珠江口盆地?瓊東南盆地深水區(qū)新生代構(gòu)造沉積演化對比分析

謝輝，周蒂，石紅才，李元平，孔德明

(1.廣東海洋大學(xué) 廣東省近海海洋環(huán)境變化與災(zāi)害預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088；2.中國科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510301；3.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518054)

1 引言

南海位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度?澳大利亞板塊交匯處，是西太平洋最大的邊緣海。南海的形成演化受三大板塊的相互制約，構(gòu)造發(fā)育史復(fù)雜，一直是當(dāng)今地學(xué)界的研究熱點(diǎn)[1-5]。南海北部陸緣是當(dāng)今南海唯一保存完好的被動(dòng)大陸邊緣，記錄了南海形成演化的歷史。新生代以來由于南海北部發(fā)生了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致了南海北部陸緣各沉積盆地的構(gòu)造沉積演化都有其獨(dú)特的特點(diǎn)[6-9]。南海北部陸緣的構(gòu)造屬性長期以來存在多種不同的觀點(diǎn)，現(xiàn)一般歸結(jié)為是一個(gè)邊緣海型的被動(dòng)大陸邊緣[10-12]。南海北部陸緣的東段和西段在很多方面都表現(xiàn)出極大的差異，比如在深部地殼結(jié)構(gòu)上，東段發(fā)育4～12 km 厚的下地殼高速體而西段只是零星揭示[13-14]；在巖石圈伸展破裂方面，南海由東到西呈漸進(jìn)式擴(kuò)張，東段先發(fā)生伸展破裂，西段后發(fā)生伸展破裂[11]；在沉積環(huán)境演化方面，東段的珠江口盆地海進(jìn)方向由東向西，西段的瓊東南盆地存在東西兩個(gè)海進(jìn)方向[15]；在熱演化史方面，珠江口盆地存在兩期加熱過程，瓊東南盆地存在3 期加熱和兩期冷卻過程[16]；在盆地構(gòu)造特征方面，珠江口盆地發(fā)育寬凹陷窄隆起而瓊東南盆地發(fā)育窄凹陷寬隆起，前者主要表現(xiàn)為半地塹構(gòu)造樣式而后者主要表現(xiàn)為地塹構(gòu)造樣式[17]。目前對南海北部陸緣的構(gòu)造沉積演化特征也進(jìn)行了廣泛地研究，取得了很多重要的認(rèn)識[6-9,18-19]?；谥榻谂璧氐你@井和三維地震資料，前人獲得了珠江口盆地新生代的沉積和沉降速率的變化特征，揭示了沉積速率變化的多期次性和裂后異常沉降的存在，并探討了裂后異常沉降的成因機(jī)制[20-25]?；诃倴|南盆地的鉆井和大量的地震資料，前人也揭示了瓊東南盆地新生代的沉積和沉降速率的變化特征，發(fā)現(xiàn)了10.5 Ma BP 以來的快速沉降和快速沉積事件，并探討了快速沉降的成因機(jī)制[26-30]。但是兩沉積盆地的構(gòu)造沉積演化特征具體有何異同，產(chǎn)生異同的原因有哪些，隆凹差異如何，目前都沒有進(jìn)行對比分析，影響了對南海北部陸緣的進(jìn)一步認(rèn)識。隨著對南海北部油氣勘探的不斷深入，發(fā)現(xiàn)南海北部東段的珠江口盆地和西段的瓊東南盆地油氣資源潛力非常豐富，其陸坡深水區(qū)已經(jīng)成為油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。因此，進(jìn)一步深入研究南海北部陸緣東西部的差異，無論是對厘定其陸緣屬性，還是確定其形成演化機(jī)制，甚至是油氣勘探等方面都具有重要的意義。本文擬在前人研究的基礎(chǔ)上，通過高分辨率的精細(xì)地層鉆井結(jié)合模擬井回剝分析，定量對比分析珠江口盆地和瓊東南盆地深水區(qū)構(gòu)造沉積演化的異同并探討其可能的動(dòng)力學(xué)機(jī)制和構(gòu)造與沉積的響應(yīng)關(guān)系。這不僅可以為南海北部陸緣甚至整個(gè)南海的形成演化歷史提供依據(jù)，同時(shí)也可以為南海北部陸緣的深水油氣勘探提供理論指導(dǎo)。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 瓊東南盆地和珠江口盆地構(gòu)造單元分布Fig.1 Distribution of the structural units in the Qiongdongnan Basin and the Zhujiang River Estuary Basin

南海處于三大板塊的交匯處，構(gòu)造環(huán)境非常復(fù)雜。總體來講，南海北部陸緣為伸展環(huán)境，南部陸緣為擠壓環(huán)境，西部陸緣為走滑環(huán)境，東部陸緣為俯沖環(huán)境，并且研究認(rèn)為海南島東北部的下方存在海南地幔柱[31-33]。珠江口盆地位于南海北部大陸邊緣東段的珠江口外，呈NE 向展布，盆地的基底是華南地塊在南海的延伸部分，因此在大地構(gòu)造位置上屬于華南地塊南緣，是在古生代及中生代復(fù)雜褶皺基底上形成的新生代含油氣盆地，面積達(dá)20×104km2（圖1）[34]。珠江口盆地深水區(qū)新生代經(jīng)歷了裂陷期和裂后期，裂陷期即斷陷期，裂后期又可以進(jìn)一步分為斷坳期、坳陷熱沉降期及斷塊升降期3 個(gè)構(gòu)造演化階段，相應(yīng)發(fā)育了陸相斷陷湖盆沉積、大型斷坳湖盆沉積、海陸過渡相的淺海三角洲沉積以及陸架斜坡海相深水沉積等4 套沉積組合[35-38]。受NE 向和NWW 向基底斷裂的控制，盆地呈現(xiàn)南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局。自北向南依次可以劃分為北部隆起帶、北部坳陷帶（珠一坳陷和珠三坳陷）、中部隆起帶（神狐隆起、番禺低隆起和東沙隆起）、南部坳陷帶（珠二坳陷和潮汕坳陷）和南部隆起帶共5 個(gè)一級構(gòu)造單元（圖1）。盆地自下而上鉆遇了古近系的神狐組、文昌組、恩平組、珠海組和新近系的珠江組、韓江組、粵海組、萬山組、第四系地層[36]。T70 界面為盆地的破裂不整合界面，根據(jù)IODP349 航次的U1435 站位研究結(jié)果可以確定T70 年齡約為33 Ma[4-5]。

