珠江口盆地断裂构造特征及对沉积盆地的控制作用

夏玲燕，林畅松，李 筱，胡 悦

(1.中国地质大学(北京) 海洋学院，北京 100083；2.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)

引 言

珠江口盆地处于印度、欧亚和太平洋板块的交汇处，因其独特的构造位置[1-5]，盆地断裂构造特征、基底结构等十分复杂。前人通过地质和地球物理资料对珠江口断裂展开过很多解释和研究[6-7]，对一些深大断裂在珠江口盆地的延伸及与盆地的成因关系进行了分析，认为盆地基底断裂主要为NE-NEE、NW和EW向等断裂组，不同方向的断裂相互截断、联合，构成盆地“南北分带、东西分块”的构造格局[8-12]。目前盆地主要断裂与华南大陆断裂形成的构造应力一致的观点也逐步得到认可[13-17]。基于研究资料类别、精度和研究侧重点的不同，对于珠江口盆地深大断裂的展布、性质等依然有多种不同观点[18-21]。

盆地的基底结构是油气勘探的重要依据，近年来，学者们通过海陆重磁异常特征对比、多道地震研究等手段，对珠江口盆地基底结构进行了研究[22-24]，刘以宣等[25]认为南海变质基底基本轮廓是由中央向周缘自老变新的拼盘式褶皱基底，珠江口盆地为加里东期变质基底。部分学者进一步认为珠江口盆地东部和西部基底结构存在差异，西部是加里东期变质基底，岩性主要为古生代变质岩，东部为燕山褶皱基底，基底岩性主要为白垩纪花岗岩[26-28]。鲁宝亮等[29]推断珠江口盆地基底以琼海断裂和阳江—一统暗沙断裂为界，基底呈现西老东新，侧向分块的3个阶梯式分布。就目前的研究结果来看，前人对盆地基底的研究主要侧重于基底的岩性和分布，对于盆地基底的展布特征以及与区域性断裂的关系分析较少。

本文以实测航磁数据为基础，结合卫星重力、反射地震资料，综合研究了珠江口盆地深大断裂的展布和盆地基底结构特征。以区域性断裂为主线，分析这些断裂对沉积盆地的影响和控制作用。研究有利于深入了解珠江口盆地的构造属性，为盆地油气进一步勘探开发提供参考依据。

1 数据来源与处理

1.1 数据

本文使用磁力数据主要来源于中国国土资源航空物探遥感近年实测1∶10万航磁数据，测量采用HC2000氦光泵磁力仪，测线与切割线交叉7 475个点，计算交点差值均方差，航磁测量总精度为±4.2 nT，对切割线调平和人工手动调平后的数据进一步微调，交点均方差±0.03 nT。采用随机数据最小曲率网格化方法分别对各工区航磁数据进行网格化处理，采用混合法和缝合法进行网格拼接后，最终形成500 m×500 m网格数据成图(图1)。

图1 珠江口盆地磁力异常状况Fig.1 Magnetic anomaly of Pearl River Mouth Basin

1.2 低纬度化极处理

研究区位于北纬17°40′～24°00′，属于低纬度地区，受斜磁化影响，可能造成磁异常中心不是正好对应在地质体的正上方，为更好地确定磁性地质体的空间位置、形态及分布范围，需采用化极方法消除斜磁化影响。常规化极方法采用固定倾角和偏角针对较小范围进行化极，研究区南北跨6°20′，采用频率域常规化极方法效果不理想，本文应用频率域偶层位全变倾角化极方法对每一点网格数据采用不同的倾角和偏角进行逐点化极，倾角变化范围是20.525°～22.037°，偏角变化范围-1.012 9°～-1.000 6°，与常规化极(图2)对比可以看出，全变倾角化极(图3)将局部异常中伴生的负异常基本消除，磁异常与磁性体的对应关系更加明显直观，同时磁异常梯度带的位置也更加准确，有利于圈定断裂构造的位置和各种不同类型的岩浆岩。

图3 全变倾角化极效果Fig.3 Frequency domain accidentally horizon magnetic direction angle conversion result of Pearl River Mouth Basin

