珠江口盆地构造变形特征与白云凹陷构造‒沉积正演模拟研究

代向明, 李志刚*, 王伟涛, 孙 闯, 闫永刚, 惠格格, 梁 浩, 张逸鹏, 李冠华, 李立国, 吴显灿, 吕良伟

珠江口盆地构造变形特征与白云凹陷构造‒沉积正演模拟研究

代向明1, 2, 李志刚1, 2*, 王伟涛1, 2, 孙 闯1, 2, 闫永刚1, 2, 惠格格1, 2, 梁 浩1, 2, 张逸鹏1, 2, 李冠华3, 李立国1, 2, 吴显灿1, 2, 吕良伟1, 2

(1. 中山大学 地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东 珠海 519082; 2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519082; 3. 汕头大学 理学院, 广东 汕头 515063)

珠江口盆地构造演化与南海扩张运动之间的关系一直是众多研究者关注的重点, 盆地内构造变形信息对南海多期次的扩张运动具有十分重要的指示作用。为研究珠江口盆地构造变形特征与白云凹陷构造演化, 本文对横跨珠江口盆地的三条区域地震反射剖面及过白云凹陷沉积中心的地震反射剖面进行精细的构造解析, 同时对白云凹陷主控正断层系统开展正演模拟研究。结果表明, 过珠江口盆地东部、中部和西部的三条区域地震反射剖面都反映“三隆夹两坳”的结构特征; 剖面对比发现盆地中部吸收的累计构造变形量最大, 其中白云凹陷最为突出。对白云凹陷内的控凹正断层系统展开的2D-Move几何学正演模拟研究结果表明, 该凹陷主要受控于三条北倾的铲形正断层, 活动时间集中于T80～T70(约38～32 Ma)。结合白云凹陷反映的强烈活动时间和沉积分布特征, 我们认为白云凹陷的形成可能与南海北部早期伸展作用相关, 期间可能叠加了西北次海盆的扩张作用; 西北次海盆扩张作用结束后, 整个珠江口盆地构造演化都受到了东部次海盆扩张作用的影响。

珠江口盆地; 白云凹陷; 构造变形; 西北次海盆; 南海扩张运动

0 引 言

南海作为西太平洋最典型的边缘海, 其扩张的时间、过程和影响范围一直以来都是国内外地学界研究的热点问题之一。近几十年, 国内外学者围绕南海的成因(Ben-Avraham and Uyeda, 1973; Tapponnier et al., 1982)、扩张时限(Taylor and Hayes, 1983; Li et al., 2014)、动力学机制(姚伯初等, 2004; 李三忠等, 2012)等开展了大量的研究, 并利用扩张中脊、磁异常条带和钻井资料推断南海扩张始于32 Ma(Briais et al., 1993; Sibuet et al., 2016), 并在16 Ma(Taylor and Hayes, 1983; Briais et al., 1993; Sun et al., 2019)或20 Ma(Barckhausen et al., 2014)停止扩张。根据不同的动力学机制, 研究者分别提出了印度‒欧亚板块碰撞挤出逃逸(Tapponnier et al., 1982; Briais et al., 1993)、古南海俯冲拖曳(Taylorand Hayes, 1983)、弧后拉张(Hilde et al., 1977; Sun, 2016; 孙卫东等, 2018)、深部地幔柱冲击(Lei, 2009; Xu et al., 2012)、古南海拖拽和青藏高原挤出综合作用(Morley, 2002; 栾锡武和张亮, 2009)等多种扩张模型。

南海扩张作用于北部大陆边缘的构造响应长期以来深受研究者的关注。南海北部大陆边缘形成了一系列裂谷, 其中珠江口盆地是位于大陆架之上由大陆地壳向海洋楔入的裂谷盆地(Xie et al., 2019)。作为南海北部边缘重要的含油气盆地, 珠江口盆地经历了多期构造运动, 造就了现今具不同构造特征的单元。开展盆地内不同位置的构造变形信息对比研究, 对获得整个盆地内构造变形特点和区域构造演化历史的认识具有重要意义。目前研究主要集中在盆地的构造沉降分析(赵中贤等, 2011; He et al., 2017)、断裂的分布特征(程世秀等, 2012)、地球动力学模拟(廖杰等, 2011; Li et al., 2021)、局部构造变形特征(毛云华等, 2020)、陆缘演化(Sun et al., 2008; Franke et al., 2014; 丁魏伟, 2021)等, 研究区域也主要集中在盆地内的次级构造单元, 并且主要以中部和西部地区为主, 很少从整个盆地的角度出发进行研究(Ma et al., 2018; 陆蕾蕾等, 2021)。