瓊東南盆地位于南海北部大陸邊緣西段的海南島南側(cè)，海南島和西沙群島之間，與珠江口盆地一樣也呈NE 向展布，面積約5×104km2（圖1）。盆地基底巖性以燕山期花崗巖為主，也有古生代沉積巖和變質(zhì)巖，是在前第三系基底基礎(chǔ)上發(fā)育起來的新生代斷陷含油氣盆地[39]。盆地從北往南可以劃分為北部隆起區(qū)、中央坳陷區(qū)和南部隆起區(qū)3 個(gè)一級構(gòu)造單元（圖1）。其中，中央坳陷區(qū)較大，主要包括樂東?陵水凹陷、松南?寶島凹陷和長昌凹陷等多個(gè)二級構(gòu)造單元。盆地具有下斷上坳的雙層地層結(jié)構(gòu)，新生代沉積充填序列從下而上依次為始新統(tǒng)嶺頭組，漸新統(tǒng)崖城組和陵水組，中新統(tǒng)的三亞組、梅山組和黃流組，上新統(tǒng)的鶯歌海組以及第四系樂東組[39-40]。T60 界面為盆地的破裂不整合界面，根據(jù)古生物定年研究結(jié)果可以確定T60 的年齡約為23 Ma[40]。

前人研究認(rèn)為南海北部陸緣自從新生代以來發(fā)生了6 次重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，分別是神狐運(yùn)動(dòng)（發(fā)生在晚白堊世至古新世期間，約66 Ma BP），珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕（發(fā)生在早—中始新世之間，約47.8 Ma BP），珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕（發(fā)生在中晚始新世與早漸新世之間，約38 Ma BP），南海運(yùn)動(dòng)（發(fā)生在早漸新世，南海開始形成，約33 Ma BP），白云運(yùn)動(dòng)（發(fā)生在漸新世—中新世之間，約23.03 Ma BP），東沙運(yùn)動(dòng)（發(fā)生在晚中新世早期，約11.62 Ma BP）[35-36,41]。南海是由東到西呈漸進(jìn)式擴(kuò)張，南海大約在33～15 Ma BP 之間形成，其中，東部次海盆在33～15 Ma BP 之間形成，西南次海盆在23.6～16 Ma BP 之間形成[4-5,11]。

3 方法和數(shù)據(jù)

3.1 研究方法

本文主要運(yùn)用回剝分析法來計(jì)算盆地的構(gòu)造沉降及其沉降速率和現(xiàn)今地層的去壓實(shí)厚度及其沉積速率，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對比分析?；貏兎治龇ㄓ址Q回剝反演法，基于艾里地殼均衡理論，是廣泛運(yùn)用于沉積盆地分析中的一種定量分析方法?；貏兎治龇ㄗ钤缬蒞atts 和Ryan[42]提出，目的就是把真實(shí)的構(gòu)造沉降量從總的沉降量中剝離出來。回剝分析法可以通過去壓實(shí)校正獲得地層去壓實(shí)沉積厚度和沉積速率，通過均衡校正、去壓實(shí)校正、古水深校正和海平面變化校正獲得盆地的構(gòu)造沉降及其沉降速率。

構(gòu)造沉降計(jì)算是在實(shí)測的基底沉降量中去掉由于沉積物負(fù)載和壓實(shí)、古水深變化、海平面變化及重力均衡所帶來的沉降，從而獲得由地球熱動(dòng)力因素產(chǎn)生的構(gòu)造沉降?？梢缘贸鲆痪S水盆構(gòu)造沉降公式為[43]

式中，Y為水盆構(gòu)造沉降（m）；ρm、ρw和ρs分別為地幔、海水和沉積物的平均密度（kg/m3）；S?為去壓實(shí)后的沉積地層厚度（m）；Wd是沉積時(shí)期的古水深（m）；ΔSL為古海平面相對于現(xiàn)今海平面變化（m）（圖2）。

回剝反演法中去壓實(shí)校正的理論基礎(chǔ)是沉積巖的孔隙度隨深度的變化關(guān)系，一般認(rèn)為沉積巖的孔隙度隨深度呈指數(shù)變化關(guān)系[44]

式中，φ、φ0分別是沉積巖在地下深度y處和地表的初始孔隙度（%）；c為壓實(shí)系數(shù)(m?1)；y為深度（m）。地層去壓實(shí)計(jì)算公式為[44]

式中，φ0為地表的初始孔隙度；c為壓實(shí)系數(shù)；′和′為去壓實(shí)后沉積地層的頂、底界面深度；y1和y2為現(xiàn)今沉積地層的頂、底界面深度。

