南沙海域盆地群早中新世“挤压隆升幕”及其构造意义*
2022-02-25关成尧漆家福张厚和廖宗宝陈玮常
关成尧 漆家福 张厚和 廖宗宝 陈玮常
(1.河北省地震动力学重点实验室 河北廊坊 605201;2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室 北京 102249;3.防灾科技学院 河北廊坊 065201;4.中国海洋石油总公司中海油研究总院 北京 100028;5.集宁师范学院地理科学与规划学院 内蒙古乌兰察布 012000)
南沙海域呈两隆两坳的构造格局(吴进民,1991),一般认为伸展是成盆的特征要素。外国研究者通常称中国的南沙为“Spratly Islands”(Valencia,1988;Blanche and Blanche,1997;Hutchison and Vijayan,2010),自 西 向 东 含 有Luconia、Dangerous Ground、Reed Bank、Palawan Block 4个地块(Packham,1996;Hutchison and Vijayan,2010)。国内学者对南沙海域盆地群的构造反转和中中新世不整合已有关注,南沙海域盆地处于Tg-T50界面间的下构造层为隆升裂解,处于T50-T30界面间的中构造层为裂解与挤压反转(姚永坚等,2002)。更多学者关注到南沙广泛存在T60不整合,一般认为南沙海区存在解体不整合面(T60)和张裂不整合面(Tg),其中T60是南沙海域盆地断陷半地堑结束的重要界面(孙珍等,2011a,2011b)。因为我国在南沙没有钻井,地震测线覆盖率很低,南沙构造反转方面研究很少,构造反转的构造意义也缺乏探寻。对南沙海域主要盆地沉降史或埋藏史的研究成果(钟建强等,1994;高红芳,2002;刘振湖等,2003)基本没有早中新世的隆升剥蚀信息,这些沉降史或埋藏史曲线一般都呈现为单调深埋模式,单调深埋是过去南沙海域研究的基本认识。前人对中中新世不整合地层缺失程度的研究也相对较少,不整合成因和沉降史或埋藏史曲线“单调深埋”之间关系也鲜有关注。
1 南沙海域区域地质概况
前人的工作已经圈定南沙海域主要包括万安、曾母、北康、南薇西、南薇东、永暑、安渡北、九章、礼乐盆地、南沙海槽、文莱沙巴、西巴拉望、北巴拉望13个大中盆地。另外也存在一些中小型盆地,南沙海域主要盆地如图1所示,图1中的郑和隆起的区域范围参考关成尧(2013)的标注,其核心部位在图1中的中业、永登、太平、九章盆地4个盆地的中间地带。
图1 南沙海域盆地概况和主要剖面位置Fig.1 The basins in Nansha area and section position of following figures
2 早中新世挤压抬升及证据
2.1 前人对南沙及邻区抬升及反转构造的研究
前人对于南海有关的挤压构造方面认识主要是以下几期造山隆升:1)白垩纪末造山带,南海中生代形成笔架—双峰造山带,在白垩纪末期经历隆升和夷平(杨明慧等,2017)。2)45 Ma的沙捞越造山带(Hutchison,1996a;杨明慧等,2017),曾母盆地与其有关,并认为曾母盆地南缘在这个阶段属于前陆压陷盆地(钟建强等,1994)。3)16~5.5 Ma的沙巴造山带,南沙海槽及文莱沙巴盆地在这个阶段较明显地隆升,并形成大规模的逆冲推覆构造(陈雪等,2002)。学术界对中新世以来南沙海域的关注大致都是南部海槽的俯冲导致的南沙海槽盆地以南的隆升(可以理解为南沙南缘的隆升),唐武等(2021)认为存在一个南沙地块与婆罗洲地块的碰撞期(T50-T40),形成不整合面T30,剥蚀时间为5.5 Ma,这个碰撞的实质还是沙巴造山运动。杨明慧等(2017)提及了16 Ma的沙巴造山运动的隆升,这个时间恰恰是南沙的“南缘事件”,而不是“南沙腹地的事件”。