安达曼海东部凹陷渐新世以来断裂-构造演化特征及其成因探讨

闫恒，栾锡武，李振春，叶传红，魏新元，贺华瑞

(1. 中国石油大学（华东） 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2. 山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛266590；3. 中国海洋大学 海洋地球科学学院，山东 青岛 266100)

1 引言

安达曼海处于印度-澳大利亚板块与亚欧板块交汇处，受板块运动的影响，构造特征复杂，断裂样式多，分布广，形成典型的“沟-弧-盆”体系[1]。本文研究区处于中南半岛、尼科巴群岛与苏门答腊岛之间。已有研究表明，新生代以来，印度-澳大利亚板块运动愈发强烈导致青藏高原隆升[2]，整个东南亚的地形地貌都发生变化，形成增生楔-弧前盆地-弧后盆地的区域构造划分形态，南北向盆地分布于缅甸陆上区域及安达曼海域，区域新生代时期构造活动较为强烈，主要发育从缅甸由北向南至安达曼海的实皆断裂[3]。丹老盆地进入拗陷阶段，形成马塔班湾地区的火山岛弧隆起带。受阿尔科克隆起和苏厄尔隆起挤压作用以及走滑拉分作用影响，研究区发育部分逆冲断层、花状断裂等构造样式[4]。因为盆地的构造演化过程控制着沉积和油气地质条件，值得深入研究。

前人对安达曼海盆地的研究主要聚焦于构造特征描述、沉积层序划分、构造-沉积的内在关系以及油藏地质条件等方面[5]，但具体断层落差和定量构造沉降研究较为缺乏。本文拟在前人研究的基础上，利用高精度二维地震数据以及钻井资料，运用生长指数法和古落差法对典型的断裂进行定量分析，绘制主测线的构造沉降图，计算安达曼海各时期构造沉降量，重点研究安达曼海域的断裂以及构造沉降过程，深化对安达曼海的演化过程及板块运动的认识。

2 区域地质概况

安达曼海域总面积约为8×105km2，平均水深约为1000m[6]，主要划分成5个构造带，分别为海沟、增生楔、弧前盆地、火山岛弧和弧后盆地（图1）[3]，研究区位于安达曼海的东部，东起马来西亚半岛，西部延伸到尼科巴群岛，北起缅甸连接喜马拉雅山脉，南部则与苏门答腊岛相连[7]。

图1 安达曼海构造单元划分（据文献[5-6]修改）Fig. 1 Division of tectonic units in the Andaman Sea (modified from references [5-6])

受到印度-澳大利亚板块沿巽他海沟向NNE方向的俯冲作用致使断层走向大多为N-S向、NNESSW向；研究区构造单元主要包括中部的安达曼海东部盆地、南部的苏厄尔隆起和北部的阿尔科克隆起以及中央扩张带，它们共同组成了一个大型的隆起-拗陷带[6]。已有研究表明，自晚古新世时期，印度-澳大利亚板块与欧亚板块发生碰撞，导致苏门答腊岛西部和北部发生弯曲变形。古新世时期安达曼-尼克巴隆起带深部的页岩和杂砂岩主要来源于马来西亚陆块的边缘带。在冲积扇作用下沉积物运移至海沟附近并以一定速率开始沉积，形成巨厚的沉积物，三角洲前缘延伸至海沟的南部，始新世初期形成实皆断裂。中始新世时期，印度-澳大利亚板块向北运动，和由东向西运动的太平洋板块汇聚形成了岛弧体系；晚渐新世时期，缅甸地块在印度-澳大利亚板块的俯冲挤压作用下，向北俯冲于欧亚板块之下；早中新世时期，由于板块拉张作用海底面不断隆升形成苏厄尔隆起和阿尔科克隆起；中中新世时期，研究区地层在板块伸展作用下发生裂解，阿尔科克隆起和苏厄尔隆起开始裂离向相反的方向运动；更新世时期，在缅甸地块和亚洲板块相互挤压的作用下，研究区形成了正逆断层、反转断层等断裂构造样式[8]。

