基底非均一性对琼东南盆地新生代构造变形差异的影响: 来自物理模拟实验的启示

杨庚兄，尹宏伟*，汪 伟，贾 东，朱继田，熊小峰

1. 南京大学 地球科学与工程学院，南京 210023；2. 中海石油（中国）有限公司 湛江分公司，湛江 524057

南海位于欧亚板块、印度—澳大利亚板块和太平洋板块的交汇处，构造运动非常复杂，历来是世界地质学界研究的热点。琼东南盆地位于南海北部边缘的西北侧，作为世界上深水油气资源丰富的裂陷型盆地之一，琼东南盆地深水区早在2010 年就已在巨型深切裂谷带发现了天然气，至今仍是中国深海油气资源开发的热点区。所以对该盆地的研究无论是对边缘盆地的研究还是中国海域陆缘的油气资源潜力评价均有极为重要的意义。

琼东南盆地东部和西部地区在凹陷分布方向和内部断层走向以及构造样式上表现出明显的差异性（Liu et al., 2015；Sun et al., 2015；Zhang et al.,2013；Zhao et al., 2013）。但是断层东西部差异发育的影响因素仍存在争议。前期研究认为东部次盆地主要受南海扩张体系和岩浆侵入的影响，而西部次盆地与印支挤压体系的关系更为密切（Hu et al.,2013；雷超等, 2011；Liu et al., 2015），并未考虑先存构造的影响。然而，大量的研究证据表明，琼东南盆地基底发育先存构造，形成非均质性基底。于鹏等人（于鹏等, 1999）利用重磁资料对琼东南盆地基底构造进行了研究，确定了盆地重磁基底深度，查明了14条基底断裂。鲁宝亮等人（2011）根据地震剖面，认为盆地的一些NE向边缘和内部断裂形成于中生代，新生代继承性活动，但断裂性质发生了明显变化。Hu等人（2013）研究认为在裂谷作用发生之前，琼东南盆地基底至少存在两套构造组构。孙晓猛等人（2014）通过地震剖面和重磁解释认为琼东南盆地中生代基底广泛分布北东向和北西向断裂。裂谷盆地的位置和几何形状与非均质性基底密切相关（Fazlikhani et al., 2017）。前人研究结果显示不管在实验模型中（Deng et al., 2017；Mcclay and White, 1995；Tong et al., 2009；周建勋和漆家福， 1999）还是在自然界中（Henstra et al.,2019；Morley et al., 2004；Tong and Yin, 2011），先存断裂对上覆构造的形成演化具有重要的控制作用（Autin et al., 2013；Bladon et al., 2015；Bellahsen et al., 2006 ；Corti et al., 2007 ；Henza et al., 2010）。因此，在探讨琼东南盆地的东西部差异演化机制时，先存构造的控制作用不可忽视。尽管近几年先存构造引起了一些学者的重视，认为先存构造控制了琼东南盆地东西部构造的差异演化（Sun et al., 2015；谢玉洪等, 2015）。随着深水区研究和勘探的推进，还存在一些亟待解决的问题：（1）先存构造如何影响琼东南盆地差异性发育，或者深部构造如何控制浅层构造的发育？（2）琼东南盆地深水区的结构和构造样式发育的过程？（3）热模拟结果显示的“东热西冷”的基底特征（Wang et al., 2014；施小斌等,2017）与琼东南盆地东西部构造差异特征的关系？

沙箱模拟实验是研究拉张状态下伸展构造的有效方法（Horsfield, 1980；Withjack and Jamison,1986；周建勋和漆家福, 1999；Morley, 2002；童亨茂, 2009， 2010；Wu et al., 2009；Mcclay et al., 2015；任健等, 2017；Roma et al., 2018）。在本文中，针对上述问题，结合研究区地球物理资料，利用构造物理模拟方法探讨了先存的构造薄弱带的几何形态和基底性质差异对该盆地断层系统演化和分布特征的影响。以期为进一步认识和解释盆地内断层分布的差异，建立琼东南盆地演化过程提供新的思路和信息。另外，由于琼东南盆地位于南海北部陆架，对该盆地的结构构造和变形特征的分析研究，对重塑历史时期南海陆缘张裂变形过程具有一定的参考价值。