张云帆等(2011)认为南海活动的第二幕为30.0~10.2 Ma,随着南海的张开,区内盆地相继发生热沉降作用,进入拗陷期,后又由于古南海与婆罗洲的碰撞,区内盆地地层发生整体抬升。在32~17 Ma这个时间段南海最大的事件就是新南海扩张,近些年的新资料围绕着32~17 Ma这个时间的讨论都是伸展裂陷(李家彪等,2011,2012;张洁等,2011;董冬冬等,2014)或者伸展拆离(刘海龄等,2004)相关主题,或者是走滑斜张(程世秀等,2012;李三忠等,2012;张勇等,2017),虽然存在着不整合,但通常认为属于破裂不整合(孙珍等,2011b;杨明慧等,2015;王利杰等,2019),认为是碰撞不整合的也是指16~5.5 Ma的沙巴造山阶段导致的碰撞不整合(孙珍等,2011b;杨明慧等,2015,2017)。
前人对南沙海域盆地反转构造也有关注,龚铭等(2004)在南海演化中提及存在“晚始新世—中中新世断坳反转阶段”,并认为和青藏隆升有关,龚铭等(2004)所说的这个“反转阶段”比本文的时间宽得多,文中也提及存在“反转构造”,但没有明示具体的发生时间。陈玲(2002)对曾母盆地的研究也提及存在“反转构造”,邱燕(2005)对曾母盆地的研究认为存在“挤压褶皱”和“冲断构造”,并认为曾母盆地的“挤压褶皱”和“冲断构造”多形成于中中新世末到晚中新世末,在时间上晚于本文的时间,其地质意义是完全不同的。南海围区的反转构造在泰国湾盆地(ASCOPE,1981)、Penyu凹陷(ASCOPE,1981)较为发育,泰国湾盆地的反转构造发生在中白垩纪(ASCOPE,1981),和本文的讨论不在同一时间。
本文认为在早中新世(T60-T40之间,对应时间23.8~18 Ma),南沙腹地多个盆地发生挤压导致的正断层反转或挤压褶皱,和16~5.5 Ma的沙巴造山运动形成变形的意义是完全不同的,相关证据说明如下。
2.2 早中新世北康盆地压性反转构造
在早中新世,北康盆地发生挤压导致的正断层反转变形,根据地层接触关系判断,该压性构造明显发生在T50界面对应时间(约20 Ma)之前,如图2所示。
图2中地垒两侧两个断裂的倾角明显不对称,下部地层呈现一个地垒分割两个地堑的构造格局,这是压性构造发生前的构造原型,左侧的地堑区靠近地垒部位出现明显的地层加厚和右侧T90反射界面抬升。图2右侧的地堑反转抬升并形成其左上部的不整合面出现褶曲的压性构造是在正断层基础上经过构造反转逐步形成的。图2中,变形前锋后部(右侧的地堑区)尚有部分T70-T60之间地层存在,左侧地堑T70-T60之间地层已经全部剥蚀掉。同时,右侧地堑发育Tg-T90之间地层,左侧地堑则未沉积Tg-T90之间地层。另外,图2左侧地堑缺失T70-T60之间地层,右侧存在T70-T60之间地层残留,说明在正断层反转发生之前先发生剥蚀,左侧地堑因其地势较高而导致T70-T60之间地层全部剥蚀,右侧地堑得以保留该地层。
2.3 早中新世永暑南盆地压性构造
除了北康盆地(图2)早中新世发生过明显的挤压以外,郑和隆起西部的永暑南盆地也遭受了挤压并形成压性反转构造(图3)。在断层反转之前,该区从T90开始接受沉积形成拗陷盆地,基底断距和T80断距基本相当,地层厚度较为连续和均匀,说明正断层主要在T80之后才开始活动,该盆地形成初期具有拗陷盆地性质。永暑南盆地的断裂在T80之后的某个时期开始活动,因其靠近南薇西盆地,其构造活动可能和南薇西盆地一致。永暑南盆地应该也是在T60开始产生的挤压应力作用下发生反转,盆地东北部坳陷存在前T50沉积,不整合面对应时间一定在T50之前,西南部的不整合面对应时间约为T40之前,所以推测其构造反转发生时间约为T60之后,T50之前是合理的。T60的构造反转作用使盆地西部相对隆升和继续剥蚀,东部开始接受T60-T50之间的沉积,按照上部盖层的断距变化关系,构造反转一直发生到T40之后,T40界面仍存在小幅度的反转断距,T32则是连续的,这和西南次海盆的扩张停止时间(15 Ma)恰好对应。
