張翠梅，趙中賢，孫 珍，龐 雄，柳保軍，李鵬春

1.中國科學院南海海洋研究所邊緣海地質重點實驗室，廣州 510301

2.中國海洋石油有限公司深圳分公司研究院，廣州 510240

當前世界上大油田中相當大的一部分和構造有直接關系，特別是一些同期隆起帶或斷裂帶，是重要的油氣聚集部位，國內(nèi)外的勘探實踐也充分證明了這點［1－2］。隆起帶對油氣的生成和運移、儲集相帶的分布等都有較大的控制作用，因而隆起構造的形成和演化是制約這類油氣藏形成的關鍵。長期以來，眾多學者依賴單一手段，如沉降史恢復或生長地層等研究隆起構造的演化，而分析結果往往不是缺乏對重大地質事件的發(fā)掘和強調(diào)，就是分析精度不高，僅作出了定性判斷。

珠江口盆地白云凹陷東沙（DS）25凸起位于陸坡深水區(qū)，海水深度為500～1 000m，是我國深水油氣勘探的重要選區(qū)。筆者以該凸起為對象，在地震資料精細解釋的基礎上，分別運用生長地層法、沉降史恢復和剩余構造沉降分析的方法劃分了DS25凸起的演化階段，并對比和綜合各方法的合理與精華部分，重建DS25凸起演化的歷史。

1 區(qū)域地質概況

白云凹陷位于珠江口盆地南部坳陷帶，是珠江口盆地系列凹陷中面積最大的一個深水凹陷，北側是番禺低隆起，東側為東沙隆起，西側以一條北西走向的基底斷裂、巖漿活動帶和云開低凸起為界，南部為珠江口盆地南部隆起帶，是南海北部最具代表性的新生代深水陸坡沉積區(qū)［3－5］。研究區(qū)DS25凸起位于白云凹陷東部與東沙隆起的接合部位，是一個三面被洼陷夾持、由北東向南西方向傾伏的大型凸起（圖1）。

白云凹陷經(jīng)歷了斷陷、斷坳和坳陷期3個構造演化階段。斷陷期（Tg-T70）沉積了厚層達數(shù)千米的中－深湖相暗色泥巖，形成主力烴源巖。斷坳轉換階段開始，隨著南海的擴張，白云凹陷發(fā)育了大規(guī)模的海陸過渡相和海相沉積。坳陷期白云主洼發(fā)生了快速大幅沉降，沉積了巨厚的地層，且受菲律賓板塊北西西向俯沖影響，在白云凹陷及其臨區(qū)發(fā)育大量的晚期斷層。新生代以來共經(jīng)歷了5次構造運動［6］，自老而新為晚白堊世-古新世神狐運動，早、中始新世之間珠瓊運動一幕，晚始新世珠瓊運動二幕，漸新世中期南海運動及中中新世至晚中新世末東沙運動。

2 生長地層法分析DS25凸起演化

2.1 生長地層分析法

同沉積褶皺生長地層通過記錄地層厚度、地震剖面反射終端結構、沉積物堆積樣式和不整合面等信息反映褶皺變形的運動學及發(fā)展演化過程。對生長地層的幾何學分析，結合地層年代資料，可以揭示沉積與構造的相互影響［7］，確定沉積速率與構造（褶皺）抬升速率的細微變化關系及褶皺的活動期次［8］。目前，生長地層已成為分析褶皺運動學特征以及斷層與褶皺相互關系的有效工具［9－11］。

褶皺翼部的生長地層呈楔狀、扇狀展布，地層傾角由深層到淺層逐漸變緩，代表了以翼部旋轉為變形機制的一類褶皺；對于以坡折帶遷移為變形機制的褶皺，生長地層的長度從地層底部向上逐漸變短，形成生長楔［9，12］。根據(jù)生長地層內(nèi)部結構特征，其代表的構造抬升速率（Ru）和沉積速率（Rs）之間的關系可劃分為以下4種［13］（圖2）：

