劉欣穎 , 吳 靜, 朱定偉, 索艷慧 *, 周 潔 , 王鵬程 ,王光增 , 劉 澤 , 劉 博 , 郭玲莉 , 朱俊江 , 李三忠

(1.深海圈層與地球系統(tǒng)教育部前沿科學(xué)中心, 海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 2 66100; 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266100; 3.中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518000)

0 引 言

南海海盆形成與打開(kāi)機(jī)制及其動(dòng)力學(xué)過(guò)程一直以來(lái)都是大家關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題, 經(jīng)過(guò)多角度、多方面調(diào)查與研究, 關(guān)于南海海盆演化模式前人提出了多種見(jiàn)解。當(dāng)前一致認(rèn)為南海北部陸緣的裂解機(jī)制才是打開(kāi)南海海盆成因的金鑰匙所在(Li et al., 2012;李三忠等, 20 12a), 主要有以下幾種觀點(diǎn): ①弧后擴(kuò)張模式: 認(rèn)為南海海盆的擴(kuò)張形成與其東側(cè)菲律賓海板塊西向俯沖有關(guān), 從而提出南海形成是由弧后擴(kuò)張引起的(Karig, 1971); ②海底擴(kuò)張模式: 基于南海海盆磁條帶異常, 提出海底擴(kuò)張導(dǎo)致南海海盆的打開(kāi)(Bowin e t al., 1978; Bri ais et al., 19 93; 姚伯初,1996; Sun et al., 2006; Taylor and Hayes, 2013); ③碰撞擠出模式: 認(rèn)為南海擴(kuò)張與印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊碰撞導(dǎo)致的印支地塊擠出逃逸在時(shí)空上具有密切聯(lián)系(Tapponnier et al., 1986; Lacassin et al.,1997; Leloup et al., 2001; Liu et al., 2004); ④陸緣裂解模式: 一些學(xué)者利用地球物理和古地磁資料對(duì)南海海盆的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析, 認(rèn)為南海海盆是由陸緣裂解引起的主動(dòng)擴(kuò)張性海盆(Hamilton, 19 79; 郭令智等, 19 83; 劉昭蜀等, 1 983; 陳國(guó)達(dá), 1997); ⑤地幔柱上涌模式: 基于南海高熱流特征、大量玄武巖發(fā)育及層析成像分析結(jié)果, 認(rèn)為南海下部存在地幔熱柱, 地幔柱根位于海南島下, 地幔柱上升導(dǎo)致南海海盆的打開(kāi)(Maruyama, 1994; 曾維軍等, 19 97;Lebedev et al., 2000; 張健等, 200 1; 鄢全樹(shù)和石學(xué)法, 2 007; Zh ao, 200 7); ⑥右行右階拉分模式: 認(rèn)為南海海盆屬于拉分盆地的范疇, 其打開(kāi)原因是右行右階走滑剪切、拉分成盆作用下東亞陸緣的裂解(Hutchison, 1989; 許浚遠(yuǎn)和張凌云, 19 99; B arka et al., 2000; 李三忠等, 2012a)。

珠江口盆地位于南海北部陸緣區(qū)域, 是中國(guó)重要的油氣生產(chǎn)基地。目前珠江口盆地油氣勘探取得豐富的成果, 且仍具有巨大勘探潛力。珠江口盆地地質(zhì)特征以及演化規(guī)律的研究, 可以進(jìn)一步推動(dòng)該地區(qū)油氣資源勘探的進(jìn)程, 因此珠江口盆地的形成模式與動(dòng)力學(xué)機(jī)制值得進(jìn)一步深入探討。本文以位于珠江口盆地西部的陽(yáng)江東凹為解剖對(duì)象, 基于大地構(gòu)造背景、古近紀(jì)以來(lái)盆地構(gòu)造分析等研究, 嘗試對(duì)珠江口盆地的成盆與南海海盆打開(kāi)機(jī)制及兩者的關(guān)聯(lián)性提出新的見(jiàn)解。

圖1 東亞新生代走滑拉分盆地分布(修改自Li et al., 2012)Fig.1 Distribution of Cenozoic pull-apart basins in East Asia

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東亞陸緣廣泛發(fā)育NE、NW 向大型斷裂(圖1),緊鄰珠江口盆地的華南地塊也不例外, 其內(nèi)部發(fā)育長(zhǎng)樂(lè)-南澳斷裂、陽(yáng)江-河源斷裂、麗水-海豐斷裂等NE 向走滑斷裂, 這些斷裂在晚中生代具有多期活動(dòng)特征。此外, 華南地塊內(nèi)NW 向走滑斷裂也非常常見(jiàn),例如, 陽(yáng)江-一統(tǒng)暗沙斷裂、北衛(wèi)灘斷裂和韓江斷裂等。前人研究認(rèn)為這些斷裂與歐亞板塊、印度-澳大利亞板塊、太平洋板塊三大板塊相互作用關(guān)系緊密, 而南海海盆成因模式的關(guān)鍵也始于各自側(cè)重的不同斷裂控制作用的差異(李三忠等, 2012a)。處于三大板塊交匯處的珠江口盆地早期階段為裂陷盆地, 但后期主導(dǎo)性斷裂還是為NE 向走滑斷裂(李三忠等, 2012a)。

