南海禮樂盆地新生代構造沉降特征及其成因分析

裴健翔，施小斌，王麗芳，任自強，諶永強，史德鋒，劉奎，趙鵬，閆安菊

1.中海油海南能源有限公司，海口 570100

2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，湛江 524057

3.中國科學院邊緣海與大洋地質重點實驗室，南海海洋研究所，南海生態環境工程創新研究院，廣州 510301

4.南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州），廣州 511458

5.中國科學院大學，北京 100049

禮樂盆地位于南沙海域東北部，是發育于中生代沉積基底之上的新生代大型裂陷盆地[1-4]（圖1），整體呈NE-SW向展布，其西北側為禮樂西海槽，東北側為南海深海盆，東南側為巴拉望盆地，西南側為九章、安渡北盆地和南沙海槽盆地。與南海北部陸緣盆地原地發育不同，禮樂地塊是隨著南海海盆擴張從南海北部漂移到現今位置的[5-10]。構造位置上，現今位于南海南部大陸邊緣的禮樂盆地，在裂離前處于古南海的北部大陸邊緣。因此，禮樂盆地構造演化與南海北部陸緣盆地既有相似之處，又有其獨特特征。構造沉降史不僅記錄了豐富的盆地演化信息，而且是深部地質過程在地表的響應[11]。通過分析構造沉降史，不僅可以獲得禮樂盆地在不同階段的構造、沉積和熱演化信息，而且可能取得深部地質過程的新認識。

我國自20世紀80年代開始在南沙海域開展綜合地質與地球物理調查和研究，不僅積累了一批禮樂盆地的地質、地球物理資料，而且對禮樂盆地構造、沉積和油氣地質特征等都有了較全面的認識。前人[2,12-16]為了深入揭示禮樂盆地的構造演化歷史，對其構造沉降史進行了較為詳細的研究。由于禮樂盆地勘探和研究程度相對較低，各家所用的地層分層數據、界面年齡等構造沉降計算所需的基礎數據并不一致，因此重建的構造沉降史也有較大的差異。近些年，精細處理和解釋了禮樂盆地已有的二維地震資料。為了獲取禮樂盆地的構造演化信息，本文基于這些新解釋的資料，從8條骨干剖面上選取37口位于南部坳陷和北部坳陷的模擬井，結合位于禮樂灘的6口實鉆井（圖1），利用回剝技術對這些代表點進行沉降史重建，并對盆地沉降特征和成因做了較系統的分析。這些工作不僅有助于認識禮樂盆地和南海區域的構造演化過程，而且有助于獲得南海深部過程的演變信息。

1 地質背景

禮樂盆地是新生代大型裂陷盆地，其演化可分為張裂、漂移和拗陷等3個階段[1,4,16-17]。張裂階段（古新世—早漸新世），禮樂盆地與南海北部陸緣一起經歷了廣泛的張裂作用，發育了厚層海相碎屑巖地層；漂移階段（晚漸新世—早中新世），禮樂盆地與南海北部陸緣裂離后，隨著南海海底擴張和古南海南向俯沖而往南漂移，直至早中新世末期，禮樂地塊與南側婆羅洲-蘇祿塊體發生碰撞而停靠在現今位置；拗陷階段（中中新世—第四紀），隨著南海海底擴張停止，禮樂盆地進入拗陷階段，其東南側巴拉望海槽因南側塊體持續擠壓和沉積加載作用而具有前陸盆地的演化特征[17-18]。根據重處理地震資料和新落實的鉆井分層，按照新生代基底構造和裂陷期（古新世—早漸新世）殘留地層厚度展布，把禮樂盆地自北向南劃分為北部坳陷、中部隆起和南部坳陷3個一級構造單元。根據張裂階段地層厚度，北部坳陷又進一步分為北1凹陷、北2凹陷、北3凹陷及北部低凸起，其中北1凹陷是面積最大的主凹陷，北2和北3凹陷是位于盆地邊緣、面積較小的凹陷（圖1c）。盆地內發育有NNE、NW和EW向等多組斷裂，其中控盆斷裂主要為NNE向[4]。禮樂盆地現僅有7口實鉆井，均位于禮樂灘上（圖1b）。巖石拖網和鉆井數據均揭示研究區發育有中生界和新生界兩套地層[5]，鉆井自下而上揭示了白堊系、古新統、始新統、漸新統、中新統、上新統以及第四系（圖2），晚漸新世以來禮樂灘持續發育碳酸鹽臺地灰巖和生物礁，且不同區域礁體厚度不等，最大厚度可達到2 500 m。

