南海南部北康盆地構(gòu)造樣式及構(gòu)造演化

雷振宇, 劉曉峰, 張 莉, 駱帥兵, 錢 星, 劉建平, 王智剛, 帥慶偉

南海南部北康盆地構(gòu)造樣式及構(gòu)造演化

雷振宇1, 2, 劉曉峰3*, 張 莉1, 2, 駱帥兵1, 2, 錢 星1, 2, 劉建平1, 2, 王智剛1, 2, 帥慶偉1, 2

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局, 廣東 廣州 510760; 2.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510760; 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院, 湖北 武漢 430074)

南海南部是我國(guó)油氣資源調(diào)查的前沿, 開展南海南部北康盆地構(gòu)造樣式及其形成演化研究對(duì)于明確盆地油氣遠(yuǎn)景區(qū)帶及南部諸盆地構(gòu)造演化歷史具有重要的借鑒意義。利用2D地震資料, 在精細(xì)構(gòu)造?地層解釋基礎(chǔ)上, 厘定了北康盆地主要的構(gòu)造樣式; 采用平衡剖面技術(shù), 對(duì)北康盆地的伸展率和伸展量進(jìn)行定量恢復(fù), 重建盆地的構(gòu)造演化史。結(jié)果表明, 北康盆地共發(fā)育5類主要的構(gòu)造樣式, 分別為伸展、反轉(zhuǎn)、擠壓、走滑?伸展和底辟構(gòu)造樣式, 其中走滑?伸展構(gòu)造、擠壓構(gòu)造和反轉(zhuǎn)構(gòu)造為油氣最有利富集部位。盆地的形成演化總體上經(jīng)歷了三期六幕, 即裂陷期(初始裂陷幕、裂陷鼎盛幕)、斷坳轉(zhuǎn)換期(斷坳轉(zhuǎn)換1幕、斷坳轉(zhuǎn)換2幕)和拗陷期(拗陷1幕、拗陷2幕)。

構(gòu)造樣式; 構(gòu)造演化; 北康盆地; 南海南部

0 引 言

南海南部海域蘊(yùn)藏豐富的油氣資源, 具有巨大的勘探開發(fā)潛力和廣闊的資源遠(yuǎn)景(劉振湖, 2005; 楊明慧等, 2017)。北康盆地位于南海南部海域, 盆地面積約6萬平方千米, 水深100～2000 m, 屬于大型新生代含油氣盆地, 主體位于南海南部陸坡深水區(qū), 發(fā)育多套生儲(chǔ)蓋組合, 油氣資源潛力巨大(金慶煥, 1989; 王嘹亮等, 2000; Madon et al., 2013)。我國(guó)對(duì)該盆地的勘探仍處于初級(jí)階段, 而國(guó)外石油公司在該區(qū)已完成大量地震調(diào)查和鉆探工作, 獲得了油氣發(fā)現(xiàn)(Madon, 1999)。

晚白堊世?早漸新世, 北康盆地發(fā)生陸內(nèi)裂陷, 經(jīng)歷了第一期伸展過程。隨著南海不斷擴(kuò)張, 經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(Ding et al., 2013)。晚漸新世?中中新世, 物源發(fā)生了重大變化, 在多因素的作用下形成了類型眾多的局部構(gòu)造。我國(guó)學(xué)者在北康盆地沉積特征、構(gòu)造演化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和層序地層等方面取得了一系列成果(姚伯初, 1998; 金慶煥和李唐根, 2000; 王嘹亮等, 2002; 張莉等, 2003; 姚永堅(jiān)等, 2005; 雷振宇等, 2019)。在盆地構(gòu)造演化方面, 姚伯初(1998)最早分析了海南新生代盆地的構(gòu)造演化過程, 提出北康盆地為神狐運(yùn)動(dòng)中形成的陸緣斷陷盆地。金慶煥和李唐根(2000)認(rèn)為北康盆地的構(gòu)造受廷賈斷裂和擠壓應(yīng)力共同控制。王宏斌等(2001)識(shí)別出北康盆地3個(gè)構(gòu)造層, 并劃分了二級(jí)構(gòu)造單元。通過與萬安、曾母和南薇西盆地的對(duì)比, 白志琳等(2004)和姚永堅(jiān)等(2005)初步劃分了北康盆地構(gòu)造演化階段, 認(rèn)為北康盆地構(gòu)造演化受到禮樂運(yùn)動(dòng)、西衛(wèi)運(yùn)動(dòng)和南沙運(yùn)動(dòng)的影響。