珠江口盆地位于南海北部廣闊大陸架和陸坡的邊緣, 發(fā)育在華南大陸南緣、古生代及中生代復(fù)雜褶皺基底之上, 是中國(guó)最大的新生代近海含油氣沉積盆地(Xie et al., 2014), 整體呈NEE-SWW 向展布。由于研究區(qū)大陸邊緣構(gòu)造和大陸動(dòng)力學(xué)背景復(fù)雜,新生代以來(lái)共遭受6 次重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng): 神狐運(yùn)動(dòng)、珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕、珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕、南海運(yùn)動(dòng)、白云運(yùn)動(dòng)和東沙運(yùn)動(dòng)(李平魯, 1 993), 因此珠江口盆地的形成與陸緣裂陷、海底擴(kuò)張、俯沖消亡和大規(guī)模走滑斷裂等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)(Cullen et al., 2010; Li et al., 2014; Zhong et al., 2018)。珠江口盆地可以劃分出5 個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元, 從北向南依次是北部隆起帶、北部坳陷帶(包括珠一坳陷和珠三坳陷)、中央隆起帶、南部坳陷帶(包括珠二坳陷)和南部隆起帶(田巍等, 2015), 呈現(xiàn)出“三隆夾兩坳”的構(gòu)造格局(圖2),但李三忠等(2012b)提出珠江口盆地實(shí)質(zhì)上為三個(gè)成因密切相關(guān)的盆地構(gòu)成的盆地群。

圖2 珠江口盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨癗E 向、NW 向主要斷裂體系(修改自王鵬程等, 2017)Fig.2 Tectonic division of the Pearl River Mouth Basin and distribution of the NE- and NW-trending fault systems

陽(yáng)江凹陷自西向東可以劃分為陽(yáng)江西凹、陽(yáng)江中低凸起和陽(yáng)江東凹3 個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。其中陽(yáng)江東凹是位于珠三坳陷東北部的一個(gè)負(fù)向構(gòu)造單元(彭光榮等, 2 019), 為發(fā)育在前寒武系花崗巖為主基底上的新生代陸緣拉張型斷陷(魯寶亮等, 201 1; 孫曉猛等, 2014), 整體呈NE-SW 向展布。陽(yáng)江東凹東鄰珠一坳陷的恩平凹陷, 南接文昌凹陷(圖2), 其自西向東依次發(fā)育陽(yáng)江24 洼、恩平19 洼、恩平20 洼以及恩平21 洼(圖3)。新生代地層從下往上依次為:古近系文昌組、恩平組和珠海組以及新近系珠江組、韓江組、粵海組和萬(wàn)山組。其中, 文昌組底、頂界面分別為Tg和T80, 其內(nèi)部自下而上又被三級(jí)層序界面T82和T81劃分為文三段、文二段和文一段; 恩平組底、頂界面為T80和T70, 其內(nèi)部又被三級(jí)層序界面T72劃分為恩下段和恩上段。從大地構(gòu)造背景角度來(lái)看, 陽(yáng)江東凹處于太平洋構(gòu)造域與新特提斯洋構(gòu)造域的交匯處, 中-新生代長(zhǎng)期遭受兩大匯聚系統(tǒng)的聯(lián)合作用(魯寶亮等, 2014), 被俯沖帶、走滑斷裂、被動(dòng)大陸邊緣等不同類型的邊界所圍限, 具有復(fù)雜的地球動(dòng)力學(xué)區(qū)域背景、深部機(jī)制和演化歷史。

圖3 陽(yáng)江東凹及其鄰區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐?修改自田立新等, 2020)Fig.3 Tectonic units of the eastern Yangjiang Sag and its neighbor region