圖1 禮樂盆地沉降分析代表點位置圖（a）、禮樂灘實鉆井位置圖（b）及禮樂盆地構造區劃與測線位置圖（c）圖a中的鉆井XK-1為西科-1井，圖b中的五角星為實鉆井位置。Fig.1 （a）Locations of the representative points for tectonic subsidence analyses,（b）Locations of commercial drills in the Reed Bank,（c）Tectonic framework of the Liyue Basin showing the studied seismic lines

深部地殼結構探測[19-21]和重力反演結果[22-23]顯示禮樂盆地莫霍面埋深為16～30 km，其中北部低凸起莫霍面埋深最大，最深可達28～30 km；北1凹陷和南部坳陷莫霍面埋深較小，最淺處埋深僅為16～18 km；北2凹陷和北3凹陷莫霍面埋深分別為16～20 km和16～24 km，莫霍面往海盆方向迅速抬升（圖3）。圖4是利用8條骨干地震剖面和蘇達權等[22]的莫霍面埋深數據計算得到的地殼厚度和拉張因子等值線圖。計算拉張因子時，初始地殼厚度假定為現今華南沿海的地殼厚度32 km。由于圖4僅采用了8條骨干剖面的數據，因此，其他區域的地殼厚度和拉張因子僅供參考。該圖顯示，南部坳陷地殼厚度變化較為復雜，地殼厚度一般小于18 km，拉張因子一般大于1.9，靠近中部隆起的坳陷東南部地殼厚度僅10～16 km，拉張因子可以達到2.2～3.0。北1凹陷東南部地殼厚度一般小于16 km，地殼拉張因子一般大于2.0，沉積中心區地殼厚度不足10 km，地殼拉張因子超過3.0。北部低凸起區地殼厚度一般為22～28 km，拉張因子為1.2～1.7。北2凹陷地殼厚度為16～19 km，拉張因子為1.7～2.2，北3凹陷地殼厚度為16～21 km，拉張因子為1.7～2.0。地殼厚度和拉張因子顯示禮樂盆地張裂階段經歷了強烈伸展減薄的裂陷過程，減薄中心位于盆地的東南部。

圖2 禮樂盆地S-1鉆井巖性柱狀圖（據文獻[1]、[5]修改，S-1鉆井位置見圖1b）Fig.2 Stratigraphic chart of drill hole S-1 in the Liyue Basin

圖3 南海南部莫霍面埋深等值線圖（a）及延伸入禮樂盆地的2條深部地殼結構剖面（b）圖a莫霍面埋深數據據蘇達權等[22]，3條黑色細虛線為深地震探測剖面位置，禮樂盆地位于黑色粗線內。Fig.3 （a） Moho depth contour in the southern South China Sea,and （b） two crustal structure profiles extending into the Liyue basin

2 方法與參數

基底沉降是沉積盆地發育的必要條件。盆地基底沉降即盆地總沉降，可分為構造因素引起的構造沉降和非構造因素如沉積體和水體負載作用、全球海平面變化等產生的沉降。盆地的總沉降和構造沉降可采用回剝法計算[24]。回剝法的基本思想是從今往古、由上往下逐層剝去各個地層單元，并經解壓實、古水深、海平面以及均衡等校正，得到各個關鍵時刻的基底埋深即總沉降量以及構造沉降量。沉降分析時，首先利用禮樂盆地的時深轉換公式（1）將地震時間剖面轉為深度剖面（圖5）：

其中，時間t為海底起算雙程走時，單位為ms，y為對應的海底起算深度，單位為m。然后，從深度剖面上讀取模擬井的分層數據。隨后，逐層回剝時，依據沉積層骨架厚度不變的原則，利用解壓實技術計算各關鍵時刻的沉積層厚度S。解壓實時，假定地層孔隙度φ（z）隨深度z呈指數降低，φ(z)=φ0exp(?cz)，其中，φ0是沉積時孔隙度，c為壓實因子。計算所采用的相關參數見表1，各層巖性占比通過分析沉積環境、地震相和鉆井資料獲得。根據各關鍵時刻的沉積層厚度、古水深和全球海平面曲線，可以得到盆地的總沉降史及各時間段的平均總沉降速率（如圖6b）。

