南海琼东南盆地新生代构造层序研究

孙 转,刘 豪,吴 哲

(1.同济大学海洋地质国家重点实验室,上海 200092;2.中国地质大学(北京）海洋学院,北京 100083）

南海琼东南盆地新生代构造层序研究

孙 转1,刘 豪2,吴 哲1

(1.同济大学海洋地质国家重点实验室,上海 200092;2.中国地质大学(北京）海洋学院,北京 100083）

基于南海琼东南盆地到目前为止还没有一个统一的构造层序划分方案的问题,在前人研究工作基础上,通过大量的二维地震构造层序闭合解释,从地震不整合面和构造发育特征识别出发,对新生代主要构造层序进行详细解剖。进一步结合对南海北部琼东南盆地新生代二维地震数据的精细综合分析,重新厘定了其新生代构造层序,并进行了构造层序的识别和划分。结果表明:按古构造运动面可将盆地充填序列划分为上、中、下三个构造层序,分别对应于盆地演化的三个阶段性。着重论述了三个构造层序的结构特征、叠加构造样式、构造层序发育特征、层序分布特征、沉积体系类型和盆地断裂演化序列之间的关系等,以期为今后的研究奠定基础。

琼东南盆地;新生代;构造层序;盆地演化

在盆地充填序列中,以重大构造运动所形成的区域性构造侵蚀不整合界面控制构造旋回的发育所划分的层序地层单元称为构造层序[1]。作为沉积盆地构造演化一个阶段的产物,构造层序反映的构造事件持续时间长、波及范围广。本文按古构造运动面可将盆地充填序列划分为上、中、下三个构造层序,分别对应于盆地演化的三个阶段性。下构造层代表早期裂陷作用形成的半地堑充填的产物,发育了多个独立的凹陷和凸起;上构造层则代表盆地发育晚期的裂后热沉降期,即拗陷作用的产物;中构造层则为二者的过渡时期的产物。

1 地质概况

琼东南盆地位于海南岛东南、西沙群岛以北的海域(16°5′～19°N、108°～112°E）,该盆地西以 1 号断裂与莺歌海盆地分界,东以神狐暗沙隆起与珠三凹陷相接,南界永乐隆起,总面积达3.4×104km2,最大沉积厚度在12 km以上,总体上呈北东向延伸,是一个在前第三系基底上发育起来的新生代陆缘拉张型含油气盆地(图1）。盆地构造网络主体为NE—SW向延伸的断层(裂）,向盆地西部则发生走向变化,趋向于近东西向展布;同时存在一组NW—SE向展布的断层系列而使琼东南盆地的构造格局复杂化[2,3]。

图1 琼东南盆地位置及构造区划示意(王春修,1992）Fig.1 The location and tectonic division of Qiongdongnan Basin(Wang Chunxiu,1992）

琼东南盆地经过多年的勘探,在构造层序划分方面,前人根据地震、钻井、测井等多方面资料,虽做了一定的研究工作,但也存在较大分歧,如,王根发、吴冲龙等(1998年）将琼东南盆地以为界将琼东南盆地分为上下两个构造层序[2]。杜振川、丁述理等(2002年）延用了上述的划分方案[3]。肖军、王华等(2003年）[4]以和为界将琼东南盆地划分为上、中、下三个构造层序。大量的资料证明,琼东南盆地具有典型“下断上拗中断拗”的叠置结构。本文通过大量的二维地震构造层序闭合解释,以地震不整合面和构造发育特征识别出发,对新生代主要构造层序进行详细解剖。将琼东南盆地以和为构造层序界面,将琼东南盆地新生代划分为上、中、下三个构造层序(表1）。

表1 琼东南盆地构造层序划分对比Tab.1 The stratigraphic sequence comparison of Qiongdongnan Basin

2 构造层序的划分依据及发育特征

图2 过L测线琼东南盆地地震剖面(测线位置详见图1）Fig.2 Seismic section through L survey line in Qiongdongnan Basin

