蔡 嵩，夏 斌，蔡州榮

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，廣東 廣州 510640;2.中山大學海洋學院，廣東 廣州 510275;3.中國科學院研究生院，北京 100049)

南海擁有豐富的油氣資源，是世界油氣勘探的熱點地區(qū)之一，也是我國石油公司海上油氣勘探的重要區(qū)塊。南海中部西區(qū)構造特征復雜，構造演化規(guī)律不明確，構造問題是其內(nèi)部盆地油氣勘探的難點之一。

南海中部西區(qū)(東經(jīng) 108°～117°，北緯 13°～18°，面積約15萬平方 千米)的主體部分屬于南海北部陸緣的一部分，包括瓊東南盆地、鶯歌海盆地、中建南盆地和西沙隆起(圖1)。目前的油氣勘探成果表明，南海北部陸緣有著非常好的油氣遠景，其油氣的生油層以及儲油層基本上都位于新生代的沉積地層中［1-3］。但南海中部西區(qū)由于受多種因素的制約和影響，油氣勘探程度及地質綜合研究程度甚低，油氣地質調查與油氣勘探及研究工作甚少。因此，深入研究南海中部西區(qū)新生代構造演化規(guī)律與盆地形成動力學機制，對指導該區(qū)乃至整個南海油氣勘探具有重要的意義。本文通過平衡剖面技術對中部西區(qū)骨干地震剖面進行構造演化特征及演變史的恢復，結合地球物理資料和區(qū)域地質資料，制作了南海中部西區(qū)上下構造層的構造綱要圖，并在前人的研究基礎上對南海中部西區(qū)新生代構造演化規(guī)律與盆地形成演化動力學機制進行探討。

1 研究區(qū)地質概況

南海屬西太平洋最大的邊緣海之一，亦是我國四大海域中唯一一個具有大洋型地殼的海盆，其位于太平洋板塊、歐亞板塊和印度—澳大利亞板塊三者交匯之處［4-6］。中、新生代以來，三大板塊錯綜復雜的相互作用和復雜的深部動力活動，導致南海成為了世界上少有的復雜構造活動區(qū)，故南海在西太平洋邊緣海成因研究中具有舉足輕重的作用和地位［7-8］。南海北部陸緣新生代以來經(jīng)歷過多次的構造運動，形成了一系列北東東向張裂型的沉積盆地［9-11］。根據(jù)所屬構造位置及所受區(qū)域應力場的不同，南海北部大陸邊緣(主要是陸架和陸坡)可劃分為3個大的構造區(qū)帶:(1)東部的張裂構造帶;(2)西北部的走滑拉分構造帶;(3)西南部的剪切-張裂構造帶［12］。其中東部張裂構造帶包括珠江口盆地和瓊東南盆地，構造軸向呈NE向;西北部走滑拉分構造帶主要指鶯歌海盆地，構造軸向呈NW向;西南部剪切-張裂構造帶主要指中建南盆地，構造軸向呈近NS向。南海中部西區(qū)的主體部分位于三大構造帶的交匯處，集走滑、張裂和剪切構造作用于一體，構造異常復雜。

前人研究認為，印度與歐亞板塊碰撞(43Ma)作用對南海中部西區(qū)構造演化尤為重要，在南海中部西區(qū)產(chǎn)生了兩種不同的構造效應。第一種構造效應表現(xiàn)為碰撞造成了華南大陸深部地幔物質的東南方向流動［13-16］，是南海北部邊緣陸緣擴張的主要成因機制。第二種板塊碰撞效應是造成了印支地塊順時針的旋轉［13，17］，形成了在鶯歌海盆地及中建南盆地剪刀式的東西向張裂構造作用。

雖然前人已在南海中部西區(qū)開展了大量的工作，但是由于受深水區(qū)勘探技術等因素的影響，對其盆地形成演化過程和動力學機制的認識仍很欠缺。

2 研究區(qū)平衡剖面分析

本文選擇了南海中部西區(qū)內(nèi)的4條骨干地震剖面制作平衡剖面(兩條NW向，兩條NEE向)，剖面位置如圖1所示。

圖1 南海中部西區(qū)及平衡剖面所在位置圖Fig.1 Location of the western part of the central South China Sea and measured balanced cross sections

