珠江口盆地北部斷裂構(gòu)造特征對比及其地質(zhì)學(xué)意義

珠江口盆地北部斷裂構(gòu)造特征對比及其地質(zhì)學(xué)意義摘要：斷裂控制了珠江口盆地南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局,同時與油氣運(yùn)移和油氣藏的形成分布關(guān)系密切.以2010年珠江口盆地北部的反射地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),同時收集了鄰區(qū)的反射地震資料,對珠江口盆地的北部斷階帶、北部坳陷帶和中央隆起帶的內(nèi)部及其邊界斷裂構(gòu)造特征進(jìn)行對比研究.結(jié)果表明,北部斷階帶主要發(fā)育傾向SE的板式斷層;北部坳陷帶內(nèi)斷裂構(gòu)造最為發(fā)育,斷裂組合有半地塹、地壘、窄地塹等樣式;中央隆起帶內(nèi)廣泛發(fā)育傾向NW的反向鏟式斷層.珠江口盆地北部在斷陷階段斷層的活動速率最高,拗陷階段次之,熱沉降階段最低,各地質(zhì)單元內(nèi)斷裂構(gòu)造特征的差異與珠江口盆地經(jīng)歷的多幕拉張以及塊體的差異性升降有關(guān).關(guān)鍵詞：珠江口盆地北部

斷裂構(gòu)造

斷層活動速率

板式斷層

引言珠江口盆地是南海北部大陸架和陸坡上的一個大型新生代為主的沉積盆地，位于華南正常型陸殼至減薄型陸殼這一特殊的區(qū)域構(gòu)造位置，自新生代以來經(jīng)歷了多幕拉伸，記錄了從陸緣裂解到海底擴(kuò)張等階段的豐富信息.珠江口盆地的北部位于南海北部陸架淺水區(qū)，主要由北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶等三個構(gòu)造單元所構(gòu)成(陳長民等，2003).北部斷階帶以濱海斷裂帶為北界，與萬山隆起區(qū)相鄰，濱海斷裂帶是華南地塊與南海地塊的構(gòu)造邊界；北部坳陷帶自東向西主要由韓江凹陷、海豐凸起、陸豐凹陷、惠陸低凸起、惠州凹陷、西惠低凸起、西江凹陷、恩西低凸起、恩平凹陷等地質(zhì)單元組成；中央隆起帶自東向西主要由東沙隆起、番禺低隆起和神狐—暗沙隆起所構(gòu)成.受多期構(gòu)造運(yùn)動的影響，盆地具有典型的“下斷上坳”的雙層構(gòu)造特征(龔再升和李思田，2004)，經(jīng)歷了從陸相—海陸過渡相—海相的沉積演變過程(朱偉林等，2008).其中，北部坳陷帶和中央隆起帶的油氣資源豐富，目前已開發(fā)了20多個油氣田，約占中海油在南海北部開采量的66%以上，且石油年產(chǎn)量自1996年以來一直保持在千萬立方米以上(何家雄等，2008，2012)，是我國近海油氣勘探的主要領(lǐng)域之一(萬志峰等，2010；朱偉林等，2012).油氣的運(yùn)移、聚集和成藏與斷裂構(gòu)造的關(guān)系極為密切，珠江口盆地北部主要發(fā)育NEE向和NW向兩組斷裂(圖1)，其中NEE向斷裂在南海張裂演化期間表現(xiàn)為張性正斷層性質(zhì)，并兼有右行走滑特征，在區(qū)內(nèi)廣為發(fā)育；NW向斷裂在新構(gòu)造運(yùn)動期間表現(xiàn)出較強(qiáng)的活動性，多為蓋層至地殼斷裂，由于其新生性往往截切錯斷NEE向斷裂，致使在南北分帶的構(gòu)造格架下增添東西分塊的復(fù)合形態(tài)，向盆地內(nèi)部斷裂活動性逐漸減弱(丁原章，2004)，通常為盆地內(nèi)部凹陷級構(gòu)造單元的分界.前人對珠江口盆地北部的斷裂構(gòu)造和油氣地質(zhì)進(jìn)行了大量的研究工作(陳漢宗等，2005；宗奕等，2012；于水明等，2012；薛成等，2012)，但很少從各地質(zhì)單元的內(nèi)部及其邊界斷裂構(gòu)造特征角度進(jìn)行對比研究.本文以2010年穿越珠江口盆地北部的反射地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并通過收集鄰區(qū)的地震反射資料，對該盆地北部的北部斷階帶、北部坳陷帶和中央隆起帶的內(nèi)部及其邊界斷裂構(gòu)造型式、斷裂活動強(qiáng)度進(jìn)行對比研究，為珠江口盆地的形成演化和區(qū)域油氣資源的勘探開發(fā)提供依據(jù).圖1