2 断裂识别方法

实航磁资料对查明深断裂和区域性大断裂有十分重要的意义，其主要原因是断裂构造最容易发生在性质、结构不同地质体边界线附近。此外，地质体常因断裂作用而发生空间位置上的变动，导致两侧物质结构发生变化。地质体性质和位置上的变化通常在磁场上表现出来，如磁场梯度带、磁异常错动等，当具磁性物质(主要指岩浆活动)沿断裂侵入，则会形成带状或者串珠状异常。中小规模断裂在磁场图中一般只有单一的磁异常特征，而规模较大的断裂往往具有多种磁异常特征。不同地段有不同的断裂磁异常特征，这是由于一些深大断裂本身不是以单一断裂的形式存在，而是由数条断裂构成的一组断裂，因而具备多种磁异常特征。

总体来说，断裂构造的磁异常标志有如下几种：

(1)不同磁场特征的分区界线一般为深断裂和大断裂的反映。断裂两侧不同磁场特征反映两侧基底性质和基底结构的差异和盖层沉积厚度的差异，可能预示断裂两侧构造演化不同，这些断裂往往规模较大，构成不同构造区的分界线；

(2)磁异常的错动线多表明断裂沿断裂两侧基底发生了横向位移，主要以剪切走滑断裂为主，此类断裂规模往往比较小；

(3)磁异常的梯度带往往是不同性质、不同深度磁性体的边界，以垂直运动为主的断裂多表现此种磁异常特征，这类磁异常特征还表明沿断裂带一般没有磁性岩浆岩侵入；

(4)线性磁异常带是反映断裂的又一种重要类型，如预示断裂活动形成的破碎带或糜棱岩化常使其附近的岩石磁性结构发生变化，产生降低的线性负异常带。若沿断裂有磁性侵入体分布，则产生呈串珠状分布的磁异常带；

(5)由深度计算得到的磁性体深度突变带也是断裂的反映形式之一。

3 断裂构造特征

基于航磁资料，结合重力、地震等其他资料，在研究区共识别出断裂50余条(图4)，其中比较重要的断裂有F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8。断裂展布方向主要有NNE-NE向、NW向和NEE-EW向3组，按断裂规模有深断裂、区域性断裂、基底断裂[30]，从断裂性质来看，有挤压、拉张和走滑3类断裂。NNE-NE向断裂数量最多，规模也最大，NW向断裂次之，这2组断裂基本构成珠江口盆地的断裂构造格架，常成为盆地一级构造单元和内部次级构造单元的边界，对盆地的基底结构有明显的控制作用。NEE-EW向断裂密度大但规模小，延伸短且常收敛或止于NE向断裂。从交切关系来看，NW向断裂常错断NE向和NEE向断裂，说明形成时间晚于这2组断裂。

图4 珠江口盆地主要断裂构造分布Fig.4 Distribution and extending of main faults of Pearl River Mouth Basin

3.1 NE向断裂特征

F3断裂亦可称珠三北断裂，该断裂自香港西南呈NE向延伸至珠江口盆地珠三坳陷西北端，在海域延伸长度达400 km。从图1看，断裂带两侧磁场面貌明显不同，西部为剧烈变化的正负磁异常区，发育有NE和NW向串珠状磁异常带，与雷琼地区正负交替杂乱的磁场面貌相同，东部为平静的负磁异常区，基本反映珠江口盆地坳陷的展布形态。化极后上延该断裂表现为强磁异常梯度带，磁场梯度达50 nT/km，断裂北端有规模较大的北东向宽缓团块状正异常，磁场强度在60～120 nT，上延10 km后，这种磁场面貌依然十分明显，说明该断裂是一条切割很深的断裂。从布格重力图(图5)来看，断裂两侧重力异常特征明显不同，表现为明显的正异常与负异常的过渡带。根据磁场特征研究断裂的位置和延伸趋势，F3断裂可能为莲花山断裂在海域的延伸。广东莲花山断裂带多处出露由NE向断裂控制展布的下古生代和中生代地层，且沿断裂带有大面积燕山期中酸性岩浆岩，结合岩浆岩磁性特征，推断沿F3断裂分布的大规模团块状正异常为中生代中酸性花岗岩。

