南海地區中生代構造演化

0新生代南海監控南海是太平洋最大的海岸帶，面積約350.14公里。它位于太平洋構造區與特提斯構造區的交匯處，經歷了復雜的地質作用。中生代，今天的南海位置位于華南板塊、古中華地塊和印支地塊的交匯處。經過新世末開始的南海運動，南海中央海盆開始擴張。南沙地塊離開南沙地塊，開始向南移動，形成南亞熱帶板塊。研究認為,中生代時期禮樂地塊處于華南陸緣南緣處,同潮汕坳陷和臺西南盆地處相近.前人對南海北部陸緣處的中生代地層做了一定的研究工作[7,8,9,10,11,12,13],一般認為中生代地層主要為海相地層且分布于珠江口盆地的珠一坳陷、珠二坳陷、潮汕坳陷和東沙隆起以及澎湖北港隆起和臺西南盆地的大部分地區.對南海南部陸緣處的南沙地塊的研究[4,13,14,15,16,17]發現中生代地層亦有大面積分布.但是前人的研究沒有涉及到針對南北陸緣的中生代地層的綜合分析,亦較少涉及中生代地層所反映出的構造運動控制作用.因此,在前人研究的基礎上,本文將中生代地層分布特征較為明顯的珠江口盆地和南沙地塊聯系在一起進行分析和對比,并選取了穿越珠江口盆地東沙隆起中部—潮汕坳陷西部邊緣的地震剖面和南沙禮樂灘海區的地震剖面進行對比解釋(圖1和圖2).在此基礎上進一步探討了地層特征及地震剖面特征反映下的中生代大地構造格局.對進一步研究南海及圍區中生代巖相古地理特征、恢復構造格局演替過程、以及油氣資源地質等提供依據.1中生界的沉積特征姚伯初等利用1985年中美合作對南海調研中的雙船地震擴展排列剖面方法所獲得的地殼測深資料,得出珠江口盆地陸架地區地殼厚約26km,新生代沉積巖的地震速度為1.8～4.8km/s,厚約5km,下伏中生代的沉積巖地震速度為5.0～5.5km/s,厚度超過3.5km;東沙隆起處,中生代沉積層地震速度為5.3～5.6km/s,厚約3km.陸坡處中生代沉積層速度為4.9～5.3km/s,厚約3km.目前珠江口盆地的鉆井較多,根據已完成的鉆井資料分析(圖1),珠江口盆地北部和西部的惠州凹陷-恩平凹陷-陽江凹陷一帶新生界厚度多在3000～4000m之間;珠江口盆地東部和東南部的東沙隆起—潮汕坳陷的中生界界頂埋深較淺,其中東沙隆起西部中生界界頂埋深多在2400～2600m之間,東沙隆起的中部和東部及潮汕坳陷中生界界頂埋深最大為2000m左右.珠江口盆地南部坳陷帶的順德凹陷、開平凹陷、白云凹陷等新生界最大厚度分別為4750m、6500m和12000m,南部隆起帶的新生界最大厚度為7500m,南部坳陷帶和隆起帶尚缺乏鉆探對中生界的直接揭示.位于潮汕坳陷北坡處的LF35-1-1井較為完整的揭露了中侏羅統—上白堊統的巖石特征.本文根據該井,并結合珠江口盆地鄰區陸地上的中生界特征(表1),對海上中生界進行了系統的分析.LF35-1-1井鉆入中生代地層厚約1500m,中生代地層巖石類型主要有玄武巖、安山巖、流紋巖及凝灰巖等噴出巖,花崗巖、花崗閃長巖等侵入巖,內源碳酸鹽巖沉積、放射蟲硅質巖沉積、陸源碎屑沉積及沉凝灰巖沉積等沉積巖,通過對其所鉆遇的中生界分析,認為本區沉積環境經歷了盆地擴張下沉—深海沉積—火山噴發—陸相返回的一個完整的沉積旋回.