关于南海扩张运动, 目前普遍认为主要存在东部次海盆和西南次海盆两期扩张运动(Taylor and Hayes, 1983; Briais et al., 1993; Ding et al., 2018), 而西北次海盆被认为与东部次海盆同时开始扩张(Sun et al., 2006)。作为珠江口盆地内最大的深水凹陷, 白云凹陷紧临西北次海盆, 特殊的构造位置暗示其形成演化过程受西北次海盆扩张运动的影响, 因此凹陷内部的构造‒沉积中蕴含着南海北部早期扩张运动的构造演化信息。针对白云凹陷, 前人从凹陷内部主控断层特征(纪沫等, 2017)、凹陷内部岩浆运动特征(杨率等, 2017)、构造沉降分析(Shi et al., 2005)和油气勘探前景(Kong et al., 2018)等几个方面进行研究, 很少从断层几何学、运动学角度进行盆地构造‒沉积特征的系统性分析。同时珠江口盆地作为裂谷盆地, 在经历复杂的构造拉伸作用后, 盆地内部发育一系列的铲式正断层系统, 如白云凹陷内部发育的多条主控正断层。目前关于正断层如何控制盆地沉积的研究已经非常成熟, 主要集中在单一正断层几何学形态对沉积作用的影响(Wernicke and Burchfiel, 1982; Williams and Ian, 1987; Xiao and Suppe, 1992; Deng et al., 2021)。如研究者们分别从断层运动几何学的机理(Gibson et al., 1989)、对滚动背斜的描述(Xiao and Suppe, 1992)以及分析断层样式的差异性所引起沉积变化的正演模拟研究(Deng et al., 2021)等多个方面来定量和定性描述单条正断层的动力学和几何学特征对断层上盘沉积的控制作用。然而, 多条正断层共同作用下的沉积过程研究案例较少, 这也阻碍了我们对自然界中多条正断层对沉积控制过程的认识。

本次研究选择横跨珠江口盆地东、中、西部的三条主干地震反射剖面和一条过白云凹陷中部地震反射剖面, 开展了构造解析和珠江口盆地区域构造变形分析, 运用2D-Move几何学正演模拟方法研究白云凹陷的主控正断层系统对上盘沉积过程的影响。研究结果为多条正断层共同作用下的沉积过程提供案例, 同时也为南海扩张作用提供研究依据。

1 区域地质背景

珠江口盆地位于南海北部的大陆边缘, 受印澳板块和欧亚大陆板块碰撞以及菲律宾海板块北西向俯冲影响, 地质构造非常复杂(钟建强, 1994)。作为南海扩张运动的北部边缘盆地, 珠江口盆地记录了新生代以来南海扩张运动的全过程。因多期构造事件, 造就了珠江口盆地呈现出“南北分带、东西分块”的构造格局。珠江口盆地整体走向为近北东向, 由北向南可划分为5个一级构造单元, 依次是: 北部隆起带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带及南部隆起带。盆地西部包含北部坳陷带西段、珠三凹陷带、神狐隆起、珠二凹陷带及南部隆起带西段等多个次级构造单元, 其中珠三凹陷带包括文昌凹陷和阳江凹陷, 珠二凹陷带包含开平凹陷和白云凹陷; 而东部则是由北部坳陷带东段、珠一凹陷带、东沙隆起、潮汕凹陷和南部隆起带东段组成, 其中珠一凹陷带包括恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陆丰凹陷、韩江凹陷五个次级构造单元(崔莎莎等, 2009; 图1)。