另一方面，研究表明，安达曼海的基底为前白垩浅变质岩和火山岩[9]。安达曼海域的沉积物由伊洛瓦底江和半岛-岛屿侵蚀输入共同控制，沉积中心位于马塔班湾拗陷处[10]。被动大陆边缘时期，地层的沉积作用主要受到裂离、漂移的影响；过渡型大陆边缘时期，沉积作用主要受到印度-澳大利亚板块俯冲的速度和强度影响；主动大陆边缘时期，随着火山岛弧的隆起，缅甸地块则进入到以挤压作用为主的汇聚型大陆边缘时期[11]。早中新世至上新世，海水淹没北部并淹没缅甸东部区域。中新世期间，整个区域被三角洲沉积充填，安达曼海海沟沉积杂砂岩和泥页岩（图2）。

图2 安达曼海地层沉积柱状图（据文献[1, 5, 8]修改）Fig. 2 Stratigraphic and sedimentary bars of the Andaman Sea (modified from references [1, 5, 8])

3 数据及方法

为深入了解安达曼海域东部凹陷内的构造成因和断裂特征，本文利用高分辨率二维地震资料数据开展研究（采样率为2 ms，覆盖面积约为260 km2）（图3）。根据前人对地层构造研究结果，本文将研究区地层划分为7个层位（S0、T1、T2、T3、T4、T5、Tg）（图2），从而对断裂特征进行详细的分析和解释。在此基础上识别区域内的典型断裂并绘制出断裂在平面上的分布特征。进一步对断裂走向进行定量化统计，根据上下盘的厚度差异，判断断裂带在各个阶段的活跃程度，计算生长指数，分析断裂特点，并推断盆地构造和断裂成因。同时，依据各地层反射层位进行追踪统计研究区的断裂带，绘制出二维断裂分布图（图4）[12]。

图3 研究区测线分布（据文献[6]修改）Fig. 3 Survey lines distribution in the study area (modified from reference [6])

图4 断层（F1-F8）二维分布（位置见图3）Fig. 4 Typical faults (F1-F8) are distributed in two dimensions (the location is shown in Fig. 3)

最后，根据地震资料对安达曼海断裂进行定性识别，选择8条主要断裂进行分析研究。运用综合生长指数法和古落差法对研究断裂进行定量分析[13]，其主要判据如下所述。

（1）断层生长指数（GI）=上盘厚度（H）/下盘厚度（h）。根据比值的大小来推测断层在各个时代的活动强度大小：

GI=1时，即断层的上下盘厚度相等，断裂活动近乎停止；

GI＞1时，即上盘厚度大于下盘厚度，推测会发生同沉积正断作用，GI值越大，说明正断层发育速率越大；

GI＜1时，即下盘厚度大于上盘厚度，推测会发生同沉积逆断作用，GI值越小，说明逆断层发育速率越大。

（2）古落差也叫生长断层落差（D）或者铅直断层滑距，即在垂直于断层走向的剖面上。断层两盘对应层之间的铅直距离。这种方法简化了计算过程，直接利用落差进行断裂活动分析。

对于同沉积断层而言，断层的落差实际上就是上下盘下降幅度的差异，因此可以用上下盘的地层厚度差来表示生长断层落差，即：D=上盘沉积厚度-下盘沉积厚度。

若使用一种单一方法对断裂进行定量分析，得到的结果会因为断层受到压实作用或者剥蚀作用的影响，导致结果出现偏差。因此，需要将两种方法综合使用从而降低误差。实际运用过程中需要根据不同的地质特征选择合适的研究方法，确保断层判断的准确性与真实性。

4 安达曼海东部凹陷断裂特征分析

4.1 断裂分布特征

安达曼盆地的二维地震反射数据表明：该盆地主要受一条较大的NNE-SSW走向的走滑断层和许多更小的位移（数十米到数百米的落差）次级断层控制，走向大多为NNE-SSW向。NEE-SWW向断层间隔较近（平均约为1000 m）（图4）。

安达曼海域构造总体为东西走向，由西向东分别为增生楔、弧前盆地、火山岛弧、弧后盆地。由南向北结构特征也很分明，区块结构清晰，构造特征基本一致。往北断裂发育更加复杂，在测线M1507-11附近（图3），发育大量 N-S 向断裂及平行于实皆断裂（断裂名称为实皆断裂）的小型断裂，其中有大型断裂实皆断裂和玫瑰断裂，这些断裂都是区域性断裂，它们对盆地的构造演化起控制作用。