2 區(qū)域走滑斷裂幾何學(xué)結(jié)構(gòu)及其平面展布特征

華南地塊野外構(gòu)造資料顯示, NE 和NW 向斷裂是控制中生代盆地分布以及限制古近紀(jì)斷陷發(fā)育格局的重要構(gòu)造因素, 重磁異常顯示這些斷裂平直且連續(xù)性較好、延伸較長(zhǎng)(王家林等, 2 002); 巖石學(xué)和地球化學(xué)研究表明, 中生代期間華南地塊東緣和南緣為安第斯型活動(dòng)大陸邊緣(Li et al., 2016), 可見(jiàn)同期NE 和NW 向斷裂形成于活動(dòng)陸緣背景。而華南地塊南緣的珠江口盆地中廣泛分布的新生代裂谷構(gòu)造層, 正發(fā)育在中生代活動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)的基底構(gòu)造層之上(Li and Rao, 1994; Suo et al., 2019)。珠江口盆地?cái)嗔寻?NNE-NE 向、NWW-NW 向以及近EW-NEE 向三組, 由于新生代構(gòu)造改造強(qiáng)烈, 其斷裂關(guān)系較華南大陸內(nèi)部更為復(fù)雜。已有地震剖面解析揭示的花狀構(gòu)造和平面斷裂組合表現(xiàn)出的馬尾狀斷裂組合等資料表明, NWW-NW 向斷裂為基底走滑斷裂(Wang et al., 2020); NNE-NE 向斷裂為切割巖石圈的張扭性斷裂; 近EW-NEE 向斷裂數(shù)量眾多, 但規(guī)模較小, 延伸較短。在眾多斷裂中, 陽(yáng)江-一統(tǒng)暗沙斷裂為一條重要的區(qū)域性斷裂, 呈NW 向展布,把珠江口盆地分為東、西兩部分(Li et al., 2019)。文昌組-恩平組為斷裂活動(dòng)最為活躍的斷陷期沉積地層, 主要經(jīng)歷了3 次較大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 分別為珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕、珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕和南海運(yùn)動(dòng)。

珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕(～48 M a)使得陽(yáng)江東凹發(fā)生強(qiáng)烈抬升、剝蝕, 形成區(qū)域性不整合面, 在陽(yáng)江東凹地區(qū),T90和Tg界面重疊, 未發(fā)現(xiàn)神狐組, 因而文昌組為新生代最早沉積地層, 沉積于Tg界面之上。珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕的動(dòng)力學(xué)機(jī)制可能是太平洋板塊向華南大陸NWW 向俯沖角度加大, 強(qiáng)大的擠壓導(dǎo)致NNE 向右行走滑斷裂作用加強(qiáng), 拉分強(qiáng)烈, 使得裂陷中心南移(夏斌等, 2 005)。隆起區(qū)缺失文昌組, 上覆恩平組直接覆蓋在基底之上, 并再次張裂, 發(fā)育一系列NEE-NE 向基底大斷裂, 并伴隨巖漿活動(dòng)。在文三段沉積期, 陽(yáng)江-一統(tǒng)暗沙斷裂開(kāi)始發(fā)育, 并穿越陽(yáng)江東凹(圖3), 陽(yáng)江東凹中次級(jí)張扭性斷裂受該深大斷裂控制, 同時(shí)發(fā)育NE 向斷裂, 與NWW-NW 向斷裂構(gòu)成共軛斷裂體系, 這一共軛斷裂體系在陽(yáng)江東凹最為顯著, 且在整個(gè)珠江口盆地也均有發(fā)育。其中,NE 向斷裂控制了一組長(zhǎng)軸NEE 向箕狀凹陷的發(fā)育,這組箕狀凹陷總體呈NE 向展布, 幾何學(xué)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為左階組合排列, 意味著基底中發(fā)育右行走滑斷裂; NW 向斷裂控制了另一組長(zhǎng)軸NEE 向箕狀凹陷的發(fā)育, 但這組箕狀凹陷總體呈NW 向展布, 幾何學(xué)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為右階組合排列, 意味著基底中發(fā)育左行走滑斷裂?？傮w上, 區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)指示了NW-SE向的伸展, 此時(shí), 南海東側(cè)NE 軸向的依澤奈崎-太平洋洋中脊俯沖到東亞陸緣之下(圖4), 導(dǎo)致整個(gè)東亞陸緣處于NW-SE 向的伸展裂解。因而, 東亞陸緣廣泛發(fā)育NW-SE 向伸展的同期斷陷盆地, 如渤海灣盆地、東海陸架盆地、南黃海盆地以及南海北部陸緣盆地, 而在陽(yáng)江東凹則形成了NEE 軸向的恩平20洼地塹(圖3)。

文二段沉積期, 陽(yáng)江東凹次級(jí)張扭性斷裂的形成主要受控于該時(shí)期區(qū)域右旋張扭性構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),與在南海東側(cè)太平洋板塊由 NNW 向俯沖轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW 斜向俯沖于東亞陸緣所導(dǎo)致的研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)有關(guān)(圖5)。早期NW-SE向拉張變?yōu)榻黃-N 向伸展, 整個(gè)珠江口盆地中的走滑斷裂繼承部分中生代NE 向左行走滑斷裂走向, 但性質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變, 為右行走滑, 并控制了珠江口盆地中一些凹陷的進(jìn)一步發(fā)育。這些凹陷長(zhǎng)軸依然為NEE向或E-W 向, 而遠(yuǎn)離主干斷裂的走滑斷層則不受邊界斷裂的限制, 此時(shí)走滑斷裂的平面組合型式主要為帚狀和雁列式(李輝等, 2 014)。由于南海北部陸緣在印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞作用下, 難以產(chǎn)生近S-N 向伸展應(yīng)力場(chǎng), 因此該伸展應(yīng)力場(chǎng)實(shí)際上是太平洋動(dòng)力系統(tǒng)調(diào)整所致。

