吳 哲 張麗麗 朱偉林 邵 磊 楊學(xué)奇

1 中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 5180542 同濟(jì)大學(xué) 海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092

南海是西太平洋最大的邊緣海，總面積約350×104km2，處在特提斯和環(huán)太平洋兩大超級(jí)匯聚帶交匯處，受歐亞、印度—澳大利亞和太平洋三大板塊相互作用的影響，不僅是地質(zhì)科學(xué)研究的理想場所，而且蘊(yùn)藏豐富的油氣資源(朱偉林等，2010)。

中生代末/新生代初期南海北部經(jīng)歷了從主動(dòng)大陸邊緣到被動(dòng)大陸邊緣的轉(zhuǎn)換過程，記錄了大陸張裂、破裂、海底擴(kuò)張過程的地質(zhì)信息(龔再升和李思田，2004；李家彪，2005；Lietal.， 2007；黃奇瑜等，2012；Xuetal.， 2016；邵磊等，2019；Cuietal.， 2021)。由于南海北部白堊系—漸新統(tǒng)下部埋藏深、鉆探揭示少、地震資料品質(zhì)差，研究程度相對(duì)較低，許多地質(zhì)問題存在較大爭議，包括晚中生代構(gòu)造格局及沉積特征、從主動(dòng)向被動(dòng)陸緣轉(zhuǎn)換發(fā)生的時(shí)間及動(dòng)力學(xué)機(jī)制、新生代的張裂過程和沉積響應(yīng)等(Taylor and Hayes, 1983; Hall，2002；姚伯初等，2004；周蒂等，2005；Shi and Li，2012；于興河等，2016； Cuietal.， 2021)。因此，對(duì)南海北部白堊紀(jì)—漸新世早期的沉積特征及裂陷過程進(jìn)行研究，不僅有助于理解南海海底擴(kuò)張前的 “古南海”歷史，還可以確定華南板塊東南緣從主動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)為被動(dòng)大陸邊緣的時(shí)間及沉積響應(yīng)。基于近年來鉆井、地震資料以及區(qū)域巖相研究等最新成果，對(duì)南海北部白堊紀(jì)—漸新世早期的沉積特征及裂陷過程開展整體研究： (1)通過地層和主要不整合面的發(fā)育特征揭示盆地構(gòu)造-地層之間的關(guān)系；(2)通過古生物組合、單井相、地震沉積學(xué)分析，開展沉積體系類型和展布特征的研究，理清南海北部裂陷過程的沉積特征；(3)探討沉積環(huán)境演變及構(gòu)造控制因素。

1 地質(zhì)背景

南海北部發(fā)育的主要盆地有瓊東南盆地、珠江口盆地(圖 1)，面積分別約為4.5×104km2和17.5×104km2，都以NE走向?yàn)橹鳌－倴|南盆地北鄰海南島，南部以西沙群島與中建南盆地相隔，西界為1號(hào)斷裂帶，東側(cè)以神弧隆起與珠江口盆地相連接。珠江口盆地北依華南大陸，南臨南海洋盆，西靠海南島，東鄰澎湖列島，包含珠一坳陷、珠二坳陷、珠三坳陷以及潮汕坳陷。在白堊紀(jì)—始新世，南海尚未打開形成，現(xiàn)今位于南海南部的南沙和禮樂—巴拉望等塊體還未與南海北部分離，其地質(zhì)記錄對(duì)南海北部的研究同樣至關(guān)重要。

圖 1 南海北部珠江口盆地—瓊東南盆地構(gòu)造劃分及典型地震剖面位置Fig.1 Tectonic division of Pearl River Mouth Basin and Qiongdongnan Basin of the northern South China Sea and location of typical seismic profiles

