南沙群岛海区北部中生界地震特征分析

南沙群岛海区北部中生界地震特征分析
王彦林;阎贫;郑红波;刘海龄;廖林
【摘要】10.3969/j.issn.1009-5470.2012.04.011% 一系列的钻探和拖网取
样都表明南沙群岛海区东、南部存在中生代海相沉积。

新的国家重点基础研究发展计划地震测线经过南沙群岛海区北部，调查采用了长排列、高分辩率技术。

所获地震剖面显示在披覆沉积和裂谷式充填沉积之下，还存在大套具有密集反射、倾斜形变和高角度断裂的下构造层。

结合南海的构造演化过程以及钻探和拖网取样结果对比，将上覆构造层划为裂谷期及裂谷后期沉积，下构造层划为中生代沉积。

残留的厚层海相中生界呈北东―西南向条带状相间分布，反映新生代拉张具有明显的块断特点。

根据中生界的地层和变形特点，进一步推断南沙群岛海区北部位于中生代东亚陆缘弧前盆地的近弧一侧。

【期刊名称】《热带海洋学报》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】7页(P83-89)
【关键词】南沙群岛海区;下构造层;中生界;海相;断块
【作者】王彦林;阎贫;郑红波;刘海龄;廖林
【作者单位】中国科学院边缘海地质重点实验室, 中国科学院南海海洋研究所, 广东广州 510301;中国科学院边缘海地质重点实验室, 中国科学院南海海洋研究所, 广东广州 510301;中国科学院边缘海地质重点实验室, 中国科学院南海海洋研究所, 广东广州 510301;中国科学院边缘海地质重点实验室, 中国科学院南海海洋研究所, 广东广州 510301;广州海洋地质调查局, 广东广州 510760
【正文语种】中文
【中图分类】P738.4
南海地区经历了中生代华南大陆安第斯型汇聚边缘和新生代被动大陆边缘演化过程, 在其陆缘上形成了一系列中、新生代沉积盆地。

南沙群岛海区发育了礼乐滩盆地、南沙海槽盆地、南薇盆地、曾母盆地、万安盆地、纳土纳盆地和湄公盆地等大型盆地。

已有的钻井和拖网显示南沙东部从礼乐滩盆地到北巴拉望岛都存在海相中生代地层, 且具有油气潜力[1-3]。

加强南沙群岛海区中生界的研究对认识南海的演化和中生代油气潜力的分析都有重要意义。

由于南海地区中生代盆地经历了更多的地质改造, 其构造复杂; 加上长期以来, 国内南沙地区地震勘探测线稀疏、分辨率和探测深度都受到多种条件制约, 影响了中生代地层和构造属性的识别。

2009年国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目采用了长排列、大容量震
源地震调查, 测线经过南海海盆进入南沙北部海区, 获得了高分辨率地震剖面, 其中的下构造层可能是中生界, 为认识南沙群岛海区的中生界特征提供了重要数据。

本文结合近年南沙群岛海区的多道地震资料、拖网资料和钻井资料,重点对新采集地震剖面的下构造层进行分析。

已有研究[4-5]表明, 中生代期间东亚陆缘是一个与太平洋会聚相关的主动大陆边缘, 从华南大陆至越南存在一条安第斯型弧, 沿浙闽粤沿海地区、南海北部陆架, 海南岛及越南和其陆架地区分布大量的中生代花岗岩[6-7]。

中生代末北巴拉望岛以西的大部分区域(包括礼乐盆地)还与南海北部相连。

从晚白垩世开始, 南海发生SE向裂谷拉张, 至晚渐新世南海海盆张开, 中新世中期与菲律宾岛弧相碰, 扩张停止。

南沙地块经历了中生代太平洋向西俯冲、新生代早期的拉张和向南漂移, 以及晚期与巴拉望岛、婆罗洲的碰撞。

中生代南沙地块中部强烈挤压,而新生代南沙北部强烈拉张, Yan等人[8]据此, 把南沙划分为新生代伸展带和中生代挤压带2个构造单元
(图 1)。

在南海南部通过拖网和钻井获得大量中生代岩样(图 1)[3-4,9-10]。

在北巴拉望岛
发现了中生代蛇绿岩,在Sampagutita-1井钻遇了早白垩世边缘海沉积[4]。

另据Kudrass等[9]的报道, 在美济礁东侧(SO27-24)采获了深海相灰黑色纹层状硅质页岩, 可以与中三叠世北巴拉望岛和卡拉棉群岛出露的燧石条带和放射虫岩对比, 推
测该处的岩样也为中三叠世; 在仁爱礁西侧(SO23-23)采集到了富含蕨类的砂岩、
粉砂岩, 含软体动物印模的黑色页岩, 橄榄辉长岩与火山岩, 属于晚三叠―早侏罗世
三角洲相。