圖4 55～45 Ma 期間西太平洋-東亞地區(qū)板塊重建及依澤奈崎-太平洋洋中脊俯沖到東亞陸緣之下(據(jù)Mueller et al., 2008)Fig.4 Plate r econstruction of the w estern Pacific-Ea st Asia duri ng 5 5–45 Ma a nd the subduc tion of the Izanagi-Pacific Ridge below the East Asian continental margin

珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕(～38 M a), 發(fā)生在中晚始新世-早漸新世, 該構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈, 延續(xù)時(shí)間長(zhǎng), 是盆地?cái)嘞蓦A段最主要的運(yùn)動(dòng)。此時(shí), 盆地再次抬升并大量剝蝕, 形成區(qū)域性不整合面, 在地震剖面上表現(xiàn)為T80, 上部為恩平組烴源巖。在隆起區(qū)形成侵蝕面(普遍缺失恩平組, 珠海組直接覆蓋于基底之上), 坳陷區(qū)則表現(xiàn)為削蝕面(缺失文昌組上段及部分恩平組)。第3 次張裂期發(fā)育了近 E-W 向斷裂, 并伴有巖漿活動(dòng)。珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕導(dǎo)致研究區(qū)應(yīng)力場(chǎng)由NW-SE 向拉張轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃-N 向拉張, 并伴隨右旋張扭作用(王家豪等, 201 1)。這次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕的繼承性運(yùn)動(dòng), 其動(dòng)力學(xué)機(jī)制可能來(lái)源于太平洋板塊繼續(xù)對(duì)華南大陸的NWW 向俯沖, 導(dǎo)致華南大陸邊緣形成近S-N 向張裂作用, 也可能是晚始新世印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊發(fā)生的碰撞事件所致。直到34 M a, 南海運(yùn)動(dòng)形成了T70界面, 該界面對(duì)應(yīng)珠海組的底界。此時(shí), 包括珠江口盆地在內(nèi)的南海北部陸緣盆地進(jìn)入拗陷階段。南海地區(qū)處于S-N 向拉張背景下, 洋盆初始擴(kuò)張, 垂直拉張應(yīng)力, 形成了近E-W 走向的磁條帶, 時(shí)間一直持續(xù)到25 Ma。25 Ma以后, 由于太平洋板塊持續(xù)NWW 向俯沖到東亞陸緣之下, 同時(shí)印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊S-N 向擠壓碰撞, 其合力導(dǎo)致研究區(qū)處于NW 向拉張應(yīng)力場(chǎng)下, 洋中脊不僅發(fā)生南向躍遷, 而且發(fā)生了逆時(shí)針旋轉(zhuǎn), 變?yōu)镹E 向洋中脊, 并向西南次海盆拓展。哀牢山-紅河左行韌性剪切帶也是此次構(gòu)造事件的產(chǎn)物, 其向南延為越東斷裂。因此南海海盆西邊界只是一條邊界斷裂, 真正的區(qū)域動(dòng)力還是來(lái)自太平洋板塊快速楔入東亞陸緣, 特別是菲律賓島弧的快速北移, 使菲律賓大斷裂左行, 與哀牢山-紅河左行韌性剪切帶共同導(dǎo)致洋中脊躍遷和轉(zhuǎn)向。

