南海西緣曾母西斷裂構(gòu)造特征及其對(duì)盆地沉積發(fā)育的控制作用

杜文波，邱燕，黃文凱，韓冰

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510075

2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州），廣州 511458

中新生代以來(lái)南海經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了大量性質(zhì)各異、規(guī)模不一、縱橫交錯(cuò)的斷裂，這些斷裂體系是南海海域構(gòu)造格局的組成部分。邱燕等通過(guò)解釋實(shí)測(cè)地震剖面，并結(jié)合重、磁異常資料進(jìn)行分析，對(duì)比了南海西緣斷裂帶的構(gòu)造特征之后，首次提出在南海西緣的最南部發(fā)育近S-N向“曾母西斷裂”[1]。由于受資料限制，前人對(duì)“曾母西斷裂”的構(gòu)造特征缺乏深入研究。近年來(lái)隨著調(diào)查的深入，筆者發(fā)現(xiàn)前人確定的“曾母西斷裂”所在位置存在誤差，需要進(jìn)一步分析厘定，同時(shí)認(rèn)為其對(duì)斷裂構(gòu)造特征的分析有待商榷，因此有必要對(duì)“曾母西斷裂”進(jìn)一步分析。期望本文通過(guò)重新處理解釋有關(guān)地震數(shù)據(jù)，并結(jié)合最新的調(diào)查資料，能夠更加精準(zhǔn)地分析曾母西斷裂的發(fā)育狀況和分布范圍，同時(shí)能夠?qū)ζ錁?gòu)造活動(dòng)特征以及對(duì)曾母盆地沉積發(fā)育的控制作用進(jìn)行更為深入的分析，所獲得的認(rèn)識(shí)能為深入研究南海的構(gòu)造演化提供有價(jià)值的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南海是西太平洋最大的邊緣海，地處歐亞、太平洋、印-澳三大板塊的交匯處，其大地構(gòu)造演化主要受控于三大板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與相互作用。中、新生代以來(lái)，南海經(jīng)歷了板塊的俯沖、碰撞、擠壓、走滑等一系列構(gòu)造作用，形成了菱形的海盆及4條具有特點(diǎn)的構(gòu)造邊緣[2-4]。南海的斷裂構(gòu)造系統(tǒng)可分為南海北緣斷裂系、西緣斷裂系、南緣斷裂系、東緣斷裂系和中部斷裂系共5個(gè)斷裂體系[1]。本文所討論的曾母西斷裂位于南海的西部邊緣的最南部，比較接近南緣斷裂系，是南海西緣斷裂系的主要斷裂帶之一，對(duì)發(fā)育于南海西南緣的曾母盆地的構(gòu)造具有重要的控制作用。

1.1 西緣主要斷裂

西緣斷裂位于南海西部，貫穿整個(gè)南海西部邊緣，作為區(qū)域性的大型斷裂帶控制著南海西部區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的演化與發(fā)展，其次生的中、小型斷裂控制或改造了盆地內(nèi)部次級(jí)構(gòu)造單元的形成和發(fā)育。南海西緣斷裂系的斷裂性質(zhì)大多以張性活動(dòng)為主，伴有不同程度的走滑拉分特征，平面分布自北而南主要有紅河斷裂系、南海西緣斷裂、萬(wàn)安東斷裂和曾母西斷裂[5-7]。

1.2 南緣主要斷裂

南海南部主要發(fā)育新生代后期因擠壓活動(dòng)而形成的不同性質(zhì)的斷層，著名的斷裂有NW向的廷賈斷裂以及呈弧形展布的盧帕爾斷裂。廷賈斷裂位于曾母盆地東北側(cè)，是一條巨大的走滑斷裂，平面上由一組北西向斜列斷層組成，派生斷裂具花狀構(gòu)造。盧帕爾斷裂主體位于曾母盆地以南的納土納-婆羅洲褶皺增生帶內(nèi)，呈弧形展布，沿?cái)嗔殉雎吨猩呔G混雜巖，被解釋為南沙塊體與婆羅洲之間兩次俯沖-碰撞事件形成的縫合線[8-9]（圖1）。