缅甸地块陆地部分的断裂带主要为压性断裂，而在南部海域的断裂带主要是张性断裂，南北部的断裂构造格局呈现明显“北压南张”的特征[14]。印度-澳大利亚板块在南北向发生俯冲作用，产生走滑断裂。走滑断裂体系复杂，分割性强，比如在缅甸区域内的一些大型实皆走滑断裂，南北向延伸约为1000 km ，将缅甸地块几乎全部分割成东西两部分。此外，实皆走滑断裂的产生也会造成一部分断裂切割区域内的凹陷[15]。

在区域构造背景下，整个研究区的断裂体系可划分为两个级别，即一级断裂和二级断裂[16]。一级断裂是控制区域的大型断裂，例如实皆断裂、梅平断裂、西安达曼断裂等；实皆断裂S-N向延伸到弧后拗陷的北部边界；梅平断裂发育在安达曼海弧后拗陷，南北向延伸，属于弧后拗陷的东部边界；西安达曼断裂在火山岛弧和安达曼海弧后拗陷之间，南北向延伸。一级断裂除了控制区域外，还会影响区域油气的形成及其演化，二级断裂则控制油气的聚集与储存[17]。

断层的发育控制流体的排放和油气的运移是显而易见的，研究区的弧后拗陷实皆断裂的走滑形式决定了E-W向以及NNE-SSW向的张应力方向[18]。NS向的实皆断裂及走滑运动产生了EW向的张力，导致了中央扩张带的形成以及近EW向区域断裂的形成。当地层压力逐渐变大，最终达到地层破裂压力时，地层就会沿着主要的张应力方向发生断裂，此时由于断裂的产生，流体就会通过断裂处开始向上释放[19]。

研究区的增生楔斜坡盆地发育着4种断裂类型：与增生楔轴向平行的压扭性逆断层和张性正断层、与增生楔走向平行的平移断层以及与增生楔斜交的正断层[20]。在弧前盆地主要发育着NEE-SSW向的正断层，以及在火山岛弧地带的正断层；在弧后盆地则发育了近NS向（F1、F2）和NEE-SSW向（F3、F4）的正断层等（图4）。变形之后，塑性地层厚度急剧增加，地层顶部发生波状起伏，加剧了地层的覆盖层的不均衡[21]。

渐新世以来，缅甸大陆边缘性质为主动型俯冲边界，处于主动型大陆边缘的压扭性改造阶段[22]。在区域内有各种逆冲断裂发育。受扭性应力场的作用影响，在陆上产生了NW向和NE向的背斜构造和向斜构造。与之相反，安达曼海域在渐新世属于被动型俯冲，处于大陆边缘的张扭性改造阶段。在海域内部发育着大量NW向展布、NE向延伸的走滑断裂，其中南北向伸展的两条断裂分别为实皆断裂和西安达曼海断裂，控制安达曼海域的弧后拗陷和丹老盆地的拗陷边界，并且弧后拗陷的构造沉积也会受到安达曼海的扩张作用以及实皆断裂的影响（图3）[23]。

4.2 断裂组合样式

根据断层的成因并结合盆地内的地震剖面，本文将主干断层和小型断层组合成多种形式，包括Y形断层、阶梯状断层、负花状断层和地堑地垒等。

（1）Y 形断层：由一组主断层与反向倾斜的次级断层组合为 Y 形。Y 形断裂的主干断层一般控制凹陷或局部构造，另一侧的浅部地层中相伴而生发育着次级小型断层，两组断层呈 Y 字形相交。一组复杂 Y形断裂体系中，由主干断层上的次级断层依次反向发育所形成（图5a）。

图5 断裂组合样式（具体位置见图4）Fig. 5 Fault assemblage pattern (the location is shown in Fig. 4)

（2）阶梯状断层：断层在与本区构造走向相垂直的主测线剖面上呈阶梯状样式，由一系列正断层组合而成，从北部缓坡或南部断裂带向凹陷中心依次上升或下降形成阶梯状断层，其断层产状、倾向基本一致（图5b）。