图2 北康盆地(A-A'测线位置见图1)早中新世压性反转构造变形(演化剖面)Fig.2 Early Miocene inversion tectonic deformation in Beikang Basin(A-A'line location is shown in Fig.1)
从两侧的T80后残余地层厚度来看,绝大部分剥蚀量主要在T60-T50期间完成剥蚀,T50之后剥蚀量较小。鉴于T50后持续发生逆冲,并持续到T40,可见在T40之前的郑和隆起地区一直保持着挤压环境,因此推定挤压隆升的时间跨度是T60-T40是合理的。
图3中的西南部4条逆断层总的逆垂直反转断距大约为0.5s,保守按照该深度地层双程旅行时与地层厚度对应关系为1 800 m/s来计算,永暑南盆地反转差异隆升量大于900 m,这4条逆冲断裂都由正断层反转而来,而正断层回退的反转断距无法估算,实际的差异隆升量大于900 m,估计在1 000~1 500 m之间是比较合理的数据。
图3 郑和隆起西部永暑南盆地(B-B'测线位置见图1)早中新世压性反转构造变形Fig.3 Early Miocene inversion tectonic deformation in South Yongshu Basin in the west of Zhenghe Mountain(B-B'line location is shown in Fig.1)
2.4 多见挤压褶皱现象
除了北康盆地和郑和隆起西部永暑南盆地早中新世挤压逆冲以外,位于郑和隆起的九章盆地、安渡北盆地、先宾盆地北缘、曾母盆地等多处也发生挤压褶皱作用。如图4和图5所示的九章盆地和安渡北盆地的挤压褶皱变形。
根据地层接触关系来判断,可以推定九章盆地的地层缺失明显发生在T40之前,也就是18 Ma之前,如图4所示,在T40之后开始接受沉积。安渡北盆地可以推定褶皱明显发生在T50之前,也就是20 Ma之前,如图5所示。先宾盆地北缘也存在相同的挤压褶皱(图6)。先宾盆地北缘可见T50-T40之间的地层,可以推定该褶皱明显发生在T50左右,也就是20 Ma左右。曾母盆地南部也存在晚期褶皱(图7),这些挤压褶皱开始发生时间难以确定,可以确定褶皱停止的时间大致是T32界面对应的时间。
图4 早中新世九章盆地(C-C'测线位置见图1)挤压变形Fig.4 Early Miocene compression deformation in Jiuzhang Basin(C-C'line location is shown in Fig.1)
图5 早中新世安渡北盆地(D-D'测线位置见图1)挤压变形Fig.5 Early Miocene compression deformation in Andubei Basin(D-D'line location is shown in Fig.1)
图6 早中新世先宾盆地北缘(E-E'测线位置见图1)挤压褶皱变形Fig.6 Compression fold in Xianbin Basin(E-E'line location is shown in Fig.1)in Early Miocene
图7 曾母盆地南部早中新世的挤压褶皱(F-F'测线位置见图1)Fig.7 Compression fold in the south of Znegmu Basin(F-F'line location is shown in Fig.1)in Early Miocene
