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        瓊東南盆地新生代伸展過程及其區(qū)域性差異定量研究

        2020-12-26 07:21:40熊小峰唐歷山楊希冰朱繼田
        海相油氣地質(zhì) 2020年4期
        關(guān)鍵詞:東南新生代盆地

        張 焱,熊小峰,唐歷山,楊希冰,朱繼田

        1 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局;2 中海石油(中國)有限公司湛江分公司

        0 前 言

        瓊東南盆地位于南海西北部陸緣,呈北東向延伸,東西長290 km,南北寬181 km,大體圍繞海南島南部呈弧形展布[1-4],屬新生代含油氣盆地。盆地的形成和構(gòu)造演化顯示了南海擴(kuò)展及太平洋板塊運動的大量信息,同時還控制著新生代的沉積、烴源巖的發(fā)育及油氣的運移和聚集。因此,研究瓊東南盆地構(gòu)造演化特征對揭示該區(qū)石油地質(zhì)條件及太平洋板塊運動過程有重要的意義。前人對瓊東南盆地的形成和演化已有相關(guān)的分析和結(jié)論[2-4],但利用區(qū)域多剖面來分析全盆地伸展過程及其差異性的并不多見。本文自西向東選取了能控制瓊東南盆地區(qū)域構(gòu)造格局的7條骨干剖面,應(yīng)用2DMove 軟件分別對其進(jìn)行平衡剖面恢復(fù),并計算各剖面不同時期的伸展率、伸展速率和伸展量,以此為基礎(chǔ)對瓊東南盆地的構(gòu)造演化過程及其區(qū)域差異進(jìn)行了定量研究。

        1 區(qū)域地質(zhì)概況

        南海西部瓊東南盆地深水區(qū)(水深300~3 000 m)的面積約五萬多平方千米,是我國南海近年來深水油氣勘探的重要戰(zhàn)略區(qū)和油氣發(fā)現(xiàn)區(qū)之一,目前全部為自營勘探區(qū)[5-7]。區(qū)域剖面幾何學(xué)特征分析顯示:瓊東南盆地是一個新生代陸緣拉張盆地,為位于南海西北陸緣呈北東走向的伸展裂陷帶,具有“南北分帶、東西分塊”的構(gòu)造特點,主要包括北部坳陷帶、中央坳陷帶和南部隆起等3 個一級構(gòu)造單元[8-13](圖1)。

        瓊東南盆地的形成演化受印支板塊與歐亞板塊碰撞、華南陸緣裂谷、南海擴(kuò)張等多種區(qū)域構(gòu)造作用所影響:始新世,發(fā)育初始裂陷,盆地以北北東—北東向展布為主;漸新世早期,印支板塊與歐亞板塊強烈碰撞,青藏高原隆升,紅河斷裂走滑活動,形成擠出拉張效應(yīng),瓊東南盆地沉降加劇,斷裂以北東東—近東西向為主;漸新世晚期,斷裂活動逐漸減弱,以北西向為主,東區(qū)受南海擴(kuò)張效應(yīng)影響,地幔隆升顯著,巖漿侵入活動加強;新近紀(jì),進(jìn)入裂后拗陷期,早期盆地整體沉降,從晚中新世(10 Ma)開始,早期斷陷北部控凹邊界斷裂2號斷裂等又加速活動,促成深水陸坡的發(fā)育,形成典型的陸架—陸坡沉積體系,中央坳陷帶與南部隆起區(qū)成為深水區(qū)[14]。

        新近系下中新統(tǒng)(三亞組)、中中新統(tǒng)(梅山組)主要為淺海沉積,上中新統(tǒng)(黃流組)沉積時盆地北部已形成典型的陸架陸坡體系,發(fā)育深水陸坡沉積,坳陷中部近似平行坡折帶的中央峽谷處于發(fā)育鼎盛期,濁積水道砂和塊體流分布廣。上新統(tǒng)鶯歌海組—第四系為半深海沉積,鶯歌海組局部發(fā)育大型海底扇[7,15-16](表1)。