此外, 在礼乐滩的西南侧(SO27-21)发现了早白垩世片麻岩和副片麻岩, 北侧发现了侏罗纪的变质角砾岩, 早白垩世石榴云母片岩等变质岩。

最近, 国家海
洋局第一海洋研究所在南沙北部陆洋过渡进行拖网取样,据鄢全树等[10]、邱燕等[11]报道, 在 S08-18和S08-32处拖网获得晚侏罗世—早白垩世的花岗岩, 推测属于华南东部中生代花岗岩带的组成部分。

另外, 在南海北部潮汕坳陷 LF35-1钻井
钻遇了侏罗系海相沉积、白垩系陆相沉积和花岗岩侵入体[12], 沿浙闽粤沿海地区、南海北部陆架, 海南岛及其越南和其陆架地区分布大量的中生代花岗岩[6-7]。

以往南沙中部和礼乐滩海区的地震剖面上也发现了中生代地层[4,8,13-14](图 1)。

地震剖面(NS405、NS409、L1和 1—4测线)显示, 新生代与中生代之间存在明显的角度不整合界面, 新生代地层基本水平, 频率相对较低, 而中生代地层反射频率较高,发育宽缓褶皱和逆断层, 核部遭受了强烈的剥蚀,其构造形态与南海北部潮汕坳
陷地震剖面类似[15-16]。

2009年5月—6月, “973”项目委托广州海洋地质调查局在横跨南海南北大陆边缘开展了多道地震调查(NH973-01, 见图1)。

调查船为探宝号, 采集系统为 SEA海洋电缆, 采集基本参数是: 气枪容量5080in3 (1in3＝1.63871×10−5m3), 气枪压
力2000psi(1psi=7.03×10−2kg·cm−2), 枪深 9m, 炮间距 37.5m;电缆接收道
480道, 道间距 12.5m, 沉放深度 10m,偏移距 250m; 记录长度 12s, 采样间隔
2ms[17]。

地震数据处理由中海油能源发展股份有限公司特普地球物理分公司负责。

针对该批资料多次波严重, 海底构造起伏大的情况, 采用的基本处理流程为滤波、
振幅恢复、去多次、反褶积、速度分析、叠前时间偏移, 而多次波压制主要通过自由表面多次波压制(SRME)、高精度拉冬滤波技术实现[17]。

图2是NH973-01地震剖面的AB段, 经过南沙群岛海区北部。

沉积地层以Tg为界分为两套大的构造层序, Tg之上地层水平连续, 之下相对杂乱。

其沉积形态与南沙中部[8]和东北部[13]的相似, 推测Tg界面为中生界与新生界之间的界面。

在上
构造层内,进一步可以划分T4界面, T4之上地层为广布型披覆沉积, 由海盆一直延
伸到岛弧区, 为上第三系及第四系海盆沉积。

T4与Tg之间沉积反射频率相对较高, 为海相沉积, 其厚度在海盆区最大, 向南逐渐减薄, 形成 3个断陷, 南部断陷最大(假设地层平均速度为3km·s−1, 则厚度达825m)。

Tg为角度不整合面, 构造高部位
地层削蚀现象明显, 而下伏地层呈SSE向倾斜, 且平行正断裂极为发育, 连续震相显示, 地层反射频率相对上覆地层较高。

Th—Tm之间地层反射频率相对较低, Tm之下地层反射非常杂乱。

剖面右侧地层杂乱。

NH973-01地震剖面的 AB段与南海北部潮汕坳陷 Tg界面以下的地震相特征相似[15], 假设南沙北部地层平均速度与潮汕坳陷西南部中生界顶界面的相当(3.5—
4.2km·s−1)[18], 则 Tg界面以下地层倾角为 7.0—8.4°, 且被 32—65°的高角度平行正断层切断。

