珠江口盆地開平凹陷斷裂構(gòu)造特征與動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

王嘉，欒錫武，何兵壽,3，冉偉民，魏新元,2，胡慶，韋明盟，龔梁軒

( 1.中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266100；2.中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071；3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237；4.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；5.中國地質(zhì)大學(xué) 海洋學(xué)院，湖北 武漢 430074)

1 引言

斷層系統(tǒng)中的斷層傳播、生長和相互作用對(duì)于理解盆地至關(guān)重要，盆地內(nèi)部斷裂系統(tǒng)不但能很好地反映上地殼應(yīng)變狀況，還可直接控制裂陷構(gòu)造和沉積、流體活動(dòng)[1-2]。斷裂和裂陷活動(dòng)作為盆地形成的關(guān)鍵性因素，斷裂構(gòu)造體系與盆地的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造演化存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[3-4]。開平凹陷作為珠江口盆地珠II凹陷的次級(jí)構(gòu)造單元，位于洋陸過渡帶之間，地質(zhì)構(gòu)造情況復(fù)雜，整體勘探力度薄弱。盡管前人在該區(qū)的沉積層序、構(gòu)造演化等方面進(jìn)行過研究分析，但受地質(zhì)條件太過復(fù)雜、地震和鉆井資料不足或品質(zhì)太差等限制，對(duì)凹陷內(nèi)斷裂構(gòu)造特征認(rèn)識(shí)仍不夠系統(tǒng)，斷裂的演化與南海北部新生代以來的應(yīng)力場變化也缺乏耦合性，從而制約了大量油氣勘探工作的進(jìn)行[5]。本次工作將通過井-震標(biāo)定和地質(zhì)背景相結(jié)合，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的地震剖面和斷裂平面分布特征進(jìn)行分析，從而識(shí)別斷層在時(shí)空上的分布，并通過斷裂活動(dòng)速率和走向統(tǒng)計(jì)來量化斷層活動(dòng)，評(píng)價(jià)斷層聯(lián)動(dòng)機(jī)制，進(jìn)而探討開平凹陷區(qū)域斷裂的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

2 地質(zhì)概況

南海北部陸緣在張裂過程中，陸架陸坡區(qū)上形成一系列伸展拉張型的新生代沉積盆地，由于特殊的大地構(gòu)造位置，普遍認(rèn)為其構(gòu)造演化受到印度-歐亞板塊陸陸碰撞、太平洋板塊和東部菲律賓海板塊的擠壓作用以及南部板塊的拉張作用的綜合影響[6-8]（圖1）。陸緣基底主要為前中生代華南陸塊基底，經(jīng)歷了加里東、海西、燕山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)事件[7]。珠江口盆地是南海北緣重要的含油氣盆地，盆地內(nèi)部斷裂廣布，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，盆地演化和南海北緣整體構(gòu)造運(yùn)動(dòng)緊密相連。大體分為古新世-始新世裂谷期、早-中新世構(gòu)造熱沉降期、晚中新世后的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期3個(gè)階段。對(duì)應(yīng)伴隨有早裂谷期的珠瓊一幕運(yùn)動(dòng)、中裂谷期的珠瓊二幕運(yùn)動(dòng)、晚裂谷期的南海運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造熱沉降期逐漸停止的海底擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)以及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期的東沙運(yùn)動(dòng)5個(gè)大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)事件[8-9]。珠江口盆地位于南海北部大陸架上，盆地地層發(fā)育特殊，為海陸混合相沉積，其中文昌組、恩平組為顯著的陸相沉積，而珠海組、瓊海組則表現(xiàn)為海相沉積。基底以中生代巖漿巖和前中生代變質(zhì)砂巖為主，充填有古近紀(jì)的陸相沉積和新近紀(jì)-第四紀(jì)的海相沉積碎屑巖巖層（圖2）[6]。

圖1 南海北部珠江口盆地區(qū)域位置（a）及珠江口盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑╞）Fig.1 The regional location of the Zhujiang River Mouth Basin in the northern South China Sea (a) and the structural unit division of the Zhujiang River Mouth Basin (b)

