ACTIVITY OF SUBMARINE SAND WAVES AND SEAFLOOR EROSION AND DEPOSITION IN THE SEA AREA TO THE SOUTHWEST OF HAINAN ISLAND
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摘要: 为了研究沙波迁移对底床稳定性的影响,通过对比分析2004-2006年连续3年的多波束海底地貌扫描数据,得出研究区域海底沙波的波长为5.8~91.8 m,波高0.1~4.3 m,陡峭度0.013~0.12,对称指数0.32~6.52。沙波的移动速率最大48.8 m/a,移动方向在研究区域西部为SE向,中部呈往复迁移,东部为NW向;沙波不同部位的迁移速率不同,一般的沙波尾翼迁移速率较大;同一组沙波存在反向扭转迁移的现象,反向扭转迁移的轴线位于研究区域沙脊的脊线附近,这种反向迁移不仅与底层流作用有关,还与海底地形关系密切;西部海底底床处于侵蚀状态,局部最大侵蚀量可达1.3 m,东部处于堆积状态,最大堆积量达2.8 m。Abstract: Sand wave migration has an important effect on seafloor stability.Based on multi-beam system, repetitive submarine micro-geomorphic features from 2004 to 2006 are analyzed to research the relationship between them. The investigated results show that in the study area, the wavelength of sand wave ranges from 5.8 to 91.8 m, wave height from 0.1 to 4.3 m, steepness from 0.013 to 0.12, and symmetry from 0.32 to 6.52. The sand wave migration velocity is up to 48.8 m/a, migration direction is oriented SE in the west of the study area, NW in the east, and to and fro in the middle.The migration velocity varies in different sections, and commonly the end of the sand wave migrates more rapidly. Reverse migration exists in sets of sand waves, and the axis line lies near the crest of the sand ridge, upon which the sand waves are superimposed, indicating that the reverse migration is not only related to bottom current but also to submarine topography. From 2004 to 2006, the seafloor is under erosion in the west and the erosion is up to 1.3 m, while the seafloor is under deposition in the east and the deposition is up to 2.8 m.
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Keywords:
- multi-beam system /
- sand wave migration /
- Beibu Gulf
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珠江口盆地位于南海北部大陆边缘,是南海北部重要的含油气盆地。珠江口盆地经历了多幕裂陷作用,断陷长轴方向由早期的NE-NEE向至中晚期E-W向、NWW向的顺时针旋转[1-2],形成了NE-NEE向和EW-NWW向两组断裂控制的“南北分带、东西分块”的构造格局[3]。目前,随着珠江口盆地珠Ⅰ坳陷油气勘探程度的不断提高,油气储量接替的压力不断增大[4],迫切需要加强和拓展深水区珠Ⅱ坳陷新区域的油气勘探及研究工作。