平衡剖面的制作是在2Dmove軟件上完成，完成后的平衡剖面如下圖所示(圖2)。

從剖面AA′可看出，早漸新世時凹陷最強，斷裂最發(fā)育，斷裂對沉積的控制明顯(圖2)。對剖面AA′的伸展量和伸展率進行了計算(圖6A、B)。剖面AA′在下漸新世時期伸展最強裂，速度最快，達到3.497km/Ma，中新世以后逐漸停止伸展。

剖面BB′顯示，從始新世至漸新世，斷陷分布分割性強，從中新世開始后逐漸形成較統(tǒng)一的凹陷沉積(圖3)。對剖面BB′的伸展量和伸展率進行了計算(圖6C、D)。剖面BB′下漸新世及上漸新世下段時期伸展最強烈，伸展速度超過5km/Ma。

剖面CC′為NEE向，斷陷特征從始新世一直持續(xù)至中中新世，受斷裂控制強(圖4)。對剖面CC′的伸展量和伸展率進行了計算(圖7A、B)。剖面CC′顯示漸新世伸展速度最快，達1.3km/Ma，中中新世再次強烈伸展。

剖面DD′為NEE向，斷陷較連續(xù)，下部斷裂系統(tǒng)發(fā)育，中新世以后多為繼承性斷裂(圖5)。對剖面的伸展量和伸展率進行了計算(圖7C、D)。DD′構造演化剖面顯示，盆地伸展速度在上漸新統(tǒng)上段沉積時期達到1.734km/Ma，到早中新世突然下降。

由平衡剖面及其伸展率的計算結果可知，NWSE向的伸展速率比NEE向較大，顯示了研究區(qū)張裂的主要方向為NW-SE向，主要發(fā)生在始新世至漸新世期間。

3 南海中部西區(qū)新生代的構造層特征及構造演化規(guī)律

南海中部西區(qū)主體屬于南海北部陸緣的一部分，其構造演化規(guī)律也應與南海北部邊緣盆地基本相似。南海北部陸緣盆地的形成和演化與各期次板塊構造運動密不可分，相關研究［3，18，19］表明:在神狐運動(晚白堊世-古新世)、珠瓊運動(始新世)、南海運動(漸新世-早中新世)和東沙運動(中中新世以后)等多次構造運動的影響下，南海北部陸緣自中生代末以來盆地演化經(jīng)歷了陸緣裂陷和裂后沉降兩個大的演化階段。本文在前人的研究基礎上，認為南海中部西區(qū)新生代以來形成了兩大構造層序:上構造層(中新統(tǒng)-全新統(tǒng))和下構造層(古近系)，并經(jīng)歷裂陷、坳陷和區(qū)域沉降3個構造演化階段(表1)。

圖2 研究區(qū)平衡剖面圖AA′Fig.2 The balanced cross section A-A′in the study area

圖3 研究區(qū)平衡剖面圖BB′Fig.3 The balanced cross section B-B′in the study area

圖4 研究區(qū)平衡剖面圖CC′Fig.4 The balanced cross section C-C′in the study area

圖5 研究區(qū)平衡剖面圖DD′Fig.5 The balanced cross section D-D′in the study area

圖6 AA′和BB′平衡剖面伸展量和伸展率計算結果Fig.6 Calculations of the extensional quantities and extensional rates for the balanced cross sections A-A′and B-B′in the study area

圖7 CC′和DD′平衡剖面伸展量和伸展率計算結果Fig.7 Calculations of the extensional quantities and extensional rates for the balanced cross sections C-C′and D-D′in the study area

表1 研究區(qū)新生代構造運動劃分表Table 1 Division of tectonic movements during the Cenozoic in the study area