从以上数个盆地的“构造反转”现象作为证据,本文提出南沙海域存在一个早中新世“挤压隆升幕”的观点。在时间跨度方面,由这几个南沙腹地(包括郑和隆起和北康、南薇西盆地)盆地的挤压变形发生时间可见,挤压开始发生时间只有推定到T60才能覆盖前述数据,T40-T32之间南沙腹地已经广泛接受沉积,据此可以推测挤压发生时间在T60-T40之间,正好是23.5~15 Ma之间,恰好对应23.5~15 Ma(孙珍等,2003)所述的西南次海盆的扩张开始时间和扩张停止时间。
曾母盆地南部褶皱和南沙腹地的挤压褶皱停止时间大致一致,T32界面对应的时间之后文莱—沙巴盆地还在发生明显的与沙巴造山带相关的逆冲,这说明曾母盆地的褶皱是对西南次海盆扩张的运动响应,而不是对沙巴造山带所致文莱—沙巴盆地逆冲的响应。图7显示T40之前存在一期挤压隆升剥蚀,同时T30后也存在宽缓的挤压变形,但并没有形成明显的不整合,两期变形也是南沙海域的普遍特征。
3 构造抬升量定量计算
南沙“隆升幕”的构造反转缺乏量化分析,对早中新世南沙构造抬升严格的、准确的定量计算很难获得足够数据支撑。本文依据“地层趋势法”进行定量恢复,评估个别含有有效信息点的某类抬升量信息,这些数据可能是最小值,也可能是近似值,据此做一些大致的、半定量的评估。
九章盆地地层携带了部分曾经遭受剥蚀的信息,如图8所示。在图8中,只能采取地层趋势拟合的方法获得剥蚀前的地层沉积线,根据该地层趋势线,获得剥蚀量估算值。T70反射界面的位置以剖面能见到的最大厚度来确定。T70-T60之间地层厚度根据曾母盆地、先宾盆地的T70-T60之间和T80-T70之间的地层厚度比例关系确定。图9为邻近郑和隆起区的先宾盆地T70-T60残留地层的厚度信息,T70-T60残留地层的厚度达到T80-T70间地层厚度的70%~80%,保守按照1 500 m来估计,也可以按照目标研究区的T80-T70间地层厚度的75%估算。
图8为九章盆地西南坳陷剖面图,从残余地层厚度分布规律可以判断该凹陷是一个滚动半地堑,地层左侧厚、右侧薄,而图10所示的九章盆地西北坳陷原始地层各处等厚。根据以上信息,对图8剖面的九章盆地西南坳陷地层剥蚀量半定量的恢复数据如表1所示。
表1 九章盆地地层剥蚀量恢复计算数据表(G-G'和I-I'测线)Table 1 The denudation thickness restore data sheet in Jiuzhang Basin(G-G'and I-I'line)
九章盆地在不考虑可能存在T70-T60之间地层的情况下,前T70地层剥蚀量达到3 900 m以上,以上是按照地层双程旅行时每秒对应地层厚度2 000 m计算,如果保守按照1 800 m/s来计算,(d7r+d8r)总剥蚀量至少达到3 560 m,可见九章盆地3 500 m的地层剥蚀总厚度是非常保守的数据。
3 500 m是郑和隆起区内山间盆地的剥蚀深度,郑和隆起区内盆间隆起的剥蚀量远大于3 500 m,或有希望超过6 000 m,而郑和隆起区外盆地的剥蚀量随着距离郑和隆起中心的距离增大而逐渐变小。在北康盆地,剥蚀仅限于T70-T60之间的部分地层,估计剥蚀量不超过1 000 m,郑和隆起南侧的先宾盆地剥蚀量估计也不超过1 000 m。
本文中的剥蚀量的估算采用“地层趋势法”,这个方法在盆地勘探初期能粗略估计剥蚀厚度,但是该方法并没有考虑古地貌、古水深、岩性和压实等作用的影响,会带来一定的误差,但就其大致的数据引出讨论的相关问题还是有意义的。并且,从图8和图10的实际地层来看,形如T80和T70之间的地层剥蚀量是高概率偏小的,T80和T70之间的地层剥蚀量对图9中T70-T60残留地层数据的借用存在一定的风险,但就整体来讲,这些剥蚀量存在的高估的风险并不大,并且存在较高概率的低估可能性。