开平凹陷位于珠江口盆地西南部深水区珠Ⅱ坳陷西部,油气勘探程度极低。前人对深水区珠Ⅱ坳陷的研究多局限于中部及东北部白云凹陷,但对西南部的开平凹陷研究甚少。开平凹陷整体表现为伸展构造环境,处于洋陆过渡带。前人对开平凹陷控洼断层、石油地质条件和油气成藏特征方面等进行过一些研究[5-8],但受限于当时有限的地质资料,而且缺乏对开平凹陷的盆地性质、构造特征及演化过程的整体认识,其基础地质及构造地质和盆地分析等研究工作非常薄弱。因此,开展开平凹陷构造特征、断裂体系与盆地演化的分析研究,对于理清开平凹陷的基础地质问题,深化对该区油气地质条件的认识以及推动油气勘探进程与实践等均具有重要意义。鉴此,本文在充分利用开平凹陷现有的地质、钻探、地球物理等资料及前人研究成果的基础上,对开平凹陷三维地震资料开展系统地分析解释,在此基础上,通过古地质构造恢复和钻井资料综合分析,对开平凹陷的构造特征进行了深入解剖,详细分析了断裂体系剖面及平面分布特征,并结合骨干断裂的活动性、盆地沉积中心变迁及平衡剖面等多分析手段,恢复重建了不同时期开平凹陷的构造演化序列,进而为该区油气勘探部署及钻探目标评价等提供重要的基础地质成果和油气勘探决策依据。
1. 区域地质背景
珠江口盆地南部深水区珠Ⅱ坳陷呈NE-SW向展布,处在盆地西南部陆架-陆坡过渡带及上陆坡区(图1a),而开平凹陷则位于珠江口盆地珠Ⅱ坳陷西南部,呈NE-NEE向展布,面积约为5 000 km2。其东邻云开低凸起,与白云凹陷相隔,其西南部则与顺德凹陷相连,南北分别与顺鹤隆起、神狐隆起带相接。该凹陷绝大部分区域位于大陆坡上,水深为200~1 000 m。从开平凹陷及邻区构造单元划分图(图1b)可知,开平凹陷由北向南具有明显的分带特征,其从北向南可分为北部隆起带(包括神狐暗沙隆起和番禺低隆起)、北部断陷带(包括开平西洼、开平北洼和白云西洼)、洼中隆起带(包括开平11构造带、开平10构造带和开平6构造带)、洼陷中心带(包括开平西南洼、开平主洼和开平东洼)、南部斜坡带。通过对开平凹陷二维和三维地震剖面的追踪解释、钻井分析以及邻区地层进行对比,建立了开平凹陷新生代地层格架。开平凹陷新生代地层系统主要由8套地层构成,从上到下依次为琼海组、万山组、粤海组、韩江组、珠江组、珠海组、恩平组和文昌组(图2)。尚须指出,开平凹陷全区尚未发现古新统神狐组地层[9],其基底主要为前新生代花岗岩等火成岩。
2. 开平凹陷构造特征
开平凹陷新生代经历了多期构造演化,形成了垂向上分层、平面上分区的构造特征。由于三维地震资料的限制,本文主要以开平主洼、开平北洼和开平东洼为剖析对象,通过凹陷结构特征、断层平-剖面组合特征和展布规律及断层活动性等方面的系统分析,对其古近纪的构造特征进行解析,明确开平凹陷构造活动特征及其规律性。
2.1 开平凹陷构造分层特征
开平凹陷新生代具有“下断上坳”的双层结构,下构造层为盆地断陷期所充填的始新统(文昌及恩平组)陆相沉积,上构造层则为盆地拗陷期所形成的渐新统-新近系-第四系(珠海组-琼海组)的浅海相及半深海相沉积,不同构造层之间以明显的角度不整合接触(图2)。下构造层底界(Tg)地震反射界面为文昌组的底界面,同时也是开平凹陷的基底反射界面,该界面为区域性的不整合界面,也是分布范围最大的不整合界面。基底之上为断陷盆地湖相的沉积岩层,断陷湖盆的地层基本呈现超覆的特征覆盖于基底之上。下构造层为受北部大型伸展拆离断层F1断层(图3)控制的北断南超的拆离型复式半地堑。不同类型次洼的地质结构差异较大,断裂发育数量众多,大小不一,断裂规模总体较大,反映了开平凹陷该时期构造活动非常活跃,经历了多期伸展断陷作用的过程。上构造层底界大致相当于T70地震反射标志层,为区域性不整合面。该套地层几乎不发育大型的控沉积断层,各洼陷沉积厚度稳定,反映了开平凹陷该时期以后基本为盆地整体热沉降的海相拗陷期沉积充填地层。结合珠江口盆地区域构造运动特征可以推测[10-12],开平凹陷T70界面反映出南海开始扩张的过程,即断陷向坳陷转换的界面,表明开平凹陷的构造演化与白云凹陷具有类似的演化特征。
2.2 断裂系统剖面发育特征