3.2 數(shù)據(jù)來源

中國海洋石油集團(tuán)有限公司目前在南海北部珠江口盆地和瓊東南盆地已鉆有數(shù)十口工業(yè)井，但主要是淺水井，深水井相對較少，鉆遇地層較齊全的鉆井就更少。為了相對比較客觀的對比分析兩沉積盆地深水區(qū)的構(gòu)造沉積演化特征，在珠江口盆地深水區(qū)選取了1 口鉆井（LW31）和5 口模擬井（Z1?Z5），其中Z5 位于隆起區(qū)，Z1?Z3 位于凹陷區(qū)，LW31 和Z4 位于隆凹過渡地帶；在瓊東南盆地深水區(qū)選取了3 口鉆井（LS33，LS22 和YC35）和6 口模擬井，其中YC35（淺水井）、LS22、Q1、Q3、Q4 和Q6 位于凹陷區(qū)，Q2 和Q5 位于隆起區(qū)，LS33 位于隆凹過渡地帶，具體位置見圖1、表1 和表2。珠江口盆地5 口模擬井（Z1?Z5）的界面深度數(shù)據(jù)來源于中國海洋石油集團(tuán)有限公司高精度三維地震資料的層序地層學(xué)分析，由速度譜分析獲得，而巖性來源于珠江口盆地深水區(qū)沉積體系圖分析，該數(shù)據(jù)可靠性高，已在公開發(fā)表的文獻(xiàn)[23-24]進(jìn)行過介紹。瓊東南盆地6 口模擬井（Q1?Q6）的界面深度數(shù)據(jù)來源于中國海洋石油集團(tuán)有限公司二維地震資料，由時(shí)深轉(zhuǎn)換公式獲得，可靠性較高，具體可見于公開發(fā)表的文獻(xiàn)[27-28]。而巖性主要是參考深水區(qū)的鉆井資料，凹陷區(qū)模擬井的巖性參考YC35 井的巖性數(shù)據(jù)，隆起區(qū)模擬井的巖性參考LS33 井的巖性數(shù)據(jù)，研究證明巖性對回剝分析的結(jié)果相對不是太明顯[45]。

除了基底年齡，各地層界面的年齡都源于鉆井巖芯古生物化石帶組合的分析，可見于公開發(fā)表的文獻(xiàn)[24,40]，可能存在0.5 Ma 左右的誤差。珠江口盆地的基底年齡是晚白堊世至古新世期間，一般引用為新生代開始的年齡，也就是66 Ma[22,24]。瓊東南盆地的基底年齡是古新世至始新世期間，早期一般引用為56 Ma 左右[39,46]，最近幾年公開發(fā)表的論文一般引用為45 Ma[28,30]，因此本文引用為45 Ma。古水深估算是回剝分析過程中不確定性最大的因素之一，根據(jù)沉積相大致估計(jì)古水深是比較常用的方法。本文以沉積相獲得的古水深信息為基礎(chǔ)，綜合了其他資料進(jìn)行進(jìn)一步限定古水深。比如，前人通過對瓊東南盆地LS33、LS22 等鉆井獲得的古生物組合分析揭示了瓊東南盆地深水區(qū)的古環(huán)境演變過程[40,47-48]，并且研究發(fā)現(xiàn)在T40（11.6 Ma）界面，瓊東南盆地水深突然增加，由淺水變成深水環(huán)境，形成了“東深西淺”的格局保留至今[28,49]，本文綜合前人的研究成果來估算瓊東南盆地深水區(qū)的古水深，獲得了瓊東南盆地深水區(qū)各鉆井和模擬井的古水深，其中LS33 井的數(shù)據(jù)具體可見表3。而珠江口盆地深水區(qū)古水深估算主要采用珠江口盆地白云深水區(qū)的沉積體系圖進(jìn)行分析，沉積體系圖顯示了各沉積時(shí)期古海岸線、古陸架破折和海底扇等信息，根據(jù)鉆井與這些沉積信息的位置關(guān)系可以大致估計(jì)古水深，比如在SB23.8 層序界面時(shí)期，LW31 井的位置非常靠近古海岸線，所以古水深估計(jì)為0～20 m，該方法已在公開發(fā)表的文獻(xiàn)[24]中進(jìn)行介紹，其中LW31 井的數(shù)據(jù)具體可見表4。利用該方法進(jìn)一步獲得了珠江口盆地深水區(qū)各鉆井和模擬井的古水深。各井的巖性主要為砂巖、粉砂巖和泥巖，本文給各層位巖性進(jìn)行編碼，大體原則為純砂巖的巖性編碼為1，純泥巖的巖性編碼為2，粉砂巖的巖性編碼為1.5。如果某層位含10%的砂巖、60%的粉砂巖和30%的泥巖，則該層位的巖性編碼為：0.1×1+0.6×1.5+0.3×2=1.6。全球海平面變化數(shù)據(jù)采用文獻(xiàn)[51]的三級海平面變化曲線數(shù)據(jù)。

表1 珠江口盆地深水區(qū)鉆井和模擬井構(gòu)造位置分布Table 1 Tectonic locations of the drilling and simulation wells in the deep water area of the Zhujiang River Estuary Basin

表2 瓊東南盆地深水區(qū)鉆井和模擬井構(gòu)造位置分布表Table 2 Tectonic locations of the drilling and simulation wells in the deep water area of the Qiongdongnan Basin

表3 瓊東南盆地深水區(qū)L33 井參數(shù)表（位置見圖1）[40,47]Table 3 The data of L33 Well in the deep water area of the Qiongdongnan Basin (see the location in Fig.1)[40,47]

表4 珠江口盆地深水區(qū)L31 井參數(shù)表（位置見圖1）[50]Table 4 The data of L31 Well in the deep water area of the Zhujiang River Estuary Basin (see the location in Fig.1)[50]

