法爾維海盆構(gòu)造特征及演化

魏柯佳，宋立軍*，王銑慧，季婷

( 1. 西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

1 引言

法爾維海盆位于西南太平洋區(qū)域，整體呈NW-SE走向。由兩條大型走滑斷裂——巴庫(kù)-伊麗莎白-法爾維斷裂帶（BEFL）和貝羅納-奧荼斷裂帶[1]將其劃分為北、中、南3部分。海盆南部又名塔拉納基深水海盆[2]，新西蘭研究者又將其命名為奧荼海盆[3]。該地區(qū)主要受到白堊世以來(lái)岡瓦納大陸裂解的影響，產(chǎn)生一系列NW-SE向的海盆和海嶺，如豪勛爵海丘、法爾維海盆、新喀里多尼亞海盆和諾福克海嶺等（圖1）。法爾維海盆位于豪勛爵海丘和諾福克海嶺之間，屬于典型的弧間海盆[3-6]。該海盆目前勘探程度較低，只有少量的大洋探井鉆到新近紀(jì)地層，對(duì)于該海盆的構(gòu)造尚未進(jìn)行研究。在此之前，Ravenne等[7]根據(jù)地震資料估計(jì)海盆內(nèi)有2 000～4 000 m厚的沉積地層。Collot等[3]通過(guò)重磁數(shù)據(jù)定義了海盆的陸殼基底屬性，同時(shí)通過(guò)地震資料約束，確定了塔拉納基海盆到法爾維海盆白堊紀(jì)地層的連續(xù)性；澳大利亞及新西蘭研究者在法爾維海盆中相繼發(fā)現(xiàn)了白堊系馬斯特里赫特階煤層和大量天然氣水合物[8-10]，表明法爾維海盆具有油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，有望成為未來(lái)油氣勘探新區(qū)帶。但目前關(guān)于法爾維海盆的構(gòu)造演化研究較少。并且前人的地震資料多用于對(duì)區(qū)域地質(zhì)方面的描述，對(duì)于該海盆的地震資料解釋不夠充分，極大地限制了該區(qū)進(jìn)一步的油氣勘探和開(kāi)發(fā)。

鑒于此，本文擬對(duì)法爾維海盆構(gòu)造演化進(jìn)行研究，系統(tǒng)搜集了該海盆內(nèi)地球物理資料(所有數(shù)據(jù)來(lái)源于新西蘭塔斯曼海數(shù)據(jù)庫(kù)http://www.ngdc.noaa.gov/docucomp/pagexml=NOAA/NESDIS/NGDC/MGG/Geophysical_Models/iso/xml/EMAG2.xml&view=get-DataView&header=none)，以地震剖面解釋為基礎(chǔ)資料，運(yùn)用2D Move軟件，通過(guò)平衡剖面技術(shù)對(duì)整個(gè)海盆的構(gòu)造演化過(guò)程進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，劃分法爾維海盆的構(gòu)造演化階段，為下一步的油氣勘探工作奠定堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

圖 1 法爾維盆地區(qū)域位置及構(gòu)造綱要圖（引自文獻(xiàn)[3]）Fig. 1 Regional location and tectonic outline of the Fairway Basin (cited from reference [3])

2 地質(zhì)特征

法爾維海盆位于豪勛爵海丘東側(cè)，新喀里多尼亞海盆西側(cè)，海盆全長(zhǎng)約400 km，寬約150 km，水深為2 000～4 000 m。自白堊紀(jì)以來(lái)，西南太平洋地區(qū)的地球動(dòng)力學(xué)演化史一直受岡瓦那大陸裂解的控制，地殼伸展破裂最終導(dǎo)致了塔斯曼海盆、豪勛爵海丘的形成[11-12]。法爾維海盆的形成與演化與豪勛爵海丘的形成密切相關(guān)。

2.1 磁異常特征

本文對(duì)該區(qū)域采用頻率域變磁化方向的低緯度化極技術(shù)[13]，從南到北每隔2°讀取一個(gè)，分別讀取了11個(gè)點(diǎn)的磁化傾角，在只考慮感磁的情況下進(jìn)行化極處理（圖2），獲得法爾維海盆化極磁異常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)法爾維海盆北、中、南3部分基底化極磁異常為-300～-500 NT，屬性應(yīng)一致。