断层活动是开平凹陷裂陷期的主要构造特征,并直接控制了盆地的主要构造样式。珠Ⅱ坳陷在古近纪裂陷期主要发育NNE-NE、NEE-EW和NWW走向的主干断裂,控制了盆地裂陷期的沉积演化与构造格局。系统的地震构造解释表明,珠Ⅱ坳陷不同区域内凹陷结构、构造样式、断层产状(特别是倾向)等存在显著差异。位于珠Ⅱ坳陷西侧的开平凹陷紧邻受控于南部大型伸展拆离断层的白云凹陷,由南向北滑脱而形成典型的拆离盆地[13]。而开平凹陷是发育在变质核杂岩之上由北部“勺”形主拆离断层控制下的具有大水平位移的凹陷,拆离断面之上发育大量不同规模大小的基底断块(图3)。从图3可以看出,开平凹陷发育了4条近NE-NEE向大型控洼断裂(F1—F4)和1条NE-NEE向的反向主控断层,自西向东分别控制着开平西洼、开平西南洼、开平主洼、开平北洼和开平东洼。
开平凹陷F1断裂称为神开断裂,位于神狐暗沙隆起的南端,走向为NE-NEE向,延伸长度长,为开平凹陷的北部边界拆离控盆断层(图3b)。神开断层的发育对整个开平凹陷的演化起着重要的作用。F1断裂活动时间较早,在下文昌组中段后开始强烈活动,明显控制了下文昌组上段和上文昌组的沉积,其沿走向断层特征变化非常大,因开平凹陷岩浆改造作用呈现西强东弱的特征,其剖面构造样式在开平凹陷东侧和西侧表现出较大的差异。F1断裂在剖面上为“陡-缓-陡-缓”近坡坪式特征,与多个次级断层形成一系列基底旋转断块,在地壳深部断层倾角趋于平缓,并与F2断层合并成一条断层,具有明显拆离断层的特征(图3b)。在开平洼陷中部,F1断裂与F2断裂相连,整体在剖面上表现为“凹-凸-凹”的低角度拆离断层特征,断裂中段基底核杂岩受岩浆底侵活动强烈隆升,上覆开平北洼地层强烈剥蚀,与拗陷期地层呈角度不整合接触,同时拆离断层之上地层褶皱变形,呈一个宽缓的背斜形态,具有典型的拆离变质核杂岩的地震剖面特征(图3c)。钻井KP6-A揭示井底发育玄武岩,加上基底内普遍的波状反射和强反射轴等成为开平凹陷裂陷期被岩浆活动改造的证据。在开平凹陷的东部,岩浆活动对断裂的改造作用较少,F1断裂主要表现为板式正断层或轻微铲式正断层,控制了番禺25洼文昌组地层的发育,与F3断层控制下的开平东洼组成多米诺式半地堑(图3d)。
F2断层位于神狐暗沙隆起的西南端,为控制开平主洼和开平西洼的边界断层,走向近NEE-EW向,倾向为SSE向,呈上陡下缓的铲式正断层,明显控制了开平主洼下文昌组和开平西洼文昌组的沉积。下文昌组地层在开平主洼地层厚度最大,向东西两个方向地层厚度减薄。因此F2断层控制下的开平主洼和开平西洼在文昌组早期为连通的半地堑盆地,具有典型的箕状断陷特征。剖面上次级断裂发育,与F2断层组合成同向或反向正断层组合,次级断层下面端点收敛于主干断层,次级断层与F2断层在剖面上成“卷心菜”形组合样式(图3A-A'、B-B'、C-C')。F3断层位于开平凹陷东侧,是开平东洼的主控边界断裂,控制了开平凹陷东洼的沉积,整体走向近WE向,倾向为S向。剖面上次级断层发育,与此断层伴生发育了一系列同向和反向伴生次级正断层,与主干断裂F3呈铲式扇的构造样式,沿走向断层特征变化不明显,主要表现为板式正断层或轻微铲式正断层,断层活动时间长,从文昌组到韩江组均有活动。开平东洼构造变形较弱,洼陷表现为一个典型的半地堑形态(图3D-D')。F4断层为开平西南洼的边界主控断层,倾向SE方向,走向NE,断层面呈“犁式”。F4断层活动时间长,从文昌组到韩江组均有活动,在下文昌组中段后开始强烈活动,明显控制了西南洼下文昌组上段、上文昌组和恩平组的沉积。剖面上F4断层与F2断层组合为同向平行正断层组合,次级断裂发育较少,呈“羽毛”形或“Y字”形组合样式(图3a)。F5断层也叫南开断裂,整体走向近NEE向,倾向为NNW向,呈上陡下缓的铲式正断层,断层面未切穿前新生代基底面,断层下面端点均收敛于基底面,分析认为是F1控洼断裂强烈拆离活动时产生的反向伴生次级正断层。F5断层活动时间较早,对开平凹陷下文昌晚期到恩平组地层沉积有明显的控制作用(图3B-B')。
2.3 古近系断裂系统平面发育特征
受南海张裂的影响,开平凹陷经历了多期次、多性质、多方向构造运动的叠加与改造,断裂构造十分复杂。通过对开平凹陷始新统文昌组和恩平组内部10个构造层的精细解释,对开平凹陷深部构造的发育特征和展布规律进行整体的刻画,发现断裂体系主要有NEE向、近EW向、NE向和NW向4组断裂(图4)。断裂构造主要在古近系裂陷层发育,因而对断裂体系的分析主要针对古近系。开平凹陷构造样式主要以伸展运动形成的正断层为主,在地震剖面上表现为阶梯式、多米诺式或垒堑式等组合样式。在平面上,主要有平行式、雁列式、梳状、棋盘格式或斜交式等多种组合类型(图4)。对比Tg到T70断裂组合图可以发现,切割文昌组(Tg—T80)断裂走向主要有2组:NE-NEE向和NW-NWW向。从文昌组到恩平组,活动显著减弱,断层数量和断距均减少,同时NE-NEE向断裂减少,NW-NWW向增多,切割恩平组断裂走向更多以NW-NWW向为主(图4)。因此,从文昌组沉积期到恩平组沉积期断层的分布存在较好的一致性和继承性,只在断裂走向上发生了顺时针的偏转,代表区域构造应力场发生顺时针的偏转。