珠江口盆地區(qū)域構(gòu)造簡圖(斷裂據(jù)丁原章，2004和Zhu

etal.,2012修改)

1.盆地邊界；2.坳陷邊界；3.凹陷邊界；4.斷裂/推測斷裂；5.濱海斷裂帶；6.坳陷；F1：一統(tǒng)暗沙斷裂；F2：恩平東斷裂；F3：北衛(wèi)灘斷裂Fig.1

TectonicunitsofPearlRiverMouthBasin(Faultsarerevisedafterreference

Ding

etal，2004

and

Zhu

etal.,2012)

1.BasinBoundary;2.DepressionBoundary;3.SagBoundary;4.Fault/SupposedFault;5.LittoralFaultZone;F1:Yitong-AnshaFault;F2:EastEnpingFault;F3:BeiweitanFault1珠江口盆地發(fā)育歷史珠江口盆地新生代構(gòu)造演化主要受太平洋和菲律賓海板塊俯沖擠壓、印支地塊與歐亞板塊碰撞和南海擴(kuò)張等三大主控因素的影響和制約(龔曉峰等，2012)，經(jīng)歷了晚白堊紀(jì)—早漸新世的多幕拉伸斷陷階段、晚漸新世—中中新世的拗陷階段以及晚中新世至今的斷塊升降及區(qū)域熱沉降階段等三大構(gòu)造演化階段(王福國等，2008；崔莎莎等，2009；呂寶鳳等，2012)，主要包括神狐運(yùn)動、珠瓊運(yùn)動一幕、二幕、南海運(yùn)動、東沙運(yùn)動等五次構(gòu)造運(yùn)動(陳長民等，2003)(表1).表1

珠江口盆地新生代構(gòu)造演化序列和地層格架(構(gòu)造運(yùn)動和不整合面據(jù)崔莎莎等，2009、

何家雄等，2012修改和Zhu

etal.,2012修改，地層年齡據(jù)Cohen

etal.,2013)Table1

StratigraphicframeandtectonicevolutionsequenceintheCenozoicofPearlRiverMouthBasin(TectonicmovementsandunconformitysurfacesarerevisedafterreferencesCui

etal.,2009，

He

etal.,2012，

and

Zhu

etal.,2012，

andthestratigraphicageaccordingto

Cohen

etal.,2013)神狐運(yùn)動始于晚白堊世末，受太平洋板塊俯沖后撤及印度與歐亞板塊碰撞的共同影響，區(qū)內(nèi)應(yīng)力場性質(zhì)由擠壓變?yōu)槔瓘垼偈鼓虾１辈筷懢壍那靶律薨櫥装l(fā)生張裂(何家雄等，2012)，形成了NE向的斷裂和斷陷，充填了上白堊統(tǒng)—古新統(tǒng)的淺水湖泊和火山巖相沉積，在反射地震剖面上表現(xiàn)為Tg區(qū)域性不整合面，構(gòu)成了珠江口盆地的新生代基底，神狐運(yùn)動揭開了南海北部陸緣新生代伸展裂陷的序幕.珠瓊運(yùn)動一幕開始于早始新世，受太平洋板塊對歐亞板塊俯沖由NNW-NWW的轉(zhuǎn)向和俯沖角度加大的影響(夏斌等，2004)，南海北部陸緣伸展減薄強(qiáng)烈，珠江口盆地發(fā)生抬升和剝蝕，先期形成的NE向斷陷進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)大，形成了斷隆相間的構(gòu)造格局(崔莎莎等，2009；蔡周榮等，2010)，沉積充填了始新統(tǒng)中深湖相文昌組烴源巖，在地震剖面上表現(xiàn)為T9地區(qū)性不整合面，是盆地在新生代的第二幕伸展裂陷期.珠瓊運(yùn)動二幕發(fā)生在中始新世末—早漸新世，太平洋板塊繼續(xù)對華南地塊NWW向俯沖，在區(qū)內(nèi)形成NNW向的張裂應(yīng)力場，珠江口盆地形成近SN向張裂作用，裂陷由NE向轉(zhuǎn)變?yōu)镋W向，并形成了一組近EW向斷裂(崔莎莎等，2009)，在裂陷內(nèi)沉積了淺湖—沼澤相的恩平組烴源巖，在反射地震剖面上表現(xiàn)為T8區(qū)域性不整合面，是珠江口盆地第三幕伸展裂陷期，也是盆地在斷陷階段最重要的構(gòu)造運(yùn)動.南海運(yùn)動發(fā)生在晚漸新世至早中新世期間，受印度—?dú)W亞板塊碰撞的影響，深部地幔物質(zhì)向SE和SEE方向流動(姚伯初，1993)，華南陸緣巖石圈進(jìn)一步拉伸減薄，并產(chǎn)生了一系列NEE—EW向張性斷裂，珠江口盆地由斷陷階段轉(zhuǎn)為拗陷階段，期間沉積了珠海組和珠江組兩個重要的油氣產(chǎn)層，在反射地震剖面上表現(xiàn)為T6區(qū)域性不整合面.東沙運(yùn)動發(fā)生在中中新世末，由于菲律賓海板塊向NW方向逆時針旋轉(zhuǎn)碰撞亞洲大陸，在華南陸緣形成壓扭應(yīng)力場，產(chǎn)生了一系列NW向走滑斷裂，錯斷早期形成的NE向和NEE向斷裂，在珠江口盆地南北分帶的基礎(chǔ)上疊加了東西分塊的構(gòu)造格局，在地震反射界面相當(dāng)于T2地區(qū)性不整合面(姚伯初，1993；崔莎莎等，2009).東沙運(yùn)動是一次局部性構(gòu)造運(yùn)動，對珠江口盆地的影響由東向西逐漸減弱，早期油氣藏在這一構(gòu)造運(yùn)動中被調(diào)整改造，NW向斷裂成為油氣運(yùn)移的重要通道.東沙運(yùn)動至今，珠江口盆地進(jìn)入相對穩(wěn)定的區(qū)域熱沉降階段，沉積了巨厚的泥巖層，構(gòu)成了盆地中良好的蓋層(苗順德等，2010).2數(shù)據(jù)來源與處理本文數(shù)據(jù)來自2010年珠江口外海陸聯(lián)合深地震探測中的多道反射地震測線mcs2010-1(曹敬賀等，2012)，經(jīng)頻率濾波、速度分析、動校正、共深度點(diǎn)疊加和震相偏移等處理后(Zhu