在前人研究基礎(chǔ)上, 本文利用二維地震資料, 通過精細(xì)的構(gòu)造?地層解釋, 對(duì)北康盆地主要的構(gòu)造樣式進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別, 分析其構(gòu)造演化特征, 采用平衡剖面技術(shù), 恢復(fù)北康盆地的構(gòu)造演化歷史, 進(jìn)一步細(xì)分其構(gòu)造演化階段, 為北康盆地基礎(chǔ)地質(zhì)和油氣地質(zhì)條件研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

北康盆地主體位于南海南部邊緣, 總體呈NE向展布, 其西北與南薇西盆地相鄰, 西南邊界以NW向廷賈斷裂與曾母盆地分隔, 東南部與南沙海槽盆地相連(圖1)。北康盆地及其周圍盆地的形成演化與南海新生代板塊運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。南海新生代板塊在太平洋板塊、歐亞板塊與印?澳板塊的影響下, 發(fā)生裂解、會(huì)聚和碰撞等過程, 引發(fā)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。根據(jù)前人的研究成果, 以漸新世的南海運(yùn)動(dòng)為標(biāo)志, 可將南海新生代板塊運(yùn)動(dòng)劃分為兩個(gè)階段: 第一階段為晚白堊世–早漸新世, 古南海洋殼向南俯沖, 直到古南海閉合; 第二階段為晚漸新世–早中新世末, 南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞, 新南海開始擴(kuò)張與形成(金慶煥, 1989; Li et al., 2014)。

北康盆地是在被動(dòng)陸緣形成中發(fā)育的陸緣斷陷盆地, 盆地內(nèi)劃分出西部坳陷、東北坳陷、中部隆起、東南坳陷、東南隆起5個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元, 形成“三隆兩坳”的構(gòu)造格局(圖1)。沉積地層厚度最大的是東南坳陷, 達(dá)12 km。盆地內(nèi)基底主要以酸性火成巖和中性火成巖為主。

新生代以來, 北康盆地主要經(jīng)歷了6次區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(姚伯初, 1994), 分別為禮樂運(yùn)動(dòng)、西衛(wèi)運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、南沙運(yùn)動(dòng)、萬安運(yùn)動(dòng)和廣雅運(yùn)動(dòng), 分別對(duì)應(yīng)于地震資料中的7個(gè)區(qū)域性不整合界面Tg、T5、T4、T31、T3、T2和T1(圖2)。其中, Tg是盆地經(jīng)歷風(fēng)化剝蝕和后期改造形成的基底面; T5不整合與西衛(wèi)運(yùn)動(dòng)和早中新世的低海平面相對(duì)應(yīng); 16 Ma全球海平面開始下降, 與南沙運(yùn)動(dòng)一起控制了T3不整合界面的形成; T2不整合界面對(duì)應(yīng)于10.5 Ma晚中新世的萬安運(yùn)動(dòng), 同時(shí)該時(shí)期為最大海平面下降開始的時(shí)間。

2 資料與方法

本文選取區(qū)域2D地震剖面, 運(yùn)用Geoframe軟件對(duì)工區(qū)剖面進(jìn)行精細(xì)解釋。具體做法如下: ①以T2～Tg界面作為關(guān)鍵界面, 對(duì)地層進(jìn)行劃分; ②遵循主測(cè)線、聯(lián)絡(luò)線嚴(yán)格閉合的原則, 以建立的基干剖面為基礎(chǔ), 對(duì)全區(qū)層位進(jìn)行追蹤; ③對(duì)研究區(qū)進(jìn)行構(gòu)造解釋, 查明盆地所發(fā)育的構(gòu)造樣式類型。在此基礎(chǔ)上, 利用平衡剖面恢復(fù)技術(shù), 將變形構(gòu)造通過幾何學(xué)平衡原則、運(yùn)動(dòng)學(xué)原理, 恢復(fù)成變形前形態(tài), 對(duì)北康盆地的構(gòu)造演化進(jìn)行定量研究。

圖1 北康盆地構(gòu)造區(qū)劃圖(據(jù)雷振宇等, 2019)

