印度西南大陆边缘基底地质特征

Gireesh R, Pandey D K

（印度国家南极与海洋研究中心）

印度西南大陆边缘基底地质特征

Gireesh R, Pandey D K

（印度国家南极与海洋研究中心）

基于高分辨率多道二维地震资料、重力异常数据及工业钻孔岩性信息，研究印度西南大陆边缘Laccadive洋脊和Laccadive盆地基底构造特征。地貌和基底特征地震资料解释结果表明，研究区基底表现为块断型地垒/地堑样式，存在平行于海岸线（南北走向）的基底高地，边缘高地上几乎未发生任何沉积物沉积作用，边缘高地周围区域却发育厚层沉积物，局部厚度可高达2～3 s（双程旅行时），边缘高地周围的沉积序列通常突然尖灭于陡倾正断层的下盘。Laccadive洋脊之上覆盖薄层沉积物，洋脊上存在多个脊峰（沿洋脊伸长方向展布），有时可能露出海底，此种基底脊峰的宽度通常为数千米，表现为明显的重力异常高值。洋脊基底高度断裂，洋脊中央已演化成类似裂谷的洼地。图6参29

印度西南大陆边缘；Laccadive洋脊；Laccadive盆地；地震解释；重力异常；向海倾斜反射层

1 地质概况

近年来，将地质与地球物理技术结合研究被动大陆边缘演化已取得了一定进展[1]，但由于缺乏高品质的大陆边缘地震资料，前期研究通常侧重于其大尺度地质构造方面。随着地震成像技术的进步，以及高品质多道地震数据的地下成像质量显著增强，目前已能够对被动大陆边缘和主动大陆边缘分布的复杂地质目标进行成像。根据拉张过程中的岩浆生成量，可识别出两种被动大陆边缘：火山型被动大陆边缘和贫岩浆型被动大陆边缘[2-3]。火山型被动大陆边缘在破裂过程中通常伴随强烈的火山喷发活动，地震反射剖面上可见明显的向海倾斜反射层。与此相反，贫岩浆型被动大陆边缘具有宽阔的伸长陆壳，岩浆活动微弱甚至缺失，复杂的多期断裂作用有时延伸至滑脱面。

印度西部大陆边缘通常被视为被动大陆边缘，其形成受控于与冈瓦纳古陆裂解及与后续洋盆形成有关的裂谷和漂移事件[4]，它包括数个平行于印度洋海岸的无震洋脊、海山及海底平顶山，其中包括Laxmi洋脊、Laccadive洋脊及Prathap洋脊等（见图1）。Laccadive洋脊位于水深约2 000 m处，其以Laccadive珊瑚岛的形式上升至海平面之上。Laccadive洋脊以西，海底最初相对陡倾，在水深约4 000 m处趋于平缓；Laccadive洋脊以东水深不超过2 500 m。

Laccadive洋脊属于Chagos-Laccadive洋脊的北段，以东为Laccadive盆地，该盆地呈狭窄三角形，其东部边界为印度西南大陆斜坡[5-6]。由于Laccadive洋脊靠近印度大陆架，Laccadive盆地北部呈圆锥形，盆地向南部变宽，与印度洋中部盆地相连，盆地以东为印度洋大陆架，其边缘光滑但宽度不断变化，由孟买近海附近宽约200 km向南逐渐变窄为宽约50 km。总体而言，除发育部分平行于海岸的海底高地之外，Laccadive盆地形态光滑[7]，盆内毯式充填陆源沉积物，主要供源系统为与印度河扇三角洲远端沉积体系相关的内陆大河。

图1 印度西部大陆边缘构造纲要图

Laccadive洋脊和Laccadive盆地的地形特征与印度西南大陆边缘演化期间的构造活动相关，对其地壳特征的研究有助于恢复东印度洋的板块构造拼接关系。截至目前，前人已开展多项区域地球物理研究[8-10]，以解译Laccadive洋脊和Laccadive盆地下伏地壳的成因与演化，并提出了Laccadive洋脊成因的多种不同假说，例如白垩纪—始新世期间的转换断裂活动造成印度向北移动[11-12]（微大陆构造），其中Laccadive洋脊的中段为漂离印度的陆壳碎片，北段和南段为火山成因[13]，具有热点痕迹[14-15]。德干火山岩和Chagos-Laccadive洋脊的钻井结果表明，洋脊的年龄由北向南减小，从距今64 Ma减小至距今48 Ma，很多研究者认为该洋脊为印度板块通过热点向北移动期间所形成的留尼旺热点的迹线，因而产生了这种新老渐变[15-19]。还有研究者[5]认为Chagos-Laccadive洋脊的北部为印度大陆的碎片。