1.3 曾母盆地發(fā)育特征

曾母盆地位于南沙西南海域納土納島以東、南沙海槽以西、萬(wàn)安灘-北康暗沙以南，北鄰北康盆地，由于受各期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，盆地內(nèi)斷裂發(fā)育，并伴有新生代巖漿侵入和噴發(fā)活動(dòng)[10-12]。曾母盆地不同部位的構(gòu)造、沉積特征和基底性質(zhì)有所不同，南部為變形的古近系及基底巖層，北部的基底與南沙群島諸盆地的基底相似，因此，可以分為8個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元[8]（圖2）：①索康坳陷、②拉奈隆起、③塔陶壘塹、④西巴林堅(jiān)隆起、⑤東巴林堅(jiān)坳陷、⑥南康臺(tái)地、⑦康西坳陷、⑧西部斜坡。曾母盆地主要發(fā)育始新統(tǒng)——漸新統(tǒng)、新近系和第四系，地層沉積厚約2 000～16 000 m，下中新統(tǒng)及以上的沉積蓋層厚2 000～4 000 m，總體北厚南薄[13-15]。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 The location of the study area

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和方法

本次研究所使用的高分辨率多道地震資料由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局地球物理勘探船“奮斗四號(hào)”在20世紀(jì)90年代末所采集，采集參數(shù)為：接收道數(shù)96，道間距25 m，覆蓋次數(shù)24次，炮間距50 m，最小偏移距250 m，采樣率2 ms，記錄長(zhǎng)度7s，震源容量2 821Cu.in，排列長(zhǎng)度2 625 m，震源沉放深度8 m，電纜沉放深度12 m，測(cè)網(wǎng)密度為40 km×80 km。重處理所用關(guān)鍵技術(shù)包括疊前多域綜合去噪技術(shù)、組合多次波壓制技術(shù)、振幅補(bǔ)償技術(shù)、Tau-P反褶積、零相位反褶積技術(shù)、復(fù)雜區(qū)速度建模技術(shù)、彎曲射線疊前時(shí)間偏移技術(shù)等，所獲得的多道地震剖面的質(zhì)量和精度完全滿足本研究的需要。最后利用斯倫貝謝公司開(kāi)發(fā)的地震資料綜合解釋軟件Geoframe，建立解釋數(shù)據(jù)庫(kù)。本文空間重力異常圖、布格重力異常和磁異常圖采用的是廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局2015年公開(kāi)出版的南海地質(zhì)地球物理圖系中的圖件。

3 曾母盆地地層格架

依據(jù)國(guó)外石油公司在曾母盆地南部、索康坳陷和南康臺(tái)地所實(shí)施的鉆井揭示的化石帶和巖性、沉積巖性資料，對(duì)比區(qū)域地震剖面的追蹤解釋結(jié)果，建立曾母盆地層序地層格架。在曾母盆地的地震剖面上解釋了T1、T2、T21、T3、T31、T4、T5、Tg共8個(gè)反射界面，相應(yīng)地劃分了8個(gè)地震層序。層序?qū)?yīng)的沉積地層自下而上：T5-Tg為下——中始新統(tǒng)、T4-T5為上始新統(tǒng)——下漸新統(tǒng)、T31-T4為上漸新統(tǒng)、T3-T31為下中新統(tǒng)、T21-T3為中中新統(tǒng)、T2-T21為上中新統(tǒng)、T1- T2為上新統(tǒng)、T1以上為第四系（表1）。

4 曾母西斷裂特征

據(jù)多道地震剖面和重磁資料等綜合分析結(jié)果可知，曾母西斷裂由兩條斷裂所組成，筆者將這兩條斷裂分別命名為曾母西①號(hào)斷裂和②號(hào)斷裂，其中曾母西①號(hào)斷裂位于 4°30′～7°N、109°30′～110°E之間，全長(zhǎng)約270 km，走向NNW；曾母西②號(hào)斷裂位于 3°～5°N、109°30′～110°30′E 之間，全長(zhǎng)約260 km，走向NNW。

圖2 曾母盆地次級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c斷裂分布圖Fig.2 Division of tectonic units of the Zengmu Basin