图5 珠江口盆地布格重力异常Fig.5 Gravity anomaly map of Pearl River Mouth Basin

F4断裂可称为东沙隆起南断裂，既是磁场分界线又是磁异常梯度带，断裂东南侧为区域性负异常，西北侧为呈北东走向的团块状强磁异常带，正异常带中常出现受北西向断裂控制的正负异常。结合全国1∶250万航磁图[31]，该断裂反应十分清晰，从台湾嘉义呈北东向向西南方向延伸至白云凹陷北，是澎湖隆起、东沙隆起与潮汕坳陷、台西南凹陷的分界线。诸多研究者认为该断裂与中生代太平洋板块向欧亚板块的俯冲有关[32-33]。从基底深度图(图6)来看，断裂两侧基岩深度变化很大，落差数千米，从台西南盆地钻遇中生代盆地，潮汕坳陷LF35-1-1井也钻遇中生代沉积层[34]可以看出，该断裂控制中生代地层的沉积。

图6 珠江口盆地磁性基底深度Fig.6 Magnetic boundary depth of Pearl River Mouth Basin

F8断裂为东沙隆起和北部坳陷带的分界，长度约300 km，化极图(图3)上表现为不同区域场的分界线，断裂东侧为区域性正磁异常，西侧为负磁异常。这一断裂在布格重力图(图5)上反映为不同区域重力场的分界线，说明沿断裂两侧岩石密度有明显差异。结合航磁解释结果，认为断裂东侧为基底隆起区，并伴有大量基性岩浆活动，断裂西侧为基底凹陷区，以沉积岩和中酸性岩浆活动为主，从地震剖面看，断裂两侧基底埋深落差大(图7)。

3.2 NW向断裂特征

F5断裂是珠江口盆地东界断裂，该断裂规模大，海域延伸大约400 km。航磁化极图(图3)上该断裂北段切断F1断裂及沿断裂分布的正异常带而形成磁异常错动线，南段为串珠状磁异常，断裂在上延3 km后，南段串珠状磁异常依然清晰可见。在断裂东侧台湾海峡区域沿断裂形成1条数十公里的北西向负异常带，负异常带东侧有1条与F5断裂平行的北西向正异常带，正异常带上延后仍然明显。在布格重力场图(图5)上反映为NW向线性梯度带，根据陆域粤东花岗岩磁性和密度都高的特点，推测正磁异常带为中生代岩浆岩的反映，而两带之间的负异常带岩浆并不发育，可能是断陷的反映。从基底深度图(图6)来看，F5断裂对珠一东部凹陷有明显的控制作用，如陆丰凹陷、惠州凹陷等均呈北西向展布，说明该断裂在中新生代活动剧烈。

图7 F1、F8断裂在L1地震剖面上的特征Fig.7 Characteristics of Fault 1 and Fault 8 on seismic profile L1(for the location,see Fig.5)

F6断裂可称为神弧一统暗沙断裂，从化极图(图3)来看，该断裂为不同的磁场分界线和磁异常梯度带，延伸近500 km，断裂东侧为区域负背景场上叠加的正磁异常带，西侧为平缓的正磁异常区。上延10 km后线性特征更加明显，说明断裂切割深度较大。这一断裂在地震上反映明显，两侧基底岩性也不同，通过地震解释和钻井验证，西侧为下古生界变质基底，东侧为燕山期岩浆岩强烈改造的前中生界基底[26]。从盆地凹陷形态和规模来看，东侧总体大而深，西侧小而密。

F7是平行于F5断裂的一条NW向断裂，表现为磁异常梯度带和串珠状磁异常带，规模小于F5断裂，该断裂穿越惠州凹陷至东沙隆起，对新生代沉积形态和厚度有较大影响。

3.3 NEE向断裂特征

F1断裂可称为香港—南澳断裂，向东延伸至福建，向西截止于F3断裂，位于珠一坳陷北界。该断裂主要表现为不同磁场特征的分界线，该断裂西北侧为北东向串珠状正异常带为主的正负异常带，北侧发育多个延伸不长且规模较小的NE向断裂，东南为反映珠江口盆地坳陷形态的负背景场。F1断裂切割深度较大,属于区域性断裂，在地震剖面上该断层至基底向上穿越多个沉积层，断面产状陡且垂直断距大，盆地基底在断裂两侧埋深落差大。