1 琼东南盆地基本构造格局及东西部构造差异特征

1.1 基本构造框架

琼东南盆地是南海北部被动陆缘最大的新生代裂陷盆地之一（Ge et al., 2017；李绪宣和朱光辉,2005；龙根元等, 2010；谢文彦等, 2007）。从北向南可划分为三个一级构造单元：北部隆起区、中部坳陷区和南部隆起区（李绪深等, 2017）。次级构造在东部和西部的平面展布方向以及盆地内部断裂走向表现出明显的构造差异。位于盆地西部的崖南—陵水低隆起和乐东—陵水凹陷呈NEE向展布，位于盆地东部的松南凹陷、宝岛凹陷、长昌凹陷呈WE向展布。松南低凸起位于东西部过渡带上，西部呈NEE向展布，东部近WE展布。断层走向在盆地西部比较单一，基本上与盆地边界平行，呈NEE向，盆地西部边界附近的断裂受红河断裂左旋走滑的影响（谢文彦等，2007；袁玉松等2008；Liu et al., 2015；Sun et al., 2015），断层走向向西由NEE转向WE再转向近NS向。而在盆地东部发育两组方向的断裂，一组以雁列式发育在盆地边界，为NEE向，另一组发育在构造带内部，呈WE向，控制了长昌凹陷的发育（图1a）。该区的研究最早开始于1990年（茹克, 1990），近30年的探索和研究阐述了琼东南盆地形成的动力学背景，基本建立了琼东南盆地深水区的构造格架和构造单元（谢文彦等, 2007；谢玉洪等, 2015；赵民等, 2010），也对深水区的结构、沉积环境演变和物源等（魏魁生等, 2001；杨军等, 2015；袁玉松等, 2008；钟志洪等, 2004）都有了阶段性认识；特别是，提出了“平面上南北分带，东西向分段，剖面上分层”的差异演化格局（刘兵等, 2012）。

前人（李友川等, 2012；张功成等, 2012）研究发现中国近海新生代沉积盆地一般经历断陷期和晚期热沉降期两个阶段。在此两大演化阶段的基础上，中国近海沉积盆地最终形成一系列具有断陷-坳陷双层结构不同类型的沉积盆地。琼东南盆地也不例外，其演化也经历了早期断陷、晚期坳陷两个构造发育阶段（龙根元等, 2010；钟志洪等,2004），具有下断上坳的构造层序。前人通过钻井获得了该区一系列重要的不整合面，如Tg、T80、T70、T60、T50、T40、T30 和 T20 等，其中，T60不整合面是由断向坳转变的标志性不整合面（Sun et al., 2015）。断陷阶段始于始新世（45 Ma 左右），止于21 Ma （T60）左右（Xie et al., 2006；谢玉洪等，2015），期间沉积了始新统和渐新统崖城组、陵水组。进入裂后沉降阶段（T60-T40）以后，主要断裂活动明显减弱，称为“坳陷期”, 边界断层对基底沉降已没有明显的控制作用（谢玉洪等，2015）。发育有三亚组、梅山组、黄流组、莺歌海组、乐东组（Liu et al., 2019）（图1b）。前人将琼东南盆地的发育过程细分为四个阶段：断陷阶段（Tg-T80），坳陷阶段（T80-T60），区域热沉降阶段（T60-T40），加速沉降阶段（T40后）（Zhao et al., 2013；雷超等，2015；Sun et al., 2015；张迎朝等，2017）。

图1 琼东南盆地的构造框架和断裂系统Fig. 1 Tectonic map of the Qiongdongnan Basin

1.2 东西部构造差异

琼东南盆地的东西部差异演化主要表现在热流分布（Wang et al., 2014；施小斌等，2015；Shi et al., 2017）、沉积和沉降差异（Zhang et al., 2013；Zhao et al., 2013）、构造样式和断裂分布差异（Hu et al., 2013；Liu et al., 2015；Sun et al., 2015）等方面。本文主要从构造样式和断裂走向的差异性分布入手，通过对琼东南盆地 4 个不整合面（T100,T80, T70, T60，图2）上的断裂走向的玫瑰图统计分析（图3）以及对两条分别位于东、西部典型剖面的解析（图4）进一步揭示东西部构造差异特征，从而设计合理的构造模拟模型探讨其成因机制。

图2 琼东南盆地不同不整合面的断层分布图（张炎等，2019）Fig. 2 The fault architectures on different unconformities in the Qiongdongnan Basin

