南海西緣曾母西斷裂構造特征及其對盆地沉積發育的控制作用

杜文波，邱燕，黃文凱，韓冰

1.中國地質調查局廣州海洋地質調查局，自然資源部海底礦產資源重點實驗室，廣州 510075

2.南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州），廣州 511458

中新生代以來南海經歷了多次構造運動，形成了大量性質各異、規模不一、縱橫交錯的斷裂，這些斷裂體系是南海海域構造格局的組成部分。邱燕等通過解釋實測地震剖面，并結合重、磁異常資料進行分析，對比了南海西緣斷裂帶的構造特征之后，首次提出在南海西緣的最南部發育近S-N向“曾母西斷裂”[1]。由于受資料限制，前人對“曾母西斷裂”的構造特征缺乏深入研究。近年來隨著調查的深入，筆者發現前人確定的“曾母西斷裂”所在位置存在誤差，需要進一步分析厘定，同時認為其對斷裂構造特征的分析有待商榷，因此有必要對“曾母西斷裂”進一步分析。期望本文通過重新處理解釋有關地震數據，并結合最新的調查資料，能夠更加精準地分析曾母西斷裂的發育狀況和分布范圍，同時能夠對其構造活動特征以及對曾母盆地沉積發育的控制作用進行更為深入的分析，所獲得的認識能為深入研究南海的構造演化提供有價值的參考。

1 區域地質背景

南海是西太平洋最大的邊緣海，地處歐亞、太平洋、印-澳三大板塊的交匯處，其大地構造演化主要受控于三大板塊的相對運動與相互作用。中、新生代以來，南海經歷了板塊的俯沖、碰撞、擠壓、走滑等一系列構造作用，形成了菱形的海盆及4條具有特點的構造邊緣[2-4]。南海的斷裂構造系統可分為南海北緣斷裂系、西緣斷裂系、南緣斷裂系、東緣斷裂系和中部斷裂系共5個斷裂體系[1]。本文所討論的曾母西斷裂位于南海的西部邊緣的最南部，比較接近南緣斷裂系，是南海西緣斷裂系的主要斷裂帶之一，對發育于南海西南緣的曾母盆地的構造具有重要的控制作用。

1.1 西緣主要斷裂

西緣斷裂位于南海西部，貫穿整個南海西部邊緣，作為區域性的大型斷裂帶控制著南海西部區域地質構造的演化與發展，其次生的中、小型斷裂控制或改造了盆地內部次級構造單元的形成和發育。南海西緣斷裂系的斷裂性質大多以張性活動為主，伴有不同程度的走滑拉分特征，平面分布自北而南主要有紅河斷裂系、南海西緣斷裂、萬安東斷裂和曾母西斷裂[5-7]。

1.2 南緣主要斷裂

南海南部主要發育新生代后期因擠壓活動而形成的不同性質的斷層，著名的斷裂有NW向的廷賈斷裂以及呈弧形展布的盧帕爾斷裂。廷賈斷裂位于曾母盆地東北側，是一條巨大的走滑斷裂，平面上由一組北西向斜列斷層組成，派生斷裂具花狀構造。盧帕爾斷裂主體位于曾母盆地以南的納土納-婆羅洲褶皺增生帶內，呈弧形展布，沿斷裂出露中生代蛇綠混雜巖，被解釋為南沙塊體與婆羅洲之間兩次俯沖-碰撞事件形成的縫合線[8-9]（圖1）。

1.3 曾母盆地發育特征

曾母盆地位于南沙西南海域納土納島以東、南沙海槽以西、萬安灘-北康暗沙以南，北鄰北康盆地，由于受各期構造運動的影響，盆地內斷裂發育，并伴有新生代巖漿侵入和噴發活動[10-12]。曾母盆地不同部位的構造、沉積特征和基底性質有所不同，南部為變形的古近系及基底巖層，北部的基底與南沙群島諸盆地的基底相似，因此，可以分為8個次級構造單元[8]（圖2）：①索康坳陷、②拉奈隆起、③塔陶壘塹、④西巴林堅隆起、⑤東巴林堅坳陷、⑥南康臺地、⑦康西坳陷、⑧西部斜坡。曾母盆地主要發育始新統——漸新統、新近系和第四系，地層沉積厚約2 000～16 000 m，下中新統及以上的沉積蓋層厚2 000～4 000 m，總體北厚南薄[13-15]。