圖5 地震測線G地層結構的時間剖面（a）與深度剖面（b）（G測線位置見圖1c）Fig.5 Time profile（a）and depth profile（b）along Line G showing the stratigraphic structure（see figure 1 for profile location）

巖石圈強度對基底沉降是有影響的。考慮到研究區巖石圈有效彈性厚度小于10 km[25]，這里假定巖石圈沒有強度。利用局部均衡原理，某時間點的載水構造沉降量可從該時間點的總沉降中去除沉積負載和海平面變化產生的沉降獲得。某時間點的載水構造沉降量可由下式[24]計算：

其中，S是該時間點的沉積層厚度；ρm，ρw和ρs分別是地幔、水體和該時間點的沉積層平均密度；SL為相對于現今海平面（參考面）的古海平面變化，古海平面高于參考面則SL取正值；Wd是該時間點的古水深。利用各時間點的構造沉降量，可以得到計算代表點的構造沉降史和構造沉降速率變化（圖6b）。

沉降分析時，全球海平面變化依據Haq 等[26]，古水深則根據前人獲得的禮樂盆地結構、構造演化、鉆井巖性、拖網取樣、巖相古地理、地震相以及碳酸鹽巖臺地和礁體發育等多方面成果進行估計，例如Steuer等[18]通過詳細分析南沙地塊的礁體和碳酸鹽巖臺地分布特征，提出早中新世南沙區為淺海區，中中新世以后才發生快速沉降；Kudrass 等[27]根據拖網獲得的樣品也認為晚漸新世—早中新世禮樂盆地為淺海碳酸鹽巖沉積環境。這些認識說明禮樂盆地現今的深水環境主要是中中新世以后快速沉降獲得的。

表1 模型參數值Table 1 Parameter symbols and values in the model

根據重處理地震資料和新落實的鉆井分層情況，本文采用的新生代各地層界面年齡如下：新生界基底 T100（65.5 Ma）、T86（47.8 Ma）、T83（41 Ma）、T80（33.9 Ma）、T72（31 Ma）、T70（28.4 Ma）和 T50（16 Ma）。由于禮樂盆地勘探和研究程度仍較低，還無法獲得可靠的剝蝕厚度數據，因此，文中構造沉降分析沒有考慮剝蝕事件的影響。由于目前在重處理的地震剖面上未發現盆地內發育大幅度的地層削蝕，因此，我們推測盆內剝蝕厚度較小，忽略剝蝕事件不影響文中沉降分析的主要認識。

圖6 南部坳陷模擬井構造沉降史a.南部坳陷模擬井（編號1-5）的構造沉降史，灰色線為6-13號模擬井構造沉降曲線；b.南部坳陷模擬井（編號6-13）的構造沉降史，灰色線為1-5號模擬井構造沉降曲線；c.12號模擬井的沉降史與沉降速率柱狀圖，綠線、藍線和黑線分別是古水深、構造沉降史和總沉降史曲線；d.南部坳陷模擬井位置及編號示意圖，圖例說明見圖1，黃色點為第12號模擬井。Fig.6 Tectonic subsidence histories of the Southern Depression（a） Tectonic subsidence histories of the pseudo wells No.1-5,（b） pseudo wells No.6-13,（c） the subsidence histories and subsidence rate diagram of the pseudo well No.12,and （d） locations of the numbered pseudo wells in the Southern Depression.

3 結果

本文共計算了43個代表點的構造沉降史，其中6個是位于禮樂灘上的實鉆井，37個為沿8條骨干剖面選取的模擬井（圖1）。所選模擬井一般位于所在構造區的凹陷區，基本可以反映所在構造區的構造沉降變化。北部坳陷由北1凹陷、北2凹陷、北3凹陷和北部低凸起組成，其中北2和北3凹陷位于地殼厚度快速變化的盆地邊緣區域（圖1、4），古水深較難估計，考慮到這兩個凹陷面積較小，文中未對其進行沉降分析。北1凹陷北部局部區域發育生物礁（如實鉆井S-1所在的礁體），這些區域與北部低凸起具有水深淺、地殼厚度大的共性特點（圖1b），為了敘述方便，文中把北1凹陷北部生物礁發育區與北部低凸起歸為禮樂灘礁體發育區。下面分別描述南部坳陷和北部坳陷北1凹陷（水深較大區域）、禮樂灘礁體發育區的沉降特征。

