南海北部珠江口盆地新生代伸展过程及其区域差异性定量研究

王雪，吕宝凤，梁捷尉，梁正鹏，吴琼

（1.中国地质大学　构造与油气资源教育部重点实验室，湖北　武汉　430074；2.中山大学　海洋学院，广东　广州　510006）

南海北部珠江口盆地新生代伸展过程及其区域差异性定量研究

王雪1，2，吕宝凤1，2，梁捷尉2，梁正鹏2，吴琼2

（1.中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室，湖北武汉430074；2.中山大学海洋学院，广东广州510006）

以珠江口盆地为研究对象，自西向东选取了能控制区域构造格局的5条区域性大剖面，运用2D Move软件分别对其进行平衡剖面恢复，并计算出各剖面不同时期的伸展量、伸展率和伸展速率，以此为基础对珠江口盆地的构造演化过程及其区域性差异进行了定量研究。研究结果显示：①珠江口盆地新生代以来一直处于一个持续伸展的过程，并于32-30 Ma期间出现一个伸展高峰期，但总体呈现伸展率和伸展速率逐渐降低的趋势；②珠江口盆地新生代主要伸展变形时期其伸展的过程具有明显的区域性差异，即自西向东伸展率和伸展速率明显逐步变大。

珠江口盆地；构造演化；伸展率；伸展速率；含油气盆地

南海处于欧亚、印度-澳大利亚和太平洋板块的交汇处，是西太平洋最大的边缘海，因其区域构造位置的特殊性以及构造变形机制的复杂性，又含有丰富的油气资源，一直是构造地质学研究的热点，被誉为板缘作用与含油气盆地研究的“天然实验室”。

珠江口盆地位于南海北部、华南大陆以南、海南岛和台湾岛之间的广阔陆架和陆坡区，是南海北部规模最大、地质特征最典型、勘探程度相对较高的一个新生代含油气盆地，盆地的形成和构造演化记录了大量南海扩张及太平洋板块运动的地质信息，同时还控制着盆内新生代沉积、盆内烃源岩的发育以及盆内油气的运移和聚集。因此，研究珠江口盆地的构造特征和演化过程对了解该区域的石油地质条件及太平洋板块运动过程有着重要的意义。前人对珠江口盆地的形成和演化做出了卓有成效的研究（李思田等，1998；龚再升等，2004；林长松等，2007；蔡周荣 等，2010；吕宝凤 等，2008；朱伟林等，2010；张功成，2010；王洪才等，2013），然而，但大都是对盆地的构造演化进行定性探讨，定量研究并不多见。本文自西向东选取了能控制珠江口盆地区域构造格局的5条区域性大剖面，运用2D Move软件分别对其进行平衡剖面恢复，并计算出各剖面不同时期的伸展量、伸展率和伸展速率，以此为基础对珠江口盆地的构造演化过程及其区域性差异进行了定量研究。

1　区域地质概况

南海由于受到欧亚板块、印澳板块和太平洋板块三大板块的综合作用，构造活动复杂，地质现象丰富。南海北部靠近我国大陆地区，自西向东分布着莺歌海盆地、北部湾盆地、琼东南盆地、珠江口盆地、台西南盆地以及台西盆地六大含油气盆地。珠江口盆地和南海北部大陆边缘一起，是在欧亚、太平洋和印澳三大板块相互作用下、在“地幔上涌+地壳扩张”双重机制下经多期幕式扩张形成的（Bowinetal，1978；Ru et al，1986；Tapponier etal，1982，1990；姚伯初，1996；姚伯初等，1994，2004；吴金龙等，1992；Lee etal，1995；金翔龙，1997；李思田等，1998；龚再生等，2004；任建业等，2000；张训华等，1996，1997；吴能友 等，1999；吕炳权等，2002）。

多年的勘探实践和研究证实：在中生代基底之上珠江口盆地新生代共沉积了9套地层层序，从下到上依次为：古新统神狐组、始新统文昌组、下渐新统恩平组、上渐新统珠海组、下中新统珠江组、中中新统韩江组、上中新统粤海组、上新统万山组及第四系，并完成了一个陆相→海陆过渡相→海相的演变过程（图1） （吕宝凤等，2012）。