2 構(gòu)造-地層關(guān)系

基于鉆井地層分析，并結(jié)合橫穿盆地的地震—地質(zhì)解釋剖面分析(圖 2，圖 3)，南海北部晚白堊世—漸新世早期形成的主要不整合面有Tg、T80(37～40Ma)和T70(30～32Ma)。沉積地層在2個(gè)盆地中的發(fā)育既有共性，彼此間也存在著差異性，發(fā)育時(shí)間有早、晚的差別，發(fā)育范圍存在廣泛和局限之分。珠江口盆地新生代基底以中生代中酸性巖漿巖(以花崗巖為主，還有安山巖、流紋巖和凝灰?guī)r等)為主，存在部分陸相沉積巖；瓊東南盆地則鉆遇中生代巖漿巖(花崗巖、閃長巖和英安流紋巖等)和大量侏羅—白堊紀(jì)變質(zhì)沉積巖。

a—珠江口盆地；b—瓊東南盆地圖 2 南海北部白堊系—漸新統(tǒng)上部綜合圖(白堊系據(jù)邵磊等，2007；有修改)Fig.2 Stratigraphic correlation of the Cretaceous-Upper Oligocene in the Northern South China Sea(partially modified from Shao et al.， 2007)

圖 3 橫穿南海北部地震—地質(zhì)解釋剖面(測線位置見圖1)Fig.3 Representative interpreted seismic profiles crossing the northern South China Sea(profile location seen Fig.1)

一般認(rèn)為，Tg界面對(duì)應(yīng)神狐運(yùn)動(dòng)，開始接受古新世沉積，代表南海北部初始張裂的開始。該界面在南海北部發(fā)育時(shí)間并不一致，在珠江口盆地發(fā)育于65Ma左右，瓊東南盆地為56～40Ma。目前僅在珠三坳陷及北部灣盆地鉆遇神狐組，主要由火山巖或火山碎屑巖組成，分布范圍十分狹小，明顯受地形控制。因此，筆者認(rèn)為神狐組極有可能是古新世隆升山脈中山間盆地的殘余沉積。

T80界面對(duì)應(yīng)中始新世末所發(fā)生的珠瓊運(yùn)動(dòng)二幕，在瓊東南盆地不能被很好地連續(xù)追蹤和識(shí)別，只在部分凹陷的深部位置存在，在珠江口盆地是各凹陷內(nèi)部都存在的區(qū)域性不整合面，而在臺(tái)西南盆地的地震剖面解釋中很難被識(shí)別，大多數(shù)區(qū)域與T70相重合。文昌組和嶺頭組差異性地分布于盆地的深凹位置。珠江口盆地多口井鉆遇文昌組，可見文昌組廣泛分布于珠江口盆地的各個(gè)凹陷，巖性以灰色泥巖為主，夾少量灰色砂巖。瓊東南盆地鉆井揭示的嶺頭組為深灰色泥巖夾暗綠色凝灰?guī)r，局部含粉砂和砂質(zhì)，結(jié)合地震剖面反射特征，認(rèn)為嶺頭組只局限分布于部分凹陷的深部位置，表現(xiàn)為中振幅雜亂前積反射特征，為山間盆地堆積的產(chǎn)物。

T70界面是一個(gè)區(qū)域性的構(gòu)造變動(dòng)界面，地震剖面上具有強(qiáng)振幅高連續(xù)反射特征，界面之下有明顯的頂超、削截現(xiàn)象，在瓊東南盆地和珠江口盆地陸坡位置該界面之上斷裂對(duì)地層還有一定的控制作用，而在珠江口盆地陸架區(qū)域該界面之上為典型的熱沉降披覆式沉積。恩平組和崖城組是在珠江口盆地與瓊東南盆地廣泛分布的一套含煤地層，恩平組下部為砂巖、含礫砂巖夾泥巖，上部為泥巖與薄層砂巖互層；崖城組下部多是灰白色砂巖與深灰色泥巖的不等厚互層，中部以深灰色厚層泥巖為主，上部灰白色砂礫巖與深灰色泥巖互層，夾煤層和碳質(zhì)泥巖。