2.2 地層特征

本文參考van de Beuque等[14]對(duì)豪勛爵海丘及鄰區(qū)地質(zhì)格局調(diào)查報(bào)告中對(duì)法爾維地區(qū)的地層描述，以及Rouillard等[6]通過(guò)地震資料和鉆井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)法爾維海盆地震單元和地層的劃分，制定了法爾維海盆地層劃分圖（圖 3）。

海盆底部為前白堊系變質(zhì)巖基底，巖性為蛇綠巖。下白堊統(tǒng)主要是一些碎屑沉積物及少量的火成巖；上白堊統(tǒng)為鈣質(zhì)軟泥、含放射蟲(chóng)黏土巖及少量砂巖，期間發(fā)育一套煤層[15]；古新統(tǒng)至始新統(tǒng)中部，沉積物為少量灰?guī)r、砂巖和濁積巖；始新統(tǒng)上部至漸新統(tǒng)主要為濁積巖和火山碎屑巖；在海盆兩翼，發(fā)現(xiàn)有始新世-漸新世角度不整合[6]；新近系以來(lái)主要沉積了大量鈣質(zhì)軟泥、濁積巖，其間夾有塊狀厚層碳酸巖。

2.3 地震反射特征

該海盆地震資料從下到上，不同的地質(zhì)體具有不同的反射特征，這些不同的地質(zhì)體通?？梢苑从诚鄳?yīng)的背景信息。

Fw3為下白堊統(tǒng)地層，該地震單元層具有變幅和局部連續(xù)的地震波反射特征。地震資料顯示，海盆下白堊統(tǒng)發(fā)育大量正斷層，構(gòu)造組合呈地塹或半地塹樣式（圖4）。該單元下部為雜亂反射，認(rèn)為是一些裂谷前沉積物，可能是一些變質(zhì)巖基底。

圖 2 法爾維海盆化極磁異常圖（原始數(shù)據(jù)來(lái)自新西蘭塔斯曼海數(shù)據(jù)庫(kù)）Fig. 2 The magnetic anomaly of the Fairway Basin (original data from the New Zealand Tasman Sea database)

圖 3 法爾維海盆地層劃分（引自文獻(xiàn)[6,14]）Fig. 3 Division map of strata in the Fairway Basin(cited from reference [6,14])

Fw2b為上白堊統(tǒng)地層，在海盆西翼上可以觀察明顯的前積楔地震反射體（圖4A）。前積楔向海盆中心傾斜，表明沉積物的來(lái)源主要來(lái)源于旁側(cè)海嶺。在此地震單元中部，有穿透上覆沉積物的部分，這一特征認(rèn)為是底辟構(gòu)造或者鹽丘（圖4C）。

Fw2a為古新統(tǒng)-始新統(tǒng)中部地層?？拷Ｅ栉饕硪粋?cè)，發(fā)育有向海盆中間傾斜的前積楔（圖4A），表明沉積物在該時(shí)期內(nèi)仍在持續(xù)供應(yīng)。同時(shí)在該位置可見(jiàn)大量的褶皺構(gòu)造（圖4B），表明在該地層形成后期經(jīng)過(guò)了明顯的構(gòu)造擠壓。褶皺位置處同向軸以較大角度向上終止于Fw1b下部地層界限，形成明顯的角度不整合。在海盆中部，發(fā)現(xiàn)有一組楔形地震反射體（圖5E），其厚度從一側(cè)向另一側(cè)遞減，外部形態(tài)呈楔狀，振幅較強(qiáng)，連續(xù)性好。該特征通常出現(xiàn)在濱淺湖、陸坡等環(huán)境中，指示沖積扇或扇三角洲沉積類型，代表著沉積物源的方向是從北向南充填進(jìn)來(lái)。

在海盆中部位置的Fw1b地層發(fā)現(xiàn)大量充填狀地震反射體（圖5D），該地震反射體底界面表現(xiàn)為低頻率、強(qiáng)振幅、連續(xù)性好，水平界面雜亂。常發(fā)育在河道、峽谷、海盆和斜坡的環(huán)境中。該特征所反映的是順物源方向地震剖面上的“V”型下切水道充填，表明水道充填的沉積過(guò)程是一個(gè)高能環(huán)境。