3.1 南部坳陷

南部坳陷位于禮樂盆地西南部，整體表現為東南斷西北超、北東斷南西超的格局。受晚期巖漿活動改造，坳陷西北、西南區域被分割為多個小型凹陷。南部坳陷沉積中心位于其東南部，基底埋深可達8 600 m。中中新世以后，受東南側巴拉望區域西向逆沖抬升影響，物源供給增加，坳陷東南部沉積物的堆積速率和中中新統—第四系厚度往東南方向明顯增大。圖6a、6b為南部坳陷13口模擬井的構造沉降史。圖6c為南部坳陷中心區域第12號模擬井（圖6d黃色圓點）的沉降曲線和沉降速率柱狀圖。圖6顯示南部坳陷最大構造沉降量可以達到4 800 m。這些模擬井的構造沉降曲線特征基本相同，可以分為快-慢-快3個階段。張裂階段（T100-T70），沉降中心位于坳陷東南部區域，最大平均沉降速率約為60 m/Ma。該階段沉降速率總體上隨時間變化不明顯，但是如圖6c所示，部分模擬井晚始新世構造沉降和總沉降速率降低，早漸新世構造沉降和總沉降速率明顯增大，并且早漸新世負載沉降明顯大于構造沉降，表明晚始新世沉積物堆積速率降低，早漸新世不僅沉降加強，而且沉積物堆積速率明顯增大。漂移階段（T70-T50），構造沉降和總沉降速率維持在較低水平，平均構造沉降速率一般不超過25 m/Ma，表明禮樂地塊與北部陸緣裂離、往南漂移后，南部坳陷構造沉降速率和沉積物堆積速率明顯降低。拗陷階段（T50至今），整體表現為快速沉降，構造沉降量可以達到1 500～2 500 m，構造沉降速率變化范圍為90～160 m/Ma，平均構造沉降速率可以達到120 m/Ma，構造沉降中心仍然位于坳陷東南部。圖6c顯示，雖然該階段來自東南側巴拉望區域的沉積物明顯增多，沉積層厚度增大，但是構造沉降速率明顯大于沉積負載沉降速率，說明沉積物不足以填滿快速構造沉降形成的沉積空間，導致水深快速增大。

3.2 北部坳陷

3.2.1 北 1 凹陷

北1凹陷是北部坳陷的主要凹陷，凹陷中部基底埋深可以達到7 000～10 000 m。這里主要分析水深較大的非礁體發育區。該凹陷總共計算了13個模擬井的構造沉降史（圖7）。與南部坳陷沉積中心區類似，圖7顯示北1凹陷載水構造沉降量最大可達4 800 m。圖7c為北1凹陷中部第3號模擬井的沉降曲線和沉降速率柱狀圖。與南部坳陷相似，北1凹陷模擬井的構造沉降曲線特征基本相同，也可以分為快-慢-快3個階段。張裂階段（T100-T70），構造沉降速率較大，凹陷中心位于北1凹陷東南部，最大構造沉降速率約為80 m/Ma，凹陷西北部構造沉降量較小，構造沉降速率約為17 m/Ma。圖7c顯示，中始新世凹陷中部構造沉降速率和沉積負載沉降速率有增大趨勢，晚始新世沉降速率降低，而早漸新世構造沉降速率和沉積負載沉降速率都顯著增大，表明早漸新世物源豐富，沉積物堆積速率明顯加大。漂移階段（T70-T50），構造沉降和總沉降速率維持在較低水平，平均構造沉降速率低于20 m/Ma，表明與北部陸緣裂離后，禮樂盆地的構造沉降速率和沉積物堆積速率明顯降低。圖7b中8號模擬井位于凹陷東南側的基底隆起上（圖1c中B剖面東南端，斷層下盤），其構造沉降不降反升，可能是早中新世晚期禮樂-巴拉望地塊受到其東南側塊體碰撞、仰沖的結果。拗陷階段（T50至今），構造沉降速率、總沉降速率和水深明顯增大，沉積負載沉降速率有所降低，平均構造沉降速率可以達到125 m/Ma，構造沉降量可以達到1 500～2 500 m，構造沉降中心仍然位于凹陷東南部。與南部坳陷類似，圖7c顯示，雖然該階段來自南側巴拉望區域的沉積物明顯增多，沉積層厚度增大，但是沉積負載沉降明顯低于構造沉降，一方面說明下伏沉積層的壓實為該階段沉積物提供了較多的沉積空間，另一方面也說明沉積物不足以填滿快速構造沉降形成的沉積空間，導致水深快速增大。