圖2 北康盆地綜合地層柱狀圖

研究區(qū)內(nèi)的斷層大多數(shù)為正斷層, 采用非運(yùn)動(dòng)學(xué)方法中的剪切去褶皺法和運(yùn)動(dòng)學(xué)方法中的斜剪切法對(duì)新生代斷層進(jìn)行斷距恢復(fù)(Woodward et al., 1989; Exploration, 1999)?；謴?fù)過程中計(jì)算不同時(shí)期的構(gòu)造伸展量(Δ)和構(gòu)造伸展率(), 重點(diǎn)分析了盆地橫向伸展和擠壓特征。

不同時(shí)期的構(gòu)造伸展量(Δ)反映了構(gòu)造應(yīng)力的變化情況以及構(gòu)造的形變程度(薛岡等, 2001), 可根據(jù)公式(1)進(jìn)行計(jì)算:

Δ=L?L(1)

式中,L為第層頂界面沉積時(shí)的剖面長(zhǎng)度(單位: km);L為第層底界面沉積時(shí)的剖面長(zhǎng)度(單位: km)。不同時(shí)期的構(gòu)造伸展率()反映了構(gòu)造的伸展情況, 可根據(jù)公式(2)進(jìn)行計(jì)算:

=(L?L)/T(2)

式中,T為第層的沉積時(shí)間, 單位: Ma。

3 北康盆地構(gòu)造樣式特征

通過對(duì)地震剖面進(jìn)行精細(xì)解釋, 北康盆地共發(fā)育5類構(gòu)造樣式, 分別為伸展構(gòu)造、反轉(zhuǎn)構(gòu)造、擠壓構(gòu)造、走滑?伸展構(gòu)造和底辟構(gòu)造。

3.1 伸展構(gòu)造樣式

伸展構(gòu)造為北康盆地主要的構(gòu)造樣式類型, 主要包括斷陷邊界的伸展斷層及其伴生構(gòu)造。斷陷邊界的伸展斷層多為鏟式斷層, 少數(shù)為坡坪式。這些斷層控制半地塹式盆地, 多為南東斷北西超的箕狀結(jié)構(gòu)(圖3)。多數(shù)伸展斷層伴生有滾動(dòng)背斜, 形成伸展斷層?滾動(dòng)背斜構(gòu)造樣式; 另外一些多形成簡(jiǎn)單的鏟式斷層?掀斜斷塊構(gòu)造樣式(圖4)。邊界伸展斷層多數(shù)為NNE-NE向, 少數(shù)為NW向。一般靠近南東的斷層產(chǎn)狀較陡, 切割較深, 而位于北西區(qū)域的斷層產(chǎn)狀較緩。即從南東向北西邊界斷層拆離的層位越來越淺。這些邊界伸展斷層多數(shù)終止于T3界面, 說明主要活動(dòng)期在T3之前, 部分?jǐn)鄬映掷m(xù)活動(dòng)到T2或T1之前, 但斷距很小。

3.2 反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式

正反轉(zhuǎn)構(gòu)造是北康盆地發(fā)育的特色性構(gòu)造樣式, 主要為伸展斷層的正反轉(zhuǎn)(圖5)。由于反轉(zhuǎn)程度較小, 斷層依然表現(xiàn)為正斷層。反轉(zhuǎn)構(gòu)造主要發(fā)育在T3界面之下, 表現(xiàn)為T3界面之上地層在背斜處超覆特征顯著, 據(jù)此可以推斷其形成主要時(shí)期為中中新世(T3～T2)。Cullen (2014)曾指出研究區(qū)范圍內(nèi)存在正反轉(zhuǎn)構(gòu)造, 形成了大量形態(tài)類似于背斜的構(gòu)造圈閉, 是油氣聚集的有利場(chǎng)所。

3.3 擠壓構(gòu)造樣式

在區(qū)域擠壓作用下, 除了伸展斷層的正反轉(zhuǎn), 也形成了一些擠壓構(gòu)造。研究區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)明顯的逆沖斷層, 但發(fā)育很多擠壓形成的褶皺(圖6)。圖6剖面顯示, 除了T3界面之下地層發(fā)生擠壓褶皺之外, 在T1界面之下也存在顯著的褶皺, 后期 T1界面處向斜核部由于地勢(shì)較低, 往往容易遭受下切侵蝕, 形成填平補(bǔ)齊式充填結(jié)構(gòu)。反映區(qū)域上存在兩次明顯的擠壓褶皺作用。

