惠格格, 李志剛, 王偉濤, 胡立天, 梁 浩, 張逸鵬,李冠華, 閆永剛, 孫 闖, 張培震

南海北部陸架斷裂系統(tǒng)特征及其對南海打開的啟示意義

惠格格1, 2, 李志剛1, 2, 王偉濤1, 2, 胡立天1, 2, 梁 浩1, 2, 張逸鵬1, 2,李冠華3, 閆永剛1, 2, 孫 闖1, 2, 張培震1, 2

(1. 中山大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東省地球動力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室, 廣東 珠海 519082; 2. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(珠海), 廣東 珠海 519082; 3. 汕頭大學(xué) 理學(xué)院, 廣東 汕頭 515063)

南海作為西太平洋最大的邊緣海之一, 處于太平洋、歐亞以及印?澳三大板塊的俯沖匯聚作用之下, 具有復(fù)雜的形成機制和演化歷史。白堊紀(jì)初期, 受太平洋板塊俯沖后撤的影響, 南海北部和南部陸緣發(fā)育一系列 NE-NEE向張性剪切巖石圈斷層, 漸新世以來斷裂大多繼承先存斷裂繼續(xù)活動。中新世晚期, 菲律賓海板塊向西持續(xù)俯沖, 在南海北部陸緣出現(xiàn)大量的近EW-NEE向張性正斷層和NWW-NW向剪性基底斷裂。兩期斷裂在平面上相互交切, 代表了不同時間板塊間的相互作用, 但這些斷裂在垂向上經(jīng)歷了何種構(gòu)造活動, 如何控制南海北部盆地群的沉積分布, 與周圍板塊的運動方式有何聯(lián)系, 這些問題仍未得到系統(tǒng)解答。最重要的是, 這些斷裂系統(tǒng)的形成過程對南海海盆的打開方式有何啟示意義是一個值得深入探討的問題。本文針對南海北部陸緣發(fā)育的NE-NEE向、NW向和E-W向斷裂系統(tǒng),選取NE-NEE向、NW向斷裂系統(tǒng)最發(fā)育的珠江口沉積盆地, 利用重磁異常、沉積地層和地震反射剖面資料, 系統(tǒng)分析斷裂結(jié)構(gòu)特征及活動歷史。結(jié)果表明, 南海北部陸緣一系列NEE向的斷裂帶(如濱海斷裂帶), 很可能為珠江口盆地內(nèi)部控坳主控斷層, 且斷裂活動經(jīng)歷了早期低角度滑脫, 第二期高角度正斷及第三期右旋走滑, 三期活動分別對應(yīng)南海陸緣地區(qū)裂陷階段、裂后坳陷階段和斷塊活動三大構(gòu)造階段, 反映了南海周邊板塊俯沖匯聚速率和方向改變過程中該組斷裂在南海打開的重要作用。

重磁異常; 南海北部陸緣; 斷裂系統(tǒng); 濱海斷裂; 板塊俯沖匯聚

0 引 言

南海位于西太平洋和特提斯兩大動力體系域聯(lián)合作用區(qū), 受印度?歐亞?澳大利亞多板塊俯沖匯聚作用的影響, 南海各盆地普遍經(jīng)歷了多階段構(gòu)造體制與熱體制的變化。晚白堊世?古新世, 太平洋板塊由早期向歐亞大陸低角度俯沖逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦呓嵌雀_, 使得東亞大陸邊緣由擠壓逐漸向伸展轉(zhuǎn)化, 地殼結(jié)構(gòu)逐漸伸展、垮塌、變薄, 在華南陸緣產(chǎn)生初始裂解(李武顯和周新民, 1999)。始新世晚期, 印度?歐亞板塊碰撞及太平洋俯沖后撤, 歐亞板塊下地幔巖石圈向東南方向蠕散進(jìn)一步加速了南海北部陸緣的裂解過程, 出現(xiàn)大規(guī)模拉伸斷裂和斷陷活動。漸新世?中新世, 古南海以北出現(xiàn)新的擴張中心, 古南海逐漸消失, 形成了現(xiàn)今的南海中央洋盆和洋殼(林鶴鳴和郝滬軍, 2002; 郝天珧等, 2009; 魯寶亮等, 2011; 程世秀等, 2012)。南海海盆擴張帶來地殼運動第一個表現(xiàn)是強烈的水平方向變化, 分別在盆地南側(cè)和北側(cè)形成一系列NE-NEE向擠壓剪切巖石圈斷層。同時, 盆地周圍發(fā)育不同性質(zhì)的陸緣斷陷盆地, 從西向東依次為北部灣盆地、瓊東南盆地、珠江口盆地和臺西南盆地, 現(xiàn)統(tǒng)稱為“南海北部盆地群”(李三忠等, 2012)。新生代以來, 這些盆地不同程度地經(jīng)歷了神狐、南海、東沙等多期次構(gòu)造運動。地震剖面顯示, 早期形成的NE-NEE向右行基底走滑斷裂呈花狀構(gòu)造, 繼承了華南大陸邊緣白堊紀(jì)?始新世早期壓剪性的斷裂特征, 多數(shù)控制了盆地古近系(主力生烴層)的沉積分布(劉以宣等, 1993; 李三忠等, 2012; 王霄飛等, 2014; 王鵬程等, 2017)。平面上這些斷裂幾乎呈等間距分布, 廣泛發(fā)育在北部陸坡地區(qū); 縱向上斷裂則切割巖石圈, 控制了南海北部陸緣盆地群的形成(徐杰等, 2006; 王霄飛等, 2014;曹敬賀等, 2014)。中新世晚期受到太平洋板塊向歐亞板塊北西向俯沖作用, 以及印度?歐亞板塊的碰撞影響, NE-NEE向斷裂再次活化, 南海陸緣開始擴張, 斷裂性質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)為張性, 具明顯的右行走滑特征。上新世?第四紀(jì), 該組斷裂仍具有活動性, 控制了第四紀(jì)玄武巖和地震活動的產(chǎn)生(魯寶亮等, 2015)。據(jù)現(xiàn)有資料, NE-NEE向斷裂組合包括濱海斷裂、長樂?南澳斷裂、吳川?四會斷裂、合浦?北流斷裂、麗水?海豐斷裂及其南海北部延伸段和邵武?河源?陽江斷裂等(圖1)。伴隨菲律賓海板塊向西持續(xù)俯沖, 在南海北部陸緣還新生大量近NEE-EW向張性正斷和NW-NWW向剪性基底斷裂(萬玲和姚伯初, 2000; 魯寶亮等, 2011; 程世秀等, 2012), 現(xiàn)今這些斷裂依然是大震頻繁的地震活動帶。其中, NW-NWW向左旋張性斷裂形成于南海第二次擴張期間, 其排布形態(tài)同樣具有斜列式等間距的特點, 切割NE-NEE向斷裂體系, 形成研究區(qū)“棋盤狀”以及“南北分帶, 東西分塊”的構(gòu)造格局(程世秀等, 2012; 王霄飛等, 2014; 王鵬程等, 2017)。最新形成的NEE-EW向斷裂主要存在于早期NE-NEE向和NW-NWW向斷裂共同圍限的菱形盆地范圍之內(nèi), 表現(xiàn)為一系列陡傾的正斷層, 控制了盆地內(nèi)一些次級凹陷的發(fā)育(圖1)。

