南海北部珠江口盆地新生代伸展過程及其區域差異性定量研究

王雪，呂寶鳳，梁捷尉，梁正鵬，吳瓊

（1.中國地質大學　構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北　武漢　430074；2.中山大學　海洋學院，廣東　廣州　510006）

南海北部珠江口盆地新生代伸展過程及其區域差異性定量研究

王雪1，2，呂寶鳳1，2，梁捷尉2，梁正鵬2，吳瓊2

（1.中國地質大學構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢430074；2.中山大學海洋學院，廣東廣州510006）

以珠江口盆地為研究對象，自西向東選取了能控制區域構造格局的5條區域性大剖面，運用2D Move軟件分別對其進行平衡剖面恢復，并計算出各剖面不同時期的伸展量、伸展率和伸展速率，以此為基礎對珠江口盆地的構造演化過程及其區域性差異進行了定量研究。研究結果顯示：①珠江口盆地新生代以來一直處于一個持續伸展的過程，并于32-30 Ma期間出現一個伸展高峰期，但總體呈現伸展率和伸展速率逐漸降低的趨勢；②珠江口盆地新生代主要伸展變形時期其伸展的過程具有明顯的區域性差異，即自西向東伸展率和伸展速率明顯逐步變大。

珠江口盆地；構造演化；伸展率；伸展速率；含油氣盆地

南海處于歐亞、印度-澳大利亞和太平洋板塊的交匯處，是西太平洋最大的邊緣海，因其區域構造位置的特殊性以及構造變形機制的復雜性，又含有豐富的油氣資源，一直是構造地質學研究的熱點，被譽為板緣作用與含油氣盆地研究的“天然實驗室”。

珠江口盆地位于南海北部、華南大陸以南、海南島和臺灣島之間的廣闊陸架和陸坡區，是南海北部規模最大、地質特征最典型、勘探程度相對較高的一個新生代含油氣盆地，盆地的形成和構造演化記錄了大量南海擴張及太平洋板塊運動的地質信息，同時還控制著盆內新生代沉積、盆內烴源巖的發育以及盆內油氣的運移和聚集。因此，研究珠江口盆地的構造特征和演化過程對了解該區域的石油地質條件及太平洋板塊運動過程有著重要的意義。前人對珠江口盆地的形成和演化做出了卓有成效的研究（李思田等，1998；龔再升等，2004；林長松等，2007；蔡周榮 等，2010；呂寶鳳 等，2008；朱偉林等，2010；張功成，2010；王洪才等，2013），然而，但大都是對盆地的構造演化進行定性探討，定量研究并不多見。本文自西向東選取了能控制珠江口盆地區域構造格局的5條區域性大剖面，運用2D Move軟件分別對其進行平衡剖面恢復，并計算出各剖面不同時期的伸展量、伸展率和伸展速率，以此為基礎對珠江口盆地的構造演化過程及其區域性差異進行了定量研究。

1　區域地質概況

南海由于受到歐亞板塊、印澳板塊和太平洋板塊三大板塊的綜合作用，構造活動復雜，地質現象豐富。南海北部靠近我國大陸地區，自西向東分布著鶯歌海盆地、北部灣盆地、瓊東南盆地、珠江口盆地、臺西南盆地以及臺西盆地六大含油氣盆地。珠江口盆地和南海北部大陸邊緣一起，是在歐亞、太平洋和印澳三大板塊相互作用下、在“地幔上涌+地殼擴張”雙重機制下經多期幕式擴張形成的（Bowinetal，1978；Ru et al，1986；Tapponier etal，1982，1990；姚伯初，1996；姚伯初等，1994，2004；吳金龍等，1992；Lee etal，1995；金翔龍，1997；李思田等，1998；龔再生等，2004；任建業等，2000；張訓華等，1996，1997；吳能友 等，1999；呂炳權等，2002）。

多年的勘探實踐和研究證實：在中生代基底之上珠江口盆地新生代共沉積了9套地層層序，從下到上依次為：古新統神狐組、始新統文昌組、下漸新統恩平組、上漸新統珠海組、下中新統珠江組、中中新統韓江組、上中新統粵海組、上新統萬山組及第四系，并完成了一個陸相→海陸過渡相→海相的演變過程（圖1） （呂寶鳳等，2012）。

