南海北部新生代构造应力反演及其动力学背景探讨*

南海北部为我国重要的含油气区之一, 但目前南海北部盆地的演化史及其与周边构造事件的关系仍不明确。基于钻孔和地震资料, 通过数学模拟, 反演了琼东南盆地和珠江口盆地的构造应力演化特征和初始地壳厚度。结果表明, 南海北部盆地具有较薄的初始地壳厚度和岩石圈厚度。珠江口盆地存在两期应力松弛期, 而琼东南盆地在深水区和浅水区分别存在一期应力松弛期。南海北部第一期应力松弛在空间上具有连续性, 主要分布在深水区, 在时间上东早西晚; 第二期应力松弛空间上存在东西分异性。分析认为, 南海北部深水区应力松弛期由东至西的演化应为西北次海盆由东至西的剪刀式张裂所致。珠江口盆地第二期构造应力松弛与局部岩浆侵入有关, 琼东南盆地浅水区的构造应力松弛期与红河走滑断裂平静期相对应。     

南海北部新生代构造迁移特征

选择南海北部比较有代表性的珠江口、琼东南和中建南3个盆地作为研究区,对所获取的剖面进行了地震解释工作,运用地震地层学和构造地质学等方法对我国南海北部新生代演化史开展研究,探讨了南海北部陆缘各区域构造演化差异及规律。结果表明,南海北部陆缘构造活动在时序上存在着迁移的特征,体现出自北向南"珠江口盆地→琼东南盆地"、"珠江口盆地→中建南盆地"构造事件逐渐变晚的趋势。因此,南海北部陆缘破裂从北部开始,以"撕裂"的方式逐渐向南推进,同时排除了红河断裂的叠加影响,南海北部自北向南断陷活动强度逐渐减弱。在其后的演化中,构造沉降与物质充填中心的迁移以一种更加复杂的方式进行。     

南海北部新生代盆地群构造特征及其成因

南海北部陆缘自西向东分布有北部湾、琼东南、珠江口和台西南等新生代盆地。前人认为这些盆地是华南大陆东南缘裂解直至南海北部被动陆缘形成过程中逐渐形成的,但大量地震剖面揭示,南海北缘主控盆断裂倾向陆地,与典型的被动陆缘的主断裂倾向海盆的特征明显不符。因而,南海北部陆架盆地成因显然不是被动大陆边缘的Mckenzie伸展机制。为此,基于大量陆地调查和海域地震剖面资料的对比,揭示了南海北部陆缘至少在34 Ma之前不是被动大陆边缘,早期陆缘断裂十分发育,主控断层为NE-NNE走向,和陆地同期走滑断层具有连续性。这些NNE-NE向断裂右行右阶走滑控制了拉分盆地内的EW或NEE方向的次级断裂,并控制了盆地内部近EW向的次级构造单元展布。因此,新生代南海北部陆缘的一系列盆地是动力学成因上具有密切联系的右行右阶拉分盆地群。这个拉分成因模式与南海北部陆缘新生代盆地内部沉积沉降中心迁移、构造跃迁、岩浆展布等特征非常一致。而南海北部真正成为典型被动大陆边缘的时间是在15 Ma之后,但此时南海却停止了扩张,而且大约在10~5 Ma由于菲律宾海板块沿吕宋岛弧-台湾造山带逐步楔入欧亚板块导致最后的弥散性NWW向断裂切割南海北部所有构造。从盆地动力学考虑,南海北部陆架盆地的成因主要与太平洋板块的动力学联系较为紧密。     

南海北部深水区盆地特征及其动力学背景

南海北部陆缘深水区指水深〉300m的陆缘盆地区,包括琼东南盆地中央坳陷带及其南部隆起区、神狐隆起南侧、珠江口盆地珠二坳陷及其南部的西沙-中沙隆起和一统暗沙隆起区（图1）,总面积超过120000km^2。2006年,从南海北部陆缘珠江口盆地白云凹陷水深1480m的荔湾构造上钻探的LW3—1—1井获得天然气重大发现,     