由此可見, 南海北部陸緣斷裂構(gòu)造體系復(fù)雜, 具有多期次、規(guī)模不同、活動強度不同等演化特點, 且力源復(fù)雜。由于南海北部盆地沉積過程中保留了洋盆擴張、洋脊躍遷和洋盆擴張停止等關(guān)鍵構(gòu)造事件的完整記錄,目前很多學(xué)者提出南海北部深水盆地群斷裂系統(tǒng)的形成和演化與南海的打開過程息息相關(guān), 特別是盆地的沉積證據(jù)都指向NE-NEE向斷裂系統(tǒng)對南海北部地區(qū)的沉積?構(gòu)造過程具有一定的控制作用。利用斷裂幾何學(xué)、運動學(xué)特征解析等研究為盆地裂解和打開時期提供了重要信息。例如, 鐘廣見等(2008)通過區(qū)域重力、磁力異常對比, 認(rèn)為NE向斷裂構(gòu)造密度最大, 發(fā)育較早, 是控制地形輪廓的主體斷裂, 且繼承了中生代區(qū)域構(gòu)造線的方向, 在南海東北部構(gòu)造格局形成中起到了十分重要的控制作用。李三忠等(2012)、程世秀等(2012)根據(jù)南海北部地區(qū)地質(zhì)地球物理剖面資料, 結(jié)合華南陸緣斷裂展布, 認(rèn)為早期陸緣斷裂十分發(fā)育, 并提出南海北部地區(qū)盆地群形成和演化的主控斷層為NE-NEE向右行右階的走滑斷裂, 且該斷裂為華南陸緣斷裂向海域的延伸, 控制了南海北部盆地群內(nèi)部棋盤狀的構(gòu)造展布形態(tài)。謝玉洪等(2015)在高精度二、三維地震資料系統(tǒng)解釋的基礎(chǔ)上, 指出瓊東南盆地復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)是在先存構(gòu)造條件下(NE-NEE向構(gòu)造)疊加兩期不同方向伸展變形, 其中南北向伸展(N-S向構(gòu)造)遞進(jìn)變形起主導(dǎo)作用。由此可見, NE、NE-NEE方向斷裂在南海北部盆地構(gòu)造格架形成過程中起到了至關(guān)重要的作用。但是由于NE-NEE向斷裂規(guī)模大, 延伸范圍廣, 且后期受NW向斷裂的切割作用, 在地震剖面上和平面上都具有不連續(xù)分布的特征(陳冰等, 2005; 王霄飛等, 2014)。目前除油氣勘探資料外, 獲得的海底資料仍然相對較少, 對華南北部斷裂缺少系統(tǒng)的研究工作, 對于南海打開過程中的動力學(xué)問題也未有統(tǒng)一的觀點。因此南海北部斷裂系統(tǒng)演化過程中控制盆地群形成和演化的主控斷裂尚不清楚, 南海地質(zhì)演化過程中的結(jié)構(gòu)、過程和動力學(xué)機制等最核心的問題尚未得到解決。本文通過綜合南海北部地區(qū)重磁、沉積及地震剖面等厘定的構(gòu)造?沉積特征, 對NE-NEE向斷裂系統(tǒng)進(jìn)行深入研究, 探討其發(fā)育演化對盆地形成的控制機制, 進(jìn)一步探討南海北部斷裂系統(tǒng)對南海打開的啟示意義。

圖中虛線所圍限區(qū)域為珠江口盆地。1969 M6.4等為沿濱海斷裂帶兩側(cè)發(fā)育的歷史地震記錄時間和震級大小。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

南海屬于東南亞大陸邊緣最大的邊緣海盆地, 具有復(fù)雜的多板塊俯沖匯聚構(gòu)造歷史。中生代開始, 東亞陸緣長期處于古亞洲洋、特提斯洋和太平洋三大構(gòu)造域的巨型匯聚背景之下, 經(jīng)歷了復(fù)雜的俯沖、增生, 微地塊拼合、碰撞, 洋盆產(chǎn)生、消亡的復(fù)雜構(gòu)造過程。新生代, 北部的古亞洲洋消失, 東亞陸緣開始處于特提斯構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域聯(lián)合作用背景下, 大陸邊緣的構(gòu)造、地形、地貌演變受控于這兩大構(gòu)造域動力學(xué)體系的交鋒過程(李三忠等, 2012)。在這個過程中, 東亞陸緣東部西太平洋活動大陸邊緣完成了從安第斯型到西太平洋溝?弧?盆體系的轉(zhuǎn)換(Taylor and Hayes, 1983); 同時南部印度板塊與歐亞板塊碰撞, 青藏高原形成, 東亞地形由中生代的東高西低轉(zhuǎn)變?yōu)樾律奈鞲邧|低, 從青藏高原到東海、南海呈現(xiàn)出臺階式地貌格局。

隨著古太平洋板塊俯沖到西太平洋活動大陸邊緣之下, 古太平洋洋殼面積逐漸減小。新生代早期, 古太平洋和太平洋之間的洋中脊到達(dá)西太平洋主動大陸邊緣的俯沖帶(Müller et al., 2008), 并且開始洋中脊俯沖, 形成西太平洋大陸邊緣新生代盆地群。新生代早期, 太平洋板塊俯沖方向為NNW向, 47 Ma俯沖方向轉(zhuǎn)為NWW向(Maruyama and Seno, 1986),應(yīng)力場逆時針旋轉(zhuǎn)使得西太平洋大陸邊緣形成S-N向和NE向斷層, 盆地的長軸方向、新生斷裂走向也發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn)。而且前人也指出, 45 Ma東亞陸緣南部印度板塊和歐亞板塊處于軟碰撞向硬碰撞轉(zhuǎn)變階段(劉池洋等, 2009; 夏林圻等, 2010), 擠壓應(yīng)力大幅度增加, 使得47～45 Ma開始, 西太平洋大陸邊緣逐漸處于右行走滑的應(yīng)力場下(李三忠等, 2010), 并且右行應(yīng)力場向東不斷遷移。在此構(gòu)造背景下, 西太平洋大陸邊緣陸區(qū)和海區(qū)盆地群, 包括渤海灣盆地、南黃海盆地、東海陸架盆地以及南海北部的臺西南盆地、珠江口盆地、瓊東南盆地、鶯歌海盆地等開始快速形成(李三忠等, 2012; Hui et al., 2016a, 2016b; 王鵬程等, 2017)。