Tg—Tm之间地层厚
5.5—
6.5km(图2b), Tg之上地层厚 0.3—
1.5km(地层速度为
2.0km·s−1)。

Tg之下断裂极为发育, 数量远大于 Tg界面之上的断裂, 且断距较小(平均0.2km)。

剖面右侧地层杂乱。

AB段剖面的南侧CD段也发现了同样特征的地震相(图3)。

T4之上地层频率相对
较低, 沉积环境不稳定, 内部发育沙波; T4之下、Tg之上的地层频率较高, 存在地
堑构造; Tg为不整合面, 地层剥蚀明显; Tg之下地层局部杂乱, 但连续震相显示地
层频率高。

Tg―Tm 之间地层厚 4.1—4.9km(图 3b), Tg之上地层厚0.3—1.3km。

NH973-01测线 AB段地震剖面(图 2)显示, T4之上地层水平连续, 形成广布型披覆沉积, 为中中新世以来的裂后沉积(地层划分参考Yan等人[8]的划分标准)。

T4与Tg之间的地层厚度在海盆区最大, 向南逐渐减薄, 形成断陷充填沉积, 根据
SO27-21处采集的晚渐新世―早中新世开放深海相富含红藻石的层状泥粒灰岩, SO23-23处采集的晚渐新世—早中新世近浅海泥粒灰岩[9], 以及相隔300km的Sampagutita-1井钻遇的下第三系边缘海相沉积[4], 推测T4与Tg之间的沉积也为下第三系裂谷期充填沉积。

另外, Tg界面之上有微弱到中等的扭动错位, 反映南沙地块内部的扭性断裂活动, 其特性与南海海盆内部和南沙群岛海区发现的走滑断裂带相似[19-20], 推测为海盆扩张期间吕宋岛弧向西的构造挤应力对南沙地块的持续作用。

AB/CD段剖面Tg—Th之间为SSE向倾斜密集层状沉积, 与Tg界面之上第三系裂谷期楔状充填沉积明显不同; 高角度小断距正断裂极为发育, 与裂谷期大断距的断裂明显不同; 而南海海盆与巴拉望东北部之间、礼乐滩与巴拉望中部之间、危险地带与巴拉望南部之间的钻井和Sampagutita-1井都缺失上白垩统, 古新统之下直接是下白垩统边缘海相沉积[4,19], 推测该套沉积也为裂前早白垩世边缘海相沉积, Tg为中生界与新生界的不整合面, Th为白垩与侏罗系地层界面。

其次, AB段和CD段(图3和图2)Tg界面上下两侧的地层构造形态分别相似, 也与采获中生界岩样的南沙北部(SO23-23)[21]和钻遇中生界岩样的南海北部潮汕坳陷(LF35-1-
1)[15] 处的地层构造形态相似, 而相隔约100km的海盆―岛弧过渡带S08-32 和S08-18处采集的早白垩和晚侏罗世花岗岩[10], 再次说明Tg界面以下地层为中生界。

再者, Tg之下地层巨厚(厚4.8—5.7km), 之上地层较薄(厚0.3—1.5km), 进一步说明Tg之下地层不是新生界, 而是中生界, 原因如下: 1)Tg—Tm之间为层状沉积, 无滑塌构造, 说明该套巨厚沉积来自华南大陆或者北巴拉望岛的正常沉积; 2)南海裂谷―漂移沉降期南沙北部远离华南大陆和巴拉望岛弧沉积物源, 其沉积厚度不大
(2.4km)[4]; 3)Tg—Tm之间沉积厚度远大于 Sampagutita-1井裂谷-漂移沉降期新生代沉积厚度; 4)Sampagutita-1井显示新生代碳酸岩盐沉积速率为7.5cm·ka–1, 新生代海相沉积速率为3.5cm·ka–1, 假设 Tg以下为下第三系, 则沉积速率为13—15cm·ka–1, 远大于南海正常的海相沉积速率(小于4cm·ka–1[22]), 也超过了碳酸盐岩沉积速率;若为中生界, 则沉积速率为 3.7—4.4cm·ka–1, 接近海相沉积速率, 而南沙地区中生代为海相沉积[4,19]。

AB段地震剖面的 Th—Tm之间地层反射频率相对较低, Tm之下地层杂乱, 成岩程度较高。

由SO23-23处采集的晚三叠―早侏罗世三角洲相砂岩、粉砂岩和黑色页岩[9], 推测Th—Tm之间地层为侏罗—三叠纪浅海沉积, Tm为结晶基底。

南沙北部AB/CD段测线揭示的中生界, 结合南沙中部万安滩、南薇滩、安渡滩(NS409、4、NS405和测线3), 东部礼乐滩(测线1和2)和西北巴拉望地区(L1测线)地震剖面、拖网和钻井揭示的中生界,说明南沙地区分布广泛的厚层海相中生代地层, 且南沙北部厚4.1—6.5km, 南沙中部厚3.6—4.3km[8]。

