蘇 明，姜 濤，張翠梅，張 成，何云龍，王振峰

1.中國科學院廣州能源研究所天然氣水合物成藏機制研究實驗室，廣州 510640

2.中國科學院廣州天然氣水合物研究中心，廣州 510640

3.中國地質(zhì)大學構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074

4.中國科學院南海海洋研究所邊緣海地質(zhì)重點實驗室，廣州 510301

5.中海石油（中國）有限公司湛江分公司技術(shù)部，廣東 湛江 524057

0 前言

隨著深水鉆探技術(shù)、深水觀測技術(shù)和三維地震技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，深水峽谷體系受到了越來越多的關(guān)注，已經(jīng)成為世界深水地質(zhì)研究的熱點，尤其是在形態(tài)描述、充填特征、形成演化及其資源－環(huán)境效應(yīng)方面［1－4］。近年來對瓊東南盆地深水區(qū)的油氣資源勘探證實了在瓊東南盆地深海平原內(nèi)發(fā)育了一個大型的軸向峽谷體系——瓊東南盆地中央峽谷體系。該峽谷西起鶯歌海盆地-瓊東南盆地的交界處，主體位置位于瓊東南盆地中央坳陷帶內(nèi)，自西向東依次經(jīng)過樂東-陵水凹陷、松南低凸起、松南-寶島凹陷和長昌凹陷（圖1），向東延伸到西沙海槽，直至西北次海盆［5］。前人［5－9］對該軸向峽谷體系進行了初步的研究和分析，主要包括形態(tài)的精細描述、峽谷分段性特征、內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)刻畫、形成機制及沉積演化、油氣資源前景等。然而，由于目前的資料是以區(qū)域性的二維地震資料為主，且主要集中于盆地的西部，因此，現(xiàn)有的研究多集中在資料相對豐富的峽谷頭部和盆地西段，盆地東段的峽谷并沒有得到足夠的重視，對其形態(tài)特征和內(nèi)部充填缺乏詳細的描述和解剖，對盆地東段峽谷的認識還存在很大的不足。此外，東西部峽谷的對比研究表明，東段峽谷平面上較為狹窄、筆直，剖面上為“V型”形態(tài)，內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)以“蛋撻式”的層狀地層為主［9］。那么，是什么原因?qū)е聳|西部差異的存在？盆地東段峽谷內(nèi)部充填的主要沉積物供給方向來自哪里？現(xiàn)今中央峽谷為什么只發(fā)育在盆地的東部？現(xiàn)今中央峽谷對整個中央峽谷體系的形成和演化是否具有指示意義？筆者利用瓊東南盆地東部的水深和地震資料，通過對盆地東段峽谷形態(tài)和內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)的描述，利用“將今論古”和“精細對比”的思路，針對上述地質(zhì)問題進行詳細的討論，剖析盆地東段峽谷中所蘊含的地質(zhì)信息，為更好地理解瓊東南盆地中央峽谷體系提供地質(zhì)基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

瓊東南盆地坐落在海南島以南、西沙群島以北的海域中，是一個發(fā)育在中生代基底之上的大型新生代裂谷型大陸邊緣盆地［10］。整個盆地表現(xiàn)出明顯的“南北分帶”特征，自北向南可依次劃分為北部坳陷帶、中部隆起帶、中央坳陷帶［8］和南部隆起帶等4個一級構(gòu)造單元（圖1）。盆地內(nèi)部的充填以新生代地層為主，局部厚度可超過8km，自下而上包括：始新統(tǒng)，漸新世崖城組和陵水組，中新世三亞組，梅山組和黃流組，上新世鶯歌海組以及第四紀地層（圖2）。瓊東南盆地的構(gòu)造演化經(jīng)歷了斷陷期和裂后期2個階段，這二者以S60破裂不整合面（23.0Ma）為界［10］。其中裂后期充填又以S40不整合界面（11.6 Ma）為界進一步劃分為熱沉降階段和加速沉降階段［11］。對應(yīng)著這3個構(gòu)造演化階段的劃分，瓊東南盆地在漸新世末期（23.0Ma）和晚中新世早期（11.6Ma）發(fā)生了2次大的環(huán)境變化［12］，即從沼澤海岸平原相/濱淺海相向淺水臺地相再向半深海-深海相轉(zhuǎn)變（圖2）。

圖1 瓊東南盆地中央峽谷體系平面分布圖Fig.1 Planar distribution of the central canyon system in the Qiongdongnan basin，northern South China Sea