图3 琼东南盆地不整合面（T100、T80、T70、T60）的断层分布玫瑰图Fig. 3 The fault distribution rose map of the central depression in Qiongdongnan Basin

图4 琼东南盆地东西部剖面结构图（剖面位置见图1）Fig. 4 Interpreted seismic section Line AA’ and Line BB’

由于断裂走向在东西部差异较大，为了更加清楚地展示断裂的东西部差异，我们将东部和西部的断裂分开统计。在T100（＞45 Ma）不整合面上，断层数量多，断距大。断裂方向在东西部均以NEE向为主，在东部构造带中央发育两条与NEE向主断裂规模一致的WE向断裂。通过对比分析两个不整合面（T100和T80）的东西部断层分布玫瑰图（图3）发现T80（约36 Ma）不整合面上的主断层主要继承自T100，西部主要发育NEE向断层，东部发育NEE向和近WE向两组断裂，两个不整合面上的断层走向无论是在东部还是西部均基本一致。但是T80不整合面上断裂数量明显减少，说明构造活动逐渐减弱。而T70（约30 Ma）不整合面上（图2, 3）除了T80不整合面上的断裂继承性发育，部分基底断裂再次被激活，并且在西部发育了少量新的WE向断裂，断裂数量又再次增多。这与T80后该区应力方向由NE向旋转为NS向的结论相对应（童亨茂,2009）。在T60（约23 Ma）不整合面上，大部分断裂停止发育，近WE向断裂数量相对增加，但断裂总体数量明显减少，主断裂方向在东西部仍表现出差异：西部为NEE向，东部为NEE和近WE（图2,3）。谢玉洪等人（2015）对一系列不整合面上的同一区域的断层走向进行了非常详细的研究，结果表明，无论是在东部还是西部，这些平面上同一区域的断层的走向、倾角等表现出较好的一致性。意味着区域应力方向的变化可能叠加和改造了裂谷期（Tg-T80）时期的断裂，但并没有完全破坏这一时期的断层走向以及构造特征。

琼东南盆地西部和东部的构造样式特征也表现出明显差异。西部过陵水凹陷（图4a）的剖面上，构造样式主要是由大型铲状断层和滚动背斜控制的半地堑式构造，总体上表现为“三隆两凹”的构造格局。而在东部凹陷（长昌凹陷）（图4b）中，板状断层呈阶梯状由中心向两侧发育，呈复式地堑构造，断层数量多，单一断层的断距较小，上覆沉积层较西部薄。 此外，施小斌等人（2015）对琼东南盆地及其周边区域154个热流站位的分析结果显示琼东南盆地可分为3个热流分区：北部陆架与上陆坡区热流值介于50～70 mW/m2，其中盆地西北部崖城区具有较高的热流，其热流值介于60～70 mW/m2；中央坳陷带深水区热流值较高，并且往东热流值逐渐升高，热流值一般介于70～85 mW/m2；盆地东部—西沙海槽北侧有一条北东东向高热流带，其热流值高于85 mW/m2，主要位于宝岛凹陷、长昌凹陷与西沙海槽北部斜坡带。因此琼东南盆地具有“东热西冷”的基底特征。

对于上述的断层走向、各期断裂特征以及构造样式在琼东南盆地东西部的差异性特征汇总于表1。针对上述构造发育特征，结合前人对基底先存构造和区域基底性质的研究，笔者设计了一系列物理模拟实验，探讨先存构造薄弱带以及基底性质差异对盆地成因机制及差异演化过程的影响。

表1 琼东南东西部构造差异性Table 1 Structural differences between the eastern and the western zone of Qiongdongnan Basin

2 实验设计

2.1 实验装置和材料

实验仪器的主要组成部分为沙箱和两个施力电缸，沙箱由透明玻璃板组成，其高度和宽度固定。两个施力电缸从沙箱两侧对砂箱施加应力。其运移速度按需要任意设定（图5）。构造物理模拟实验中材料的选取也至关重要，不同的材料对模拟结果有不同的影响，使用干燥石英砂模拟脆性岩层的做法最广泛。仿照前人的做法（McClay and White,1995；Tong et al., 2009；Zhou and Qi, 1999），我们的实验采用干燥石英砂来模拟上地壳脆性地层。模型中底面铺设一层嵌有弹力布的无伸缩帆布传递位移，弹力布模拟构造薄弱带，帆布模拟不发生基底变形的区域。

