南海中建南盆地构造沉降分析及沉积充填序列

2023-02-23 21:31:01Python013

南海中建南盆地构造沉降分析及沉积充填序列,第1张

高红芳　白志琳

摘要　本文运用EBM盆地模拟系统，对中建南盆地的沉降过程进行了定量和动态模拟，得出盆地不同部位的沉降速率及变化图，再现了中建南盆地形成过程中经历的幕式沉降运动。并结合区域构造演化和盆地沉积、构造特征，分析了盆地的构造演化过程，论述了盆地的充填序列，认为盆地的幕式沉降与盆地的构造演化具有成因关系，而盆地构造沉降控制了盆地的充填过程。

关键词　盆地模拟　构造沉降　构造演化　充填序列

中建南盆地位于南海西部中建岛以南，其范围为11°20′～15°30′N,109°30′～112°00′E（白志琳、高红芳，1999）。该海域海底地形西陡东缓，水深200～3000m，地形走向大致为南北向，跨越了西部陆架和陆坡区（邱燕，1995）。盆地沉积厚度在2000～11000m，为被动大陆边缘的剪切拉张型盆地，勘探程度较低。

中建南盆地较早的勘查始于国家“八五”期间，调查了该区基本的沉积构造特征。在1997～1999年间，我国专属经济区和大陆架勘测专项“HY126-03-11”勘测报告中对中建南盆地进行了详细的补充调查研究，主要识别了六个地震反射界面，代表盆地的几个主要不整合面，划分了六个地震层序，各地震层序对应的地质时代见表1。

1　盆地构造沉降史模拟原理

盆地定量模拟是70年代末发展起来的一门新兴学科。它以地质模型和数理模型为基础，模拟或“仿真”盆地的动力学过程，重塑盆地的构造演化史、沉积发育史、地热史和烃的生成演化史等。使盆地的研究由静态定性分析，发展为对盆地演化的动态半定量、定量分析。

本文应用EBM盆地模拟系统（林畅松，1998），定量和动态模拟了中建南盆地的沉降过程，确定了盆地构造活动的主要规律。由此分析盆地的构造演化和充填序列。

1.1　沉降史回剥模型和参数

沉积盆地的总沉降量主要与构造作用、沉积物压实、均衡作用、沉积基准面变化或古水深变化等因素有关。在裂谷或断陷盆地中，盆地形成的构造作用主要是拉张作用，由于岩石圈的拉薄而引起盆地形成和沉降。在拉张过程中，软流圈上升引起一定的隆升，随后热衰减使盆地进一步沉降，盆地内充填沉积物和水会引起岩石圈的均衡调整下降。表层的沉积物具有较高的孔隙度，随着埋深加大而压实，可产生不可忽视的沉降量。水平面的变化使盆地相对沉积基准面发生变化，这也是必须考虑的因素，因此，盆地（纯水载盆地）的构造沉降可表述为：

表1　中建南盆地层序划分表　Table1　divided seismic sequence of ZhongJianNan Basin

构造沉降＝总沉降-（沉积物和水负荷沉降+沉积物压实沉降+湖平面变化）显然，为了求得构造沉降，必须对沉积物压实进行校正。

1.2　沉积物压实校正

沉积物压实过程中受到岩性、超压、成岩作用等因素的影响，岩性往往起到主导的作用。在正常的压实情况下，孔隙度和深度关系可认为服从指数分布（Athy 1930Hedbery1936Ruby和Hubbert,1960）：