圖2 瓊東南盆地新生代充填序列圖Fig.2 Cenozoic geological column of the Qiongdongnan basin

11.6 Ma以來，即盆地裂后期的加速沉降階段以來，瓊東南盆地構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，盆地的大部分區(qū)域進入深水環(huán)境，陸架陸坡體系自盆地東部開始形成［13］，因此該時期以來的古地貌條件和充足的沉積物供給為瓊東南盆地中央峽谷體系的形成、發(fā)育和演化提供了基礎(chǔ)。整體上來看，該大型軸向峽谷的特征如下：1）平面上，該峽谷長425km，寬9～30 km，呈“S型”NE向分布于中央坳陷帶內(nèi)（圖1）；2）垂向上，中央峽谷體系的剖面形態(tài)可劃分為U型、V型和復合型［5］；3）內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)中，強振幅、連續(xù)性好的濁流沉積體和中等反射強度、連續(xù)性差－雜亂的塊體流沉積體（mass transport complex，MTC）構(gòu)成了峽谷充填的主體，通過對比瓊東南盆地周緣沉積物輸送條件，認為峽谷內(nèi)部充填的濁流沉積體和塊體流沉積體的物質(zhì)來源是不相同的，濁流沉積體來自盆地的西側(cè)，而塊體流沉積體來自北部的陸架－陸坡體系［9］；4）整個中央峽谷自西向東可劃分為3個區(qū)段：峽谷頭部（即峽谷發(fā)育的初始位置）、盆地西段和盆地東段，分別位于樂東-陵水凹陷西端、樂東-陵水凹陷東部至松南-寶島凹陷，以及長昌凹陷（圖1），不同區(qū)段中峽谷的形態(tài)和充填結(jié)構(gòu)存在著較大的差異，反映出不同區(qū)段峽谷的形成機制是不相同的［9］。

2 盆地東部峽谷形態(tài)－充填特征

通過對整個中央峽谷體系的解剖可以發(fā)現(xiàn)，峽谷的延伸方向、寬度變化、彎曲度、峽谷垂向形態(tài)類型在東西部都存在較為明顯的差異，可自西向東劃分為峽谷頭部、盆地西段和盆地東段3個區(qū)段（圖1）［9］。盆地東段峽谷位于長昌凹陷之內(nèi)，與盆地西段峽谷的分界為松南-寶島凹陷與長昌凹陷交界處發(fā)育的海山（圖1和圖3）。從地理位置上來看，東段峽谷向東與西沙海槽相連通，可以作為西沙海槽向西延伸至瓊東南盆地的部分。

2.1 峽谷形態(tài)特征

從現(xiàn)今水深分布來看，盆地東段峽谷位于長昌凹陷中間的深洼之間（沉積中心），平行于2 400m的水深線（圖1）。盆地東段峽谷的延伸方向為NEE向，峽谷較為狹窄，范圍為9～14km，峽谷具有較為筆直的通道［5］。

圖3 瓊東南盆地東部中央峽谷形態(tài)－充填特征Fig.3 Morphological characters and internal architecture of the central canyon system in eastern Qiongdongnan basin

相對于盆地西段的峽谷，在這一區(qū)帶中，中央峽谷的谷底往往較深，峽谷南北兩側(cè)的峽谷壁呈對稱性，較為陡峭，整體通常表現(xiàn)為“V型”剖面形態(tài)，且逐漸呈現(xiàn)出未填滿的特征（圖3）。沿著盆地東段峽谷的走向，本次研究選取了3條典型測線加以橫向?qū)Ρ?，用于展示峽谷的形態(tài)變化：自西向東，峽谷的寬度幾乎沒有太大的變化，均為9～14km，但是峽谷的“V型”形態(tài)更趨于對稱，兩側(cè)的峽谷壁更為陡峭，在長昌凹陷的東部，峽谷側(cè)壁角度為45°～57°，且峽谷整體的“饑餓型”樣式越來越顯著（圖3）。

盆地東部現(xiàn)今海底地貌圖中，在長昌凹陷中也可以清晰地觀察到存在一個長條狀的負地形（圖4中的藍色實線）。圖3中所顯示的峽谷底界面和現(xiàn)今海底在垂向上基本沒有發(fā)生擺動，即中央峽谷和現(xiàn)今負地形的深泓線位于同一位置，筆者將這一負地形稱為“現(xiàn)今中央峽谷”。現(xiàn)今中央峽谷的寬度狹窄，沿著其軸部自西向東，負地形特征越來越明顯，逐漸加深（圖4）。

2.2 峽谷內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)