（3）负花状断层：区域张扭应力场条件下与走滑断层相伴而生，由一条主干断层向上以分叉形式散开，在该断层两端发育多组小型断层，剖面上呈现花状特征，称为负花状断层，平面上呈雁列式分布（图5c）。

（4）地堑、地垒：剖面上断裂走向一致，断裂倾向相对构成地堑，倾向相背构成地垒。受断裂影响，地堑、地垒交替出现（图5d）[12]。

4.3 断裂生长指数与落差分析

对研究区断裂构造体系的整体分析表明，盆地的主断裂发育方向为NS向，次级断裂方向为NE向。主断裂发育时间早、延伸长、规模大、地层切穿深，控制着盆地的隆拗结构；次级断裂发育受主断裂影响，但在应力集中地区会对主断裂有横向改造，使其发生错断[24]。

本文选取的8条典型正断层（F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8）位于安达曼海域北部（图4）。通过对8条主要断裂进行研究，运用生长指数法和古落差法分析断层活动特点和揭示它们的运动规律。

计算结果表明，安达曼海域正断层在上中新世活动最为强烈。在上中新世生长指数最大，上下盘厚度落差最大。从渐新世开始生长指数逐渐增加，断层的活跃程度逐渐增强，在上中新世达到顶峰，地层厚度最大，该时期的断裂对沉积厚度控制最强；随后在上新世和第四纪生长指数明显下降，在第四纪达到最低值，该时期的断层活跃程度最低，构造趋于稳定，断裂活动进入稳定期，该时期的地层沉积速度逐渐稳定，断裂对沉积的控制最小。

渐新世时期，板块之间为软碰撞，断层发育处于雏形阶段[25]，此时生长指数和断层落差相对较小；中新世时期，由于印度-澳大利亚板块向缅甸西部的耦合效应不断增强以及火山弧开始隆起，断层活跃度增加，生长指数和断层落差达到峰值；上新世至今，弧前、弧后盆地基本成型并趋于稳定，逐渐形成沟-弧-盆体系，生长指数和落差变小（图6）。

图6 F1-F8断层生长指数和落差分析Fig. 6 F1-F8 fault growth index and drop analysis

根据断裂对安达曼海域构造单元的控制情况以及对地层的切穿和延伸情况，本文将选取的8条正断层划分为一级控边大断裂和二级主干断裂。由图4中各断层分布和延伸情况，F1、F5和F7属于一级断裂，断层规模较大，延伸较长，切穿整个剖面的地层，属于控制安达曼海域地区沉降的大断裂。F1断层为NNW-SSE走向，F5断层为NNE-SSW走向，F7断层为NNW-SSE走向。F5在中中新世时期断层落差最大，达到223 m，这条断层决定了凹陷的东部边界。在整个地层的断裂中，F5的断层落差大于F1的断层落差，说明研究区的东部活动大于西部活动。在中中新世以后到达上新世时期，两个断层的落差减小，说明断层的活动性在中中新世以后降低。

与上述“农业为主，工业为辅”观点稍有不同，还有论者仅侧重强调“农业为主”，而忽略“工业为辅”的意义。1931年9月，曹刍在《从群众潜隐的形态中寻找中国教育的出路》一文中指出，中国是“还停滞在手工业时代”的农业国，“诚然我们要抵抗资本主义国家的经济侵略。可是我们要学资本主义国家用大规模的机器生产，去抵抗工业品的入侵，在最近的将来，几乎是绝对办不到的。我们惟一的方法只有利用农产品。去换必要的工业品，渐求入超的减少，以至于出入相抵。这是农业国家必经的途程”[9]，由此得出生产教育必须注重农业生产的结论。

需要说明的是，由于在断层生长发育过程中下盘可能会受到潮汐水流以及海水侵蚀等化学作用导致风化侵蚀，造成部分地层缺失，所以下盘的厚度无法得到准确值，只能通过上盘的沉积厚度结合理论来推断下盘的沉积厚度。因此会造成对一级断裂的断层活动性定量分析研究时存在不可避免的误差。