圖3 鏟式斷層控制的半地塹結(jié)構(gòu)剖面圖

圖4 鏟式斷層?掀斜斷塊構(gòu)造剖面圖

圖5 沿?cái)嘞葸吔鐢鄬影l(fā)育的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造

圖6 區(qū)域擠壓產(chǎn)生的褶皺構(gòu)造

3.4 走滑?伸展構(gòu)造樣式

走滑?伸展構(gòu)造主要為負(fù)花狀構(gòu)造(圖7), 發(fā)育在研究區(qū)的東南部, 向西北部減弱。走滑?伸展斷層在T31界面之后開始發(fā)育, 局部控制了T31～T3的沉積; 許多斷層在T1界面之后再活動(dòng), 中間為停滯或靜止期, 表明存在兩次走滑?伸展作用。平面上走滑?伸展斷層呈近NNE向展布(圖8), 為左旋走滑?伸展。走滑?伸展斷塊為有利的構(gòu)造圈閉, 目前Talang-1、Bako-1等鉆井均發(fā)現(xiàn)油氣顯示。

3.5 底辟構(gòu)造樣式

底辟構(gòu)造樣式包括泥底辟構(gòu)造和流體底辟構(gòu)造。研究區(qū)泥底辟構(gòu)造主要分布在北康盆地西南部與曾母盆地交匯處。該泥底辟構(gòu)造屬于曾母盆地重力滑脫?泥底辟構(gòu)造體系的前緣部分。主要表現(xiàn)為泥底辟背斜, 深部見刺穿牽引構(gòu)造, 局部見逆沖斷層; 頂部可見拱頂?shù)貕q構(gòu)造。泥底辟構(gòu)造主要發(fā)育在T0界面之下, 對(duì)應(yīng)為上?更新世。

研究區(qū)東南部區(qū)域可見流體底辟構(gòu)造, 即氣煙囪(圖9)。與巖漿底辟侵入不同的是巖漿底辟拱起牽引構(gòu)造顯著, 氣煙囪模糊反射顯著, 頂部可見強(qiáng)振幅反射的“亮點(diǎn)”。Paus-1井鉆探“氣煙囪”現(xiàn)象, 并見氣柱和油層。

圖7 走滑?伸展斷層解釋剖面圖

圖8 北康盆地南部走滑?伸展斷層分布圖(據(jù)Cullen, 2014修改)

4 北康盆地構(gòu)造演化階段

北康盆地的構(gòu)造演化受區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響, 與南海海盆兩次海底擴(kuò)張及三次主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)(Briais et al., 1993; Hutchison, 2004; Barckhausen and Roeser, 2004; 孫珍等, 2006; 李三忠等, 2012; 王龍樟等, 2019)。古新世?中始新世中期, 北康盆地位于華南陸緣, 晚白堊世古太平洋板塊主要俯沖帶已躍遷到赤道附近(Taylor and Hayes, 1980; Ru and Pigott, 1986), 由于太平洋板塊俯沖速率降低以及運(yùn)動(dòng)方向由NWW向變?yōu)镹NW向, 歐亞大陸東緣發(fā)生廣泛的伸展活動(dòng)(Hinz and Schlüter, 1985; Briais et al., 1989; Hazebroek and Tan, 1993), 逐漸形成一系列地塹和半地塹斷陷盆地。早漸新世, 南海發(fā)生第一次海底擴(kuò)張(Hutchison, 1992; Huchon et al., 2001, 雷超等, 2015)。早中新世, 南海發(fā)生第二次海底擴(kuò)張(Taylor and Hayes, 1983; Briais et al., 1993; Hutchison, 2004; 姚伯初和萬玲, 2005; Cullen et al., 2010; Li et al., 2014), 隨著西南次海盆的打開, 南沙塊體從中西沙地塊中分離出來, 并向東南方向移動(dòng), 在拉張應(yīng)力場(chǎng)控制下, 北康盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)不斷加強(qiáng)。早中新世末期南沙運(yùn)動(dòng)是北康盆地局部構(gòu)造主要形成時(shí)期, 此次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成南沙海域T3地震反射界面以下層序發(fā)生強(qiáng)烈褶皺斷裂。中中新世以后, 南海擴(kuò)張終止, 進(jìn)入穩(wěn)定沉降階段。