正是在這樣區(qū)域背景下, 陽(yáng)江東凹NW 向次級(jí)張扭性斷裂由于靠近陽(yáng)江-一統(tǒng)暗沙主干斷裂, 沿著主干斷裂發(fā)生斜向走滑, 且收斂于NW 向主干斷裂, 因此晚期NW 向張扭斷裂的活化或強(qiáng)化也主要是太平洋動(dòng)力系統(tǒng)所致。但隨著碰撞效應(yīng)逐漸向NE向傳遞, 印支地塊發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并向東擠出, 其形成的左行走滑分量使得珠江口盆地NW 向斷裂不斷強(qiáng)化, 進(jìn)而形成左行張扭斷裂體系。此時(shí)該地區(qū)主走滑斷裂也由NE 向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹W 向, 但走滑斷裂主要的平面組合型式仍為帚狀和雁列式(圖6c、d)?；顦?gòu)造是走滑拉分盆地中一種特有的構(gòu)造, 能夠反映區(qū)域走滑特征, 多發(fā)生在強(qiáng)烈變形和構(gòu)造作用疊加的區(qū)域。研究區(qū)地震剖面顯示, 該區(qū)域花狀構(gòu)造分布較為廣泛, 負(fù)花狀構(gòu)造常見(jiàn)于走滑斷層中,走滑斷層由下至上發(fā)散為若干條規(guī)模各異的次級(jí)斷層, 并且收斂于底部, 整體呈現(xiàn)為花狀形態(tài)(圖7)。到中中新世末期發(fā)生東沙運(yùn)動(dòng), 臺(tái)灣造山帶開(kāi)始形成, 菲律賓海板塊強(qiáng)烈楔入到東亞陸緣之下, 導(dǎo)致神狐-東沙地區(qū)廣泛抬升, 而在陽(yáng)江東凹地區(qū)主要表現(xiàn)為斷塊升降和局部擠壓褶皺, 區(qū)域拉張構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)再次右旋, 由NW 向變?yōu)镹E-SW 向, 部分?jǐn)嗔牙^承了早期NE、近E-W 向斷裂, 甚至發(fā)生反轉(zhuǎn), 圍繞凹陷邊緣發(fā)育一組NW 向張扭性正斷層。此時(shí)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)一步右旋, 方向由S-N 向變?yōu)镹E-SW向, 該地區(qū)走滑斷裂展布方向也隨之發(fā)生變化(李思田等, 1998)。

圖5 陽(yáng)江東凹區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化Fig.5 Change of stress fields in the eastern Yangjiang Sag

3 陽(yáng)江東凹古近紀(jì)三階段走滑構(gòu)造解析

斷裂是盆地沉積的主要控制因素, 盆地沉積旋回與斷裂活動(dòng)階段密切相關(guān)(Zhou et al., 2017)。前人研究表明, 白堊紀(jì)以來(lái), 珠江口盆地經(jīng)歷了3 大構(gòu)造演化階段, 分別是: 晚白堊世-早漸新世多幕斷陷裂谷演化階段、晚漸新世-中中新世裂后斷拗轉(zhuǎn)換及區(qū)域熱沉降階段以及晚中新世后新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及熱沉降拗陷階段(崔莎莎等, 2009; 漆家福等, 2019)。其中,裂陷期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)又可劃分為3 幕, 分別為: 神狐運(yùn)動(dòng)、珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕以及珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕。但在陽(yáng)江東凹地區(qū), 未發(fā)現(xiàn)古新統(tǒng)神狐組沉積, 且古近紀(jì)期間發(fā)生多次沉積中心遷移, 具體遷移規(guī)律和趨勢(shì)為:文二段沉積期, 沉積-沉降中心向西遷移; 文一段-恩下段沉積期, 沉積-沉降中心向南遷移; 恩上段沉積期, 沉積中心向東遷移。根據(jù)對(duì)陽(yáng)江東凹總體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造格架特征、斷裂體系時(shí)空展布特征以及沉積-沉降中心遷移特征的分析, 對(duì)陽(yáng)江東凹的演化過(guò)程進(jìn)行恢復(fù), 將其構(gòu)造演化過(guò)程劃分為早期伸展、中期右行右階走滑拉分以及晚期左行左階走滑拉分三個(gè)階段(圖8)。

圖6 陽(yáng)江東凹走滑斷裂平面組合型式(修改自李輝等, 2014)Fig.6 Patterns and motion indicators of main faults in the eastern Yangjiang Sag

圖7 陽(yáng)江東凹花狀構(gòu)造剖面Fig.7 Flower-like structure in the eastern Yangjiang Sag

3.1 文三段沉積期NW-SE 向伸展階段

已有研究認(rèn)為, 神狐運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致南海北部陸緣前新生代褶皺基底發(fā)生張裂, 形成了一系列NNE-NE向斷陷雛形(崔莎莎等, 20 09), 神狐運(yùn)動(dòng)是南海北部陸緣發(fā)育伸展裂陷的開(kāi)端, 但是在該地區(qū)并未發(fā)現(xiàn)神狐組沉積, 說(shuō)明神狐運(yùn)動(dòng)可能對(duì)共軛斷裂活化起到了一定促進(jìn)作用, 但是對(duì)陽(yáng)江東凹地區(qū)斷陷的形成影響不大。文三段沉積期為斷陷階段,此時(shí)斷陷未完全形成, 走滑拉分盆地是由走滑斷裂拉伸中形成具有斷陷構(gòu)造的盆地, 故而該時(shí)期陽(yáng)江東凹盆地的打開(kāi)主要是受伸展區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)影響。伸展構(gòu)造是陽(yáng)江東凹主要的構(gòu)造樣式, 經(jīng)過(guò)多次構(gòu)造伸展運(yùn)動(dòng)的繼承、疊加和發(fā)育而形成的,有地塹、半地塹型等多種組合型式(楊海長(zhǎng)等, 2011)。