在南海北部, 自西向東發(fā)育北部灣盆地、瓊東南盆地、珠江口盆地和臺西南盆地等多個含油氣沉積盆地, 前人將這些盆地統(tǒng)稱為“南海北部盆地群”(李三忠等, 2012; 程世秀等, 2012; 王鵬程等, 2017)。這些盆地群均分布于南海北部大陸邊緣減薄的陸殼之上, 且總體上呈NEE向展布。近年來, 許多學(xué)者對于南海北部盆地群的構(gòu)造演化和油氣儲運體系進(jìn)行了大量的研究(吳時國和秦蘊珊, 2009; 朱偉林等, 2010; Hui et al., 2016b), 揭示新生代華南大陸發(fā)生了強烈陸緣裂解, 34 Ma時南海洋盆開始擴張(Li et al., 2016), 兩側(cè)的被動大陸邊緣和盆地群逐漸形成(Franke et al., 2014)。古新世, 南海北部盆地群開始沉積, 古近紀(jì)沉積厚度呈西厚東薄(Zang et al., 2016); 中?晚始新世, 盆地群內(nèi)部發(fā)生快速沉積, 沉積速率最大的區(qū)域位于瓊東南盆地和珠江口盆地西部(任建業(yè)和雷超, 2011; Ren, 2014); 晚始新世?早漸新世, 沉積中心則向東遷移到珠江口盆地東部及臺西南盆地; 漸新世中期, 南海北部盆地群進(jìn)入斷陷末期, 南海洋盆從東向西穿時打開(Wang et al., 2021),盆地群內(nèi)斷裂停止活動, 盆地由斷陷期進(jìn)入熱沉降期。在盆地演化、洋盆擴張和臺灣造山帶形成過程中, 南海北部的盆地群尤其是深水陸坡區(qū)保留了整個區(qū)域演化過程的構(gòu)造變形、巖漿巖、沉積地層記錄(孫珍等, 2005; 張功成等, 2010; 任建業(yè)和雷超, 2011; 解習(xí)農(nóng)等, 2015), 對應(yīng)著南海北部大陸邊緣獨特的地形?地貌、重?磁?震特征、油氣儲運體系等(吳時國和秦蘊珊, 2009; 朱偉林等, 2010; 張功成等, 2010; Hui et al., 2016b)。

2 南海北部重磁異常特征

本次研究的重磁資料主要來源于全球公開的地球物理數(shù)據(jù)源。其中航磁異常數(shù)據(jù)來源于NOAA發(fā)表的EMAG2全球磁異常網(wǎng)格數(shù)據(jù), 由衛(wèi)星、船舶和航空磁測量數(shù)據(jù)匯編而成。磁異常是由地質(zhì)特征增強或抑制局部磁場引起的, 可以增加對地表下結(jié)構(gòu)和地殼組成的了解。重力異常網(wǎng)格數(shù)據(jù)來自重跟蹤地球衛(wèi)星和ERS-1測高的全球海洋重力, 主要基于ASCII xyz格式的全球1分網(wǎng)格中提取地形或重力數(shù)據(jù)。資料系統(tǒng)處理通過對已有重、磁異常數(shù)據(jù)的融合、轉(zhuǎn)換和反演處理結(jié)果, 繪制重、磁異常分布規(guī)律平面成果圖, 對南海北部地區(qū)基底起伏、斷裂和地殼深部構(gòu)造分布特征進(jìn)行刻畫; 在斷裂構(gòu)造追蹤方面, 強調(diào)海陸構(gòu)造聯(lián)系, 重點追蹤NE-NEE向、NW向斷裂帶的展布規(guī)律。一般重、磁異?？煞譃閮刹糠? 小尺度局部異常和大尺度區(qū)域背景異常, 局部異常體為地下物質(zhì)分布不均勻所引起的異常, 如斷裂和隱伏巖體等。重磁異常圈閉表現(xiàn)為塊狀或者圓狀, 指示構(gòu)造單元走向不明顯, 而呈帶狀或者橢圓狀、串珠狀表征構(gòu)造單元具有一定走向, 很可能為沿斷裂發(fā)育侵入巖的磁異常反射。

2.1 自由空間重力異常特征

自由空間重力異常對本區(qū)內(nèi)的斷裂反映較好?？傮w上, 南海北部重力異常起伏形態(tài)特征表現(xiàn)為條帶狀, 與南海北部陸緣和盆地區(qū)的隆起和凹陷具有很好的對應(yīng)關(guān)系。由南向北, 華南陸塊重力異常呈等軸狀或長軸狀分布, 長軸走向主體為NE向, 可能對應(yīng)NE向基底主斷裂; 次級異常長軸為NEE至E-W向, 可能對應(yīng)NEE向次級斷裂。南海北部陸緣重力異常呈明顯的狹長帶狀分布, 且在華南沿海陸緣及陸架坡折帶地區(qū)異常明顯增強。東沙隆起帶, 總體呈NE-NEE走向的大團塊和長條帶狀重力正異常, 且異常向東逐漸增強。而在海南隆起帶, 重力正異常隆起主要呈環(huán)形, 并在海南島西北部和東南地區(qū)出現(xiàn)異常高值, 可能是NE-NEE向斷裂與NW向走滑斷裂活動導(dǎo)致巖漿侵入的結(jié)果。正、負(fù)重力異常梯度帶總體也為NE-NEE向, 并沿南海北部盆地群南、北邊界延伸, 說明控制南海北部盆地群坳陷沉降的主要斷層為NE-NEE向。但這些異常呈不連續(xù)狀分布, 且被NW向斷裂錯切, 呈明顯的分段特征。由西向東, 正、負(fù)重力異常具有相間分布的特點, 與南海北部隆起與坳陷相間分布的主要構(gòu)造特征一致(李三忠等, 2012)。這些現(xiàn)象進(jìn)一步說明以NE-NEE向為邊界斷裂和控坳斷裂的南海北部陸緣盆地在形成過程中經(jīng)受了多期次不同方向的構(gòu)造運動, 且在兩組斷裂交匯處巖漿易上涌而改造基底。

斷裂構(gòu)造識別方面, 可以用重力等值線梯度帶區(qū)分。其中斷裂處重力等值線可以稀疏、也可密集, 呈狹長帶狀或者線條狀分布, 常穩(wěn)定在一個方向展布, 即使被其他方向等值線錯切, 只要水平錯距在一定范圍內(nèi), 仍可認(rèn)定為一條斷裂。濱海斷裂帶(圖2中斷裂A)東部異常值為紅黃色, 而在斷裂以西異常值為藍(lán)色。整體上該斷裂帶福建?臺灣段沿NE-NEE向斷裂在東部右階排列, 且向東斷裂切割深度和延伸規(guī)模明顯增大。另外一組較為突出的斷裂(圖2 中斷裂B)延伸為陸架坡折帶處的NE-NEE向超殼斷裂, 顯示斷裂處地殼厚度較北部盆地區(qū)小, 很可能為珠江口盆地南部邊界斷裂(后統(tǒng)稱珠南斷裂), 具異常減薄特征。