圖2 珠江口盆地構(gòu)造、地層劃分及特征（據(jù)文獻(xiàn)[12]修改）Fig.2 Characteristics of structure and stratigraphic classification of the Zhujiang River Mouth Basin（modified from reference[12]）

開平凹陷位于珠江口盆地珠II凹陷西南端，東臨云開低凸起與白云凹陷相隔，西連順德凹陷，北至神狐-暗沙隆起，南接南部隆起帶，面積約6 200 km2，整體為NE-SW走向[10]。本次研究包含整個(gè)凹陷的中東部約1 500 km2范圍的區(qū)域，涵蓋部分神狐暗沙隆起和云開低凸起。其中，北部的大型邊界拆離斷層—神開斷層橫跨整個(gè)三維地震工區(qū)，開平凹陷的構(gòu)造演化也正是受北部神開斷層的影響，而形成了典型的伸展拆離盆地[1]。目前研究普遍認(rèn)為，開平凹陷的區(qū)域性斷裂活動(dòng)在漸新世南海運(yùn)動(dòng)中止，此時(shí)裂谷期盆地的斷陷運(yùn)動(dòng)結(jié)束，構(gòu)造熱沉降時(shí)期的斷坳運(yùn)動(dòng)開始，對(duì)應(yīng)地震界面T70反射層，恩平組和文昌組內(nèi)部斷裂廣泛發(fā)育。進(jìn)入漸新世之后，盆地內(nèi)斷裂發(fā)育程度減弱，直至中新世晚期，東沙運(yùn)動(dòng)作為新近系南海北部大陸邊緣的最終區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)了區(qū)域性海侵面的形成，盆地內(nèi)斷裂走向和規(guī)模也基本趨于穩(wěn)定[11]。

3 數(shù)據(jù)和方法

為研究珠江口盆地開平凹陷內(nèi)部斷裂構(gòu)造及其動(dòng)力學(xué)成因，基于前人對(duì)開平凹陷層序地層劃分、構(gòu)造演化模式和對(duì)北部神開斷層剖析的基礎(chǔ)上，本文主要利用高分辨率的三維精細(xì)地震解釋剖面和研究區(qū)內(nèi)相關(guān)井的數(shù)據(jù)資料來分析斷裂構(gòu)造體系[7]。其中，三維調(diào)查數(shù)據(jù)面積約為1 500 km2，地震采樣率為2 ms，且本文中所有地震剖面的垂向尺度均表示雙程旅行時(shí)（Two-Way Travel Time,TWT）。在此次研究中，選取了具有代表性的兩條過井地震剖面和若干過斷裂帶地震剖面，大致劃分了晚古新世-全新世的16個(gè)層位并對(duì)區(qū)域的斷裂特征進(jìn)行了精細(xì)解釋，繪制了二維層位反射平面圖，在反射平面圖上結(jié)合地震屬性來識(shí)別區(qū)域內(nèi)部斷裂并繪制斷裂平面分布[2]。定量統(tǒng)計(jì)斷裂走向的變化特征，根據(jù)斷層上下盤間不同的地層厚度識(shí)別出區(qū)域內(nèi)部典型活動(dòng)斷裂，并計(jì)算其各個(gè)演化階段的活動(dòng)速率，從而解析研究區(qū)斷裂的發(fā)育特性，去探究盆地的斷裂構(gòu)造動(dòng)力學(xué)成因[13]。

4 斷裂構(gòu)造特征

開平凹陷整體受控于北部大型伸展拆離斷層—神開斷層的影響，形成多期斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂較為發(fā)育，且在南北伸展方向上的拉張應(yīng)力影響下發(fā)育了多種構(gòu)造樣式，從而使整個(gè)斷裂系統(tǒng)顯得繁冗復(fù)雜，因此，對(duì)該區(qū)域的斷裂構(gòu)造進(jìn)行多角度、全方位的劃分也相應(yīng)變成本次研究重點(diǎn)。