圖1　南海北部珠江口盆地新生界層序劃分（據朱偉林等2010、張功成等2010資料編制）

區域剖面幾何學特征分析顯示：在平面上盆地總體呈NE-SW向展布，具有東西分塊，南北分帶的構造特征和“三隆兩坳”的構造格局，包括北部隆起帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶組成（圖2）；剖面上珠江口盆地新生代構造變形樣式以伸展構造樣式為主 （袁玉松，2008；張功成，2007；張迎朝等，2013；能源等，2013），新生界具有“三層樓式”結構特征，古近系（23.3 Ma界面以下）呈現地塹-半地塹（箕狀）結構，中新統（23.3-10.5 Ma界面）呈現“餅狀”（或碟形）結構，上新統及其以上層序（10.5 Ma界面以上）呈現“前積”結構（張功成，2010；能源，2013） （圖3），基于這些現象，前人普遍認為珠江口盆地新生代經歷了三大不同的構造演化階段：古近紀（65.0-23.3 Ma）為多幕裂陷期，早中新世-中中新世（23.3-10.5 Ma）是“區域坳陷”期，晚中新世以來（10.5-0 Ma）為差異性快速沉降期（張功成，2010；張志杰，2004；丁魏偉，2009；董冬冬等，2008）。

2　平衡剖面恢復

2.1區域大剖面的選取

平衡剖面是現代構造地質學研究的重要手段，其遵循的基本原則是體積守恒法則，即巖石變形只是形態發生變化，而體積保持不變，為便于應用，實踐中經過簡化，常用的平衡地質剖面法是面積守恒、層長守恒、位移守恒等一系列幾何法則，以此來制約剖面解釋的隨意性。

進行平衡剖面恢復這一操作時，應當選取的最佳剖面位置必須垂直于盆地區域構造線方向，且構造變形以垂直于區域構造線方向的脆性變形為主。珠江口盆地地表和近地表的區域構造線方向為北東-南西向，新生代以來以北西-南東方向的張裂為主，而且盆地內部沒有物質的塑性流動，符合平衡剖面的應用的基本條件。

根據上述原則，本次研究筆者選取了橫跨珠江口盆地的能夠控制盆地基本構造格局的5條北西-南東向區域性地震-地質大剖面為計算依據。自西向東依次為命名為L1-L5（圖2、3）。

其中L1依次經過瓊海凹陷、瓊海凸起、文昌B凹陷、文昌C凹陷和神狐隆起，剖面原始長度為53 514.34 m；L2分別橫跨陽春凸起、陽江凹陷、陽江低凸起、文昌A凹陷和神狐隆起，剖面原始長度為55 391.94 m；L3北起西江凹陷，經過番禺凹陷、番禺低隆起、神狐隆起，南至開平凹陷，剖面長度為26 116.02 m；L4依次穿過北部隆起、惠州凹陷、西江凹陷、東沙隆起、番禺低隆起、白云凹陷、西部隆起和荔灣凹陷，剖面原始長度為160 345.88 m；L5依次橫穿陸豐凹陷、東沙隆起和潮汕凹陷，剖面長度為55 526.47 m。

圖2　珠江口盆地構造單元劃分圖（據朱偉林等，2010資料編制）

圖3　珠江口盆地區域地震地質綜合解釋剖面圖（據朱偉林等，2010資料編制）

2.2平衡剖面恢復與計算結果

按照平衡剖面恢復的基本原理，在2D Move工作站上分別對5條剖面進行了平衡和恢復，通過平衡剖面恢復，得到剖面變形前的長度，進而計算出每個地質時期地層的伸展量和伸展率（表1）。圖4為其中的L4的平衡剖面恢復結果圖。剖面各時期的伸展量ΔL、各時期的伸展量占伸展總量的比重R、伸展率r和伸展速率v的計算結果見表1，各剖面各時期伸展率及其所占總伸展量的百分比情況如圖5所示。