基于研究區(qū)精細(xì)地震解釋成果的構(gòu)造樣式分析, 在北康盆地共識(shí)別出5種主要的構(gòu)造樣式。伸展構(gòu)造在地震剖面中主要終止于T3界面(中中新世之前), T3～T1之間主要斷層的斷距很小(圖3、4); 反轉(zhuǎn)背斜主要發(fā)育在T3界面之下, 其活動(dòng)于中中新世之后(圖5、6); 擠壓褶皺可分為兩期, 分別是T3之下(中中新世之前)以及T1之下(晚中新世)(圖7); 走滑?伸展構(gòu)造主要發(fā)育在盆地東南部, 包括T3之上(晚中新世)及T1之上(上新世)兩期(圖8、9); 底辟構(gòu)造主要發(fā)育于T3界面之上(晚中新世)(圖10)。

為進(jìn)一步限定北康盆地構(gòu)造演化的主要階段, 通過平衡剖面技術(shù), 開展了北康盆地的構(gòu)造演化回剝, 結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史及前人研究成果, 本次研究將北康盆地構(gòu)造演化劃分為三期: 裂陷期、斷拗轉(zhuǎn)換期及拗陷期, 包含六幕演化, 分別是裂陷期的初始裂陷幕、裂陷鼎盛幕、斷拗轉(zhuǎn)換期的斷拗轉(zhuǎn)換1幕、斷拗轉(zhuǎn)換2幕, 拗陷期的拗陷1幕以及拗陷2幕。

4.1 裂陷期

4.1.1 初始裂陷幕(晚古新世?早漸新世, 58.7～32 Ma)

晚古新世?早漸新世, 北康盆地進(jìn)入裂陷演化階段, 為初始裂陷幕。T5界面上、下兩套地層, 整體構(gòu)造表現(xiàn)為由鏟式伸展斷層控制的一系列半地塹。初始裂陷幕早期(58.7～40.4 Ma)NNE向伸展率為7.36%, 伸展量為15.86 km(圖10a); SEE向伸展率為10.50%, 伸展量為24.43 km, 反映該時(shí)期以NW-SE向伸展為主(圖11a)。

約40.4 Ma, 中、晚始新世之交發(fā)生西衛(wèi)運(yùn)動(dòng), 該運(yùn)動(dòng)造成盆地區(qū)域性抬升, 以T5不整合面形成為代表。初始裂陷幕晚期(40.4～32 Ma), 盆地演化表現(xiàn)為繼承性伸展斷陷, 依然為分隔性較強(qiáng)的半地塹。NNE向伸展率為4.79%, 伸展量為11.08 km(圖10b); SEE向伸展率為12.24%, 伸展量為31.47 km(圖11b), 反映該時(shí)期仍然以NW-SE向伸展為主。

4.1.2 裂陷鼎盛幕(晚漸新世, 32～23 Ma)

漸新世(T4～T31), 北康盆地進(jìn)入第2幕裂陷階段, 此階段為北康盆地裂陷鼎盛時(shí)期。該時(shí)期早期形成的斷裂得到進(jìn)一步強(qiáng)化; 北康盆地發(fā)育的半地塹構(gòu)造得到進(jìn)一步連通, 盆地范圍擴(kuò)大。盆地NNE向伸展率為2.92%, 伸展量為7.07 km(圖10c); SEE向伸展率為7.02%, 伸展量為20.25 km(圖11c), 反映該時(shí)期仍然以NW-SE向伸展為主。

4.2 斷拗轉(zhuǎn)換期(早中新世?中中新世, 23～10.5 Ma)

4.2.1 斷拗轉(zhuǎn)換1幕(早中新世, 23～16 Ma)

早中新世(T31～T3), 北康盆地開始進(jìn)入斷拗轉(zhuǎn)換階段(圖10d、11d)。約23 Ma, 北康盆地受南海S-N向擴(kuò)張和西南次海盆張開的影響, 北康盆地的裂陷作用進(jìn)一步加強(qiáng)。受錫布增生系擠壓和南沙地塊向婆羅洲地塊俯沖的影響, 北康盆地西南緣抬升強(qiáng)烈, 東北強(qiáng)烈拗陷, 而東南緣強(qiáng)烈隆升導(dǎo)致剝蝕強(qiáng)烈, 形成康西坳陷和T31斷拗轉(zhuǎn)換界面。這一時(shí)期, 盆地伸展活動(dòng)逐漸減弱, 伸展構(gòu)造大多終止于該時(shí)期的T3界面。