珠江口盆地自新生代以来的沉积地层被T20(万山组顶部)、T30(粤海组顶部)、T32(韩江组顶部)、T40(珠江组顶部)、T60(珠海组顶部)、T70(恩平组顶部)、T80(文昌组顶部)、T90(神狐组顶部)、Tg(前新生代基底顶部)界面分割开来。以T60(对应为南海北部西北次海盆扩张运动结束界面)为分界面, 可将珠江口盆地构造演化阶段分为同裂谷时期和裂后沉降期。其中同裂谷时期盆地经历了三阶段的裂谷作用, 各阶段裂谷作用开始时对应的界面分别为Tg(神狐运动)、T90(珠琼运动一幕)和T80(珠琼运动二幕), 其中Tg～T90对应为第一阶段裂谷作用, T90～T80对应为第二阶段裂谷作用, T80～T70对应为第三阶段裂谷作用。裂后沉降期盆地经历了东沙构造运动, 对应界面为T32(图2)。

文中构造背景底图源自: GEBCO Compilation Group (2021) GEBCO 2021 Grid (doi: 10.5285/c6612cbe-50b3-0cff-e053-6c86abc09f8f)。

2 研究数据

本次研究的地震反射剖面分别跨过珠江口盆地的东部、中部、西部和白云凹陷, 其中东部地震反射剖面(Gao et al., 2019; 图1中AA′剖面)自北向南依次穿越北部隆起带东段、陆丰凹陷、东沙隆起和潮汕凹陷, 末端处靠近洋陆转换带附近; 中部地震反射剖面(He et al., 2017; 图1中BB′剖面)穿越白云凹陷和珠三凹陷带中的西江凹陷, 北切滨海断裂带; 西部地震反射剖面(Gao et al., 2016; 毛云华等, 2020; 图1中CC′剖面)跨过滨海断裂带, 最南延伸至西沙海槽附近; 白云凹陷地震反射剖面穿越该区沉降中心(庞雄等, 2018; 图1中DD′剖面)。总体来说, 东部、中部、西部三条地震反射剖面涵盖了珠江口盆地主要次级构造单元。

3 研究方法

3.1 正断层几何学正演模拟——2D-Move

2D-Move是一种基于断层几何学开发的模拟工具, 其适用范围包括断层运动学和断层上盘变形的正演模拟(图3)。目前该方法在模拟与正断层、逆断层滑动有关的构造样式中得到广泛应用, 如断层运动与变形特征之间关系的断层传播褶皱研究(Allmendinger, 1998)。且该模拟主要集中于单条正断层, 很少对多条正断层进行模拟。本次模拟以白云凹陷的三条主控正断层为研究对象, 探究多条正断层对沉积作用的影响。本次对白云凹陷主控正断层系统按照解析结果进行原比例模拟, 模拟过程中仅考虑断层几何学形态的影响, 对沉积压实作用、古海平面及古水深的变化未作考虑。

3.2 基底(Tg)断层定量解析——断距分析

作为构造变形最直观的量化记录, 断层垂直断距常被用来描述和反映断层活动强度的变化(Cartwright et al., 1998; 图4)。基于东部、中部和西部三条区域地震反射剖面的解析结果, 由南到北分别对各隆起带和坳陷带基底上发育断层的垂直断距进行统计, 基底(Tg)界面进行时深转换时速度为5170 m/s(赵中贤等, 2010)。

图2 珠江口盆地地层柱状图(据Sun et al., 2008; 程世秀等, 2012; Yu et al., 2016; Ge et al., 2019修改)

图3 伸展背景下铲形正断层简单剪切模拟示意图(据Xiao and Suppe, 1992; Deng et al., 2021修改)

图4 生长正断层垂向断距统计示意图

4 珠江口盆地构造特征

4.1 盆地东部

跨珠江口盆地东部地震反射剖面长约285 km, 其中北部隆起带至东沙隆起之间的区域为东部构造变形最强烈的区域, 断层表现为一系列的铲式正断层, 同时该区还保留新生代以来完整的沉积地层(图5)。而东沙隆起至潮汕凹陷带T60～Tg界面之间的地层呈现出平行不整合沉积的特征, 推测可能由于隆起带的整体抬升作用导致地层被剥蚀。南部坳陷带的潮汕凹陷活动强度较弱, 表现为一系列的倾向为南东向的铲式正断层。同时, 东部岩浆活动范围集中在潮汕凹陷东南向边界区域和南部隆起带, 其他区域岩浆活动较少。

