魏柯佳，宋立軍*，王銑慧，季婷

( 1. 西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

1 引言

法爾維海盆位于西南太平洋區(qū)域，整體呈NW-SE走向。由兩條大型走滑斷裂——巴庫-伊麗莎白-法爾維斷裂帶（BEFL）和貝羅納-奧荼斷裂帶[1]將其劃分為北、中、南3部分。海盆南部又名塔拉納基深水海盆[2]，新西蘭研究者又將其命名為奧荼海盆[3]。該地區(qū)主要受到白堊世以來岡瓦納大陸裂解的影響，產(chǎn)生一系列NW-SE向的海盆和海嶺，如豪勛爵海丘、法爾維海盆、新喀里多尼亞海盆和諾?？撕X等（圖1）。法爾維海盆位于豪勛爵海丘和諾?？撕X之間，屬于典型的弧間海盆[3-6]。該海盆目前勘探程度較低，只有少量的大洋探井鉆到新近紀地層，對于該海盆的構(gòu)造尚未進行研究。在此之前，Ravenne等[7]根據(jù)地震資料估計海盆內(nèi)有2 000～4 000 m厚的沉積地層。Collot等[3]通過重磁數(shù)據(jù)定義了海盆的陸殼基底屬性，同時通過地震資料約束，確定了塔拉納基海盆到法爾維海盆白堊紀地層的連續(xù)性；澳大利亞及新西蘭研究者在法爾維海盆中相繼發(fā)現(xiàn)了白堊系馬斯特里赫特階煤層和大量天然氣水合物[8-10]，表明法爾維海盆具有油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，有望成為未來油氣勘探新區(qū)帶。但目前關(guān)于法爾維海盆的構(gòu)造演化研究較少。并且前人的地震資料多用于對區(qū)域地質(zhì)方面的描述，對于該海盆的地震資料解釋不夠充分，極大地限制了該區(qū)進一步的油氣勘探和開發(fā)。

鑒于此，本文擬對法爾維海盆構(gòu)造演化進行研究，系統(tǒng)搜集了該海盆內(nèi)地球物理資料(所有數(shù)據(jù)來源于新西蘭塔斯曼海數(shù)據(jù)庫http://www.ngdc.noaa.gov/docucomp/pagexml=NOAA/NESDIS/NGDC/MGG/Geophysical_Models/iso/xml/EMAG2.xml&view=get-DataView&header=none)，以地震剖面解釋為基礎(chǔ)資料，運用2D Move軟件，通過平衡剖面技術(shù)對整個海盆的構(gòu)造演化過程進行深入系統(tǒng)的研究，劃分法爾維海盆的構(gòu)造演化階段，為下一步的油氣勘探工作奠定堅實可靠的基礎(chǔ)。

圖 1 法爾維盆地區(qū)域位置及構(gòu)造綱要圖（引自文獻[3]）Fig. 1 Regional location and tectonic outline of the Fairway Basin (cited from reference [3])

2 地質(zhì)特征

法爾維海盆位于豪勛爵海丘東側(cè)，新喀里多尼亞海盆西側(cè)，海盆全長約400 km，寬約150 km，水深為2 000～4 000 m。自白堊紀以來，西南太平洋地區(qū)的地球動力學(xué)演化史一直受岡瓦那大陸裂解的控制，地殼伸展破裂最終導(dǎo)致了塔斯曼海盆、豪勛爵海丘的形成[11-12]。法爾維海盆的形成與演化與豪勛爵海丘的形成密切相關(guān)。

2.1 磁異常特征

本文對該區(qū)域采用頻率域變磁化方向的低緯度化極技術(shù)[13]，從南到北每隔2°讀取一個，分別讀取了11個點的磁化傾角，在只考慮感磁的情況下進行化極處理（圖2），獲得法爾維海盆化極磁異常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)法爾維海盆北、中、南3部分基底化極磁異常為-300～-500 NT，屬性應(yīng)一致。

