南海地区中生代构造演化

南海地区中生代构造演化

0新生代南海监控南海是太平洋最大的海岸带，面积约350.14公里。它位于太平洋构造区与特提斯构造区的交汇处，经历了复杂的地质作用。中生代，今天的南海位置位于华南板块、古中华地块和印支地块的交汇处。经过新世末开始的南海运动，南海中央海盆开始扩张。南沙地块离开南沙地块，开始向南移动，形成南亚热带板块。研究认为,中生代时期礼乐地块处于华南陆缘南缘处,同潮汕坳陷和台西南盆地处相近.前人对南海北部陆缘处的中生代地层做了一定的研究工作[7,8,9,10,11,12,13],一般认为中生代地层主要为海相地层且分布于珠江口盆地的珠一坳陷、珠二坳陷、潮汕坳陷和东沙隆起以及澎湖北港隆起和台西南盆地的大部分地区.对南海南部陆缘处的南沙地块的研究[4,13,14,15,16,17]发现中生代地层亦有大面积分布.但是前人的研究没有涉及到针对南北陆缘的中生代地层的综合分析,亦较少涉及中生代地层所反映出的构造运动控制作用.因此,在前人研究的基础上,本文将中生代地层分布特征较为明显的珠江口盆地和南沙地块联系在一起进行分析和对比,并选取了穿越珠江口盆地东沙隆起中部—潮汕坳陷西部边缘的地震剖面和南沙礼乐滩海区的地震剖面进行对比解释(图1和图2).在此基础上进一步探讨了地层特征及地震剖面特征反映下的中生代大地构造格局.对进一步研究南海及围区中生代岩相古地理特征、恢复构造格局演替过程、以及油气资源地质等提供依据.1中生界的沉积特征姚伯初等利用1985年中美合作对南海调研中的双船地震扩展排列剖面方法所获得的地壳测深资料,得出珠江口盆地陆架地区地壳厚约26km,新生代沉积岩的地震速度为1.8～4.8km/s,厚约5km,下伏中生代的沉积岩地震速度为5.0～5.5km/s,厚度超过3.5km;东沙隆起处,中生代沉积层地震速度为5.3～5.6km/s,厚约3km.陆坡处中生代沉积层速度为4.9～5.3km/s,厚约3km.目前珠江口盆地的钻井较多,根据已完成的钻井资料分析(图1),珠江口盆地北部和西部的惠州凹陷-恩平凹陷-阳江凹陷一带新生界厚度多在3000～4000m之间;珠江口盆地东部和东南部的东沙隆起—潮汕坳陷的中生界界顶埋深较浅,其中东沙隆起西部中生界界顶埋深多在2400～2600m之间,东沙隆起的中部和东部及潮汕坳陷中生界界顶埋深最大为2000m左右.珠江口盆地南部坳陷带的顺德凹陷、开平凹陷、白云凹陷等新生界最大厚度分别为4750m、6500m和12000m,南部隆起带的新生界最大厚度为7500m,南部坳陷带和隆起带尚缺乏钻探对中生界的直接揭示.位于潮汕坳陷北坡处的LF35-1-1井较为完整的揭露了中侏罗统—上白垩统的岩石特征.本文根据该井,并结合珠江口盆地邻区陆地上的中生界特征(表1),对海上中生界进行了系统的分析.LF35-1-1井钻入中生代地层厚约1500m,中生代地层岩石类型主要有玄武岩、安山岩、流纹岩及凝灰岩等喷出岩,花岗岩、花岗闪长岩等侵入岩,内源碳酸盐岩沉积、放射虫硅质岩沉积、陆源碎屑沉积及沉凝灰岩沉积等沉积岩,通过对其所钻遇的中生界分析,认为本区沉积环境经历了盆地扩张下沉—深海沉积—火山喷发—陆相返回的一个完整的沉积旋回.