盆地东部整体构造活动主要集中于北部隆起带, 构造活动所产生的应变主要由北部隆起带中的一系列正断层所吸收。中央隆起带至南部坳陷带间各地层沉积厚度较薄。

4.2 盆地中部

从北部隆起带到南部隆起带, 中部地震反射剖面测线长约330 km(图6)。作为整个珠江口盆地构造变形最强烈的部分, 中部地区发育一系列的控凹正断层。番禺低隆起附近正断层将中部的沉积层分为南、北两段, T70界面之上的地层整体沉积厚度变化不大。珠一凹陷带构造活动较为强烈, 凹陷带内两侧由正断层控制形成典型的地堑, 其中靠近陆地的断裂活动强度明显大于另一端正断层。盆地中部构造变形最强烈部位为白云凹陷, 该区发育一系列倾向陆地方向的铲式正断层, 凹陷内部沉降由两条主控断层共同控制, 各次级断层密集展布, 且次级断层的活动强度不大。另外, 南部隆起带发育岩浆活动, 且活动较集中。

图5 跨珠江口盆地东部地震剖面及相关解析(据Gao et al., 2019修改)

图6 跨珠江口盆地中部地震剖面及相关解析(据He et al., 2017修改)

总体来看, 除北部隆起带构造变形较弱外, 盆地中部其他部位都具有较强的变形。其中白云凹陷的次级断裂主要发育在T80界面之下, 而珠一凹陷带其他变形强烈区域的次级断裂主要发育在T70界面之下, 二者之间的不同可能反映其发生构造变形时背后动力来源的差异性。

4.3 盆地西部

位于盆地西部地震反射剖面长约300 km, 自海南隆起至南部隆起带(图7)。T60界面以上的地层沉积厚度较为均一, 文昌凹陷处保留较完整沉积地层反射记录, 而开平凹陷至南部隆起带T80界面以下则表现出较弱的反射信息。盆地西部构造变形主要集中于文昌凹陷, 次级断层活动多始于Tg界面, 终止于T60界面附近。其中开平凹陷由多个小型凹陷带组成, 其形成可能与深部岩浆不规则活动有关。岩浆活动主要集中在海南隆起带、南部隆起带、阳江凹陷和珠三凹陷带。盆地西部断层活动时间止于T30界面附近, 多发育铲式控凹正断层, T60界面以下各主控断层均表现较明显的错动。

穿越盆地西部剖面解析结果表明, 构造变形主要集中在文昌凹陷带附近, 盆地西部所分布的多个小型凹陷形成可能与区域岩浆活动有关。

珠江口盆地三条区域地震反射剖面揭示结果显示, 珠江口盆地地层整体格架呈现较大差异, 东西地层呈现出向海方向逐渐减薄的特征, 而中部地层表现出较为均衡的沉积(图5～7)。东部和西部剖面显示T60界面以下断层较发育, 而中部剖面则表现为T70界面以下断层较发育, 均形成一系列由边界正断层控制的地堑和半地堑, 其中白云凹陷构造活动较强烈形成复式地堑(孙珍等, 2005)。盆地内构造变形强烈区域集中于北部坳陷带; 而中部地震反射剖面表明除在北部坳陷带具有较强的构造变形外, 其最为强烈的构造变形处于南部坳陷带。

5 结 果

5.1 珠江口盆地整体基底界面(Tg)断距定量分析

基于三条地震反射剖面统计的累计断距结果(表1), 表明珠江口盆地Tg界面断距分布具有十分明显的分带特征。按照珠江口盆地自北向南分带划分标准, 盆地中部地震反射剖面在北部坳陷带与南部坳陷带构造变形特征最为明显。按照盆地东西分块的特征, 根据断距累计统计量可以看出, 跨盆地中部地震反射剖面的断距累计量约为东部和西部之和, 东部地震反射剖面揭示Tg界面累计断距小于盆地西部地震反射剖面。