2.2 地層特征

本文參考van de Beuque等[14]對豪勛爵海丘及鄰區(qū)地質(zhì)格局調(diào)查報告中對法爾維地區(qū)的地層描述，以及Rouillard等[6]通過地震資料和鉆井?dāng)?shù)據(jù)對法爾維海盆地震單元和地層的劃分，制定了法爾維海盆地層劃分圖（圖 3）。

海盆底部為前白堊系變質(zhì)巖基底，巖性為蛇綠巖。下白堊統(tǒng)主要是一些碎屑沉積物及少量的火成巖；上白堊統(tǒng)為鈣質(zhì)軟泥、含放射蟲黏土巖及少量砂巖，期間發(fā)育一套煤層[15]；古新統(tǒng)至始新統(tǒng)中部，沉積物為少量灰?guī)r、砂巖和濁積巖；始新統(tǒng)上部至漸新統(tǒng)主要為濁積巖和火山碎屑巖；在海盆兩翼，發(fā)現(xiàn)有始新世-漸新世角度不整合[6]；新近系以來主要沉積了大量鈣質(zhì)軟泥、濁積巖，其間夾有塊狀厚層碳酸巖。

2.3 地震反射特征

該海盆地震資料從下到上，不同的地質(zhì)體具有不同的反射特征，這些不同的地質(zhì)體通常可以反映相應(yīng)的背景信息。

Fw3為下白堊統(tǒng)地層，該地震單元層具有變幅和局部連續(xù)的地震波反射特征。地震資料顯示，海盆下白堊統(tǒng)發(fā)育大量正斷層，構(gòu)造組合呈地塹或半地塹樣式（圖4）。該單元下部為雜亂反射，認為是一些裂谷前沉積物，可能是一些變質(zhì)巖基底。

圖 2 法爾維海盆化極磁異常圖（原始數(shù)據(jù)來自新西蘭塔斯曼海數(shù)據(jù)庫）Fig. 2 The magnetic anomaly of the Fairway Basin (original data from the New Zealand Tasman Sea database)

圖 3 法爾維海盆地層劃分（引自文獻[6,14]）Fig. 3 Division map of strata in the Fairway Basin(cited from reference [6,14])

Fw2b為上白堊統(tǒng)地層，在海盆西翼上可以觀察明顯的前積楔地震反射體（圖4A）。前積楔向海盆中心傾斜，表明沉積物的來源主要來源于旁側(cè)海嶺。在此地震單元中部，有穿透上覆沉積物的部分，這一特征認為是底辟構(gòu)造或者鹽丘（圖4C）。

Fw2a為古新統(tǒng)-始新統(tǒng)中部地層。靠近海盆西翼一側(cè)，發(fā)育有向海盆中間傾斜的前積楔（圖4A），表明沉積物在該時期內(nèi)仍在持續(xù)供應(yīng)。同時在該位置可見大量的褶皺構(gòu)造（圖4B），表明在該地層形成后期經(jīng)過了明顯的構(gòu)造擠壓。褶皺位置處同向軸以較大角度向上終止于Fw1b下部地層界限，形成明顯的角度不整合。在海盆中部，發(fā)現(xiàn)有一組楔形地震反射體（圖5E），其厚度從一側(cè)向另一側(cè)遞減，外部形態(tài)呈楔狀，振幅較強，連續(xù)性好。該特征通常出現(xiàn)在濱淺湖、陸坡等環(huán)境中，指示沖積扇或扇三角洲沉積類型，代表著沉積物源的方向是從北向南充填進來。

在海盆中部位置的Fw1b地層發(fā)現(xiàn)大量充填狀地震反射體（圖5D），該地震反射體底界面表現(xiàn)為低頻率、強振幅、連續(xù)性好，水平界面雜亂。常發(fā)育在河道、峽谷、海盆和斜坡的環(huán)境中。該特征所反映的是順物源方向地震剖面上的“V”型下切水道充填，表明水道充填的沉積過程是一個高能環(huán)境。