etal.,2012)，得到沿測線的反射地震剖面，同時收集了鄰近海域的反射地震測線1530(趙中賢等，2010)、PR26(Wu

etal.,2009)、A-B(孫珍等，2005)、E-E’(何廉生和陳邦彥，1987)等，開展盆地北部各地質(zhì)單元的內(nèi)部及其邊界斷層的對比研究(圖2).然后根據(jù)由鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換后的1530剖面(趙中賢等，2010)，研究北部斷階帶、北部坳陷帶和中央隆起帶在斷陷階段(Tg-T6)、拗陷階段(T6-T2)和熱沉降階段(T2-T0)三個不同時期的斷層活動速率.圖2

研究區(qū)測線分布圖

圖中mcs2010-1為本文處理的反射地震剖面，Line1530、Line26、LineA-B和LineE-E分別據(jù)趙中賢等，2010、Wu

etal.,2009、孫珍等，2005和何廉生和陳邦彥，1987修改.LF：陸豐凹陷；HL:惠陸低凸起；HZ:惠州凹陷；XH：西惠低凸起；XJ：西江凹陷；EX：恩西凹陷；EP：恩平凹陷；DS：東沙隆起；PY：番禺低隆起.Fig.2

Reflectionprofilesdistributionintheresearcharea

Theprofilemcs2010-1isthereflectionseismicsectionweprocessed，Line1530，Line26，LineA-BandLineE-E’areaccordingtoreferences

Zhao

etal.,2010，Wu

etal.,2009，Sun

etal.,2005

and

HeandChen，1987，respectively.LF:LufengSag;HL:HuiluLowUplift;HZ:HuizhouSag;XH:XihuiLowUplift;XJ:XijiangSag;EX:EnxiLowUplift;EP:EnpingSag;DS:DongshaUplift;PY:PanyuLowUplift.3斷裂構(gòu)造特征對比3.1斷裂構(gòu)造的形態(tài)和組合特征北部斷階帶在空間上具有分帶特征，根據(jù)帶內(nèi)斷裂的構(gòu)造型式和發(fā)育程度，可將北部斷階帶細(xì)分為斷層不發(fā)育帶、板式斷層帶和鏟式斷層邊界過渡帶(圖3).板式斷層帶構(gòu)成了北部斷階帶的主體，帶內(nèi)主要發(fā)育傾向SE的板式斷層，斷層傾角較大，由北向南斷距有逐漸增大的趨勢.在反射地震剖面上一般表現(xiàn)為斷至基底的正斷層，在帶內(nèi)組合呈正向階梯式斷層的構(gòu)造型式，斷層與地層的傾向相同，是南海北部陸緣在斷陷階段三次伸展張裂的產(chǎn)物，控制了斷階帶內(nèi)沉積物的分布.在斷階帶的北部斷裂構(gòu)造不發(fā)育，與萬山隆起區(qū)之間以濱海斷裂帶為界，濱海斷裂帶主體傾向SE，由一系列切穿基底的高角度正斷層組成，斷裂帶內(nèi)沉積物突然增厚，是華南地塊與南海地塊的分界斷裂帶.在北部斷階帶的南緣主要發(fā)育鏟式斷層，斷面的傾角上部較陡，向下逐漸變緩呈鏟狀，構(gòu)成了北部斷階帶與北部坳陷帶的邊界.圖3

