瓊東南盆地新生代伸展過(guò)程及其區(qū)域性差異定量研究

張 焱，熊小峰，唐歷山，楊希冰，朱繼田

1 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局；2 中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司

0 前 言

瓊東南盆地位于南海西北部陸緣，呈北東向延伸，東西長(zhǎng)290 km，南北寬181 km，大體圍繞海南島南部呈弧形展布［1-4］，屬新生代含油氣盆地。盆地的形成和構(gòu)造演化顯示了南海擴(kuò)展及太平洋板塊運(yùn)動(dòng)的大量信息，同時(shí)還控制著新生代的沉積、烴源巖的發(fā)育及油氣的運(yùn)移和聚集。因此，研究瓊東南盆地構(gòu)造演化特征對(duì)揭示該區(qū)石油地質(zhì)條件及太平洋板塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程有重要的意義。前人對(duì)瓊東南盆地的形成和演化已有相關(guān)的分析和結(jié)論［2-4］，但利用區(qū)域多剖面來(lái)分析全盆地伸展過(guò)程及其差異性的并不多見(jiàn)。本文自西向東選取了能控制瓊東南盆地區(qū)域構(gòu)造格局的7條骨干剖面，應(yīng)用2DMove 軟件分別對(duì)其進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)，并計(jì)算各剖面不同時(shí)期的伸展率、伸展速率和伸展量，以此為基礎(chǔ)對(duì)瓊東南盆地的構(gòu)造演化過(guò)程及其區(qū)域差異進(jìn)行了定量研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南海西部瓊東南盆地深水區(qū)（水深300～3 000 m）的面積約五萬(wàn)多平方千米，是我國(guó)南海近年來(lái)深水油氣勘探的重要戰(zhàn)略區(qū)和油氣發(fā)現(xiàn)區(qū)之一，目前全部為自營(yíng)勘探區(qū)［5-7］。區(qū)域剖面幾何學(xué)特征分析顯示：瓊東南盆地是一個(gè)新生代陸緣拉張盆地，為位于南海西北陸緣呈北東走向的伸展裂陷帶，具有“南北分帶、東西分塊”的構(gòu)造特點(diǎn)，主要包括北部坳陷帶、中央坳陷帶和南部隆起等3 個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元［8-13］（圖1）。

瓊東南盆地的形成演化受印支板塊與歐亞板塊碰撞、華南陸緣裂谷、南海擴(kuò)張等多種區(qū)域構(gòu)造作用所影響：始新世，發(fā)育初始裂陷，盆地以北北東—北東向展布為主；漸新世早期，印支板塊與歐亞板塊強(qiáng)烈碰撞，青藏高原隆升，紅河斷裂走滑活動(dòng)，形成擠出拉張效應(yīng)，瓊東南盆地沉降加劇，斷裂以北東東—近東西向?yàn)橹鳎粷u新世晚期，斷裂活動(dòng)逐漸減弱，以北西向?yàn)橹?，東區(qū)受南海擴(kuò)張效應(yīng)影響，地幔隆升顯著，巖漿侵入活動(dòng)加強(qiáng)；新近紀(jì)，進(jìn)入裂后拗陷期，早期盆地整體沉降，從晚中新世（10 Ma）開(kāi)始，早期斷陷北部控凹邊界斷裂2號(hào)斷裂等又加速活動(dòng)，促成深水陸坡的發(fā)育，形成典型的陸架—陸坡沉積體系，中央坳陷帶與南部隆起區(qū)成為深水區(qū)［14］。

新近系下中新統(tǒng)（三亞組）、中中新統(tǒng)（梅山組）主要為淺海沉積，上中新統(tǒng)（黃流組）沉積時(shí)盆地北部已形成典型的陸架陸坡體系，發(fā)育深水陸坡沉積，坳陷中部近似平行坡折帶的中央峽谷處于發(fā)育鼎盛期，濁積水道砂和塊體流分布廣。上新統(tǒng)鶯歌海組—第四系為半深海沉積，鶯歌海組局部發(fā)育大型海底扇［7,15-16］（表1）。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig. 1 Division map of tectonic units in Qiongdongnan Basin