AB和 CD段剖面显示(图 2和图 3), 测线段存在新生代断裂, 而BE段剖面显示AB 段的右外侧为大断裂(图 4), AB右侧的杂乱反射顶界面向右延伸(图 4)数十公里, 侵入接触面清晰, 穿透海底, 推测AB、CD和 BE段剖面出现的杂乱反射都为新生代晚期强烈的火山。

而AB和CD测线段内部地层相对稳定, 发育小断距断裂。

结合NH973-01测线的南沙段仅AB和CD段发现了中生界, 说明新生代南海的拉张作用使南沙北部中生代沉积在空间上呈条块状分布, 新生代拉张具有明显的块断特点, 与礼乐滩和南海北部东沙隆起相似。

AB段剖面中生界地层倾斜(图 2), 但没有明显的褶皱, 与南海北部台西南盆地和潮汕坳陷盆地以及南部礼乐盆地和南薇盆地发现的中生界地层特征明显不同[8,16]。

而相距约 100—200km的 S08-32/18处拖网获得的燕山期花岗岩[11], 属于华南东部中生代花岗岩带的组成部分, 即中生代东亚边缘的岩浆弧系, 结合南沙南部没
有发现中生代花岗岩, 推测测线段受中生代俯冲影响较弱, 距离俯冲带较远,可能处
于弧前盆地的近弧一侧。

AB段剖面显示(图5c), 北侧洋盆边界裂谷—漂移沉降期(T4—Tg)断距与沉积规模
相对较大, 而南侧中生代地层受新生代晚期火山的影响上拱明显,推测新生代测线段中生界发生逆时针旋转。

裂谷前测线段地层示意图见图 5b, 中生界地层倾角更大,
呈SSE向20°倾斜, 而中生代西太平洋俯冲之前, 地层水平(图 5a)。

层内平行密集
高角度断裂发育, 集中在中生界(图 5c), 其特征与新生代的伸展断裂明显不同, 说明断裂主要发生在中生代, 推测为中生代挤压背景下的张性走滑断裂[23](图 5b)。

测线 AB和 CD段位于 Yan等人[8]推测的南沙北部新生代拉张带(见图 1), 该区域经
历了中生代西太平洋的俯冲, 引起中生界的倾斜和张性走滑断裂(见图 5b);经历了新生代南海的拉张运动, 使中生代沉积在空间上呈条块状分布, 在条块边界有强烈的
断裂和火山活动(见图5c)。

1)根据地震相的变化, 可以将南沙北部洋陆过渡带的沉积层分为上、下两大构造层。

下构造层厚达 4.1—6.5km, 其下部反射强, 但频率低, 连续性差到中等; 上部反射密集, 连续性较好, 内部发育32—65°的高角度走滑断裂。

下构造层解释为中生界,包
括下部的三叠—侏罗近浅海沉积以及上部的早白垩纪海相沉积。

上构造层较薄, 厚0.3—1.5km, 下部呈半地堑沉积充填, 上部地层反射较平稳, 连续性好, 分别解释为新生代裂谷―扩张期和扩张后期沉积。

上构造层内有微弱到中等的扭动错位, 反映南沙地块内部的扭性断裂活动。

2)南沙北部中生界的识别, 及南沙中部南薇滩、安渡滩和东部礼乐滩、西北巴拉望
地区地震剖面、拖网和钻井揭示的中生界, 说明南沙地区分布广泛的厚层中生代地层, 包括大套海相地层。

3)南沙群岛海区经历了中生代西太平洋的俯冲,新采集的地震剖面上中生界地层发
生 SSE向倾斜,大角度密集张性走滑断裂发育, 但没有明显褶皱;测线附近拖网取样
获得燕山期花岗岩, 应当属于中生代东亚边缘的岩浆弧系。

这些特征反映测线段受中生代俯冲影响较弱, 可能处于弧前盆地的近弧一侧。

4)新获地震剖面显示中生代沉积在空间上呈条块状保留下来, 条块内部断裂不明显, 在条块边界有强烈的断裂和火山活动, 反映新生代拉张具有明显的块断特点。

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