作者简介:刘昭蜀 男 68岁 研究员 海洋石油与构造地质学专业1999211203收稿
南海地质构造与油气资源刘昭蜀(中国科学院南海海洋研究所,广州 510301)
摘要 文章对南海海盆的边缘构造、盆内的断裂构造以及岛弧与弧后盆地的构造特征进行了论述。指出南海海盆喜马拉雅期构造层、基底及盖层特点。根据陆缘扩张观点将珠江口盆地的沉积盖层在扩张型陆缘演化阶段划分为第1扩张旋回(K2—E13)、第2扩张旋回(E23—N
1
1)
和第3扩张旋回(N
2
1)。上述3个旋回控制着生、储、盖的分布。东沙断隆亦是如此。南沙断块
区的礼乐断块盆地以及曾母地堑带的曾母地堑盆地和万安地堑盆地均具有含油气远景。主题词 南海海盆 陆缘扩张 油气资源
1 引言东亚大陆边缘沟2弧2盆体系和喜马拉雅山系的出现,不仅是亚洲新生代地质发展史中两个最重大的地质事件,同时也是全球构造中最重大的两个地质事件。这两大地质事件的发生改变了中生代亚洲大陆的基本构造格局,使新生代亚洲自然地理面貌为之一新,标志着亚洲地质构造的发展和演化进入了一个新阶段。南海是东亚大陆边缘最大的边缘海之一。北靠华南大陆,南至加里曼丹岛,东临台湾、菲律宾群岛,西界中南半岛,面积约350×10
4km2
,为渤海、黄海、东海总面积的3倍。
南海与其东邻的台湾、菲律宾岛弧2海沟构成东亚大陆边缘最完整的沟2弧2盆构造体系,既具有东亚大陆边缘沟2弧2盆构造体系的共性,又具有其本身的独特性。在构造格局上,南海位于欧亚大陆、太平洋和印度洋三大板块的交接处,属大洋型地壳构造域与大陆型地壳构造域之间的过渡型地壳构造域。在这个面积广阔的过渡型地壳构造域中,构造运动复杂,大规模的水平运动伴随着大规模的垂直运动,强烈的陆缘扩张伴随着强烈的陆缘挤压;陆壳在北缘离散解体,又在南缘拼贴增生;洋壳在中央海盆新生,
又在其东邻的马尼拉海沟消减;陆缘地堑系在陆缘扩张过程中形成,岛弧2海沟断褶系在挤压过程中发育。在这里,几乎一切类型的构造运动、沉积作用、岩浆活动、变质作用和成矿作用都有发生、发展和演化的过程。
2 南海海盆边缘构造及内部断裂构造南海海盆为四周被地壳断裂和岩石圈断裂围限的菱形海盆,其边缘构造具有不同性
第20卷第1期2000年1月 第 四 纪 研 究QUATERNARYSCIENCESVol.20,No.1January,2000质和特点。南海海盆北部边缘为华南陆架,其展布方向大致平行于呈NE向延伸的海岸线,其内有一系列阶梯状正断层及其所围限的基底地堑和地垒。基底地堑控制着新生代断拗盆地的形成和发展,盆地中充填有巨厚的沉积,生、储、盖发育,为拉张型或离散型边缘。南海海盆南部边缘的南沙海槽(巴拉望海槽)亦呈NE向展布。南沙海槽为特提斯的残留海,自燕山期开始依次向南消减,在加里曼丹岛北部形成向南凸出的弧形断褶带及一系列叠瓦状冲断层,前第四系遭受不同程度的变形和变质,为挤压型或聚敛型边缘。南海海盆西部边缘为狭窄的越东陆架,呈SN向展布,与海岸线大致平行。陆架上有一系列平直的阶梯状正断层,具剪切2拉张特征,先剪后张,依次由西向东断落。近SN向的台湾2北吕宋岛弧和马尼拉海沟位于南海海盆东缘,凸向南海。据地震资料,马尼拉海沟的贝尼奥夫带向东倾斜,岛弧和海沟的弧形反向,海沟位于岛弧的向陆一侧,岛弧和弧后盆地洋壳区的构造线近于直交,构成了南海海盆东缘沟2弧体系区别于西太平洋边缘其它沟2弧体系的最大特征。马尼拉海沟具有复杂的演化历史,大致经历过拉张→剪切→挤压3个发展阶段。当前,海盆东缘具有挤压型边缘的特征。