模型总尺寸为40 cm×40 cm×4 cm。实验中的数据记录除了传统的拍照记录，还对模型顶面采用了3D激光扫描技术，利用激光扫描得到的点集建立曲面，由此生成虚拟的实验表面，这种方法使表面能够被正确地轮廓化，可视化，包含了所有主要的和许多次要的断层的同时，还反应出地表高程的起伏变化。可利用表面清晰地断裂走向和高程变化对构造和相关断层的演化进行研究。近几年来，该技术在物理模拟实验分析中发挥了重要作用（Bose and Mitra, 2010；Paul and Mitra, 2013b；Sembroni et al., 2017）。实验结束后，加入适量的水浸泡砂体，通过横切，观察实验内部结构特征。

2.2 模型设计

实验的应力方向与第一阶段裂陷期（Tg-T80）的伸展方向一致，为NW-SE向。前人对基底的研究结果显示，琼东南盆地基底由西向东存在至少两组方向的先存构造（Hu et al., 2013），位于西部的先存构造其展布方向为NEE向，位于东部的先存断裂的方向为WE向。考虑到基底边界与盆地形态及其内部断裂系统特征密切相关（McClay and White, 1995），所以本实验中先存断裂的方向参照松南低凸起的边界方向，即先存构造薄弱带边界在盆地西部与应力方向垂直，东部与应力方向斜交。为了探究几何形态及基底性质差异对琼东南盆地上覆构造发育的影响，进行了一系列的模拟实验。模型中橡皮布传递伸展应力来模拟韧性基底，帆布模拟不发生基底变形的区域。本章仅给出两个模型的实验结果，一个是东西部基底性质统一模型（BUM模型），即位于垂向区和斜向区的弹力布强度相同，代表东西部基底性质一致（图5b）；另一个模型是基底性质差异化模型（BDM模型），位于垂向区的弹力布强度大于斜向区的弹力布强度，用来模拟“西刚东韧”的基底模型（图5c）。两个实验的斜向区方向与应力方向的夹角是相同的，即两个实验的先存构造薄弱带分布方向相同。所有模型均在相同的温度和湿度下模拟。

图5 试验台原理图及模型Fig. 5 Front view of deformation rig and models

2.3 模型相似性

物理模拟实验成功与否的关键是模型与原型的相似性。实验模型与原型的相似程度是模拟实验成败的重要标准（赵仕俊等, 2005）。Hubbert（1937）提出三个相似性准则（几何、运动学和动力学）可确保模型被适当缩放。

张佳星等（2018）用面积深度法计算了该地区的伸展量约为15.1%～16.65%，原长约159 km。模型与自然原型的比例为2.5×10-6。模型尺寸为40 cm ×40 cm×4 cm，按其伸展比例，模型伸展距离为 6～7 cm。

由于模型不涉及流变学，因此运动学的相似性是通过使这些模型中任何变化所需的时间（Tm）与原型中相应的变化（Tn）成比例来定量确定的。拉张速率为0.002 mm/s，这要求：

根据相似系数vm/n,tm/n（表1）, 计算得到lm/n=0.84 ×10-6, 与实验设计的模型比例接近（2.2×10-6）。

动力学相似要求拉伸应力相似。基于连续介质的柯西运动方程，可通过密度对模型应力比例化（Davy and Cobbold, 1991）。将模型和原型的应力分别表示为sm何sn，前者比后者得:

计算得σm/n=1.19×10-6，石英砂与琼东南盆地的原型的粘结强度比约为2.38×10-6，二者量级相同，这意味着模型满足动力学相似。比例参数汇总在表2中。

表2 实验材料参数和模型的比例化Table 2 Analogue material parameters and scaling ratios in the analogue experiments