中生代, 陽(yáng)江東凹盆地基底發(fā)育兩組逆沖斷裂體系, 呈NE 和NW 向展布。文三段沉積期, 即古新世-早漸新世, 該區(qū)域受到依澤奈崎-太平洋洋中脊俯沖以及印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊碰撞影響,產(chǎn)生NW-SE 向伸展區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(圖5、8a), 在伸展區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用下, 中生代先存共軛斷裂體系選擇性活化并發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn), 形成伸展正斷層, 多為控制坳陷或凹陷的主干斷裂, 整體呈NE向展布。研究區(qū)受到先存共軛斷裂體系的影響, 發(fā)育了一系列NEE 向正斷層, 呈現(xiàn)“斷而不連”的分散狀態(tài), 發(fā)育彌散狀NEE 向斷陷。同時(shí), 在陽(yáng)江東凹局部地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有NW 向正斷層, 可能為先存NW 向斷裂的繼承發(fā)育, 與共軛體系NW 向先存斷裂選擇性活化有關(guān)。珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕時(shí)期(～48 Ma), 陽(yáng)江東凹NE向邊界斷裂F6、F4最先發(fā)育, 其構(gòu)造樣式均為傾角較緩的鏟狀斷裂, 在恩平21 洼處形成北傾的初始箕狀斷陷, 內(nèi)部發(fā)育正斷層組合; 在恩平20 洼處發(fā)育雙斷的寬裂谷并開(kāi)始接受文昌組湖相沉積。此時(shí)F1、F2、F3、F5斷裂尚未形成, F4、F6斷裂不斷生長(zhǎng)發(fā)育, 控制沉積-沉降中心的形成與洼陷的沉積(圖8a)。

圖8 陽(yáng)江東凹古近紀(jì)三階段演化構(gòu)造模式Fig.8 Structural pattern evolution of the eastern Yangjiang Sag during Paleogene

3.2 文二段沉積期NE 向右行右階走滑拉分階段

文二段沉積期, 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn), 轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域右旋張扭性構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng), 伸展由早期NW-SE 向變?yōu)榻黃-N 向, 南海北部陸緣處于近S-N 向拉張的背景下(圖5), 太平洋板塊相對(duì)東亞陸緣的俯沖由NW 向轉(zhuǎn)為NWW 向, 這一斜向俯沖在東亞陸緣產(chǎn)生一定的右行走滑分量, N E 向先存斷裂重新活動(dòng), 發(fā)生廣泛的具有走滑分量的正斷作用,進(jìn)而形成了NE 向右行走滑正斷體系(圖8b), 發(fā)育右行右階走滑拉分盆地。隨著NE 向走滑正斷體系的不斷生長(zhǎng)拓展, 其交接疊置部位強(qiáng)烈下陷, 易繼承早期先存斷裂或者新生一系列NEE 向斷裂。由于靠近主干斷裂的走滑斷層受邊界斷裂的限制, 沿著主干斷裂發(fā)生斜向走滑并且收斂于主干斷裂, 從而形成馬尾構(gòu)造, 在剖面上表現(xiàn)為正向伸展的地塹組合型式。在該時(shí)期內(nèi), 早期未發(fā)育的陽(yáng)江東凹F1、F2、F3和F5斷裂開(kāi)始形成并不斷生長(zhǎng)連接, 使得前期“斷而不連”的邊界斷裂相連接貫通, 進(jìn)而走滑拉分成盆(圖8b)。邊界斷裂多為鏟狀, 部分為先存斷裂繼承性反轉(zhuǎn)形成, 可見(jiàn)負(fù)花狀、似花狀斷裂組合。NE向和NEE 向斷裂在平面上近于平行展布, 是盆地內(nèi)部構(gòu)造單元的控制邊界, 把珠江口盆地自北向南分隔成條帶狀、隆坳相間的構(gòu)造格局。

3.3 文一段-恩平組沉積期NWW 向左行左階走滑拉分階段

文一段沉積期, 太平洋板塊NWW 向持續(xù)俯沖于東亞大陸之下, 但是隨著俯沖速率逐漸降低, 俯沖帶不斷后撤。同時(shí), 印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊發(fā)生近S-N 向持續(xù)碰撞, 南海北部陸緣在近S-N向伸展應(yīng)力背景下持續(xù)拉張減薄(圖5)。隨著印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊碰撞效應(yīng)逐漸向東、向北東傳遞, 印支地塊發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并向東擠出, 其形成的左行走滑分量使得珠江口盆地NW 向斷裂不斷強(qiáng)化, 進(jìn)而形成左行走滑正斷體系(圖8c)。隨著NW 向斷裂橫向生長(zhǎng)連接的不斷推進(jìn)、不斷貫通連接, 進(jìn)而切割了部分早期的NE、NEE 向控洼邊界斷裂, 陽(yáng)江東凹區(qū)域進(jìn)入左行左階走滑拉分成盆階段。部分走滑斷裂的聯(lián)接沿走滑方向, 斷層面傾角不斷變化至傾向相反, 在空間上表現(xiàn)為“絲帶效應(yīng)”(圖8c)。

珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕(～38 M a)時(shí)期, 珠江口盆地繼承珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕的構(gòu)造活動(dòng), 發(fā)生區(qū)域性抬升剝蝕,在地震剖面上表現(xiàn)為T80不整合面。在文一段-恩平組沉積期, 斷裂主要分布在恩平19 洼、恩平20 洼、恩平21 洼以及陽(yáng)江東凹南部, 陽(yáng)江24 洼東部地區(qū)基本沒(méi)有斷裂分布。此時(shí)陽(yáng)江東凹再次張裂, 湖盆范圍進(jìn)一步擴(kuò)大, 在左行走滑拉分背景下主要沉積恩平組河流相和濱淺湖相地層。漸新世中期, 陽(yáng)江東凹在經(jīng)歷了強(qiáng)烈斷陷作用之后, 隨著洋殼打開(kāi),進(jìn)入南海擴(kuò)張期。南海運(yùn)動(dòng)使得珠江口盆地又一次抬升剝蝕, 并形成區(qū)域性不整合面T70, 陽(yáng)江東凹也由斷陷期轉(zhuǎn)為拗陷期, 盆地的斷裂活動(dòng)減弱, 構(gòu)造趨于平靜, 盆地進(jìn)入拗陷沉積階段。在恩上段沉積期, 陽(yáng)江東凹斷裂體系發(fā)育規(guī)模更大, 斷裂分布于整個(gè)凹陷, 陽(yáng)江24 洼西部開(kāi)始有斷裂分布, 主要集中在恩平20 洼、恩平21 洼和陽(yáng)江24 洼東部。T80～T70,以NW 向次級(jí)斷裂占主導(dǎo)、呈NW 向左階雁列式展布, 斷陷盆地的發(fā)育指示了其左行張扭的性質(zhì)。T81～T80, 斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)橐訬WW 向左行左階走滑斷裂為主。從早期到晚期, 研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)近S-N 向旋轉(zhuǎn)為NNW-SSE 向(圖 5), 同時(shí), 基底先存斷裂對(duì)新生代構(gòu)造有制約作用。

4 早期強(qiáng)伸展與后期走滑拉分疊合的成盆模式

盆地存在是油氣生成和運(yùn)聚的前提, 先期盆地的后期改造會(huì)控制油氣的成藏, 沉積盆地對(duì)于油氣勘探具有非常重要的意義, 也是石油地質(zhì)研究的主要實(shí)體內(nèi)容, 因此, 盆地的成盆模式研究一直是大家關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。地殼運(yùn)動(dòng)具有多階段性, 沉積盆地的演化往往也具有多旋回特征, 于是便產(chǎn)生了復(fù)雜多變的疊合盆地, 不同時(shí)期盆地的沉積組合、熱演化與成藏和油氣分布存在差異。對(duì)于疊合盆地的定義, 至今未有定論, 學(xué)者們根據(jù)自己所研究的盆地特征和對(duì)疊合概念的不同理解, 對(duì)疊合盆地給出了不同的定義(金之鈞和王清晨, 2 004; 劉池洋,2007; 張光亞等, 2008)。金之鈞和王清晨(2004)提出,疊合盆地指的是那些由兩種或兩種以上類型的原型盆地疊加或復(fù)合在一起的盆地, 這些盆地具有多期成盆、多期改造、多套烴源巖、多次生排烴以及多期運(yùn)聚散等特征, 往往經(jīng)歷了多次沉降與抬升交替;何登發(fā)等(2004)認(rèn)為疊合盆地是不同階段的原型盆地經(jīng)歷了多階段構(gòu)造與熱體制等運(yùn)動(dòng)體制的變革,發(fā)生疊合而形成的具有疊加地質(zhì)結(jié)構(gòu)的盆地, 典型疊合盆地的不同階段之間以構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換為界, 每一階段形成的構(gòu)造層之間往往為區(qū)域性不整合面;張光亞等(2008)的觀點(diǎn)是, 疊合盆地是指位于地殼某一負(fù)向構(gòu)造單元內(nèi)的多時(shí)代、多類型沉積盆地相對(duì)集中發(fā)育形成的一類沉積盆地, 是地殼多旋回發(fā)展的產(chǎn)物。根據(jù)以上定義, 陽(yáng)江東凹整體應(yīng)為三期構(gòu)造疊合型盆地, 分別以T82和T81不整合面為構(gòu)造分界層,先后經(jīng)歷寬裂谷發(fā)育(伸展斷陷階段)、右行右階走滑拉分成盆以及左行左階走滑拉分成盆三個(gè)成盆階段,存在明顯的構(gòu)造體質(zhì)轉(zhuǎn)換。凹陷內(nèi)各次級(jí)洼陷之間盆地疊合機(jī)制存在差異, 其中恩平21 洼只經(jīng)歷前兩種類型的盆地疊合, 陽(yáng)江24 洼和恩平19 洼只經(jīng)歷后兩種類型的盆地疊合, 只有恩平20 洼經(jīng)歷了三種類型的盆地疊合, 且為典型的“小而肥”洼陷, 因此, 洼陷的生烴量和盆地構(gòu)造疊合機(jī)制之間是否存在聯(lián)系也是值得思考與研究的問(wèn)題。