圖1 研究區位置圖Fig.1 The location of the study area

2 數據來源和方法

本次研究所使用的高分辨率多道地震資料由廣州海洋地質調查局地球物理勘探船“奮斗四號”在20世紀90年代末所采集，采集參數為：接收道數96，道間距25 m，覆蓋次數24次，炮間距50 m，最小偏移距250 m，采樣率2 ms，記錄長度7s，震源容量2 821Cu.in，排列長度2 625 m，震源沉放深度8 m，電纜沉放深度12 m，測網密度為40 km×80 km。重處理所用關鍵技術包括疊前多域綜合去噪技術、組合多次波壓制技術、振幅補償技術、Tau-P反褶積、零相位反褶積技術、復雜區速度建模技術、彎曲射線疊前時間偏移技術等，所獲得的多道地震剖面的質量和精度完全滿足本研究的需要。最后利用斯倫貝謝公司開發的地震資料綜合解釋軟件Geoframe，建立解釋數據庫。本文空間重力異常圖、布格重力異常和磁異常圖采用的是廣州海洋地質調查局2015年公開出版的南海地質地球物理圖系中的圖件。

3 曾母盆地地層格架

依據國外石油公司在曾母盆地南部、索康坳陷和南康臺地所實施的鉆井揭示的化石帶和巖性、沉積巖性資料，對比區域地震剖面的追蹤解釋結果，建立曾母盆地層序地層格架。在曾母盆地的地震剖面上解釋了T1、T2、T21、T3、T31、T4、T5、Tg共8個反射界面，相應地劃分了8個地震層序。層序對應的沉積地層自下而上：T5-Tg為下——中始新統、T4-T5為上始新統——下漸新統、T31-T4為上漸新統、T3-T31為下中新統、T21-T3為中中新統、T2-T21為上中新統、T1- T2為上新統、T1以上為第四系（表1）。

4 曾母西斷裂特征

據多道地震剖面和重磁資料等綜合分析結果可知，曾母西斷裂由兩條斷裂所組成，筆者將這兩條斷裂分別命名為曾母西①號斷裂和②號斷裂，其中曾母西①號斷裂位于 4°30′～7°N、109°30′～110°E之間，全長約270 km，走向NNW；曾母西②號斷裂位于 3°～5°N、109°30′～110°30′E 之間，全長約260 km，走向NNW。

圖2 曾母盆地次級構造單元劃分與斷裂分布圖Fig.2 Division of tectonic units of the Zengmu Basin

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4.1 曾母西①號斷裂

分布于曾母盆地次級構造單元康西坳陷和西部斜坡之間。地震剖面顯示（圖3），曾母西①號斷裂具不典型的花狀構造特征，主斷層面傾向ESE。分析剖面特征得知，往盆地中心方向發育若干條與曾母西①號主斷裂傾向相同、規模較小的正斷層，往康西坳陷的中心略呈階梯狀下降。剖面上可見大多數斷層呈上陡下緩的犁式展布，推測這些斷層是曾母西①號斷裂的派生斷層。在空間重力異常圖（圖4）中，曾母西①號斷裂的分布位置基本是平緩低值正異常（0～30×10-5m/s2）和平緩低值負異常（-10×10-5m/s2）的分界線，但是斷層北段以東為空間重力正異常，以西為負異常；反之，斷層南段以東為空間重力負異常，以西為正異常，盡管中部切穿一條北西走向、異常值大致為（20～30）×10-5m/s2低值正異常帶，但是仔細分析發現，斷層在該部位依然是不同異常值的分界。如圖4所示，斷層所經過的中部低值正異常帶在斷層的兩側是有所不同的，斷層的西側異常值整體大于30×10-5m/s2，而在斷層東部異常值整體小于30×10-5m/s2，可見空間重力異常圖上曾母西①號斷裂位置的確定有據可循。在布格異常圖上（圖5），斷裂的走向與布格異常等值線走向趨勢并不相同，無明顯的斷裂分布特征。在磁異常圖上（圖6）與空間重力異常圖有些相似，即曾母西①號斷裂基本是低值正磁異常和負磁異常的分界線，只是斷層北段以東為負磁異常，磁異常等值線較為密集，以西為寬緩的正磁異常；反之，斷層南段以東為寬緩的正異常，以西為走向WNW、不明顯的正負伴生異常。