4.1 斷裂構(gòu)造類型

對(duì)斷裂構(gòu)造類型的分類有利于我們更加具體的識(shí)別和分析斷裂情況并有利于后續(xù)工作進(jìn)行。因此，本文依照前人分類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究區(qū)附近斷裂的發(fā)育特征，對(duì)開平凹陷及鄰區(qū)斷裂構(gòu)造劃分依據(jù)傳統(tǒng)分類方法—按斷層級(jí)別與規(guī)模進(jìn)行分類，可大致將研究區(qū)劃分為一級(jí)控盆斷裂、二級(jí)控凹斷裂、三級(jí)控帶斷裂和四級(jí)控圈斷裂等[5,14]。從而在三維地震資料精細(xì)斷裂構(gòu)造解釋基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)的斷裂構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)的描述，其中F1—過基底神開斷層為控制盆地凹陷的一級(jí)大斷裂；F2—西南斷層、F3—南開斷層等為控制隆坳構(gòu)造格局的二級(jí)區(qū)域斷裂；北部斷裂帶的①號(hào)斷裂、KP11斷裂帶的②號(hào)斷裂、KP10斷裂帶的③號(hào)斷裂、西南斷裂帶的④號(hào)斷裂、東南斜坡斷裂帶的⑥號(hào)斷裂等均可劃分為控制局部構(gòu)造帶的三級(jí)斷裂；其余規(guī)模較小、走向多變且控制構(gòu)造圈閉的次級(jí)斷裂（如圖3中黑色折線）為四級(jí)斷裂，該類斷裂數(shù)目繁多[15]（圖3）。

圖3 開平凹陷及鄰區(qū)斷裂構(gòu)造體系（據(jù)文獻(xiàn) [1]改動(dòng)）Fig.3 Fault structural system of Kaiping Sag and its adjacent area（modified from reference[1]）

4.2 斷裂剖面組合樣式

開平凹陷經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化運(yùn)動(dòng)，并在研究區(qū)內(nèi)相繼形成了大量多角度、多規(guī)模的伸展拉張正斷層，各斷裂帶在主干斷層剖面上單個(gè)斷層均表現(xiàn)為“犁式”正斷層，但與相鄰邊界斷層組合樣式繁多[13]。通過精細(xì)解釋地震剖面，識(shí)別研究區(qū)的主干斷層和次級(jí)小斷裂組合形成多種斷裂構(gòu)造樣式，包括“Y”字型斷層、階梯狀斷層、卷心型斷層等多種組合樣式，這也是整個(gè)凹陷的正斷層組合中常見的剖面組合樣式[10,15]。

（1）“Y”字型斷層：由主干斷層與其相應(yīng)上盤反向傾斜的次級(jí)斷層銜接組合而成，在剖面上呈現(xiàn)“Y”字型，在伸展斷陷盆地中廣泛發(fā)育?！癥”字型斷層中的主干斷層一般長期發(fā)育、規(guī)模較大且向下斷穿下部地層，通常為控凹斷層或控帶斷層，而在逆牽引作用下的上盤反向傾斜斷層則通常為低級(jí)別斷層[16]。如圖4所示，在開平凹陷過KP10-1-1號(hào)井地震剖面上所形成常見的復(fù)合“Y”字型斷層組合。

圖4 開平凹陷復(fù)合“Y”字型斷層與階梯狀斷層組合樣式Fig.4 Combination style of composite "Y" type fault and stepped fault in Kaiping Sag

（2）階梯狀斷層：由多條產(chǎn)狀基本相同的正斷層組合形成，在主測(cè)線剖面上呈階梯狀排列，從盆地的緩坡帶向凹陷中心依次下移疊置分布，該類斷層組合常發(fā)育于斷陷盆地邊緣或斷裂帶的淺層緩坡區(qū)，未斷穿基底[17]。其成因主要是受盆地沉降過程中緩坡區(qū)抬升引起的區(qū)域伸展滑脫作用而造成的，盆地中該類斷裂組合也較為常見，在地震剖面上廣泛分布同向和反向斷階。