3.1 南海中部西區(qū)上、下構造層特征

在前人的研究工作中，由于研究機構和出發(fā)點不同，對南海北部大陸邊緣盆地的邊界一直比較模糊，劃分也比較隨意，沒有統(tǒng)一的邊界劃分方案。本文在前人劃分方案的基礎上，根據(jù)南海中部西區(qū)的重力異常反演資料，對盆地邊界、斷裂等進行分析，制作了南海中部西區(qū)上下構造層的構造綱要圖。

在南海中部西區(qū)的平衡剖面剖面(圖2)上可以看出，上構造層與下構造層具有明顯差異:上構造層地層連續(xù)且厚度較均勻，斷裂體系不發(fā)育，反映了坳陷沉積特征征;下構造層斷裂發(fā)育，斷陷分割性強，其沉降主要受斷裂構造控制，反映了裂陷沉積特征。

上構造層在剖面上以坳陷型構造為特征，斷裂不發(fā)育，主要發(fā)育海相沉積，為典型的凹陷沉積特征(圖8)。南海中部西區(qū)上構造層為裂后沉降階段形成的坳陷沉積層，各盆地(凹陷)間連通性較好，盆地覆蓋面積比下構造層大，斷裂以下構造層及基底的繼承斷裂為主，呈NE、NW和近NS向。

南海中部西區(qū)下構造層在剖面上以伸裂型構造為特征，斷裂發(fā)育，控制著盆地的沉積和充填，從中部西區(qū)各剖面沉積充填特征來看，下構造層主要發(fā)育沖積扇、河流-三角洲相及湖相等陸相沉積。在南海中部西區(qū)內(nèi)下構造層中，各盆地(凹陷)分割性強，斷裂體系在瓊東南盆地、西沙地塊、中沙地塊以NE向為主，少量呈近EW向和NW向;斷裂體系在鶯歌海盆地以NW向為主，在中建南盆地以NS向和EW向為主(圖9)。南海中部西區(qū)內(nèi)各主要盆地的邊界受大斷裂的控制，而且各盆地內(nèi)的凹陷也受斷裂的控制，如瓊東南盆地南部的華光凹陷，中建南盆地的建西、建東和建南凹陷等。相對于各大盆地而言，西沙地塊和中沙地塊上發(fā)育的一些小凹陷則受斷裂的控制較弱，很多基底斷裂直接切過凹陷的中部，這可能跟斷裂形成的時間較早，而這些小凹陷則普遍缺失最底部地層有關。

綜上所述，南海中部西區(qū)上構造層與下構造層存在以下幾點差異:

(1)上構造層各盆地之間基本相連;下構造層各盆地(凹陷)之間分割性強，彼此間相對較獨立。

圖8 南海中部西區(qū)構造綱要圖(上構造層)Fig.8 Tectonic outline of the upper structural layers in the western part of the central South China Sea

圖9 南海中部西區(qū)構造綱要圖(下構造層)Fig.9 Tectonic outline of the upper structural layers in the western part of the central South China Sea

圖10 南海中部西區(qū)沉積-構造演化平面圖(古新世)Fig.10 Plan showing the sedimentary-tectonic evolution during the Palaeocene in the western part of the central South China Sea

(2)上構造層斷裂不發(fā)育，多為繼承性斷裂，斷裂對沉積的控制作用不明顯;下構造層斷裂較發(fā)育，各盆地(凹陷)受斷裂控制明顯，基本上以大斷裂為邊界。

(3)上構造層以海相沉積為主，巖性以泥頁巖為主，形成有利的區(qū)域蓋層;下構造層以沖積扇、河流-三角洲相及湖相等陸相沉積為主，巖性主要砂巖、泥頁巖等，有機質豐富。

3.2 南海中部西區(qū)新生代構造演化規(guī)律

根據(jù)南海中部西區(qū)的上下構造層特征、平衡剖面分析并結合其它地質資料，把南海中部西區(qū)的構造演化劃分三個大階段:裂陷階段、坳陷階段、區(qū)域沉降階段，并根據(jù)其所受到的5期構造運動分為5個小階段進行探討。

