中酸性巖漿巖，結(jié)合巖漿巖磁性特征，推斷沿F3斷裂分布的大規(guī)模團(tuán)塊狀正異常為中生代中酸性花崗巖。

圖5 珠江口盆地布格重力異常Fig.5 Gravity anomaly map of Pearl River Mouth Basin

F4斷裂可稱(chēng)為東沙隆起南斷裂，既是磁場(chǎng)分界線又是磁異常梯度帶，斷裂東南側(cè)為區(qū)域性負(fù)異常，西北側(cè)為呈北東走向的團(tuán)塊狀強(qiáng)磁異常帶，正異常帶中常出現(xiàn)受北西向斷裂控制的正負(fù)異常。結(jié)合全國(guó)1∶250萬(wàn)航磁圖[31]，該斷裂反應(yīng)十分清晰，從臺(tái)灣嘉義呈北東向向西南方向延伸至白云凹陷北，是澎湖隆起、東沙隆起與潮汕坳陷、臺(tái)西南凹陷的分界線。諸多研究者認(rèn)為該斷裂與中生代太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖有關(guān)[32-33]。從基底深度圖(圖6)來(lái)看，斷裂兩側(cè)基巖深度變化很大，落差數(shù)千米，從臺(tái)西南盆地鉆遇中生代盆地，潮汕坳陷LF35-1-1井也鉆遇中生代沉積層[34]可以看出，該斷裂控制中生代地層的沉積。

圖6 珠江口盆地磁性基底深度Fig.6 Magnetic boundary depth of Pearl River Mouth Basin

F8斷裂為東沙隆起和北部坳陷帶的分界，長(zhǎng)度約300 km，化極圖(圖3)上表現(xiàn)為不同區(qū)域場(chǎng)的分界線，斷裂東側(cè)為區(qū)域性正磁異常，西側(cè)為負(fù)磁異常。這一斷裂在布格重力圖(圖5)上反映為不同區(qū)域重力場(chǎng)的分界線，說(shuō)明沿?cái)嗔褍蓚?cè)巖石密度有明顯差異。結(jié)合航磁解釋結(jié)果，認(rèn)為斷裂東側(cè)為基底隆起區(qū)，并伴有大量基性巖漿活動(dòng)，斷裂西側(cè)為基底凹陷區(qū)，以沉積巖和中酸性巖漿活動(dòng)為主，從地震剖面看，斷裂兩側(cè)基底埋深落差大(圖7)。

3.2 NW向斷裂特征

F5斷裂是珠江口盆地東界斷裂，該斷裂規(guī)模大，海域延伸大約400 km。航磁化極圖(圖3)上該斷裂北段切斷F1斷裂及沿?cái)嗔逊植嫉恼惓Ф纬纱女惓ｅe(cuò)動(dòng)線，南段為串珠狀磁異常，斷裂在上延3 km后，南段串珠狀磁異常依然清晰可見(jiàn)。在斷裂東側(cè)臺(tái)灣海峽區(qū)域沿?cái)嗔研纬?條數(shù)十公里的北西向負(fù)異常帶，負(fù)異常帶東側(cè)有1條與F5斷裂平行的北西向正異常帶，正異常帶上延后仍然明顯。在布格重力場(chǎng)圖(圖5)上反映為NW向線性梯度帶，根據(jù)陸域粵東花崗巖磁性和密度都高的特點(diǎn)，推測(cè)正磁異常帶為中生代巖漿巖的反映，而兩帶之間的負(fù)異常帶巖漿并不發(fā)育，可能是斷陷的反映。從基底深度圖(圖6)來(lái)看，F(xiàn)5斷裂對(duì)珠一東部凹陷有明顯的控制作用，如陸豐凹陷、惠州凹陷等均呈北西向展布，說(shuō)明該斷裂在中新生代活動(dòng)劇烈。

圖7 F1、F8斷裂在L1地震剖面上的特征Fig.7 Characteristics of Fault 1 and Fault 8 on seismic profile L1(for the location,see Fig.5)

F6斷裂可稱(chēng)為神弧一統(tǒng)暗沙斷裂，從化極圖(圖3)來(lái)看，該斷裂為不同的磁場(chǎng)分界線和磁異常梯度帶，延伸近500 km，斷裂東側(cè)為區(qū)域負(fù)背景場(chǎng)上疊加的正磁異常帶，西側(cè)為平緩的正磁異常區(qū)。上延10 km后線性特征更加明顯，說(shuō)明斷裂切割深度較大。這一斷裂在地震上反映明顯，兩側(cè)基底巖性也不同，通過(guò)地震解釋和鉆井驗(yàn)證，西側(cè)為下古生界變質(zhì)基底，東側(cè)為燕山期巖漿巖強(qiáng)烈改造的前中生界基底[26]。從盆地凹陷形態(tài)和規(guī)模來(lái)看，東側(cè)總體大而深，西側(cè)小而密。

F7是平行于F5斷裂的一條NW向斷裂，表現(xiàn)為磁異常梯度帶和串珠狀磁異常帶，規(guī)模小于F5斷裂，該斷裂穿越惠州凹陷至東沙隆起，對(duì)新生代沉積形態(tài)和厚度有較大影響。