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4.1 曾母西①號(hào)斷裂

分布于曾母盆地次級(jí)構(gòu)造單元康西坳陷和西部斜坡之間。地震剖面顯示（圖3），曾母西①號(hào)斷裂具不典型的花狀構(gòu)造特征，主斷層面傾向ESE。分析剖面特征得知，往盆地中心方向發(fā)育若干條與曾母西①號(hào)主斷裂傾向相同、規(guī)模較小的正斷層，往康西坳陷的中心略呈階梯狀下降。剖面上可見(jiàn)大多數(shù)斷層呈上陡下緩的犁式展布，推測(cè)這些斷層是曾母西①號(hào)斷裂的派生斷層。在空間重力異常圖（圖4）中，曾母西①號(hào)斷裂的分布位置基本是平緩低值正異常（0～30×10-5m/s2）和平緩低值負(fù)異常（-10×10-5m/s2）的分界線，但是斷層北段以東為空間重力正異常，以西為負(fù)異常；反之，斷層南段以東為空間重力負(fù)異常，以西為正異常，盡管中部切穿一條北西走向、異常值大致為（20～30）×10-5m/s2低值正異常帶，但是仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，斷層在該部位依然是不同異常值的分界。如圖4所示，斷層所經(jīng)過(guò)的中部低值正異常帶在斷層的兩側(cè)是有所不同的，斷層的西側(cè)異常值整體大于30×10-5m/s2，而在斷層?xùn)|部異常值整體小于30×10-5m/s2，可見(jiàn)空間重力異常圖上曾母西①號(hào)斷裂位置的確定有據(jù)可循。在布格異常圖上（圖5），斷裂的走向與布格異常等值線走向趨勢(shì)并不相同，無(wú)明顯的斷裂分布特征。在磁異常圖上（圖6）與空間重力異常圖有些相似，即曾母西①號(hào)斷裂基本是低值正磁異常和負(fù)磁異常的分界線，只是斷層北段以東為負(fù)磁異常，磁異常等值線較為密集，以西為寬緩的正磁異常；反之，斷層南段以東為寬緩的正異常，以西為走向WNW、不明顯的正負(fù)伴生異常。

4.2 曾母西②號(hào)斷裂

分布于塔陶壘塹和拉奈隆起之間，大致為這兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元的分界線，曾母西①號(hào)斷裂的南端在此被該斷層所阻。地震剖面顯示（圖3），該斷層具不典型的花狀構(gòu)造特征，主斷層面傾向NE，不同地段斷面傾向稍有變化，使斷層在平面上稍呈扭曲延伸。斷層上盤沉積厚度巨大，斷層下盤沉積層很薄，具有生長(zhǎng)斷層性質(zhì)，是明顯的控坳邊界斷層（圖3）。在空間重力異常圖（圖4）中，曾母西②號(hào)斷裂所在位置其背景為寬緩的低值正重力異常區(qū)，一般為（10～20）×10-5m/s2，僅斷層的北端為低值正、負(fù)異常的分界。在布格重力異常圖上（圖5），曾母西②號(hào)斷裂表現(xiàn)為東、西不同異常場(chǎng)的分界線，西側(cè)為呈北西向條帶狀數(shù)值偏大的正異常，一般為25×10-5m/s-2，東側(cè)為數(shù)值偏小低值異常帶，一般為10×10-5m/s-2。在磁異常圖中（圖6），曾母西②號(hào)斷裂基本上是極低值正異常和極低值負(fù)異常的分界，但趨勢(shì)不明顯。

圖3 曾母盆地地震反射界面解釋的地層結(jié)構(gòu)地震測(cè)線位置見(jiàn)圖2。Fig.3 A selected seismic profile showing the Cenozoic structure of the Zengmu Basin

圖4 曾母西斷裂空間重力異常特征Fig.4 Map of free air gravity anomalies of the Zengmu Xi fault

圖5 曾母西斷裂布格重力異常特征Fig.5 Characteristics of Bouguer gravity anomaly of the Zengmu Xi fault

圖6 曾母西斷裂磁力異常特征Fig.6 Characteristics of Magnetic gravity anomaly of the Zengmu Xi fault