图1　南海北部珠江口盆地新生界层序划分（据朱伟林等2010、张功成等2010资料编制）

区域剖面几何学特征分析显示：在平面上盆地总体呈NE-SW向展布，具有东西分块，南北分带的构造特征和“三隆两坳”的构造格局，包括北部隆起带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带和南部隆起带组成（图2）；剖面上珠江口盆地新生代构造变形样式以伸展构造样式为主 （袁玉松，2008；张功成，2007；张迎朝等，2013；能源等，2013），新生界具有“三层楼式”结构特征，古近系（23.3 Ma界面以下）呈现地堑-半地堑（箕状）结构，中新统（23.3-10.5 Ma界面）呈现“饼状”（或碟形）结构，上新统及其以上层序（10.5 Ma界面以上）呈现“前积”结构（张功成，2010；能源，2013） （图3），基于这些现象，前人普遍认为珠江口盆地新生代经历了三大不同的构造演化阶段：古近纪（65.0-23.3 Ma）为多幕裂陷期，早中新世-中中新世（23.3-10.5 Ma）是“区域坳陷”期，晚中新世以来（10.5-0 Ma）为差异性快速沉降期（张功成，2010；张志杰，2004；丁魏伟，2009；董冬冬等，2008）。

2　平衡剖面恢复

2.1区域大剖面的选取

平衡剖面是现代构造地质学研究的重要手段，其遵循的基本原则是体积守恒法则，即岩石变形只是形态发生变化，而体积保持不变，为便于应用，实践中经过简化，常用的平衡地质剖面法是面积守恒、层长守恒、位移守恒等一系列几何法则，以此来制约剖面解释的随意性。

进行平衡剖面恢复这一操作时，应当选取的最佳剖面位置必须垂直于盆地区域构造线方向，且构造变形以垂直于区域构造线方向的脆性变形为主。珠江口盆地地表和近地表的区域构造线方向为北东-南西向，新生代以来以北西-南东方向的张裂为主，而且盆地内部没有物质的塑性流动，符合平衡剖面的应用的基本条件。

根据上述原则，本次研究笔者选取了横跨珠江口盆地的能够控制盆地基本构造格局的5条北西-南东向区域性地震-地质大剖面为计算依据。自西向东依次为命名为L1-L5（图2、3）。

其中L1依次经过琼海凹陷、琼海凸起、文昌B凹陷、文昌C凹陷和神狐隆起，剖面原始长度为53 514.34 m；L2分别横跨阳春凸起、阳江凹陷、阳江低凸起、文昌A凹陷和神狐隆起，剖面原始长度为55 391.94 m；L3北起西江凹陷，经过番禺凹陷、番禺低隆起、神狐隆起，南至开平凹陷，剖面长度为26 116.02 m；L4依次穿过北部隆起、惠州凹陷、西江凹陷、东沙隆起、番禺低隆起、白云凹陷、西部隆起和荔湾凹陷，剖面原始长度为160 345.88 m；L5依次横穿陆丰凹陷、东沙隆起和潮汕凹陷，剖面长度为55 526.47 m。

图2　珠江口盆地构造单元划分图（据朱伟林等，2010资料编制）

图3　珠江口盆地区域地震地质综合解释剖面图（据朱伟林等，2010资料编制）

2.2平衡剖面恢复与计算结果

按照平衡剖面恢复的基本原理，在2D Move工作站上分别对5条剖面进行了平衡和恢复，通过平衡剖面恢复，得到剖面变形前的长度，进而计算出每个地质时期地层的伸展量和伸展率（表1）。图4为其中的L4的平衡剖面恢复结果图。剖面各时期的伸展量ΔL、各时期的伸展量占伸展总量的比重R、伸展率r和伸展速率v的计算结果见表1，各剖面各时期伸展率及其所占总伸展量的百分比情况如图5所示。