3.2.1 階段一:一期張裂階段

古新世時期(65～55Ma)，由于燕山運動使得造山帶巖石圈之拆沉，在亞洲東南邊緣產(chǎn)生了向東南方向之蠕動，也產(chǎn)生了北東向張性構造運動［20］。南海中部西區(qū)處于張裂和走滑交匯的特殊構造位置，發(fā)育NE向、NW向和近NS向3組斷裂構造，瓊東南盆地主要表現(xiàn)為一些相對獨立的小斷陷，由NE向斷裂控制，斷陷內(nèi)發(fā)育淺湖相沉積，周緣為河流三角洲相;鶯歌海盆地的小斷陷則由NW向斷裂所控制，屬于紅河斷裂帶的一部分;中建南盆地北部發(fā)育近南北向的小斷陷，由近NS向斷裂控制，南部則未鉆遇古新世地層，地震剖面上也未顯示，根據(jù)前人的少量研究資料分析，推測為隆起剝蝕區(qū)。此時期對應的構造運動為神狐運動(圖10)。

3.2.2 階段二:二期張裂階段

始新世(55～33Ma)時期，南海中部西區(qū)受印度板塊和歐亞板塊碰撞引起的地幔物質東南向流動的影響，裂陷進一步擴大，以盆地為單元的沉積特征逐漸明顯。河流-三角洲相沉積面積逐漸縮小，湖盆面積急劇擴大，先前淺湖相過渡為深湖相，局部發(fā)育有沼澤相，這時期的斷裂構造仍以繼承性斷裂發(fā)育為主，裂陷至始新世末達到高潮，這期裂陷構造運動在南海北部稱為珠瓊運動。該時期研究區(qū)南部陸緣在伸展張裂及深部拆沉作用下，隆起區(qū)面積大幅度減小，向北海侵范圍逐漸擴大(圖11)。

3.2.3 階段三:三期張裂階段

圖11 南海中部西區(qū)沉積-構造演化平面圖(始新世)Fig.11 Plan showing the sedimentary-tectonic evolution during the Palaeocene in the western part of the central South China Sea

漸新世(32Ma)時期，由于受到亞洲東部邊緣向歐亞板塊俯沖的太平洋板塊之阻擋，地幔物質轉向南流動［21］，南海中部西區(qū)的張裂作用繼續(xù)增大，進入海陸過渡相沉積階段，晚漸新世陸緣南部由于持續(xù)拉伸作用及巖石圈拆沉作用逐漸沒入水中，與廣海相連(圖12)。

3.2.4 階段四:坳陷階段

中新世(23～5Ma)開始，禮樂-東北巴拉望地塊與加里曼丹-西南巴拉望地塊發(fā)生碰撞，南海海盆的海底擴張停止［6］，此期南海北部的構造運動稱為南海運動，該運動在南海中部西區(qū)產(chǎn)生了區(qū)域性不整合面。南海運動之后，南海中部西區(qū)裂陷階段結束，進入坳陷階段，構造活動較弱，普遍接受了海路交互相至海相沉積，構成盆地上構造層，相對于下構造層斷裂體系不發(fā)育。此時南海中部西區(qū)幾乎全部沒入水中，全面接受海相沉積，南海中部西區(qū)內(nèi)各斷陷連通性較好，基本上連成一片，以淺海、半深海及濱海相沉積為主，瓊東南盆地除了南部廣樂隆起之外大部分進入半深海相沉積，中建南盆地南部為濱海相，局部為泛濫平原相，北部大部分區(qū)域為半深海相。中中新世末時受菲律賓板塊左旋的影響，南海北部陸緣發(fā)生的東沙運動，但主要影響陸緣東部地區(qū)，產(chǎn)生了一系列NW向的張裂性斷層，對南海中部西區(qū)的影響不大(圖13)。

圖12 南海中部西區(qū)沉積-構造演化平面圖(漸新世)Fig.12 Plan showing the sedimentary-tectonic evolution during the Oligocene in the western part of the central South China Sea