（3）卷心型斷層：由多條斷層組成的復(fù)雜斷裂組合類型，整體由傾向相反的平滑鏟狀斷層所構(gòu)成，左右兩側(cè)斷裂數(shù)目大致相同。該類斷裂組合是在伸展環(huán)境下由于下伏地層發(fā)生拱張作用，引起上覆地層減薄和張裂所形成的。如圖5所示，中央“卷心”處走滑斷裂分布較為密集，中心到兩側(cè)斷層年代由新到老分布。卷心型組合較為復(fù)雜，活動(dòng)覆蓋范圍大，斷錯(cuò)層位也較多，在整個(gè)凹陷中分布也較廣泛，尤其集中于中部的KP11斷裂帶。

圖5 開平凹陷卷心型斷裂組合樣式Fig.5 Heart-shaped fracture combination style in Kaiping Sag

4.3 斷裂平面分布特征及組合類型

由斷裂平面分布圖可以看出，整個(gè)凹陷內(nèi)部斷層平面展布特征復(fù)雜多樣。本次探討通過可顯著識(shí)別斷層的屬性相干技術(shù)，來對(duì)三維資料進(jìn)行斷層精細(xì)刻畫，分析研究斷層的分布特征和平面組合類型。如圖6所示，根據(jù)沿層相干技術(shù)對(duì)二維斷裂平面分析可知，在T60、T70反射界面上均表現(xiàn)出相互交叉、平行、截?cái)嗟榷喾N關(guān)系，大致將其平面組合類型歸結(jié)為平行式、雁列式、斜交式3種組合樣式[15]。

圖6 沿層相干屬性識(shí)別的二維斷裂平面分布Fig.6 Two-dimensional fracture plane distribution along the coherent attribute recognition

（1）平行式組合：在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布，主要集中在KP11斷裂帶和KP10斷裂帶上，由走向相同的多組斷層在平面上平行展布排列，受單向伸展和帶狀隆升作用所形成[12]。該區(qū)平行式組合斷裂走向呈NW-SE向、近EW向展布，主要是因?yàn)閿嗔褞幵谂璧赝菹萋∩貛?，存在伸展拉張作用，KP11斷裂帶處的平行式組合更是盆地?cái)嘞萃砥谠谥榄傔\(yùn)動(dòng)二幕水平伸展作用下引起的新生EW向斷裂基礎(chǔ)上所形成的[18]。

（2）雁列式組合：主要集中分布在西南斜坡帶和少量北部斷裂帶的西北部，是走滑斷層的伴生組合樣式。受非均勻構(gòu)造應(yīng)力影響在水平方向上發(fā)生的張性扭動(dòng)所形成，平面上呈典型的雁列展布特征，斷裂走向主要呈NWW向展布，在盆地?cái)嘞蓦A段，太平洋板塊持續(xù)向歐亞板塊碰撞，引起了該區(qū)域應(yīng)力場方向右旋偏轉(zhuǎn)，發(fā)生張扭走滑運(yùn)動(dòng)，促成該斷裂組合[19]。

（3）斜交式組合：僅在西南斷裂帶和北部斷裂帶南部偶有少量分布，受到局部多方向的水平伸展作用而形成，常表現(xiàn)為斷裂之間在平面上相互斜交。在珠江口盆地?cái)嘞萜谥鳞晗萜谒艿蕉嗥跇?gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下，應(yīng)力場方向發(fā)生順時(shí)針轉(zhuǎn)變，呈持續(xù)右旋狀態(tài)，多期斷裂相互疊加，導(dǎo)致斷裂多角度結(jié)合而發(fā)生斜交。