表1 瓊東南盆地新生代構(gòu)造演化與活動(dòng)特征（據(jù)文獻(xiàn)[7]）Table 1 Tectonic evolution and activity characteristics of Cenozoic in Qiongdongnan Basin( cited from reference [7] )

2 平衡剖面恢復(fù)

2.1 骨干剖面的選取

平衡剖面是研究構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的重要手段之一，其遵循的基本原則是體積守恒原理，即巖石變形只是形態(tài)發(fā)生改變。通常為了方便，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中采用面積守恒、層長(zhǎng)守恒、位移守恒等一系列幾何法則，以此來(lái)制約剖面解釋的隨意性。

瓊東南盆地的地表和近地表的區(qū)域構(gòu)造線方向?yàn)楸睎|—南西向，新生代以來(lái)以北西—南東向張裂為主，而且盆地內(nèi)部沒(méi)有物質(zhì)的塑性流動(dòng)，符合平衡剖面應(yīng)用的基本條件。進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)時(shí)最好選取垂直于盆地區(qū)域構(gòu)造線的剖面。依據(jù)該原則，本次研究選取橫跨瓊東南盆地的、能夠控制盆地基本構(gòu)造格局的7 條北西—南東向區(qū)域性地震-地質(zhì)大剖面,這7 條剖面自西向東依次命名為L(zhǎng)1—L7，剖面的地震-地質(zhì)綜合解釋見(jiàn)圖2，平面位置見(jiàn)圖1，各剖面的基本情況如表2所示。

圖2 瓊東南盆地區(qū)域地震-地質(zhì)綜合解釋剖面圖Fig. 2 Regional seismic-geological interpretation profiles of Qiongdongnan Basin

表2 瓊東南盆地7條大剖面的基本情況Table 2 Basic information of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

2.2 平衡剖面恢復(fù)與計(jì)算結(jié)果

依據(jù)平衡剖面恢復(fù)的原理，應(yīng)用軟件2DMove對(duì)7條剖面進(jìn)行平衡和恢復(fù)［17］，通過(guò)平衡剖面恢復(fù)，得到剖面變形前的長(zhǎng)度，從而計(jì)算每個(gè)時(shí)期地層的伸展量和伸展率。7 條骨干剖面各時(shí)期的伸展量所占總伸展量的百分比情況如圖3 所示。7 條剖面各時(shí)期的伸展量（ΔL）、伸展量占總伸展量的比重（R）、伸展率（r）和伸展速率（v）的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。表3中，ΔL 為伸展后剖面長(zhǎng)度減去伸展前剖面長(zhǎng)度（m）；r 為伸展量與伸展前剖面長(zhǎng)度的比值（%）；v 為伸展量與伸展持續(xù)時(shí)間的比值（mm/a）。這4個(gè)參數(shù)的值越大，表明構(gòu)造活動(dòng)越強(qiáng)烈，斷層活動(dòng)性越強(qiáng)。圖4為測(cè)線L4的平衡剖面恢復(fù)結(jié)果圖。

圖3 瓊東南盆地7條大剖面不同時(shí)期的伸展量占總伸展量的百分比棒圖Fig. 3 The proportion bar graph of extension amount in different peri?ods to total extension amount of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