3 实验结果

3.1 模型BUM的实验结果

模型BUM模拟东西部基底性质无变化时，基底几何形态的变化对上覆构造的影响。实验拉伸至1 cm时（图6A），位于构造薄弱带边界的断裂优先发育，次级凹陷发育的位置与分布方向受边界断裂的控制。沿着构造薄弱带两侧边界发育对称的次级凹陷，中央形成地垒。断裂由构造带边界已传播至构造带中央，但对中央凸起的切割并不明显，构造带整体表现为“ 地堑—地垒—地堑” 样式。随着伸展量的增大，两侧地堑构造变宽，断层进一步发育（图6B，C，D），垂向区中央凸起被进一步切割，形成隆坳相间格局。最终拉伸结果（图6D）清楚地显示了断层在垂向区和斜向区的差异性分布特征。在垂向区，内部断层与边界断层走向一致，均与拉伸方向垂直，形成“两隆三凹”的格局。但在斜向区，出现两组不同方向的断裂，一组与拉伸方向垂直，主要分布在构造带内部，而另一组沿先存构造边界分布，与先存构造边界平行，即与拉伸方向斜交，整体表现为“ 一隆两凹” 构造格局。在基底发生转向的位置，发育构造转换带，调节断裂倾向或走向发生变化时的位移。其形成演化大致可以分为3个阶段，具体如下：（1）半孤立阶段（图6A）。位于转换带两侧的边界断层之间连接形成连续的条带状边界次级凹陷，展布方向随构造薄弱带展布方向发生变化。而转换带中央断裂发育不明显。（2）半成熟阶段（图6B）。斜向区发育的雁列式断裂延伸至转换带中央，转换带两侧的断层开始趋近，该阶段在转换带中央形成小型断层，其方向基本与应力方向垂直。（3）成熟阶段（图6C，D）。两侧的主干断层进一步延伸但并未贯通连接，在转换带形成“隆凹相间”的构造格局。

图6 模型BUM 的实验演化过程Fig. 6 The deformation process of model BUM

相机拍摄结果（图6 a-d）中断裂的明暗变化代表了断层的不同倾向，结合3D扫描结果，能较好的厘定了断裂倾向和走向的变化特征。图中黑色的断裂代表与构造带左边界倾向一致的右倾断裂，白色断裂代表与构造带右边界倾向一致的左倾断裂 （图7a）。解译结果清楚的显示了基底先存构造薄弱带边界方向发生变化时，断裂走向如何在斜向区和垂向区交汇处过渡并形成不同的构造样式及地貌特征。位于垂向区和斜向区的切剖面上的构造样式由于先存构造方向的改变也表现出差异性（图7b）。位于垂向区的两个剖面（9 cm，15 cm）构造样式基本相似，持续的伸展作用下，原有的 “地堑—地垒—地堑” 格局被破坏，中央隆起上左倾和右倾的断裂交替发育，形成次级 “地堑—地垒—地堑”结构，表现为 “两隆三凹” 构造特征。位于过渡带的剖面（20 cm）上的中央隆起破坏严重，隆坳交替排列。位于斜向区的两条剖面的 “地堑—地垒—地堑” 样式在后期拉伸时未被破坏，中央隆起上未发育次级凹陷。在靠近过渡带的剖面上（27 cm），以左倾断裂为主，构造不对称，左侧凹陷规模明显大于右侧凹陷。远离过渡带的剖面上（34 cm），中央隆起被一系列倾向相反的断裂切割，呈阶梯状，构造对称。

图7 模型BUM 的构造解译图及切剖面Fig. 7 Line diagram interpretation of the surface fault pattern at the end of the extension and a series of sections through the model BUM

3.2 模型BDM的实验结果

模型BDM用来模拟琼东南盆地 “西刚东韧” 的基底性质对盆地东西部构造差异性发育的影响。实验模拟结果（拉伸6 cm）如图8，3D激光扫描结果（图8A-D）显示了模型表面的高程变化情况。拉伸至1.4 cm时（图8A）垂向区仅在构造带边界发育少量断层，凹陷不明显，而在斜向区发育至少两组方向的断裂，数量多，在构造带边界次级凹陷发育明显。随着拉伸量逐渐增大（图8B-D），应力逐渐传播至构造带中央，一些新的断裂在构造带中央发育，早期发育的断裂断距进一步增大，凹陷进一步变深变宽。最终结果（图8D）清楚地显示了断层在垂向区和斜向区的差异性分布特征。基底强度较强的垂向区断裂断距均较小，且数量少，因而由其控制的凹陷规模小，深度浅，整个构造带表现为 “垂向区浅斜向区深” 的地貌特征。模型BDM的断裂转换带的构造特征与模型BUM不同，其构造转换带发育时间较晚。且发育一条贯通垂向区和斜向区的断裂（图8D）。边界断裂控制的次级凹陷从垂向区向斜向区的过渡不连续。