4.4 斷裂走向變化特征

為合理分析開平凹陷的應(yīng)力場分布特征，對(duì)研究區(qū)的（T85至T50）地震界面內(nèi)斷裂走向進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，由斷裂走向玫瑰花圖（表1）可反映始新世到早中新世階段各個(gè)地層界面的斷裂平面走向演化特征；斷陷早中期文昌組（T85至T80）主要有兩組走向，一組為近NE-NEE向，另一組為近EW向。斷陷晚期恩平組（T71至T70），NEE向斷裂持續(xù)減弱，近EW向發(fā)育為主要斷裂走向。斷坳轉(zhuǎn)換期珠海組（T60）斷裂走向轉(zhuǎn)變?yōu)榻麼WW走向，并伴隨EW向的二級(jí)走向分布。至坳陷期珠江組下（T50）斷裂走向主要為近NWW向，并具有向NW向持續(xù)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。綜上可見，開平凹陷從古新世神狐組基底至早中新世的地層整體斷裂走向大致呈現(xiàn)NE向→NEE向→EW向→NWW向→NW向的變化特征[20-24]。

據(jù)前人研究，盆地?cái)嗔炎呦蜃兓砷g接反映應(yīng)力場變化，即在伸展構(gòu)造背景下，斷裂走向與最小主應(yīng)力方向（伸展方向）基本垂直[21]。由表1可明顯看出，斷裂走向玫瑰花圖所反映的斷裂主走向變化與區(qū)域應(yīng)力場轉(zhuǎn)變保持一致性。隨斷裂走向的順時(shí)針變化，最小主應(yīng)力方向發(fā)生NW向→NS向→NE向的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，具右旋走滑的張扭特性。自始新世后（T85至T80），盆地進(jìn)入裂谷期，陸內(nèi)裂谷轉(zhuǎn)向陸間裂谷，近NE向伸展斷裂發(fā)育，應(yīng)力場方向主要為NW-NNW向，這一時(shí)期地殼活動(dòng)強(qiáng)烈、斷裂廣泛發(fā)育，凹陷內(nèi)似魚鱗的坑狀半地塹結(jié)構(gòu)初始形成[17]。晚始新世-早漸新世（T80至T70），太平洋板塊運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，南海北部海盆加速擴(kuò)張，盆地沉降中心遷移，新生EW向斷裂，這一時(shí)期近NS向的拉張應(yīng)力場不斷占據(jù)主導(dǎo)地位[22]。晚漸新世后（T60至T50），印度板塊向北擠壓使右旋應(yīng)力場進(jìn)一步加強(qiáng)，南海擴(kuò)張方向持續(xù)順時(shí)針變化，近NWW-NW向斷裂形成，此階段區(qū)域所受應(yīng)力方向也將由近NS向逐漸向NE向轉(zhuǎn)變。區(qū)域應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變也是開平凹陷形成半地塹結(jié)構(gòu)的重要原因[25]。

表1 開平凹陷斷裂構(gòu)造演化表Table 1 Evolution of fault structure in Kaiping Sag

4.5 斷裂活動(dòng)性分析

對(duì)區(qū)域斷層的活動(dòng)性分析方法通常有斷層古落差法、斷層生長指數(shù)法和斷層活動(dòng)速率法3種，但由于前兩種方法計(jì)算比較簡單且分析結(jié)果均受到不同程度的限制，所以目前只需要采用判斷準(zhǔn)確的斷層活動(dòng)速率法來刻畫斷層的活動(dòng)強(qiáng)度。

斷層活動(dòng)速率是指某一地層單元在一定時(shí)間內(nèi)，因斷裂構(gòu)造活動(dòng)形成的落差與相應(yīng)沉積時(shí)間的比值，即為

式中，Vf為斷層活動(dòng)速率,單位為m/106a；T為地層沉積時(shí)間,單位為106a；Hd為斷層下降盤地層厚度,單位為m；Hu為斷層上升盤地層厚度,單位為m。由圖7中斷裂活動(dòng)幾何示意圖可知，計(jì)算所得斷層活動(dòng)速率數(shù)值越大，代表該時(shí)期的斷裂活動(dòng)越強(qiáng)[26]。

圖7 斷裂活動(dòng)幾何示意圖（據(jù)文獻(xiàn)[14]修改）Fig.7 Schematic diagram of fracture activity geometry（modified from reference[14]）