南海海盆边缘的上述构造特征,明显地反映了陆缘从西北向东南裂离蠕散,后缘拉张,前沿挤压,两侧剪切的基本运动特征。该特征是我们提出“陆缘扩张”观点的重要证据之一。“陆缘扩张”观点的形成和提出是我们长期研究南海地质构造演化的一个重要总结,其主要内容是:南海在华夏型活动大陆边缘的背景上,区域应力场从挤压转为松弛,地幔向洋一侧蠕散,陆缘断裂解体,海底多期、多轴扩张,陆块向洋一侧离散过程中形成的陆缘地堑系。边缘海的成因涉及到对流模式、消亡体系、大陆边缘性质和动力学一系列根本问题。它的复杂性和多样性导致对边缘海的成因意见不一,众说纷纭,莫衷一是。1989年,我国著名大地构造学家,“地洼”学说的创始者陈国达在《台湾海峡西部石油地质地球物理调查研究》[1]一书中对“陆缘扩张”观点做出了肯定。他在书中指出“新生代以来,中国东部的地壳构造作用以拉伸为主。这种构造作用引起了‘陆缘扩张’的现象。”此后,1997年,陈国达在“东亚陆缘扩张带———一条离散式大陆边缘成因的探讨”[2]一文中再次谈到了“陆缘扩张”问题。他指出,本文作者是最先提出该处(南海)出现了陆缘扩张现象,并认为我们的意见是正确的。南海海盆内部的断裂构造主要特征是,几乎全为锯齿状张裂,并以NE向和近EW向两组为主。前者迁就NNE和NEE向X型断裂,后者迁就NEE和NWW向X型断裂发展而成。NW向断裂在西部十分突出,它与NE向,近SN向断裂在海南岛南部海域联合构成醒目的Y型断裂。NE向锯齿状张裂为规模较大的地壳断裂和岩石圈断裂,构成南海的基本构造格架,并控制整个南海海盆的轮廓。NE向张裂主要分布在相对隆起的岛块区及其边缘,与华南大陆NE向主干断裂平行,两者有密切的成因联系。它们在燕山期强烈活动。喜马拉雅期时,由于构造活动中心东移,位于大陆上的NE向断裂相对稳定,而海盆内的NE向断裂则多次强烈活动,特别在中新世早期以后,活动更为强烈,具继承性和多旋回的特点。它们对南海海盆的形成,尤其是对北部和南部陆坡的形成起着明显的控制作用。近EW向锯齿状张裂包括NEE和EW向两组。前者主要分布在北部陆架、陆坡区,自燕
07第 四 纪 研 究2000年山期起多次活动,具继承性和多旋回特点;后者主要分布在中央东北海盆,为喜马拉雅期新生断裂。两者共同的特点是都分布在早第三纪拗陷区,且规模较NE向张裂小。NEE
向断裂多为基底断裂,少数为地壳断裂,主要分布在晚白垩世至早第三纪的地堑内。EW
向张裂主要为岩石圈断裂,在中央东北海盆切割中央海盆西缘岩石圈断裂并伸入陆坡,但在短距离内即消失或与NE向断裂复合。在南海的中央海盆区EW向张裂往往构成地幔物质上升的通道,形成海底扩张轴。
3 岛弧与弧后盆地的构造特征上文我们曾特别强调指出,近SN向的台湾2北吕宋岛弧与弧后盆地(南海海盆)洋壳区的构造线近于直交,从而构成了南海海盆东缘沟2弧体系区别于西太平洋边缘其它沟2弧体系的最大特征。对此,有人认为,不应将南海看成是NNE向的西太平洋岛弧的弧后扩张盆地,因为南海中央海盆洋壳区的磁条带均呈近EW向延伸[3]。显然,南海中央海盆洋壳区近EW向的磁条带,还有扩张轴和断裂构造与其东侧特别是北吕宋岛弧近SN向的中科迪勒拉山、卡加延河谷、马德里山等地堑、地垒系近于垂直,用“弧后扩张”模式是难以解释的。我们认为,根据X型共轭剪切面常以锐角对向压力轴和横梁弯曲的应力分布状态,