表1　剖面L1-L5在不同變形時期伸展量、伸展量占總伸展量比重伸展率和伸展速率

圖5　珠江口盆地剖面L1-L5各時期伸展率及其所占總伸展量的百分比

其中，伸展量、伸展率以及伸展速率的計算公式為：

式中，ΔLi第i層的伸展量，L1i和L0i分別為剖面伸展后長度和剖面原始長度，ΔL為剖面新生代以來的總伸展量，Ri為第i層的伸展率占總伸展量的比重，ri為第i層的伸展率，vi為第i層的平均伸展速，ti為第i層的伸展時間。

3　討論

在所選擇的5條剖面中，雖然它們的原始長度各不相同，但在伸展率、伸展速率及區域構造位置等方面，顯示出一定的規律性：

3.1階段性伸展差異

56.5-32 Ma期間：

L1伸展量為793.24 m，占新生代以來伸展總量的29.52%，伸展率為2.09%，伸展速率為0.032 3 mm/a；

圖4 剖面L4的平衡剖面恢復結果

L2伸展量為1 314.79 m，占新生代以來伸展總量的32.95%，伸展率為9.57%，伸展速率為0.053 7 mm/a；

L3伸展量為841.61 m，占新生代以來伸展總量的46.46%，伸展率為3.22%，伸展速率為0.034 4 mm/a；

L4伸展量為24 561.01 m，占新生代以來伸展總量的52.56%，伸展率為15.32%，伸展速率為1.002 5 mm/a；

L5伸展量為5 665.57 m，占新生代以來伸展總量的32.95%，伸展率為10.20%，伸展速率為0.231 2 mm/a。

這些數據顯示，該階段L1-L5各剖面伸展量占總伸展量的比重和伸展率都較大，但各剖面伸展速率并不大。說明在這一時期盆地總體一直處于緩慢伸展狀態，而且最終伸展的程度較大，是盆地新生代伸展的重要要階段。

32-30 Ma期間：

L1的伸展量為1 301.91 m，占新生代以來總伸展量的34.32%，伸展率為2.43%，伸展速率為0.651 0 mm/a；

L2的伸展量為6 491.67 m，占新生代以來總伸展量的40.36%，伸展率為11.72%，伸展速率為3.245 8 mm/a；

L3的伸展量為1 091.28 m，占新生代以來總伸展量的34.32%，伸展率為11.72%，伸展速率為0.545 6 mm/a；

L4的伸展量為19 483.09 m，占新生代以來總伸展量的28.40%，伸展率為8.28%，伸展速率為9.741 5 mm/a；

L5的伸展量為13 189.76 m，占新生代以來總伸展量的47.88%，伸展率為10.73%，伸展速率為6.594 9 mm/a。

這些數據顯示：這一階段時間雖短（僅有2Ma），但盆地的伸展量和伸展率接近56.5-32 Ma階段的程度，并且遠大于其他時期的值，且其伸展速率的范圍在0.5～10 mm/a之間，更是遠遠大于包括56.5-32 Ma時段在內的其他任何時期的伸展速率，說明這段時間地殼處于急速的伸展減薄，構造活動極其強烈。

30-23.3 Ma期間：

L1的伸展量為666.04 m，占新生代以來總伸展量的21.61%，伸展率為1.53%，伸展速率為0.994 1 mm/a；

L2的伸展量為3 816.75 m，占新生代以來總伸展量的17.42%，伸展率為5.06%，伸展速率為0.351 5 mm/a；

L3的伸展量為1 386.88 m，占新生代以來總伸展量的12.70%，伸展率為0.88%，伸展速率為0.206 7 mm/a；

L4的伸展量為10 569.50 m，占新生代以來總伸展量的12.11%，伸展率為3.53%，伸展速率為1.577 5 mm/a；

L5的伸展量為996.56 m，占新生代以來總伸展量的3.26%，伸展率為0.73%，伸展速率為0.148 7 mm/a。

這些數據顯示：該段時期內地層伸展量占總伸長量的比重、伸展率和伸展速率有發生明顯減小，但都顯著大于盆地較晚時期的各值。可以認為，盆地在該段時期內的伸展變形開始減弱，地層的沉積不再完全受斷層的控制。