圖7 北1凹陷模擬井構造沉降史a.北1凹陷模擬井（編號1-7）的構造沉降史，灰色線為8-13號模擬井構造沉降曲線；b.北1凹陷模擬井（編號8-13）的構造沉降史，灰色線為1-7號模擬井構造沉降曲線；c.3號模擬井的沉降史與沉降速率柱狀圖，綠線、藍線和黑線分別是古水深、構造沉降史和總沉降史曲線；d.北1凹陷模擬井位置及編號示意圖，圖例說明見圖1，黃色點為第3號模擬井。Fig.7 Tectonic subsidence histories of the Bei 1 sag（a） Tectonic subsidence histories of the pseudo wells No.1-7,（b） the pseudo wells No.8-13,（c） the subsidence histories and subsidence rate diagram of the pseudo well No.3,and （d） locations of the numbered pseudo wells in the Bei 1 sag.

3.2.2 禮樂灘礁體發育區

該區包括北部坳陷的北部低凸起區和北1凹陷北部發育生物礁的淺水區，總共計算了17口鉆井的構造沉降史（圖8），其中6口為實鉆井（圖8a），11口為模擬井（圖8b）。圖8c為位于北部低凸起上的第1號模擬井的沉降曲線和沉降速率柱狀圖。雖然該區地殼拉張減薄程度較小，構造沉降速率變化不明顯，但是構造沉降曲線總體上仍然可以分為快-慢-快 3個階段（圖8b）。張裂階段（T100-T70），平均構造沉降速率一般為10～40 m/Ma，其中北部低凸起構造沉降量一般低于北1凹陷北部礁體發育區。該階段沉降速率在中始新世有所增大，晚始新世降低，而后在早漸新世沉積物負載沉降速率明顯加大，早漸新世晚期構造沉降速率也明顯增大。圖8b中5號模擬井正好位于北1凹陷北部礁體發育區邊緣斜坡的斷層下降盤，張裂階段發生了快速構造沉降，構造沉降速率高達70 m/Ma。漂移階段（T70-T50），構造沉降和總沉降速率維持在較低水平，構造沉降速率為6～13 m/Ma，平均速率約為10 m/Ma。拗陷階段（T50至今），構造沉降速率比漂移階段加快，為16～33 m/Ma，平均速率約為25 m/Ma。

實鉆井具有更為細致的分層資料，可以揭示更豐富的構造沉降細節。區內共收集到6口實鉆井的分層數據，其中S-1和B-1井有詳細的新近系分層數據，其他4口鉆井新近系沒有細分。這些實鉆井揭示，該區28.4 Ma左右開始發育碳酸鹽巖礁體。圖9a為S-1鉆井的沉降曲線和沉降速率柱狀圖。為了對比，本文根據羅威等[28]的分層數據，對西科1井（XK-1）也進行了沉降分析（圖9b）。西科1井是一口全取芯科學探井（圖1a），井深1 268.02 m，揭示了1 257.52 m的碳酸鹽巖生物礁、灘沉積和10.5 m的花崗質基底。該孔礁灰巖開始發育時間為23 Ma[28]，略晚于禮樂灘S-1礁灰巖發育時間。圖8a顯示，研究區實鉆井現今總構造沉降量為1 520～2 070 m，該沉降量范圍介于模擬井現今總構造沉降量變化區間內，說明實鉆井與模擬井平均構造沉降速率基本一致。張裂階段（T100-T70），實鉆井構造沉降量為900～1 200 m，平均構造沉降速率為24～32 m/Ma，中始新世沉降速率有一定的增大現象（圖9a），晚始新世—早漸新世早期構造沉降速率稍微變緩，早漸新世晚期—晚漸新世構造沉降速率有所上升。圖9顯示，早中新世以來S-1井和XK-1井構造沉降量基本一致，而且構造沉降變化也基本上是同步的。S-1井早中新世以來構造沉降量為640 m（礁體厚度2 060 m），XK-1井構造沉降量為724 m（礁體厚度1 257 m）。早中新世，S-1井構造沉降速率降低，但是沉積負載沉降速率顯著增大，表明該時期礁體生長迅速（全球海平面上升）。中中新世，S-1井構造沉降速率增大到78 m/Ma，總沉降速率達到187 m/Ma。有意思的是，XK-1井中中新世的構造沉降速率也明顯增大，達到81 m/Ma，總沉降速率達到123 m/Ma。兩地具有相似的構造沉降速率，說明中中新世較快的構造沉降并非是局部構造事件引起的。該時期禮樂灘具有較高的構造沉降速率，說明禮樂灘更適合生物礁的生長。晚中新世，構造沉降速率明顯降低，甚至出現輕微的抬升現象，不利于礁體的生長。上新世以后，S-1和XK-1的構造沉降速率又明顯增大。上述分析顯示，與模擬井的構造沉降曲線類似，禮樂盆地實鉆井的構造沉降史總體上也可以分為快-慢-快3個階段，其中晚漸新世—早中新世平均構造沉降速率低于前后兩個階段，而中中新世以后S-1孔與XK-1井構造沉降的同步變化，表明該區中中新世以來的構造沉降變化主要受控于南海區域事件的影響。