3.3 NEE向斷裂特征

F1斷裂可稱(chēng)為香港—南澳斷裂，向東延伸至福建，向西截止于F3斷裂，位于珠一坳陷北界。該斷裂主要表現(xiàn)為不同磁場(chǎng)特征的分界線，該斷裂西北側(cè)為北東向串珠狀正異常帶為主的正負(fù)異常帶，北側(cè)發(fā)育多個(gè)延伸不長(zhǎng)且規(guī)模較小的NE向斷裂，東南為反映珠江口盆地坳陷形態(tài)的負(fù)背景場(chǎng)。F1斷裂切割深度較大,屬于區(qū)域性斷裂，在地震剖面上該斷層至基底向上穿越多個(gè)沉積層，斷面產(chǎn)狀陡且垂直斷距大，盆地基底在斷裂兩側(cè)埋深落差大。

F2斷裂位于陸坡上，為北部斷階帶邊界，航磁化極圖(圖3)上的特征主要表現(xiàn)為不同磁場(chǎng)特征的分界線，斷裂北側(cè)發(fā)育多個(gè)NE向和NW向交錯(cuò)的串珠狀正異常帶，根據(jù)異常的形態(tài)特點(diǎn)，推測(cè)為中酸性巖漿巖侵入。

4 斷裂對(duì)盆地基底結(jié)構(gòu)的控制作用

4.1 盆地基底結(jié)構(gòu)

斜磁化條件下，用切線法計(jì)算異常形態(tài)比較完整的磁異常深度，其精度相對(duì)較高。對(duì)珠江口盆地1∶10萬(wàn)高精度剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心研制的“人機(jī)交互航磁異常深度計(jì)算切線法程序”計(jì)算磁異常的深度計(jì)算，根據(jù)磁異常特征并參考其他資料，對(duì)深度值進(jìn)行篩選，剔除蓋層中的深度值，結(jié)合磁場(chǎng)特征編制磁性基巖深度圖(圖6)[35]。

從編制的珠江口盆地磁性基底深度圖(圖7)可以看出，磁性基底深度起伏較大，主體呈“三隆兩坳”的基底構(gòu)造格局。盆地磁性基底深度變化范圍在0～9 km，埋深最大的地區(qū)為白云凹陷和潮汕坳陷，大約7～9 km。從磁性基底構(gòu)造格局來(lái)看，前新生代盆地的形成受中新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，構(gòu)造走向主要以NE和NW向?yàn)橹鳌?/p>

4.2 斷裂對(duì)基底的影響

珠江口盆地?cái)嗔褟?fù)雜，數(shù)量眾多，其中NE和NW向基底斷裂構(gòu)成了珠江口盆地?cái)嗔褬?gòu)造格架，NE向斷裂規(guī)模大且數(shù)量多，其中F3斷裂是控盆斷裂，是北部坳陷帶的西界，斷裂西北側(cè)基底埋深1～2 km，東南側(cè)為3～5 km，說(shuō)明沿?cái)嗔褨|南側(cè)基底曾有明顯的下降。F4斷裂為東沙隆起與潮汕坳陷的界線，控制著基巖埋藏深度的變化。F8斷裂為東沙隆起和北部坳陷帶的分界，同時(shí)F8斷裂控制著次級(jí)構(gòu)造單元的展布方向，F(xiàn)8斷裂以西，珠三坳陷和珠一坳陷南部呈北東向展布，以東轉(zhuǎn)為東西向，再向東至陸豐凹陷則呈北東向，這種展布特征可能與斷裂及其兩側(cè)的基巖隆起控制有關(guān)。NW向斷裂從數(shù)量和規(guī)模上均小于NE向斷裂，控制著盆地凹陷形態(tài)。其中F5斷裂為東部坳陷的東界，對(duì)珠一坳陷的東部有明顯控制作用，使得坳陷內(nèi)部構(gòu)造單元從東到西凹凸呈北西向展布。

珠江口盆地的構(gòu)造應(yīng)力方向與華南陸域一致，基底斷裂構(gòu)造格架為NE向和NW向?？傮w來(lái)看，NE向區(qū)域性斷裂為控盆斷裂，控制前新生界盆地的沉積，NW向斷裂控制次一級(jí)構(gòu)造單元，通常為盆地內(nèi)坳陷的邊界，影響沉積凹陷的展布形態(tài)。

5 結(jié) 論

(1)珠江口盆地因其獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造位置，斷裂復(fù)雜，按規(guī)模分為深斷裂、區(qū)域性斷裂和基底斷裂，平面展布方向主要有NNE—NE向、NW向和NEE—EW向3組。其中，NNE—NE向斷裂數(shù)量最多，規(guī)模也最大；NW向斷裂次之；NEE—EW向斷裂規(guī)模小、延伸短且常收斂或止于NE向斷裂。NE和NW這2組斷裂基本構(gòu)成了珠江口盆地的斷裂構(gòu)造格架，常成為盆地一級(jí)構(gòu)造單元和內(nèi)部次級(jí)構(gòu)造單元的邊界，對(duì)盆地的基底結(jié)構(gòu)有明顯的控制作用。從交切關(guān)系來(lái)看，NW向斷裂通常錯(cuò)斷NE向和NEE向斷裂，說(shuō)明形成時(shí)間晚于這2組斷裂。

(2)區(qū)域性斷裂控制珠江口盆地的基底構(gòu)造格局，對(duì)前新生界盆地的發(fā)育有重要影響?？傮w來(lái)看，NE向區(qū)域性斷裂為控盆斷裂，控制前新生界盆地的沉積；NW向斷裂控制次一級(jí)構(gòu)造單元，通常為盆地內(nèi)坳陷的邊界，同時(shí)影響沉積凹陷的展布形態(tài)。

致謝：感謝中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心喬日新和張永軍教授在成文過(guò)程中給予的指導(dǎo)和幫助，感謝審稿專(zhuān)家和編輯老師提出的寶貴意見(jiàn)！