圖9 流體底辟構(gòu)造特征

圖10 北康盆地NNE向構(gòu)造演化剖面

圖11 北康盆地SEE向構(gòu)造演化剖面

圖12 北康盆地區(qū)域構(gòu)造演化史

4.2.2 斷拗轉(zhuǎn)換2幕(中中新世, 16～10.5 Ma)

中中新世(T3～T2), 北康盆地進(jìn)入斷拗轉(zhuǎn)換第2幕, 屬于擠壓拗陷階段。約16 Ma, T3界面發(fā)生NW-SE向擠壓, 先前地層發(fā)生褶皺, 斷陷發(fā)生反轉(zhuǎn), 表現(xiàn)為T3界面之下反轉(zhuǎn)背斜發(fā)育, 斷裂基本屬于初始反轉(zhuǎn)階段, 尚保留正斷層的性質(zhì), 未發(fā)育明顯的逆沖斷層。此時(shí)NNE向收縮率為3.78%, 收縮量為9.43 km (圖10e); SEE向收縮率為8.21%, 收縮量為26.06 km (圖11e), 由此反映出該時(shí)期以NW-SE向擠壓為主。

4.3 拗陷期(晚中新世?更新世, 10.5～0 Ma)

4.3.1 拗陷1幕(晚中新世, 10.5～5.3 Ma)

晚中新世以來, 北康盆地走滑作用和擠壓作用逐漸減弱, 伸展速率減小, 沉降量也減少, 區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)逐漸松弛, 北康盆地進(jìn)入松弛拗陷階段(圖10f、11f)。由于沉積中心的轉(zhuǎn)變, 構(gòu)造沉降層逐漸向盆地東南方向加厚。

4.3.2 拗陷2幕(上?更新世, 5.3～0 Ma)

上?更新世以來, 盆地進(jìn)入再次擠壓拗陷階段。5.3 Ma盆地再次發(fā)生NW-SE向擠壓作用, 發(fā)育T1界面之下的第二期擠壓褶皺構(gòu)造。該時(shí)期, 前期地層進(jìn)一步褶皺, 反轉(zhuǎn)構(gòu)造進(jìn)一步發(fā)育, 局部見小規(guī)模逆沖斷層。泥巖軟弱層由于受到擠壓作用,易于在局部形成底辟構(gòu)造(圖10g)。此時(shí)NNE向收縮率為5.91%, 收縮量為14.18 km(圖10g); SEE向收縮率為2.79%, 收縮量為8.14 km(圖11g)。之后, 走滑?伸展作用也再次活動(dòng), 形成T1之上的走滑伸展構(gòu)造。

5 盆地演化的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)模型

基于北康盆地主要構(gòu)造演化階段及其構(gòu)造樣式特征分析, 結(jié)合南海區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)制, 提出了北康盆地發(fā)育演化的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)模型(圖12)。

5.1 晚古新世?漸新世裂陷期(Tg～T31, 58.7～23 Ma)

5.1.1 晚古新世?早漸新世初始裂陷幕(Tg～T4, 58.7～ 32 Ma)

在晚白堊世?古新世時(shí)期, 南海北緣和南沙地塊均位于華南地塊南緣, 可統(tǒng)稱為古南海北部陸塊。晚白堊世末(圖12a), 印度板塊從岡瓦納地塊裂解分離后快速向北運(yùn)移, 到43 Ma左右, 其與歐亞板塊開始硬碰撞, 導(dǎo)致特提斯域消亡, 引發(fā)了印度洋和南太平洋重大的板塊運(yùn)動(dòng)重組, 澳大利亞板塊突然加速向北漂移導(dǎo)致古南海俯沖閉合(解習(xí)農(nóng)等, 2015)。同時(shí), 地幔隆升導(dǎo)致華南大陸邊緣破裂, 區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)表現(xiàn)為NW-SE向拉伸, 形成了一系列NNE-NE向斷陷群, 并伴隨火山噴發(fā), 北康盆地進(jìn)入初始裂陷期。

5.1.2 晚漸新世裂陷鼎盛幕(T4～ T31, 32～23 Ma)