由于安达曼海域暂时并没有发现次级盆地，所以F2、F3、F4、F6和F8都属于二级断裂，二级断裂的主要作用是控制安达曼海域构造带的地堑地垒展布情况。这些断裂均在中中新世时期生长落差最大，说明研究区断层在中中新世时期活跃程度最高。在整个上中新时期F4、F6断层明显大于其余断层，说明研究区该时期中部断层活跃程度最高。上新世时期，断层落差都显著减小，说明该时期断层活动逐渐减弱。

4.4 东部凹陷构造沉降特征

在研究区选取4条典型的地震测线作为研究安达曼海构造沉降史的基础资料，4条测线从北向南分别为M1507-03、M1507-07、M1507-11和M1507-15（图4），这4条测线将安达曼海域东、西部的构造单元基本上全部覆盖，满足研究构造沉降历史的要求。

测线M1507-03位于研究区北部（图7），全长约为162 km，横跨构造单元的北部断裂、北部拗陷、北部断阶带、北部隆起和北部台地。北部拗陷区断层落差大，断裂纵向延伸长；北部断阶带断裂分布密集，有大量平行的小断裂，部分地层从北向南逐渐被断裂切穿形成错断形态，北部隆起区在渐新统出现半地堑地形特征。

图7 过M1507-03测线地震剖面图Fig. 7 Seismic section through line M1507-03

测线M1507-15位于研究区南部（图8），全长约为154 km，横跨构造单元的南部斜坡、南部拗陷、南部隆起、南部断阶带和丹老盆地的北端。该测线毗邻主测线（M1507-11），南部隆起多为平行小断裂，地层构造样式以地堑地垒为主；南部拗陷区存在两条一级断裂，几乎切穿整个地层，是研究的重要区域；南部断阶带衔接着丹老盆地北段，中间以丹老海脊相隔。

图8 过M1507-15测线地震剖面图Fig. 8 Seismic section through line M1507-15

在所选区的4条地震测线上每隔10 km提取一道层位信息进行时深转换得到数据，包括了S0、T1、T2、T3、T4、T5和Tg一共7个层位的数据（点），最终一条测线提取了7道层位信息（线）。通过参数计算得到了这4条测线的构造沉降量，绘制出构造沉降曲线。

图9 典型剖面构造沉降量Fig. 9 Tectonic settlement amount of typical section图中不同颜色折线代表每隔10 km提取一道层位信息The broken lines with different colors in the figure represent a layer information extracted every 10 km

5 安达曼海东部凹陷断裂成因及构造演化

5.1 安达曼海东部凹陷断裂成因

基于对地震资料的解释，安达曼海域整个研究区的断裂是以正断层为主，其中在弧前盆地、火山岛弧以及弧后盆地都发现了大量正断层[26]。在中中新世时期，由于大量海水将安达曼海域覆盖，此时的断层也正处于活动较为活跃的时期，断层活动在沉积物的影响下，导致上下盘厚度不一致。上新世时期，由于受到印度-澳大利亚板块来自SSW-NEE方向的挤压，导致应力发生改变，从而形成了部分走滑断层；应力方向的不同，又在局部区域形成了逆断层[27]。

由于弧前盆地发育相对弧后盆地较小，盆内构造特征明显，在发育过程中产生了一系列的张性断裂；海沟-斜坡盆地在上新世时期发育形成走滑断裂，始新世以来，地层发育速度加快，其中在中中新世时期最为活跃，所以该时期的沉积较厚。弧后拗陷分布范围大，据前人统计，整个研究区的弧后拗陷约为500000 km2，研究区的大部分断裂都处于发育期，有一部分走滑实皆断裂控制印度地块，这些断裂对一些小断裂的发育会产生影响[22]，因此，安达曼海域的大型走滑实皆断裂对于一些小断裂形成圈闭产生促进作用，最终推动研究区盆地的演化。