        圖1 瓊東南盆地構(gòu)造單元劃分圖Fig. 1 Division map of tectonic units in Qiongdongnan Basin

        表1 瓊東南盆地新生代構(gòu)造演化與活動特征(據(jù)文獻(xiàn)[7])Table 1 Tectonic evolution and activity characteristics of Cenozoic in Qiongdongnan Basin( cited from reference [7] )

        2 平衡剖面恢復(fù)

        2.1 骨干剖面的選取

        平衡剖面是研究構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的重要手段之一,其遵循的基本原則是體積守恒原理,即巖石變形只是形態(tài)發(fā)生改變。通常為了方便,在實際應(yīng)用過程中采用面積守恒、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。

        瓊東南盆地的地表和近地表的區(qū)域構(gòu)造線方向為北東—南西向,新生代以來以北西—南東向張裂為主,而且盆地內(nèi)部沒有物質(zhì)的塑性流動,符合平衡剖面應(yīng)用的基本條件。進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)時最好選取垂直于盆地區(qū)域構(gòu)造線的剖面。依據(jù)該原則,本次研究選取橫跨瓊東南盆地的、能夠控制盆地基本構(gòu)造格局的7 條北西—南東向區(qū)域性地震-地質(zhì)大剖面,這7 條剖面自西向東依次命名為L1—L7,剖面的地震-地質(zhì)綜合解釋見圖2,平面位置見圖1,各剖面的基本情況如表2所示。

        圖2 瓊東南盆地區(qū)域地震-地質(zhì)綜合解釋剖面圖Fig. 2 Regional seismic-geological interpretation profiles of Qiongdongnan Basin

        表2 瓊東南盆地7條大剖面的基本情況Table 2 Basic information of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

        2.2 平衡剖面恢復(fù)與計算結(jié)果

        依據(jù)平衡剖面恢復(fù)的原理,應(yīng)用軟件2DMove對7條剖面進(jìn)行平衡和恢復(fù)[17],通過平衡剖面恢復(fù),得到剖面變形前的長度,從而計算每個時期地層的伸展量和伸展率。7 條骨干剖面各時期的伸展量所占總伸展量的百分比情況如圖3 所示。7 條剖面各時期的伸展量(ΔL)、伸展量占總伸展量的比重(R)、伸展率(r)和伸展速率(v)的計算結(jié)果見表3。表3中,ΔL 為伸展后剖面長度減去伸展前剖面長度(m);r 為伸展量與伸展前剖面長度的比值(%);v 為伸展量與伸展持續(xù)時間的比值(mm/a)。這4個參數(shù)的值越大,表明構(gòu)造活動越強烈,斷層活動性越強。圖4為測線L4的平衡剖面恢復(fù)結(jié)果圖。

        圖3 瓊東南盆地7條大剖面不同時期的伸展量占總伸展量的百分比棒圖Fig. 3 The proportion bar graph of extension amount in different peri?ods to total extension amount of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

