王雪，呂寶鳳，梁捷尉，梁正鵬，吳瓊

（1.中國地質(zhì)大學(xué)　構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北　武漢　430074；2.中山大學(xué)　海洋學(xué)院，廣東　廣州　510006）

南海北部珠江口盆地新生代伸展過程及其區(qū)域差異性定量研究

王雪1，2，呂寶鳳1，2，梁捷尉2，梁正鵬2，吳瓊2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074；2.中山大學(xué)海洋學(xué)院，廣東廣州510006）

以珠江口盆地為研究對象，自西向東選取了能控制區(qū)域構(gòu)造格局的5條區(qū)域性大剖面，運(yùn)用2D Move軟件分別對其進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)，并計(jì)算出各剖面不同時(shí)期的伸展量、伸展率和伸展速率，以此為基礎(chǔ)對珠江口盆地的構(gòu)造演化過程及其區(qū)域性差異進(jìn)行了定量研究。研究結(jié)果顯示：①珠江口盆地新生代以來一直處于一個(gè)持續(xù)伸展的過程，并于32-30 Ma期間出現(xiàn)一個(gè)伸展高峰期，但總體呈現(xiàn)伸展率和伸展速率逐漸降低的趨勢；②珠江口盆地新生代主要伸展變形時(shí)期其伸展的過程具有明顯的區(qū)域性差異，即自西向東伸展率和伸展速率明顯逐步變大。

珠江口盆地；構(gòu)造演化；伸展率；伸展速率；含油氣盆地

南海處于歐亞、印度-澳大利亞和太平洋板塊的交匯處，是西太平洋最大的邊緣海，因其區(qū)域構(gòu)造位置的特殊性以及構(gòu)造變形機(jī)制的復(fù)雜性，又含有豐富的油氣資源，一直是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)，被譽(yù)為板緣作用與含油氣盆地研究的“天然實(shí)驗(yàn)室”。

珠江口盆地位于南海北部、華南大陸以南、海南島和臺灣島之間的廣闊陸架和陸坡區(qū)，是南海北部規(guī)模最大、地質(zhì)特征最典型、勘探程度相對較高的一個(gè)新生代含油氣盆地，盆地的形成和構(gòu)造演化記錄了大量南海擴(kuò)張及太平洋板塊運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)信息，同時(shí)還控制著盆內(nèi)新生代沉積、盆內(nèi)烴源巖的發(fā)育以及盆內(nèi)油氣的運(yùn)移和聚集。因此，研究珠江口盆地的構(gòu)造特征和演化過程對了解該區(qū)域的石油地質(zhì)條件及太平洋板塊運(yùn)動(dòng)過程有著重要的意義。前人對珠江口盆地的形成和演化做出了卓有成效的研究（李思田等，1998；龔再升等，2004；林長松等，2007；蔡周榮 等，2010；呂寶鳳 等，2008；朱偉林等，2010；張功成，2010；王洪才等，2013），然而，但大都是對盆地的構(gòu)造演化進(jìn)行定性探討，定量研究并不多見。本文自西向東選取了能控制珠江口盆地區(qū)域構(gòu)造格局的5條區(qū)域性大剖面，運(yùn)用2D Move軟件分別對其進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)，并計(jì)算出各剖面不同時(shí)期的伸展量、伸展率和伸展速率，以此為基礎(chǔ)對珠江口盆地的構(gòu)造演化過程及其區(qū)域性差異進(jìn)行了定量研究。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