開平凹陷北部邊界斷層-神開斷層構(gòu)造演化情況特殊，神開斷層作為控盆大斷裂貫穿凹陷的基底，在盆地?cái)嘞萃砥诙髌浇M沉積階其西南段和東北段斷裂活動(dòng)逐漸停止，對(duì)應(yīng)終止于T70界面[13]。為具體探討凹陷內(nèi)部斷裂活動(dòng)情況，引入斷裂發(fā)育情況較為典型的F5斷裂（圖3）來對(duì)該區(qū)斷裂活動(dòng)性進(jìn)行分析。如圖8所示，F(xiàn)5斷裂作為與KP11斷裂帶相伴生的主斷裂，近EW向分布，橫向跨越研究區(qū)，并與其選取的SN向過井地震剖面近乎垂直相交，便于統(tǒng)計(jì)斷層活動(dòng)速率[24]。

圖8 過L4671測(cè)線地震剖面斷裂分布Fig.8 Fracture distribution of seismic section through L4671 survey line

分析斷裂活動(dòng)速率（圖9）得知，在斷陷階段，斷裂活動(dòng)速率較高，圖中可見，斷陷初期凹陷內(nèi)部斷裂活動(dòng)速率最高可達(dá)約150 m/Ma。由于強(qiáng)烈的分塊斷陷作用，地層的巖性、產(chǎn)狀等變化較快，始新世（T84至T70）多幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得斷裂發(fā)育活動(dòng)極為強(qiáng)烈，空間分布復(fù)雜多樣。至斷坳過渡期，活動(dòng)速率變化較快，發(fā)生驟變，斷裂活動(dòng)速率降至約38 m/Ma，漸新世時(shí)期（T70至T60）受新南海擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)影響，凹陷構(gòu)造活動(dòng)減弱，斷裂活動(dòng)速率顯著降低。坳陷期（T60至T40）斷裂活動(dòng)持續(xù)減弱，且活動(dòng)速率變化趨于穩(wěn)定，在海底擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)停止（T50）后，可見斷裂活動(dòng)更加微弱[24,27]。

圖9 F5斷裂活動(dòng)速率(L4671測(cè)線)Fig.9 F5 fracture activity rate diagram (L4671 survey line)

5 動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制探討

南海及其周緣盆地構(gòu)造演化情況相當(dāng)復(fù)雜，其主要受到東部太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖、西部印度板塊向歐亞大陸的陸陸碰撞以及北部華南陸緣的構(gòu)造伸展和南部古南海向婆羅洲的俯沖拖曳的綜合作用影響[28-29]。位于南海北部大陸邊緣的珠江口盆地在南海整體演化過程中也發(fā)生著不同程度的沉降和伸展作用。

自新生代以來，南海及周緣盆地演化的動(dòng)力學(xué)過程如下：在古新世-早始新世，受太平洋板塊俯沖后撤及印度與歐亞板塊陸陸碰撞的共同影響，區(qū)域應(yīng)力場由先前的擠壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘垹顟B(tài)[4]，由神狐運(yùn)動(dòng)造成的下地殼和巖石圈上地幔向東南方向蠕動(dòng)引起的地殼顯著抬升，剝蝕作用加強(qiáng)，地殼發(fā)生廣泛的伸展減薄作用，引起NW-SE向的伸展裂陷活動(dòng)，進(jìn)一步造成華南陸緣斷層NNE向的初始張裂和走滑拉分。同時(shí)，南海板塊北緣的前新生代褶皺基底發(fā)生張裂，開始逐步發(fā)育NNE-NE向的走滑斷裂和伸展構(gòu)造，珠江口盆地也開始形成[30]。始新世中期，印度板塊和歐亞板塊發(fā)生碰撞，使得軟流圈物質(zhì)向東南方向持續(xù)擠出，地幔柱不斷上涌，華南地塊進(jìn)一步伸展，古南海也開始發(fā)生南移，華南陸緣對(duì)太平洋板塊俯沖后撤及印度與歐亞板塊碰撞的聯(lián)合作用，使南海北部地殼再次伸展拉分，造成大面積的強(qiáng)烈抬升剝蝕和局部的沉降凹陷，導(dǎo)致開平凹陷內(nèi)部地層的廣泛不整合發(fā)育和近NE向張性斷裂發(fā)育，且斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈[7]。直到始新世晚期，印度板塊與歐亞板塊仍處在持續(xù)碰撞階段，此時(shí)，區(qū)域上南海北部地殼正處于右旋走滑伸展?fàn)顟B(tài)，珠江口盆地及內(nèi)部裂陷盆地開平凹陷早期的斷裂活動(dòng)也大幅加強(qiáng)，近NE向斷裂廣泛發(fā)育（圖10a）。