晚漸新世(T4～T31), 古南海洋殼持續(xù)俯沖直至閉合, 形成介于北部米里帶和南部盧帕爾帶之間的錫布增生系。此時(shí)南海海盆已經(jīng)打開, 但北康?曾母盆地所在的北部南海西南次海盆尚未打開, 南沙海槽南部至沙巴地區(qū)的古南海已經(jīng)閉合。Barckhausen and Roeser (2004)提出, 約31 Ma開始, 南海中部E-W走向的擴(kuò)張脊開始擴(kuò)張(圖12b), 25 Ma開始擴(kuò)張脊躍遷, 20.5 Ma南海擴(kuò)張停止。Barckhausen (2014)修正為南海中部擴(kuò)張的時(shí)間為32 Ma, 25 Ma開始擴(kuò)張脊躍遷, 西南次海盆擴(kuò)張。Briais (1993)在磁異常條帶工作基礎(chǔ)上建立了南海擴(kuò)張模式, 即32～27 Ma其間南海西北次海盆和中央海盆擴(kuò)張; 然后擴(kuò)張脊向南躍遷, 26～24 Ma期間南海西南次海盆開始擴(kuò)張。李家彪(2011)認(rèn)為33.5～25 Ma早期擴(kuò)張期間, 在東部海盆南、北兩側(cè)和西北海盆形成了具有近E-W向或NEE向磁條帶的老洋殼, 是近NNW-SEE向擴(kuò)張的產(chǎn)物, 而Li et al. (2014)認(rèn)為, 南海擴(kuò)張脊躍遷發(fā)生在約23.6 Ma。這一階段, 北康盆地強(qiáng)烈伸展沉降, 盆地范圍擴(kuò)展、水體加深, 是烴源巖發(fā)育的主要時(shí)期。

5.2 早?中中新世斷拗轉(zhuǎn)換期(T31～T2, 23～10.5 Ma)

5.2.1 早中新世斷拗轉(zhuǎn)換1幕(T31～T3, 23～16 Ma)

早中新世, 南海西南次海盆已經(jīng)開始擴(kuò)張(Li et al., 2014), 在東部海盆中央?yún)^(qū)和西南海盆形成了具有NE向磁條帶的新洋殼, 是NW-SE向擴(kuò)張的產(chǎn)物。由于受到西南次海盆擴(kuò)張影響, 該早期盆地伸展活動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng), 后期逐步減弱, 主要表現(xiàn)為熱沉降(圖12c)。

5.2.2 中中新世斷拗轉(zhuǎn)換2幕(T3～T2, 16～10.5 Ma)

早中新世末, 菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞, 引起蘇祿小洋盆向蘇祿弧俯沖(Hall, 2002), 導(dǎo)致南海南部大陸邊緣盆地的裂陷終止, 南海南部T3界面總體表現(xiàn)為不整合界面, 為澳大利亞板塊向北運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致南海南部沙巴造山運(yùn)動(dòng)以及南海海底擴(kuò)張停止的響應(yīng)界面(解習(xí)農(nóng)等, 2015)。在北康盆地, 由于南沙地塊向南俯沖于婆羅洲地塊之下, 而曾母地塊則向NW方向移動(dòng)(圖12d), 造成北康盆地的擠壓抬升, 盆地從斷拗?走滑轉(zhuǎn)化為擠壓拗陷階段, 盆地內(nèi)構(gòu)造受到強(qiáng)烈改造, 是北康盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造和擠壓構(gòu)造主要形成時(shí)期。此次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成南沙海域T3地震反射界面以下層序發(fā)生強(qiáng)烈褶皺斷裂, 并形成了T3區(qū)域不整合界面。這一時(shí)期也是北康盆地構(gòu)造圈閉發(fā)展的鼎盛時(shí)期, 擠壓構(gòu)造及反轉(zhuǎn)構(gòu)造為油氣最有利富集部位。

5.3 晚中新世?更新世拗陷期(T2～T0, 10.5～0 Ma)

5.3.1 晚中新世拗陷1幕(T2～T1, 10.5～5.3 Ma)

中中新世末, 隨著南沙地塊與曾母地塊縫合, 南海擴(kuò)張停止, 南沙地塊向婆羅洲地塊俯沖減緩并受力松弛反彈, 區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)入平靜松弛階段, 盆地演化進(jìn)入穩(wěn)定沉降階段, 差異沉降顯著(圖12e)。

5.3.2 上?更新世拗陷2幕(T1～T0, 5.3～0 Ma)

晚中新世末, 隨著菲律賓板塊的俯沖加強(qiáng), 導(dǎo)致研究區(qū)再次發(fā)生NW-SE向擠壓作用, 盆地再次進(jìn)入擠壓拗陷演化階段, 地層受擠壓進(jìn)一步褶皺(圖12f)。