        率(v)速展伸率(r)和展重(R)、伸比量展伸總占量展量(ΔL)、伸展伸期時形變同in different deformation periods of Qiongdongnan Basin不面剖7條地盆南東瓊3 表Table 3 The amount of extension, the proportion of extension amount to total extension amount, extension rate and extension velocity of 7 key profiles面剖面R / %L4剖ΔL / m v / ( mm·a-1)面剖面r / %L3剖R / %ΔL / m v / ( mm·a-1)面剖面r / %L2剖R / %ΔL / m v / ( mm·a-1)面剖面r / %L1剖R / %ΔL / m形變形期時期/變時Ma 18.77 8 796.3 0.548 3.51 20.24 4 930.5 1.213 7.19 27.21 10 917.1 0.943 7.57 27.25 8 489.4 45~36 31.20 14 619.0 1.360 7.12 42.44 10 337.3 1.148 5.36 21.75 8 727.2 1.480 9.33 36.11 11 248.4 36~28.4 39.01 18 281.1 1.356 4.71 30.07 7 325.0 1.475 4.65 19.85 7 965.0 1.533 6.28 26.58 8 280.6 28.4~23 9.18 4 299.9 0.216 0.93 6.21 1 513.3 1.619 6.32 28.25 11 335.6 0.364 1.82 8.17 2 544.5 23~16 1.07 0.76 0 v / ( mm·a-1)0.680 502.8 358.3 0面剖面r / %5.34 0.036 0.005 0.016 R / %20.67 0.02 0.04 0.10 ΔL / m L7剖6 123.1 v / ( mm·a-1)0.24 0.66 0.13 1.164 59.1 159.8 31.8面剖面r / %6.44 0.21500 R / %L6剖22.30 0.52 0 0 ΔL / m 10 479.2 2.46 0 0 0.604 00 r / %4.35 v / ( mm·a-1)0.078 0.012 1 180.1 R / %0.046面剖面L5剖20.53 0.24 0.05 ΔL / m 0.12 5 435.4 0.55 1.10面剖面0.977 0.24 v / ( mm·a-1)76.1 342.4 170.3 L4剖r / %9.66 5.5~0 16~11.6 11.6~5.5形變形變期時期/時Ma 45~36 1.014 6.37 26.00 7 703.8 2.366 10.40 38.30 17 984.4 2.106 12.27 60.45 16 005.5 1.924 14.63 36~28.4 2.341 9.83 42.67 12 640.5 2.242 6.33 25.80 12 105.0 0.820 3.02 16.71 4 425.5 3.385 15.96 28.4~23 0.451 0 0 0 3 159.6 0 0 0 2.24 0 0 0 10.66 0 0 0 0.643 0.262 0.028 0.143 2.21 0.56 0.08 0.25 9.59 2.46 0.36 1.13 4 499.0 1 153.6 168.1 530.1 0.087 0 0 0 0.40 0 0 0 2.31 0 0 0 610.5 0 0 0 0.614 0.114 0.059 0 3.24 0.37 0.26 0 23~16 16~11.6 11.6~5.5 5.5~0

        圖4 瓊東南盆地L4剖面的平衡剖面恢復(fù)結(jié)果Fig. 4 Restoration results of the balanced profile L4 in Qiongdongnan Basin

        3 討 論

        這7 條骨干剖面盡管其原始長度不同,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

        45~36 Ma期間,L1—L7各剖面伸展量占總伸展量的比重、伸展率都較大,但伸展速率均不大,這說明這一時期盆地總體處于緩慢伸展?fàn)顟B(tài)。

        36~28.4 Ma 期間,各剖面伸展量占總伸展量的比重總體來說大于45~36 Ma 期間,位于東區(qū)的L4—L6 剖面伸展率均大于西區(qū),伸展速率也較45~36 Ma 時期有所增大。這說明36~28.4 Ma 期間構(gòu)造活動較上一時期強烈。

        28.4 ~23 Ma 期間,大多數(shù)剖面伸展量占總伸展量的比重較上一時期來說相對減小,伸展率也多不同程度地減小,但位于東西區(qū)之間的L4 剖面的R 和r 均達(dá)到最大值。總的來說,該時期地殼仍然較快速地伸展減薄,構(gòu)造活動較為強烈。

        23~16 Ma 期間,除了L2 剖面外,其他剖面地層伸展量占總伸展量的比重、伸展率和伸展速率較上一時期明顯減小,這說明盆地在該時期內(nèi)伸展變形開始明顯減弱,地層沉積不完全受斷層控制。

        16~11.6 Ma 期間,各剖面伸展量占總伸展量的比重、伸展率和伸展速率進(jìn)一步減小,說明該時期構(gòu)造活動非常微弱,伸展變形程度更低,地層沉積幾乎不受斷層控制。