5 曾母西斷裂特征與分布的重新厘定

邱燕等認(rèn)為曾母西斷裂由兩條走向S-N斷層組成，分布于 4°～6°30′N、109°～110°30′E 之間，中間被一條走向NW的斷層所錯(cuò)斷，部分?jǐn)鄬訕?gòu)成該盆地次級(jí)構(gòu)造單元拉奈隆起和索康坳陷的分界[1]。但是通過(guò)本文分析得知，曾母西斷裂并非由兩條大致S-N走向的斷裂組成，而是由走向NNE、傾向ESE的曾母西①號(hào)斷裂和走向NNW、傾向NE的曾母西②號(hào)斷裂。其分布范圍與原來(lái)認(rèn)定的位于4°～6°30′N、109°～110°30′E 之間也有所出入，即曾母西①號(hào)斷裂位于 4°30′～7°N、109°30′～110°E 的范圍內(nèi)，曾母西②號(hào)斷裂位于3°～5°N、109°30′～110°30′E之間，曾母西①號(hào)斷裂往南的延伸終止于曾母西②號(hào)斷裂。鑒于此，本文重新厘定了曾母西斷裂在該斷裂圖上的分布特征，并修改了南海南部斷裂體系圖[1]（圖7）。從圖7可知，曾母西①號(hào)斷裂北端終止于走向NW的廷賈斷裂，南端與曾母西②號(hào)斷裂相交；曾母西②號(hào)斷裂北端被一條北東走向的斷層所截，推測(cè)其南端如果繼續(xù)延長(zhǎng)可能終止于盧帕爾斷裂。

6 曾母西斷裂對(duì)盆地沉積的控制作用

曾母盆地是在塊體匯聚帶上發(fā)育的周緣前陸盆地，特殊的構(gòu)造位置使其經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過(guò)程[16-18]。最新的研究成果表明，晚白堊世時(shí)期，古南海位于曾母盆地所在的盧卡尼亞地塊與婆羅洲地塊之間，不斷向南俯沖。晚始新世時(shí)期，隨著古南海的俯沖，曾母盆地局部發(fā)生裂陷作用[19]。曾母盆地在漸新世——第四紀(jì)經(jīng)歷了兩期構(gòu)造演化階段，分別是漸新世——早中新世的斷拗期和中中新世——第四紀(jì)的拗陷期，兩期的區(qū)域構(gòu)造斷裂活動(dòng)形式有所不同。斷裂的發(fā)育過(guò)程不僅控制了盆地的演化，而且決定了盆地的沉積格局[20-22]。本文在對(duì)曾母西斷層活動(dòng)性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、地層展布特征等因素，進(jìn)一步分析曾母西斷裂對(duì)盆地沉積發(fā)育的控制作用。

6.1 曾母西①號(hào)斷裂對(duì)康西坳陷沉積發(fā)育的控制作用

盆地發(fā)育早期，碰撞產(chǎn)生的構(gòu)造負(fù)載和沉積負(fù)載成為盆地沉降的主要因素，控制著盆地持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展[18]，在區(qū)域拉張背景下，早期形成的斷裂張性活動(dòng)普遍加強(qiáng)，曾母西①號(hào)斷裂在早期斷裂的基礎(chǔ)上發(fā)育。地震剖面顯示（圖3），曾母西①號(hào)斷裂為康西坳陷的大型控邊斷層，控制了該坳陷古近紀(jì)和新近紀(jì)的沉積。對(duì)康西坳陷沉積構(gòu)造格局的形成起著決定性作用。古近紀(jì)（T31-Tg）時(shí)期，該斷層上盤的沉積厚度明顯大于下盤，顯示為同生斷層的作用。 T3-T31和T21-T3時(shí)期該斷裂活動(dòng)加劇，斷層上、下盤顯示出更為明顯的沉積厚度差異，說(shuō)明此時(shí)曾母西①號(hào)斷層活動(dòng)強(qiáng)度加大，使康西坳陷成為快速沉降區(qū)，總沉降速率分別為460和480 m/Ma，構(gòu)造沉降速率分別為220和200 m/Ma（圖8a）。上新世（T1-T2）時(shí)期地層受斷層作用很小，構(gòu)造活動(dòng)平靜，變形微弱，地層呈水平或近水平狀分布，但局部出現(xiàn)褶皺變形特征。此時(shí)總沉降速率達(dá)最高值，為1 580 m/Ma，構(gòu)造沉降速率達(dá) 400 m/Ma（圖8a），暗示當(dāng)時(shí)熱沉降幅度非常大。第四紀(jì)（T0-T1）以來(lái)，盆地處于穩(wěn)定沉積狀態(tài)，形成了一套產(chǎn)狀平緩、連續(xù)性好的沉積層。