F2断裂位于陆坡上，为北部断阶带边界，航磁化极图(图3)上的特征主要表现为不同磁场特征的分界线，断裂北侧发育多个NE向和NW向交错的串珠状正异常带，根据异常的形态特点，推测为中酸性岩浆岩侵入。

4 断裂对盆地基底结构的控制作用

4.1 盆地基底结构

斜磁化条件下，用切线法计算异常形态比较完整的磁异常深度，其精度相对较高。对珠江口盆地1∶10万高精度剖面数据进行分析处理，采用中国国土资源航空物探遥感中心研制的“人机交互航磁异常深度计算切线法程序”计算磁异常的深度计算，根据磁异常特征并参考其他资料，对深度值进行筛选，剔除盖层中的深度值，结合磁场特征编制磁性基岩深度图(图6)[35]。

从编制的珠江口盆地磁性基底深度图(图7)可以看出，磁性基底深度起伏较大，主体呈“三隆两坳”的基底构造格局。盆地磁性基底深度变化范围在0～9 km，埋深最大的地区为白云凹陷和潮汕坳陷，大约7～9 km。从磁性基底构造格局来看，前新生代盆地的形成受中新生代构造运动影响，构造走向主要以NE和NW向为主。

4.2 断裂对基底的影响

珠江口盆地断裂复杂，数量众多，其中NE和NW向基底断裂构成了珠江口盆地断裂构造格架，NE向断裂规模大且数量多，其中F3断裂是控盆断裂，是北部坳陷带的西界，断裂西北侧基底埋深1～2 km，东南侧为3～5 km，说明沿断裂东南侧基底曾有明显的下降。F4断裂为东沙隆起与潮汕坳陷的界线，控制着基岩埋藏深度的变化。F8断裂为东沙隆起和北部坳陷带的分界，同时F8断裂控制着次级构造单元的展布方向，F8断裂以西，珠三坳陷和珠一坳陷南部呈北东向展布，以东转为东西向，再向东至陆丰凹陷则呈北东向，这种展布特征可能与断裂及其两侧的基岩隆起控制有关。NW向断裂从数量和规模上均小于NE向断裂，控制着盆地凹陷形态。其中F5断裂为东部坳陷的东界，对珠一坳陷的东部有明显控制作用，使得坳陷内部构造单元从东到西凹凸呈北西向展布。

珠江口盆地的构造应力方向与华南陆域一致，基底断裂构造格架为NE向和NW向。总体来看，NE向区域性断裂为控盆断裂，控制前新生界盆地的沉积，NW向断裂控制次一级构造单元，通常为盆地内坳陷的边界，影响沉积凹陷的展布形态。

5 结 论

(1)珠江口盆地因其独特的地质构造位置，断裂复杂，按规模分为深断裂、区域性断裂和基底断裂，平面展布方向主要有NNE—NE向、NW向和NEE—EW向3组。其中，NNE—NE向断裂数量最多，规模也最大；NW向断裂次之；NEE—EW向断裂规模小、延伸短且常收敛或止于NE向断裂。NE和NW这2组断裂基本构成了珠江口盆地的断裂构造格架，常成为盆地一级构造单元和内部次级构造单元的边界，对盆地的基底结构有明显的控制作用。从交切关系来看，NW向断裂通常错断NE向和NEE向断裂，说明形成时间晚于这2组断裂。

(2)区域性断裂控制珠江口盆地的基底构造格局，对前新生界盆地的发育有重要影响。总体来看，NE向区域性断裂为控盆断裂，控制前新生界盆地的沉积；NW向断裂控制次一级构造单元，通常为盆地内坳陷的边界，同时影响沉积凹陷的展布形态。

致谢：感谢中国国土资源航空物探遥感中心乔日新和张永军教授在成文过程中给予的指导和帮助，感谢审稿专家和编辑老师提出的宝贵意见！