南海由于受到歐亞板塊、印澳板塊和太平洋板塊三大板塊的綜合作用，構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜，地質(zhì)現(xiàn)象豐富。南海北部靠近我國大陸地區(qū)，自西向東分布著鶯歌海盆地、北部灣盆地、瓊東南盆地、珠江口盆地、臺西南盆地以及臺西盆地六大含油氣盆地。珠江口盆地和南海北部大陸邊緣一起，是在歐亞、太平洋和印澳三大板塊相互作用下、在“地幔上涌+地殼擴(kuò)張”雙重機(jī)制下經(jīng)多期幕式擴(kuò)張形成的（Bowinetal，1978；Ru et al，1986；Tapponier etal，1982，1990；姚伯初，1996；姚伯初等，1994，2004；吳金龍等，1992；Lee etal，1995；金翔龍，1997；李思田等，1998；龔再生等，2004；任建業(yè)等，2000；張訓(xùn)華等，1996，1997；吳能友 等，1999；呂炳權(quán)等，2002）。

多年的勘探實(shí)踐和研究證實(shí)：在中生代基底之上珠江口盆地新生代共沉積了9套地層層序，從下到上依次為：古新統(tǒng)神狐組、始新統(tǒng)文昌組、下漸新統(tǒng)恩平組、上漸新統(tǒng)珠海組、下中新統(tǒng)珠江組、中中新統(tǒng)韓江組、上中新統(tǒng)粵海組、上新統(tǒng)萬山組及第四系，并完成了一個(gè)陸相→海陸過渡相→海相的演變過程（圖1） （呂寶鳳等，2012）。

圖1　南海北部珠江口盆地新生界層序劃分（據(jù)朱偉林等2010、張功成等2010資料編制）

區(qū)域剖面幾何學(xué)特征分析顯示：在平面上盆地總體呈NE-SW向展布，具有東西分塊，南北分帶的構(gòu)造特征和“三隆兩坳”的構(gòu)造格局，包括北部隆起帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶組成（圖2）；剖面上珠江口盆地新生代構(gòu)造變形樣式以伸展構(gòu)造樣式為主 （袁玉松，2008；張功成，2007；張迎朝等，2013；能源等，2013），新生界具有“三層樓式”結(jié)構(gòu)特征，古近系（23.3 Ma界面以下）呈現(xiàn)地塹-半地塹（箕狀）結(jié)構(gòu)，中新統(tǒng)（23.3-10.5 Ma界面）呈現(xiàn)“餅狀”（或碟形）結(jié)構(gòu)，上新統(tǒng)及其以上層序（10.5 Ma界面以上）呈現(xiàn)“前積”結(jié)構(gòu)（張功成，2010；能源，2013） （圖3），基于這些現(xiàn)象，前人普遍認(rèn)為珠江口盆地新生代經(jīng)歷了三大不同的構(gòu)造演化階段：古近紀(jì)（65.0-23.3 Ma）為多幕裂陷期，早中新世-中中新世（23.3-10.5 Ma）是“區(qū)域坳陷”期，晚中新世以來（10.5-0 Ma）為差異性快速沉降期（張功成，2010；張志杰，2004；丁魏偉，2009；董冬冬等，2008）。

2　平衡剖面恢復(fù)

2.1區(qū)域大剖面的選取

平衡剖面是現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的重要手段，其遵循的基本原則是體積守恒法則，即巖石變形只是形態(tài)發(fā)生變化，而體積保持不變，為便于應(yīng)用，實(shí)踐中經(jīng)過簡化，常用的平衡地質(zhì)剖面法是面積守恒、層長守恒、位移守恒等一系列幾何法則，以此來制約剖面解釋的隨意性。

進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)這一操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)選取的最佳剖面位置必須垂直于盆地區(qū)域構(gòu)造線方向，且構(gòu)造變形以垂直于區(qū)域構(gòu)造線方向的脆性變形為主。珠江口盆地地表和近地表的區(qū)域構(gòu)造線方向?yàn)楸睎|-南西向，新生代以來以北西-南東方向的張裂為主，而且盆地內(nèi)部沒有物質(zhì)的塑性流動(dòng)，符合平衡剖面的應(yīng)用的基本條件。