研究表明去壓實(shí)參數(shù)（沉積巖的初始孔隙度和壓實(shí)系數(shù)）對去壓實(shí)的結(jié)果有重要的影響，而且不同的沉積盆地去壓實(shí)參數(shù)有較大的差異[45]。為了保證去壓實(shí)結(jié)果的可靠性，本文選取的去壓實(shí)參數(shù)源于前人對本區(qū)的研究成果，具體可見表5。

一維回剝分析基于的基本假設(shè)為艾里地殼均衡理論，本研究區(qū)域地?zé)崽荻群芨?，巖石圈強(qiáng)度較低，基本符合艾里地殼均衡理論的假設(shè)[25,29,52]。值得一提的是，雖然本文已經(jīng)對數(shù)據(jù)的可靠性做了最大程度的努力，但是各種數(shù)據(jù)難免會存在一定的誤差。因此，本文只對兩沉積盆地的總體特征進(jìn)行分析，對非常顯著的差異進(jìn)行研究，對細(xì)節(jié)不作具體分析。而且本文采用相同的方法對兩沉積盆地進(jìn)行回剝分析，一定程度上可以相互抵消由方法本身導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差，提高對比結(jié)果的可靠性。

4 結(jié)果與分析

4.1 構(gòu)造演化對比分析`

4.1.1 裂陷期

珠江口盆地T70 界面為破裂不整合界面，根據(jù)IODP 的U1435 站位的研究結(jié)果可以確定T70 的年齡為33 Ma，該年齡即為珠江口盆地裂陷期和裂后期的分界點(diǎn)。瓊東南盆地T60 界面為破裂不整合界面，根據(jù)LS33 井的古生物定年研究結(jié)果可以確定T60 的年齡為23 Ma，該年齡即為瓊東南盆地裂陷期和裂后期的分界點(diǎn)。從圖3 可以看出，珠江口盆地深水區(qū)裂陷期（66～33 Ma BP）和瓊東南盆地深水區(qū)裂陷期(45～23 Ma BP)的沉降特征極為相似，都是隆起區(qū)沉降量最少，隆凹過渡區(qū)次之，而凹陷區(qū)沉降量明顯大于隆起區(qū)。而且兩盆地裂陷期的沉降量也極為接近。比如，位于珠江口盆地隆起區(qū)的Z5 井，裂陷期沉降約300 m；而位于瓊東南盆地隆起區(qū)的Q2 和Q5 井裂陷期沉降約為400 m。兩沉積盆地凹陷區(qū)的最大沉降量都在3 000 m 左右。

表5 珠江口盆地和瓊東南盆地去壓實(shí)參數(shù)表[23,27]Table 5 The decompaction parameters of the Zhujiang River Estuary Basin and the Qiongdongnan Basin[23,27]

從圖4 可以看出，總體上來講，珠江口盆地深水區(qū)和瓊東南盆地深水區(qū)在裂陷期的構(gòu)造沉降速率都表現(xiàn)為先慢后快的沉降特征，尤其是在凹陷中心，比如珠江口盆地的Z1 井和瓊東南盆地的Q1 井，Z1 井裂陷期早期（66～39 Ma BP）沉降速率為80 m/Ma，裂陷期后期（39～33 Ma BP）沉降速率增加到170 m/Ma；Q1 井裂陷期早期（45～32 Ma BP）沉降速率為80 m/Ma，裂陷期后期（32～23 Ma BP）沉降速率最大可達(dá)230 m/Ma。兩沉積盆地的隆起區(qū)總體表現(xiàn)為極低的沉降速率，比如珠江口盆地的Z4 井裂陷期沉降速率不超過50 m/Ma，Z5 井沉降速率僅為10 m/Ma 左右；瓊東南盆地的Q2井和Q5 井裂陷期沉降速率也不超過50 m/Ma。兩沉積盆地在裂陷期都表現(xiàn)為相似的先慢后快的沉降特征，說明加速沉降與巖石圈破裂具有密切的聯(lián)系。

4.1.2 裂后期

圖4 珠江口盆地（a）和瓊東南盆地（b）沉降速率Fig.4 The subsidence rates in the Zhujiang River Estuary Basin (a) and the Qiongdongnan Basin (b)

珠江口盆地的裂后期為33～0 Ma BP，瓊東南盆地的裂后期為23～0 Ma BP。從圖3 可以看出，珠江口盆地深水區(qū)裂后期和瓊東南盆地深水區(qū)裂后期的總沉降量極為接近，而且兩沉積盆地的隆起區(qū)和凹陷區(qū)在裂后期的總沉降量也極為接近，基本都處于2 000～2 500 m 之間。但是兩沉積盆地沉降速率變化特征差異卻是非常大的。從圖4 可以看出，珠江口盆地深水區(qū)在裂后期表現(xiàn)為典型的幕式沉降特征，有兩期明顯的快速沉降期和一期明顯的緩慢沉降期。兩期快速沉降期分別為：23.03～19.8 Ma BP 和14.3～11.9 Ma BP，最大沉降速率分別為：360 m/Ma 和290 m/Ma。一期典型的緩慢沉降期：11.9～0 Ma BP，沉降速率僅為10～20 m/Ma。瓊東南盆地深水區(qū)在裂后期總體表現(xiàn)為沉降速率呈“臺階式”上升的特征，最大沉降速率在11.9 Ma BP 之后，尤其是在1.8～0 Ma BP，沉降速率可高達(dá)280 m/Ma。

4.2 沉積演化對比分析

4.2.1 裂陷期

圖5 珠江口盆地（a）及瓊東南盆地（b）沉積速率Fig.5 The sedimentation rates in the Zhujiang River Estuary Basin (a) and the Qiongdongnan Basin (b)