2.2 航磁異常特征

一般認(rèn)為, 基性、中性侵入體磁性較強。南海北部陸緣航磁異常分布存在鮮明的特點, 近海岸線一側(cè)顯示為不連續(xù)的橢圓狀磁異常高值, 而陸架外緣沿東沙?北港隆起帶的高磁異常呈現(xiàn)顯著的連續(xù)條帶狀分布特征(圖3中紅色正異常區(qū))。而層析成像結(jié)果顯示, 東沙群島新生界之下存在一套高速體。前人研究認(rèn)為, 該異常很可能與晚中生代俯沖(或碰撞)的巖漿活動有關(guān)。姚伯初等(1995)認(rèn)為該隆起帶磁異常為侏羅紀(jì)?白堊紀(jì)時期形成的火山弧; 周蒂等(2006)則提出該異常代表與中生代俯沖增生相伴的火山弧, 為一條與東沙?閩浙隆起帶平行分布的巖漿構(gòu)造帶。

A. 濱海斷裂帶; B. 珠江口盆地南部邊界斷裂。黑色實線和虛線分別代表陸地和海域已經(jīng)識別出的斷裂構(gòu)造。

相較于自由空間重力異常展布特征(圖2), 南海北部磁異常起伏形態(tài)的走向特征基本與其保持一致。磁場區(qū)異常條帶總體呈NE-NEE走向展布特征, 局部也存在E-W向磁性異常體。華南及南海北部陸緣磁異常特征(圖3)揭示, NE-NEE向、NW向磁異常連續(xù)性好、延伸較遠(yuǎn), 兩者相互錯切。這兩組磁異?；虼女惓＝M合反映斷裂規(guī)模較大, 與研究區(qū)NE-NEE向、NW向斷裂系構(gòu)成的總體斷裂格架一致。從兩組斷裂交切關(guān)系來看, NE-NEE向斷裂系磁異常較為連續(xù); 但歷史地震記錄顯示, 沿該斷裂地震帶間斷分布, 很可能是該組斷裂系被 NW-NWW 向斷裂系切割導(dǎo)致其連續(xù)性變差。因此, NE-NEE向斷裂系發(fā)育時間應(yīng)早于NW向斷裂系, 且NW向斷裂系為走滑型。另外, 南海北部陸緣盆地內(nèi)部還發(fā)育了一系列近E-W向長軸狀磁異常, 多以負(fù)磁異常為主, 與該區(qū)域發(fā)育的控凹正斷層吻合較好。在形態(tài)上, 這些磁異常受NE-NEE向斷裂制約, 呈雁列式斷續(xù)分布, 最后與NEE向斷裂系一起被后期的NW向斷裂系切割。斷裂帶識別方面, 在南海北部近海岸帶分布一條巨大的負(fù)異常磁條帶——濱海斷裂帶, 緊鄰斷裂兩側(cè)的磁異常呈現(xiàn)出明顯的正異常。野外地質(zhì)觀測結(jié)果表明, 南海北部海岸帶地區(qū)廣泛分布的花崗巖應(yīng)無磁性和弱磁性, 該大型負(fù)異常磁條帶的產(chǎn)生很可能與深部貫入的強磁體有關(guān), 是深大斷裂存在的標(biāo)志。沿斷裂帶走向, 粵東近海磁異常幅值升高, 形態(tài)細(xì)長; 粵西近海磁異常幅值升高不明顯, 僅為孤立的細(xì)小高值圈閉, 揭示斷裂帶兩側(cè)的地殼厚度有變化(趙明輝等, 2004)。另外, 南海北部磁異常顯示在濱海斷裂帶南側(cè)陸架坡折帶地區(qū)還存在一條與之基本平行展布的深大斷裂, 該斷裂磁異常特征走向與東沙?北港隆起帶近似平行分布, 表現(xiàn)為不連續(xù)的細(xì)長條狀、串珠狀的低磁異常。鐘廣見等(2008)通過跨陸架坡折帶深地震反射剖面揭示該斷裂是一條巖石圈斷裂(珠南斷裂), 很可能為南海北部地區(qū)洋殼?陸殼的分界線, 該斷裂往西延伸, 與西沙海槽南緣斷裂、瓊東南盆地南界斷裂大體相連。

3 研究區(qū)沉積地層分布特征

南海北部陸緣新生代沉積分布廣泛, 遍布整個南海北部陸架盆地群, 在陸架?上陸坡區(qū)新生界沉積物厚度平均約3 km, 由陸架到深海沉積厚度逐漸變小。沉積中心往往對應(yīng)斷裂分布, 珠江口盆地沉積厚度等值線圖(圖4)顯示, 沉積中心總體沿NE-NEE向展布呈串珠狀排列, 新生代沉降中心靠近東北部地區(qū), 位于珠Ⅱ坳陷和珠Ⅰ坳陷, 最大沉積厚度甚至超過4 km(張遠(yuǎn)澤等, 2019)。根據(jù)珠江口盆地新生界沉積物等厚線形態(tài), 可以推測出南海北部地區(qū)斷裂分布情況, 除去珠江三角洲地區(qū)沉積厚度與古地形、河流水系等的因素, 沉積中心的分布與斷裂位置基本吻合(圖4), 分別對應(yīng)近海岸帶濱海斷裂帶以及陸架?陸坡破折帶的珠江口盆地南部邊界斷裂。同時, 斷裂對于沉積物等厚線的形態(tài)和展布以及河道水系的形成都具有重要的控制作用。另外南海北部陸緣新生界厚度等值線圖(圖4)顯示, 除NE-NEE向斷裂以外, 盆地內(nèi)各次級凹陷中還廣泛發(fā)育NW向斷裂。其中NE-NEE向斷裂控制的沉積等厚線連續(xù)性最好, 但在靠近華南陸緣一側(cè), 沉積中心除受NEE向斷裂控制以外, 也受NW向斷裂的影響。而且, 盆地內(nèi)部一些沉積等厚線也表現(xiàn)為局部零散分布的近E-W向, 具備獨立的等值線形態(tài), 應(yīng)與盆地內(nèi)部發(fā)育的少數(shù)近E-W向的小型控凹斷裂有關(guān)。

A. 濱海斷裂帶; B. 珠江口盆地南部邊界斷裂。黑色實線和虛線分別代表陸地和海域已經(jīng)識別出的斷裂構(gòu)造。

除此之外, 盆地群沉積物厚度分布(圖4)還顯示在不同斷裂區(qū)段, 等值線分布的密度和規(guī)模特征也不同。從南西到北東, 沉積厚度逐漸減小, 指示在斷裂形成和演化過程的不同段落存在差異活動。如靠近華南沿海地區(qū)斷裂活動過程中, 西部陽江凹陷、文昌凹陷沉積厚度可達(dá)4345 m; 而靠近中部西江凹陷、惠州凹陷沉積厚度為2130～4685.5 m, 即近東側(cè)沉積中心厚度由陸豐凹陷的3392.5 m驟減至韓江凹陷的1484.2 m。在靠近陸架坡折帶一側(cè), 沉積厚度等值線總體上表現(xiàn)為荔灣凹陷和白云凹陷兩大沉積中心(陳長民, 2003; 鐘志洪等, 2014; 呂彩麗等, 2017)。