郝滬軍等對過LF35-1-1井的地震剖面進行了分析認為地震反射層Tg是新生界底界,其下有紫層和紅層,Tg之下紫層之上為陸相河流-湖泊沉積環境,紫層之下地層主要為濱海沼澤—淺海—半深海—深海沉積環境,并確定出Tg—紫層時代為白堊紀(表2).南海南緣的南沙海區,通過對重磁資料的正演與反演處理等分析得出南沙中生代地層主要分布于禮樂灘、中業群礁、安渡灘、南薇灘及曾母暗沙等.在曾母暗沙—萬安灘西一帶陸架區及東部的禮樂灘—巴拉望一帶海區有一些鉆井和拖網取樣揭示出了中生代的巖相(表3).古生代二疊紀時,巴拉望西北陸架二疊系地層中、下部以早二疊世早期燧石、硅質碎屑巖、長石雜砂巖為主,上部為早二疊世晚期碳酸鹽巖.其中位于巴拉望西北陸架的卡德勞1井(CDL1)底部鉆遇晚二疊世灰巖,不整合地伏于侏羅系頁巖之下.中生代三疊紀時,從巴拉望島北部到卡拉棉群島為深海相,可見放射蟲燧石、中三疊世牙形石、晚三疊世有孔蟲等化石,禮樂灘西南緣的仁愛礁、美濟礁為深海相環境.過南薇盆地北部邊緣處的地震剖面的地震相的分析顯示含有厚2500～3000m的晚三疊—早侏羅世較深水的泥、頁巖地層.侏羅紀時,禮樂灘—卡拉棉群島—民都洛一帶廣泛發育淺海與三角洲相沉積環境,楊靜等根據在民都洛島發現的中、下侏羅統砂巖和泥巖含菊石、珊瑚及少量孢粉判斷其為濱淺海相沉積環境,根據在巴拉望地區發現的中、上侏羅統的硅質巖判斷其為深海相沉積環境.白堊紀時,禮樂盆地、北巴拉望盆地為淺海-內淺海沉積環境,禮樂灘處的Sampaguita-1井(1976年阿莫科—菲律賓石油公司在禮樂灘上鉆探,井深4123.9m,揭露了下白堊統碎屑巖基底及完整的新生代沉積)揭示的下白堊統砂質頁巖、粉砂巖、巨礫等巖相亦表明了內淺海相的沉積環境.Sales等通過對ReedBank-A1和Sampaguita-1等井巖性分析認為中生代地層中主要含有濱淺海碎屑巖、沉積巖含煤線及紅色凝灰質火山巖.通過對中生代地層特征、巖相古地理環境的對比分析,可得出:中生代中晚期,自華南板塊陸緣處向南至禮樂地塊的沉積環境呈現出自北向南水深逐漸加深的環境.對LF35-1-1井揭示的放射蟲硅質巖夾紋層狀泥巖和基性噴出巖沉積組合的分析,認為其反映了中生代晚侏羅世時的深海—島弧環境,早白堊世開始該井揭示的沉積環境轉變為陸相,短時間內的驟變應與強烈的構造活動相關,推測為受到板塊的俯沖碰撞作用的影響而產生的強烈抬升.在此基礎上,根據巖性的判斷,可以基本勾勒出研究區內中生代晚侏羅世時期的巖相古地理特征,自北向南為:陸相沉積環境的華南板塊南緣(弧后區)、火山島弧相的東沙隆起(巖漿內弧)及潮汕坳陷(弧前盆地)、深海相的俯沖海溝帶、海相沉積環境的禮樂陸塊.2逆沖推覆構造的構造屬性選取了走向為北東—南北向穿越珠江口盆地東沙隆起中部—潮汕坳陷西側邊緣處的97301地震測線(圖3、4)和過禮樂灘西側的走向為南北—南東向的07ns-6地震測線(圖5、6),結合圖1中的ZZ07、ZZZ15、ZZ14-1、91ec2534、和圖2中的94n-2-1、99n-4、07ns-3、L2等多條相交地震測線,進行分析對比.南海北部97301測線顯示:受到中生代到新生代之間的構造運動的影響,中生代地層與上覆地層呈角度不整合接觸.