Fw1a地震反射特征主要以平行反射為主。構(gòu)造現(xiàn)象特征不太明顯，表明該單元主要是以沉積為主，未受較大的構(gòu)造活動(dòng)影響。

圖 4 法爾維海盆AA′地震剖面及地震反射體示意圖（圖中A、B、C紅色圖框?yàn)樵摰卣鸱瓷潴w在海盆中的位置，引自文獻(xiàn)[6])Fig. 4 Schematic diagram of the AA' seismic section and seismic reflector in the Fairyway Basin (the red frames A, B and C in the figure are the locations of the seismic reflectors in the basin, cited from reference [6])

圖 5 法爾維海盆BB′地震剖面及地震反射體示意圖（圖中D、E紅色圖框?yàn)樵摰卣鸱瓷潴w在海盆中的位置，引自文獻(xiàn)[6])Fig. 5 Schematic diagram of BB'seismic profile and seismic reflector in the Fairyway Basin (the red frame D and E in the figure are the locations of the seismic reflectors in the basin, cited from reference [6])

3 海盆構(gòu)造演化

本文平衡剖面技術(shù)選用2D Move軟件，該軟件的構(gòu)造恢復(fù)的基本準(zhǔn)則：（1）變形期間的巖層體積基本不變；（2）巖層體積僅被剝蝕和沉積壓實(shí)改變；（3）主導(dǎo)變形方式是脆性斷層；（4）褶皺與斷層有關(guān)。然后逐層進(jìn)行去壓實(shí)、消除斷距、層拉平處理。分別做出了海盆北、中、南3部分的平衡剖面（圖6，圖7，圖8）。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化過(guò)程認(rèn)為海盆各部分的構(gòu)造演化如下。

3.1 海盆北部

（1）早白堊世裂谷階段

隨著岡瓦納大陸的裂解，海盆在NEE-SWW向拉張的構(gòu)造背景下[16-18]，發(fā)育大量近似南北走向正斷層(圖6)。從地震剖面顯示，海盆西翼一側(cè)斷裂分布較多，構(gòu)造活動(dòng)比東翼較強(qiáng)。沉積物以碎屑沉積物為主，整體上厚度達(dá)1 500 m。

（2）晚白堊世斷坳過(guò)渡階段

海盆下部斷層持續(xù)活動(dòng)，伴隨著海盆下坳，沉積物持續(xù)充填。該階段海盆伸展率達(dá)到最大，伸展量約1 200 m，伸展率約為14.7%。

圖 6 法爾維海盆北部構(gòu)造演化Fig. 6 Tectonic evolution in the northern part of the Fairway Basin

圖 7 法爾維海盆中部構(gòu)造演化Fig. 7 Tectonic evolution in the central part of the Fairway Basin

圖 8 法爾維海盆南部構(gòu)造演化Fig. 8 Tectonic evolution in the southern part of the Fairway Basin

（3）始新世早期坳陷階段

該階段內(nèi)，隨著豪勛爵海丘和法爾維海嶺的持續(xù)上升及火山活動(dòng)，沉積物主要從兩側(cè)的豪勛爵海丘及法爾維海嶺向海盆內(nèi)輸入。大量的沉積物和濁積巖開(kāi)始沉積。海盆內(nèi)沉積物主要以白堊紀(jì)放射蟲(chóng)、燧石和黏土巖為主，局部夾有煤層。沉積分布區(qū)域較廣，厚度達(dá)2 000 m。

（4）始新世晚期一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

該時(shí)期內(nèi)，由于新喀里多尼亞島向西擠壓[1,10,18]，加上法爾維海嶺和豪勛爵海丘持續(xù)隆起以及大量火山活動(dòng)，該海盆整體上處于擠壓環(huán)境。海盆西翼出現(xiàn)大量褶皺，并且在海盆西翼出現(xiàn)角度不整合（圖3）。海盆整體上縮短約850 m，壓縮率為8.3%。

（5）始新世至漸新世熱沉降階段

在構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段結(jié)束后，海盆整體進(jìn)入熱沉降階段。沉積物主要由鈣質(zhì)軟泥和火山碎屑巖組成，厚度達(dá)1 000 m。

（6）漸新世至中新世二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

隨著海盆兩側(cè)海嶺持續(xù)隆升，海盆兩翼逐漸翹起。兩翼遭受剝蝕，大量濁積物和深海軟泥從兩翼向海盆中心輸入，造成海盆兩翼地層厚度變薄，中間地層增厚。海盆整體縮短率較小，約4.3%。