北部斷階帶內(nèi)反射地震剖面

圖b為本文處理的反射地震剖面，圖a、c、d分別據(jù)趙中賢等，2010、何廉生和陳邦彥，1987和Wu

etal.,2009修改.黑色實線表示斷層，彩色實線表示地層界面，綠色虛線表示地質(zhì)單元的邊界，黑色箭頭表示斷層的運(yùn)動方向.Fig.3

ReflectionseismicprofilesintheNorthernFaultTerraceZone

Fig.bistheprofilethisarticleprocessed，andfigurea，c，darerespectivelyrevisedafterZhaoetal.，2010，HeandChen，1987

and

Wu

etal.,2009.Theblacksolidlinesrepresentthefaults，thecolorsolidlinesindicatethestratum，thegreendashedlinesrepresentboundaryofgeologicalunits，theblackarrowsindicatethemotionoffaults.北部坳陷帶內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，在坳陷帶的邊緣以鏟式斷層作為與兩側(cè)隆起帶的邊界.帶內(nèi)主要發(fā)育鏟式斷層、板式斷層，斷層組合有半地塹、地壘、窄地塹等多種構(gòu)造型式(圖4).半地塹構(gòu)造型式主要存在于坳陷帶內(nèi)凹陷級構(gòu)造單元中，由一條或多條同傾斜的斷層所約束，在反射地震剖面上呈箕狀(圖4a).坳陷帶內(nèi)各凹陷中的控凹斷裂也不相同，其中惠州凹陷以板式斷層為控凹斷裂，而西江凹陷和恩平凹陷則以鏟式斷層作為控凹斷裂，在凹陷的內(nèi)部板式斷層則較為發(fā)育.地壘構(gòu)造主要分布在相鄰凹陷間的凸起中，例如西惠低凸起和恩西低凸起.窄地塹由相向的斷裂所控制，在剖面上斷裂向深部趨于相交，主要體現(xiàn)在西江凹陷中(圖4b).圖4

北部坳陷帶內(nèi)反射地震剖面，相關(guān)說明同圖3Fig.4

ReflectionseismicprofilesintheNorthernDepressionZone(Similarillustrationas

Fig.3)中央隆起帶以鏟式斷層作為與北部坳陷帶和南部坳陷帶的分界，而其內(nèi)部根據(jù)斷裂構(gòu)造型式可以劃分為隆坳過渡帶、反向鏟式斷層帶(圖5).隆坳過渡帶作為隆起單元與坳陷單元的轉(zhuǎn)換帶，常以窄地塹、半地塹等斷層組合型式存在(圖5a、5c).反向鏟式斷層帶主要發(fā)育傾向NW、近平行展布的鏟式斷層，在剖面上組合成單斷半地塹的構(gòu)造型式.其中，斷層具有反向正斷層的性質(zhì)，斷面的傾向與地層的傾向相反，上升盤地層沉積厚度較薄，而下降盤地層的沉積相對較厚，控制斷層內(nèi)沉積層的分布，而上升盤地層往往是構(gòu)成油氣圈閉的有利場所.按活動時期的長短，反向鏟式斷層可以分為早期斷層和長期斷層，早期斷層在盆地發(fā)育的斷陷階段(Tg-T6)較為活躍，受控于此時期的多幕拉張.圖5

中央隆起帶反射地震剖面，相關(guān)說明同圖3Fig.5

ReflectionseismicprofilesintheCentralUpliftZone(Similarillustrationas

Fig.3)3.2斷層活動速率斷層活動速率可以定量描述斷層的活動特征，是指某一地層單元在一定時期內(nèi)，因斷裂活動形成的落差與相應(yīng)沉積時間的比值(宗奕等，2012)，即Vf=(Hu-Hd)/T，其中，Vf為斷層活動速率；T為沉積時間；Hu為斷層上盤地層厚度；Hd為斷層下降盤地層厚度.本文選取橫穿北部斷階帶、北部坳陷帶和中央隆起帶的1530測線，在時深轉(zhuǎn)換后的剖面上選取1