根據測線所經過的LF33-1-1井資料來對本剖面進行約束,再通過與測線北端相交的ZZZ15測線、與測線南端相交的97304測線、ZZ07測線及91ec2534測線進行區域上的層位追蹤(圖1和圖3),在綜合分析區域地質資料和前人對地震剖面的解釋成果以及對各條測線的界面追蹤基礎上,對97301測線進行了系統的地層—構造解釋,確定出Tg界面和重要的構造樣式.本測線中Tg界頂埋深呈現出由北部向中間逐漸變淺,然后向南部逐漸加深的特點.測線的北部地段中生代地層產狀一般表現為傾斜和褶皺的特征,地層近北端處傾角較小,由北向南地層傾角逐漸變大,同相軸連續性較差、中低頻率、中低振幅,中生界內部反射較為雜亂,反映出中生代時期沉積環境為海陸交互相—濱海相沉積環境.測線的南段A—B處中生代地層界頂埋深起伏較大,受新生代南海擴張活動的改造呈現出一系列半地塹構造,地層傾向為正北向或正南向,地層傾角較大,中低振幅、頻率較低、同相軸連續性較好、具明顯的平行—亞平行層狀反射結構,推測其沉積環境為穩定的海相沉積環境,受后來中生代晚期擠壓構造活動影響呈現出明顯的褶皺構造,近A端處可見寬緩的背斜褶皺,中間部位可見到明顯的褶皺—沖斷構造,表明地層形成后受到過來自其南面的強烈擠壓作用力的影響(圖3和圖4),且越接近南段B處地層產狀越雜亂,褶皺被斷裂肢解強烈和存在巖體侵入.姚伯初等根據對過潮汕坳陷LF35-1-1井的地震剖面解釋(位置見圖1,ab)亦發現此區東面鄰區早白堊世時期在擠壓應力作用下所產生的逆沖推覆構造.由地層從北段的寬緩褶皺、向南變為南段的越靠近雙峰—筆架海山一線褶皺沖斷越強烈這一變形規律可推斷,向北的擠壓構造動力主要來自南部的俯沖碰撞作用,該俯沖碰撞帶的中軸位置大致位于現今的雙峰—筆架海山一線.中生代地層因隆起抬升遭受剝蝕,與上覆新生代地層呈角度不整合接觸,現今所見的中生界呈現出殘留盆地的特征.吳招才等通過對南海北部磁異常特征分析得出晚中生代古俯沖縫合帶位于潮汕坳陷的南面,與本文對拼貼縫合帶位置的推斷大致相當.在南海南部,筆者利用前人已做過詳細地層解釋的、且與最新采集的07ns-6測線(圖2)中段相交的99n-4測線,在07ns-6測線上進行Tg界面的追蹤,繼而通過與07ns-6測線相交的07ns-3測線,同時整理了07ns-3測線所經過的ReedBank-A1井資料和前人對94n-2-1測線及L2測線的解釋成果,追蹤Tg界面,以了解中生界在區域上的分布特征,在此基礎上對07ns-6測線的C—D段進行了詳細的地層—構造解釋,以Tg為界,Tg之下為中生界,Tg之上為新生界,二者沿Tg呈角度不整合接觸(圖2、圖5和圖6).07ns-6測線北段為南北走向,此段恰好沿著近南北向的中南轉換斷層延伸,中生界界頂埋深較淺,地層存在較為明顯的褶皺變形,地層內部反射特征較為混亂,中低頻、同相軸連續性較差,存在巖體侵入,基底斷裂發育較多且呈斷層面向南傾斜的多米諾骨牌式排列,估計受該轉換斷層內部走滑—拉分作用的影響.07ns-6測線C—D段為北西—南東走向,中生界界頂埋深從北西方向至南東方向逐漸加深,地震剖面顯示亦存在巖體侵入,中生代地層受強烈水平擠壓作用影響發生了強烈褶皺變形,褶皺北翼在褶皺活動后期發生明顯的向南逆沖推覆,形成強烈的褶皺—沖斷構造,褶皺—沖斷體系的底部存在明顯的近水平的略呈波狀起伏的層滑推覆面(圖5和圖6).