郝沪军等对过LF35-1-1井的地震剖面进行了分析认为地震反射层Tg是新生界底界,其下有紫层和红层,Tg之下紫层之上为陆相河流-湖泊沉积环境,紫层之下地层主要为滨海沼泽—浅海—半深海—深海沉积环境,并确定出Tg—紫层时代为白垩纪(表2).南海南缘的南沙海区,通过对重磁资料的正演与反演处理等分析得出南沙中生代地层主要分布于礼乐滩、中业群礁、安渡滩、南薇滩及曾母暗沙等.在曾母暗沙—万安滩西一带陆架区及东部的礼乐滩—巴拉望一带海区有一些钻井和拖网取样揭示出了中生代的岩相(表3).古生代二叠纪时,巴拉望西北陆架二叠系地层中、下部以早二叠世早期燧石、硅质碎屑岩、长石杂砂岩为主,上部为早二叠世晚期碳酸盐岩.其中位于巴拉望西北陆架的卡德劳1井(CDL1)底部钻遇晚二叠世灰岩,不整合地伏于侏罗系页岩之下.中生代三叠纪时,从巴拉望岛北部到卡拉棉群岛为深海相,可见放射虫燧石、中三叠世牙形石、晚三叠世有孔虫等化石,礼乐滩西南缘的仁爱礁、美济礁为深海相环境.过南薇盆地北部边缘处的地震剖面的地震相的分析显示含有厚2500～3000m的晚三叠—早侏罗世较深水的泥、页岩地层.侏罗纪时,礼乐滩—卡拉棉群岛—民都洛一带广泛发育浅海与三角洲相沉积环境,杨静等根据在民都洛岛发现的中、下侏罗统砂岩和泥岩含菊石、珊瑚及少量孢粉判断其为滨浅海相沉积环境,根据在巴拉望地区发现的中、上侏罗统的硅质岩判断其为深海相沉积环境.白垩纪时,礼乐盆地、北巴拉望盆地为浅海-内浅海沉积环境,礼乐滩处的Sampaguita-1井(1976年阿莫科—菲律宾石油公司在礼乐滩上钻探,井深4123.9m,揭露了下白垩统碎屑岩基底及完整的新生代沉积)揭示的下白垩统砂质页岩、粉砂岩、巨砾等岩相亦表明了内浅海相的沉积环境.Sales等通过对ReedBank-A1和Sampaguita-1等井岩性分析认为中生代地层中主要含有滨浅海碎屑岩、沉积岩含煤线及红色凝灰质火山岩.通过对中生代地层特征、岩相古地理环境的对比分析,可得出:中生代中晚期,自华南板块陆缘处向南至礼乐地块的沉积环境呈现出自北向南水深逐渐加深的环境.对LF35-1-1井揭示的放射虫硅质岩夹纹层状泥岩和基性喷出岩沉积组合的分析,认为其反映了中生代晚侏罗世时的深海—岛弧环境,早白垩世开始该井揭示的沉积环境转变为陆相,短时间内的骤变应与强烈的构造活动相关,推测为受到板块的俯冲碰撞作用的影响而产生的强烈抬升.在此基础上,根据岩性的判断,可以基本勾勒出研究区内中生代晚侏罗世时期的岩相古地理特征,自北向南为:陆相沉积环境的华南板块南缘(弧后区)、火山岛弧相的东沙隆起(岩浆内弧)及潮汕坳陷(弧前盆地)、深海相的俯冲海沟带、海相沉积环境的礼乐陆块.2逆冲推覆构造的构造属性选取了走向为北东—南北向穿越珠江口盆地东沙隆起中部—潮汕坳陷西侧边缘处的97301地震测线(图3、4)和过礼乐滩西侧的走向为南北—南东向的07ns-6地震测线(图5、6),结合图1中的ZZ07、ZZZ15、ZZ14-1、91ec2534、和图2中的94n-2-1、99n-4、07ns-3、L2等多条相交地震测线,进行分析对比.南海北部97301测线显示:受到中生代到新生代之间的构造运动的影响,中生代地层与上覆地层呈角度不整合接触.