漸新世（圖10b），印度板塊和歐亞大陸發(fā)生完全碰撞，致使印支地塊向東南方向不斷逃逸，且發(fā)育于青藏高原東南端的紅河斷裂帶開始活動(dòng)，并進(jìn)入婆羅洲地塊[9,19]。該斷裂帶的形成徹底改變了早期南海和周緣陸塊構(gòu)造格局，使其盆地構(gòu)造樣式、動(dòng)力機(jī)制更加復(fù)雜化[31]。同時(shí)，太平洋板塊的俯沖方向由NNW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向，菲律賓板塊也持續(xù)向北移動(dòng)并楔入太平洋板塊，古南海向南俯沖，產(chǎn)生的拖拽力使巖石圈發(fā)生張裂，新的洋殼開始出露，新南海海盆開始擴(kuò)張，巖石圈的形變也逐漸遠(yuǎn)離陸緣向海域遷移。相對(duì)而言，北部陸緣盆地的斷裂構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度明顯減弱，開平凹陷在構(gòu)造應(yīng)力場N-E向伸展拉張及持續(xù)的右旋走滑作用下發(fā)育近EW向、NEE向斷裂，在凹陷平面上多呈現(xiàn)平行式、雁列式等組合類型，盆地的伸展作用也持續(xù)減弱。到晚漸新世，古南海西端開始封閉并不斷向東段發(fā)展，俯沖作用產(chǎn)生的拖拽力及哀牢山-紅河斷裂帶的左行走滑運(yùn)動(dòng)整體形成了南北向的區(qū)域性伸展。在此應(yīng)力場作用下，華南陸緣上地殼處于伸展拉薄狀態(tài)，南海北部右旋應(yīng)力逐漸增強(qiáng)，開平凹陷內(nèi)大量發(fā)育NEE向、近EW向斷裂，斷裂活動(dòng)減弱[32]。

進(jìn)入中新世（圖10c），菲律賓板塊向北運(yùn)動(dòng)并伴隨順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，印度-澳大利亞板塊加速北沖，致使印支板塊內(nèi)部走滑剪切方向發(fā)生強(qiáng)烈轉(zhuǎn)變，古南海也進(jìn)入閉合狀態(tài)，南海的擴(kuò)張結(jié)束[33]。至中新世末，菲律賓板塊向NWW向徹底匯聚并楔入歐亞大陸，此時(shí)的珠江口盆地出現(xiàn)了大規(guī)模的區(qū)域性抬升和巖漿活動(dòng)，開平凹陷逐步發(fā)育NW-NWW向斷裂，研究區(qū)平面上常見斜交式斷裂平面組合特征，斷裂活動(dòng)進(jìn)一步減弱，斷裂活動(dòng)速率變化趨于穩(wěn)定，盆地進(jìn)入熱沉降階段。由中新世末至現(xiàn)今（圖10d），整個(gè)珠江口盆地經(jīng)歷了新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段并完成了長期的構(gòu)造沉降，最終形成了現(xiàn)今的區(qū)域構(gòu)造格局。縱觀南海及其周緣的整個(gè)構(gòu)造演化歷程，南海北部陸緣主要在始新世-漸新世期間發(fā)育的NE向、近EW向、中新世期間發(fā)育的NW向3組斷裂[34]。且在持續(xù)右旋的構(gòu)造應(yīng)力場作用下，南海北緣與開平凹陷的斷裂構(gòu)造走向、斷裂活動(dòng)性及動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制均保持一致性。