23.3-16.3 Ma期間：

L1的伸展量為484.62 m，占新生代以來總伸展量的10.17%，伸展率為0.72%，伸展速率為0.069 2 mm/a；

L2的伸展量為2 460.83 m，占新生代以來總伸展量的3.82%，伸展率為1.11%，伸展速率為0.030 1 mm/a；

L3的伸展量為347.43 m，占新生代以來總伸展量的3.17%，伸展率為0.22%，伸展速率為0.0496mm/a；

L4的伸展量為1 433.48 m，占新生代以來總伸展量的1.54%，伸展率為0.45%，伸展速率為0.204 8 mm/a；

L5的伸展量為655.26 m，占新生代以來總伸展量的1.29%，伸展率為0.29%，伸展速率為0.093 6 mm/a。

這些數據顯示：該段時間內，地層伸展量占總伸長量的比重、伸展率和伸展速率進一步減小，說明構造活動在這一時期內非常微弱，幾乎不發生伸展變形，地層的沉積不再受斷層的控制。

16.3-10.5 Ma期間：

L1的伸展量為206.11 m，占新生代以來總伸展量的4.38%，伸展率為0.31%，伸展速率為0.035 5 mm/a；

L2的伸展量為331.07 m，占新生代以來總伸展量的1.41%，伸展率為0.41%，伸展速率為0.057 1 mm/a；

L3的伸展量為221.93 m，占新生代以來總伸展量的2.02%，伸展率為0.14%，伸展速率為0.038 3 mm/a；

L4的伸展量為2 720.32 m，占新生代以來總伸展量的2.95%，伸展率為0.86%，伸展速率為0.469 0 mm/a；

L5的伸展量為415.08 m，占新生代以來總伸展量的0.80%，伸展率為0.18%，伸展速率為0.071 6 mm/a。

這一階段內的地層伸展量占總伸長量的比重、伸展率和伸展速率保持微小，與23.3-16.3 Ma期間的各值接近。

通過對不同剖面各個時期內地層伸展量占新生代以來地層伸展量的百分比、伸展率和伸展速率的分析，并結合前人的研究成果，可以看出南海北部珠江口盆地新生代以來的構造活動在不同階段有不同的特征：

斷陷期（56.5-30 Ma，始新世-早漸新世）：盆地的伸展量占新生代以來伸展總量的比重高達90%，伸展率和伸展速率遠遠大于其他時期，特別是在32-30 Ma期間，盆地的伸展率和伸展量達到最大（圖6），表明這一時期為斷層活動的最強烈時期，屬于盆地的主要伸展階段。

斷-坳期（30-23.3 Ma，晚漸新世）：盆地的伸展量占新生代以來伸展總量的百分比、伸展率和伸展速率明顯介于56.5-30 Ma和23.3-0 Ma的數據之間，表明這一時期為盆地的伸展活動逐漸減弱，盆地發展不是完全不受斷層控制，而應該是斷陷和坳陷雙重控制的結果，或者說是盆地由斷陷逐漸向坳陷過渡的過渡階段，是盆地伸展逐漸減弱階段。

坳陷期（23.3-至今，早中新世至今）：盆地的伸展總量的百分比、伸展率和伸展速率的值幾乎都接近于0，進一步表明該階段地層的沉積已經完全不受斷層的控制，盆地進入熱力學沉降階段，盆地基本無橫向伸展。

對比各剖面不同階段伸展特征（圖6、圖7）可以看出：珠江口盆地新生代以來一直處于一個持續伸展的過程，并于32-30 Ma期間出現一個伸展高峰期，但總體呈現一個伸展率和伸展速率逐漸降低的趨勢。

3.2珠江口盆地構造伸展過程的區域差異性分析

研究區自西向東剖面L1-L5除了構造活動上構造伸展階段劃分的一致性以外，在相同地質時期，不同剖面的構造伸展特征也表現出區域差異性：

圖6　珠江口盆地剖面L1-L5新生代伸展速率直方圖

圖7　珠江口盆地剖面L1-L5不同時期的伸展率對比

56.5-32 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為2.09%，9.57%，3.22%，15.32%和10.20%；伸展速率依次為 0.032 3 mm/a，0.053 7 mm/a，0.034 4 mm/a，1.002 5 mm/a，0.231 2 mm/a。