4.2 曾母西②號斷裂

分布于塔陶壘塹和拉奈隆起之間，大致為這兩個次級構造單元的分界線，曾母西①號斷裂的南端在此被該斷層所阻。地震剖面顯示（圖3），該斷層具不典型的花狀構造特征，主斷層面傾向NE，不同地段斷面傾向稍有變化，使斷層在平面上稍呈扭曲延伸。斷層上盤沉積厚度巨大，斷層下盤沉積層很薄，具有生長斷層性質，是明顯的控坳邊界斷層（圖3）。在空間重力異常圖（圖4）中，曾母西②號斷裂所在位置其背景為寬緩的低值正重力異常區，一般為（10～20）×10-5m/s2，僅斷層的北端為低值正、負異常的分界。在布格重力異常圖上（圖5），曾母西②號斷裂表現為東、西不同異常場的分界線，西側為呈北西向條帶狀數值偏大的正異常，一般為25×10-5m/s-2，東側為數值偏小低值異常帶，一般為10×10-5m/s-2。在磁異常圖中（圖6），曾母西②號斷裂基本上是極低值正異常和極低值負異常的分界，但趨勢不明顯。

圖3 曾母盆地地震反射界面解釋的地層結構地震測線位置見圖2。Fig.3 A selected seismic profile showing the Cenozoic structure of the Zengmu Basin

圖4 曾母西斷裂空間重力異常特征Fig.4 Map of free air gravity anomalies of the Zengmu Xi fault

圖5 曾母西斷裂布格重力異常特征Fig.5 Characteristics of Bouguer gravity anomaly of the Zengmu Xi fault

圖6 曾母西斷裂磁力異常特征Fig.6 Characteristics of Magnetic gravity anomaly of the Zengmu Xi fault

5 曾母西斷裂特征與分布的重新厘定

邱燕等認為曾母西斷裂由兩條走向S-N斷層組成，分布于 4°～6°30′N、109°～110°30′E 之間，中間被一條走向NW的斷層所錯斷，部分斷層構成該盆地次級構造單元拉奈隆起和索康坳陷的分界[1]。但是通過本文分析得知，曾母西斷裂并非由兩條大致S-N走向的斷裂組成，而是由走向NNE、傾向ESE的曾母西①號斷裂和走向NNW、傾向NE的曾母西②號斷裂。其分布范圍與原來認定的位于4°～6°30′N、109°～110°30′E 之間也有所出入，即曾母西①號斷裂位于 4°30′～7°N、109°30′～110°E 的范圍內，曾母西②號斷裂位于3°～5°N、109°30′～110°30′E之間，曾母西①號斷裂往南的延伸終止于曾母西②號斷裂。鑒于此，本文重新厘定了曾母西斷裂在該斷裂圖上的分布特征，并修改了南海南部斷裂體系圖[1]（圖7）。從圖7可知，曾母西①號斷裂北端終止于走向NW的廷賈斷裂，南端與曾母西②號斷裂相交；曾母西②號斷裂北端被一條北東走向的斷層所截，推測其南端如果繼續延長可能終止于盧帕爾斷裂。

6 曾母西斷裂對盆地沉積的控制作用

曾母盆地是在塊體匯聚帶上發育的周緣前陸盆地，特殊的構造位置使其經歷了復雜的演化過程[16-18]。最新的研究成果表明，晚白堊世時期，古南海位于曾母盆地所在的盧卡尼亞地塊與婆羅洲地塊之間，不斷向南俯沖。晚始新世時期，隨著古南海的俯沖，曾母盆地局部發生裂陷作用[19]。曾母盆地在漸新世——第四紀經歷了兩期構造演化階段，分別是漸新世——早中新世的斷拗期和中中新世——第四紀的拗陷期，兩期的區域構造斷裂活動形式有所不同。斷裂的發育過程不僅控制了盆地的演化，而且決定了盆地的沉積格局[20-22]。本文在對曾母西斷層活動性分析的基礎上，結合區域地質背景、地層展布特征等因素，進一步分析曾母西斷裂對盆地沉積發育的控制作用。