（7）中新世至今海洋沉降階段

中新世之后，海盆開(kāi)始廣泛接受沉積。地震波反射為平行反射，表明沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，海盆主要以沉積為主。沉積了大量鈣質(zhì)軟泥，夾有塊狀厚層碳酸巖，且?guī)缀鯖](méi)有破壞的跡象，說(shuō)明主要的構(gòu)造活動(dòng)在始新世末或早漸新世已經(jīng)停止。

3.2 海盆中部

（1）早白堊世裂谷階段

該位置受到岡瓦納大陸裂解的影響，海盆下部同樣也發(fā)育大量近似南北走向正斷層。沉積物以碎屑沉積物為主，整體上厚度約850 m。

（2）晚白堊世斷坳過(guò)渡階段

下部斷層持續(xù)活動(dòng)，海盆持續(xù)下坳，沉積物持續(xù)充填。該階段海盆伸展率達(dá)到最大，伸展量約1 030 m，伸展率約為8.2%。

（3）始新世早期坳陷階段

在該階段內(nèi)，海盆兩側(cè)海嶺持續(xù)抬升，遭受剝蝕，大量沉積物從海盆兩側(cè)向海盆中部輸入，地層整體厚度約1 700 m。

（4）始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

在該位置處，法爾維海盆西側(cè)的豪勛爵海丘比海盆東側(cè)的法爾維海嶺抬升規(guī)模較大，所以在海盆西側(cè)，可以觀察出有褶皺構(gòu)造存在，表明在該部位該時(shí)期處于擠壓環(huán)境。海盆整體上縮短約430 m，壓縮率為3.7%。

（5）始新世至今海洋沉降階段

該位置海盆Fw1b和Fw1a地震波反射均為平行反射，未發(fā)現(xiàn)有明顯的削截顯現(xiàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有第二次構(gòu)造活動(dòng)的跡象。所以從始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段之后，海盆整體上處于沉降階段。海盆西側(cè)靠近豪勛爵海丘部位，受到豪勛爵海丘抬升的影響，海盆東西兩側(cè)地層厚度不同，東部地層相比西側(cè)較厚，海盆西側(cè)水深約2 500 m，越往東靠近法爾維海嶺一側(cè)，海盆水深越大，約3 500 m。

3.3 海盆南部

（1）早白堊世裂谷階段

受岡瓦納大陸裂解的影響，海盆下部發(fā)育大量近似南北走向正斷層。海盆中間下部也存在一個(gè)較大的丘狀突起。

（2）晚白堊世斷坳過(guò)渡階段

在該階段內(nèi)，斷裂持續(xù)活動(dòng)，海盆持續(xù)下坳。海盆伸展率達(dá)到最大，伸展量約700 m，伸展率約為4.6%。

（3）始新世早期坳陷階段

海盆內(nèi)部持續(xù)坳陷，沉積物主要從兩側(cè)海嶺向海盆中部輸入。海盆兩側(cè)厚度最厚可達(dá)1 000 m，較薄位置約500 m。

（4）始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

在海盆西側(cè)可見(jiàn)有明顯的褶皺構(gòu)造，表明存在明顯的構(gòu)造反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。海盆整體上縮短約300 m，壓縮率為2.7%。海盆兩側(cè)地層厚度最大可達(dá)1 300 m，海盆中部丘狀位置處最薄，約800 m。

（5）始新世至漸新世熱沉降階段

構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段結(jié)束，海盆整體沉降。該階段沉積厚度達(dá)到最大，該階段整體厚度約1 500 m。

（6）漸新世至中新世二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

隨著海盆兩側(cè)海嶺的抬升，海盆兩側(cè)地層逐漸受到剝蝕，沉積物向海盆內(nèi)輸入。海盆西側(cè)地層剝蝕較為嚴(yán)重，地層厚度比東側(cè)較薄。海盆整體上壓縮率較小，約3.2%。

（7）中新世至今海洋沉降階段

該階段地震波反射為平行反射，構(gòu)造活動(dòng)較弱，海盆開(kāi)始廣泛接受沉積。逐漸形成現(xiàn)今樣貌，海盆地層整體厚度約1 900 m，水深約3 600 m。