印度西部大陆边缘在其演化过程中至少经历了两次主要裂谷事件及相关的构造活动，当前大陆边缘形态主要定形于马达加斯加和塞舌尔群岛裂谷幕[5,20-23]。初始裂谷作用发生于印度与马达加斯加之间，起始时间约为距今84～89 Ma。此次裂谷事件促使海底扩张，形成Mascarene盆地[22-24]，Marion地幔柱活动可能加剧了初始裂谷作用[25]。第2期裂谷作用起始于晚白垩世末期塞舌尔群岛、Saya de Malha以及Laxmi洋脊脱离印度之时[12,15,20,22]。此后，沿Carlsberg洋脊的海底扩张开始作用[26-27]。目前，已确认Laxmi和Laccadive洋脊为洋盆的西界，但对洋脊以东的地壳性质仍存在争议。

本次研究以高分辨率多道地震反射资料为基础，对Laccadive洋脊和Laccadive盆地的基底构造进行地震成像。根据工业钻孔标定结果，对区域地震剖面进行了解释，并识别了主要的不连续面。本次解释成果将有助于进一步解译裂谷的几何形态以及大规模火成岩的成因。

2 资料与方法

本次研究采用印度油气总局（Directorate General of Hydrocarbons, India）2002年采集的印度西南大陆边缘二维多道地震反射资料，共使用8条北东—南西向（垂直于海岸线方向）二维地震剖面（见图1中WC-01至WC-08）和3条北西—南东向（平行于海岸线方向）地震剖面（WC-21、WC-22、WC-24）。北东—南西向地震剖面东起印度大陆架，向西延伸至阿拉伯盆地，途中穿过Laccadive洋脊和Laccadive盆地。平行于海岸线的地震剖面分别穿过Laccadive洋脊、Laccadive盆地以及陆架边缘盆地。除地震资料外，本次研究还使用了陆架区3口工业钻孔资料（见图1），以构建研究区的地层格架。

本次研究中充分考虑了前人的研究成果，以便于识别各种地下反射层。在进行地震解释之前，首先利用基于钻井资料的层速度模型，对部分具有代表性的叠加剖面进行了时-深转换。除多道地震资料外，对研究区的等深线和重力场也进行了细查。此外，还应用地震折射研究成果[15]对印度西南大陆边缘的区域构造进行了约束。

2.1 基于钻孔的岩性信息

本次研究采用的岩性信息来源于研究区附近的3口工业钻孔资料（见图1）。K-1-1井完钻深度1 755 m，钻遇地层由上至下依次为：中中新统—第四系粗碎屑岩，厚251 m；渐新统—下中新统硅质碎屑层段（下部含大量煤条带，上部含灰岩夹层），厚400 m；上古新统—始新统粗碎屑岩和黏土岩，含煤/褐煤条带，厚141 m（见图2）；841～1 755 m层段钻遇玄武岩熔岩流，与砂岩和黏土岩互层，可能为上白垩统—下古新统。

CH-1-1井完钻深度4 627 m，钻遇地层由上至下依次为：上新统—全新统砂岩、粉砂岩和黏土层段，厚293 m；下始新统—中新统碳酸盐岩，厚2 340 m；2 800～3 970 m主要为砂质层段，含两层玄武岩薄层；砂质层段之下为单一的玄武岩/粗面岩层段，含少量薄层内部捕获黏土和粉砂岩条带，厚657 m；CH-1-1井完钻于玄武岩/粗面岩层段。

CSP-1井完钻深度3 833 m，钻遇地层由上至下依次为：中新统及上覆黏土/页岩层段，偶见薄层砂岩条带，厚2 125 m；中始新统—上渐新统的灰岩层段，含页岩和砂岩夹层，厚560 m；2 830 m至井底为砂岩和页岩互层，可能为古新统—下始新统沉积。

2.2 印度西南大陆边缘的重力场特征

将研究区构造图与区域重力异常图[29]叠合，分析发现区域重力异常分布与地下构造特征相符（见图3），相对正重力异常和负重力异常分别对应构造高点和构造低点。Laccadive洋脊虽然显示为重力异常相对高值，但是相对于其地貌而言，重力正异常值并不连续和明显。洋脊的重力高具有不连续性，其北东—南西方向存在多个短波长和线性重力异常低点。洋脊上的重力异常在局部地区异常高，部分明显脊峰处最大值可达55 mGal。洋脊以西和洋脊以东盆地的重力响应存在显著差异（见图3）。与洋脊以西的阿拉伯盆地相比，洋脊以东的Laccadive盆地表现为大面积的重力低，阿拉伯盆地的重力异常值为-70～-30 mGal，而Laccadive盆地的重力异常值为-95～-40 mGal。