3 沉積環(huán)境特征

基于古生物證據(jù)、單井相和地震沉積學(xué)研究資料，分析南海北部白堊紀(jì)—漸新世早期的沉積體系展布情況。

白堊紀(jì)—古新世： 最新研究資料表明，白堊系在南海北部廣泛分布，在不同地區(qū)沉積特征存在明顯差異。南海北部東側(cè)的潮汕坳陷發(fā)育下白堊統(tǒng)海陸過渡相夾火山碎屑巖相沉積，上白堊統(tǒng)潟湖相沉積，南側(cè)巴拉望從北向南則發(fā)育從潮坪相、淺海相及深海濁積巖相沉積，反映海水從北向南逐步加深的過程(Zhangetal.， 2019，2020)。在南海北部西側(cè)普遍發(fā)育白堊紀(jì)淺海相砂泥巖沉積，巖石均發(fā)生了淺變質(zhì)作用(Zhuetal.， 2021)。同時(shí)在南海北部始新—漸新世地層中，經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)再搬運(yùn)的白堊紀(jì)化石，也反映出白堊系在南海北部發(fā)育的廣泛性。相對(duì)而言，古新統(tǒng)在南海北部的分布極為有限，僅在珠三坳陷有證據(jù)確鑿的古新統(tǒng)發(fā)育，主要為紅色火山碎屑巖沉積，極有可能為山間盆地堆積的產(chǎn)物。

始新世早-中期： 珠江口盆地文昌組以湖泊相為特征，大規(guī)模發(fā)育濱淺湖相沉積，凹陷中部發(fā)育了中深湖相沉積，凹陷邊緣發(fā)育扇三角洲沉積(朱偉林和米立軍，2010)。瓊東南盆地嶺頭組分布十分有限，僅在個(gè)別凹陷有少量分布(圖 4)，應(yīng)該為山間盆地堆積的產(chǎn)物，但并未有探井鉆遇到該套地層。

始新世晚期—漸新世早期： 白云凹陷東側(cè)開始出現(xiàn)海相礦物海綠石、海相溝鞭藻以及有孔蟲和超微化石，顯示海相沉積開始發(fā)育，以濱淺海相為主，凹陷中部發(fā)育濁積扇(圖 4)。特別需要指出的是，該時(shí)期在白云凹陷西部發(fā)育大型河流三角洲及三角洲平原，沉積了大套厚層砂巖，發(fā)育多套煤層，為昆鶯瓊古河流初始發(fā)育的結(jié)果(Shaoetal.， 2019；邵磊等 2019)。珠江口盆地珠一、珠三坳陷該時(shí)期湖泊整體變廣變淺，珠三坳陷廣泛分布河沼相和濱淺湖相沉積(朱偉林和米立軍，2010)。瓊東南盆地在漸新世早期較晚時(shí)間進(jìn)入海相沉積環(huán)境，以濱淺海相為主。南海大洋鉆探IODP1435站鉆遇的上始新統(tǒng)屬于濱淺海相沉積(Shaoetal.， 2017)。

a—始新世早-中期；b—始新世晚期—漸新世早期圖 4 南海北部古近系沉積體系分布Fig.4 Sedimentary system distribution of the Paleogene in northern South China Sea

4 構(gòu)造演變

沉積產(chǎn)物是構(gòu)造演化過程的直接記錄，依據(jù)主要不整合界面特征，結(jié)合熱年代學(xué)分析成果，可將南海盆地白堊紀(jì)—漸新世分為5期： 白堊紀(jì)、古新世、始新世早-中期、始新世晚期—漸新世早期、漸新世晚期(圖 5)。

圖 5 南海海域盆地白堊紀(jì)—漸新世的構(gòu)造古地理重建Fig.5 Tectono-palaeogeography of the Cretaceous to Oligocene in South China Sea