綜合結(jié)果表明，法爾維海盆經(jīng)歷了7個(gè)階段的構(gòu)造演化：

（1）早白堊世至晚白堊世陸內(nèi)裂谷階段：海盆整體上發(fā)育大量斷裂。從伸長(zhǎng)量來(lái)看，海盆從北至南，下部斷裂發(fā)育規(guī)模逐漸減弱，可能由于區(qū)域動(dòng)力的影響大小不同。從斷裂的分布位置來(lái)看，斷裂規(guī)模在海盆西南部分布較多，所以斷裂整體表現(xiàn)是西強(qiáng)東弱。可能與海盆兩側(cè)海嶺的隆升規(guī)模大小有關(guān)。

（2）晚白堊世晚期斷坳過(guò)渡階段：海盆內(nèi)受到伸展率達(dá)到最大，伸展率最大為14.7%。在持續(xù)拉張的情況下沉積物持續(xù)充填。

（3）始新世中期坳陷階段：法爾維海盆持續(xù)下坳，沉積物主要從兩側(cè)海嶺向海盆中心輸入。從北至南，此階段沉積厚度逐漸變薄。

（4）始新世晚期一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段：從收縮率上來(lái)看，海盆北部受到兩側(cè)海嶺以及新喀里多尼亞島的擠壓影響較大，發(fā)育始新世-漸新世區(qū)域不整合。海盆內(nèi)部分?jǐn)嗔研再|(zhì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。海盆中部所受影響次之，主要是海盆早期充填過(guò)程中鹽層或泥層沉積受到重力和擠壓兩者作用導(dǎo)致發(fā)育大量的底辟構(gòu)造，尤其是靠近法爾維海嶺一側(cè)，構(gòu)造現(xiàn)象明顯（圖4）；海盆南部所受影響較小，只有少量反轉(zhuǎn)構(gòu)造響應(yīng)，少部分?jǐn)嗔研再|(zhì)發(fā)生改變。

（5）始新世晚期至漸新世熱沉降階段：在構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段結(jié)束之后，海盆開(kāi)始處于接受沉積狀態(tài)。沉積物主要來(lái)源于兩側(cè)海嶺被剝蝕后持續(xù)充填。

（6）漸新世至中新世二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段：二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段，主要可以從海盆北部和南部所觀察到。在海盆中部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有明顯的構(gòu)造特征。從縮短率開(kāi)明顯看出，二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動(dòng)強(qiáng)度比一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動(dòng)強(qiáng)度要小的多。

（7）中新世至今海洋沉降階段：由于兩側(cè)海嶺的限制，從海盆北部至南部，沉積厚度逐漸減小。逐漸形成海盆現(xiàn)今樣貌。

4 結(jié)論

法爾維海盆北部受到區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)影響較大，白堊系地層發(fā)育較多的斷裂構(gòu)造；海盆中部晚白堊統(tǒng)地層發(fā)生較多的底辟構(gòu)造；海盆南部從形成至今，受到構(gòu)造活動(dòng)影響較小，發(fā)育地層完整，前新生代地層較厚。整個(gè)法爾維海盆北部構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，中部較弱，南部較小。沉積地層從北到南由厚變薄。

由于法爾維海盆北部和南部都可以觀察出明顯的二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段，所以將兩個(gè)位置的構(gòu)造演化可劃分為7個(gè)演化階段：（1）早白堊世陸內(nèi)裂谷階段，海盆內(nèi)廣泛發(fā)育正斷層，以地塹或半地塹形式展布，斷裂活動(dòng)西強(qiáng)東弱，可能是由于西側(cè)豪勛爵海丘的強(qiáng)烈活動(dòng)有關(guān)；（2）晚白堊世斷坳過(guò)渡階段，海盆下部斷裂持續(xù)活動(dòng)，伸展量達(dá)到最大，伸展率約14.7%；（3）始新世早期坳陷階段，海盆內(nèi)沉積物持續(xù)充填；（4）始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段，海盆內(nèi)可見(jiàn)褶皺構(gòu)造及角度不整合，海盆整體壓縮率為8.3%；（5）始新世至漸新世熱沉降階段，海盆又開(kāi)始接受沉積；（6）在海盆中部未發(fā)現(xiàn)有明顯的二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)跡象，則海盆中部對(duì)比海盆北部和南部缺少第二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段。海盆北部和南部地區(qū)第二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動(dòng)相對(duì)較弱，海盆壓縮率約為4.3%。海盆兩翼隨著兩側(cè)海嶺的隆升，遭受剝蝕，形成兩翼薄中間厚的形態(tài)；（7）中新世至今海洋沉降階段，海盆整體下沉，該區(qū)域廣泛接受沉積。