盆地東段橫穿峽谷的典型剖面顯示，其內(nèi)部充填沉積物可以劃分為多個期次，通過周緣測線的解釋和對比，認為每一個期次對應(yīng)著一個地層旋回（圖5）［9］。現(xiàn)今中央峽谷與古中央峽谷體系在位置上的重疊也進一步說明盆地東段的峽谷并不是一次侵蝕－充填所形成的，而是具有多期的形成演化過程。

與盆地西段峽谷內(nèi)部充填中強振幅、連續(xù)性好的濁流沉積體和中等反射強度、連續(xù)性差－雜亂的塊體流沉積體不同，盆地東段峽谷中的充填沉積物主要由以下4種類型構(gòu)成：底部地層旋回中的滯留沉積體、中部地層旋回中“蛋撻式”地層（cake－layer stratigraphy）、頂部地層旋回中的濁流和 MTC，以及峽谷側(cè)壁上發(fā)育的垮塌沉積體（圖5）。

底部地層旋回中的滯留沉積體表現(xiàn)為強振幅反射特征，局部記錄了多期的沖刷或濁流的擺動（圖3b），這種反射特征與盆地西段峽谷內(nèi)部的濁流沉積體很相似。但是滯留沉積體在盆地東段的峽谷中并不是廣泛發(fā)育的，僅僅在少量的剖面中能夠觀察到這種現(xiàn)象（圖3b、c和圖5）。中部地層旋回中的“蛋撻式”地層結(jié)構(gòu)是一套特殊的地震反射單元，在盆地東段峽谷中非常發(fā)育，特別是在長昌凹陷的東部，一般顯示為亞平行、中等強度、連續(xù)性好的地震反射結(jié)構(gòu)與雜亂的、弱振幅的地震反射結(jié)構(gòu)相混合，其中前者與盆地西段峽谷中的席狀砂結(jié)構(gòu)相似，而后者則類似于塊體流沉積體［14］。然而這些混合的沉積體內(nèi)部并不能明顯地觀察到?jīng)_刷（或侵蝕）所記錄的小型不整合界面，而是以“平鋪”的方式垂向疊置在一起，推測這套沉積單元可能是以席狀砂為代表的濁流沉積體和塊體流沉積體發(fā)生了混合（MTC－席狀砂復合體），沿著峽谷的走向自西向東進一步運動，在盆地東部的峽谷之中沉積下來。除了在底部地層旋回中記錄的濁流沉積體之外（底部滯留沉積體），盆地東段峽谷中特征明顯的濁流沉積體主要發(fā)育在頂部地層旋回之中；在這套單元內(nèi)，可以發(fā)現(xiàn)強振幅、連續(xù)性好的地震反射同相軸，底部發(fā)育一些規(guī)模較小的沖蝕痕跡，同時也可以觀察到弱-中等強度、連續(xù)性差的塊體流沉積體（圖3）。值得注意的是，頂部地層旋回發(fā)育的小型沖蝕溝谷基本上位于峽谷的深泓線位置，具有良好的繼承性特征（圖3和圖5）。在盆地東段“V型”峽谷的兩側(cè)峽谷側(cè)壁上，發(fā)育雜亂－空白透明的反射單元，它們在長昌凹陷的峽谷之中常見，推測為沉積物受重力驅(qū)動發(fā)生失穩(wěn)而形成的垮塌沉積體。這些垮塌沉積體自西向東規(guī)模增加，與峽谷負地形自西向東加劇、峽谷側(cè)壁自西向東變陡是相對應(yīng)的（圖3）。

3 討論

3.1 晚中新世早期（11.6Ma）盆地東部構(gòu)造變革對東段峽谷的控制

盆地東段峽谷之中“蛋撻式”的地層結(jié)構(gòu)、內(nèi)部很少發(fā)育侵蝕不整合和下切、頂部地層旋回中小型下切谷的位置與峽谷深泓線一致、不同時期的峽谷平面分布范圍沒有發(fā)生大的變化（圖3和圖5），這些特征都反映出盆地東段峽谷的內(nèi)部充填沉積物沒有發(fā)生大的擺動，而是在一個相對穩(wěn)定的環(huán)境中沉積下來，受到東部長條狀負地形的明顯控制。

盆地東段峽谷在地理位置上屬于西沙海槽的一部分，其形成演化必然與西沙海槽具有緊密的聯(lián)系。受西沙海槽在晚中新世再次活動的影響，瓊東南盆地東部將經(jīng)歷一次明顯的構(gòu)造變革，由淺水背景“突變”為半深水-深水背景［15］。南部隆起帶、北部神狐隆起以及海山的存在，共同導致在長昌凹陷的中央處形成了一個軸向的小型盆地（sub－basin），并具有東深西淺的特征（圖4），這一長條狀負地形可視為中央峽谷體系的雛形。這個軸向的小型盆地將為盆地東段中央峽谷的形成和演化提供一個限制性的地貌條件，其自西向東逐漸加深的背景也會使得沉積物進入到東段峽谷之內(nèi)會沿著坡降方向進一步發(fā)生自西向東的運動。