图2 K-1-1井岩性柱状图[28]

图3 研究区重力异常分布图[29]

相对于洋脊地貌特征而言，由洋脊西侧（邻近阿拉伯盆地）向洋脊方向的重力响应并未表现出重力异常迅速增大的趋势，而是由重力低值逐渐增大至洋脊顶部的重力高值。由图3可见，过洋脊的重力场整体偏高，但是具有数个起伏。事实上，重力高内部存在显著重力低是与洋脊相关的最为重要的重力场特征。此种现象可归因于高低不平的基底所导致的脊峰与脊谷。洋脊东侧的重力异常变化平缓，与Laccadive盆地的重力场合为一体（尤其是在北部）。Laccadive盆地表现为重力异常低，其平均值为-60 mGal，与印度大陆边缘斜坡部位的重力异常低一致。在大多数剖面上，过Laccadive盆地的重力响应并不光滑，尤其是WC-02剖面至WC-04剖面在盆地中部存在重力响应峰值，最高可达-40 mGal，而盆地的平均重力异常仅为-60 mGal。该重力异常峰值对应Prathap洋脊，但是在Laccadive盆地内部并未识别出Prathap洋脊所具有的显著线性重力特征。

3 地震剖面解释

本次研究采用KingdomTM软件对过洋脊的多道地震反射剖面进行了解释。为了解译印度西南大陆边缘（尤其是Laccadive洋脊和Laccadive盆地）的地貌和构造特征，研究中共计分析和解释了超过5 000 km的地震测线数据（地震剖面的双程旅行时为8 s）。借助于钻孔资料，对研究区的主要区域不整合面进行了标定，在海底与基底之间共识别出3套代表不同时窗的地层单元，分别为中中新统—第四系、始新统—中中新统及古新统—始新统。解释过程中对上述3套地层单元在整个数据集中的连续性进行了检查。除Laccadive洋脊西部的向海倾斜反射层序列具有显著的地震反射特征之外，所有剖面中均可识别出最深部的层面（即基底，古新统）。

地震剖面解释成果如图4—图6所示，从这些剖面上可见沿印度西南大陆边缘分布的陆架边缘、陆架边缘盆地以及斜坡区的构造特征。笔者依据不同地貌单元，对沿印度西南大陆边缘分布的主要构造单元进行了描述。

图4 WC-01测线地震解释剖面

图5 WC-06测线地震解释剖面

图6 WC-08测线地震解释剖面

3.1 陆架边缘和边缘高地

陆架边缘为印度西南大陆边缘的一部分，位于海岸线与1 500 m等深线之间。由于地震排列位于水深约500～4 000 m的区域，大多数剖面上陆架边缘的成像均十分清晰。古陆架边缘与现今陆架边缘之间的差异十分显著，陆架沿地震剖面方向向西迁移的距离可达数千米。区域内可见众多内部高地和低洼。由地貌图（见图1）可知，西南陆架边缘整体平直。地震剖面解释结果表明，陆架边缘内部的沉积单元具有进积和加积特征。陆架边缘前缘的水体深度减小，可能促进了陆架边缘的进积作用，陆架边缘盆地的进积速率直接受控于沉积物供给和相对海平面变化。

3.2 Laccadive盆地

Laccadive盆地属于印度西南大陆边缘，位于海岸线与1 500 m等深线之间。区域内可见众多内部高地和低洼。Laccadive盆地位于陆架边缘与Laccadive洋脊之间，其外部边界近似为2 000 m等深线。该区域的地震资料表明盆地的基底十分复杂，表现为正断层作用及一系列基底掀斜断块。盆地整体表现为大面积重力负异常，为数个孤立的等值重力峰值所复杂化。盆地宽度由南向北逐渐减小，从约215 km减小至约65 km。沉积物总厚度为200～3 200 m，局部地区最厚可达约5 500 m。该盆地并未表现出海底扩张性质，因此，其下伏基底极有可能为拉伸陆壳或火山地壳。地震剖面W-01至W-08的解释结果表明，Laccadive盆地的前基底沉积物厚度明显大于Laccadive洋脊西侧的相应沉积物厚度。盆地东部的沉积物厚度可达1.6 s（双程旅行时）。在Laccadive盆地内部，沉积物厚度由北向南逐渐减小。Laccadive盆地东部地震剖面上清晰可见Prathap洋脊。