图8 九章盆地西南坳陷实际剖面恢复法剥蚀量计算(G-G'测线位置见图1)Fig.8 The denudation thickness restore from the actual line of Jiuzhang Basin southwest depression(G-G'line location is shown in Fig.1)in Early Miocene
图10 九章盆地西北坳陷实际剖面恢复法剥蚀量计算(I-I'测线位置见图1)Fig.10 The denudation thickness restore from the actual line of Jiuzhang Basin northwest depression(I-I'line location is shown in Fig.1)in Early Miocene
对于挤压隆升幕的启动时间问题,同时,根据沉积记录,在远离郑和隆起的盆地(图9)还存在T70反射界面,也就是存在T70-T60残留地层,说明最早不会超过T70,T70-T60残留地层厚度不低于T80-T70的一半,说明时间晚于T70-T60的中间值(28.4 Ma和23.8 Ma的中间值为26.1 Ma),再根据南海西南次海盆的最早磁异常条带时间23 Ma(Sun et al.,2009),事实上“隆升幕”可能的起始时间定为25~23.8 Ma之间的时间可能是较为合适的。
图9 邻近郑和隆起区的先宾盆地(H-H'测线位置见图1)T70-T60残留地层Fig.9 The T70-T60 residual strata in Xianbin Basin which near the Zhenghe Mountain(H-H'line location is shown in Fig.1)
4 南沙海域盆地群地层及事件序列
南沙海域主要盆地的地层及事件如下图11所示,图11中各个时代地层沉积属性借鉴(ASCOPE,1981;金庆焕,1989;吴进民,1991;Blanche and Blanche,1997;许红等,1998;李家彪,2005;Wang and Li,2009)等文献并经本文作者选材整理而成。图11可见,整体来说前T80时期的地层显示礼乐、文莱—沙巴盆地为海相,西北部则为陆相,呈现“西北高,东南低”的整体构造格局。图11中右侧的巨大时间跨度的不整合形成一个以郑和隆起为核心的“碟形”剥蚀区,就是(孙珍,2011a,2011b)论述的中中新世不整合,由于大部分地区观察到的不整合地层是T40以上地层,人们通常称呼其为中中新世不整合。
结合地层岩性分布趋势以及主要构造事件,南沙主要不整合及地层缺失主要分为3个期次,Tg不整合是深部的不整合,以超覆不整合为主要表现形式,中中新世不整合是全区大部分地区连续存在的不整合,从郑和隆起核部向周边存在穿时,晚中新世不整合则是由于火山喷发和构造活动停止导致的。T80前后,南海东北部的海盆产生扩张(关成尧等,2013),可以认为代表南海深部伸展断陷的大规模活动开始。在早中新世的“隆升幕”南沙海域形成了以郑和隆起为核心的“碟形”剥蚀区(图11),郑和隆起内的断陷构造层沉积物剥蚀殆尽,郑和隆起周围盆地也有较大剥蚀量,郑和隆起区内的山间盆地剥蚀厚度超过3 500 m。
图11 南沙海域主要盆地地层事件过程示意图Fig.11 The schematic procedure of major tectonic evolution event in Nansha Basin Group
早中新世至中中新世“垮塌”期挤压隆升过程结束,逐步进入垮塌应力状态,“碟形”剥蚀区开始“回缩”,外围盆地开始逐渐接受沉积。晚中新世(T32-T30)为“火山活跃”期(关成尧等,2013),该期经过两期的火山侵入和喷发,喷发时间大多集中在10.4 Ma和5.5 Ma,继续伸展沉降,沉降量达到西沙海域同期沉降量的4倍左右(关成尧等,2013)。从T40开始,沙巴地区开始进入带俯冲的陆陆碰撞阶段,沙巴地区的古南海闭合,沙巴造山带开始培育和发展,文莱—沙巴盆地逆冲得到快速发展,而或许由于沙巴造山的阻隔,南沙地块无法继续漂移,南海扩张停止。更新世后(5.5 Ma~现今),南沙构造活动基本停止,进入“‘安静’盖层”期,形成相对稳定的盖层。
