法尔维海盆构造特征及演化

魏柯佳，宋立军*，王铣慧，季婷

( 1. 西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

1 引言

法尔维海盆位于西南太平洋区域，整体呈NW-SE走向。由两条大型走滑断裂——巴库-伊丽莎白-法尔维断裂带（BEFL）和贝罗纳-奥荼断裂带[1]将其划分为北、中、南3部分。海盆南部又名塔拉纳基深水海盆[2]，新西兰研究者又将其命名为奥荼海盆[3]。该地区主要受到白垩世以来冈瓦纳大陆裂解的影响，产生一系列NW-SE向的海盆和海岭，如豪勋爵海丘、法尔维海盆、新喀里多尼亚海盆和诺福克海岭等（图1）。法尔维海盆位于豪勋爵海丘和诺福克海岭之间，属于典型的弧间海盆[3-6]。该海盆目前勘探程度较低，只有少量的大洋探井钻到新近纪地层，对于该海盆的构造尚未进行研究。在此之前，Ravenne等[7]根据地震资料估计海盆内有2 000～4 000 m厚的沉积地层。Collot等[3]通过重磁数据定义了海盆的陆壳基底属性，同时通过地震资料约束，确定了塔拉纳基海盆到法尔维海盆白垩纪地层的连续性；澳大利亚及新西兰研究者在法尔维海盆中相继发现了白垩系马斯特里赫特阶煤层和大量天然气水合物[8-10]，表明法尔维海盆具有油气成藏的物质基础，有望成为未来油气勘探新区带。但目前关于法尔维海盆的构造演化研究较少。并且前人的地震资料多用于对区域地质方面的描述，对于该海盆的地震资料解释不够充分，极大地限制了该区进一步的油气勘探和开发。

鉴于此，本文拟对法尔维海盆构造演化进行研究，系统搜集了该海盆内地球物理资料(所有数据来源于新西兰塔斯曼海数据库http://www.ngdc.noaa.gov/docucomp/pagexml=NOAA/NESDIS/NGDC/MGG/Geophysical_Models/iso/xml/EMAG2.xml&view=get-DataView&header=none)，以地震剖面解释为基础资料，运用2D Move软件，通过平衡剖面技术对整个海盆的构造演化过程进行深入系统的研究，划分法尔维海盆的构造演化阶段，为下一步的油气勘探工作奠定坚实可靠的基础。

图 1 法尔维盆地区域位置及构造纲要图（引自文献[3]）Fig. 1 Regional location and tectonic outline of the Fairway Basin (cited from reference [3])

2 地质特征

法尔维海盆位于豪勋爵海丘东侧，新喀里多尼亚海盆西侧，海盆全长约400 km，宽约150 km，水深为2 000～4 000 m。自白垩纪以来，西南太平洋地区的地球动力学演化史一直受冈瓦那大陆裂解的控制，地壳伸展破裂最终导致了塔斯曼海盆、豪勋爵海丘的形成[11-12]。法尔维海盆的形成与演化与豪勋爵海丘的形成密切相关。

2.1 磁异常特征

本文对该区域采用频率域变磁化方向的低纬度化极技术[13]，从南到北每隔2°读取一个，分别读取了11个点的磁化倾角，在只考虑感磁的情况下进行化极处理（图2），获得法尔维海盆化极磁异常，结果发现法尔维海盆北、中、南3部分基底化极磁异常为-300～-500 NT，属性应一致。

2.2 地层特征

本文参考van de Beuque等[14]对豪勋爵海丘及邻区地质格局调查报告中对法尔维地区的地层描述，以及Rouillard等[6]通过地震资料和钻井数据对法尔维海盆地震单元和地层的划分，制定了法尔维海盆地层划分图（图 3）。

海盆底部为前白垩系变质岩基底，岩性为蛇绿岩。下白垩统主要是一些碎屑沉积物及少量的火成岩；上白垩统为钙质软泥、含放射虫黏土岩及少量砂岩，期间发育一套煤层[15]；古新统至始新统中部，沉积物为少量灰岩、砂岩和浊积岩；始新统上部至渐新统主要为浊积岩和火山碎屑岩；在海盆两翼，发现有始新世-渐新世角度不整合[6]；新近系以来主要沉积了大量钙质软泥、浊积岩，其间夹有块状厚层碳酸岩。