根據(jù)上述原則，本次研究筆者選取了橫跨珠江口盆地的能夠控制盆地基本構(gòu)造格局的5條北西-南東向區(qū)域性地震-地質(zhì)大剖面為計(jì)算依據(jù)。自西向東依次為命名為L1-L5（圖2、3）。

其中L1依次經(jīng)過瓊海凹陷、瓊海凸起、文昌B凹陷、文昌C凹陷和神狐隆起，剖面原始長度為53 514.34 m；L2分別橫跨陽春凸起、陽江凹陷、陽江低凸起、文昌A凹陷和神狐隆起，剖面原始長度為55 391.94 m；L3北起西江凹陷，經(jīng)過番禺凹陷、番禺低隆起、神狐隆起，南至開平凹陷，剖面長度為26 116.02 m；L4依次穿過北部隆起、惠州凹陷、西江凹陷、東沙隆起、番禺低隆起、白云凹陷、西部隆起和荔灣凹陷，剖面原始長度為160 345.88 m；L5依次橫穿陸豐凹陷、東沙隆起和潮汕凹陷，剖面長度為55 526.47 m。

圖2　珠江口盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D（據(jù)朱偉林等，2010資料編制）

圖3　珠江口盆地區(qū)域地震地質(zhì)綜合解釋剖面圖（據(jù)朱偉林等，2010資料編制）

2.2平衡剖面恢復(fù)與計(jì)算結(jié)果

按照平衡剖面恢復(fù)的基本原理，在2D Move工作站上分別對5條剖面進(jìn)行了平衡和恢復(fù)，通過平衡剖面恢復(fù)，得到剖面變形前的長度，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)地質(zhì)時(shí)期地層的伸展量和伸展率（表1）。圖4為其中的L4的平衡剖面恢復(fù)結(jié)果圖。剖面各時(shí)期的伸展量ΔL、各時(shí)期的伸展量占伸展總量的比重R、伸展率r和伸展速率v的計(jì)算結(jié)果見表1，各剖面各時(shí)期伸展率及其所占總伸展量的百分比情況如圖5所示。

表1　剖面L1-L5在不同變形時(shí)期伸展量、伸展量占總伸展量比重伸展率和伸展速率

圖5　珠江口盆地剖面L1-L5各時(shí)期伸展率及其所占總伸展量的百分比

其中，伸展量、伸展率以及伸展速率的計(jì)算公式為：

式中，ΔLi第i層的伸展量，L1i和L0i分別為剖面伸展后長度和剖面原始長度，ΔL為剖面新生代以來的總伸展量，Ri為第i層的伸展率占總伸展量的比重，ri為第i層的伸展率，vi為第i層的平均伸展速，ti為第i層的伸展時(shí)間。

3　討論

在所選擇的5條剖面中，雖然它們的原始長度各不相同，但在伸展率、伸展速率及區(qū)域構(gòu)造位置等方面，顯示出一定的規(guī)律性：

3.1階段性伸展差異

56.5-32 Ma期間：

L1伸展量為793.24 m，占新生代以來伸展總量的29.52%，伸展率為2.09%，伸展速率為0.032 3 mm/a；

圖4 剖面L4的平衡剖面恢復(fù)結(jié)果

L2伸展量為1 314.79 m，占新生代以來伸展總量的32.95%，伸展率為9.57%，伸展速率為0.053 7 mm/a；

L3伸展量為841.61 m，占新生代以來伸展總量的46.46%，伸展率為3.22%，伸展速率為0.034 4 mm/a；

L4伸展量為24 561.01 m，占新生代以來伸展總量的52.56%，伸展率為15.32%，伸展速率為1.002 5 mm/a；

L5伸展量為5 665.57 m，占新生代以來伸展總量的32.95%，伸展率為10.20%，伸展速率為0.231 2 mm/a。

這些數(shù)據(jù)顯示，該階段L1-L5各剖面伸展量占總伸展量的比重和伸展率都較大，但各剖面伸展速率并不大。說明在這一時(shí)期盆地總體一直處于緩慢伸展?fàn)顟B(tài)，而且最終伸展的程度較大，是盆地新生代伸展的重要要階段。