表1　剖面L1-L5在不同变形时期伸展量、伸展量占总伸展量比重伸展率和伸展速率

图5　珠江口盆地剖面L1-L5各时期伸展率及其所占总伸展量的百分比

其中，伸展量、伸展率以及伸展速率的计算公式为：

式中，ΔLi第i层的伸展量，L1i和L0i分别为剖面伸展后长度和剖面原始长度，ΔL为剖面新生代以来的总伸展量，Ri为第i层的伸展率占总伸展量的比重，ri为第i层的伸展率，vi为第i层的平均伸展速，ti为第i层的伸展时间。

3　讨论

在所选择的5条剖面中，虽然它们的原始长度各不相同，但在伸展率、伸展速率及区域构造位置等方面，显示出一定的规律性：

3.1阶段性伸展差异

56.5-32 Ma期间：

L1伸展量为793.24 m，占新生代以来伸展总量的29.52%，伸展率为2.09%，伸展速率为0.032 3 mm/a；

图4 剖面L4的平衡剖面恢复结果

L2伸展量为1 314.79 m，占新生代以来伸展总量的32.95%，伸展率为9.57%，伸展速率为0.053 7 mm/a；

L3伸展量为841.61 m，占新生代以来伸展总量的46.46%，伸展率为3.22%，伸展速率为0.034 4 mm/a；

L4伸展量为24 561.01 m，占新生代以来伸展总量的52.56%，伸展率为15.32%，伸展速率为1.002 5 mm/a；

L5伸展量为5 665.57 m，占新生代以来伸展总量的32.95%，伸展率为10.20%，伸展速率为0.231 2 mm/a。

这些数据显示，该阶段L1-L5各剖面伸展量占总伸展量的比重和伸展率都较大，但各剖面伸展速率并不大。说明在这一时期盆地总体一直处于缓慢伸展状态，而且最终伸展的程度较大，是盆地新生代伸展的重要要阶段。

32-30 Ma期间：

L1的伸展量为1 301.91 m，占新生代以来总伸展量的34.32%，伸展率为2.43%，伸展速率为0.651 0 mm/a；

L2的伸展量为6 491.67 m，占新生代以来总伸展量的40.36%，伸展率为11.72%，伸展速率为3.245 8 mm/a；

L3的伸展量为1 091.28 m，占新生代以来总伸展量的34.32%，伸展率为11.72%，伸展速率为0.545 6 mm/a；

L4的伸展量为19 483.09 m，占新生代以来总伸展量的28.40%，伸展率为8.28%，伸展速率为9.741 5 mm/a；

L5的伸展量为13 189.76 m，占新生代以来总伸展量的47.88%，伸展率为10.73%，伸展速率为6.594 9 mm/a。

这些数据显示：这一阶段时间虽短（仅有2Ma），但盆地的伸展量和伸展率接近56.5-32 Ma阶段的程度，并且远大于其他时期的值，且其伸展速率的范围在0.5～10 mm/a之间，更是远远大于包括56.5-32 Ma时段在内的其他任何时期的伸展速率，说明这段时间地壳处于急速的伸展减薄，构造活动极其强烈。

30-23.3 Ma期间：

L1的伸展量为666.04 m，占新生代以来总伸展量的21.61%，伸展率为1.53%，伸展速率为0.994 1 mm/a；

L2的伸展量为3 816.75 m，占新生代以来总伸展量的17.42%，伸展率为5.06%，伸展速率为0.351 5 mm/a；

L3的伸展量为1 386.88 m，占新生代以来总伸展量的12.70%，伸展率为0.88%，伸展速率为0.206 7 mm/a；

L4的伸展量为10 569.50 m，占新生代以来总伸展量的12.11%，伸展率为3.53%，伸展速率为1.577 5 mm/a；

L5的伸展量为996.56 m，占新生代以来总伸展量的3.26%，伸展率为0.73%，伸展速率为0.148 7 mm/a。

这些数据显示：该段时期内地层伸展量占总伸长量的比重、伸展率和伸展速率有发生明显减小，但都显著大于盆地较晚时期的各值。可以认为，盆地在该段时期内的伸展变形开始减弱，地层的沉积不再完全受断层的控制。