4.1 白堊紀(jì)： 安第斯型大陸邊緣“弧—盆”體系發(fā)育期

南海北部及其圍區(qū)處于古太平洋板片NW向俯沖作用控制下的安第斯型大陸邊緣(Lietal.， 2007，2012；Xuetal.， 2016；李三忠等，2018；Cuietal.， 2021)，巖漿活動(dòng)終止時(shí)間在90～85Ma之間(Cuietal.， 2021；Zhuetal.， 2021)。其中，華南陸上為板內(nèi)伸展區(qū)，珠江口盆地主體、西沙、南沙以及現(xiàn)今印支半島東南部區(qū)域組成陸緣巖漿弧，在巖漿弧之前的潮汕坳陷、禮樂—巴拉望地區(qū)為弧前盆地(圖 5-a)。白堊紀(jì)的海相環(huán)境在南海北部呈東北—西南向展布，沉積環(huán)境從西北向東南為海陸過渡相—濱海相—淺海相—半深海相，如華南陸上以三水盆地為代表，發(fā)育了百足山組和白鶴洞組的火山—湖泊相沉積(廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988)，潮汕坳陷LF35-1-1井揭示下白堊統(tǒng)屬于海陸過渡相沉積(邵磊等，2007)，臺(tái)西南盆地CIT-1、CJA-1、DP21和CFC-10等多口井也揭示為海陸過渡相沉積，禮樂灘的A-1、Sampaguita-1井均鉆遇下白堊統(tǒng)內(nèi)陸架濱淺海相沉積(Schlüteretal.， 1996)，東北巴拉望發(fā)育深海到半深海放射蟲硅質(zhì)巖、濁積頁巖和砂巖，增生雜巖發(fā)育(Aurelioetal.， 2012)。在南沙地塊南側(cè)的婆羅洲則發(fā)育包括枕狀玄武巖之內(nèi)的蛇綠巖套堆積，是古南海洋殼向南俯沖增生的產(chǎn)物。

4.2 古新世(65～56Ma)： 山間盆地發(fā)育期

由于古太平洋板塊的俯沖后撤，古新世在南海北部隆升山脈內(nèi)開始零星發(fā)育一些NE-NEE向小型山間盆地(圖 5-b)，現(xiàn)在揭示的神狐組僅分布在珠三坳陷，為一些小規(guī)模的火山碎屑沉積；北部灣盆地在烏石凹陷、邁陳凹陷發(fā)育古新統(tǒng)長流組沉積，多為近源、紅色沖積扇—河流相粗碎屑；珠江口盆地珠一坳陷多口鉆井揭示到的古新統(tǒng)神狐組沉積，采用碎屑鋯石定年分析發(fā)現(xiàn)，其包含了大量45～38Ma年齡的碎屑鋯石。因此，古新統(tǒng)在珠一坳陷及白云凹陷是否存在尚有待研究；南沙地區(qū)仍處于隆升剝蝕狀態(tài)，其南側(cè)的婆羅洲北部發(fā)育深海相濁積巖。

4.3 始新世早-中期(56～40Ma)： 裂陷活動(dòng)期

始新世早-中期是南海地區(qū)發(fā)生大規(guī)模大陸張裂的時(shí)期，形成大陸裂谷型盆地，“被動(dòng)”裂陷是主要的遠(yuǎn)場應(yīng)力構(gòu)造過程，整個(gè)巖石圈范圍內(nèi)發(fā)生均勻伸展減薄，與中國東部該時(shí)期內(nèi)的大規(guī)模裂陷作用相統(tǒng)一，奠定了現(xiàn)今盆地的基本輪廓(圖 5-c)，但是各個(gè)盆地的裂陷強(qiáng)度與沉積相特征存在著差異，裂陷強(qiáng)度從東向西變小，裂陷時(shí)間由老變新。東部臺(tái)西南盆地最早發(fā)生裂陷，該時(shí)期處于海相沉積環(huán)境，珠江口盆地接受廣泛的湖泊相沉積，西部瓊東南盆地只在局部凹陷存在少量沉積，顯示整體地形從東向西逐步抬高，在地形條件上有利于東西向古河流的發(fā)育。