6.2 曾母西②號(hào)斷裂對(duì)塔陶壘塹沉積發(fā)育的控制作用

分析地震剖面得知（圖3），曾母西②號(hào)斷裂為基底斷裂，斷距較大，是塔陶壘塹的大型控邊斷層，對(duì)塔陶壘塹沉積構(gòu)造格局的形成起著決定性作用。古近紀(jì)以來(lái)該斷層活動(dòng)逐漸加劇，形成塔陶壘塹厚度較大的坳陷，古近系地震反射特征比較穩(wěn)定，地層略有褶皺變形特征，斷裂上盤的沉積厚度明顯大于下盤；新近紀(jì)以來(lái)隨著海平面持續(xù)上升，塔陶壘塹進(jìn)一步持續(xù)沉降，接受大規(guī)模沉積[19-21]，發(fā)育了一套以海進(jìn)為主的濱?！獪\海相地層。中中新世（T21-T3）塔陶壘塹沉積地層為一套中——低頻、變振幅、中——高連續(xù)反射層組，頂部被T21削截，受構(gòu)造作用影響，其沉積中心厚度較大，向隆起兩側(cè)厚度逐漸減薄，與康西坳陷相比，塔陶壘塹中中新世沉積速率較小，總沉降速率為210 m/Ma，構(gòu)造沉降速率為 130 m/Ma（圖8b）。晚中新世（T2-T21）沉降速率最低，總沉降速率僅50 m/Ma左右，構(gòu)造沉降速率約占總沉降速率的50%；上新世（T1-T2）斷裂活動(dòng)減弱，地層產(chǎn)狀逐漸趨于水平，沉降速率有所增加，達(dá)到 510 m/Ma，構(gòu)造沉降速率為200 m/Ma（圖8b）。

圖7 南海南部斷裂體系圖[1]Fig.7 Fault system map of the southern South China Sea[1]

圖8 曾母盆地坳陷新生代沉降速率直方圖[8]Fig.8 Histogram of subsidence rate of depressions in Cenozoic in the Zengmu Basin[8]

第四紀(jì)（T0-T1）以來(lái)，康西坳陷和塔陶壘塹的總沉降速率大致相同，約為300 m/Ma，構(gòu)造沉降速率約為180 m/Ma[8]（圖8），形成了一套產(chǎn)狀平緩、連續(xù)性好的沉積層，暗示曾母西①號(hào)斷裂和曾母西②號(hào)斷裂的活動(dòng)已經(jīng)基本停止，盆地沉積作用趨于穩(wěn)定。

7 結(jié)論

（1）重新厘定的南海西緣斷裂系中位于最南部的“曾母西斷裂”由兩條斷裂所組成，即曾母西①號(hào)斷裂和②號(hào)斷裂。曾母西①號(hào)斷裂位于4°30′～7°N、109°30′～110°E 的范圍內(nèi)，主斷層面傾向ESE，具不典型的花狀構(gòu)造特征。曾母西②號(hào)斷裂位于 3°～5°N、109°30′～110°30′E 之間，主斷層面傾向NE，不同地段斷面傾向稍有變化，具不典型的花狀構(gòu)造特征。依次修正了在南海斷裂體系圖上的“曾母西斷裂”的分布區(qū)域。

（2）曾母西①號(hào)斷層為曾母盆地二級(jí)構(gòu)造單元康西坳陷的大型控邊斷層，控制其古近系乃至新近系的沉積，對(duì)康西坳陷的沉積和構(gòu)造格局的形成起了決定性作用；曾母西②號(hào)斷裂是切穿基底的斷裂，兩側(cè)的沉積厚度特征反映其為曾母盆地二級(jí)構(gòu)造單元塔陶壘塹的大型控邊斷層，控制其古近系乃至新近系的沉積，對(duì)塔陶壘塹的沉積和構(gòu)造格局的形成起著決定性作用。