6.1 曾母西①號斷裂對康西坳陷沉積發育的控制作用

盆地發育早期，碰撞產生的構造負載和沉積負載成為盆地沉降的主要因素，控制著盆地持續穩定的發展[18]，在區域拉張背景下，早期形成的斷裂張性活動普遍加強，曾母西①號斷裂在早期斷裂的基礎上發育。地震剖面顯示（圖3），曾母西①號斷裂為康西坳陷的大型控邊斷層，控制了該坳陷古近紀和新近紀的沉積。對康西坳陷沉積構造格局的形成起著決定性作用。古近紀（T31-Tg）時期，該斷層上盤的沉積厚度明顯大于下盤，顯示為同生斷層的作用。 T3-T31和T21-T3時期該斷裂活動加劇，斷層上、下盤顯示出更為明顯的沉積厚度差異，說明此時曾母西①號斷層活動強度加大，使康西坳陷成為快速沉降區，總沉降速率分別為460和480 m/Ma，構造沉降速率分別為220和200 m/Ma（圖8a）。上新世（T1-T2）時期地層受斷層作用很小，構造活動平靜，變形微弱，地層呈水平或近水平狀分布，但局部出現褶皺變形特征。此時總沉降速率達最高值，為1 580 m/Ma，構造沉降速率達 400 m/Ma（圖8a），暗示當時熱沉降幅度非常大。第四紀（T0-T1）以來，盆地處于穩定沉積狀態，形成了一套產狀平緩、連續性好的沉積層。

6.2 曾母西②號斷裂對塔陶壘塹沉積發育的控制作用

分析地震剖面得知（圖3），曾母西②號斷裂為基底斷裂，斷距較大，是塔陶壘塹的大型控邊斷層，對塔陶壘塹沉積構造格局的形成起著決定性作用。古近紀以來該斷層活動逐漸加劇，形成塔陶壘塹厚度較大的坳陷，古近系地震反射特征比較穩定，地層略有褶皺變形特征，斷裂上盤的沉積厚度明顯大于下盤；新近紀以來隨著海平面持續上升，塔陶壘塹進一步持續沉降，接受大規模沉積[19-21]，發育了一套以海進為主的濱海——淺海相地層。中中新世（T21-T3）塔陶壘塹沉積地層為一套中——低頻、變振幅、中——高連續反射層組，頂部被T21削截，受構造作用影響，其沉積中心厚度較大，向隆起兩側厚度逐漸減薄，與康西坳陷相比，塔陶壘塹中中新世沉積速率較小，總沉降速率為210 m/Ma，構造沉降速率為 130 m/Ma（圖8b）。晚中新世（T2-T21）沉降速率最低，總沉降速率僅50 m/Ma左右，構造沉降速率約占總沉降速率的50%；上新世（T1-T2）斷裂活動減弱，地層產狀逐漸趨于水平，沉降速率有所增加，達到 510 m/Ma，構造沉降速率為200 m/Ma（圖8b）。

圖7 南海南部斷裂體系圖[1]Fig.7 Fault system map of the southern South China Sea[1]

圖8 曾母盆地坳陷新生代沉降速率直方圖[8]Fig.8 Histogram of subsidence rate of depressions in Cenozoic in the Zengmu Basin[8]

第四紀（T0-T1）以來，康西坳陷和塔陶壘塹的總沉降速率大致相同，約為300 m/Ma，構造沉降速率約為180 m/Ma[8]（圖8），形成了一套產狀平緩、連續性好的沉積層，暗示曾母西①號斷裂和曾母西②號斷裂的活動已經基本停止，盆地沉積作用趨于穩定。

7 結論

（1）重新厘定的南海西緣斷裂系中位于最南部的“曾母西斷裂”由兩條斷裂所組成，即曾母西①號斷裂和②號斷裂。曾母西①號斷裂位于4°30′～7°N、109°30′～110°E 的范圍內，主斷層面傾向ESE，具不典型的花狀構造特征。曾母西②號斷裂位于 3°～5°N、109°30′～110°30′E 之間，主斷層面傾向NE，不同地段斷面傾向稍有變化，具不典型的花狀構造特征。依次修正了在南海斷裂體系圖上的“曾母西斷裂”的分布區域。

（2）曾母西①號斷層為曾母盆地二級構造單元康西坳陷的大型控邊斷層，控制其古近系乃至新近系的沉積，對康西坳陷的沉積和構造格局的形成起了決定性作用；曾母西②號斷裂是切穿基底的斷裂，兩側的沉積厚度特征反映其為曾母盆地二級構造單元塔陶壘塹的大型控邊斷層，控制其古近系乃至新近系的沉積，對塔陶壘塹的沉積和構造格局的形成起著決定性作用。