從圖5 可以看出，珠江口盆地深水區(qū)裂陷期（66～33 Ma BP）和瓊東南盆地深水區(qū)裂陷期(45～23 Ma BP)的沉積速率特征極為相似，主要表現(xiàn)為兩點(diǎn)：一是裂陷期沉積主要集中于凹陷區(qū)，隆起區(qū)較少甚至為0；二是凹陷區(qū)的沉積速率總體表現(xiàn)為裂陷期早期較慢，裂陷期后期明顯加快，并且與沉降速率變化極其相似。珠江口盆地深水區(qū)的凹陷區(qū)在裂陷期早期（66～39 Ma BP）的沉積速率普遍低于200 m/Ma，但是裂陷期后期（39～33 Ma BP）沉積速率最大（Z1 井）可達(dá)720 m/Ma。而珠江口盆地深水區(qū)位于隆起區(qū)的Z5 井在整個(gè)裂陷期沉積速率幾乎為0。瓊東南盆地深水區(qū)的凹陷區(qū)在裂陷期早期（45～32 Ma BP）的沉積速率也普遍低于200 m/Ma，但是裂陷期后期（32～23 Ma BP）沉積速率最大（Q1 井）可達(dá)860 m/Ma。而瓊東南盆地深水區(qū)位于隆起區(qū)的Q1 和Q5 井在整個(gè)裂陷期沉積速率幾乎為0。

4.2.2 裂后期

從圖5 可以看出，兩沉積盆地在裂后期的沉積速率變化特征差異巨大。珠江口盆地深水區(qū)在裂后期表現(xiàn)為典型的幕式沉積特征，有兩期明顯的快速沉積期和三期慢速沉積期。兩期快速沉積期分別為：29～24.4 Ma BP 和19.8～11.9 Ma BP，最大沉積速率（Z1井）分別為：800 m/Ma 和870 m/Ma。三期慢速沉積期：32～29 Ma BP、24.4～19.8 Ma BP 和11.9～0 Ma BP，沉積速率普遍不超過200 m/Ma，一般在100 m/Ma 以下。瓊東南盆地深水區(qū)在裂后期沉積速率總體表現(xiàn)為“地塹式”變化特征：23～11.6 Ma BP 沉積速率呈“臺階式”下降，11.6～0 Ma BP 沉積速率又呈“臺階式”上升，尤其是在5.5 Ma 以來，沉積速率快速增大，在1.8～0 Ma BP 沉積速率最大（YC35 井）可達(dá)1 400 m/Ma。

5 討論

5.1 沉積與沉降的響應(yīng)關(guān)系

圖6 珠江口盆地（a）和瓊東南盆地（b）沉積速率與沉降速率對比Fig.6 Comparative of the sedimentation rates and subsidence rates in the Zhujiang River Estuary Basin (a) and the Qiongdongnan Basin (b)

盆地沉積速率主要受到可容納空間和沉積物源以及離岸距離遠(yuǎn)近等因素的控制，可容納空間主要跟盆地沉降和海平面變化有關(guān)，物源的多寡及其與盆地距離的遠(yuǎn)近也是影響沉積速率的重要因素。將珠江口盆地各井?dāng)?shù)據(jù)平均獲得了珠江口盆地的平均沉積速率和沉降速率，將瓊東南盆地各井的數(shù)據(jù)平均獲得了瓊東南盆地的平均沉積速率和沉降速率，見圖6。由圖6 可以看出，在新生代的大部分時(shí)期，無論是珠江口盆地深水區(qū)還是瓊東南盆地深水區(qū)其沉積速率和沉降速率都表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)響應(yīng)關(guān)系，沉積速率與沉降速率變化基本保持一致。說明新生代以來，構(gòu)造沉降對兩沉積盆地的沉積速率具有重要的控制作用。但是也有部分時(shí)期存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。比如珠江口盆地深水區(qū)在23.03～15.5 Ma BP，其沉積速率變化和構(gòu)造沉降速率變化完全相反。瓊東南盆地深水區(qū)在16～5.5 Ma BP，其沉積速率變化也跟構(gòu)造沉降速率變化完全相反。

在23.03～15.5 Ma BP，珠江口盆地深水區(qū)沉降速率總體逐漸降低，但沉積速率卻總體逐漸升高，呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。尤其是在23.03～17.2 Ma BP，沉降速率由250 m/Ma 下降到?70 m/Ma（構(gòu)造抬升），而沉積速率卻由120 m/Ma 增加到300 m/Ma。龐雄等[36]認(rèn)為珠江口盆地在漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)界面（23 Ma BP 前后）發(fā)生了“白云運(yùn)動(dòng)”，推測跟深部地幔物質(zhì)上涌有關(guān)，深部地幔上涌在早期由于熱膨脹會產(chǎn)生構(gòu)造抬升隨后由于熱冷卻收縮會導(dǎo)致快速的熱沉降[25，53]。本文的結(jié)果支持這一觀點(diǎn)，在24.4～23.03 Ma BP 構(gòu)造沉降速率為負(fù)值，表明該時(shí)期發(fā)生了構(gòu)造抬升，在23.0～19.8 Ma BP 發(fā)生了快速沉降，沉降速率高達(dá)250 m/Ma（圖6）。因此，珠江口盆地在24.4～23.03 Ma BP 的構(gòu)造抬升和23.03～19.8 Ma BP 的快速沉降應(yīng)該是“白云運(yùn)動(dòng)”的表現(xiàn)。沉積速率主要跟可容納空間和物源多少及其距離遠(yuǎn)近有關(guān)，快速沉降產(chǎn)生了大量的可容納空間卻沒有形成快速沉積，那應(yīng)該是跟物源有極大的關(guān)系。珠江口盆地在23 Ma BP 前后發(fā)生了陸架坡折向北躍遷事件，白云凹陷由陸架淺海環(huán)境變?yōu)殛懫律钏h(huán)境[36]，導(dǎo)致了白云凹陷遠(yuǎn)離物源區(qū)，從而導(dǎo)致白云凹陷沉積速率降低。Clift 等[54]研究表明東亞夏季風(fēng)在23～21 Ma BP 強(qiáng)度較弱，大約在21 Ma BP 之后才開始加強(qiáng)，氣候開始變得溫暖潮濕，風(fēng)化侵蝕作用加強(qiáng)。因此，23.03～19.8 Ma BP 的低速沉積也與同時(shí)期東亞夏季風(fēng)較弱，風(fēng)化侵蝕作用不強(qiáng)有直接的關(guān)系。17.9～13.2 Ma BP 是珠江口盆地深水區(qū)的快速沉積期，但同時(shí)期的沉降速率卻普遍不高（圖6）。前人研究發(fā)現(xiàn)在18～10.5 Ma BP 期間是亞洲季風(fēng)增強(qiáng)的時(shí)期，化學(xué)風(fēng)化侵蝕作用加強(qiáng)[54]。因此，珠江口盆地深水區(qū)同時(shí)期的沉積速率加快主要是受亞洲季風(fēng)增強(qiáng)的影響。