圖8 禮樂灘礁體發育區構造沉降史a.禮樂灘礁體發育區實鉆井的構造沉降史，灰色線為模擬井構造沉降曲線；b.禮樂灘礁體發育區模擬井的構造沉降史，灰色線為實鉆井構造沉降曲線；c.1號模擬井的沉降史與沉降速率柱狀圖，綠線、藍線和黑線分別是古水深、構造沉降史和總沉降史曲線；d.禮樂灘礁體發育區模擬井位置及編號示意圖，圖例說明見圖1，黃色點為第1號模擬井。Fig.8 Tectonic subsidence histories in the reef body developing area（a） Tectonic subsidence histories of the commercial wells,（b） tectonic subsidence histories of the pseudo wells,（c） the subsidence histories and subsidence rate diagram of pseudo well No.1,and （d） locations of the numbered pseudo wells in the reef body developing area.

圖9 2口實鉆井的沉降史曲線和沉降速率柱狀圖S-1和XK-1鉆井位置見圖1，綠線、藍線和黑線分別是古水深、構造沉降和總沉降曲線。Fig.9 Subsidence history and subsidence rate diagrams of two commercial wells

禮樂灘不同位置發育的碳酸鹽巖礁體厚度與其構造沉降量和下伏地層厚度有關。6口實鉆井揭示的碳酸鹽巖礁體厚度為1 500～2 500 m，而圖8a顯示晚漸新世以來，這些鉆井所在區域構造沉降量較為一致，為580～900 m。晚漸新世以來，K-1和B-1孔的構造沉降量較大，分別是870和900 m，發育的礁體厚度也最大，達到了2 500 m左右，而A-1孔的構造沉降量最小，約為580 m，發育的礁體厚度約為1 500 m，而位置相近的S-1、S-2和S-3a的構造沉降量為770～800 m，發育的礁體厚度也比較一致，為2 000～2 100 m。因此，禮樂灘發育的碳酸鹽巖礁體厚度與其構造沉降有關。詳細分析表明，礁體厚度與其下伏沉積層的厚度也密切相關。在條件適宜的海域，如果下伏地層厚度較大，壓實后可提供礁體生長的沉積空間也越大，發育的碳酸鹽巖礁體厚度也將更大。

4 討論

4.1 禮樂盆地構造沉降特征

上述分析表明，禮樂盆地新生代構造沉降史具有快-慢-快3段特征。這3個階段正好對應于禮樂盆地的張裂、漂移和拗陷3個構造演化階段[1]。張裂階段（T100-T70），禮樂地塊與南海北部陸緣相連，并一起構成華南大陸邊緣和古南海被動大陸邊緣。古近紀華南大陸邊緣在古太平洋俯沖帶后撤及隨后的古南海向南俯沖拖曳作用下，包括禮樂地塊在內的華南大陸邊緣經歷了強烈的張裂作用，導致現今南海北部大陸邊緣、禮樂地塊等區域地殼強烈減薄和發生快速構造沉降。構造沉降量和沉降速率大小與地殼拉張減薄程度密切相關，該階段的構造沉降量分布類似于圖4中地殼厚度分布，構造沉降中心位于地殼強烈減薄的盆地東南部，如南部坳陷沉降中心位于坳陷東南部，最大構造沉降速率約為60 m/Ma。北部坳陷中，北1凹陷東南部構造沉降速率較大，最大構造沉降速率可達80 m/Ma，凹陷西北部構造沉降速率約為17 m/Ma；北部低凸起和北1凹陷北部礁體發育區，現今地殼厚度一般為25～28 km，地殼減薄程度較低，構造沉降速率一般小于40 m/Ma。在地塊裂離前后，禮樂盆地一般具有晚始新世構造沉降速率降低、早漸新世構造沉降速率增高的特點。珠江口盆地在晚始新世—早漸新世也表現出類似的構造沉降特征，如珠江口盆地白云凹陷及其南側深水區晚始新世低構造沉降速率和早漸新世高構造沉降速率的特征[29]。晚始新世—早漸新世這種沉降特征可能反映了地塊裂離前陸緣張裂-破裂過程中的基底垂向運動：晚始新世禮樂盆地沉降作用可能受到了巖石圈破裂前后深部熱物質強烈上涌的影響，而早漸新世地塊裂離后構造沉降作用得到了加強。圖6—9顯示，張裂階段禮樂盆地沉積負載沉降速率總體上與構造沉降速率相當，早漸新世負載沉降速率甚至大于構造沉降速率，說明地塊裂離前后，禮樂盆地物源豐富，沉積物堆積速率較高。