32-30 Ma期間：

L1的伸展量為1 301.91 m，占新生代以來總伸展量的34.32%，伸展率為2.43%，伸展速率為0.651 0 mm/a；

L2的伸展量為6 491.67 m，占新生代以來總伸展量的40.36%，伸展率為11.72%，伸展速率為3.245 8 mm/a；

L3的伸展量為1 091.28 m，占新生代以來總伸展量的34.32%，伸展率為11.72%，伸展速率為0.545 6 mm/a；

L4的伸展量為19 483.09 m，占新生代以來總伸展量的28.40%，伸展率為8.28%，伸展速率為9.741 5 mm/a；

L5的伸展量為13 189.76 m，占新生代以來總伸展量的47.88%，伸展率為10.73%，伸展速率為6.594 9 mm/a。

這些數(shù)據(jù)顯示：這一階段時(shí)間雖短（僅有2Ma），但盆地的伸展量和伸展率接近56.5-32 Ma階段的程度，并且遠(yuǎn)大于其他時(shí)期的值，且其伸展速率的范圍在0.5～10 mm/a之間，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于包括56.5-32 Ma時(shí)段在內(nèi)的其他任何時(shí)期的伸展速率，說明這段時(shí)間地殼處于急速的伸展減薄，構(gòu)造活動(dòng)極其強(qiáng)烈。

30-23.3 Ma期間：

L1的伸展量為666.04 m，占新生代以來總伸展量的21.61%，伸展率為1.53%，伸展速率為0.994 1 mm/a；

L2的伸展量為3 816.75 m，占新生代以來總伸展量的17.42%，伸展率為5.06%，伸展速率為0.351 5 mm/a；

L3的伸展量為1 386.88 m，占新生代以來總伸展量的12.70%，伸展率為0.88%，伸展速率為0.206 7 mm/a；

L4的伸展量為10 569.50 m，占新生代以來總伸展量的12.11%，伸展率為3.53%，伸展速率為1.577 5 mm/a；

L5的伸展量為996.56 m，占新生代以來總伸展量的3.26%，伸展率為0.73%，伸展速率為0.148 7 mm/a。

這些數(shù)據(jù)顯示：該段時(shí)期內(nèi)地層伸展量占總伸長量的比重、伸展率和伸展速率有發(fā)生明顯減小，但都顯著大于盆地較晚時(shí)期的各值?？梢哉J(rèn)為，盆地在該段時(shí)期內(nèi)的伸展變形開始減弱，地層的沉積不再完全受斷層的控制。

23.3-16.3 Ma期間：

L1的伸展量為484.62 m，占新生代以來總伸展量的10.17%，伸展率為0.72%，伸展速率為0.069 2 mm/a；

L2的伸展量為2 460.83 m，占新生代以來總伸展量的3.82%，伸展率為1.11%，伸展速率為0.030 1 mm/a；

L3的伸展量為347.43 m，占新生代以來總伸展量的3.17%，伸展率為0.22%，伸展速率為0.0496mm/a；

L4的伸展量為1 433.48 m，占新生代以來總伸展量的1.54%，伸展率為0.45%，伸展速率為0.204 8 mm/a；

L5的伸展量為655.26 m，占新生代以來總伸展量的1.29%，伸展率為0.29%，伸展速率為0.093 6 mm/a。

這些數(shù)據(jù)顯示：該段時(shí)間內(nèi)，地層伸展量占總伸長量的比重、伸展率和伸展速率進(jìn)一步減小，說明構(gòu)造活動(dòng)在這一時(shí)期內(nèi)非常微弱，幾乎不發(fā)生伸展變形，地層的沉積不再受斷層的控制。