5 “挤压隆升幕”的大地构造及石油地质意义
5.1 “挤压隆升幕”相关大地构造问题
虽然本文采用的“地层趋势法”估算的剥蚀量会带来一定的误差,但“挤压隆升幕”的提出,对于理解南海大地构造演化事件格局有一定的(或者属于非定量的)意义。
(1)南沙腹地非碰撞式隆升
南沙“挤压隆升幕”形成的剥蚀以郑和隆起核部最大,过去认为的中中新世不整合或者晚中新世不整合实际上是对早中新世隆升幕的响应,由于各个位置因隆升或者反转的滞后时间长度不同,形成了剥蚀不整合的穿时。南沙腹地早中新世“隆升幕”是和南海西南次海盆扩张相伴生的构造活动,构造反转则是和这个“隆升事件”相伴生并存在滞后反应的响应,南沙漂移是和隆升及构造反转相伴生的,而沙巴造山是导致南沙地块漂移终结的力量,本文的“隆升幕”并不排斥沙巴造山的隆升和反转,沙巴造山的隆升和反转主要发生在南沙的南缘,而非南沙腹地。因此,南沙腹地的早中新世“挤压隆升幕”是由于区域挤压应力场导致的,而非和沙巴造山运动相关的碰撞成因。
(2)丰富南沙海域盆地群的事件序列
前人在大地构造方面基本没有建立早中新世的“挤压隆升幕”的概念,且对中中新世不整合的成因未能很好地归位。前人对南沙以“幕”进行专项讨论的不多,对“隆升期次”划分大多没涉及早中新世。但在南沙演化阶段划分中涉及了“隆升”的概念,如解习农等(2011)将南海新生代盆地形成演化大致划分为4个演化阶段,即扩张前初始裂陷阶段、同扩张强烈裂陷阶段、扩张后缓慢沉降阶段和扩张后快速沉降阶段。姚永坚等(2002)认为南沙海域发生过4次重要的构造运动,经历了隆升裂解—断陷坳陷—挤压改造—区域沉降4个演化阶段。曾母盆地的演化可以分为4个时期(钟建强等,1994),分别是渐新世—早中新世(37.0~16.5 Ma)的强烈沉降期,中-晚中新世(16.5~5.2 Ma)的平缓沉降期,上新世(5.2~1.8 Ma)的加速沉降期和第四纪以来的差异沉降期。这些大的时期阶段的划分均不含有早中新世挤压隆升。一般32~17 Ma期间南沙的故事基本被“裂陷”“漂移”等概念所占据。本文讨论的“挤压隆升幕”和前人的晚中新世的“反转”(邱燕,2005)是不同的,这种不同主要表现在两个方面,第一是时间上不同,本文讨论的早中新世的“挤压隆升幕”,而不是晚中新世和沙巴造山带碰撞导致的反转和局部不整合;第二是地点不同,本文的“挤压隆升幕”主要发生在南沙腹地,而不是南沙的南缘,不属于南沙的“南缘事件”,和沙巴造山带碰撞不是直接的成因联系。因此,早中新世的“挤压隆升幕”是一个全新的独立的定位于郑和隆起围区的隆升事件。本文“挤压隆升幕”的提出,丰富了南沙盆地群演化事件序列,也说明南沙区域的构造演化是复杂的,沉降史或埋藏史曲线并不是“单调深埋”形式,构造反转在南沙海域盆地群内是多见的,南沙盆地群演化事件序列对于认识南海成因模式(Sun et al.,2009;关成尧等,2020)也是重要的约束条件,关成尧等(2020)将这些模式分为“主动”和“被动”两大类,似乎“主动”类模式更容易产生本文讨论的这种挤压反转隆升序列。
(3)西南次海盆扩张的构造后果