從晚中新世至現(xiàn)今，瓊東南盆地東部將一直保持深水、向東變深的地貌特征。這一負地形特征將會持續(xù)影響盆地東段峽谷內(nèi)部充填沉積物的運移。由于神狐隆起的存在，長昌凹陷北側(cè)的陸架陸坡體系為寬緩漸進型陸坡，這種背景下沉積物的供給能力有限。從現(xiàn)今海底地貌圖中，可以發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域主要以小型的溪谷為主（圖4），這就意味著只有很少量的沉積物能夠被輸送至盆地東段的峽谷之中。圖5之中底部地層旋回中少量的滯留沉積體和中部地層旋回之中的MTC－席狀砂復合體，其來源是盆地西部沉積物沿著中央峽谷體系自西向東的搬運，在盆地東部的峽谷中沉積下來。長昌凹陷中向東逐漸加深的負地形將會控制沉積物自西向東的輸送路徑。

圖4 瓊東南盆地東部三維海底地形圖Fig.4 3－D modern seafloor topographic map in eastern Qiongdongnan basin

圖5 瓊東南盆地東部中央峽谷內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)特征Fig.5 Internal architecture of the central canyon system in eastern Qiongdongnan basin

此外，東段峽谷內(nèi)部的沉積物類型，如少量發(fā)育在峽谷底界面之上的滯留沉積體和層狀地層，暗示了進入盆地東段峽谷之中的沉積物其水動力條件是有限的，無法像盆地西段峽谷一樣，形成規(guī)模較大、特征明顯的濁流水道，或是發(fā)育大量的侵蝕不整合［9］。這些水動力條件較弱的沉積體進入到盆地東部的峽谷之中，其堆積樣式將主要受到負地形地貌特征的控制，因此在這一區(qū)域內(nèi)，MTC和席狀砂的混合沉積體將以垂向平鋪式的方式沉積下來，其內(nèi)部無法形成相互沖刷的特征（圖5）。長昌凹陷中部的負地形也會控制頂部地層旋回中小型下切谷的發(fā)育位置，在其中部形成最為有利的潛在空間，使得更新世以來發(fā)育的小型下切在垂向上均位于盆地東段峽谷的深泓線處（圖3和圖5）。

因此，晚中新世早期（11.6Ma）盆地東部的構(gòu)造變革將為峽谷的形成提供構(gòu)造背景，并持續(xù)影響峽谷內(nèi)部自西向東的沉積物輸送和堆積樣式，筆者將盆地東段中央峽谷歸結(jié)為“構(gòu)造控制型峽谷”（tectonic－dominated submarine canyon）。

3.2 更新世以來（1.81Ma至現(xiàn)今）峽谷的“回春”作用

在盆地東西段峽谷分界處（即松南-寶島凹陷與長昌凹陷交界處）的地震剖面中，可以發(fā)現(xiàn)一套較為特殊的反射結(jié)構(gòu)，無論是形態(tài)還是地震反射特征，和峽谷內(nèi)部的充填相比，都存在較大的差異：形態(tài)上，頂部地層旋回的厚度和寬度較大；地震反射特征上，多以中等-好連續(xù)、強振幅的地震同相軸為主（圖6a）。此外，在頂部的地層旋回中常發(fā)育一些小型的下切特征，局部還有小型楔狀體的存在（圖6b）。這套反射單元在地層序列上對應(yīng)為更新世以來的沉積單元（1.81Ma-現(xiàn)今（S20界面-海底），即中央峽谷的頂部地層旋回）（圖5和圖6），由于這一現(xiàn)象在盆地東部峽谷非常常見，且只在更新世以來的旋回中發(fā)育，因此被稱為更新世以來中央峽谷體系的“回春”。

從盆地東部現(xiàn)今海底地貌圖中也可以較為清晰地觀察到這種現(xiàn)象（圖4）：在長昌凹陷西部的海山處，現(xiàn)今中央峽谷的范圍明顯增寬，深度變淺，推測為現(xiàn)今中央峽谷的頭部區(qū)域（圖4中的深藍色虛線）；而其北側(cè)發(fā)育著數(shù)量較多、規(guī)模較大的陸坡峽谷（圖4中的白色虛線），陸坡峽谷的底部則存在一個地貌相對平緩的“緩沖區(qū)”（圖4中的淺藍色虛線）。