率（v）速展伸率（r）和展重（R）、伸比量展伸總占量展量（ΔL）、伸展伸期時(shí)形變同in different deformation periods of Qiongdongnan Basin不面剖7條地盆南東瓊3 表Table 3 The amount of extension, the proportion of extension amount to total extension amount, extension rate and extension velocity of 7 key profiles面剖面R / %L4剖ΔL / m v / ( mm·a-1)面剖面r / %L3剖R / %ΔL / m v / ( mm·a-1)面剖面r / %L2剖R / %ΔL / m v / ( mm·a-1)面剖面r / %L1剖R / %ΔL / m形變形期時(shí)期/變時(shí)Ma 18.77 8 796.3 0.548 3.51 20.24 4 930.5 1.213 7.19 27.21 10 917.1 0.943 7.57 27.25 8 489.4 45～36 31.20 14 619.0 1.360 7.12 42.44 10 337.3 1.148 5.36 21.75 8 727.2 1.480 9.33 36.11 11 248.4 36～28.4 39.01 18 281.1 1.356 4.71 30.07 7 325.0 1.475 4.65 19.85 7 965.0 1.533 6.28 26.58 8 280.6 28.4～23 9.18 4 299.9 0.216 0.93 6.21 1 513.3 1.619 6.32 28.25 11 335.6 0.364 1.82 8.17 2 544.5 23～16 1.07 0.76 0 v / ( mm·a-1)0.680 502.8 358.3 0面剖面r / %5.34 0.036 0.005 0.016 R / %20.67 0.02 0.04 0.10 ΔL / m L7剖6 123.1 v / ( mm·a-1)0.24 0.66 0.13 1.164 59.1 159.8 31.8面剖面r / %6.44 0.21500 R / %L6剖22.30 0.52 0 0 ΔL / m 10 479.2 2.46 0 0 0.604 00 r / %4.35 v / ( mm·a-1)0.078 0.012 1 180.1 R / %0.046面剖面L5剖20.53 0.24 0.05 ΔL / m 0.12 5 435.4 0.55 1.10面剖面0.977 0.24 v / ( mm·a-1)76.1 342.4 170.3 L4剖r / %9.66 5.5～0 16～11.6 11.6～5.5形變形變期時(shí)期/時(shí)Ma 45～36 1.014 6.37 26.00 7 703.8 2.366 10.40 38.30 17 984.4 2.106 12.27 60.45 16 005.5 1.924 14.63 36～28.4 2.341 9.83 42.67 12 640.5 2.242 6.33 25.80 12 105.0 0.820 3.02 16.71 4 425.5 3.385 15.96 28.4～23 0.451 0 0 0 3 159.6 0 0 0 2.24 0 0 0 10.66 0 0 0 0.643 0.262 0.028 0.143 2.21 0.56 0.08 0.25 9.59 2.46 0.36 1.13 4 499.0 1 153.6 168.1 530.1 0.087 0 0 0 0.40 0 0 0 2.31 0 0 0 610.5 0 0 0 0.614 0.114 0.059 0 3.24 0.37 0.26 0 23～16 16～11.6 11.6～5.5 5.5～0

圖4 瓊東南盆地L4剖面的平衡剖面恢復(fù)結(jié)果Fig. 4 Restoration results of the balanced profile L4 in Qiongdongnan Basin

3 討 論

這7 條骨干剖面盡管其原始長(zhǎng)度不同，但在伸展率、伸展速率及區(qū)域構(gòu)造位置等方面顯示出一定的規(guī)律性。

3.1 階段性伸展差異

45～36 Ma期間，L1—L7各剖面伸展量占總伸展量的比重、伸展率都較大，但伸展速率均不大，這說(shuō)明這一時(shí)期盆地總體處于緩慢伸展?fàn)顟B(tài)。

36～28.4 Ma 期間，各剖面伸展量占總伸展量的比重總體來(lái)說(shuō)大于45～36 Ma 期間，位于東區(qū)的L4—L6 剖面伸展率均大于西區(qū)，伸展速率也較45～36 Ma 時(shí)期有所增大。這說(shuō)明36～28.4 Ma 期間構(gòu)造活動(dòng)較上一時(shí)期強(qiáng)烈。

28.4 ～23 Ma 期間，大多數(shù)剖面伸展量占總伸展量的比重較上一時(shí)期來(lái)說(shuō)相對(duì)減小，伸展率也多不同程度地減小，但位于東西區(qū)之間的L4 剖面的R 和r 均達(dá)到最大值?？偟膩?lái)說(shuō)，該時(shí)期地殼仍然較快速地伸展減薄，構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈。

23～16 Ma 期間，除了L2 剖面外，其他剖面地層伸展量占總伸展量的比重、伸展率和伸展速率較上一時(shí)期明顯減小，這說(shuō)明盆地在該時(shí)期內(nèi)伸展變形開(kāi)始明顯減弱，地層沉積不完全受斷層控制。

16～11.6 Ma 期間，各剖面伸展量占總伸展量的比重、伸展率和伸展速率進(jìn)一步減小，說(shuō)明該時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)非常微弱，伸展變形程度更低，地層沉積幾乎不受斷層控制。