23.3-16.3 Ma期间：

L1的伸展量为484.62 m，占新生代以来总伸展量的10.17%，伸展率为0.72%，伸展速率为0.069 2 mm/a；

L2的伸展量为2 460.83 m，占新生代以来总伸展量的3.82%，伸展率为1.11%，伸展速率为0.030 1 mm/a；

L3的伸展量为347.43 m，占新生代以来总伸展量的3.17%，伸展率为0.22%，伸展速率为0.0496mm/a；

L4的伸展量为1 433.48 m，占新生代以来总伸展量的1.54%，伸展率为0.45%，伸展速率为0.204 8 mm/a；

L5的伸展量为655.26 m，占新生代以来总伸展量的1.29%，伸展率为0.29%，伸展速率为0.093 6 mm/a。

这些数据显示：该段时间内，地层伸展量占总伸长量的比重、伸展率和伸展速率进一步减小，说明构造活动在这一时期内非常微弱，几乎不发生伸展变形，地层的沉积不再受断层的控制。

16.3-10.5 Ma期间：

L1的伸展量为206.11 m，占新生代以来总伸展量的4.38%，伸展率为0.31%，伸展速率为0.035 5 mm/a；

L2的伸展量为331.07 m，占新生代以来总伸展量的1.41%，伸展率为0.41%，伸展速率为0.057 1 mm/a；

L3的伸展量为221.93 m，占新生代以来总伸展量的2.02%，伸展率为0.14%，伸展速率为0.038 3 mm/a；

L4的伸展量为2 720.32 m，占新生代以来总伸展量的2.95%，伸展率为0.86%，伸展速率为0.469 0 mm/a；

L5的伸展量为415.08 m，占新生代以来总伸展量的0.80%，伸展率为0.18%，伸展速率为0.071 6 mm/a。

这一阶段内的地层伸展量占总伸长量的比重、伸展率和伸展速率保持微小，与23.3-16.3 Ma期间的各值接近。

通过对不同剖面各个时期内地层伸展量占新生代以来地层伸展量的百分比、伸展率和伸展速率的分析，并结合前人的研究成果，可以看出南海北部珠江口盆地新生代以来的构造活动在不同阶段有不同的特征：

断陷期（56.5-30 Ma，始新世-早渐新世）：盆地的伸展量占新生代以来伸展总量的比重高达90%，伸展率和伸展速率远远大于其他时期，特别是在32-30 Ma期间，盆地的伸展率和伸展量达到最大（图6），表明这一时期为断层活动的最强烈时期，属于盆地的主要伸展阶段。

断-坳期（30-23.3 Ma，晚渐新世）：盆地的伸展量占新生代以来伸展总量的百分比、伸展率和伸展速率明显介于56.5-30 Ma和23.3-0 Ma的数据之间，表明这一时期为盆地的伸展活动逐渐减弱，盆地发展不是完全不受断层控制，而应该是断陷和坳陷双重控制的结果，或者说是盆地由断陷逐渐向坳陷过渡的过渡阶段，是盆地伸展逐渐减弱阶段。

坳陷期（23.3-至今，早中新世至今）：盆地的伸展总量的百分比、伸展率和伸展速率的值几乎都接近于0，进一步表明该阶段地层的沉积已经完全不受断层的控制，盆地进入热力学沉降阶段，盆地基本无横向伸展。

对比各剖面不同阶段伸展特征（图6、图7）可以看出：珠江口盆地新生代以来一直处于一个持续伸展的过程，并于32-30 Ma期间出现一个伸展高峰期，但总体呈现一个伸展率和伸展速率逐渐降低的趋势。

3.2珠江口盆地构造伸展过程的区域差异性分析

研究区自西向东剖面L1-L5除了构造活动上构造伸展阶段划分的一致性以外，在相同地质时期，不同剖面的构造伸展特征也表现出区域差异性：

图6　珠江口盆地剖面L1-L5新生代伸展速率直方图

图7　珠江口盆地剖面L1-L5不同时期的伸展率对比

56.5-32 Ma：剖面L1-L5自西向东伸展率依次为2.09%，9.57%，3.22%，15.32%和10.20%；伸展速率依次为 0.032 3 mm/a，0.053 7 mm/a，0.034 4 mm/a，1.002 5 mm/a，0.231 2 mm/a。