4.4 始新世晚期—漸新世早期(40-32Ma)： 應(yīng)力體制轉(zhuǎn)變、復(fù)雜的陸緣破裂期

南海地區(qū)應(yīng)力體制發(fā)生轉(zhuǎn)變，如珠江口盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)特征反映出受近SN向拉張應(yīng)力場作用。從始新世晚期開始，南海自東向西，發(fā)生“三階段式”的陸緣破裂、海底擴(kuò)張過程，早期的陸緣破裂發(fā)生在南海東北部潮臺(tái)地區(qū)與禮樂—巴拉望塊體結(jié)合的弧前盆地增生楔薄弱帶(圖 5-d)，禮樂—巴拉望塊體通過轉(zhuǎn)換斷層向東南方向漂移，南海北部初次受到海侵作用的影響，海侵范圍主要集中在臺(tái)西南盆地和白云凹陷中東部地區(qū)，瓊東南盆地在漸新世早期較晚時(shí)間才開始受到海侵作用的影響，珠一坳陷及珠三坳陷均為陸相湖泊—河流相沉積(張浩等2015)。該時(shí)期也是南海北部東西向昆鶯瓊古河流發(fā)育活動(dòng)昌盛的時(shí)期，為瓊東南盆地東側(cè)及白云凹陷西側(cè)輸送了大量砂泥質(zhì)沉積，由于該古河流流經(jīng)板塊拼合帶，流域內(nèi)發(fā)育大量由基性、超基性巖組成的洋殼物質(zhì)，使沉積物中稀土元素Eu含量呈明顯的正異常，并且從西向東Eu元素含量的正異常強(qiáng)度逐步減弱，顯示在古河流搬運(yùn)過程中其他物源的混入(Shaoetal.， 2019)。

4.5 晚漸新世(32-23Ma)： 東部海盆穩(wěn)定擴(kuò)張期

南海進(jìn)入東部海盆南北向的穩(wěn)定擴(kuò)張時(shí)期，禮樂—巴拉望塊體逐漸漂移至現(xiàn)今位置(Briaisetal.， 1993)(圖 5-e)，由于遠(yuǎn)離陸源碎屑物的補(bǔ)給，在北巴拉望開始發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地—圣保羅灰?guī)r沉積，反映出巴拉望地塊成為大洋中孤立隆起的特征。南海北部全面受海侵作用影響，珠一坳陷處于大型河流三角洲發(fā)育的海岸平原相環(huán)境。南海西部鶯歌海盆地已與南海北部聯(lián)系在一起，白云凹陷受昆鶯瓊古河和古珠江雙物源影響(邵磊等，2019)。臺(tái)西南盆地為淺海相環(huán)境，主要發(fā)育頁巖，含薄層灰?guī)r。

5 構(gòu)造轉(zhuǎn)換的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

南海北部晚侏羅世—白堊紀(jì)在構(gòu)造位置上處于俯沖形成的“弧—盆”體系中，主要由陸緣火山弧及弧前盆地2部分組成，在古新世仍處于隆升剝蝕為主的狀態(tài)，造成古新統(tǒng)普遍缺失，到始新世開始進(jìn)入裂陷階段，伴有較多的火山活動(dòng)(圖 6)。有關(guān)這個(gè)過程的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，前人做了許多探討，并提出了多種動(dòng)力學(xué)模式，包括古太平洋俯沖帶后撤(Lietal.， 2007，2012；Shi and Li，2012；周蒂和孫珍，2017)、古太平洋俯沖板片拆離(Clementsetal.， 2011)、造山帶的巖石圈拆沉—拉伸滑塌(鄒和平，2001)以及轉(zhuǎn)換斷層產(chǎn)生的走滑作用效應(yīng)(Yangetal.， 2012)等等(圖 6-a，6-b)。白堊紀(jì)末，古太平洋俯沖板片的拆離(俯沖角度變陡或俯沖速度降低)都可能引起俯沖板片的后撤，產(chǎn)生一種動(dòng)力均衡作用，使南海北部、西部以及巽他地區(qū)發(fā)生普遍的撓曲回彈效應(yīng)，原來的動(dòng)力地形低位發(fā)生抬升剝蝕，南海海域這樣的區(qū)域性隆升剝蝕作用有從北向南變強(qiáng)的趨勢，造成古新統(tǒng)普遍缺失的現(xiàn)象，美濟(jì)礁NK-1井揭示上漸新統(tǒng)直接覆蓋在三疊系巖漿巖之上(Weietal.， 2021)，是這種強(qiáng)烈隆升剝蝕作用的直接體現(xiàn)。隨著俯沖板片后撤作用的進(jìn)一步發(fā)展，中國東部大陸內(nèi)原來中生代的左行壓扭應(yīng)力體制轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚袕埮?，形成一系列走滑拉分盆?朱夏，1986)。在南海則形成一系列近東西向由早期斷陷到晚期大型拆離作用控制的沉積盆地(Renetal.， 2018；Zhaoetal.， 2018；Sunetal.， 2019)。