        通過對比各剖面各階段伸展特征,并結(jié)合前人研究成果[7],認(rèn)為瓊東南盆地新生代以來的構(gòu)造活動在不同階段具有不同的特征[18-21]:斷陷階段(45~36 Ma,古新世—始新世),斷裂控制了盆地的沉降和沉積充填,南部隆起區(qū)凹陷的規(guī)模較??;拗-斷階段(36~23 Ma,漸新世),構(gòu)造沉降、地層沉積中心不沿主干斷裂分布,盆地處于一個持續(xù)伸展的過程,在36~28.4 Ma 期間出現(xiàn)一個伸展高峰期,伸展速率達(dá)到最大值,該時期斷層活動最強烈,為盆地的主要伸展階段;斷-拗階段(23~16 Ma,早中新世),在拗陷基礎(chǔ)上發(fā)生斷裂作用,拗陷作用占主導(dǎo),這一時期盆地伸展活動明顯減弱,盆地斷層活動性減弱,盆地大多數(shù)斷層不再活動;拗陷階段(16~0 Ma,中中新世—更新世),上新世(5.5 Ma)以來整個盆地的演化進(jìn)入了一個新的階段,與裂后緩慢的熱沉降不同,該時期盆地的沉降速率突然加快,特別是在跨過了陸架坡折進(jìn)入深水區(qū)之后,盆地的沉降速度明顯加快,形成的可容納空間增大,但由于物源因素的影響,盆地南部沉積地層較薄。

        基底性質(zhì)和先存斷裂是影響伸展作用差異性的重要原因,基底性質(zhì)的差異造成了盆地東、西部凹陷在古近紀(jì)階段的斷裂構(gòu)造形態(tài)差異明顯,而先存斷裂的位置及斷裂走向影響了裂陷盆地內(nèi)凹陷發(fā)育位置及平面展布方向,進(jìn)而導(dǎo)致伸展作用的不同[22]。

        3.2 區(qū)域性伸展差異

        從伸展速率圖(圖5)和伸展率直方圖(圖6)可知:45~23 Ma 期間是研究區(qū)的主要伸展變形時期,盆地不同區(qū)塊伸展變形存在明顯差異,即盆地東區(qū)的伸展率和伸展速率明顯大于西區(qū);在23~1.8 Ma期間,斷層活動較弱,伸展變形強度較小,L1 至L7各剖面的伸展率和伸展速率均較小,不同區(qū)域之間的差異不大。

        圖5 瓊東南盆地7條大剖面伸展速率圖Fig. 5 Extensional velocity graph of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

        圖6 瓊東南盆地7條大剖面伸展率直方圖Fig. 6 Histogram of extension rate of 7 key profiles in Qiongdongnan Basin

        4 結(jié) 論

        瓊東南盆地新生代以來一直處于一個持續(xù)伸展的過程,并于36~23 Ma 期間出現(xiàn)一個伸展高峰期,之后整體呈現(xiàn)伸展率和伸展速率都逐漸減小的趨勢。上新世(5.5 Ma)以來,整個盆地的演化進(jìn)入了一個新的階段,與裂后緩慢的熱沉降不同,該時期盆地的沉降速率突然加快,特別是在跨過陸架坡折進(jìn)入深水區(qū),盆地的沉降明顯加快,形成的可容納空間增大,但由于物源因素的影響,盆地南部沉積地層較薄。

        從瓊東南盆地7條骨干剖面不同時期的伸展速率和伸展率對比可知:在45~23 Ma期間研究區(qū)的主要伸展變形時期,盆地不同區(qū)塊伸展變形存在明顯差異,即盆地東區(qū)的伸展率和伸展速率明顯大于西區(qū);23 Ma 至現(xiàn)今,斷層活動較弱,伸展變形強度較小,伸展率和伸展速率都較小,不同區(qū)域之間的差異性不大。

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