Φ＝Φ0e-cy

其中，Φ是深度为y时的孔隙度，Φ0为表面孔隙度，c为压实系数，Φ0和c主要与岩性有关。

在某一深度Y1和Y2之间岩层中水充填的孔隙

南海地质研究.12

沉积物的体积：　Vs=Vt（整体）－Vw

那么，其厚度：　Ys=Y2-Y1－Φ0×（Φ-cY2－Φ-cY1）/c

当把岩层回剥到和

高度时，沉积物部分Vs不变，而只有孔隙中的水发生变化（Vw）。因此，在回剥的位置上岩层的厚度由下式给出（P.Allen,1990）：

南海地质研究.12

砂岩、泥岩等单一的岩性的表面孔隙度据现代和实验室的结果已有较成熟的定量，混合的岩性可用表2提供的数值按比例加权得出。

表2　在正常情况下通常采用的压实系数　Table2　Coefficient of compaction under normal circumstances

（据Sclater和Chrjistic,1980）

1.3　沉积物的负荷校正

假若岩层的孔隙度为Φ，那么岩层的密度：

ρb＝Φρw（水密度）＋（1－Φ）ρsg（沉积物颗粒密度）

因此，有多层沉积层的平均密度：

南海地质研究.12

这里的S是校正后的厚度，是每一单层的厚度。

若构造沉降为Y（水充填），盆地中的水被沉积物代替后，厚度为S只考虑局部均衡，则有：

Y=S（ρm－ρs）/（ρm－ρw）

1.4　水深校正

沉积盆地水深较大时，必须对水深作校正才能得出正确的构造沉降。古水深的估计可通过沉积相分析、古生物组合等方法进行。一般来说，冲积—河流相可忽略水深计算：滨浅湖水深0～10m，半深湖—深湖沉积10～100m或更深；滨浅海水深0～50m，浅海50～200m，半深海—深海大于200m。在地震剖面上大型的前积层事实上是沉积斜坡体系。通过去压实后可恢复古斜坡的形态，从而估计古水深分布。

中建南盆地古水深变化如表3所示。

表3　中建南盆地古水深分布表　Table3　Distribution table of water-deep during Tertiary age of ZhongJianNan Basin

正确估计古水深后，很容易从总沉降中扣除水深的贡献。

若仅考虑局部均衡，水体的局部均衡沉降为Wd（ρm/（ρm－ρw）），其中Wd为古水深。因此，构造沉降可表述为（Steckler和Watts,1978P.Allen,1992）：

y=S（ρm－ρw）/（ρm－ρs）－Wd×ρm/（ρm－ρw）＋Wd

2　模拟结果分析

通过对三条代表性剖面的构造沉降史定量模拟分析（测线A、B、C）（图1），对中建南盆地的沉降过程有了较系统的认识。图2、3、4分别是测线A、B和C典型部位的构造沉降速率结果。从这个沉降速率直方图中可以看出盆地的构造沉降速率出现两次沉降高峰期，它们分别为晚始新世—渐新世末期（T5—T4）和晚中新世时期（T3—T2）。构造沉降速率的这种变化反映了裂陷作用的不均速性和多幕性，显示了测区内构造活动的多期次性。

图1　模拟测线位置图　Fig.1　Modeling seismic profiles area

根据构造沉降速率在剖面上各点的变化，可以将沉降速率的变化分为三幕：

第一幕为古新世—中始新世末期，总沉降速率约为90～130m/Ma，构造沉降速率为40～70m/Ma。但这一幕经历的时间很长，约为27Ma，显示了盆地在中生代末期的神狐运动中，经剧烈的构造沉降运动之后，长期相对平静。盆地早期沉积厚度变化不大的原因是后期构造沉降速率慢而稳定。

第二幕为晚始新世—中中新世末期，盆地经历中始新世时期的缓慢沉降之后，开始快速沉降，总沉降速率可达到160m/Ma，构造沉降速率可达90m/Ma。在沉降速率突然加大时期，盆地中形成了一个可与区域上对比的不整合面。该时期内盆地大幅度向外扩张，可容纳空间急剧加大，沉积了厚度较大的烃源岩，是油气形成的主要时期。后期盆地沉降速率逐渐减小，到中中新世末期，沉降速率降到最低点，出现隆升现象，总沉降速率约为40～80m/Ma，构造沉降速率为20～40m/Ma。完成了裂陷运动的第二幕。使得T3反射界面成为一个区域性不整合面。