圖 6 南海盆地白堊紀(jì)—漸新世早期沉積環(huán)境及構(gòu)造控制示意圖(據(jù) Wu et al.， 2016，有修改)Fig.6 A conceptual model showing the Cretaceous to Oligocene tectonic and depositional evolution in the South China Sea(modified from Wu et al.， 2016)

南海擴(kuò)張拉開的部位處于中生代末板塊俯沖的弧前增生楔(潮汕/巴拉望均有混雜堆積產(chǎn)出)到大陸弧(瓊東南盆地)位置(Caoetal.， 2020；Cuietal.， 2021)。因此，南海是陸緣擴(kuò)張形成(Huangetal.， 2019)。

6 結(jié)論

1)南海北部新生代不整合界面Tg、T80、T70在不同地區(qū)存在差別，南海東北部Tg界面之下基底為中生代海相沉積地層，而其他區(qū)域以巖漿巖、變質(zhì)巖為主；始新世早-中期，瓊東南盆地只在部分凹陷深部發(fā)育了小規(guī)模沉積，白云凹陷以大規(guī)模發(fā)育的湖泊相為特征，而臺(tái)西南盆地接受了淺海相沉積；始新世晚期—漸新世早期，白云凹陷受到海侵作用的影響，以海岸平原相和濱淺海相為主，瓊東南盆地在漸新世早期較晚時(shí)間開始發(fā)生海侵。源自南海西側(cè)的昆鶯瓊古河流始新世晚期開始發(fā)育，為白云凹陷輸送了大量沉積物，形成大型三角洲沉積。

2)從“活動(dòng)論”角度重建南海北部白堊紀(jì)—漸新世早期構(gòu)造-古地理特征，劃分為5個(gè)階段： 白堊紀(jì)安第斯型大陸邊緣 “弧—盆”體系發(fā)育期；古新世山間盆地發(fā)育期；始新世早-中期裂陷活動(dòng)期；始新世晚期—漸新世早期復(fù)雜的陸緣破裂期；漸新世晚期南海東部海盆穩(wěn)定擴(kuò)張期。

3)南海北部由主動(dòng)邊緣進(jìn)入被動(dòng)陸緣是多重因素影響下的復(fù)合模式，南海海域盆地初始裂陷過程具有從北向南、從東向西變新的特征。南海北部始新世早-中期和始新世晚期—漸新世早期形成2期不同的原型盆地，前者是與俯沖帶后撤有關(guān)的 “被動(dòng)裂陷”，后者為多重因素控制下的“主動(dòng)裂陷”，并且2個(gè)階段所反映出的海相沉積特征存在明顯差別。

4)南海是陸緣擴(kuò)張的產(chǎn)物，擴(kuò)張位置與古太平洋板塊與歐亞大陸板塊俯沖拼合帶基本一致，在南海東部從弧前盆地增生楔部位拉開，在南海西側(cè)則斜穿入大陸邊緣火山巖帶中。