按照每个剖面所属的分带区域来看, 三条剖面又各自具有不同的特征。盆地东部地震反射剖面的断距主要集中在北部坳陷带, 而南部坳陷带包含部分的累计断距量不及北部坳陷带的一半, 北部隆起带和南部隆起带断距累计量十分小。盆地西部地震反射剖面揭示的累计断距结果显示北部、南部坳陷带Tg界面变形量相当; 各隆起带累计断距较小, 其中南部隆起带为三条剖面中最高值。盆地中部地震反射剖面累计变形量分布特征最为特殊, 剖面中Tg界面的主要变形量集中在北部和南部坳陷带, 且南部坳陷带的累计断距量明显大于北部坳陷带, 其中南部坳陷带中的白云凹陷为整个珠江口盆地中累计断距最大的区域; 中部地震反射剖面中的北部隆起带和中央隆起带的累计断距量均高于东部和西部, 而南部隆起带则低于盆地西部剖面。

图7 跨珠江口盆地西部地震反射剖面及相关解析(据Gao et al., 2016; 毛云华等, 2020修改)

总的来看, 珠江口盆地的主体构造变形集中在南部坳陷带和北部坳陷带, 整体表现出南北分带, 东西分块的特征。

5.2 白云凹陷构造–沉积正演模拟结果

基于断层几何学原理设置的正演模拟从Tg界面开始, 依次模拟地层累加到T40界面(图8)。研究区内最大的主控断层为F1, 其次为F2和F3(图9b)。Tg界面对应南海北部神狐运动开始, 即珠江口盆地同裂谷时期开始的界面。Tg～T80界面间为第一、二阶段强烈裂谷作用, 此时基底发生张裂作用, 断层错动十分明显, 盆地沉降主要是由初始正断层控制, 凹陷内部形成了三角楔形沉积地层, 构成同生长地层, 主控断层附近形成沉降中心(图8b)。T80界面对应为同裂谷时期第三阶段裂谷作用的开始界面, 盆地内地层沉积特征与前两阶段裂谷作用相似, 仍然以正断层控制为主(图8c)。西北次海盆扩张开始时对应界面为T70, 此时整个珠江口盆地进入裂后时期, 地层和断层均受南海扩张运动的影响, 表现为同构造沉积地层, 且沉积地层呈现为近平行分布特征(图8c～e)。T60界面对应为西北次海盆扩张运动结束时的界面, 此时断层的活动强度明显减弱, 地层沉积厚度具有明显的差异(图8e)。

结合断层最新活动界面终止在T40界面附近, 本次研究对T40界面附近分布的次级断层进行模拟, 对其加上T40界面同期活动速度, 地层依次被错断, 距离主控断层越远, 断距越大, 越靠近主控断层, 断距越小, 另外断层附近的沉降中心也有所变化。

表1 横跨珠江口盆地东、中、西部的三条地震反射剖面Tg界面垂直断距(km)统计表

图8 基于2D-Move正演模拟的白云凹陷主控正断层系统几何学、运动学过程

图9 过白云凹陷沉积中心的原始地震反射剖面及解析结果(据庞雄等, 2018修改)

6 讨 论

6.1 多条正断层共同作用下构造沉积分析

对南海北部白云凹陷内的三条主控正断层进行的2D-Move几何学正演模拟的结果表明, 白云凹陷的构造沉积由三条主控正断层共同控制, 三条主控正断层于基底界面以下交汇于同一断层面。同时我们发现, 分布于主控正断层外侧的次级断层的作用会使得断层上盘的应变发生扩散, 应变能的变化将由分布在其周围的次级断层吸收。相对于单一断层控制下的沉积作用, 其沉降中心虽仍分布于主控断层附近, 但会沿断层方向发生迁移, 或者以分散沉积中心的形式在周围次级断层表现出来。