从晚中新世开始，沉降速率忽然加快。总沉降速率回升到80m/Ma，构造沉降速率回升到50m/Ma。此后逐渐降低，到第四系时期在盆地西部地区，构造沉降速率略有提高，至此完成了盆地构造运动的第三幕。

这三幕构造沉降运动在盆地构造格架上有明显反映：第一幕时期为盆地半地堑或地堑时期，范围比较窄小，构造相对简单；第二幕时期为盆地向外断块式上超，构造活动剧烈，构造样式复杂多样；第三幕时期断裂基本不再活动，盆地面积有所加大；沉降速率回升，盆地经受了区域沉降作用。

图2　中建南盆地中部深部位沉降速率变化图　Fig.2　Reconstructed subsidence rate of deep position in middle of ZhongJianNan Basin

图3　中建南盆地东部深部位沉降速率变化图　Fig.3　Reconstructed subsidence rate of deep setting in eastern of ZhongJianNan Basin

从盆地沉降量变化曲线中也可以看出构造沉降速率变化的规律，以测线B沉降量曲线的变化说明盆地的西部、中部和东部不同时期沉降速率的变化（图5、6、7）。在中中新世以前，盆地中部的构造沉降速率最大，西部次之，东部除局部坳陷外，普遍构造沉降速率较小；在中中新世以后，盆地西部沉降速率和中部和东部相比，明显偏大，说明在中中新世以后，沉降中心转至盆地西部。从T0—T3等厚度图可以看出，从中中新世至今，盆地沉积中心在盆地西部。这说明后期盆地沉降中心与沉积中心十分吻合。

图4　中建南盆地西南部深部位沉降速率变化图　Fig.4　Reconstructed subsidence rate of deep setting in southwestern of ZhongJianNan Basin

3　构造演化史

根据上节对剖面构造沉降模拟结果的分析，结合区域构造演化史和盆地沉积特征、构造特征的分析，将中建南盆地的构造演化分成两个阶段：裂陷阶段和裂后阶段。如前所述，这两个发展阶段所对应的构造学特征及沉积发育特征均有明显的差异。其中裂陷阶段

包括断陷阶段和断坳阶段，裂后阶段即后期区域沉降阶段，也就是坳陷阶段。裂陷期和裂后期分界的T3反射界面，是一个削截明显的角度不整合面，在区域上具有一致性。裂陷期内的T5反射界面，也是一个角度不整合面，在全区具有可对比性。由此将中建南盆地的构造演化（图8）分析如下：

图5　中建南盆地西部深部位沉降曲线　Fig.5　Subsidence curve of deep setting in western of ZhongJianNan Basin

断陷阶段

古新世早期，盆地拉开了新生代裂陷旋回的序幕。在白垩纪末期—第三纪早期发生的神狐运动的影响下，地壳应力由NW—SE向挤压转为NW—SE向拉张。这次张裂运动在南海北部大陆边缘和西部大陆边缘产生了一系列彼此分离的北东向和北北东向地堑、半地堑（姚伯初，1994,1998）。其中西部大陆边缘的一部分地堑和半地堑形成了中建南盆地的雏形。早期盆地范围较小，基底起伏不平，受断层影响明显，局部地区形成了多个小的沉降中心和沉积中心。发育反向正断层，显示了盆地早期具有张扭特征，结合南部万安盆地的资料，推断盆地早期受右旋走滑断层的影响。

断坳、压扭阶段

大约在始新世晚期，随着裂陷伸展作用的加强和盆地演化的继续，近南北向和北东向基底主断层的控制性地位提高，成为控制坳陷的主要同沉积断层，致使盆地早期形成的一系列小的地堑和半地堑或深坳带合并连通形成一个大的坳陷。此时盆地逐渐演变成为一个北东向的地堑型盆地。盆地内除已形成的断层继续活动，又形成一系列北东向新断层。沉降中心主体在盆地中部。由于这个时期强烈的水平伸展作用和差异升降运动，构造沉降速率大，盆地形成了巨大的可容纳空间，沉积了巨厚泥岩。但中中新世末期，万安运动使得区域应力场由NW—SE向拉张转为NWW—SEE挤压，盆地构造沉降速率急剧减小，盆地整体抬升，遭受长时期剥蚀，盆地出现微起伏褶皱现象。