圖13 南海中部西區(qū)沉積-構造演化平面圖(中新世)Fig.13 Plan showing the sedimentary-tectonic evolution during the Miocene in the western part of the central South China Sea

3.2.5 階段五:區(qū)域熱沉降階段

上新世(5Ma)以后，板塊間相互作用減弱，南海中部西區(qū)構造運動基本停息，進入?yún)^(qū)域熱沉降階段，沉積相發(fā)育較簡單，從北向南從淺海相向深海相過渡，該時期由于構造運動弱，斷裂不發(fā)育，海相沉積的泥頁巖成了油氣成藏的區(qū)域蓋層(圖14)。

圖14 南海中部西區(qū)沉積-構造演化平面圖(上新世)Fig.14 Plan showing the sedimentary-tectonic evolution during the Pliocene in the western part of the central South China Sea

4 南海中部西區(qū)盆地形成演化的動力學機制

南海地處歐亞、太平洋、印-澳三大板塊的交會處。南海北部大陸邊緣連接著太平洋構造域與特提斯構造域。南海中部西區(qū)所在區(qū)域屬于特提斯東南段的一部分，是特提斯洋在新生代從西往東閉合后的殘留海。所以研究南海中部西區(qū)的盆地形成演化動力學機制時不但要考慮太平洋構造的影響，還要考慮特提斯構造的影響。

目前對于包括南海中部西區(qū)在內(nèi)的南海北部大陸邊緣盆地成因機制，主要有如下3種觀點:(1)弧后擴張［22］，把整個南海看成是太平洋板塊俯沖的弧后盆地。太平洋板塊的俯沖及俯沖帶的后退是盆地發(fā)育的主要機制，南海北部是區(qū)域應力場從擠壓轉為松弛，地幔向洋一側蠕散，陸緣斷裂解體的結果;(2)南海海底擴張［23，24］，此觀點認為南海北部盆地形成演化的動力學機制是隨著南海海底擴張所致。(3)地幔柱引起的局部對流、導致大面積的伸展可以解釋南海北部盆地在早第三紀伸展的構造現(xiàn)象［25］。

本文認為“南北向構造拉張”和“地幔上涌”這兩種動力學因素的共同作用是南海中部西區(qū)盆地形成演化的主要動力學機制。

始新世晚期，印度板塊向北部運動，與歐亞板塊發(fā)生碰撞，特提斯洋東段閉合。兩板塊碰撞產(chǎn)生遠距離效應，效應之一是華南大陸深部地幔物質向東南方向流動，華南大陸開始大規(guī)模NW-SE向張裂(圖15A)。效應之二是印支地塊南部產(chǎn)生順時針旋轉，南海中部西區(qū)發(fā)生EW向的張裂(圖15B)。

漸新世，西太平洋板塊向東亞大陸邊緣俯沖，太平洋板塊運動方向由NNW轉向為WNW，阻擋了華南大陸深部地幔東南流的趨勢，改向南流，南海中部西區(qū)發(fā)生近SN向張裂(圖15C)。

經(jīng)過以上一系列構造演化，研究區(qū)盆地基本形成，中新世以后，研究區(qū)進入了坳陷沉降時期。

5 結論

(1)由南海中部西區(qū)平衡剖面及其伸展率的計算結果顯示，NW-SE向的伸展速率比NEE向較大，顯示了南海中部西區(qū)張裂的主要方向為NW-SE向，張裂主要發(fā)生在始新世至漸新世期間。

圖15 南海中部西區(qū)構造演化動力學模型Fig.15 Dynamic model for the tectonic evolution in the western part of the middle South China Sea

(2)受板塊構造影響，南海中部西區(qū)形成上構造層(新近系)和下構造層(古近系)兩大構造層序，經(jīng)歷了張裂階段、坳陷階段和區(qū)域沉降3個演化階段。

(3)始新世晚期，印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞產(chǎn)生的遠距離效應，以及漸新世西太平洋板塊向東亞大陸邊緣產(chǎn)生的俯沖效應是南海中部西區(qū)構造演化的主要動力學機制。

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