1）Rs?Ru，出現(xiàn)披覆結構，褶皺頂部接受沉積，地層特征為頂薄翼厚，如圖2A。

2）Rs＞Ru，地層從翼部向核部上超，如圖2A。

3）Rs＜Ru，出現(xiàn)退覆結構，如圖2B；凸起頂部無沉積；由于河道的下切和充填作用可見局部形成不整合面，如圖2C。

4）Rs?Ru，凸起強烈抬升翹傾，頂部地層遭受剝蝕形成不整合，如圖2D。

因此，生長地層劃分同沉積褶皺活動期次主要依據(jù)反射終端和地層結構，如上超、披覆與不整合面等，前兩者指示褶皺緩慢抬升并伴隨沉積作用，不整合面則指示了褶皺的強烈隆升。

圖1 白云凹陷DS25凸起構造位置和新生代地層特征Fig.1 Distribution and filling sequences of the study area，showing the location of the analogous wells referred to in the text

圖2 背斜翼部生長地層的幾何形態(tài)和內(nèi)部結構示意圖Fig.2 Architecture and geometries of the growth strata on the monocline

2.2 DS25凸起的活動歷史

通過二維和三維地震剖面的解釋、追蹤和閉合，共識別出DS25構造帶的3個不整合界面，分別為T70、T20和T10，這些不整合是重大地質事件如構造轉換和沉積環(huán)境突變等響應，也成為劃分演化階段的重要依據(jù)。通過剖面分析發(fā)現(xiàn)：

Tg-T70沉積時期，DS25凸起的西南斜坡部位受早期同沉積斷層控制，表現(xiàn)為半地塹結構，楔形地層向凸起上尖滅（圖3），說明DS25構造是一個新生界之前存在的古隆起。T70下伏斷陷期地層向隆起掀斜，并遭受強烈剝蝕，形成不整合，表明DS25凸起在T70界面沉積前曾發(fā)生過大規(guī)模抬升。

T70-T60沉積時期，盆地進入裂后沉降階段，接受海陸交互相沉積。珠海組的6套層序向隆起頂部上超，沉積層僅出現(xiàn)在隆起西南翼，且地層很厚，隆起頂部則無沉積作用，地層呈楔形，說明在該時期凸起的沉積速率微大于抬升速率。

T60-T50沉積時期，出現(xiàn)披覆式沉積，DS25凸起頂部和翼部均接受沉積，厚度較薄，且頂薄翼厚。在局部地區(qū)翼部地層出現(xiàn)前積結構，說明該期沉積物供給比較充足，沉積速率遠大于抬升速率。

T50-T20沉積期間，凸起結構與上一階段類似，但該時期沉積厚度很大，占整個新生界沉積厚度的1／3，頂薄翼厚的披覆式沉積繼承發(fā)育，該階段凸起沉積速率遠大于抬升速率。

圖3 過DS25凸起NE測線構造－地層格架Fig.3 Regional NE seismic section and our interpretation across the DS25uplift showing tectonics and stratigraphic architecture

T20-現(xiàn)今，凸起翼部沉積異常厚，T20地層遭受強烈剝蝕，在頂部形成不整合。值得一提的是T10界面的削截特征亦很強，核部高點局部現(xiàn)今仍處于剝蝕狀態(tài)（圖4）。T10界面上下地震相發(fā)生突變：界面之下為弱振幅反射，之上在凸起翼部表現(xiàn)為高頻強振幅反射，連續(xù)性好，平行或亞平行反射，向凸起核部上超。

結合生長地層分析，將DS25凸起構造劃分為5個演化階段：新生界沉積之前DS25凸起形成，T70界面沉積之前，DS25構造大規(guī)模隆升；T70-T60沉積時期，沉積速率略大于隆升速率；T60-T50沉積時期，沉積速率遠大于隆升速率；T50-T20沉積期間，沉積速率遠大于隆升速率；T20沉積之前，隆起再次發(fā)生大規(guī)模隆升，持續(xù)至現(xiàn)今。

3 沉降史恢復DS25凸起演化

3.1 沉降史分析原理

盆地沉降史定量分析的目的就在于恢復盆地沉降速率隨時間的變化，區(qū)分出構造沉降、沉積物或盆地水體的負載沉降、沉積物壓實沉降、海平面變化等對盆地總沉降的貢獻，通過構造沉降剖析盆地演化的本質?；貏兗夹g是盆地沉降史模擬中最為精確的方法［14－15］，在盆地構造分析中廣為采用［16－18］。其主要原理是利用現(xiàn)今沉積物厚度逐層反演恢復到地表，通過一系列校正，包括沉積物壓實、負載均衡校正和海平面校正等，得到各個時期盆地的總沉降量和構造沉降量。盆地的構造沉降可表述為：構造沉降＝總沉降（基底沉降）－（沉積物和水負載沉降＋沉積物壓實沉降＋海平面（古水深）變化）；構造沉降速率＝構造沉降量／地層沉積時間。