5.2 安达曼海东部凹陷构造演化

基于对安达曼海东部凹陷断层进行生长指数、古落差和构造沉降量研究，再结合前人资料推断安达曼海域构造演化过程。

三叠纪晚期到白垩纪时期，印度-澳大利亚板块刚刚从冈瓦纳大陆分离出来向北运动，后期与欧亚板块发生碰撞产生俯冲作用，此时的俯冲作用还属于软碰撞阶段，造成了区域性隆起还有前沿洋壳的削减[28]。始新世时期，印度-澳大利亚板块持续俯冲，与欧亚板块发生碰撞，造成了缅甸板块、掸邦地块以及苏门答腊等地区开始发生顺时针旋转，地壳的下拗和盆地的沉积在这种碰撞下开始产生并开始发育[29]。始新世晚期，实皆断裂开始产生，沿丹老海脊向火山岛弧延伸[30]，由于孟加拉扇的影响，弧前主要沉积物为泥页岩，弧后地层主要为火山岩、泥岩等沉积岩为主[31]。

渐新世时期，研究区生长指数和古落差均处于低值，表明此时印度洋板块和欧亚板块碰撞为软碰撞，断层逐渐开始形成，一级断裂和二级断裂特征还没有显现；该时期构造沉降速率较为缓慢，但在不同构造带的沉降量有所差异，在研究区发育的两个沉降中心沉降量明显高于其他构造带。中新世时期是研究区断裂发育的重要时期，板块运动比较活跃，板块间的碰撞也逐渐强烈，随着火山弧的隆起，安达曼海域的弧前弧后盆地的初始状态开始形成，该时期生长指数和古落差逐渐增大，在中中新世时期达到峰值，印度-澳大利亚板块耦合效应对研究区的断裂活动影响较大，是促使断裂发育的主要原因；火山岛弧的加速隆起导致安达曼海域地层厚度差逐渐增大的同时构造沉降速率增加，该时期的构造沉降量也达到最大值。达到下中新世时期，安达曼海的“沟-弧-盆”体系逐渐发育完全。

从上新世至第四纪，生长指数和古落差逐渐减小，断层发育基本成型，表征出印度-澳大利亚板块只持续对缅甸板块进行微俯冲，大体趋于稳定，此时除了西部隆起沉降速率较高以外，其他各构造单元以较低的沉降速率缓慢沉降，最终构造沉降量基本都在1 km 左右，期间伴随着火山的作用，“沟-弧-盆”体系最终形成（图10）。

图10 安达曼海构造演化过程（据文献[26, 30]修改）Fig. 10 Tectonic evolution of the Andaman Sea (modified from references [26, 30])

构造演化过程表明：在始新世晚期到渐新世，板块后撤和伸展断拗占主导地位，形成伸展样式盆地；在中新世期间，板块逐渐稳定，印度-澳大利亚板块与缅甸西部的耦合效应开始占主导地位。变形随时间迁移至NNW向，在渐新世期间由E-W向转变为NNWSEE向，中新世时期至今，沿NNW-EES方向运动[32]。

6 结论

本文利用安达曼海域东部大范围二维地震数据资料及钻井数据，结合区域地质概况以及前人研究成果，选取8条具有代表性的断层，开展了深入研究，获得主要结论如下。

（1）安达曼海域断裂特征主要以正断层为主，伴随部分右旋走滑断裂，受印度-澳大利亚板块俯冲作用下产生剪应力的影响，走向与区域构造带近乎垂直；研究区识别出多种断裂组合样式：Y形断层、阶梯状断层、负花状断层、地堑地垒等。

（2）研究区断裂带主要分为一级控边大断裂和二级主干断裂，一级断裂控制了安达曼海的构造沉降，二级断裂控制安达曼海的地堑地垒的形成发育；研究区断裂从渐新世到中新世活动逐渐活跃，在早中新世最为强烈，上下盘厚度在该时期落差最大，推断在早中新世时期研究区受印度-澳大利亚板块和欧亚板块碰撞影响最强，是研究区产生走滑断裂和部分小断裂的重要时期，为逐步形成沟-弧-盆体系做铺垫。

（3）渐新世至中新世时期，印度-澳大利亚板块与欧亚板块之间属于软碰撞，断层发育处于雏形阶段，各地层构造沉降量较小，差异性较小；上中新世时期，在板块之间的不断耦合效应下，地层构造沉降量显著增加，中新统地层为最大构造沉降地层；上新世至今，安达曼海整体发育完全，沟-弧-盆体系形成，整体趋于稳定，构造沉降量逐渐变缓，地层沉降速率有所差异，但构造沉降量总体维持在 1 km 左右。