可进一步分析剪切断裂向张性断裂的过渡以及弯曲所产生的应力场的观点是正确的。因此,当太平洋板块沿NWW方向挤压时,华南大陆边缘产生近EW向的挤压应力场。这时,在相对隆起的北吕宋岛弧区产生以锐角等分线对向NNE和NNW向X型剪切断裂的挤压应力场,而在相对拗陷的南海中央海盆洋壳区则产生以锐角等分线对向NWW和NEE向X型剪切断裂的挤压应力场。迁就上述两组X型剪切断裂,在南海中央海盆洋壳区形成近EW向的张裂构造,而在北吕宋岛弧区则形成平行岛弧轴的近SN向的地堑、地垒构造,这就是两者形成近垂直构造的力学机制。
4 南海喜马拉雅期构造层及基底和盖层南海海盆喜马拉雅期构造层分为上、下两个亚构造层。下亚构造层包括白垩统上部至渐新统下部;上亚构造层包括渐新统中部至第四系。两者呈角度不整合接触。南海海盆的基底和盖层与油气的生、储、盖密切相关。总的来说,大陆成因的基底在南海之下占有很大面积,它们不仅延伸到陆架和陆坡区,同时还延伸到发育大型水下高地和岛屿地区。基底构造控制盖层构造。南海海盆的盖层分布、厚薄、走向以及岩石组成、油气资源等明显受基底构造控制,且已被大量的地质和地球物理资料所证实。对南海海盆基底和盖层的研究,后者远比前者广泛深入,特别在有油气远景的中2新生代盆地中。南海海盆新生代的沉积从早第三幻以来表现为一个巨大的海侵序列。下第三系中、下部为陆相沉积,下第三系上部的渐新统中、上部为海陆交互相,中新统以上为海相沉积,
表现出从陆到海的演化序列。
5 珠江口盆地的扩张旋回及其与含油气性的关系自1987年召开“中国南海北部大陆架石油地质国际研讨会”以来,又陆续发表了一系
17 1期刘昭蜀:南海地质构造与油气资源列专著、报告集和论文,这些出版物从地形地貌、地质构造、地球物理、地球化学、岩石矿物、微体古生物、岩浆活动、沉积特征和含油气性等方面对南海和珠江口盆地进行了论述,
从而大大加深了我们对这一地区的认识。上文中提到的“陆缘扩张”观点[4]是1983年我们在全面研究了南海海盆的演化历史后首次提出的。从“陆缘扩张”的大地构造观点出发,依据南海珠江口盆地(东部,下同)已有的大量地质和地球物理资料,结合围区区域地质背景,可将盆地的沉积盖层在扩张型陆缘演化阶段划分为3个构造旋回:第1扩张旋回(K2—E13)、第2扩张旋回(E23—N
1
1)和第
3
扩张旋回(N
2
1)。
第1扩张旋回第1扩张旋回的初期(K2—E
2
1),由于库拉2太平洋板块从东南向东亚大陆俯冲,产生
NW2SE向的区域挤压应力场。处于爷冲盘上的华南陆缘隆起产生NE2SW的二次局部挤压应力场,形成NNE和NEE向的X型剪切断裂。随着区域挤压力的加强,迁就X型剪切面形成NE向锯齿状张裂,进一步发展成一系列相互平行或雁行排列的地堑式断陷盆地。中期(E12—E
2
2)为第1扩张旋回的主扩张幕。在此期间,区域应力场从挤压转向松弛、
拉张,地幔上隆,地壳减薄,继承前期NE向断裂向下发展深切,地幔物质沿岩石圈断裂上涌,陆缘向洋扩张,地堑加深加宽,致使珠江口盆地进入明显的成盆期。南海海盆北部大陆坡脚附近的45MaB.P.和51.5MaB.P.的残留洋壳,可能是该期扩张的产物[5]。此时,
原先众多的小型断陷盆地逐渐扩大或合并,形成大型湖盆,发育典型的湖泊沉积。岩性以厚层暗色泥岩为主,顶部及底部夹有砂岩。这套文昌组的泥岩是盆地中最好和最主要的烃源岩。晚期(E32—E
1
3),南海第1扩张旋回趋于结束,在大范围内形成一套河流、沼泽相沉积。
渐新世早期末,区内抬升,遭受剥蚀,形成明显的不整合,标志着南海第1扩张旋回的结束。
第2扩张旋回第2扩张旋回始于渐新世晚期(E23—N
1
1),这是一个更为壮观的扩张旋回。随着南海
中央海盆的形成,珠江口盆地发生了广泛的海侵,导致珠海组(E