南海北部深水区东西构造差异性及其动力学机制

This paper overviews research progress in observation, theoretical analysis and numerical modeling of submesoscale dynamic processes in the South China Sea(SCS) particularly during recent five years. The submesoscale processes are defined according to both spatial and dynamic scales, and divided into four subcategories as submesoscale waves, submesoscale vortexes, submesoscale shelf processes, and submesoscale turbulence. The major new findings are as follows.(1) Systematic mooring observations provide new insights into the solitary waves(ISWs) and the typhoon-forced near-inertial waves(NIWs), of which a new type of ISWs with period of 23 h was observed in the northern SCS(NSCS), and the influences of background vorticity, summer monsoon onset, and deep meridional overturning circulation on the NIWs, as well as nonlinear wave-wave interaction between the NIWs and internal tides, are better understood. On the other hand, satellite altimeter sea surface height data are used to reveal the internal tide radiation patterns and provide solid evidence for that the ISWs in the northeastern SCS originate from the Luzon Strait.(2) Submesoscale offshore jets and associated vortex trains off the Vietnam coast in the western boundary of the SCS were observed from satellite chlorophyll concentration images. Spiral trains with the horizontal scale of 15–30 km and the spacing of 50–80 km were identified.(3) 3-D vertical circulation in the upwelling region east of Hainan Island was theoretically analyzed. The results show that distribution patterns of all the dynamic terms are featured by wave-like structures with horizontal wavelength scale of 20–40 km.(4) Numerical models have been used for the research of submesoscale turbulence. Submesoscale vertical pump of an anticyclonic eddy and the spatiotemporal features of submesoscale processes in the northeastern SCS are well modeled.     

南海北部深水区东西构造差异性及其动力学机制

南海北部深水区位于南海洋陆转换带,构造运动活跃,构造特征复杂。同时,南海北部深水区石油、天然气、天然气水合物等矿产资源丰富。因此,加强南海北部深水盆地构造特征分析,揭示南海北部陆缘构造属性与南海形成演化机制,对于南海深部过程演变研究、油气资源评价与地质灾害防治等具有重要的意义。本论文通过对南海北部深水区陆架-陆坡结构、盆地构造特征与演化规律的分析,指出研究区东西存在明显的构造差异性,并分析了其动力学机制。南海北部深水区东部陆架-陆坡结构为宽洼窄隆型,而西部为窄洼宽隆型。东部珠江口盆地深水凹陷均为半地堑结构,剖面上呈不对称的箕状;西部琼东南盆地除北礁凹陷为南段北超的小型半地堑外,其它凹陷均为地堑结构,为南北双断式沉积体系。在构造演化方面,东部中中新世末结束裂后期进入新构造活动期,白云凹陷构造活动性增强,表现为快速的沉降和显著的晚期断裂作用;而西部晚中新世末才进入新构造活动期,深水区表现为快速沉积作用,断裂活动较弱。     

南海北缘新生代盆地沉积与构造演化及地球动力学背景

南海北缘新生代沉积盆地是全面揭示南海北缘形成演化及与邻区大地构造单元相互作用的重要窗口。通过对盆地沉积-构造特征分析,南海北缘新生代裂陷过程显示出明显的多幕性和旋转性的特点。在从北向南逐渐迁移的趋势下,东、西段裂陷过程也具有一定的差异,西部裂陷活动及海侵时间明显早于东部,裂陷中心由西向东呈雁列式扩展。晚白垩世-早始新世裂陷活动应是东亚陆缘中生代构造-岩浆演化的延续,始新世中、晚期太平洋板块俯冲方向改变导致裂陷中心南移,印度欧亚板块碰撞效应是南海中央海盆扩张方向顺时针旋转的主要原因。     

南海北部新生代晚期浮游有孔虫及其分带

随着石油地质勘探工作的开展,南海北部新生代海相地层被大量钻孔揭露出来,并在其中发现丰富的浮游有孔虫化石,本文通过浮游有孔虫在地层中的分布特征和规律,建立南海北部新生代晚期浮游有孔虫分带序列及其对比.     

南海北部磁场特征及其构造意义

根据南海北部的地磁场数据及其化极异常特征,该区由北向南可分为复杂异常区、高磁异常区、陆坡磁异常平静区(磁静区)和海盆磁条带区四大构造特征区.其中,磁静区可为内磁静区1、内磁静区2和外磁静区三部分.该区磁性基底反演结果表明,外磁静区磁性基底深度为6-7km,介于内磁静区(8-10km)和海盆区(4-5km)之间,可能是前新生代残留古洋壳.外磁静区和下地壳高速层相对应,指示其可能是在裂前或裂间由底侵作用形成的.陆架坡折带附近的F2断裂是内磁静区的北侧边界,指示了南海北部陆壳向过渡壳的转变分界;位于下陆坡与海盆的交界处的F4断裂为外磁静区的南侧边界,F3断裂可能指示了洋陆分界线的位置.     