在16～5.5 Ma BP，瓊東南盆地深水區(qū)沉降速率總體逐漸升高，但沉積速率卻總體逐漸降低，沉降速率由60 m/Ma 升高到120 m/Ma，而沉積速率卻由100 m/Ma 下降到90 m/Ma，不過沉積速率下降不是很明顯。在16～11.6 Ma BP，亞洲季風(fēng)處于增強(qiáng)時(shí)期，化學(xué)風(fēng)化侵蝕作用增強(qiáng)，沉積物物源豐富，但是在瓊東南盆地深水區(qū)同時(shí)期的沉積速率平均只有100 m/Ma，而同時(shí)期的珠江口盆地深水區(qū)卻是快速沉積時(shí)期，最高沉積速率可達(dá)300 m/Ma。注意到，珠江口盆地在23 Ma BP 前后發(fā)生了“白云運(yùn)動(dòng)”，產(chǎn)生了大量的可容納空間，而瓊東南盆地卻沒有受白云運(yùn)動(dòng)的影響，沉降速率一直降低，因此可容納空間不足是導(dǎo)致瓊東南盆地16～11.6 Ma BP 沉積速率較低的直接原因。而在11.6～5.5 Ma BP，瓊東南盆地深水區(qū)沉降速率有所升高，增加了可容納空間，但是沉積速率卻反而有所降低，同時(shí)期珠江口盆地深水區(qū)也保持較低的沉積速率（100 m/Ma）。研究發(fā)現(xiàn)在10～3.5 Ma BP 亞洲季風(fēng)持續(xù)減弱[54]，化學(xué)風(fēng)化侵蝕作用也相應(yīng)減弱，物源供給相對減少，因此才導(dǎo)致了兩沉積盆地在11.6～5.5 Ma BP都保持較低的沉積速率。

5.2 裂后期快速沉降機(jī)制探討

無論是珠江口盆地深水區(qū)還是瓊東南盆地深水區(qū)，其裂后期都發(fā)生了多期明顯的快速沉降事件。珠江口盆地深水區(qū)發(fā)生了兩期顯著的快速沉降：23.03～19.8 Ma BP 和14.3～11.9 Ma BP。這兩期快速沉降事件跟南海海盆的擴(kuò)張過程具有高度的耦合性。南海海盆在23.6 Ma BP 前后發(fā)生了一次洋中脊向南跳躍事件，洋中脊跳躍后，東部次海盆擴(kuò)張速率逐漸降低，并且東部次海盆在15 Ma BP 停止擴(kuò)張[5]。洋中脊向南跳躍和洋盆停止擴(kuò)張都可能在南海北部陸緣產(chǎn)生應(yīng)力松弛，從而引發(fā)快速沉降。這兩期快速沉降事件前人都對其動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了一定程度的分析，本文就不另作具體探討[24,36]。瓊東南盆地深水區(qū)在裂后期（23 Ma BP 之后）沉降速率總體呈“臺階式”上升，加速沉降主要是在11.6～0 Ma BP，其中最顯著的快速沉降是在1.8～0 Ma BP，沉降速率最大可達(dá)280 m/Ma（圖4，圖6）。

前人研究發(fā)現(xiàn)，瓊東南盆地裂后期存在快速異常沉降，年齡一般認(rèn)為在5.5 Ma BP 之后，并提出了多種可能的快速異常沉降機(jī)制，比如動(dòng)力地貌[29]，紅河斷裂右旋走滑[46]，巖漿活動(dòng)和深部熱異常[30，55-56]和下地殼流[26,28]。精細(xì)的地層回剝分析發(fā)現(xiàn)瓊東南盆地的裂后期沉降速率呈“臺階式”上升，11.6 Ma BP 以來沉降量可達(dá)1 000～2 000 m（圖3）。動(dòng)力地貌產(chǎn)生的構(gòu)造沉降在南海北部一般為300 m[29]，因此該機(jī)制應(yīng)該不是11.6 Ma BP 加速沉降事件的主要原因。紅河斷裂研究發(fā)現(xiàn)斷裂帶在5.5 Ma BP 和2.1 Ma BP 存在明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)[46]。如果紅河斷裂右旋走滑控制瓊東南盆地深水區(qū)的構(gòu)造沉降，沉降速率應(yīng)該會隨著離斷裂距離增大而影響逐漸減弱。但是我們的結(jié)果發(fā)現(xiàn)11.6 Ma BP 以來，瓊東南盆地全區(qū)都發(fā)育快速沉降（圖4）。因此，紅河斷裂的右旋走滑應(yīng)該不是11.6 Ma BP以來加速沉降事件的主控因素。下地殼流動(dòng)可能導(dǎo)致上千米的沉降，但是沉降主要集中于沉積厚度非常大的坳陷區(qū)域[57]，研究發(fā)現(xiàn)瓊東南盆地在5.5 Ma BP之后整個(gè)瓊東南盆地（包括隆起區(qū)域）都發(fā)現(xiàn)了快速沉降[55-56]，并且深部地球物理調(diào)查發(fā)現(xiàn)瓊東南盆地的上地殼和下地殼伸展基本一致[58]，我們的結(jié)果也顯示11.6 Ma BP 之后瓊東南盆地全區(qū)都發(fā)育快速沉降，包括隆起區(qū)域（圖4）。因此，下地殼流也不太可能是11.6 Ma BP 快速沉降事件的主控因素。Shi 等[30]通過數(shù)值模擬研究認(rèn)為瓊東南盆地深水區(qū)在10.5 Ma BP以來發(fā)生的快速沉降是由于盆地深部熱異常的衰減導(dǎo)致的，但是深部熱異常具體如何衰減還不是很清楚。