32-30 Ma：L1-L5自西向東的伸展率依次為2.43%，11.72%，2.00%，8.28%，10.73%；伸展速率依次為0.6510mm/a，3.2458mm/a，0.5456mm/a，9.741 5 mm/a，6.594 9 mm/a。

30-23.3 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為1.53%，5.06%，0.88%，3.53%，0.73%；伸展速率依次為0.9941mm/a，0.3515mm/a，0.2067mm/a，1.577 5 mm/a，0.148 7 mm/a。

23.3-16.3 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為0.72%，3.11%，0.22%，0.45%和0.29%；伸展速率依次為 0.069 2 mm/a，0.030 1 mm/a，0.049 6 mm/a，0.204 8 mm/a，0.093 6 mm/a。

16.3-10.5 Ma：剖面L1-L5自西向東伸展率依次為0.31%，0.41%，0.14%，0.86%，0.18%；伸展速率依次為 0.035 5 mm/a，0.057 1 mm/a，0.038 3 mm/a，0.469 0 mm/a，0.060 7mm/a。

10.5 Ma至今剖面：L1-L5自西向東伸展率依次為0%，1.17%，0.47%，0.71%以及0.28%；伸展速率依次為0 mm/a，0.091 3 mm/a，0.071 7 mm/a，0.218 1 mm/a，0.060 7 mm/a。

綜合分析以上數據，并結合圖5、圖6、圖7可以看出：在56.5-30 Ma階段研究區的主要伸展變形時期，盆地不同區塊伸展變形存在明顯差異，即盆地東部地區的伸展率和伸展速率明顯高于西部；30 Ma至今期間，盆地的斷層活動較弱，伸展變形強度也很小，L1-L5的伸展率和伸展速率都較小，不同區域之間差異也很小。

4　結論

（1）珠江口盆地新生代以來一直處于一個持續伸展的過程，并于32-30 Ma期間出現一個伸展高峰期，但總體呈現一個伸展率和伸展速率逐漸降低的趨勢；

（2）珠江口盆地新生代主要伸展變形時期其伸展的過程具有明顯的區域性差異，即自西向東伸展率和伸展速率明顯逐步變大。

Bowin C O,Lu R C,Lee C S,1978.Plate convergence and accretion in Taiwan-Luzon region.AAPG Bull.62：1645-1762.

Lee T Y,Lawver L A,1995.Cenozoic plate reconstruction of Southeast Asia.Tectonophysics,251(1-4):85-138.

Ru K,Pigott J D,1986.Episodic rifting and subsidence in the South China Sea.AAPG Bull,70(9):1136-1155.

Tapponier P,Peltzer G,Le Dain A Y.1982.Propagating extrusion tectonics in Asian:new insights from simple experiments with plasticine.Geology,10：611-616.

Tapponnier P,Lacassin R,Leloup P H,et al.1990.The AilaoShan/Red River metamorphic belt：Tertiary left lateral shear between Indochina and South China.NTURE,343(1):431-437.

蔡周榮，劉維亮，萬志峰，等，2010.南海北部新生代構造運動厘定及與油氣成藏關系探討.海洋通報，29（2）：161-165.

丁巍偉，黎明碧，何敏，等，2009.南海中北部陸架-陸坡區新生代構造-沉積演化.高校地質學報，15（3）：339-350.

董冬冬，吳時國，張功成，等，2008.南海北部深水盆地的裂陷過程及裂陷期延遲機制探討.科學通報，53（19）：2342-2351.

龔再生，李思田，2004.南海北部大陸邊緣盆地油氣成藏動力學研究北京：科學出版社.

金翔龍，1997.中國及鄰區邊緣海的演化.30屆國際地質大會文集第13卷.北京：地質出版社.

李思田，林暢松，張啟明，等，1998.南海北部大陸邊緣盆地幕式裂陷的動力過程及10Ma以來的構造事件.科技通報，43（8）：797-809.

林長松，初鳳友，高金耀，等，2007.論南海新生代的構造運動.海洋學報，29（4）：87-96.

呂寶鳳，袁亞娟，2008.南海北部深水盆地沉積-構造的差異性及其油氣意義.大地構造與成礦學，32（4）：441-447.