圖9 陽(yáng)江東凹走滑構(gòu)造和疊合型拉分盆地形成過(guò)程的三維立體示意Fig.9 Schematic dia gram of str ike-slip faul ting an d formation of the superimposed basin in the eastern Yangjiang Sag

圖10 陽(yáng)江東凹文昌組不同沉積期原始沉積厚度疊合Fig.10 Map showing the sedimentary thicknesses of different depositional periods of the Wenchang Formation in the eastern Yangjiang Sag

盆地構(gòu)造疊合過(guò)程(圖9)揭示: 在伸展斷陷階段,恩平20 洼的邊界斷裂F4、F6強(qiáng)烈活動(dòng), 斷層落差大,發(fā)育第一幕裂陷中心; 在右行右階走滑拉分成盆階段, 恩平20 洼處于F4和F5、F6斷裂交接疊置位置,雙斷下陷強(qiáng)烈, 垂向疊加發(fā)育第二幕裂陷中心; 在左行左階走滑拉分成盆階段, 恩平20 洼依然處于F4和F5、F6斷裂的交接疊置位置, 在F4斷裂南側(cè)同樣疊加發(fā)育第三幕裂陷中心。由此可見(jiàn), 恩平20 洼在三幕構(gòu)造疊合階段均發(fā)育穩(wěn)定的裂陷中心, 保持穩(wěn)定的裂陷發(fā)育。原始沉積厚度圖顯示在文三段沉積期, 恩平20 洼在F4斷裂南側(cè)發(fā)育沉積-沉降中心,地層沉積厚度達(dá)到1000 m(圖10a); 文二段沉積期,恩平20 洼依然為沉積-沉降中心, 地層沉積厚度達(dá)到1100 m(圖10b); 文一段沉積期, 恩平20 洼F4斷裂南側(cè)疊加發(fā)育沉積-沉降中心, 地層沉積厚度達(dá)到1300 m(圖10c)。恩平20 洼在盆地疊合的伸展斷陷、右行右階拉分以及左行左階拉分三個(gè)階段均發(fā)育疊合裂陷中心和疊合沉積-沉降中心, 為文昌組各階段物源欠補(bǔ)償條件下的半深湖相沉積提供了良好的構(gòu)造條件, 從而使得各階段地層沉積厚度大, 泥巖含量高, 有利于有機(jī)質(zhì)的保存和生烴。由此可見(jiàn), 在陽(yáng)江東凹地區(qū)盆地的構(gòu)造疊合機(jī)制為洼陷的生排烴提供了良好的構(gòu)造條件, 對(duì)增大洼陷的生烴量具有重要的促進(jìn)作用。

5 結(jié) 論

本文以陽(yáng)江東凹為例, 對(duì)研究區(qū)構(gòu)造演化階段進(jìn)行逐步分解, 從而對(duì)珠江口盆地的成盆機(jī)制和演化模式進(jìn)行進(jìn)一步整理和恢復(fù), 同時(shí)梳理了與之相關(guān)的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)變和沉積中心遷移過(guò)程, 并對(duì)研究區(qū)成盆機(jī)制與烴源巖發(fā)育之間存在的聯(lián)系進(jìn)行分析, 得到以下認(rèn)識(shí):

(1) 古近紀(jì), 陽(yáng)江東凹的構(gòu)造演化可以分為早期NW-SE 向伸展斷陷、中期NE 向右行右階走滑拉分和晚期NWW 向左行左階走滑拉分三個(gè)階段。受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)變的影響, 不同階段的斷裂展布方向和發(fā)育特征均具有一定差異。

(2) 珠江口盆地的成盆模式為早期強(qiáng)伸展與后期走滑拉分相疊合, 整體為三期構(gòu)造疊合型盆地,分別以T82和T81不整合面為構(gòu)造分界層, 存在明顯的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換。

(3) 盆地疊合過(guò)程、不同沉積期地層厚度變化以及沉積-沉降中心遷移的模擬和對(duì)比揭示了盆地的構(gòu)造疊合機(jī)制與生排烴量之間存在一定的聯(lián)系, 即前者為后者提供了良好的構(gòu)造條件, 促進(jìn)了盆地的烴源巖發(fā)育。