3.1.1 回剝分析流程

回剝分析主要分為以下3個步驟：

1）地層回剝?nèi)簩?/p>

沉積物在正常的壓實情況下，孔隙度（Φ）和深度（y）關系服從指數(shù)分布［19］：

式中：Φ是深度為y時的孔隙度，%；Φ0為表面孔隙度，%；c為壓實遞減系數(shù)，km－1，與巖性有關。

根據(jù)沉積物體積不變原理，在回剝位置上由下式給出巖層的厚度：

式中：y1和y2為地層現(xiàn)今頂、底埋深，m；y′1和y′2為地層回剝至地表的頂、底埋深，m。

2）沉積物和水的負載均衡校正

沉積負載校正即為從盆地總沉降（S）中去除負載沉降（U），從而得到構造沉降（Y）的過程。運用局部（Airy）均衡模式計算得到構造沉降為

式中：Y為構造沉降量；S為總沉降量；U 為沉積負載；ρs為沉積巖平均密度，一般取2.7g／cm3；ρm為地幔密度，取3.33g／cm3；ρw為孔隙流體密度，取1.0g／cm3。

3）古水深校正

當沉積盆地的古水深較大時，須作古水深校正才能得出正確的構造沉降量。沉積物沉積時，其沉積面在水下一定深度，有了古水深Wd，則可以直接將古水深加上沉積物厚度，從而得到真正的深度：

3.1.2 參數(shù)選取

圖4 過DS25凸起NW測線構造－地層格架Fig.4 Part of NW reflection seismic profile across the DS25uplift showing our interpretation of the tectonics and stratigraphic architecture

白云凹陷地層及巖性如表1所示，主要巖性根據(jù)研究區(qū)DS25凸起附近的LW3－1－1井及地震地層數(shù)據(jù)確定；表面孔隙度參數(shù)Φ0采用Sclater和Christi［20］對北海多口井的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。考慮到30 Ma時期珠江口盆地形成破裂不整合，則30Ma之前為湖相－陸相沉積，古水深對沉降量的計算影響較小，所以Tg-T70期間不考慮古水深，即假設古水深為0。參照龐雄［6］總結的白云凹陷古陸架坡折變遷特征，研究區(qū)在23.8～21Ma陸架坡折由白云凹陷南部遷移到白云凹陷與番禺低隆起之間，因此，在設置古水深時，把23.8Ma的古水深設為200m，21 Ma古水深設為500m，中間各層古水深值通過線性插值生成；21Ma之后白云凹陷處于陸坡深水區(qū)，研究區(qū)較小范圍內(nèi)古水深的橫向變化忽略不計，均取500m。

表1 地層格架及巖性參數(shù)Table1 Stratigraphic frame and lithologic parameters

3.2 DS25凸起剩余構造沉降分析

前述劃分了DS25凸起演化的5個階段，而僅依據(jù)生長地層法，無法揭示DS25凸起的運動形式，即該凸起是經(jīng)歷了絕對抬升，還是因與周圍地區(qū)的差異沉降發(fā)生了相對抬升。在此，需要引入剩余構造沉降法對DS25凸起進行分析。

剩余構造沉降是通過實測構造沉降減去理論構造沉降所得到，其結果反映構造的絕對沉降或抬升。當剩余構造沉降量為負值時，指示構造抬升；反之，正值指示構造沉降。實測沉降包含了負載沉降和熱沉降，通過回剝分析計算可知；理論沉降采用Stretch（英國Badley Geoscience Ltd的軟件產(chǎn)品）對盆地進行正演模擬得到。該軟件的理論基礎是撓曲懸臂梁模型［21］，即認為巖石圈是一個彈性懸臂梁，施于某點的重力不僅會引起該點的沉降，還會引起相鄰點的沉降；正演時從初始模型開始伸展，通過調(diào)節(jié)有效彈性厚度（Te）、斷層參數(shù)和伸展量，得到張裂后的盆地形態(tài)、結構和地層厚度等，并與二維回剝得到的張裂期盆地形態(tài)模板進行對比；當兩者擬合較好時，程序會自動給出巖石圈伸展系數(shù)（β）的曲線和數(shù)值，在此基礎上繼續(xù)進行裂后熱沉降的正演模擬，得到剖面的理論裂后熱沉降量，最終與回剝反演得到的張裂期和裂后期“實測”構造沉降相對比，明確構造的抬升或沉降作用以及異常沉降的存在與否?；趽锨鷳冶哿耗Ｐ偷腟tretch模擬軟件已成功地用于許多伸展盆地，如北海［22］、珠江口盆地［23］和瓊東南盆地［24］。