漂移階段（T70-T50），雖然禮樂地塊早漸新世可能已經與北部陸緣發生了裂離，但是28.4 Ma左右以后禮樂地塊才遠離北部陸緣，沉積物源急劇減少。該階段一直延續到早中新世末禮樂地塊-巴拉望等大陸塊體和南側塊體發生碰撞而停靠在現今位置為止。漂移階段禮樂盆地斷裂作用明顯減弱[3]，盆地總體進入裂后熱沉降的早期階段。禮樂盆地構造沉降量一般為0～300 m，構造沉降速率一般不超過25 m/Ma，表現為盆地整體緩慢沉降的異常特征。緩慢的構造沉降和遠離物源環境有助于禮樂盆地在淺水區域發育碳酸鹽巖臺地和礁灰巖，如在局部淺水區域如裂谷肩部、海山和禮樂灘等發育碳酸鹽巖臺地和礁灰巖[15-16,18,30]。隨著南海海底擴張和古南海向南俯沖削減，禮樂地塊不斷靠近南側塊體，現今東南巴拉望和巴拉望海槽則因南側塊體仰沖加載而發生撓曲上隆，為碳酸鹽巖臺地和生物礁體發育提供了得天獨厚的地質條件[18]，使得禮樂盆地東南側的巴拉望西北陸架和巴拉望海槽區晚漸新世—早中新世廣泛發育了Nido碳酸鹽巖[31-32]。

拗陷階段（T50至今），中中新世以后，禮樂盆地進入了快速構造沉降階段，北1凹陷和南部坳陷平均構造沉降速率達到120 m/Ma，南部坳陷和北1凹陷南部表現為整體的快速沉降，構造沉降量為1 500～2 500 m。在地殼厚度較大的北部低凸起和北1凹陷礁體發育區構造沉降量為0～1 500 m，平均沉降速率約為25 m/Ma，高于其漂移階段的構造沉降速率。拗陷階段這種快速沉降作用導致大部分區域禮樂盆地碳酸鹽巖臺地和生物礁灰巖停止發育，僅在裂谷肩部、海山和北部低凸起等淺水區域繼續發育碳酸鹽巖臺地和生物礁。由于拗陷階段地層沒有細分，因此，模擬井無法提供該階段的構造沉降速率變化。而實鉆井S-1的沉降分析顯示拗陷階段的構造沉降可以進一步分為中中新世快速沉降、晚中新世緩慢沉降和上新世以來的快速沉降等多個幕式變化（圖9）。拗陷階段的這種幕式沉降變化很可能不是禮樂盆地獨有的。位于西沙石島的XK-1井與S-1井中中新世以后的構造沉降速率變化基本上是同步的（圖9）。珠江口盆地在中中新世也發育一幕快速的構造沉降[33-34]。因此，禮樂盆地拗陷階段這種幕式沉降變化不是局部構造事件的結果，而很可能反映了南海地區深部地質過程對表層垂向運動的影響[15-16,35-36]。