4 南海北部陸緣NE-NEE走向斷裂構(gòu)造演化特征

4.1 濱海斷裂帶珠江口段Z07地震剖面反射特征

南海及鄰區(qū)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育, 綜合地質(zhì)、地球物理資料顯示, 南海北部陸緣地區(qū)大型NE-NEE向斷裂系統(tǒng)主要分布于華南大陸邊緣, 很可能形成于中生代太平洋板塊向華南大陸俯沖擠壓過程中。平面上, 這組NE-NEE向斷裂多呈左階雁列式排列, 延伸距離長(達(dá)上千千米), 規(guī)模大, 包括濱海斷裂帶以及沿陸架坡折帶強烈活動的斷裂帶?珠南斷裂帶等。其中濱海斷裂帶北東起福建沿海的平潭一帶, 經(jīng)泉州、汕頭、珠江口的擔(dān)桿列島和佳蓬列島、陽江沿海和瓊州海峽, 向南西方向繼續(xù)延伸。該斷裂帶總體呈NE-NEE向分布于南海北部, 沿岸外30～50 m等深線展布, 大致與海岸線平行(劉以宣, 1986), 斷裂帶兩側(cè)地質(zhì)構(gòu)造單元、地球物理特征差異顯著被認(rèn)為是正常陸殼與減薄型陸殼的分界斷裂(夏戡原和黃慈流, 2000; 徐杰等, 2006), 也是華南陸塊與南海盆地的邊界及珠江口盆地的北西邊界(徐輝龍等, 2010)。海上淺地震剖面結(jié)果顯示, 該斷裂帶錯斷了晚更新世以來的沉積層, 說明晚第四紀(jì)以來濱海斷裂帶具有很強的構(gòu)造活動性, 表明其不僅控制了新生代的沉積分布, 還被認(rèn)為是華南陸緣重要的孕震和發(fā)震構(gòu)造。

紅色實線和虛線分別代表陸地和海域已經(jīng)識別出的斷裂構(gòu)造。

早期的深地震反射剖面探測結(jié)果顯示, 濱海斷裂寬約60 km, 由若干條互相平行斜列的斷層組成, 位置對應(yīng)于前文提到的重磁異常巨變異常帶。曹敬賀等(2014)進(jìn)一步利用多道地震探測揭示濱海斷裂帶珠江口段呈現(xiàn)為一系列傾向南東或北西的正斷層, 表現(xiàn)為地塹、地壘式組合, 斷裂帶寬僅20 km。熊成等(2018)則認(rèn)為濱海斷裂帶呈向南東傾的多米諾式組合, 斷裂帶寬度從40 km到55 km不等, 呈現(xiàn)東、西兩頭寬中間窄的形態(tài)。為此, 2017年中山大學(xué)重新布置了濱海斷裂珠江口段的多道地震調(diào)查, 炮間距縮小至20 km左右, 得到了更多更加精細(xì)的多道地震剖面, 精確地厘定出濱海斷裂珠江口段的幾何學(xué)特征。

斷裂帶珠江口段地震剖面Z07結(jié)果顯示, 濱海斷裂帶深部層系斷面連續(xù)清晰(圖5), 由深至淺斷距逐漸變小, 多表現(xiàn)為低角度鏟式正斷層, 傾角約35°～55°, 主干斷裂總體南傾, 斷裂帶東南側(cè)發(fā)育呈西斷東超的半地塹式斷陷盆地, 其斷陷階段持續(xù)到～16 Ma。該斷裂向下切穿了新生界基底, 控制了文昌組和恩平組的斷陷沉積過程, 向上切至珠海組。剖面特征指示新近紀(jì)斷裂仍持續(xù)活動, 是研究區(qū)早期裂陷的主控斷裂, 控制了一系列NE-NEE走向帶狀坳陷的形成與演化。

4.2 濱海斷裂帶珠江口段Z10地震剖面反射特征

Z10地震剖面位于Z07以東, 結(jié)果顯示NE-NEE向濱海斷裂帶在該段繼續(xù)控制文昌組和恩平組沉積, 對應(yīng)了神狐運動和珠瓊運動Ⅰ幕和Ⅱ幕等斷?坳轉(zhuǎn)換關(guān)鍵階段(圖6)。下文昌組沉積期對應(yīng)裂陷Ⅰ幕中的初始?強裂陷階段; 上文昌組沉積期對應(yīng)裂陷Ⅰ幕中的弱裂陷階段; 下恩平組沉積期對應(yīng)裂陷Ⅱ幕的初始?強裂陷階段; 上恩平組沉積期對應(yīng)裂陷Ⅱ幕的弱裂陷階段。地震剖面上, 主要反射界面 T70～T60對應(yīng)珠海組, 體現(xiàn)區(qū)域從斷陷湖盆到海相過渡的特點, 為斷?坳轉(zhuǎn)換期。Z10剖面上, 我們還觀察到了類似“包心菜”的新型構(gòu)造樣式, 這種構(gòu)造樣式常見于中國東部新生代沉積盆地中, 表現(xiàn)為斷裂下盤凹陷之中形成“凹中隆”結(jié)構(gòu), 為一系列相向斷層組成的構(gòu)造現(xiàn)象, 其剖面結(jié)構(gòu)形似“包心菜”。除了剖面結(jié)構(gòu)形態(tài)上形似“包心菜”狀外, 剖面中還顯示較多傾向相向而生的斷裂, 斷裂切割地層較多, 各斷層斷距較小且比較平均。剖面結(jié)果顯示外側(cè)斷裂規(guī)模較大, 越向“菜心”部斷裂規(guī)模越小, 南傾和北傾斷裂末端收斂于深部, 多條斷裂在深部合并成一條或兩條斷裂, 可能與基底早期前古近紀(jì)褶皺或者逆沖斷裂重合或者在此基礎(chǔ)上發(fā)育。斷裂活動性方面, 斷距平均較小, 且外側(cè)斷距大于中部斷距。自西向東, 濱海斷裂帶珠江口段斷裂活動性和控盆作用逐漸加強, 兼具控盆和控坳功能, 為珠江口盆地的北部邊界。

A. 始新統(tǒng)文昌組; B. 始新統(tǒng)恩平組; C. 漸新統(tǒng)珠海組; IBU. 初始裂解不整合面; Tg. 65 Ma; T80. 36 Ma; T70. 30 Ma; T60. 23 Ma。圖中紅色線為地震剖面上解譯出的斷裂。

Tg. 65 Ma; T80. 36 Ma; T70. 30 Ma; T60. 23 Ma。圖中紅色線為地震剖面上解譯出的斷裂。

4.3 南海北部NE-NEE走向斷裂深、淺部耦合和多期演化特征

綜上研究顯示, 南海北部盆地群在不同沉積階段發(fā)育了幾個較為明顯的不整合面。其中T80為研究區(qū)裂陷構(gòu)造層內(nèi)下?中始新統(tǒng)(文昌組)與上始新統(tǒng)?下漸新統(tǒng)(恩平組)之間的區(qū)域角度不整合面, 代表珠瓊運動Ⅰ幕向珠瓊運動Ⅱ幕構(gòu)造轉(zhuǎn)型。T70為始新統(tǒng)恩平組沉積向珠海組沉積轉(zhuǎn)變形成的剝蝕不整合面。因此, 不整合面是南海北部地區(qū)多期次構(gòu)造運動在沉積地層中的直接記錄, 斷裂體系是古近紀(jì)以來裂陷?坳陷構(gòu)造變形最主要的形式, 兩者的形成往往與兩幕構(gòu)造調(diào)整事件密切相關(guān), 同時對應(yīng)的斷裂活動也具有多期次活動的特征。