2.1 划分依据

Tg(图3,下）为琼东南盆地的基底,基底以下主要由角闪岩、花岗闪长岩、花岗岩、安山玢岩、英安流纹岩等组成[6]。反射特征主要有:(1）界面连续的强反射,其下为弱反射或者是无反射;(2）反射振幅可变,界面平直有时候高低起伏,其下常有一套高角度,有一定成层性的强反射;(3）无反射界面或者是反射仅上覆层略强,但可见地层的成层性向下忽然变差,一般表现为由强反射忽然变为弱反射。引起这些变化的主要原因是由于地层岩性的差异变化。由此可以分辨追踪Tg界面。

2.2 构造层序发育特征

南海琼东南盆地新生代沉积演化受多重因素影响,沉积充填序列高度复杂,经历了断陷、断坳转换、坳陷三个演化阶段。在断裂主控因素作用下,盆地被正向构造单元分隔成多个沉积凹陷。下渐新统早期具有湖相沉积环境特征,中晚期逐渐过渡为滨浅—半深海环境;上渐新统属于典型的断陷—坳陷过渡阶段,以浅—半深海沉积环境为主,下中新统和中中新统为坳陷沉积期,上新统之后完全成为被动大陆边缘盆地特征,以浅—深海沉积环境为主。晚期坳陷阶段,断裂作用逐渐消失,盆地整体向南倾斜,并统一于南海盆地的开阔海沉积环境[7,8]。

图3 过L1(上、中图）、L2(下图）线剖面上各界面反射特征Fig.3 The characteristic of interface reflection through L1(upper,middle graph）and L2(bottom graph）line profiles

以坳陷充填为特征的上构造层沉积,具有较大的沉积速率,加之其它因素,如生烃等,使盆地逐渐发育超压[5,9]。该阶段的坳陷充填,也使得在断陷阶段形成的地形差异得以填平补齐,在基底整体下沉的背景下,盆地演化为开阔海,并成为南中国海的一部分。

2.2.1 渐新统构造层序(下构造层序）

2.2.2 下中新统—中中新统构造层序(中构造层序）

图4 下构造层层序平面展布Fig.4 The plane distribution of the lower tectonic stratigraphic sequence

21 Ma以后,琼东南盆地进入裂后热沉降期。从地震剖面中可见,之上断裂较少,沉积地层出现明显的拗陷特征,尽管盆地中部分断裂仍有活动,但总体上琼东南盆地进入了以热沉降为主的断坳转换期。此期沉积环境完全变为海相[9],此间垂向差异运动开始减弱,凹陷分隔性减弱,厚度变化小,并逐渐被区域沉降所代替,海侵使盆地内半地堑相互连通,盆地内冲填的沉积物也在更大的平面上展布(图5）,分割性减弱。

图5 中构造层层序平面展布Fig.5 The plane distribution of the middle tectonic stratigraphic sequence

2.2.3 上中新统—全新统构造层序(上构造层序）

图6 上构造层构造层序平面展布Fig.6 The plane distribution of the upper tectonic stratigraphic sequence

至第四纪,盆地分异出明显的陆架—陆坡体系,形成了与现今类似的沉积体系。该时期对应盆地的第三期快速沉降时期,盆地西部受红河物源的影响,陆坡进积较快,为高建设型陆坡;而盆地东部由于缺乏大河物源供给,陆坡进积作用慢,表现为坡折较大的滑塌破坏型陆坡。在盆地西部表现为异常明显的晚期加速沉降,而至盆地东部,这种晚期加速沉降特征逐渐消失(事实上至珠江口盆地这种加速沉降特征完全消失）[12]。可以看出盆地西高东低,整体向南倾斜,呈一个向南倾斜的单斜凹陷盆地,并统一于南海盆地的开阔海沉积环境(图6）。盆地已完全发育成被动大陆边缘沉积背景,陆架坡折明显,具有平缓的陆架(2°）、陆坡 (10°～20°）和平坦的盆底 (2°～3°）[14]。