2.3 地震反射特征

该海盆地震资料从下到上，不同的地质体具有不同的反射特征，这些不同的地质体通常可以反映相应的背景信息。

Fw3为下白垩统地层，该地震单元层具有变幅和局部连续的地震波反射特征。地震资料显示，海盆下白垩统发育大量正断层，构造组合呈地堑或半地堑样式（图4）。该单元下部为杂乱反射，认为是一些裂谷前沉积物，可能是一些变质岩基底。

图 2 法尔维海盆化极磁异常图（原始数据来自新西兰塔斯曼海数据库）Fig. 2 The magnetic anomaly of the Fairway Basin (original data from the New Zealand Tasman Sea database)

图 3 法尔维海盆地层划分（引自文献[6,14]）Fig. 3 Division map of strata in the Fairway Basin(cited from reference [6,14])

Fw2b为上白垩统地层，在海盆西翼上可以观察明显的前积楔地震反射体（图4A）。前积楔向海盆中心倾斜，表明沉积物的来源主要来源于旁侧海岭。在此地震单元中部，有穿透上覆沉积物的部分，这一特征认为是底辟构造或者盐丘（图4C）。

Fw2a为古新统-始新统中部地层。靠近海盆西翼一侧，发育有向海盆中间倾斜的前积楔（图4A），表明沉积物在该时期内仍在持续供应。同时在该位置可见大量的褶皱构造（图4B），表明在该地层形成后期经过了明显的构造挤压。褶皱位置处同向轴以较大角度向上终止于Fw1b下部地层界限，形成明显的角度不整合。在海盆中部，发现有一组楔形地震反射体（图5E），其厚度从一侧向另一侧递减，外部形态呈楔状，振幅较强，连续性好。该特征通常出现在滨浅湖、陆坡等环境中，指示冲积扇或扇三角洲沉积类型，代表着沉积物源的方向是从北向南充填进来。

在海盆中部位置的Fw1b地层发现大量充填状地震反射体（图5D），该地震反射体底界面表现为低频率、强振幅、连续性好，水平界面杂乱。常发育在河道、峡谷、海盆和斜坡的环境中。该特征所反映的是顺物源方向地震剖面上的“V”型下切水道充填，表明水道充填的沉积过程是一个高能环境。

Fw1a地震反射特征主要以平行反射为主。构造现象特征不太明显，表明该单元主要是以沉积为主，未受较大的构造活动影响。

图 4 法尔维海盆AA′地震剖面及地震反射体示意图（图中A、B、C红色图框为该地震反射体在海盆中的位置，引自文献[6])Fig. 4 Schematic diagram of the AA' seismic section and seismic reflector in the Fairyway Basin (the red frames A, B and C in the figure are the locations of the seismic reflectors in the basin, cited from reference [6])

图 5 法尔维海盆BB′地震剖面及地震反射体示意图（图中D、E红色图框为该地震反射体在海盆中的位置，引自文献[6])Fig. 5 Schematic diagram of BB'seismic profile and seismic reflector in the Fairyway Basin (the red frame D and E in the figure are the locations of the seismic reflectors in the basin, cited from reference [6])

3 海盆构造演化

本文平衡剖面技术选用2D Move软件，该软件的构造恢复的基本准则：（1）变形期间的岩层体积基本不变；（2）岩层体积仅被剥蚀和沉积压实改变；（3）主导变形方式是脆性断层；（4）褶皱与断层有关。然后逐层进行去压实、消除断距、层拉平处理。分别做出了海盆北、中、南3部分的平衡剖面（图6，图7，图8）。结合区域构造演化过程认为海盆各部分的构造演化如下。

3.1 海盆北部

（1）早白垩世裂谷阶段

随着冈瓦纳大陆的裂解，海盆在NEE-SWW向拉张的构造背景下[16-18]，发育大量近似南北走向正断层(图6)。从地震剖面显示，海盆西翼一侧断裂分布较多，构造活动比东翼较强。沉积物以碎屑沉积物为主，整体上厚度达1 500 m。

（2）晚白垩世断坳过渡阶段

海盆下部断层持续活动，伴随着海盆下坳，沉积物持续充填。该阶段海盆伸展率达到最大，伸展量约1 200 m，伸展率约为14.7%。

图 6 法尔维海盆北部构造演化Fig. 6 Tectonic evolution in the northern part of the Fairway Basin