根據(jù)斷裂在地震剖面上的構(gòu)造樣式差異, 研究區(qū)NE-NEE走向濱海斷裂帶的演化可分為深層、中層和淺層三套斷裂體系。深層斷裂體系表現(xiàn)為斷面傾角低, 切穿基底面后逐漸與燕山期逆沖褶皺基底重合, 具有明顯的大型水平滑脫構(gòu)造層特征。中層斷面斷距較大, 剖面上具有明顯的斷錯, 表現(xiàn)為生長斷層的特征, 自下而上控制沉積作用逐漸變?nèi)? 并且斷裂位置經(jīng)多期調(diào)整逐漸由緩變陡(圖7)。淺層斷裂體系在局部區(qū)域發(fā)育, 總體上表現(xiàn)為密集的張扭斷裂, 在淺表為一系列正斷層組合成的負(fù)花狀構(gòu)造。從剖面上看, 斷裂體系呈上陡下緩的鏟式或者板式正斷層, 斷裂淺層與深層發(fā)育位置的疊合反映了兩者之間具有一定的繼承關(guān)系。

研究認(rèn)為, 南海北部陸緣基底上發(fā)育的NE-NEE向斷裂構(gòu)造為燕山期擠壓構(gòu)造作用下形成的先存逆沖構(gòu)造體系, 其主體發(fā)育在前新生代花崗巖基底之上。神狐運動后, 陸緣發(fā)生大規(guī)模伸展, 受早期NE-NEE向及晚期 EW-NWW向兩組先存體系聯(lián)合控制, 導(dǎo)致坳陷整體展布方向為NE-NEE 向, 此時斷裂活動以伸展斷陷為主, 在剖面上表現(xiàn)為一系列楔形的半地塹沉積組合。在珠瓊運動Ⅰ幕向Ⅱ幕轉(zhuǎn)換的過程中, 區(qū)內(nèi)應(yīng)力場發(fā)生了變化, 構(gòu)造運動由伸展為主逐漸向伸展兼走滑過渡, 產(chǎn)生斷裂系統(tǒng)由深部的正斷為主向淺部負(fù)花狀走滑過渡和轉(zhuǎn)變。南海運動以來, 陸緣裂解逐步減弱甚至停止, 伸展作用逐漸變?nèi)? 以走滑為主。斷裂活動整體減弱, 并且大面積停止活動。但由于周邊板塊俯沖系統(tǒng)運動方向和速度差異, 導(dǎo)致局部應(yīng)力場的積累與釋放作用在斷裂不同段仍有活動。淺地層剖面資料顯示, 晚更新世以來濱海斷裂帶珠江口段仍具活動性, 最淺切割深度為海底沉積物以下12.5 m, 影響晚更新世以來多期次海侵地貌的形成。地震剖面上表現(xiàn)為同一位置很多斷裂與早期斷裂具有較大的扇形交角, 伴隨弧形構(gòu)造反射(圖7), 應(yīng)為斷裂在不斷調(diào)整過程中產(chǎn)生的構(gòu)造痕跡。地震剖面上現(xiàn)今仍然活動的斷裂多具有陡直的斷層面反射, 向上近乎切穿海底, 有些斷裂向下逐步延伸繼續(xù)活動。

綜上, 晚中生代起, 斷裂活動性質(zhì)發(fā)生過多期次的轉(zhuǎn)換(圖7-Z09 A、B、C所在位置), 且深、淺部斷裂具有繼承和再次活化的特征。斷裂活動性質(zhì)包括第一期晚中生代低角度滑脫斷層特征, 第二期以高角度正斷層為主及第三期漸新世以來右旋走滑特征, 不同時期斷裂構(gòu)造在深、淺部轉(zhuǎn)換耦合, 共同組成了復(fù)雜的斷裂帶系統(tǒng)。

A、B、C分別代表斷裂活動性質(zhì)多期次轉(zhuǎn)變的位置。

4.4 珠江口盆地主控斷裂的活動特征

斷裂體系的演化規(guī)律可通過斷裂活動性來反映, 斷裂活動速率是斷層活動性的最直接的定量表征。珠江口盆地始新世的斷陷作用受控于NE-NEE向控盆斷裂。根據(jù)該斷裂系統(tǒng)(包含濱海斷裂帶)不同段的活動性不同, 可以將珠江口盆地劃分為西、中和東部三部分(圖8)。

西部的珠三坳陷控制沉積的主要斷裂為NE-NEE向, 斷裂活動可分為四期: ①中始新世(T90～T82, 49～42 Ma), 斷裂活動速率為150 m/Ma; ②晚始新世(T82～T80, 42～36 Ma), 斷裂的活動速率進(jìn)一步變大, 可達(dá)200 m/Ma; ③晚始新世末期(T80～T70, 36～ 30 Ma), 斷裂的活動速率達(dá)到峰值, 超過350 m/Ma; ④漸新世(T70～T60), 斷裂的活動速率迅速下降, 且盆地中近E-W向斷裂開始活躍, 斷裂具有走滑性質(zhì), 到漸新世末期大部分?jǐn)嗔淹Ｖ够顒印?/p>

中部珠二坳陷的順德凹陷和珠一坳陷的恩平凹陷、西江凹陷控制沉積的斷裂主要為NE-NEE、E-W走向斷裂, 其活動性分為兩期: ①中始新世(49～ 40 Ma), 對應(yīng)文昌組沉積期, 在恩平凹陷中斷裂活動速率可達(dá)300 m/Ma, 在順德凹陷斷裂活動速率超過450 m/Ma; ②晚漸新世(40～32 Ma), 對應(yīng)恩平組沉積期, 斷裂的活動速率顯著變小, 大約在100 m/Ma;恩平組沉積期之后, 斷裂活動強度大幅減小, 多數(shù)斷裂停止活動。

東部珠二坳陷的白云凹陷和珠一坳陷的惠州凹陷、陸豐凹陷和韓江凹陷控制沉積的主要斷裂為NEE向和E-W向斷裂。斷裂的活動性分為兩期: ①中始新世(49～40 Ma), 斷裂活動速率較小, 在珠一坳陷中速率不到150 m/Ma(圖8), 在白云凹陷中最大可達(dá)250 m/Ma; ②晚始新世(40～32 Ma), 斷裂活動速率較中始新世變大, 在珠一坳陷中活動速率約300 m/Ma, 在白云凹陷中活動速率最大超過600 m/Ma;在T70之后, 除白云凹陷之外, 盆地中大部分?jǐn)嗔淹Ｖ够顒印?/p>