總結(jié)前人在南海西北部所做的沉降史分析成果可以看出，上新世（5.5 Ma BP）以來，海南島周邊的瓊東南盆地、鶯歌海盆地都發(fā)現(xiàn)了加速沉降事件，尤其是深水區(qū)，快速沉降非常顯著[26,29-30,55-56,59]。但是在北部灣盆地和珠江口盆地珠三坳陷，同時(shí)期卻觀察不到明顯的加速沉降事件，上新世以來的沉降速率不到50 m/Ma[60]。本文研究發(fā)現(xiàn)，瓊東南盆地深水區(qū)裂后期的沉降速率總體呈“臺階式”上升，加速沉降始于11.6 Ma BP，沉降速率最高可達(dá)280 m/Ma。目前還不太清楚這種靠近海南島周圍的陸架淺水區(qū)沉降速率較低而深水區(qū)卻表現(xiàn)為明顯的加速沉降到底是由什么因素導(dǎo)致的。

南海西北部在南海海盆擴(kuò)張結(jié)束后持續(xù)發(fā)育巖漿活動(dòng)，其中在5.5 Ma BP 最為活躍，巖漿活動(dòng)廣泛發(fā)育[61-63]。鄢全樹等[64]報(bào)道了南海海盆西部玄武巖的K-Ar 年齡為7.9～3.8 Ma。王賢覺等[65]報(bào)道了3 個(gè)拖網(wǎng)樣品的玄武巖年齡，其中靠近西沙海域的玄武巖年齡為3.5 Ma。劉昭蜀等[66]對西沙群島唯一的火山島高尖石島的玄武巖進(jìn)行了K-Ar 定年，顯示為2.05 Ma。南海西北部淺水區(qū)的雷瓊地區(qū)和海南島的火山活動(dòng)一直持續(xù)到更新世[32,63]?？梢钥闯?，玄武巖年齡由海向陸方向逐漸變年輕，說明巖漿活動(dòng)由海向陸逐漸遷移。目前還不太清楚這種巖漿活動(dòng)的遷移是何因素導(dǎo)致的。

目前，地球物理和地球化學(xué)手段都證明了海南島東北部的下方存在海南地幔柱[31-33]。并且有學(xué)者研究表明海南地幔柱在第四紀(jì)時(shí)期上涌速度緩慢（1 cm/a），海南地幔柱可能正處于消亡階段[67]。在11.6 Ma BP之后，南海西北部淺水區(qū)（北部灣盆地和珠江口盆地珠三坳陷）沉降速率低而深水區(qū)（瓊東南盆地和鶯歌海盆地深水區(qū)）沉降速率高并且?guī)r漿活動(dòng)由海向陸遷移可能是由海南地幔柱移動(dòng)導(dǎo)致的。在11.6 Ma BP之前海南地幔柱可能位于西沙海域地區(qū)，導(dǎo)致瓊東南盆地深水區(qū)在破裂不整合（23 Ma BP）之后，沒有出現(xiàn)McKzenie 經(jīng)典盆地模型預(yù)測的快速沉降，而是沉降速率一直保持極低直到11.6 Ma BP（圖4）。紅河斷裂是長達(dá)數(shù)千千米的深大斷裂，經(jīng)過瓊東南盆地西側(cè)，在10.5～5.5 Ma BP 以來紅河斷裂存在明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)[26,68]，這種右旋走滑運(yùn)動(dòng)必定導(dǎo)致紅河斷裂東側(cè)塊體沿著斷裂帶整體向東南方向移動(dòng)，相應(yīng)地如果海南地幔柱存在其必定會相對上覆巖石圈往西北方向移動(dòng)。海南地幔柱向西北移動(dòng)后，南海西北部深水區(qū)的巖漿活動(dòng)將逐漸減少甚至消失，玄武巖的年齡也將由海向陸逐漸變年輕，雷瓊地區(qū)和海南島地區(qū)由于海南地幔柱的遷移其巖漿活動(dòng)將持續(xù)到更新世。由于深部熱源的遠(yuǎn)離，瓊東南盆地深水區(qū)沉降速率也會逐漸增加，呈“臺階式”上升的規(guī)律。同時(shí)海南地幔柱向西北移動(dòng)導(dǎo)致了北部灣盆地和珠江口盆地珠三坳陷上新世以來極低的沉降速率[60]。而同時(shí)期珠江口盆地深水區(qū)的構(gòu)造沉降速率一直極低（圖4），說明海南地幔柱對珠江口盆地深水區(qū)的影響不太顯著。