2.3 断裂样式及形成动力学机制讨论

断裂是盆地的重要组成部分,对盆地的构造格局和沉积充填具有较强的控制作用。因此,断裂构造的演化特征与盆地构造演化具有较好的对应关系[13]。地球上早期的构造事件通常会由于破裂和岩浆作用而导致岩石圈强度的降低和软弱带的形成,在新构造事件下,激活老的软弱破碎带通常要比产生新的破裂带容易得多,从而发育的张裂构造系统很少是纯正向的。但是通过细化盆地内不同走向断裂构造的发育历史,并结合区域应力场,同样可以推测不同时期,盆地内不同走向断裂所对应的应力场方向,从而可以反演盆地的构造发育历史[14]。

2.3.1 琼东南盆地断裂构造样式

琼东南盆地主要发育 NNE、NE、EW、NW向4组断裂,其中以NE、EW向断裂为主,NW、NNE向断裂次之(图1）。在平面上 EW向与NE向断裂斜交,组合形态呈雁行状、蔚列状或构成帚状构造,它们分别反映了不同的构造演化阶段。琼东南盆地断裂活动主要发生在古近系,即 T60之后盆地就开始断坳转换时期。故本文主要讨论琼东南盆地的古近系的断裂机制和动力学条件[13]。

琼东南盆地的裂陷结构在轴向上呈现分段性,即以盆地中部北西走向断裂发育区为界,西部的主要构造单元呈东西向,东部的主要构造单元以北东向为主。

琼东南盆地经历了始新世—早渐新世和晚渐新世两期裂陷。始新世—早渐新世裂陷具有明显的扩展特征(图7）。始新世以北东向和北西向裂陷发生裂陷活动为主,裂陷中充填了始新统陆相湖盆沉积。早渐新世,北东向和北西向裂陷继承性发育,同时东西向裂陷发生快速裂陷活动,裂陷带的沉积充填由早期的陆相湖盆沉积演化为海陆过渡相和浅海相沉积,发育较大面积和厚层稳定的海岸平原、三角洲平原含煤岩系[11]。早渐新世末期,盆地发生构造抬升。在以上裂陷过程中,盆地东、西部之间存在明显变化。盆地西部主要构造呈北西向,裂陷活动在始新世—早渐新世裂陷期间发生自南向北的扩展,南部乐东凹陷在始新世开始发生裂陷活动,裂陷受北西向、北东向和东西向3组断裂的限制,而北部的崖南凹陷和崖北凹陷在早渐新世开始发生裂陷。

图7 过L1、L3断裂构造样式Fig.7 The structural pattern of test lines L1 and L3

晚渐新世强烈的裂陷活动主要沿北东向和东西向裂陷发生,而北西向裂陷的裂陷活动则逐渐减弱。因断块的掀斜运动,晚渐新世早期的陵水组沉积环境主要表现为分割浅海环境。随后,区域沉降背景的叠加作用逐渐加强,凸起带面积显著缩小,陵水组沉积期浅海范围明显扩张。

2.3.2 动力学机制讨论

始新世晚期(46 Ma）,琼东南盆地开始发育,由于南海扩张和印支挤出的联合作用,此期间琼东南盆地的构造发育产生东西差异。盆地西部受莺歌海盆地1号断裂剪切作用的影响,EW向断裂较为发育;而东部在南东向伸展应力作用和NE向先存断裂的影响下,主要发育NE和NEE向断裂,EW向断裂不明显[4]。整体上NE向断裂为一级断裂,它们控制了盆地的走向和形态,以及盆地的构造裂陷沉降及沉积充填,最大沉降速率高达600 m/Ma[11]。因此,NE向的大型深断裂为主控断裂,EW向断裂主要控制了盆地西北部的沉积,NW走向的断裂带与应力方向近平行表现出剪切性质,控制了凹陷的局部结构,但对凹陷沉积的影响不强烈[15]。根据上述结构特点,推断此阶段研究区主要受到南海陆缘张裂期间SE向伸展应力作用的控制,在先存基底断裂的基础上发育了一系列与应力方向近正交的NE向断裂,强烈的伸展作用使凹陷内发生了明显的断块旋转,形成众多犁式半地堑构造。NW走向的断裂与伸展方向近平行,因此主要表现为走滑特点,对沉积控制不强。