綜上, 珠江口盆地斷裂活動在不同階段存在顯著差異。斷裂活動特征顯示, 這些幕式斷裂活動表現(xiàn)為一系列的NE-NEE向斷層作用, 然后轉(zhuǎn)為NEE向、E-W向斷層作用, 表明始新世應(yīng)力場為順時針方向旋轉(zhuǎn)(Wang et al., 2020)。隨后, 裂陷強度急劇下降, 眾多斷層活動終止, 形成撓曲沉積。

同時, 從沉積范圍來看, 早?中始新世裂陷作用期, 南海北部古新世裂陷作用局限于珠江口盆地東、西部的陸豐凹陷和文昌凹陷, 沉積厚度小于1000 m的神狐組碎屑沖積相反映出NE-NEE向斷裂活動普遍較弱(陳長民等, 2003; 鐘志洪等, 2014)。始新統(tǒng), 早?中始新世作為主要裂陷期, 珠江口盆地西部NE-NEE 向基底正斷層具有數(shù)量少、規(guī)模大(>50 km)、活動強度較高的特點。相較于裂陷初期, NE-NEE向控坳構(gòu)造繼承性活動增強, 裂陷范圍進(jìn)一步擴大, 沉積厚度大于 3000 m, 形成 NEE 軸向的較大規(guī)模斷陷盆地, 凹陷內(nèi)發(fā)育眾多與EW向斷裂斜交的NEE向次級斷裂。晚始新世?早漸新世, 珠江口盆地東部斷裂系統(tǒng)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變, 盆地呈現(xiàn)顯著差異性伸展裂陷過程(龔再升等, 1997; 董冬冬等, 2009; 解習(xí)農(nóng)等, 2015)。晚漸新世, 在S-N向統(tǒng)一引張應(yīng)力場作用下, 珠江口盆地西部NE-NEE 向構(gòu)造基本消亡, 受一統(tǒng)暗沙左旋走滑斷裂(也有學(xué)者認(rèn)為是正斷層性質(zhì); 姜華等, 2008)或右旋走滑性質(zhì)(劉鐵樹, 1993)活動減弱和南海擴張的共同影響(張遠(yuǎn)澤等, 2019), 東部NWW-EW向構(gòu)造繼承活動性總體較前期有所減弱, 呈現(xiàn)北弱南強的特點, 恩平?西江邊界斷裂活動性驟減, 白云凹陷邊界斷裂雖然活動速率較高, 但同構(gòu)造沉積范圍明顯收縮。32 Ma以來, 珠江口盆地西部斷裂停止活動, 珠海組呈毯狀披覆于裂陷期恩平組上, 最先進(jìn)入裂后熱沉降期, NE-NEE向斷裂同沉積作用逐漸減弱甚至停止。

圖8 65 Ma以來珠江口盆地主控斷裂的滑動速率統(tǒng)計(據(jù)Wang et al., 2021)

5 討 論

綜合前人和本次對南海地區(qū)重磁異常資料與地震剖面解析認(rèn)為, 南海北部陸緣經(jīng)歷了中、新生代多次構(gòu)造活動, 形成了NE-NEE向、NW向和E-W向三組數(shù)量多、規(guī)模較大、方向各異的斷裂, 且斷裂活動過程中經(jīng)歷了多次區(qū)域應(yīng)力場改變。特別受西太平洋、印度和澳大利亞三大板塊匯聚產(chǎn)生的區(qū)域構(gòu)造運動的影響, 南海北部早期發(fā)育的NE-NEE向斷裂系統(tǒng)存在再次活化的特點, 伴隨的次級構(gòu)造也大面積活動, 對南海北部盆地群的形成和演化具有重要的控制作用。板塊匯聚速率顯示(圖9), 晚中生代至今, 東亞陸緣一直受西太平洋板塊NNW向或NW向俯沖、印度板塊北向俯沖和碰撞以及澳大利亞板塊NNW向俯沖和碰撞影響, 三大應(yīng)力共同作用導(dǎo)致東亞陸緣的超級剪切, 使東亞陸緣具獨特的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境和復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史。不同地質(zhì)歷史時期, 南海北部盆地群處于不同類型的大陸邊緣, 各大板塊的匯聚速率以及珠江口盆地所受應(yīng)力場皆有改變。

燕山運動末期(晚白堊世)之后, 太平洋板塊俯沖作用發(fā)生了兩個顯著的變化, 一個是俯沖速率迅速降低, 另一個是俯沖帶后退(Wang et al., 2020), 也導(dǎo)致了中國東部陸緣由擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埈h(huán)境, 陸緣的裂陷作用也發(fā)生了顯著變化。伴隨太平洋板塊俯沖后撤, 華南陸緣由安第斯型大陸邊緣轉(zhuǎn)為拉張離散型被動大陸邊緣。南海地區(qū)大部分NE-NEE向斷裂實際上是新生和繼承自華南大陸邊緣中生代的基底逆沖?走滑斷裂。太平洋俯沖后撤后, 華南陸緣及南海東北部陸緣迅速由擠壓狀態(tài)逐漸向伸展轉(zhuǎn)變, 使得中生代斷裂系(包括濱海斷裂帶、西沙海槽南緣斷裂、瓊東南盆地南界斷裂等)或區(qū)段復(fù)活且性質(zhì)發(fā)生改變。陸區(qū)晚白堊世斷陷盆地普遍進(jìn)入斷陷高峰期, 形成 NE-NEE走向的主斷陷帶, 南海北部陸緣發(fā)育以強烈伸展為代表的神狐運動。新構(gòu)造時期, 伸展裂陷活動與南海陸緣活動密切相關(guān), 同時也控制了南海地區(qū)盆地群的形成及坳陷沉積作用, 對南海北部陸緣盆地現(xiàn)今的構(gòu)造格局成也起到了關(guān)鍵的控制作用。

圖9 南海周緣板塊俯沖匯聚速率和方向示意圖(據(jù)Wang et al., 2020修改)

古新世, 南海北部斷裂系統(tǒng)控制北部盆地群雛形的形成, 伸展作用和應(yīng)力場釋放沿NE-NEE向斷裂在華南陸緣與南海北部東北部地區(qū)由東南向西北依次展開, 此時發(fā)育的較大斷裂多為箕狀斷陷的邊界斷裂, 形成南北分帶的盆地分布格局, 盆地內(nèi)形成一系列斷塊和隆起、由地塹或半地塹組合而成的斷陷帶, 由北向南發(fā)育北部灣盆地、珠江口盆地、瓊東南盆地、中建南盆地和南薇西盆地等早期斷陷盆地雛形。這一過程在現(xiàn)今的南海東北次海盆處伸展作用最強, 因此最先在該地區(qū)產(chǎn)生新生代南海洋殼(圖10A處)。同時伸展作用由東南向西北逐漸減弱, 斷陷規(guī)模由南向北也逐漸減小。