通過計算DS25凸起的剩余構造沉降變化，圖5的結果表明：DS25構造經(jīng)歷了2期抬升，分別發(fā)生在30Ma之前和10.5Ma至今。由于凸起頂部65～30Ma地層大量缺失，利用剩余構造沉降無法得知DS25凸起具體抬升的時間，結合區(qū)域地質背景，僅能大致推斷在30Ma左右，也即珠江口盆地破裂不整合T70形成時期發(fā)生了抬升。30～10.5Ma，DS25凸起發(fā)生持續(xù)沉降，存在3個異常沉降期，分別在23.8～21Ma，18.5～16.5Ma和13.8～10.5 Ma。10.5Ma至今，剩余構造沉降表現(xiàn)為負值，代表該階段DS25凸起處于持續(xù)的抬升階段。

圖5 DS25凸起剩余構造沉降速率變化Fig.5 Variation of the remnant tectonic subsidence on the DS25uplift

4 DS25凸起的沉降特征

鑒于DS25凸起與周緣不同部位的構造沉降變化差異，筆者選取DS25凸起上的A點進行沉降史分析，并選取位于白云東凹內(nèi)的B和中部低隆起帶的C點與A點進行一維回剝分析和對比，見圖1和圖6a。由于B點地層較連續(xù)，沉積間斷時間較小，其分析結果可合理地代表整個區(qū)域的沉降背景。

沉降計算結果表明，A、B和C點的總沉降量表現(xiàn)出B＞C＞A的特征，說明DS25凸起的沉降量明顯要小于周緣地區(qū)，見圖6b。65～30Ma（Tg-T70），A在早期古隆起上無沉降作用。該時期白云凹陷處于斷陷期，沉降中心主要分布在B點和白云主凹，該階段沉降中心具有明顯分隔性。

30Ma至現(xiàn)今，根據(jù)總沉降和構造沉降的周期性變化，將DS25凸起的沉降過程分為3幕，如圖6c，每幕的沉降速率均表現(xiàn)出相同的變化趨勢，并且A點的沉降明顯小于B點和C點。

第一沉降幕：30～18.5Ma（T70-T50），A 點沉降表現(xiàn)出由弱（30～23.8Ma）到強（23.8～21Ma）到弱（21～18.5Ma）的變化規(guī)律，構造沉降速率最大達到80m／Ma，3點的構造沉降速率和總沉降速率均大于上一期。但A點的總沉降和構造沉降均小于其他兩點，發(fā)生了明顯的差異沉降。

第二沉降幕：18.5～13.8Ma（T50-T30），沉降速率由弱（18.5～16.5Ma）到強（16.5～13.8 Ma），最大值均高于上一期。A點的沉降速率最大為90m／Ma，與地震剖面上厚層披覆沉積對應，但仍落后于B點和C點，形成差異沉降。

第三沉降幕：13.8Ma至今（T30至現(xiàn)今），沉降速率呈現(xiàn)由強到弱的變化，在13.8～10.5Ma時期，3點的構造沉降速率較快，平均約95m／Ma，A點相對最慢，約75m／Ma；10.5Ma至今，整個白云凹陷受東沙運動影響，白云凹陷沉降極其緩慢，DS25構造區(qū)表現(xiàn)為隆升。

圖6 DS25凸起與周緣ABC 3點的沉降量變化Fig.6 Subsidence variations on ABC sites of the DS25uplift and surrounding area