16.3-10.5 Ma期間：

L1的伸展量為206.11 m，占新生代以來總伸展量的4.38%，伸展率為0.31%，伸展速率為0.035 5 mm/a；

L2的伸展量為331.07 m，占新生代以來總伸展量的1.41%，伸展率為0.41%，伸展速率為0.057 1 mm/a；

L3的伸展量為221.93 m，占新生代以來總伸展量的2.02%，伸展率為0.14%，伸展速率為0.038 3 mm/a；

L4的伸展量為2 720.32 m，占新生代以來總伸展量的2.95%，伸展率為0.86%，伸展速率為0.469 0 mm/a；

L5的伸展量為415.08 m，占新生代以來總伸展量的0.80%，伸展率為0.18%，伸展速率為0.071 6 mm/a。

這一階段內(nèi)的地層伸展量占總伸長量的比重、伸展率和伸展速率保持微小，與23.3-16.3 Ma期間的各值接近。

通過對不同剖面各個(gè)時(shí)期內(nèi)地層伸展量占新生代以來地層伸展量的百分比、伸展率和伸展速率的分析，并結(jié)合前人的研究成果，可以看出南海北部珠江口盆地新生代以來的構(gòu)造活動(dòng)在不同階段有不同的特征：

斷陷期（56.5-30 Ma，始新世-早漸新世）：盆地的伸展量占新生代以來伸展總量的比重高達(dá)90%，伸展率和伸展速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他時(shí)期，特別是在32-30 Ma期間，盆地的伸展率和伸展量達(dá)到最大（圖6），表明這一時(shí)期為斷層活動(dòng)的最強(qiáng)烈時(shí)期，屬于盆地的主要伸展階段。

斷-坳期（30-23.3 Ma，晚漸新世）：盆地的伸展量占新生代以來伸展總量的百分比、伸展率和伸展速率明顯介于56.5-30 Ma和23.3-0 Ma的數(shù)據(jù)之間，表明這一時(shí)期為盆地的伸展活動(dòng)逐漸減弱，盆地發(fā)展不是完全不受斷層控制，而應(yīng)該是斷陷和坳陷雙重控制的結(jié)果，或者說是盆地由斷陷逐漸向坳陷過渡的過渡階段，是盆地伸展逐漸減弱階段。

坳陷期（23.3-至今，早中新世至今）：盆地的伸展總量的百分比、伸展率和伸展速率的值幾乎都接近于0，進(jìn)一步表明該階段地層的沉積已經(jīng)完全不受斷層的控制，盆地進(jìn)入熱力學(xué)沉降階段，盆地基本無橫向伸展。

對比各剖面不同階段伸展特征（圖6、圖7）可以看出：珠江口盆地新生代以來一直處于一個(gè)持續(xù)伸展的過程，并于32-30 Ma期間出現(xiàn)一個(gè)伸展高峰期，但總體呈現(xiàn)一個(gè)伸展率和伸展速率逐漸降低的趨勢。

3.2珠江口盆地構(gòu)造伸展過程的區(qū)域差異性分析

研究區(qū)自西向東剖面L1-L5除了構(gòu)造活動(dòng)上構(gòu)造伸展階段劃分的一致性以外，在相同地質(zhì)時(shí)期，不同剖面的構(gòu)造伸展特征也表現(xiàn)出區(qū)域差異性：

圖6　珠江口盆地剖面L1-L5新生代伸展速率直方圖

圖7　珠江口盆地剖面L1-L5不同時(shí)期的伸展率對比

56.5-32 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為2.09%，9.57%，3.22%，15.32%和10.20%；伸展速率依次為 0.032 3 mm/a，0.053 7 mm/a，0.034 4 mm/a，1.002 5 mm/a，0.231 2 mm/a。

32-30 Ma：L1-L5自西向東的伸展率依次為2.43%，11.72%，2.00%，8.28%，10.73%；伸展速率依次為0.6510mm/a，3.2458mm/a，0.5456mm/a，9.741 5 mm/a，6.594 9 mm/a。