根据测线所经过的LF33-1-1井资料来对本剖面进行约束,再通过与测线北端相交的ZZZ15测线、与测线南端相交的97304测线、ZZ07测线及91ec2534测线进行区域上的层位追踪(图1和图3),在综合分析区域地质资料和前人对地震剖面的解释成果以及对各条测线的界面追踪基础上,对97301测线进行了系统的地层—构造解释,确定出Tg界面和重要的构造样式.本测线中Tg界顶埋深呈现出由北部向中间逐渐变浅,然后向南部逐渐加深的特点.测线的北部地段中生代地层产状一般表现为倾斜和褶皱的特征,地层近北端处倾角较小,由北向南地层倾角逐渐变大,同相轴连续性较差、中低频率、中低振幅,中生界内部反射较为杂乱,反映出中生代时期沉积环境为海陆交互相—滨海相沉积环境.测线的南段A—B处中生代地层界顶埋深起伏较大,受新生代南海扩张活动的改造呈现出一系列半地堑构造,地层倾向为正北向或正南向,地层倾角较大,中低振幅、频率较低、同相轴连续性较好、具明显的平行—亚平行层状反射结构,推测其沉积环境为稳定的海相沉积环境,受后来中生代晚期挤压构造活动影响呈现出明显的褶皱构造,近A端处可见宽缓的背斜褶皱,中间部位可见到明显的褶皱—冲断构造,表明地层形成后受到过来自其南面的强烈挤压作用力的影响(图3和图4),且越接近南段B处地层产状越杂乱,褶皱被断裂肢解强烈和存在岩体侵入.姚伯初等根据对过潮汕坳陷LF35-1-1井的地震剖面解释(位置见图1,ab)亦发现此区东面邻区早白垩世时期在挤压应力作用下所产生的逆冲推覆构造.由地层从北段的宽缓褶皱、向南变为南段的越靠近双峰—笔架海山一线褶皱冲断越强烈这一变形规律可推断,向北的挤压构造动力主要来自南部的俯冲碰撞作用,该俯冲碰撞带的中轴位置大致位于现今的双峰—笔架海山一线.中生代地层因隆起抬升遭受剥蚀,与上覆新生代地层呈角度不整合接触,现今所见的中生界呈现出残留盆地的特征.吴招才等通过对南海北部磁异常特征分析得出晚中生代古俯冲缝合带位于潮汕坳陷的南面,与本文对拼贴缝合带位置的推断大致相当.在南海南部,笔者利用前人已做过详细地层解释的、且与最新采集的07ns-6测线(图2)中段相交的99n-4测线,在07ns-6测线上进行Tg界面的追踪,继而通过与07ns-6测线相交的07ns-3测线,同时整理了07ns-3测线所经过的ReedBank-A1井资料和前人对94n-2-1测线及L2测线的解释成果,追踪Tg界面,以了解中生界在区域上的分布特征,在此基础上对07ns-6测线的C—D段进行了详细的地层—构造解释,以Tg为界,Tg之下为中生界,Tg之上为新生界,二者沿Tg呈角度不整合接触(图2、图5和图6).07ns-6测线北段为南北走向,此段恰好沿着近南北向的中南转换断层延伸,中生界界顶埋深较浅,地层存在较为明显的褶皱变形,地层内部反射特征较为混乱,中低频、同相轴连续性较差,存在岩体侵入,基底断裂发育较多且呈断层面向南倾斜的多米诺骨牌式排列,估计受该转换断层内部走滑—拉分作用的影响.07ns-6测线C—D段为北西—南东走向,中生界界顶埋深从北西方向至南东方向逐渐加深,地震剖面显示亦存在岩体侵入,中生代地层受强烈水平挤压作用影响发生了强烈褶皱变形,褶皱北翼在褶皱活动后期发生明显的向南逆冲推覆,形成强烈的褶皱—冲断构造,褶皱—冲断体系的底部存在明显的近水平的略呈波状起伏的层滑推覆面(图5和图6).