西南次海盆扩张一般认为会导致相邻盆地的伸展,孙珍等(2003)、谢文彦等(2007)等基于构造物理模拟建立了岩石圈旋转拉张模型,岩石圈的旋转拉张模型产生的断裂及地貌与南沙的几何学实际情况较为接近。本文对“早中新世挤压隆升幕”的研究发现南沙海域实际形成一个以郑和隆起为核心的“碟形”剥蚀区,活动时间与西南次海盆的扩张时间一致,这就不得不使人们联想到南沙海域的挤压隆升事件是由于西南次海盆的扩张导致的,西南次海盆的扩张很有可能在南海演化过程中充当动力源,在近扩张中心的地带表现为“断阶裂陷”作用,而在远离扩张中心的地带表现为挤压隆升,西南次海盆的扩张造就区域挤压应力场,另外,南沙腹地和南沙南部盆地遭受挤压形成逆冲和褶皱构造,这种大规模的挤压构造现象的出现,说明这个批次的隆升、挤压、反转很可能不是因为16 Ma之后的沙巴造山运动所致,由于曾母盆地对应的南部沙捞越造山带(Hutchison,1996a,1996b;杨明慧等,2017)在始新世已经形成,“隆升幕”对应时间的南沙海槽却处于俯冲阶段,其构造阻应力小于西部的曾母盆地也是很自然的,西南次海盆扩张的构造后果还需要系统地研究。
(4)从“挤压隆升幕”到“火山侵入(伸展)幕”
“早中新世挤压隆升幕”的形成时间早于(关成尧等,2013)提出的“火山侵入(伸展)幕”,两者是继承关系,南沙海域盆地,从古新世—渐新世的成盆过程到25~23.8 Ma之间转变为挤压隆升,而在西南次海盆扩张之后的垮塌是深部地幔软流圈活动积蓄能量的过程,在晚中新世(15~5.5 Ma)发生的南沙海域及南海海盆较大规模的火山侵入(含喷发)事件则是所积蓄能量的集中释放,这种释放导致的动力地貌的巨大变化,也可能是导致15 Ma之后南沙海域沉降远大于西沙海域沉降(关成尧等,2013)的重要因素。
(5)“郑和隆起”需要给予大地构造的诠释
在早中新世的“隆升幕”南沙海域形成了以郑和隆起为核心的“碟形”剥蚀区,那么,“郑和隆起”的范畴、时代属性及其变迁都需要在大地构造领域有所研究和认识。另外,郑和隆起在早中新世挤压隆升幕的抬升中势必影响古地理的变迁和沉积序列的变化,围绕着以郑和隆起为核心的“碟形”剥蚀区的沉积古地理的研究也需要展开,如此时的“郑和隆起”是否抬升出海表面?是否向围区盆地提供陆相物源?或者至少抬升导致本时期碳酸盐岩台地大规模发育具备了条件。
(6)开始时间(23.8 Ma)本身的意义
南沙在25~23.8 Ma之间转变为挤压隆升,这个开始时间23.8 Ma本身就有很大的意义,23.8 Ma是西南次海盆扩张的时间(Sun et al.,2009)。南海中央海盆一般认为32 Ma开始扩张,而直到23.8 Ma南沙才开始出现系统抬升和发育反转构造,可见,32 Ma开始的中央海盆扩张导致的是南沙海域的系统伸展,而23.8 Ma的西南次海盆的扩张导致了南沙系统抬升和形成“挤压隆升幕”,属于挤压型应力场,这就反映了南海中央海盆和西南次海盆在打开形式上和扩张动力学上有很大的差异,这个差异究竟是什么还有待于理论界的探讨。
5.2 “挤压隆升幕”的石油地质意义
依据前文论述,九章盆地剥蚀前的剥蚀量超过了3 500 m,有希望接近5 000 m,残余盆地厚度一般可保证1 500~2 500 m之间,如果平均按照残余厚度2 000 m计算,最大埋深将超过5 500 m,有希望接近6 000 m,大于九章盆地目前埋深,因此,深埋是中中新世之前九章盆地有机质成熟的重要影响因素。
火山加热作用也影响对油气理论成熟度的评判,南沙海域在晚中新世发生大规模的火山喷发,形成规模宏大的南沙盆岭火山带(关成尧等,2013),目前,南沙海域火山加热作用的研究还较为薄弱。关成尧等(2013)文中讨论的火山侵入事件主要分布在15~5.5 Ma之间,这是较大时间跨度的“加热”作用,这次热事件的时间规模和影响还需要深入的研究。图12是九章盆地和永登盆地的隆升前深埋和火山加热促熟作用下的盆地理论热演化史,图12中的“火山侵入伸展”的促熟作用本文人为地将其划分为10 Ma和5.5 Ma两个侵入小幕,并假设每次从侵入到喷发持续的时间大于1 Ma,在图12中形成镜质体反射率Ro向右上爬升的台阶。可见,即使不存在后期的火山加热作用,深埋作用也可以使得九章、永登等盆地具备了热成熟的基本温度条件。