Northrup等[8]对太平洋板块与欧亚板块之间不同时间段会聚方向和速率变化的研究表明,太平洋板块自晚白垩纪沿NWW向相对欧亚板块以130 mm/a的速率运动,至古新世降到78 mm/a,到始新世会聚速率就只有38 mm/a。这一会聚速率的骤降,可能促使板块滚动后退,使华南陆缘处于SE向拉张应力场环境中,一系列NNE—NE向裂陷开始形成,且裂陷轴不断向南跃迁,形成一系列盆地,但南海北部陆缘多数盆地表现为被动陆缘性质。因此,推测盆地裂陷期还有其他主要应力控制因素,如古南海向婆罗洲俯冲产生的拖曳力等[15]。

3 结论及认识

经过前人的研究,琼东南盆地已经获得了大量的研究成果,但是到目前为止还没有一个统一的层序划分方案。本文建立了适用于工区的构造层序格架,结合沉积演化史和地震反射类型分析构造演化特征,将琼东南盆地划分为上、中、下三个构造层序。

琼东南盆地自初始裂陷,经历了陆相、海陆过渡相和海相的演化历程,构造沉降、气候和物源供应,通过对沉积基准面升降旋回的变化和作用,控制了层序地层的形成和展布。下构造层代表早期裂陷作用形成的半地堑充填的产物,发育了多个独立的凹陷和凸起;上构造层则代表盆地发育晚期的裂后热沉降期,即拗陷作用的产物;中构造层则为二者的过渡时期。

琼东南盆地的裂陷结构在轴向上呈现分段性,即以盆地中部北西走向断裂发育区为界,西部的主要构造单元呈东西向,东部的主要构造单元以北东向为主。琼东南盆地经历了始新世—早渐新世和晚渐新世两期裂陷。

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The analysis of Cenozoic tectonic sequence of Qiongdongnan Basin in the South China Sea

Sun Zhuan1,Liu Hao2,Wu Zhe1
(1.Laboratory of Marine Geology,Tongji University,Shanghai 200092;2.School of Ocean Science,China University of Geosciences,Beijing100083）

There was no unified sequence division to Qiongdongnan Basin until recently.Based on previous research and a mass of 2D seismic reflection stratigraphic interpretations,Cenozoic structural sequence was analyzed specifically from seismic reflection unconformable planes and structural development characteristics.Moreover,based on comprehensive analysisof Cenozoic 2D seismic data in Qiongdongnan Basin,Cenozoic structural sequences was studied,recognized and re-divided.The results showed that according to the ancient tectonic moving surface,the basin-filling sequence can be divided into three tectonic sequences:upper tectonic sequence,middle tectonic sequence and lower tectonic sequence,in correspondence with the three stages of basin evolution.The paper also focused on three structural features of tectonic sequence,superimposed structural style,structural features of sequence development,sequence distribution,and the relationship between sedimentary system types and the development of fault system and so on in order to lay the foundation for future research.

Qiongdongnan Basin;Cenozoic;structural sequences;tectonic evolution

TE121.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.008

1008-2336(2011）01-0008-08

依托国家重点基础研究发展计划(973计划）课题《南海新生代大陆边缘盆地演化及油气资源潜力》(编号:2007CB411705）

2010-09-13;改回日期:2010-10-25

孙转,女,1986年生,在读硕士研究生,主要从事地震储层预测与油气藏描述、含油气盆地分析、盆地模拟的研究。E-mail:sunzhuan2008@163.com。