结合相机拍摄结果（图8 a-d）绘制的构造解析图（图9a）清楚地展示了东西部断裂分布特征。与模型BUM的实验结果一样，由于先存构造方向的变化，断裂方向在东西部差异明显。在垂向区，断裂走向并不完全垂直于拉伸方向，而是呈弧形发育，在斜向区，发育两组走向的断裂，一组与应力方向垂直，主要沿斜向区右边界雁列式分布，而另一组则主要沿着斜向区左边界分布，几乎平行于先存构造边界。切剖面的构造样式在垂向区和斜向区差异明显，位于垂向区的剖面构造样式基本一致（9 cm，15 cm），断裂断距小，次级凹陷几乎不发育，构造带中央以褶皱的形式变形，未被拉断，断裂不发育。位于构造转换带上的剖面上（20 cm）构造带中央被拉断，形成断层，断裂数量明显增多。位于斜向区的两条剖面构造对称发育（27 cm，34 cm），倾向相反的两组阶梯状断裂充分切割地垒，在凹陷两侧各形成一个凹陷，形成“地堑—地垒—地堑”构造样式。

图8 模型BDM的演化过程Fig. 8 The deformation process of model BDM

图9 模型BUM 的构造解译图及切剖面Fig. 9 Line diagram interpretation of the surface fault pattern at the end of the extension and a series of sections through the model BDM

4 讨论

4.1 先存构造对琼东南盆地的影响

在新的构造活动中，先存断裂比形成新的断层更容易发生脆性破裂（Sun et al., 2015；Tong and Yin，2011）。原有的断裂相互连接，成为新应力场的集中区域，控制着新变形区域的位置和方向。无论是在自然实例中（Henstra et al., 2019；Morley et al., 2004）还是在实验模型中（McClay and White,1995；童亨茂, 2009），先存构造对后期上覆地层的断层发育有很大的影响。前人对基底的研究表明，琼东南地区东部和西部在中生代形成了不同走向的断层（鲁宝亮等, 2011；宋海斌和丘学林,2002；于鹏等, 1999）。近年来，基于不整合面和剖面特征对琼东南盆地基底的研究也取得了一定进展。Zhang等（2013）和Hu等（2013）结合地震剖面和不整合面的详细解释，认为琼东南盆地东西向断裂走向差异早在始新世早中期就存在，这是由于中生代先存构造的影响。谢玉洪等（2015）认为琼东南盆地的复杂断裂系统是在原有构造条件下，在南北向渐进变形过程中逐渐形成的，原有构造的差异是琼东南盆地复杂的根本原因。

本文的模型模拟结果表明，前裂谷期的先存构造薄弱带的复活导致了新生代第一期断层的发育。先存构造的发育位置和几何形态控制了裂陷盆地内凹陷的发育位置、盆地内断裂的平面展布方向以及构造样式。由于先存构造薄弱带分布方向在东西部的变化，在NW-SE向（Tg-T80）应力场的拉伸作用下，在西部为正交拉伸，应力场方向与先存构造薄弱带方向垂直；在东部为斜交拉伸，应力场方向与先存构造薄弱带方向斜交。这一阶段（Tg-T80）东西部断裂走向已经开始差异性发育（图6, 7a）。在西部，为响应NW-SE伸展而形成的NEE走向的断层系统，但不可否认，构造带西侧的断裂走向受红河断裂左旋走滑的影响，靠近红河断裂带的断裂走向近NWW向（图1）；而在东部，由于先存构造方向与伸展方向斜交，发育NEE向和WE向两组主断层。这一阶段是琼东南盆地东西部构造特征差异发育的关键时期。结合断裂在系列不整合面上的分布特征（图3），可以看出，在T80之后，尽管应力方向发生旋转，但是大部分断裂继承性发育自第一阶段（Tg-T80）形成的断裂，只有少量新的断裂发育。因此，琼东南盆地不同走向、不同构造特征的主干断裂系统可能是先存断裂控制下形成的同一时期构造活动的产物，后期沉降期断裂系统是由这一时期的断裂系统继承和改造而来。