始新世(50 Ma), 太平洋板塊向歐亞板塊NWW向斜向俯沖以及印度?歐亞板塊發(fā)生硬碰撞之后, 在南海北部發(fā)生珠瓊Ⅰ幕運動(50 Ma)和珠瓊Ⅱ幕運動(40 Ma), 盆地內(nèi)斷陷主要表現(xiàn)為NEE-EWW向的裂陷。新生代南海洋殼在南海東北部處形成之后, 南海擴張產(chǎn)生的洋脊推力在古南海南部邊緣產(chǎn)生被動俯沖, 導(dǎo)致古南海洋殼啟動初始俯沖, 南海海盆持續(xù)擴張。漸新世中期(30 Ma), 菲律賓海板塊NWW向俯沖開始逆時針旋轉(zhuǎn), 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場以近S-N向拉張為主, 南海大規(guī)模擴張, 南海北部產(chǎn)生的近E-W向斷層和持續(xù)活化的NE-NEE向斷裂系統(tǒng)控制了南海北部斷陷盆地凹陷的基本構(gòu)造格局。漸新世末?中中新世, 南海北部陸緣盆地轉(zhuǎn)入坳陷階段, 此時盆地擺脫了早期箕狀斷陷邊界斷層的控制。早中新世(20 Ma), 陸緣地殼強烈減薄, 盆地發(fā)生快速沉降。中新世末?中早中新世, 菲律賓海板塊向西加速俯沖, 南海擴張停止, 陸緣地殼拉薄作用減弱乃至停止。盆地內(nèi)以NNW向、近E-W向擠壓為主, 為拗陷作用與斷裂作用相伴的演化階段, 包括斷坳轉(zhuǎn)折亞期和拗陷平靜亞期。盆地以冷卻?緩慢沉降為特征, NE-NEE向構(gòu)造活動相對平靜, 沉積層表現(xiàn)為亞平行的地震相反射特征。

圖10 NE-NEE向斷裂在南海陸緣盆地和南海打開過程中作用示意圖(據(jù)Wang et al., 2017修改)

6 結(jié) 論

本文結(jié)合研究區(qū)內(nèi)重磁、沉積和斷裂結(jié)構(gòu)特征對南海北部地區(qū)陸緣斷裂系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析, 特別是針對研究區(qū)內(nèi)NE-NEE向、NW向和EW向斷裂系統(tǒng)地震剖面特征及歷史活動性開展研究, 得到以下初步認(rèn)識:

(1) 南海北部地區(qū)重磁資料顯示珠江口沉積盆地內(nèi)部NEE、NW向斷裂很發(fā)育, 分布最廣泛。其中NEE向斷裂控制的沉積等厚線的連續(xù)性最好, 但在靠近華南陸緣一側(cè)沉積中心除受NEE向斷裂控制以外, NW向斷裂對于等厚線的控制也較為明顯。同時局部零散分布的近E-W向獨立等值線形態(tài)反映了盆地內(nèi)部發(fā)育的少數(shù)近E-W走向的控凹小型斷裂;

(2) 南海北部陸緣地區(qū)控坳斷裂主控斷層(如濱海斷裂帶)的形成經(jīng)歷以下三個階段: 包括第一期次晚中生代的低角度滑脫斷層特征, 第二期高角度正斷為主以及第三期漸新世以來右旋走滑特征。

(3) 南海北部陸緣地區(qū)的斷裂構(gòu)造與盆地演化對應(yīng)裂陷階段、裂后坳陷階段和斷塊活動三大構(gòu)造階段, 與周圍板塊的俯沖匯聚速率和方向息息相關(guān)。

致謝:本文撰寫過程中所用重磁異常數(shù)據(jù)主要來源于EMAG2全球磁異常2弧′網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫及全球地形?重力ASCII XYZ-格式1弧′數(shù)據(jù), 地形數(shù)據(jù)版本V19. 1,重力數(shù)據(jù)版本V29.1。感謝本次研究中參與多道數(shù)據(jù)采集的所有航次成員, 感謝兩位匿名審稿人提出了建設(shè)性修改建議。

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The Fault Assembly Characteristics on the Northern South China Sea Continental Margin and its Implications on the South China Sea Spreading

HUI Gege1, 2, LI Zhigang1, 2, WANG Weitao1, 2, HU Litian1, 2, LIANG Hao1, 2, ZHANG Yipeng1, 2,LI Guanhua3, YAN Yonggang1, 2, SUN Chuang1, 2, ZHANG Peizhen1, 2

(1. Guangdong Provincial Key Lab of Geodynamics and Geohazards, School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, Guangdong, China; 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Zhuhai 519082, Guangdong, China; 3. School of Science, Shantou University, Shantou 515063, Guangdong, China)

Being the largest marginal sea on the southeastern continental margin, the South China Sea is controlled by the subduction and convergence of the Pacific, Eurasian and Indo-Australian plates, and has a complex formation mechanism and evolutionary history. At the beginning of the Cretaceous, a series of NE-NEE-trending extensional shear lithospheric faults developed in the south and north of the South China Sea Basin. During the Oligocene, most of the faults inherited the old fault activities. Ever since the late Miocene, the Philippine Sea Plate continued to subduct westward, and a large number of near-EW-NEE-trending extensional normal faults and NWW-NW-trending shear basement faults occurred in the northern continental margin of the South China Sea. Intersecting of the two-phase faults represents the interaction between plates at different times. However, issues concerning the vertical tectonic activities, factors controlling the distribution of sediments, and their relationships with the movement of the surrounding plates remain elusive. Most importantly, the formation process of these fault systems and the opening mode of the South China Sea basin are issues worthy of deep digging. Aiming at the NE and EW trending fault systems in the continental margin of the northern South China Sea, this paper selects the Pearl River Mouth Basin where the NEE- and NW- trending fault systems are most developed, and uses the gravity and magnetic anomalies, sedimentary strata and seismic reflection profiles to systematically analyze the structural characteristics and activity history of the faults. The results show that a series of NEE-trending fault zones (such as the Littoral Fault Zone) in the northern continental margin of the South China Sea are likely to be the main faults controlling depressions in the Pearl River Mouth Basin, and the faults experienced the early low-angle detachment, and the second phase high angle normal fault and the right-lateral strike-slip since the third Oligocene period. They correspond to three tectonic stages: rifting stage, post-rifting depression stage and fault block activity, reflecting the subduction and convergence rates of the plates around the South China Sea Basin, which demonstrates that this group of faults played an important role in the opening of the South China Sea during the change of subduction direction.

gravity-magnetic anomalies; northern South China Sea continental margin; fault system; Littoral Fault Zone; plate subduction and convergence

2021-12-10;

2022-02-25

國家自然科學(xué)基金項目(U1701641)、中國博士后創(chuàng)新人才支持項目(BX20190391)和廣東省引進(jìn)團隊項目(2016 ZT06N331)聯(lián)合資助。

惠格格(1988–), 女, 博士, 從事南?；顒訕?gòu)造和盆地演化研究工作。E-mail: huigg@mail.sysu.edu.cn

P542

A

1001-1552(2022)03-0501-016

10.16539/j.ddgzyckx.2022.03.007