图 7 法尔维海盆中部构造演化Fig. 7 Tectonic evolution in the central part of the Fairway Basin

图 8 法尔维海盆南部构造演化Fig. 8 Tectonic evolution in the southern part of the Fairway Basin

（3）始新世早期坳陷阶段

该阶段内，随着豪勋爵海丘和法尔维海岭的持续上升及火山活动，沉积物主要从两侧的豪勋爵海丘及法尔维海岭向海盆内输入。大量的沉积物和浊积岩开始沉积。海盆内沉积物主要以白垩纪放射虫、燧石和黏土岩为主，局部夹有煤层。沉积分布区域较广，厚度达2 000 m。

（4）始新世晚期一次构造反转阶段

该时期内，由于新喀里多尼亚岛向西挤压[1,10,18]，加上法尔维海岭和豪勋爵海丘持续隆起以及大量火山活动，该海盆整体上处于挤压环境。海盆西翼出现大量褶皱，并且在海盆西翼出现角度不整合（图3）。海盆整体上缩短约850 m，压缩率为8.3%。

（5）始新世至渐新世热沉降阶段

在构造反转阶段结束后，海盆整体进入热沉降阶段。沉积物主要由钙质软泥和火山碎屑岩组成，厚度达1 000 m。

（6）渐新世至中新世二次构造反转阶段

随着海盆两侧海岭持续隆升，海盆两翼逐渐翘起。两翼遭受剥蚀，大量浊积物和深海软泥从两翼向海盆中心输入，造成海盆两翼地层厚度变薄，中间地层增厚。海盆整体缩短率较小，约4.3%。

（7）中新世至今海洋沉降阶段

中新世之后，海盆开始广泛接受沉积。地震波反射为平行反射，表明沉积环境相对稳定，海盆主要以沉积为主。沉积了大量钙质软泥，夹有块状厚层碳酸岩，且几乎没有破坏的迹象，说明主要的构造活动在始新世末或早渐新世已经停止。

3.2 海盆中部

（1）早白垩世裂谷阶段

该位置受到冈瓦纳大陆裂解的影响，海盆下部同样也发育大量近似南北走向正断层。沉积物以碎屑沉积物为主，整体上厚度约850 m。

（2）晚白垩世断坳过渡阶段

下部断层持续活动，海盆持续下坳，沉积物持续充填。该阶段海盆伸展率达到最大，伸展量约1 030 m，伸展率约为8.2%。

（3）始新世早期坳陷阶段

在该阶段内，海盆两侧海岭持续抬升，遭受剥蚀，大量沉积物从海盆两侧向海盆中部输入，地层整体厚度约1 700 m。

（4）始新世晚期构造反转阶段

在该位置处，法尔维海盆西侧的豪勋爵海丘比海盆东侧的法尔维海岭抬升规模较大，所以在海盆西侧，可以观察出有褶皱构造存在，表明在该部位该时期处于挤压环境。海盆整体上缩短约430 m，压缩率为3.7%。

（5）始新世至今海洋沉降阶段

该位置海盆Fw1b和Fw1a地震波反射均为平行反射，未发现有明显的削截显现，没有发现有第二次构造活动的迹象。所以从始新世晚期构造反转阶段之后，海盆整体上处于沉降阶段。海盆西侧靠近豪勋爵海丘部位，受到豪勋爵海丘抬升的影响，海盆东西两侧地层厚度不同，东部地层相比西侧较厚，海盆西侧水深约2 500 m，越往东靠近法尔维海岭一侧，海盆水深越大，约3 500 m。

3.3 海盆南部

（1）早白垩世裂谷阶段

受冈瓦纳大陆裂解的影响，海盆下部发育大量近似南北走向正断层。海盆中间下部也存在一个较大的丘状突起。

（2）晚白垩世断坳过渡阶段

在该阶段内，断裂持续活动，海盆持续下坳。海盆伸展率达到最大，伸展量约700 m，伸展率约为4.6%。

（3）始新世早期坳陷阶段

海盆内部持续坳陷，沉积物主要从两侧海岭向海盆中部输入。海盆两侧厚度最厚可达1 000 m，较薄位置约500 m。

（4）始新世晚期构造反转阶段

在海盆西侧可见有明显的褶皱构造，表明存在明显的构造反转现象。海盆整体上缩短约300 m，压缩率为2.7%。海盆两侧地层厚度最大可达1 300 m，海盆中部丘状位置处最薄，约800 m。