4.2 基底性质差异对琼东南盆地的影响

通过对比模型BUM和模型BDM的实验结果（图10），探讨了琼东南“西刚东韧”的基底性质差异对上覆构造的影响。模型BUM作为模型BDM的对比模型，模拟了东西部基底强度较弱且一致的情况下先存构造方向变化对上覆构造的影响（图5b）。模型BDM模拟了东西部基底强度存在差异时对上覆构造发育特征的影响（图5c）。由于二者先存构造薄弱带分布方向相同，实验最终的断裂走向分布特征较为相似。表现为：在垂向区断裂系统方向单一，基本上与应力方向垂直，而在斜向区，受先存构造边界影响，发育至少两组方向的断裂，一组与拉伸方向垂直，另一组与拉伸方向斜交（图10a, b）。由控凹断裂控制的次级凹陷的展布方向也逐渐过渡为与先存构造薄弱带一致的方向，这一特征与琼东南盆地的次级凹陷在东西部的分布特征相似（图10c）。说明先存构造薄弱带分布方向在东西部的变化是断裂走向及次级凹陷差异性分布不可忽视的控制因素。

图10 模型结果和自然原型的对比分析Fig. 10 Comparative analysis of model results and natural prototypes from the plane and section features

模型BUM模拟结果与模型BDM最大的区别表现在地貌的起伏变化上。模型BUM的模拟结果显示，基底强度一致仅先存构造方向发生变化时东西部地貌的起伏变化较为一致，均发育较深的次级凹陷，发育在垂向区的次级凹陷范围更广（图10a），并形成与琼东南盆地西部相似的 “两隆三坳”构造格局（图6D）。而模型BDM中由于基底强度的差异性，地貌起伏特征在垂向区和斜向区存在较大差异，从3D扫描结果（图8D）显示当基底强度较弱时（斜向区），在拉伸过程中能为上覆构造变形提供更大的变型空间，断层规模大。垂向区由于基底强度较强未能给上覆构造的变形提供足够的变形空间，局限了上覆地层的变形，控凹断裂断距和数量明显小于斜向区（图10b）。垂向区和斜向区隆凹格局的差异明显。次级凹陷在地貌上表现出“垂向区浅斜向区深” 的地貌特征（图8D）。意味着强度较弱的基底背景下，上覆构造变形更强烈。可以推测琼东南盆地东部岩浆活动较发育（Hu et al., 2013；雷超等, 2011；Liu et al., 2015）可能与强度较弱的基底有关。张佳星（2018）对琼东南盆地东西部典型剖面（图4a）的平衡恢复结果显示：位于东部的剖面的拉伸量（26.24 km）远大于西部剖面的拉伸量（18.7 km），这与实验BDM的剖面特征是相似的。

实验结果显示不同强度的基底对上覆构造样式、断裂分布特征以及地貌起伏特征有明显的控制作用。对比琼东南盆地东西部构造特征以及地貌起伏特征，“西刚东韧” 的基底性质似乎对琼东南盆地的东西部断裂特征有一定的控制作用，使其在数量、断距以及构造样式上表现出一定的差异性。但是断裂走向主要受到先存构造薄弱带展布方向的控制，在西部经历了正交拉伸，在东部经历了斜交拉伸。在第一期拉伸时（Tg-T80，始新世—渐新世）断裂系统就已经东西部差异性分布。总的来说，基底强弱、先存构造形态及构造应力方向的共同作用影响了琼东南盆地形态和断裂系统展布。

5 结论

实验结果表明，裂陷盆地的发育位置和构造特征与先存构造几何形态密切相关。在新生代构造活动下前新生代构造薄弱带的复活导致了琼东南盆地第一期断裂系统（Tg-T80）的形成。在这一时期（Tg-T80），由于先存构造薄弱带分布方向在东西部的变化，形成了东西部断裂在走向和构造样式上的差异。琼东南盆地不同走向的主断裂系统可能在第一期构造活动中形成，而后期断裂系统则继承和改造了这一时期的断裂。但不可否认，盆地西部边界附近的断裂受红河断裂左旋走滑的影响，断层走向向西由NEE转向WE再转向近NS向。

实验结果显示基底强度的变化对断裂系统以及地貌起伏特征影响明显。 “西刚东韧” 的基底性质在一定程度上控制了琼东南盆地东西部构造的差异性，具体表现在断裂数量、拉伸量等。结合前人对琼东南盆地的热模拟研究及本文实验结果分析认为，琼东南盆地在东西部的断裂走向及构造样式上的差异性受基底强弱、先存构造形态及构造应力方向的共同控制。