5 討論

應用生長地層法、沉降史恢復和剩余構造沉降3種分析方法，分別建立了DS25凸起的演化，見表2。生長地層結構分析表明DS25凸起形成之后經(jīng)歷了5個階段的演化；沉降史上表現(xiàn)為3幕構造沉降和3期異常沉降；剩余構造沉降識別出DS25構造的2期抬升和3幕沉降。由于各種分析方法的手段和側重點不同，造成判斷的DS25凸起的演化歷史不盡相同，但各有優(yōu)劣：

生長地層法是構造、沉積和海平面變化的綜合響應，從地層反射結構出發(fā)，結合地層厚度，定性判斷凸起的演化階段，具有簡單、快捷和直觀的特點。但在缺少具有明顯指示意義的反射終端時（如上超和削截等），則無法確定隆起活動的強弱、詳細地起止時間和區(qū)分隆起的抬升與差異沉降作用。

回剝法分析定量揭示了DS25構造的沉降史演化，并與周緣地區(qū)建立對比關系，具有時空對比強、階段劃分精細的特點，但缺點是容易受中間參數(shù)如古水深、剝蝕量恢復等的影響。

剩余構造沉降速率分析從新的角度給出了隆起構造的活動特征，明確了DS25構造在各個時期經(jīng)歷構造抬升，抑或是差異沉降作用，可以作為生長地層分析的重要補充；其劃分的沉降幕與沉降史恢復的結果具有一致性。

以上3種方法相互補充：生長地層和剩余構造沉降分析明確了30、10.5和5.5Ma重要的抬升運動，區(qū)域上它們與大的板塊活動時間關聯(lián)。在30 Ma時期，南海海盆開始擴張，地幔物質上涌，地殼由于熱浮力發(fā)生回彈，在南海南部和北部陸緣形成重要的破裂不整合，珠江口盆地即在該區(qū)域背景下發(fā)生抬升，加之海平面的大規(guī)模下降（圖7A），形成了T70重要剝蝕面。10.5Ma至今，受菲律賓板塊向南海逆沖引起的東沙運動影響，區(qū)域內(nèi)大范圍抬升遭受剝蝕，形成顯著的區(qū)域不整合面（T20），相應地建立了DS25凸起演化的理論模型，如圖7B。沉降史恢復和剩余構造沉降分析精細劃分了沉降階段，如圖7C和7D所示，2種方法刻畫的階段具有較好的一致性，特別是裂后異常沉降的3個階段：23.8～21Ma，18.5～16.5Ma和13.8～10.5Ma。對于各異常沉降的形成機制，不同學者針對南海北部陸緣的不同區(qū)域提出了不同的觀點，主要有裂后期發(fā)生新的張裂事件［25］、玄武巖體侵入冷凝導致的異常沉降［26］、動力地貌變化影響［27］、下地殼流影響［28］、上地幔次生流影響［29］等。這些機制能否用來解釋白云凹陷DS25凸起的強烈沉降，尚需進一步探討。

表2 DS25凸起演化的綜合分析和對比Table2 Integrated analysis and comparison of three methods used for the DS25uplift evolution

6 結論

生長地層、回剝法和剩余構造沉降分析3種方法互相驗證，各種方法所得結論與筆者的理論推測具有較好的一致性。DS25凸起的構造演化過程劃分為如下5個階段：1）＜65～30Ma，盆地處于斷陷階段，凸起頂部遭受剝蝕，翼部出現(xiàn)局部的沉積中心。2）30Ma左右，DS25凸起發(fā)生大規(guī)模隆升，為南海開始擴張時期巖石圈的破裂回彈作用導致。3）＜30～23.8Ma，DS25凸起微弱沉降，推測與南海洋中脊在24Ma左右向南躍遷有關。沿北西和中央次海盆洋中脊的海底擴張對位于洋中脊北部的白云凹陷及其東側產(chǎn)生一個弱的擠壓力，使得研究區(qū)在裂后早期僅發(fā)生了微弱沉降。4）＜23.8～10.5 Ma，DS25凸起區(qū)發(fā)生沉降，且出現(xiàn)3幕異常沉降，分別發(fā)生在23.8～21Ma，18.5～16.5Ma和13.8～10.5Ma；各異常沉降階段的控制機制和動力學背景仍需進一步深入分析。5）10.5Ma開始，DS25凸起受東沙運動影響，發(fā)生大規(guī)模隆升，從5.5Ma至今，抬升作用持續(xù)強烈。

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