（5）始新世至渐新世热沉降阶段

构造反转阶段结束，海盆整体沉降。该阶段沉积厚度达到最大，该阶段整体厚度约1 500 m。

（6）渐新世至中新世二次构造反转阶段

随着海盆两侧海岭的抬升，海盆两侧地层逐渐受到剥蚀，沉积物向海盆内输入。海盆西侧地层剥蚀较为严重，地层厚度比东侧较薄。海盆整体上压缩率较小，约3.2%。

（7）中新世至今海洋沉降阶段

该阶段地震波反射为平行反射，构造活动较弱，海盆开始广泛接受沉积。逐渐形成现今样貌，海盆地层整体厚度约1 900 m，水深约3 600 m。

综合结果表明，法尔维海盆经历了7个阶段的构造演化：

（1）早白垩世至晚白垩世陆内裂谷阶段：海盆整体上发育大量断裂。从伸长量来看，海盆从北至南，下部断裂发育规模逐渐减弱，可能由于区域动力的影响大小不同。从断裂的分布位置来看，断裂规模在海盆西南部分布较多，所以断裂整体表现是西强东弱。可能与海盆两侧海岭的隆升规模大小有关。

（2）晚白垩世晚期断坳过渡阶段：海盆内受到伸展率达到最大，伸展率最大为14.7%。在持续拉张的情况下沉积物持续充填。

（3）始新世中期坳陷阶段：法尔维海盆持续下坳，沉积物主要从两侧海岭向海盆中心输入。从北至南，此阶段沉积厚度逐渐变薄。

（4）始新世晚期一次构造反转阶段：从收缩率上来看，海盆北部受到两侧海岭以及新喀里多尼亚岛的挤压影响较大，发育始新世-渐新世区域不整合。海盆内部分断裂性质发生反转。海盆中部所受影响次之，主要是海盆早期充填过程中盐层或泥层沉积受到重力和挤压两者作用导致发育大量的底辟构造，尤其是靠近法尔维海岭一侧，构造现象明显（图4）；海盆南部所受影响较小，只有少量反转构造响应，少部分断裂性质发生改变。

（5）始新世晚期至渐新世热沉降阶段：在构造反转阶段结束之后，海盆开始处于接受沉积状态。沉积物主要来源于两侧海岭被剥蚀后持续充填。

（6）渐新世至中新世二次构造反转阶段：二次构造反转阶段，主要可以从海盆北部和南部所观察到。在海盆中部没有发现有明显的构造特征。从缩短率开明显看出，二次构造反转活动强度比一次构造反转活动强度要小的多。

（7）中新世至今海洋沉降阶段：由于两侧海岭的限制，从海盆北部至南部，沉积厚度逐渐减小。逐渐形成海盆现今样貌。

4 结论

法尔维海盆北部受到区域构造活动影响较大，白垩系地层发育较多的断裂构造；海盆中部晚白垩统地层发生较多的底辟构造；海盆南部从形成至今，受到构造活动影响较小，发育地层完整，前新生代地层较厚。整个法尔维海盆北部构造活动较强，中部较弱，南部较小。沉积地层从北到南由厚变薄。

由于法尔维海盆北部和南部都可以观察出明显的二次构造反转阶段，所以将两个位置的构造演化可划分为7个演化阶段：（1）早白垩世陆内裂谷阶段，海盆内广泛发育正断层，以地堑或半地堑形式展布，断裂活动西强东弱，可能是由于西侧豪勋爵海丘的强烈活动有关；（2）晚白垩世断坳过渡阶段，海盆下部断裂持续活动，伸展量达到最大，伸展率约14.7%；（3）始新世早期坳陷阶段，海盆内沉积物持续充填；（4）始新世晚期构造反转阶段，海盆内可见褶皱构造及角度不整合，海盆整体压缩率为8.3%；（5）始新世至渐新世热沉降阶段，海盆又开始接受沉积；（6）在海盆中部未发现有明显的二次构造反转迹象，则海盆中部对比海盆北部和南部缺少第二次构造反转阶段。海盆北部和南部地区第二次构造反转活动相对较弱，海盆压缩率约为4.3%。海盆两翼随着两侧海岭的隆升，遭受剥蚀，形成两翼薄中间厚的形态；（7）中新世至今海洋沉降阶段，海盆整体下沉，该区域广泛接受沉积。