坳陷阶段（区域沉降阶段）

经过中中新世末期的区域性隆起和剥蚀夷平后，晚中新世早期盆地发生了整体沉降。这一时期盆地的张裂作用基本停止，盆地边部基底主断层虽仍有不同程度的继承性活动，

但对沉积活动的控制作用减弱。

图6　中建南盆地中部深部位沉降曲线　Fig.6　Subsidence curve of deep setting in middle of ZhongJianNan Basin

总之，中建南盆地新生代构造演化经历了古新世—中始新世、晚始新世—中中新世、晚始新世—第四纪三个构造演化阶段，形成了一个较完整的裂陷－坳陷沉积旋回，与盆地的构造沉降幕式变化具有一致性。

4　盆地的充填序列

中建南盆地形成于陆架与西南海盆之间，物源丰富，沉积体系多样，盆内充填了数千米厚的陆缘湖盆、海洋沉积物。其总体的沉积演化受盆地构造沉降幕的影响，显示出一定的阶段性和多期次性。但由于盆地经历了由陆缘湖盆向陆缘海盆的过渡，因此其充填过程有一定特殊性。系统的沉积和古构造分析表明，盆地充填演化可划分以下几个阶段。

图7　中建南盆地东部深部位沉降曲线　Fig.7　Subsidence curve of deep setting in eastern of ZhongJianNan Basin

早期（Tg—T5）冲积—浅湖、沼泽盆地充填

包括冲积扇、河流和浅湖沼泽沉积。浅湖沼泽沉积主要分布于盆地中部，沿NNE到NE展布，代表最早期的裂陷盆地充填。四周是河流和冲积扇沉积体，其中北、西、南部的扇体规模大，而东部扇体规模很小，显示物源主要来自北、西、南部。由于这一阶段盆地差异沉降明显，在地震剖面上显示出低频，不连续到中连续，振幅中—低，变化快的反射特点。冲刷和切割现象较明显。

中期（T5—T4）扇三角洲、海－陆交互相充填

包括河流、扇三角洲、海－陆交互相、浅湖—沼泽相、浅湖—半深湖沉积，以前三种沉积体系为主，后两种沉积体系为残留相湖沉积。这一时期盆地沉降速率最大，可容纳空间明显加大，沉积了巨厚泥岩，是盆地烃源岩的主要发育时期。盆地边部的河流和扇三角洲是主要的储集层来源。

中晚期（T4—T3）开阔浅海—半深海充填

这个时期地形相对平缓，地堑、半地堑的差异沉降减小，盆地边缘地层上超。形成盆地边缘以河流、扇三角洲沉积为主，中部以海相泥岩、砂质泥岩沉积为主，局部地区残留有海陆交互相沉积。这一时期也是盆地烃源岩发育的重要时期。本期的隆起所导致的风化剥蚀，使得T3界面形成一个风化淋滤层，为不整合油藏的形成提供了条件。

后期（T3—T0）三角洲、滨浅海—半深海充填

这个时期在盆地西部、北部沉积了三角洲、滨海砂岩沉积，可作为盆地油气的储集体。中、东部为浅海—半深海泥岩沉积，为盆地区域盖层。在地势略高的部位，碳酸盐岩体比较发育，是重要的储层之一。

图8　中建南盆地沉积－构造发展史剖面图　Fig.8　The sedimento-structural development history of cross profile in ZhongJianNan Basin