32-30 Ma：L1-L5自西向东的伸展率依次为2.43%，11.72%，2.00%，8.28%，10.73%；伸展速率依次为0.6510mm/a，3.2458mm/a，0.5456mm/a，9.741 5 mm/a，6.594 9 mm/a。

30-23.3 Ma：剖面L1-L5自西向东伸展率依次为1.53%，5.06%，0.88%，3.53%，0.73%；伸展速率依次为0.9941mm/a，0.3515mm/a，0.2067mm/a，1.577 5 mm/a，0.148 7 mm/a。

23.3-16.3 Ma：剖面L1-L5自西向东伸展率依次为0.72%，3.11%，0.22%，0.45%和0.29%；伸展速率依次为 0.069 2 mm/a，0.030 1 mm/a，0.049 6 mm/a，0.204 8 mm/a，0.093 6 mm/a。

16.3-10.5 Ma：剖面L1-L5自西向东伸展率依次为0.31%，0.41%，0.14%，0.86%，0.18%；伸展速率依次为 0.035 5 mm/a，0.057 1 mm/a，0.038 3 mm/a，0.469 0 mm/a，0.060 7mm/a。

10.5 Ma至今剖面：L1-L5自西向东伸展率依次为0%，1.17%，0.47%，0.71%以及0.28%；伸展速率依次为0 mm/a，0.091 3 mm/a，0.071 7 mm/a，0.218 1 mm/a，0.060 7 mm/a。

综合分析以上数据，并结合图5、图6、图7可以看出：在56.5-30 Ma阶段研究区的主要伸展变形时期，盆地不同区块伸展变形存在明显差异，即盆地东部地区的伸展率和伸展速率明显高于西部；30 Ma至今期间，盆地的断层活动较弱，伸展变形强度也很小，L1-L5的伸展率和伸展速率都较小，不同区域之间差异也很小。

4　结论

（1）珠江口盆地新生代以来一直处于一个持续伸展的过程，并于32-30 Ma期间出现一个伸展高峰期，但总体呈现一个伸展率和伸展速率逐渐降低的趋势；

（2）珠江口盆地新生代主要伸展变形时期其伸展的过程具有明显的区域性差异，即自西向东伸展率和伸展速率明显逐步变大。

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（本文编辑：袁泽轶）

A quantitative study on the Cenozoic extension process and its regional differences in the Pearl River Mouth basin of northern South China Sea based on balanced section restoration

WANG Xue1,2,LYU Bao-feng1,2,LIANG Jie-wei2,LIANG Zheng-peng2,WU Qiong2
（1.KeyLaboratoryof Tectonics and Petroleum Resources,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China; 2.School of Marine Sciences,SYSU,Guangzhou 510006,China）

Taking the Pearl River Mouth basin as the research object,five big regional sections which control the regional tectonic framework from the west to the east are selected to restore balance profile using 2D Move software.And in this paper, the extension quantity,the extension rate and the extension velocity are calculated,and then,the tectonic evolution process and its regional differences in the Pearl River Mouth basin are quantitatively studied using these data.The results indicate that:①The Pearl River Mouth basin has been undergoing continuous extension since the beginning of Cenozoic with one relatively fast extension phases during 32-30 Ma,but general extension rate and extension velocity have the trend of gradual reduce;②The main extension deformation process in Pearl River Mouth basin during the Cenozoic period has obvious regional differences,which show that from the west to the east,the extension rate and the extension velocity of basin extension become bigger and bigger gradually.

Pearl River Mouth basin;tectonic evolution;extension rate;extension velocity;petroliferous basin

P737.12+1

A

1001-6932（2016）05-0507-10

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.05.004

2015-06-23；

2015-08-13

中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室开放基金（TPR-2013-24）。

王雪（1990-），女，硕士研究生，主要从事含油气盆地研究。电子邮箱：snow6268@126.com。

吕宝凤（1962-），男，博士，教授，主要从事含油气盆地研究。电子邮箱：lbf6268@126.com。