呂炳全，徐國強，王紅罡，等，2002.南海新生代碳酸鹽臺地淹沒事件記錄的海底擴張.地質科學，37（4）：405-414.

能源，吳景富，漆家福，等，2013.南海北部深水區新生代盆地三層結構及其構造演化.地質學報，87（3）：403-414.

任建業，李思田，2000.西太平洋邊緣海盆地的擴張過程和動力學背景.地學前緣，7（3）：203-212.

王洪才，李三忠，劉鑫，等，2013.南海北部陸緣盆地群新生代構造過程與油氣運聚規律.海洋地質與第四紀地質，33（1）：73-82.

吳金龍，韓樹橋，李恒修，1992.南海中部古擴張脊的構造特征及南海海盆的兩次擴張.海洋學報，14（1）：82-96.

吳能友，曾維軍，杜德莉，等，1999.南海區域巖石圈的殼-幔耦合關系與縱向演化.海洋地質與第四紀地質，19（1）：31-38.

姚伯初，萬玲，吳能友，2004.大南海地區新生代板塊構造活動.中國地質，31（2）：113-122.

姚伯初，曾維軍，D E Hayes，1994.中美合作調研南海地質專報.武漢：中國地質大學出版社，

姚伯初，1996.南海海盆新生代的構造演化史.海洋地質與第四紀地質，16（2）：1-12.

袁玉松，丁玫瑰，2008.南海北部深水區盆地特征及其動力學背景.海洋科學，32（12）：102-110.

張功成，米立軍，吳時國，等，2007.南海北部大陸邊緣盆地油氣勘探新領域.石油學報，28（2）：15-21.

張功成，2010.南海北部陸坡深水區構造演化及其特征.石油學報，31（4）：528-541.

張訓華，李延成，綦振華，1997.南海海盆形成演化模式初探.海洋地質與第四紀地質，17（2）：1-7.

張訓華，朱銀奎，1996.大洋鉆探與南海形成.海洋科學，3：42-45.

張迎朝，甘軍，李輝，等，2013.伸展背景下珠三坳陷南斷裂走滑變形機制及其油氣地質意義.中國海上油氣，25（5）：9-15.

張志杰，于興河，侯國偉，等，2004.張性邊緣海的成因演化特征及沉積充填模式.現代地質，18（3）：284-289.

朱偉林，米立軍，2010.中國海域含油氣盆地圖集.北京：石油工業出版社.

（本文編輯：袁澤軼）

A quantitative study on the Cenozoic extension process and its regional differences in the Pearl River Mouth basin of northern South China Sea based on balanced section restoration

WANG Xue1,2,LYU Bao-feng1,2,LIANG Jie-wei2,LIANG Zheng-peng2,WU Qiong2
（1.KeyLaboratoryof Tectonics and Petroleum Resources,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China; 2.School of Marine Sciences,SYSU,Guangzhou 510006,China）

Taking the Pearl River Mouth basin as the research object,five big regional sections which control the regional tectonic framework from the west to the east are selected to restore balance profile using 2D Move software.And in this paper, the extension quantity,the extension rate and the extension velocity are calculated,and then,the tectonic evolution process and its regional differences in the Pearl River Mouth basin are quantitatively studied using these data.The results indicate that:①The Pearl River Mouth basin has been undergoing continuous extension since the beginning of Cenozoic with one relatively fast extension phases during 32-30 Ma,but general extension rate and extension velocity have the trend of gradual reduce;②The main extension deformation process in Pearl River Mouth basin during the Cenozoic period has obvious regional differences,which show that from the west to the east,the extension rate and the extension velocity of basin extension become bigger and bigger gradually.

Pearl River Mouth basin;tectonic evolution;extension rate;extension velocity;petroliferous basin

P737.12+1

A

1001-6932（2016）05-0507-10

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.05.004

2015-06-23；

2015-08-13

中國地質大學構造與油氣資源教育部重點實驗室開放基金（TPR-2013-24）。

王雪（1990-），女，碩士研究生，主要從事含油氣盆地研究。電子郵箱：snow6268@126.com。

呂寶鳳（1962-），男，博士，教授，主要從事含油氣盆地研究。電子郵箱：lbf6268@126.com。