6.2 白云凹陷成因及其构造指示意义

作为珠江口盆地最大的深水凹陷, 前人对白云凹陷深部结构探测(黄春菊等, 2005)、油气成藏及运输(庞雄等, 2006; Tian et al., 2019)、控凹断层样式(Zhou et al., 2018)、断层对构造沉积的作用(邵磊等, 2013)以及白云凹陷火山杂岩的成因(Zhao et al., 2016)等做了大量研究, 推动了我们对白云凹陷整体结构的认识。然而前人研究主要以白云凹陷这一盆地内的次级构造单元为出发点, 缺少从整个珠江口盆地的构造变形及运动学的角度分析, 阻碍了对白云凹陷位置特殊性对南海北部构造运动指示意义的认识。结合对跨珠江口盆地东部、中部、西部三条区域地震反射剖面综合分析, 可以看出, 相对于东、西部来说, 中部产生的累计构造变形量明显较大。中部及过白云凹陷中心位置地震反射剖面解析结果表明, 白云凹陷保留较完整地层沉积, 而西部T80界面附近表现出较弱的沉积层信号, 东部则表现出标志性地层界面的缺失。种种特征表明白云凹陷的形成与南海扩张运动密切相关, 这与前人结合深部地震反射特征得到的分析相吻合(孙珍等, 2005)。结合跨盆地中部地震反射剖面的断裂分布于Tg～T80界面之间的特征, 我们认为白云凹陷形成于珠江口盆地的第一期裂谷作用期间, 在此期间奠定了白云凹陷初始的形态轮廓。另外, 由于白云凹陷靠近南海西北次海盆, 其发展过程与西北次海盆扩张运动相关, 即南海西北次海盆扩张运动首先影响白云凹陷附近, 并向西发展, 由于强烈扩张运动产生拉张作用, 促进了白云凹陷整体形态的进一步改变。当西北次海盆扩张结束, 东部次海盆扩张运动中心向南发生迁移时(Taylor and Hayes, 1983; Briais et al., 1993), 此时整个珠江口盆地发生构造变形的动力主要来源于东部次海盆的扩张作用, 其扩张作用在跨珠江口盆地的三条区域地震反射剖面上都有沉积记录(T60界面之上), 因此我们认为当西北次海盆扩张作用结束后, 整个珠江口盆地的构造演化受东部次海盆扩张的作用影响。

6.3 南海扩张运动在珠江口盆地的构造响应

自20世纪80年代中美、中法围绕南海联合开展地磁资料调查以来, 研究者围绕南海扩张运动展开大量的研究, 基于对磁异常条带的分析(图10), 目前被普遍接受的观点认为由南海东部次海盆主导的南海扩张运动开始于中渐新世(～32 Ma), 表现为由北东向南西渐进式扩展(Taylor and Hayes, 1983)。后来的研究也显示南海扩张运动始于中渐新世(Li et al., 2014; 解习农等, 2015; Ruan et al., 2016)。结合过白云凹陷中心的地震反射剖面解析和盆地中心地层沉积特征分析, 我们发现T70界面以上标志层间的厚度沿剖面变化不大, 而在T70界面之下盆地中部、西部地震反射剖面中各凹陷沉积层厚度均变现出明显的差异, 因此珠江口盆地第三阶段的裂谷作用致使T70界面之下呈现出明显的差异沉降特征,而T70界面之上则是由南海扩张作用引起的构造沉积响应。结合磁异常条带位置分布特征, 可以看出C12磁异常条带揭示的时间为南海扩张运动开始时间, 该磁异常条带所处的位置为现今南海海盆北部轮廓的边界附近, 而在扩张初期其影响范围可能并不止于此, 关于南海扩张运动初始影响范围应聚焦于华南地块与南海地块的分界带附近, 因此我们认为研究南海扩张运动时间所关注的区域需要进一步向大陆方向后移。珠江口盆地最大的白云凹陷、最靠近西北次海盆的荔湾凹陷和最靠近东部次海盆的潮汕凹陷, 它们内部精细化的沉积描述和断层活动强度的定量描述或许是揭开南海扩张运动在珠江口盆地沉积响应的关键所在。

文中构造背景底图源自: GEBCO Compilation Group (2021) GEBCO 2021 Grid (doi: 10.5285/c6612cbe-50b3-0cff-e053-6c86abc09f8f)。