南海北部新生代的构造运动特征

新生代以来,南海北部陆架陆坡区及其邻区的地壳构造运动是在统一的区域构造应力场和总体区域性张裂沉降背景之下发生的,构造运动具有多旋回振荡式发生的特点,并贯穿了晚白垩世末之后的整个新生代.它的发生与太平洋板块的构造运动密切相关,这是由于太平洋板块之下的软流层流动方向和强度的振荡式改变而引发的.     

南海北部新生代构造迁移的特征、动力学机制及对油气成藏的影响

The northern continental margin of the South China Sea(SCS) is located within the tectonic system of Southeast Asia, an area with a great deal of tectonic migration due to the regional tectonic movements. The available geological and geophysical data of the area are comprehensively analyzed in order to demonstrate the typical migration patterns of the Cenozoic tectonics in the northern SCS caused by the episodes of the Cenozoic tectonic movement. Furthermore, the lateral variation characteristics of the strata and the different evolution patterns of the main basins’ features are assessed. It primarily focus on:(1) the Cenozoic episodic rifting from north to south in the continental margin of the northern SCS;(2) the rifting and depression time of the main basins progressively become younger as one goes from north to south, signifying that the migration of both the tectonics and the sediments within the northern SCS travelled from north to south during the Cenozoic; and(3) the lateral tectonic migration on the direction of EW is not regular in total, but in some local areas the trending of the tectonic migration is from west to east. The analysis of the tectonic migration features of the northern SCS, in combination with the regional tectonic evolution background, indicates that the observed remote lagging effect, resulted from the India-Eurasia plate collision, is the main dynamic mechanism involved in the tectonic migration within the northern SCS. The tectonic migration has significant influence on both the organization of petroleum deposits and on the hydrocarbon accumulation within the basins in the northern SCS; comprehensive understanding of this dynamic system is of great reference value in predicting the hydrocarbon accumulation and has the potential to have an enormous impact in discovering new deep reservoirs for the future oil-gas exploration.     

南海北部晚新生代岩浆活动的发育特征与构造意义

南海北部陆缘具有极其独特的岩浆活动特征,其岩浆活动在大陆张裂和破裂期间表现的较为薄弱,而在裂后期尤其是海底扩张停止之后的晚新生代时期却变得极为强烈。通过总结南海北部晚新生代玄武岩浆的岩石学、年代学、地球物理学等方面的研究成果,从发育规模、物质属性、构造模式以及通道特征等方面系统揭示了岩浆活动的发育特征及其隐含的构造意义。结果显示:(1)南海北部晚新生代玄武岩均显示洋岛玄武岩(OIB)的物质属性,且与世界典型热点火山OIB具有相似的同位素分布范围;(2)南海北部海底火山的侵入和喷出体积量与世界典型的大火成岩省具有可对比性;(3)岩石圈伸展过程中所形成的张性断裂可能为后期玄武岩浆的活动提供了良好的通道;(4)沉积地层中所发现的岩脉与岩墙复合体与海底火山活动应该具有相同的岩浆来源;(5)全球和区域地震层析成像结果均显示了一条清晰的深部低速通道,暗示了南海北部晚新生代玄武岩浆活动可能与深部地幔柱存在紧密联系。     

南海北部及广东沿海新生代火山活动

调查区新生代火山活动十分活跃。岩性以基性为主,少数属超基性Sr~(87/86)初始值最高0.706189,最低0.703178,陆区和海盆新生代火山岩均来自地幔。 K-Ar年龄最老62.86百万年,最新0.43百万年。从老至新可划分为8个活动期,分别为古新世早期、始新世早期、渐新世末期、中新世中期、中新世晚期、早更新世早期、早更新世晚期和中更新世中期。 海盆与陆区火山活动在岩性、同位素特征、活动时期、喷发方式以及岩浆来源等方面都十分相似,二者属统一的新生代火山岩区。     

南海东北部及其邻区新生代构造事件

南海东北部及其邻区新生代构造事件主要有白垩纪末—古新世早期、始新世中期、始新世晚期—早渐新世、中新世晚期—上新世初和上新世末—更新世中期发生的５次事件。它们在区内表现明显，伴有不整合、地层缺失和岩浆、断裂、褶皱等活动。同一构造事件在不同构造单元发生的时间可以有早有晚、程度有强有弱、性质有张有压，或造陆造山、或造海造盆，但是这些表现却互有联系且可在全区追踪对比。     