3.3 Laccadive洋脊

根据地震资料估算，Laccadive洋脊南部宽度最大，约为330 km，向北逐渐减小，在最北部地震剖面附近宽度最小，约为138 km（见图1）。受火山侵入的影响，Laccadive洋脊地貌起伏明显，发育数个内部脊峰和洼陷。Laccadive洋脊具有复杂的块状基底构造，发育地堑、半地堑以及单一正断层系统，整体为一个裂谷系统。

4 结论

本文综合应用多道地震反射资料解释成果和钻孔取心资料，对Laccadive洋脊和Laccadive盆地多个地震层位进行了标定和解释，同时综合前人研究成果分析认为，沿地震剖面的台阶状构造相当于沿印度西南大陆边缘分布的地垒/地堑构造[5,9,23,25-26]，边缘高地上几乎未发生任何沉积物沉积作用，但是，边缘高地周围的区域却发育厚层沉积物，局部厚度可高达2～3 s（双程旅行时），边缘高地周围的沉积序列通常突然尖灭于陡倾正断层的下盘。地震剖面不仅显示出洋脊相对于邻近盆地的高程以及洋脊宽度的变化，还可揭示出洋脊的地貌形态和基底特征。Laccadive洋脊之上覆盖薄层沉积物，洋脊上存在多个脊峰（沿伸长方向展布），有时可能露出海底，此种基底脊峰的宽度通常为数千米，同样表现为明显的重力异常高值。本次研究揭示，洋脊基底高度断裂，洋脊中央已演化成类似裂谷的洼地，过洋脊的所有地震剖面上均可识别出上述特征；这种特征在重力场数据上也清晰可见，表现为明显的重力低值。

致谢：感谢印度国家南极与海洋研究中心（果阿邦）对本研究的支持，感谢印度油气总局为本项目研究提供地震数据，感谢印度科技部（DST，India）提供的资金支持。

[1] White R S, Mckenzie D P. Magmatism at rift zones: The generation of volcanic continental margins and flood basalts[J]. Journal of Geophysical Research, 1989, 94(B6): 7685-7729.

[2] Hinz K. A hypothesis on terrestrial catastrophes: Wedges of very thick ocean ward-dipping layers beneath passive continental margins: Their origin and paleoenvironmental significance[J]. Geologisches Jahrbuch, Reihe E: Geophysik, 1981, 22: 3-28.

[3] Mutter J C, Talwani M, Stoffa P L. Origin of seaward dipping reflectors in oceanic crust off the Norwegian margin by “subaerial sea-floor spreading”[J]. Geology, 1982, 10: 353-357.

[4] Biswas S K. Rift basins in the western margin of India and their hydrocarbon prospects[J]. AAPG Bulletin, 1982, 66: 1497-1513.

[5] Naini B R, Talwani M. Structural framework and the evolutionary history of the continental margin of western India[C]//Watkins J S, Drake C L. AAPG Memoir 34: Studies in continental margin geology. Tulsa: AAPG, 1983: 167-191.

[6] Bhattacharya G C, Chaubey A K. Western Indian Ocean: A glimpse of the tectonic scenario[M]. New Delhi: Oxford-IBH, 2001: 691-729.

[7] Chaubey A K, Gopala Rao D, Srinivas K, et al. Analyses of multichannel seismic reflection, gravity and magnetic data along a regional profile across the central-western continental margin of India[J]. Marine Geology, 2002, 182: 303-323.

[8] Ashalatha B C, Subrahmanyam R N. Singh, origin and compensation of Chagos-Laccadive Ridge, Indian Ocean from admittance analysis of gravity and bathymetry data, Earth Planet[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1991, 105: 47-54.

[9] Henstock T J, Thompson P J. Self-consistent modeling of crustal thickness at Chagos-Laccadive ridge from bathymetry and gravity data[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2004, 224: 325-336.

[10] Fisher R L, Sclater J G, McKenzie D P. Evolution of the Central Indian Ridge, western Indian Ocean[J]. Geological Society of America Bulletin, 1971, 82: 553-562.

[11] McKenzie D, Sclater J G. The evolution of the Indian Ocean since the Late Cretaceous[J]. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 1971, 25: 437-528.

[12] Avraham Z B, Bunce E T. Geophysical study of the Chagos-Laccadive Ridge, Indian Ocean[J]. Journal of Geophysical Research, 1977, 82: 1295-1305.

[13] Katz M B, Premoli C. India and Madagascar in Gondwanaland based on matching Precambrian lineaments[J]. Nature, 1979, 279: 312-315.