值得一提的是，瓊東南盆地深水區(qū)在1.8 Ma BP之后雖然也是一期覆蓋全區(qū)的快速沉降時(shí)期，但是東部和西部沉降速率變化特征完全不同。在1.8～0 Ma BP，盆地西部的LS33、LS22、YC35、Q1 和Q2 井都出現(xiàn)明顯的加速沉降，沉降速率明顯增加，但是盆地東部的Q3?Q6 井卻沒有看到沉降速率的明顯增加，甚至降低（圖4）。這種西部沉降速率明顯增加?xùn)|部沉降速率幾乎維持不變的現(xiàn)象很可能跟紅河斷裂有關(guān)。向宏發(fā)等[68]研究發(fā)現(xiàn)紅河斷裂除了在5.5 Ma BP 發(fā)生了明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)，還在2.1 Ma BP 發(fā)生了明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)。在2.1 Ma BP 紅河斷裂的右旋走滑很可能導(dǎo)致瓊東南盆地深水區(qū)在1.8～0 Ma BP 西部發(fā)生加速沉降而東部加速沉降不明顯的現(xiàn)象。同時(shí)在5.5 Ma BP 以來，特別是1.8 Ma BP 以來，瓊東南盆地深水區(qū)的沉積速率也明顯增加，遠(yuǎn)大于同期的珠江口盆地深水區(qū)，同樣也是表現(xiàn)為瓊東南盆地西部沉積速率明顯大于盆地東部（圖5）。3～4 Ma BP 以來亞洲夏季風(fēng)明顯增強(qiáng)，并且青藏高原進(jìn)一步隆升，導(dǎo)致東亞地區(qū)周圍的沉積盆地均呈現(xiàn)高沉積速率堆積的特點(diǎn)[26,54]。因此，瓊東南盆地深水區(qū)5.5 Ma BP 以來的快速沉積應(yīng)該是由青藏高原和氣候變化綜合導(dǎo)致的，青藏高原隆升和亞洲夏季風(fēng)增強(qiáng)極大地豐富了紅河物源和海南島物源，從而導(dǎo)致瓊東南盆地的沉積速率快速增加。由于紅河物源由盆地西部往東部輸送，并且受到紅河斷裂右旋走滑的影響，盆地西部發(fā)生了快速沉降，形成了巨大的可容納空間，導(dǎo)致沉積和沉降都主要集中于盆地的西部。而同時(shí)期的珠江口盆地深水區(qū)由于離岸距離較遠(yuǎn)，且物源較為單一（主要是珠江水系），沉降速率也較低，導(dǎo)致沉積速率偏低。

6 結(jié)論

通過對珠江口盆地深水區(qū)和瓊東南盆地深水區(qū)的鉆井和地震勘探資料進(jìn)行精細(xì)地層回剝分析，并結(jié)合前人的研究成果進(jìn)行討論，得到了以下結(jié)論：

（1）珠江口盆地深水區(qū)和瓊東南盆地深水區(qū)在裂陷期的沉積沉降特征表現(xiàn)為高度的一致性，但是在裂后期兩沉積盆地的沉積沉降特征差異巨大。

（2）珠江口盆地深水區(qū)沉積和沉降在裂后期都表現(xiàn)為幕式變化特征，裂后期沉積特征表現(xiàn)為兩期明顯的快速沉積期（29～24.4 Ma BP 和19.8～11.9 Ma BP）和三期慢速沉積期（32～29 Ma BP，24.4～19.8 Ma BP和11.9～0 Ma BP），裂后期沉降特征表現(xiàn)為兩期明顯的快速沉降期（23.03～19.8 Ma BP 和14.3～11.9 Ma BP）和一期明顯的緩慢沉降期（11.9～0 Ma BP）。瓊東南盆地深水區(qū)沉積在裂后期表現(xiàn)為“地塹式”變化特征，5.5 Ma BP 之后沉積速率快速增大；而裂后期沉降特征總體表現(xiàn)為“臺階式”上升，加速沉降出現(xiàn)在11.6 Ma BP 之后。

（3）在新生代大部分時(shí)期，珠江口盆地深水區(qū)和瓊東南盆地深水區(qū)的沉積和沉降都表現(xiàn)為較好的正相關(guān)關(guān)系。然而，在部分構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍的時(shí)期沉積和沉降表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系：珠江口盆地深水區(qū)主要是在23.03～15.5 Ma BP，分析認(rèn)為是受白云運(yùn)動(dòng)和氣候變化的影響；瓊東南盆地深水區(qū)主要是在16～5.5 Ma BP，推測是受海南地幔柱和氣候變化的影響。

（4）珠江口盆地深水區(qū)在裂后期的沉降跟南海海盆的擴(kuò)張過程有較好的耦合關(guān)系，而瓊東南盆地深水區(qū)裂后期“臺階式”上升的沉降速率推測主要是受到海南地幔柱的影響。10.5～5.5 Ma BP 以來紅河斷裂存在明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)，這種右旋走滑運(yùn)動(dòng)會導(dǎo)致紅河斷裂東側(cè)塊體沿著斷裂帶整體向東南方向移動(dòng)，相應(yīng)地海南地幔柱將會相對上覆巖石圈往西北方向移動(dòng)，由于深部熱源的遠(yuǎn)離將導(dǎo)致瓊東南盆地深水區(qū)的沉降速率呈“臺階式”上升。

（5）瓊東南盆地深水區(qū)在1.8 Ma BP 以來盆地西部的沉積速率和沉降速率明顯大于盆地東部，應(yīng)該是受2.1 Ma BP 以來紅河斷裂右旋走滑的控制。

致謝：感謝中國海洋石油有限公司提供的寶貴資料。