5　结论

（1）盆地有三个快速沉降期，构造沉降速率的变化反映了盆地的幕式演化。

（2）盆地的沉积经历了从河流、冲积扇、浅湖、湖－海、浅海—半深海沉积，显示了一个大陆边缘盆地完整的充填演化过程，阶段性明显，反映出构造沉降的幕式变化同盆地充填演化阶段性的对应，进一步揭示了构造沉降对盆地沉积充填的控制作用。

（3）最大沉降速率时期与烃源岩的主要发育时期相对应。说明了在中建南盆地沉降速率对烃源岩发育的控制作用。

参考文献

1.林畅松，1998，盆地的形成和充填过程模拟，地学前缘Vol.6增刊，中国地质大学出版社。

2.姚伯初、曾维军等，1994，中美合作调研南海地质专报（GMSCS），中国地质大学出版社。

3.姚伯初，1998，南海新生代的构造演化与沉积盆地，南海地质研究第10期，中国地质大学出版社。

4.Allen P A,Allen J R.Basin Analysis:Principles and Applications.London:British Petroleum Company plc,1990.1～451.

5.Sclater,J.G.and P.A.F.Christie（1980）:Continental stretching:an explanation of the postmid Cretaceous subsidence of the Central North Sea Basin,J.Geophys.Res.,85,3711～3739.

6.Watts,A.B.,G.Karner,and M.Steckler,1982,Lithosphere flexure and the evolution of sedimentary basin:Philosophical Transactions of the Royal Society of London,series A,V.305,p.249-281.

7.白志琳、高红芳，1999，南海海域沉积盆地多道地震补充调查研究报告（内部资料）。

8.邱燕等，1995.西沙西南海域勘查试点（内部资料）。

MODELING AND ANALYSIS OF STRUCTURE SUBSIDENCE HISTORIC AND FILLING SUCCESSION OF ZHONGJIANNAN BASIN

Gao Hongfang　Bai ZhiLin

Abstract

Basin modeling technique has been used to reconstruct the subsidence rate in ZhongJianNan Basin.By subsidence rates in different areas,it has been shown that structure subsidence was being episode.Connected regional tectonic evolution and depositional-structural feature of basin,the writer analyzes tectonic evolution and filling succession of ZhongJianNan Basin.It has been found that there are genetic relationship of basin episode subsidence and tectonic evolution and structural subsidence controls basin filling succession.

Key word:Basin Modeling,structure subsidence,tectonic evolution,filling succession

1、家燕

喙短而宽扁，基部宽大，呈倒三角形，上喙近先端有一缺刻；口裂极深，嘴须不发达。翅狭长而尖，尾呈叉状，形成“燕尾”，脚短而细弱，趾三前一后。主要特点是上体发蓝黑色，还闪着金属光泽，腹面白色。体态轻捷伶俐，两翅狭长，飞行时好象镰刀，尾分叉象剪子。

2、杜鹃

多数居住在热带和温带地区的树林中。大约三分之二的杜鹃，包括所有北美的种类，会筑巢且哺育自己的幼鸟；只有约三分之一的杜鹃以寄生的方式养育幼鸟。

3、黄鹂

大多数为留鸟，少数种类有迁徙行为，迁徙时不集群。树栖性，在枝间穿飞觅食昆虫、浆果等，很少到地面活动

4、鸿雁

主要栖息于开阔平原和平原草地上的湖泊、水塘、河流、沼泽及其附近地区。以各种草本植物的叶、芽、包括陆生植物和水生植物、芦苇、藻类等植物性食物为食，也吃少量甲壳类和软体动物等动物性食物。性喜结群，常成群活动，特别是迁徙季节，常集成数十、数百、甚至上千只的大群

5、天鹅

多数是一夫一妻制，相伴终生。求偶的行为丰富，雌雄会趋于一致的做出相同的动作，还会体贴地互相梳理羽毛。一年繁殖一次，卵的体积较大，如大天鹅的卵有400多克重。幼鸟为早成雏。迁徙时会多群集结，但仍是小群行动。

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