再往東南為07ns-6測線南段,走向仍為北西—南東,存在巖體侵入,Tg之上發育廣泛的海相地層沉積,Tg之下中生界在剖面上顯示層次較為清晰,Tg界頂埋深自西北向東南方向逐漸加深,中生界擠壓褶皺變形幅度逐漸減弱.通過對南海南、北陸緣處的地震測線解釋、分析和對比發現,中生代地層受構造活動影響變形明顯,發育有明顯的褶皺—沖斷構造.在南海北部陸緣處表現為近海盆處地層變形強烈,越往北接近陸地處地層變形變得較弱,在地震剖面中顯示出由南向北的逆沖推覆;在南海南部陸緣禮樂地塊中表現為由北向南逆沖推覆.根據中生代巖相古地理特征分析總結出來的中生代“溝—弧—盆體系”格局,可以進一步探討出,中生代中、晚期禮樂地塊向華南板塊的南緣俯沖碰撞,造成了古俯沖帶“溝—弧—盆體系”格局的形成,推測東沙隆起處為當時的火山弧,南側潮汕坳陷一線為當時的弧前盆地的位置,珠一坳陷處為弧后盆地位置.而褶皺—沖斷構造的發育則表明了在中生代晚期古俯沖帶的消減完畢,開始了禮樂陸塊與華南大陸之間的陸—陸碰撞造山階段的構造活動,而根據在地震剖面上識別出的褶皺—沖斷的前鋒帶及對中生代地層變形破裂程度的判斷,可以大致推測出陸—陸碰撞拼貼縫合帶大概位于當今珠江口盆地南部隆起帶及其南部的雙峰盆地、筆架盆地附近.3晚白堊世至晚白堊世之交—構造演化的探討中生代早中期,華南板塊南緣及禮樂地塊均為海相沉積環境(圖7(a)),二者之間為印支期未曾消減完的古特提斯殘留洋盆——“古禮樂北海盆”.1,2自中生代中侏羅世燕山運動之始,南沙—禮樂地塊受控于其南面的古南海近南北向擴張力的推動而向北漂移.南沙—禮樂地塊北面的古禮樂北海底向北俯沖于華南板塊南緣之下(圖7(b)),俯沖帶大致位于潮汕凹陷—珠二凹陷一帶南側約150km的距離內,相當于現今雙峰海山與筆架海山的連線附近,可稱為“古雙峰—筆架俯沖海溝帶”.華南板塊南緣因俯沖而被擠壓抬升并發育海陸交互相的沉積環境.禮樂地塊則發育了淺海相沉積環境.在俯沖擠壓作用下,華南板塊南緣處的中生代地層發生了變形且越接近俯沖帶處地層變形越明顯.俯沖作用大致于早白堊世的晚燕山運動末期結束,禮樂地塊拼貼于華南大陸南側,二者之間在古南海持續的向北推擠力的作用下開始發生碰撞造山運動(圖7(c)).隨著古南海擴張的進行,禮樂地塊和華南板塊的地層受碰撞影響變形越來越大,最終造成了兩個地塊靠近碰撞帶處的褶皺地層發生沖斷并分別向南、向北發生逆沖推覆作用(圖3和圖5),形成碰撞造山帶特有的對稱式的反向對沖的褶皺—沖斷構造體系.因此,我們推斷,燕山期在禮樂地塊北緣曾形成過碰撞造山帶,其當時的中軸位置估計在現今的雙峰海山—筆架海山一線的附近,稱為“古雙峰—筆架造山帶”.造山期的褶皺—沖斷而隆起成陸的造山帶地層及俯沖—碰撞造山帶深部巖石圈山根的形成,使造山帶的巖石圈變厚.進入晚白堊世以后,因風化剝蝕,造山帶上地殼不斷減薄;同時,深部巖石圈山根及原俯沖的板片,受地幔熱蝕和重力下拉力作用而發生拆離、沉陷作用,沉陷到下伏熱地幔中,周圍的熱地幔物質乘隙上侵到山根和俯沖板片的原來位置,進而造成上部地殼進一步隆升并發生伸展構造作用,巖石圈強烈減薄,造山帶開始塌陷(圖7(d)),為現代南海的擴張運動逐步拉開了序幕.新生代時期,禮樂地塊隨之從華南陸緣裂離出來,并隨現代南海海底的擴張而向南漂移到現今位置.殘留在南海南北陸緣之上的中生代地層被新生代沉積層所覆蓋.4