Fw1a地震反射特征主要以平行反射為主。構(gòu)造現(xiàn)象特征不太明顯，表明該單元主要是以沉積為主，未受較大的構(gòu)造活動影響。

圖 4 法爾維海盆AA′地震剖面及地震反射體示意圖（圖中A、B、C紅色圖框為該地震反射體在海盆中的位置，引自文獻[6])Fig. 4 Schematic diagram of the AA' seismic section and seismic reflector in the Fairyway Basin (the red frames A, B and C in the figure are the locations of the seismic reflectors in the basin, cited from reference [6])

圖 5 法爾維海盆BB′地震剖面及地震反射體示意圖（圖中D、E紅色圖框為該地震反射體在海盆中的位置，引自文獻[6])Fig. 5 Schematic diagram of BB'seismic profile and seismic reflector in the Fairyway Basin (the red frame D and E in the figure are the locations of the seismic reflectors in the basin, cited from reference [6])

3 海盆構(gòu)造演化

本文平衡剖面技術(shù)選用2D Move軟件，該軟件的構(gòu)造恢復(fù)的基本準(zhǔn)則：（1）變形期間的巖層體積基本不變；（2）巖層體積僅被剝蝕和沉積壓實改變；（3）主導(dǎo)變形方式是脆性斷層；（4）褶皺與斷層有關(guān)。然后逐層進行去壓實、消除斷距、層拉平處理。分別做出了海盆北、中、南3部分的平衡剖面（圖6，圖7，圖8）。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化過程認為海盆各部分的構(gòu)造演化如下。

3.1 海盆北部

（1）早白堊世裂谷階段

隨著岡瓦納大陸的裂解，海盆在NEE-SWW向拉張的構(gòu)造背景下[16-18]，發(fā)育大量近似南北走向正斷層(圖6)。從地震剖面顯示，海盆西翼一側(cè)斷裂分布較多，構(gòu)造活動比東翼較強。沉積物以碎屑沉積物為主，整體上厚度達1 500 m。

（2）晚白堊世斷坳過渡階段

海盆下部斷層持續(xù)活動，伴隨著海盆下坳，沉積物持續(xù)充填。該階段海盆伸展率達到最大，伸展量約1 200 m，伸展率約為14.7%。

圖 6 法爾維海盆北部構(gòu)造演化Fig. 6 Tectonic evolution in the northern part of the Fairway Basin

圖 7 法爾維海盆中部構(gòu)造演化Fig. 7 Tectonic evolution in the central part of the Fairway Basin

圖 8 法爾維海盆南部構(gòu)造演化Fig. 8 Tectonic evolution in the southern part of the Fairway Basin

（3）始新世早期坳陷階段

該階段內(nèi)，隨著豪勛爵海丘和法爾維海嶺的持續(xù)上升及火山活動，沉積物主要從兩側(cè)的豪勛爵海丘及法爾維海嶺向海盆內(nèi)輸入。大量的沉積物和濁積巖開始沉積。海盆內(nèi)沉積物主要以白堊紀放射蟲、燧石和黏土巖為主，局部夾有煤層。沉積分布區(qū)域較廣，厚度達2 000 m。

（4）始新世晚期一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

該時期內(nèi)，由于新喀里多尼亞島向西擠壓[1,10,18]，加上法爾維海嶺和豪勛爵海丘持續(xù)隆起以及大量火山活動，該海盆整體上處于擠壓環(huán)境。海盆西翼出現(xiàn)大量褶皺，并且在海盆西翼出現(xiàn)角度不整合（圖3）。海盆整體上縮短約850 m，壓縮率為8.3%。

（5）始新世至漸新世熱沉降階段

在構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段結(jié)束后，海盆整體進入熱沉降階段。沉積物主要由鈣質(zhì)軟泥和火山碎屑巖組成，厚度達1 000 m。

（6）漸新世至中新世二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

隨著海盆兩側(cè)海嶺持續(xù)隆升，海盆兩翼逐漸翹起。兩翼遭受剝蝕，大量濁積物和深海軟泥從兩翼向海盆中心輸入，造成海盆兩翼地層厚度變薄，中間地層增厚。海盆整體縮短率較小，約4.3%。