30-23.3 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為1.53%，5.06%，0.88%，3.53%，0.73%；伸展速率依次為0.9941mm/a，0.3515mm/a，0.2067mm/a，1.577 5 mm/a，0.148 7 mm/a。

23.3-16.3 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為0.72%，3.11%，0.22%，0.45%和0.29%；伸展速率依次為 0.069 2 mm/a，0.030 1 mm/a，0.049 6 mm/a，0.204 8 mm/a，0.093 6 mm/a。

16.3-10.5 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為0.31%，0.41%，0.14%，0.86%，0.18%；伸展速率依次為 0.035 5 mm/a，0.057 1 mm/a，0.038 3 mm/a，0.469 0 mm/a，0.060 7mm/a。

10.5 Ma至今剖面：L1-L5自西向東伸展率依次為0%，1.17%，0.47%，0.71%以及0.28%；伸展速率依次為0 mm/a，0.091 3 mm/a，0.071 7 mm/a，0.218 1 mm/a，0.060 7 mm/a。

綜合分析以上數(shù)據(jù)，并結(jié)合圖5、圖6、圖7可以看出：在56.5-30 Ma階段研究區(qū)的主要伸展變形時(shí)期，盆地不同區(qū)塊伸展變形存在明顯差異，即盆地東部地區(qū)的伸展率和伸展速率明顯高于西部；30 Ma至今期間，盆地的斷層活動(dòng)較弱，伸展變形強(qiáng)度也很小，L1-L5的伸展率和伸展速率都較小，不同區(qū)域之間差異也很小。

4　結(jié)論

（1）珠江口盆地新生代以來一直處于一個(gè)持續(xù)伸展的過程，并于32-30 Ma期間出現(xiàn)一個(gè)伸展高峰期，但總體呈現(xiàn)一個(gè)伸展率和伸展速率逐漸降低的趨勢；

（2）珠江口盆地新生代主要伸展變形時(shí)期其伸展的過程具有明顯的區(qū)域性差異，即自西向東伸展率和伸展速率明顯逐步變大。

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（本文編輯：袁澤軼）

A quantitative study on the Cenozoic extension process and its regional differences in the Pearl River Mouth basin of northern South China Sea based on balanced section restoration

WANG Xue1,2,LYU Bao-feng1,2,LIANG Jie-wei2,LIANG Zheng-peng2,WU Qiong2
（1.KeyLaboratoryof Tectonics and Petroleum Resources,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China; 2.School of Marine Sciences,SYSU,Guangzhou 510006,China）

Taking the Pearl River Mouth basin as the research object,five big regional sections which control the regional tectonic framework from the west to the east are selected to restore balance profile using 2D Move software.And in this paper, the extension quantity,the extension rate and the extension velocity are calculated,and then,the tectonic evolution process and its regional differences in the Pearl River Mouth basin are quantitatively studied using these data.The results indicate that:①The Pearl River Mouth basin has been undergoing continuous extension since the beginning of Cenozoic with one relatively fast extension phases during 32-30 Ma,but general extension rate and extension velocity have the trend of gradual reduce;②The main extension deformation process in Pearl River Mouth basin during the Cenozoic period has obvious regional differences,which show that from the west to the east,the extension rate and the extension velocity of basin extension become bigger and bigger gradually.

Pearl River Mouth basin;tectonic evolution;extension rate;extension velocity;petroliferous basin

P737.12+1

A

1001-6932（2016）05-0507-10

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.05.004

2015-06-23；

2015-08-13

中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（TPR-2013-24）。

王雪（1990-），女，碩士研究生，主要從事含油氣盆地研究。電子郵箱：snow6268@126.com。

呂寶鳳（1962-），男，博士，教授，主要從事含油氣盆地研究。電子郵箱：lbf6268@126.com。