再往东南为07ns-6测线南段,走向仍为北西—南东,存在岩体侵入,Tg之上发育广泛的海相地层沉积,Tg之下中生界在剖面上显示层次较为清晰,Tg界顶埋深自西北向东南方向逐渐加深,中生界挤压褶皱变形幅度逐渐减弱.通过对南海南、北陆缘处的地震测线解释、分析和对比发现,中生代地层受构造活动影响变形明显,发育有明显的褶皱—冲断构造.在南海北部陆缘处表现为近海盆处地层变形强烈,越往北接近陆地处地层变形变得较弱,在地震剖面中显示出由南向北的逆冲推覆;在南海南部陆缘礼乐地块中表现为由北向南逆冲推覆.根据中生代岩相古地理特征分析总结出来的中生代“沟—弧—盆体系”格局,可以进一步探讨出,中生代中、晚期礼乐地块向华南板块的南缘俯冲碰撞,造成了古俯冲带“沟—弧—盆体系”格局的形成,推测东沙隆起处为当时的火山弧,南侧潮汕坳陷一线为当时的弧前盆地的位置,珠一坳陷处为弧后盆地位置.而褶皱—冲断构造的发育则表明了在中生代晚期古俯冲带的消减完毕,开始了礼乐陆块与华南大陆之间的陆—陆碰撞造山阶段的构造活动,而根据在地震剖面上识别出的褶皱—冲断的前锋带及对中生代地层变形破裂程度的判断,可以大致推测出陆—陆碰撞拼贴缝合带大概位于当今珠江口盆地南部隆起带及其南部的双峰盆地、笔架盆地附近.3晚白垩世至晚白垩世之交—构造演化的探讨中生代早中期,华南板块南缘及礼乐地块均为海相沉积环境(图7(a)),二者之间为印支期未曾消减完的古特提斯残留洋盆——“古礼乐北海盆”.1,2自中生代中侏罗世燕山运动之始,南沙—礼乐地块受控于其南面的古南海近南北向扩张力的推动而向北漂移.南沙—礼乐地块北面的古礼乐北海底向北俯冲于华南板块南缘之下(图7(b)),俯冲带大致位于潮汕凹陷—珠二凹陷一带南侧约150km的距离内,相当于现今双峰海山与笔架海山的连线附近,可称为“古双峰—笔架俯冲海沟带”.华南板块南缘因俯冲而被挤压抬升并发育海陆交互相的沉积环境.礼乐地块则发育了浅海相沉积环境.在俯冲挤压作用下,华南板块南缘处的中生代地层发生了变形且越接近俯冲带处地层变形越明显.俯冲作用大致于早白垩世的晚燕山运动末期结束,礼乐地块拼贴于华南大陆南侧,二者之间在古南海持续的向北推挤力的作用下开始发生碰撞造山运动(图7(c)).随着古南海扩张的进行,礼乐地块和华南板块的地层受碰撞影响变形越来越大,最终造成了两个地块靠近碰撞带处的褶皱地层发生冲断并分别向南、向北发生逆冲推覆作用(图3和图5),形成碰撞造山带特有的对称式的反向对冲的褶皱—冲断构造体系.因此,我们推断,燕山期在礼乐地块北缘曾形成过碰撞造山带,其当时的中轴位置估计在现今的双峰海山—笔架海山一线的附近,称为“古双峰—笔架造山带”.造山期的褶皱—冲断而隆起成陆的造山带地层及俯冲—碰撞造山带深部岩石圈山根的形成,使造山带的岩石圈变厚.进入晚白垩世以后,因风化剥蚀,造山带上地壳不断减薄;同时,深部岩石圈山根及原俯冲的板片,受地幔热蚀和重力下拉力作用而发生拆离、沉陷作用,沉陷到下伏热地幔中,周围的热地幔物质乘隙上侵到山根和俯冲板片的原来位置,进而造成上部地壳进一步隆升并发生伸展构造作用,岩石圈强烈减薄,造山带开始塌陷(图7(d)),为现代南海的扩张运动逐步拉开了序幕.新生代时期,礼乐地块随之从华南陆缘裂离出来,并随现代南海海底的扩张而向南漂移到现今位置.残留在南海南北陆缘之上的中生代地层被新生代沉积层所覆盖.4