（7）中新世至今海洋沉降階段

中新世之后，海盆開始廣泛接受沉積。地震波反射為平行反射，表明沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，海盆主要以沉積為主。沉積了大量鈣質(zhì)軟泥，夾有塊狀厚層碳酸巖，且?guī)缀鯖]有破壞的跡象，說明主要的構(gòu)造活動在始新世末或早漸新世已經(jīng)停止。

3.2 海盆中部

（1）早白堊世裂谷階段

該位置受到岡瓦納大陸裂解的影響，海盆下部同樣也發(fā)育大量近似南北走向正斷層。沉積物以碎屑沉積物為主，整體上厚度約850 m。

（2）晚白堊世斷坳過渡階段

下部斷層持續(xù)活動，海盆持續(xù)下坳，沉積物持續(xù)充填。該階段海盆伸展率達到最大，伸展量約1 030 m，伸展率約為8.2%。

（3）始新世早期坳陷階段

在該階段內(nèi)，海盆兩側(cè)海嶺持續(xù)抬升，遭受剝蝕，大量沉積物從海盆兩側(cè)向海盆中部輸入，地層整體厚度約1 700 m。

（4）始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

在該位置處，法爾維海盆西側(cè)的豪勛爵海丘比海盆東側(cè)的法爾維海嶺抬升規(guī)模較大，所以在海盆西側(cè)，可以觀察出有褶皺構(gòu)造存在，表明在該部位該時期處于擠壓環(huán)境。海盆整體上縮短約430 m，壓縮率為3.7%。

（5）始新世至今海洋沉降階段

該位置海盆Fw1b和Fw1a地震波反射均為平行反射，未發(fā)現(xiàn)有明顯的削截顯現(xiàn)，沒有發(fā)現(xiàn)有第二次構(gòu)造活動的跡象。所以從始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段之后，海盆整體上處于沉降階段。海盆西側(cè)靠近豪勛爵海丘部位，受到豪勛爵海丘抬升的影響，海盆東西兩側(cè)地層厚度不同，東部地層相比西側(cè)較厚，海盆西側(cè)水深約2 500 m，越往東靠近法爾維海嶺一側(cè)，海盆水深越大，約3 500 m。

3.3 海盆南部

（1）早白堊世裂谷階段

受岡瓦納大陸裂解的影響，海盆下部發(fā)育大量近似南北走向正斷層。海盆中間下部也存在一個較大的丘狀突起。

（2）晚白堊世斷坳過渡階段

在該階段內(nèi)，斷裂持續(xù)活動，海盆持續(xù)下坳。海盆伸展率達到最大，伸展量約700 m，伸展率約為4.6%。

（3）始新世早期坳陷階段

海盆內(nèi)部持續(xù)坳陷，沉積物主要從兩側(cè)海嶺向海盆中部輸入。海盆兩側(cè)厚度最厚可達1 000 m，較薄位置約500 m。

（4）始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

在海盆西側(cè)可見有明顯的褶皺構(gòu)造，表明存在明顯的構(gòu)造反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。海盆整體上縮短約300 m，壓縮率為2.7%。海盆兩側(cè)地層厚度最大可達1 300 m，海盆中部丘狀位置處最薄，約800 m。

（5）始新世至漸新世熱沉降階段

構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段結(jié)束，海盆整體沉降。該階段沉積厚度達到最大，該階段整體厚度約1 500 m。

（6）漸新世至中新世二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段

隨著海盆兩側(cè)海嶺的抬升，海盆兩側(cè)地層逐漸受到剝蝕，沉積物向海盆內(nèi)輸入。海盆西側(cè)地層剝蝕較為嚴重，地層厚度比東側(cè)較薄。海盆整體上壓縮率較小，約3.2%。

（7）中新世至今海洋沉降階段

該階段地震波反射為平行反射，構(gòu)造活動較弱，海盆開始廣泛接受沉積。逐漸形成現(xiàn)今樣貌，海盆地層整體厚度約1 900 m，水深約3 600 m。

綜合結(jié)果表明，法爾維海盆經(jīng)歷了7個階段的構(gòu)造演化：

（1）早白堊世至晚白堊世陸內(nèi)裂谷階段：海盆整體上發(fā)育大量斷裂。從伸長量來看，海盆從北至南，下部斷裂發(fā)育規(guī)模逐漸減弱，可能由于區(qū)域動力的影響大小不同。從斷裂的分布位置來看，斷裂規(guī)模在海盆西南部分布較多，所以斷裂整體表現(xiàn)是西強東弱?？赡芘c海盆兩側(cè)海嶺的隆升規(guī)模大小有關(guān)。