通過(guò)對(duì)比各剖面各階段伸展特征，并結(jié)合前人研究成果［7］，認(rèn)為瓊東南盆地新生代以來(lái)的構(gòu)造活動(dòng)在不同階段具有不同的特征［18-21］：斷陷階段（45～36 Ma，古新世—始新世），斷裂控制了盆地的沉降和沉積充填，南部隆起區(qū)凹陷的規(guī)模較??；拗-斷階段（36～23 Ma，漸新世），構(gòu)造沉降、地層沉積中心不沿主干斷裂分布,盆地處于一個(gè)持續(xù)伸展的過(guò)程，在36～28.4 Ma 期間出現(xiàn)一個(gè)伸展高峰期，伸展速率達(dá)到最大值，該時(shí)期斷層活動(dòng)最強(qiáng)烈，為盆地的主要伸展階段；斷-拗階段（23～16 Ma，早中新世），在拗陷基礎(chǔ)上發(fā)生斷裂作用，拗陷作用占主導(dǎo)，這一時(shí)期盆地伸展活動(dòng)明顯減弱，盆地?cái)鄬踊顒?dòng)性減弱，盆地大多數(shù)斷層不再活動(dòng)；拗陷階段（16～0 Ma，中中新世—更新世），上新世（5.5 Ma）以來(lái)整個(gè)盆地的演化進(jìn)入了一個(gè)新的階段，與裂后緩慢的熱沉降不同，該時(shí)期盆地的沉降速率突然加快，特別是在跨過(guò)了陸架坡折進(jìn)入深水區(qū)之后，盆地的沉降速度明顯加快，形成的可容納空間增大，但由于物源因素的影響，盆地南部沉積地層較薄。

基底性質(zhì)和先存斷裂是影響伸展作用差異性的重要原因，基底性質(zhì)的差異造成了盆地東、西部凹陷在古近紀(jì)階段的斷裂構(gòu)造形態(tài)差異明顯，而先存斷裂的位置及斷裂走向影響了裂陷盆地內(nèi)凹陷發(fā)育位置及平面展布方向，進(jìn)而導(dǎo)致伸展作用的不同［22］。

3.2 區(qū)域性伸展差異

從伸展速率圖（圖5）和伸展率直方圖（圖6）可知：45～23 Ma 期間是研究區(qū)的主要伸展變形時(shí)期，盆地不同區(qū)塊伸展變形存在明顯差異，即盆地東區(qū)的伸展率和伸展速率明顯大于西區(qū)；在23～1.8 Ma期間，斷層活動(dòng)較弱，伸展變形強(qiáng)度較小，L1 至L7各剖面的伸展率和伸展速率均較小，不同區(qū)域之間的差異不大。

圖5 瓊東南盆地7條大剖面伸展速率圖Fig. 5 Extensional velocity graph of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

圖6 瓊東南盆地7條大剖面伸展率直方圖Fig. 6 Histogram of extension rate of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

4 結(jié) 論

瓊東南盆地新生代以來(lái)一直處于一個(gè)持續(xù)伸展的過(guò)程，并于36～23 Ma 期間出現(xiàn)一個(gè)伸展高峰期，之后整體呈現(xiàn)伸展率和伸展速率都逐漸減小的趨勢(shì)。上新世（5.5 Ma）以來(lái)，整個(gè)盆地的演化進(jìn)入了一個(gè)新的階段，與裂后緩慢的熱沉降不同，該時(shí)期盆地的沉降速率突然加快，特別是在跨過(guò)陸架坡折進(jìn)入深水區(qū)，盆地的沉降明顯加快，形成的可容納空間增大，但由于物源因素的影響，盆地南部沉積地層較薄。

從瓊東南盆地7條骨干剖面不同時(shí)期的伸展速率和伸展率對(duì)比可知：在45～23 Ma期間研究區(qū)的主要伸展變形時(shí)期，盆地不同區(qū)塊伸展變形存在明顯差異，即盆地東區(qū)的伸展率和伸展速率明顯大于西區(qū)；23 Ma 至現(xiàn)今，斷層活動(dòng)較弱，伸展變形強(qiáng)度較小，伸展率和伸展速率都較小，不同區(qū)域之間的差異性不大。