图12 九章盆地和永登盆地的隆升前深埋和火山加热促熟热演化史a.九章盆地;b.永登盆地Fig.12 The thermal history before uplift and the volcanic heating ripening in Jiuzhang Basin and Yongdeng Basin
虽然“地层趋势法”估算的剥蚀量会带来一定的误差,但从图12的数据来看(假使目标盆地存在烃源岩条件),即使剔除对图9中T70-T60残留地层数据的借用的大约1 500 m的剥蚀量,九章盆地前T80地层有可能也具备了初步生气的条件,而永登盆地前T80地层至少有可能也具备了生油的条件。甚至说,由于具备了抬升作用,南沙腹地和南沙北缘的浅薄小盆地群成熟生油的热条件存在性就是确定的。这个推断的主要风险是目标盆地是否存在烃源岩以及烃源岩层位的问题,南沙腹地目前还没有钻井,南沙烃源岩的研究基本都是借助外围盆地来推断,一些学者对于南沙烃源岩的推测还是比较乐观的(杜德莉等,1998;刘宝明等,2002;龚铭等,2004;刘振湖,2005;吴炳伟,2007)。虽然从外围盆地烃源岩向南沙腹地的推断随着离外围盆地距离的增加风险也越来越大,但其可能性不可排除。针对礼乐滩的研究相对丰富,无疑增加了南沙腹地含油气的乐观性评价。礼乐滩盆地经历了早期陆缘张裂(早第三纪),后期陆块漂移(晚新生代)两大发育阶段,泥页岩分布广泛,厚度大,即可生烃。本区地温梯度较低,推测桑帕吉他-1井处的地温梯度为2.85℃/100 m,近于盆地的平均值,盆地中新生界厚度较大(徐脉直等,1996①徐脉直,何泳军,张吉林等.1996.南沙及其周边国家油气资源勘探开发动态分析.地矿部海洋地质研究所.)。南海北部存在中生界,中生界的油气(含烃源岩)应该也是具备条件的。礼乐滩盆地是发育在礼乐滩地块上的陆缘张裂—裂离陆块盆地,下白垩统之下可能存在侏罗系(Taylor and Hayes,1980),根据刘海龄等(2007)对中生界的研究,南沙中生界的分布范围比较广,那么,即使不存在新生代前T80烃源岩层系,那么也不排除存在这里。换句话说,只要南沙腹地存在前T80地层(可以包括中生界地层)的烃源岩,那就必定是较高概率已经成熟,后来的火山加热促熟是使其生烃量更加乐观而已。因此,不仅仅南沙郑和隆起围区的南薇西盆地、北康盆地、礼乐盆地等大盆地的沉降史需要充分论证反转构造的分布格局及隆升幕对区域构造和区域油气的影响,南沙腹地和南沙北缘的“浅、薄、小”盆地群的价值也不容忽视,需要纳入到南沙的勘探研究范畴中来。另外,反转构造本身经常成为油气运移的重要驱动条件,对天然气的运移成藏则更为重要,经常形成反转抬升期的幕式成藏(宋岩,2002),南海海域“内环”的天然气是相对乐观的(张功成等,2010;Trung,2012),那么,就不排除在南沙海域存在一个“挤压隆升幕”对应的“油气运移幕”(甚至“成藏幕”)的可能性。
6 结 论
(1)在渐新世—中新世之交,西南次海盆及邻区发生了“挤压—隆升”事件(约23.8 Ma),产生了很多反转构造。南沙腹地的早中新世“挤压隆升幕”是由于区域挤压应力场导致的,而非和沙巴造山运动相关的碰撞成因。
(2)“挤压—隆升”事件导致郑和隆起内及邻区盆地的遭受巨厚的剥蚀,并形成蝶形剥蚀区,九章盆地、永登等盆地隆剥蚀量可能会大于3 500 m,推断南沙腹地浅薄盆地群曾经历过深埋,“挤压—隆升”事件之前郑和隆起内及邻区盆地的覆盖范围和厚度均大于目前一般之认识。
(3)由于剥蚀前存在深埋,不仅仅南沙郑和隆起围区的南薇西盆地、北康盆地、礼乐盆地等大盆地的沉降史需要充分论证反转构造的分布格局及隆升幕对区域构造和区域油气的影响,南沙腹地(九章盆地为代表)和南沙北缘(中业、永登盆地为代表)的浅薄小盆地群的价值也不容忽视,不整合前(前中中新世)地层的深埋和晚中新世的火山侵入“加热”可能是本区有利的有机质促熟因素。