（2）晚白堊世晚期斷坳過渡階段：海盆內(nèi)受到伸展率達到最大，伸展率最大為14.7%。在持續(xù)拉張的情況下沉積物持續(xù)充填。

（3）始新世中期坳陷階段：法爾維海盆持續(xù)下坳，沉積物主要從兩側(cè)海嶺向海盆中心輸入。從北至南，此階段沉積厚度逐漸變薄。

（4）始新世晚期一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段：從收縮率上來看，海盆北部受到兩側(cè)海嶺以及新喀里多尼亞島的擠壓影響較大，發(fā)育始新世-漸新世區(qū)域不整合。海盆內(nèi)部分斷裂性質(zhì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。海盆中部所受影響次之，主要是海盆早期充填過程中鹽層或泥層沉積受到重力和擠壓兩者作用導(dǎo)致發(fā)育大量的底辟構(gòu)造，尤其是靠近法爾維海嶺一側(cè)，構(gòu)造現(xiàn)象明顯（圖4）；海盆南部所受影響較小，只有少量反轉(zhuǎn)構(gòu)造響應(yīng)，少部分斷裂性質(zhì)發(fā)生改變。

（5）始新世晚期至漸新世熱沉降階段：在構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段結(jié)束之后，海盆開始處于接受沉積狀態(tài)。沉積物主要來源于兩側(cè)海嶺被剝蝕后持續(xù)充填。

（6）漸新世至中新世二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段：二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段，主要可以從海盆北部和南部所觀察到。在海盆中部沒有發(fā)現(xiàn)有明顯的構(gòu)造特征。從縮短率開明顯看出，二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動強度比一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動強度要小的多。

（7）中新世至今海洋沉降階段：由于兩側(cè)海嶺的限制，從海盆北部至南部，沉積厚度逐漸減小。逐漸形成海盆現(xiàn)今樣貌。

4 結(jié)論

法爾維海盆北部受到區(qū)域構(gòu)造活動影響較大，白堊系地層發(fā)育較多的斷裂構(gòu)造；海盆中部晚白堊統(tǒng)地層發(fā)生較多的底辟構(gòu)造；海盆南部從形成至今，受到構(gòu)造活動影響較小，發(fā)育地層完整，前新生代地層較厚。整個法爾維海盆北部構(gòu)造活動較強，中部較弱，南部較小。沉積地層從北到南由厚變薄。

由于法爾維海盆北部和南部都可以觀察出明顯的二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段，所以將兩個位置的構(gòu)造演化可劃分為7個演化階段：（1）早白堊世陸內(nèi)裂谷階段，海盆內(nèi)廣泛發(fā)育正斷層，以地塹或半地塹形式展布，斷裂活動西強東弱，可能是由于西側(cè)豪勛爵海丘的強烈活動有關(guān)；（2）晚白堊世斷坳過渡階段，海盆下部斷裂持續(xù)活動，伸展量達到最大，伸展率約14.7%；（3）始新世早期坳陷階段，海盆內(nèi)沉積物持續(xù)充填；（4）始新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段，海盆內(nèi)可見褶皺構(gòu)造及角度不整合，海盆整體壓縮率為8.3%；（5）始新世至漸新世熱沉降階段，海盆又開始接受沉積；（6）在海盆中部未發(fā)現(xiàn)有明顯的二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)跡象，則海盆中部對比海盆北部和南部缺少第二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段。海盆北部和南部地區(qū)第二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動相對較弱，海盆壓縮率約為4.3%。海盆兩翼隨著兩側(cè)海嶺的隆升，遭受剝蝕，形成兩翼薄中間厚的形態(tài)；（7）中新世至今海洋沉降階段，海盆整體下沉，該區(qū)域廣泛接受沉積。