7 结 论

(1) 整体上, 珠江口盆地反映出“三隆夹两坳”的构造‒沉积特征, 其中盆地中部构造变形较强, 白云凹陷最为突出。

(2) 白云凹陷主要受控于三条北倾的铲形正断层, 主要活动时间集中于T80～T70(约38～32 Ma), 磁异常条带分布特征和地震反射剖面揭示的沉积特征表明, 白云凹陷的形成可能与珠江口盆地早期伸展作用相关。

(3) 白云凹陷可能叠加了早期西北次海盆扩张运动的影响, 珠江口盆地在西北次海盆扩张结束后整体受东部次海盆扩张作用的影响。

致谢:中国科学院广州地球化学研究所郭锋研究员以及两位匿名审稿专家在论文评审中提出十分宝贵和建设性的意见和建议, 在此致以诚挚的谢意。

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The Tectonic Deformation Characteristics of the Pearl River Mouth Basin and Tectonic-sedimentary Forward Modeling of the Baiyun Sag

DAI Xiangming1, 2, LI Zhigang1, 2*, WANG Weitao1, 2, SUN Chuang1, 2, YAN Yonggang1, 2, HUI Gege1, 2, LIANG Hao1, 2, ZHANG Yipeng1, 2, LI Guanhua3, LI Liguo1, 2, WU Xiancan1, 2, LV Liangwei1, 2

(1. Guangdong Provincial Key Lab of Geodynamics and Geohazards, School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, Guangdong, China; 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Zhuhai 519082, Guangdong, China; 3. School of Science, Shantou University, Shantou 515063, Guangdong, China)

The relationship between the tectonic evolution of the Pearl River Mouth Basin and the spreading movement of the South China Sea has always been an hot issue, the deformation information of the basin is very important for understanding the multiple spreading movements of the South China Sea. In order to study the overall structural deformation characteristics of the Pearl River Mouth Basin and the tectonic evolution of the Baiyun Sag, we reinterpret three regional seismic profiles across the Pearl River Mouth Basin and one across the center of the Baiyun Sag. We also carry out forward modeling on the main normal fault system of the Baiyun Sag. The three seismic sections all reflect the structural characteristics of ‘three uplifts and two depressions’. It is also found that the cumulative amount of tectonic deformation is the largest in the central part of the basin, of which the Baiyun Sag is the most prominent. Based on the tectonic-sedimentary deformation characteristics reflected by the seismic section across the Baiyun Sag, we use a 2-D Move forward modeling to study the depression-controlled normal fault system based on fault geometry. The results reveal that the Baiyun Sag is controlled by three main faults, and the active time of the main faults is between the T80 and T70 reflector interfaces (38–32 Ma). The intense activity time and the sedimentary distribution characteristics in the Baiyun Sag indicate that its formation may be related to the initial rifting of the northern South China Sea and superimposed by the spreading of the northwest sub-basin. After the spreading of the northwest sub-basin, the whole Pearl River Mouth Basin was mainly affected by the spreading of the eastern sub-basin.

Pearl River Mouth Basin; Baiyun Sag; tectonic deformation; Northwest sub-basin; spreading of the South China Sea

10.16539/j.ddgzyckx.2022.03.008

2021-12-10;

2022-03-02

国家自然科学基金项目(U1701641、41772209、41906049、41774049、42172233)、广东省引进人才创新团队项目(2016ZT06N331)、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)“南海科学考察计划”珠江口外海域地质地球物理综合科考航次(SML2020SI1002)、中山大学中央高校基本科研业务费专项(2021qntd23)和广州市科技计划项目(202102080112)联合资助。

代向明(1997–), 男, 硕士研究生, 资源与环境专业。E-mail: daixm3@mail2.sysu.edu.cn

李志刚(1986–), 男, 博士, 副教授, 主要从事青藏高原周缘构造变形和南海北部活动断层及链生灾害研究。E-mail: lizhigang@mail.sysu.edu.cn

P542; P628+.3

A

1001-1552(2022)03-0517-013