更新世以來中央峽谷的“回春”主要原因在于充足的沉積物供給：這一時期，來自北部的沉積物供給強烈，陸架陸坡向海推進特征明顯，陸坡垂向堆積速率增大，沉積物易發(fā)生失穩(wěn)，侵蝕能力增強，可以觀察到明顯的陸坡峽谷和侵蝕陡崖（圖7）。陸坡峽谷可以作為沉積物從陸架到下陸坡的主要輸送通道，大量的沉積物進入下陸坡地貌較為平緩的區(qū)域，形成一套連續(xù)性好、反射能量強的地震同相軸，這套反射體多表現(xiàn)為垂向加積的特征，中間厚、兩側(cè)薄（圖7），平面范圍自西向東先增厚，再減薄，呈朵頁體的樣式（圖8），推測為深水扇沉積體。沉積體繼續(xù)沿著陸坡向長昌凹陷中心處的中央峽谷運移，經(jīng)歷一段過路無沉積，在中央峽谷中沉積下來。也就是說，北部的沉積物經(jīng)歷了由陸坡峽谷-深水扇的垂向輸送方式，沉積物將會被現(xiàn)今中央峽谷的頭部所捕獲，在盆地東段峽谷之中沉積下來。

沉積物經(jīng)垂向輸送被現(xiàn)今中央峽谷頭部捕獲之后，并不是直接在這一區(qū)域完全沉積下來，這是由于以下2個原因所導致的：1）經(jīng)由陸坡峽谷輸送而來的沉積物量較大，而垂向輸送的距離較短，雖然在下陸坡有現(xiàn)代深水扇的沉積體，但深水扇與峽谷充填之間的過路無沉積，說明沉積物在下陸坡可能還具有較強的水動力條件；2）沉積物進入到現(xiàn)今中央峽谷頭部區(qū)域之后，受南部隆起的影響，沉積物將被限制在峽谷之中，少量會沿著南側(cè)峽谷壁繼續(xù)向峽谷中部沉積，這可能是局部的地層旋回中出現(xiàn)“雙向充填”的原因（圖6b）。大部分的沉積物將會出現(xiàn)沿著現(xiàn)今中央峽谷由西向東逐漸變深的地貌特征，在這個長條狀負地形中沿著峽谷的走向發(fā)生自西向東的運移。因此，陸坡峽谷攜帶大量的沉積物沿著陸坡向盆底運移，在地貌平緩處形成深水扇，沉積物被現(xiàn)今中央峽谷所捕獲，并沿著峽谷的走向自西向東輸送的沉積過程，代表了在盆地東部，沉積物經(jīng)陸坡峽谷由北向南的垂向輸送，沉積物被峽谷頭部捕獲在地貌特征的限制下發(fā)生轉(zhuǎn)向輸送，以及沿著峽谷走向由西向東的軸向輸送等3大沉積物輸送過程（圖8）。

圖6 瓊東南盆地東段中央峽谷體系更新世以來充填特征Fig.6 Infillings since Pleistocene of the central canyon system in eastern Qiongdongnan basin

圖7 瓊東南盆地東部更新世以來沉積物自陸坡向中央峽谷輸送模式Fig.7 Transportation model of the Pleistocene sediments from slope to central canyon in eastern Qiongdongnan Basin

4 結(jié)論

1）瓊東南盆地中央峽谷體系東段位于長昌凹陷之內(nèi)，延伸方向為NEE向，峽谷較為狹窄，范圍為9～14km，峽谷具有較為筆直的通道。自西向東峽谷的“V型”形態(tài)更趨于對稱，兩側(cè)的峽谷壁更為陡峭，峽谷整體的“饑餓型”樣式越來越顯著。

2）盆地東段峽谷的內(nèi)部充填沉積物可以劃分為5個地層旋回，具有多期的形成演化過程。峽谷中的充填沉積物主要由底部的滯留沉積體、中部的“蛋撻式”地層、頂部的濁流沉積體和塊體流沉積體，以及峽谷側(cè)壁上的垮塌沉積體等4部分構(gòu)成。

3）盆地東段的峽谷為“構(gòu)造控制型”峽谷，晚中新世早期（11.6Ma）盆地東部的構(gòu)造變革將提供峽谷形成和演化的構(gòu)造背景，并持續(xù)影響內(nèi)部沉積物的輸送和堆積樣式。更新世以來（1.81Ma至現(xiàn)今）峽谷的“回春”作用是盆地東部沉積物供給充分和地貌條件綜合控制的結(jié)果，形成了3種沉積物輸送樣式：垂向輸送、轉(zhuǎn)向輸送和軸向輸送。

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