[14] Besse J, Courtillot V. Paleogeographic maps of the continents bordering the Indian ocean since the early Jurassic[J]. Journal of Geophysical Research, 1988, 93 (10):791-808

[15] Francis T J G, Shor G G. Seismic refraction measurements in the northwest Indian Ocean[J]. Journal of Geophysical Research, 1966, 71: 427-449.

[16] Dietz R S, Holden J C. Reconstruction of Pangaea: Breakup and dispersion of continents, Permian to Present[J]. Journal of Geophysical Research, 1970, 75: 4939-4956.

[17] Duncan R A. The volcanic record of the Reunion hotspot[S]. TX: Ocean Drilling Program College Station, 1990: 3-10.

[18] Morgan W J. Hotspot tracks and the opening of the Atlantic and Indian Oceans[C]//Emiliani C. The Sea. New York: Wiley Interscience, 1981, 443-487.

[19] Planke S, Symonds P A, Alvestad E. Seismic volcanostratigraphy of large volume basaltic extrusive complexes on rifted margins[J]. Journal of Geophysical Research, 2000, 105: 19335-19351.

[20] Subrahmanyam V, Rao D G, Ramana M V, et al. Structure and tectonics of the southwestern continental margin of India[J]. Tectonophysics, 1995, 249: 267-282.

[21] Ajay K K, Chaubey A K, Krishna K S, et al. Seaward dipping reflectors along the SW continental margin of India: Evidence for volcanic passive margin[J]. Journal of Earth System Science, 2010, 119(6): 803-813.

[22] Morgan W J. Plate motions and deep mantle convection[J]. GSA Memoirs, 1972, 132: 7-22.

[23] Todal A, Eldholm O. Continental margin off western India and Deccan Large Igneous Province[J]. Marine Geophysical Researches, 1998, 20: 273-291.

[24] Scotese C R, Gahagan L M, Larson R L. Plate tectonic reconstructions of the Cretaceous and Cenozoic ocean basins[J]. Tectonophysics, 1988, 155: 27-48

[25] Storey M, Mahoney J J, Saunders A D, et al. Timing of hot spot-related volcanism and the breakup of Madagascar and India[J]. Science, 1995, 267: 852-855.

[26] Courtillot V, Besse J, Vandamme D, et al. Deccan flood basalts at the Cretaceous/Tertiary boundary[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1986, 80: 361-374.

[27] Miles P R, Roest W R. Earliest sea-floor spreading magnetic anomalies in the north Arabian Sea and the ocean-continent transition[J]. Geophysical Journal International, 1993, 115: 1025-1031.

[28] Sandwell D T, Smith W H F. Marine gravity anomaly from Geosat and ERS 1 satellite altimetry[J]. Journal of Geophysical Research, 1997, 102: 10039-10054.

[29] Malod J A, Droz L, Mustafa Kamal B, et al. Early spreading and continental to oceanic basement transition beneath the Indus-deep sea fan, Northeastern Arabian Sea[J]. Marine Geology, 1997, 141: 221-235.

Basement geology along Southwest Indian Margin

Gireesh R, Pandey D K
(National Centre for Antarctic and Ocean Research, Vasco-da-Gama, Goa 403804, India)

Results from detailed analyses of multi-channel seismic reflection data in association with gravity anomalies and lithology data from drilled holes are used to find out the basement structure features of the Laccadive Ridge and Laccadive basin in southwest India. Morphology and seismic interpretation results show the basement in the study area is faulted block horst/graben pattern, and there are basement highs parallel to the coastal line (SN), while there is no sediments on the margin highs, thick sediments deposited in areas around the margin highs, with local thickness up to 2-3 s (TWT), and these sedimentary layers usually pinch out suddenly at the lower wall of steep normal faults. There deposited a thin layer of sediments on Laccadive Ridge which has several ridge peaks (distributed along ridge extension direction) that outcrop seafloor sometimes. The basement ridge peaks are usually several thousand meters wide, and show obvious high abnormal gravity. The basement of ocean ridge is highly faulted, and the center of the ocean ridge has evolved into lows like rift.

southwest Indian margin; Laccadive ocean ridge; Laccadive basin; seismic interpretation; gravity anomaly; seaward dip reflector

TE122.1

A

Gireesh R（1980-），男，印度人，博士，现为印度国家南极和海洋研究中心研究员，主要从事大陆边缘地区地震采集、处理和解释工作。地址：印度果阿邦达伽马，印度国家南极和海洋研究中心，邮政编码：403804。E-mail: pandey@ncaor.gov.in

2013-07-11

2013-12-05

（编辑 黄昌武 绘图 刘方方）

1000-0747(2014)01-0062-05

10.11698/PED.2014.01.07