南海北部初级生产力遥感反演及其环境调控机制

选取VGPM模式对南海北部海域初级生产力进行反演,通过SeaWiFS和AVHRR提供的Chl a,K₄₉₀,PAR和SST等遥感数据产品计算得到了模式所需的各项参数,结合现场实测数据对模式进行了修订和误差分析.在此基础上通过反演计算获得了南海北部海域7 a平均(1998～2004年)初级生产力逐月分布图像.研究结果表明,研究海域初级生产力(C)分布趋势为由沿岸带向陆架以及外海逐渐降低,其中沿岸带区高于400 mg/(m2·d),外海区大致在100～300 mg/(m2·d);初级生产力水平冬季最高[平均为608 mg/(m2·d)]、夏季最低[平均为292 mg/(m2·d)],春、秋季基本持平.控制初级生产力时空分布的因子主要有营养盐、温度、光照,其中又以季风和环流驱动下的营养盐变化对初级生产力的调控最为显著.     

南海东北部及其邻区新生代构造事件

南海东北部及其邻区新生代构造事件主要有白垩纪末－古新世早期，始新世中期，始新世晚期－早新世，中新世晚期－上新世初和上新世末－更新世中期发生的５次事件，它们在区内表现明显，伴有不整合，地层缺失和岩浆，断裂，褶皱等活动，同一构造事件在不同构造单元发生的时间可以有早有晚，程度有强有弱，性质有张有压，或造陆造山或造海造盆，但是这些表现却互有联系且可在全区追踪对比。     

南海海盆新生代的构造演化史

南海海盆地的地壳为洋壳，在新生代它经历了大西洋海底扩张的演化历史，海盆中有三个残留的海底扩张中心，并发生过两次海底扩张。第一次海底扩张发生在晚始新斩新世，扩张方向为北西－南东向，产生了南海西北海盆和西南海盆。     

南海北部珠江口盆地新生代伸展过程及其区域差异性定量研究

以珠江口盆地为研究对象,自西向东选取了能控制区域构造格局的5条区域性大剖面,运用2D Move软件分别对其进行平衡剖面恢复,并计算出各剖面不同时期的伸展量、伸展率和伸展速率,以此为基础对珠江口盆地的构造演化过程及其区域性差异进行了定量研究。研究结果显示:(1)珠江口盆地新生代以来一直处于一个持续伸展的过程,并于32-30 Ma期间出现一个伸展高峰期,但总体呈现伸展率和伸展速率逐渐降低的趋势;(2)珠江口盆地新生代主要伸展变形时期其伸展的过程具有明显的区域性差异,即自西向东伸展率和伸展速率明显逐步变大。     

南海南部新生代构造应力场特征与构造演化

应用构造动力学理论和原理，分析了南海南部自晚中生代以来的构造应力场特征与构造演化。认为南海南部总体上处于南北向挤压应力场中，其构造演化可分为４个阶段，其中，众多沉积盆地及其主要构造主要形成于２—３阶段（渐新世－中新世）。     

南海北部陆缘盆地群新生代构造过程与油气运聚规律

南海北部陆缘盆地群包括莺歌海盆地、北部湾盆地、琼东南盆地、珠江口盆地和台西南盆地,均处于复杂的构造环境下,盆地的形成及演化与周围的构造过程息息相关。本文对新生代55 Ma以来的典型时期海陆格局进行了重建,在此基础之上对南海北部陆缘各盆地的油气运聚规律进行探讨,提出:(1)太平洋板块与欧亚板块、印度-澳大利亚板块与欧亚板块相互作用可以从多方面影响油气的运移。(2)自西向东,由琼东南盆地到珠江口盆地烃源岩时代相对变老埋深变大,地幔埋深也逐渐变大,生烃能力逐渐提高;自北向南,北部湾盆地、珠江口盆地和琼东南盆地的地幔平均埋深也有逐渐变深的趋势。(3)莺歌海盆地、琼东南盆地和珠江口盆地南部成为天然气富集区的原因是由于这些区域构造活动相对较微弱,坳陷幅度小,长期处于沉降速率小的条件下,而且地壳非常薄(Moho面埋深均低于24 km),地温梯度及大地热流值偏高,有利于形成烃源岩有机质热演化多处在成熟-高熟凝析油及湿气阶段。(4)琼东南盆地和珠江口盆地具有更好的油气前景。具体来说琼东南盆地和珠江口盆地南部可成为该区极具潜力的天然气产区,而珠江口盆地北部则具有极大的石油开发潜力。