6 結(jié) 論

本文在對(duì)北康盆地地震剖面精細(xì)構(gòu)造?地層解釋的基礎(chǔ)上, 厘定了北康盆地的構(gòu)造樣式, 探討了北康盆地的構(gòu)造演化歷史和成因, 主要結(jié)論如下:

(1) 北康盆地主要發(fā)育5類構(gòu)造樣式, 分別為伸展構(gòu)造、反轉(zhuǎn)構(gòu)造、擠壓構(gòu)造、走滑?伸展構(gòu)造和底辟構(gòu)造。其中, 擠壓構(gòu)造、反轉(zhuǎn)構(gòu)造和走滑?伸展構(gòu)造為油氣有利富集部位。

(2) 北康盆地構(gòu)造經(jīng)歷了從伸展斷陷階段到擠壓?拗陷階段的轉(zhuǎn)化過程。根據(jù)典型剖面的構(gòu)造演化回剝, 表明晚古新世?早中新世, 盆地伸展活動(dòng)整體減弱; 中中新世之后, 盆地出現(xiàn)明顯擠壓作用, 發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn); 由中中新世?晚中新世、上?更新世, 擠壓作用先呈現(xiàn)先強(qiáng)、后減弱、再增強(qiáng)的過程。

(3) 北康盆地構(gòu)造樣式的多樣性和演化的復(fù)雜性與古南海洋殼向婆羅洲俯沖拖曳、華南大陸邊緣的破裂伸展、新南海海底擴(kuò)張及兩次區(qū)域性的擠壓構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān), 盆地的構(gòu)造演化可劃分為裂陷期、斷拗轉(zhuǎn)換期及熱沉降期三期, 包括初始裂陷幕(晚古新世?早漸新世)、裂陷鼎盛幕(晚漸新世)、斷拗轉(zhuǎn)換1幕(早中新世)、斷拗轉(zhuǎn)換2幕(中中新世)、拗陷1幕(晚中新世)及拗陷2幕(上?更新世)等六幕演化。

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Structural Styles and Evolution of Beikang Basin, Southern South China Sea

LEI Zhenyu1, 2, LIU Xiaofeng3*, ZHANG Li1, 2, LUO Shuaibing1, 2, QIAN Xing1, 2, LIU Jianping1, 2, WANG Zhigang1, 2and SHUAI Qingwei1, 2

(1. GuangzhouMarineGeologySurvey, Guangzhou 510760, Guangdong, China; 2. KeyLaboratoryofMarineMineralResources, Guangzhou 510760, Guangdong, China; 3. School of Earth Resources, ChinaUniversityofGeoscience, Wuhan 430074, Hubei, China)

The southern South China Sea (SCS) is the forefront of petroleum investigation in China, and therefore, it is of great significance to define the tectonic evolution history of the basins and reveal petroleum prospect zones in this area. Based on the 2D seismic data and regional geological research results, we analyzed the main structural styles, quantitatively estimated the extensional rate and extensional quantity, and thus, reconstructs the structural evolution history of the Beikang Basin in the southern SCS. The results show that there are 5 main structural styles developed in the Beikang Basin, which are extensional structure, reverse structure, compressional structure, strike slip structure, igneous structure, mud diaper, and drape structure. The local structures are greatly affected by the fault activity, which resulted in the regional and genetic differences. The compressional structure and reverse structure are favorable settings for oil and gas accumulation. The formation and evolution of the Beikang Basin experienced three periods, which can be further divided into six episodes, i.e., syn-rift period (initial rifting episode, peak rifting episode), rifting-depression transition period (episode 1, episode 2) and depression period (episode 1, episode 2).

structural styles; tectonic evolution; Beikang Basin; southern South China Sea

2020-05-16;

2020-10-12

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查二級(jí)項(xiàng)目“南海XX油氣資源調(diào)查”(DD20190213)資助。

雷振宇(1983–), 男, 博士, 高級(jí)工程師, 主要從事海域油氣成藏與資源評(píng)價(jià)的工作。Email: 44231234@qq.com

劉曉峰(1970–), 博士, 教授, 主要從事沉積盆地分析的科研與教學(xué)工作。Email: xfliu@cug.edu.cn

P548

A

1001-1552(2021)05-0861-014

10.16539/j.ddgzyckx.2021.05.003