4.2 禮樂盆地構造異常沉降的成因分析

裂陷盆地構造沉降曲線一般可以分為張裂階段和裂后階段。依據有限時間均勻拉張模型[37]，裂后階段構造沉降速率逐漸變小，沉降曲線逐漸變緩（圖10）。禮樂盆地構造沉降的快-慢-快3段特征與理論模型預測結果并不一致。圖10是3個模擬井和1個實鉆井的構造沉降曲線及其對應理論構造沉降曲線。3個模擬井分別位于南部坳陷和北部坳陷北1凹陷、北部低凸起。理論構造沉降曲線是根據圖4中各代表鉆井處的拉張因子，利用有限時間均勻拉張模型[37-38]，計算得到了各鉆井的理論構造沉降曲線。圖10顯示，在地塊裂離前后和漂移階段的構造沉降量明顯小于理論模型預測的構造沉降量，而拗陷階段的構造沉降量明顯大于同期的理論構造沉降量。其他站位也有類似的沉降異常特征。在分析的43個站位中，有17個站位現今總構造沉降量與其理論構造沉降量基本一致（如圖10中紅色、藍色曲線），其他站位現今總構造沉降與其理論構造沉降量有一定程度的偏差（如圖10中黑色、綠色曲線）。考慮到地殼厚度、沉積層厚度以及相關計算參數等的不確定性，可以認為禮樂盆地的現今總構造沉降量與理論模型預測結果是相當的，亦即說明張裂期沉降不足與裂后期異常沉降量在量級上存在互補性，中中新世以來的快速構造沉降很可能只是補償早期沉降的不足。這種早期沉降虧損、晚期發生補償性快速沉降以及現今總構造沉降與根據地殼減薄程度預測的理論結果基本一致的“先抑后揚”的沉降特征在南海其他區域如瓊東南盆地也有明顯表現[36,39]，說明這種沉降特征是南海區域的普遍現象。我們認為，在地塊裂離前后和漂移階段，熱的軟流圈物質上涌加熱，使得包括禮樂盆地在內的南海區域受到深部熱物質的浮力支撐而表現出緩慢沉降的現象[36]，前述禮樂盆地在地塊裂離前后表現出的晚始新世緩慢沉降和早漸新世快速沉降的構造沉降現象，只是在構造沉降虧損的大背景下發生的次級沉降現象。早中新世末—中中新世早期，隨著南海海盆的停止擴張以及古南海的俯沖消亡，區域內深部熱物質上涌不再活躍，禮樂地塊失去深部熱物質的浮力支持，從而發生快速構造沉降，以補償地塊裂離前后和漂移階段虧損的構造沉降量。根據前述S-1鉆井和XK-1鉆井分析，禮樂盆地拗陷階段這種快速沉降是幕式發生的，表現為中中新世快速沉降、晚中新世緩慢沉降和上新世以來快速沉降等多個幕式變化，沉積盆地這種幕式沉降變化可能暗示著南海區域下伏深部地質過程也存在幕式變化。

圖10 禮樂盆地4口代表井的構造沉降史曲線與理論構造沉降史曲線圖實線為回剝得到的構造沉降史曲線，虛線為理論構造沉降史曲線；紅、黑、綠線分別是圖6d（南部坳陷）、圖7d（北1凹陷）和圖8d（北部低凸起）黃色圓點的構造沉降史曲線，藍線是圖1b鉆井B-1的構造沉降史曲線。Fig.10 Representative and theoretical tectonic subsidence curves of the 4 representative wells in the Liyue Basin

5 結論

（1）新生代禮樂盆地構造演化經歷的張裂、漂移和拗陷階段分別具有快速構造沉降、緩慢構造沉降和快速構造沉降的特點；張裂階段的構造沉降中心區與地殼強烈減薄區域基本一致，北部坳陷最大構造沉降量大于南部坳陷；漂移階段，禮樂盆地構造沉降量一般為0～300 m，整體進入緩慢的構造沉降；拗陷階段，南部坳陷和北1凹陷南部構造沉降量為1 500～2 500 m，表現為整體的快速構造沉降，而厚度較大的北部低凸起，構造沉降量為0～1 500 m。

（2）禮樂盆地的構造沉降史具有“先抑后揚”的特征。禮樂地塊裂離前后和漂移階段，可能受到海底擴張激發的深部軟流圈熱物質上涌產生的浮力作用，禮樂盆地構造沉降出現明顯虧損，拗陷階段隨著南海海盆擴張的停止以及古南海俯沖消亡，區內深部熱物質上涌不再活躍，禮樂地塊失去深部支持，從而發生幕式的快速構造沉降，以補償前期虧損的構造沉降量。

（3）根據已鉆井資料，禮樂灘礁體發育區晚漸新世以來構造沉降量為580～900 m，發育的碳酸鹽巖礁體厚度不僅取決于構造沉降量，而且還與下伏新生代沉積層可壓實厚度有關。

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