圖10 南海及其周緣構(gòu)造演化過程（據(jù)文獻(xiàn)[2]修改）Fig.10 Tectonic evolution of the South China Sea and its surroundings（modified from reference[2]）

6 結(jié)論

（1）珠江口盆地開平凹陷內(nèi)部斷裂構(gòu)造極其復(fù)雜，且對(duì)盆地演化、構(gòu)造圈閉及油氣成藏等具有重要的控制作用。本文利用高分辨率三維地震剖面和相關(guān)井?dāng)?shù)據(jù)來分析斷裂構(gòu)造體系，將研究區(qū)斷裂構(gòu)造類型按級(jí)別與規(guī)模劃分為一級(jí)控盆斷裂、二級(jí)控凹斷裂、三級(jí)控帶斷裂和四級(jí)控圈斷裂。在主干斷層剖面上區(qū)分“犁式”正斷層的基礎(chǔ)上，識(shí)別出研究區(qū)內(nèi)“Y”字型斷層、階梯狀斷層以及卷心型斷層等多種剖面組合樣式。運(yùn)用地震屬性相干技術(shù)在二維切片上劃分出了平行式、雁列式、斜交式3種平面組合類型。

（2）將斷裂演化時(shí)期劃分為斷陷期、斷坳轉(zhuǎn)換期和坳陷期3個(gè)階段。斷陷期的斷裂活動(dòng)強(qiáng)度最高，并隨著斷裂活動(dòng)速率快速減小而減弱，同時(shí)區(qū)域斷裂廣泛發(fā)育；進(jìn)入斷坳轉(zhuǎn)換期，活動(dòng)強(qiáng)度不斷削弱，斷裂活動(dòng)速率驟降并持續(xù)衰減；直至坳陷期，斷裂活動(dòng)速率變化趨于穩(wěn)定，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度降至最低，斷裂發(fā)育更加微弱。結(jié)合區(qū)域應(yīng)力場分布，開平凹陷從古新世神狐組基底至中新世的沉積地層內(nèi)斷裂走向發(fā)生NE向→NEE向→EW向→NWW向→NW向的順時(shí)針轉(zhuǎn)變，該變化特征與新生代以來古南海的消亡和新南海的形成演化期間南海北緣區(qū)域應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變保持一致性。

（3）斷裂活動(dòng)作為盆地構(gòu)造活動(dòng)的重要表現(xiàn)形式，也是與區(qū)域構(gòu)造演化相伴生所不可或缺的標(biāo)識(shí)。受東部太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖、西部印度板塊向歐亞大陸的陸陸碰撞以及北部華南陸緣的南北向伸展和南部古南海向婆羅洲俯沖拖曳的聯(lián)合作用，開平凹陷在持續(xù)右旋的伸展拉張應(yīng)力場環(huán)境下，自早始新世時(shí)期，在華南陸緣對(duì)太平洋板塊俯沖后撤及印度與歐亞板塊碰撞作用下，盆地內(nèi)部近NE向的斷裂逐漸發(fā)育。至漸新世太平洋板塊俯沖方向的轉(zhuǎn)變和哀牢山-紅河斷裂帶的左行走滑運(yùn)動(dòng)及古南海向南的俯沖拖拽作用，致使南北向伸展作用不斷加強(qiáng)，盆地EW向斷裂大量發(fā)育。進(jìn)入中新世，印澳板塊加速北沖，南海海底擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)結(jié)束，至中新世末，菲律賓板塊徹底鍥入歐亞大陸，珠江口盆地發(fā)生大型區(qū)域抬升和巖漿活動(dòng)，近NWW-NW向斷裂發(fā)育，且斷裂活動(dòng)減弱，區(qū)域熱沉降運(yùn)動(dòng)加劇。