2.3.1 基底断层平面发育特征
由Tg断裂分布图可知(图4a),切穿基底面的断层数量相对较少,主要分布在西洼、西南洼和东洼,表现为控洼边界断层特征。开平凹陷大型伸展拆离断层的平面展布特征为NEE走向,直接控制了开平西洼、北洼和东洼的地质结构。Tg面上下盘水平断距很大,表明边界断层开始活动于北洼一带,向南逐渐拆离伸展,断层沿走向上可分为3段:西部、中部和东部,中部断距最大,表明断层活动最为强烈,现今NEE向断层的形成主要由3条断层生长连接而成,即分别由控制西洼、北洼和东洼的3条边界断层,垂向上切穿基底面,走向上逐渐传播,最终连接成为控制开平凹陷的大型伸展拆离断层。西南洼边界断层为NE走向,与大型伸展拆离断层存在一定的交角。开平凹陷切穿基底的断层大部分均为NE、NEE和近EW走向,这表明开平凹陷是由西北向南东拆离伸展的。
2.3.2 文昌组断层平面发育特征
在NW-SE向伸展作用下,珠江口盆地基本特点是除了受到基底先存构造影响的局部地区之外,盆地整体上呈NE或NEE向展布。受控于NW-SE向区域构造应力场,断裂在这一时期最为发育,开平凹陷形成了大量NE-NEE向张性断层和少量NW-NWW向张扭断层,其中NE-NEE向断层规模较大,NW-NWW向断层规模较小。NE-NEE向张性断层主要分布在开平11构造带和开平10构造带附近(图4b)。开平11构造带断层基本为NE-NEE向展布,平面上形成斜交式和棋盘格式组合,剖面上形成 “铲式扇”形、“卷心菜”形等断层组合。在开平10构造带发育NW向断层,这一系列NW-NWW向断层将开平10构造带复杂化,平面上形成棋盘格式构造格局,剖面上形成多级“Y”字形、阶梯式等断层组合。另外,NW-NWW向断层主要分布于开平凹陷南部斜坡区域,为雁列状展布。
2.3.3 恩平组断层平面发育特征
对比T80和T70 断裂组合图(图4b、c)可以发现,该时期构造活动显著减弱,断层数量和断距均减少,断层由之前的NE向、NEE向逐渐变为NW向或近EW向,断裂平面上呈平行状、雁列状、扫帚状和树枝状展布。与盆地发育初期相比,该时期区域构造应力场已发生改变,整体上断层具有顺时针旋转的趋势。根据断层分布规律可分为3个大的断裂带:北部断裂带,主要包括神狐暗沙隆起、北洼及东洼一带,断层整体为NW向展布;中部断裂带,包括开平11构造带,断层整体为近EW向或NWW向;南部断裂带,包括开平10构造带及主洼南部斜坡区域,南部断裂带近弧形展布,由西部NW向断层向东逐渐过渡为NWW向或近EW向。断层的展布特征反映出构造活动非均质性的特点。
2.3.4 珠海组断层平面发育特征
珠海组时期,开平凹陷以稳定区域热沉降为主,构造活动较弱,主要发育的是拗陷期热沉降产生的断裂和断陷晚期开始形成的NWW向伸展断层,少量早期伸展的控洼断层,断裂平面上呈平行状、雁列状、扫帚状和树枝状展布(图4d)。该时期开平11和开平10构造带活动强度均不大,其断裂展布与T70反射层构造图相比具有相似性,整体上也可分为3个断裂带:北部断裂带断层为NW向展布,呈雁列状排列,断层长度和断距均较小,但数量较多;中部断裂带,主要为开平11构造带,断层长度和断距较小,数量较少,从西向东,由EW向逐渐过渡为近NWW向;南部断裂带,包括开平10构造带及主洼南部斜坡区域,断裂带整体仍为弧形展布,从西向东由NW向逐渐过渡为近EW向。该时期开平10构造带NW向断层较为发育,主洼内部断层数量较少,反映构造带在拗陷期活动近乎停止。
2.4 断层活动时序和活动强度分析
断裂活动性的定量表征方法有多种,通常使用的有断层古落差法、断层生长指数法和断层活动速率法3种[14-18]。由于前两种方法计算比较简单且分析结果均受到不同程度的限制,而同生断层活动速率是客观反映断裂活动强度和时期的重要指标[19]。因此本文主要采用断层活动速率法对开平凹陷内主干断裂的垂向活动强度进行定量计算。
分析断裂活动速率(图5)可知,断裂体系活动强度变化具有明显阶段性。开平凹陷主干断裂活动整体为早期活动、晚期消亡型断裂,具有单峰式活动特点,其断层活动强度整体表现为逐渐增强后减弱的趋势。断裂在下文昌组沉积时期开始活动,其活动速率最大为开平主洼控洼断裂F2断裂,可达352 m/Ma。进入上文昌沉积时期,除了F2断裂停止活动外,其余主干断裂活动明显增强,活动强度均达到各断层活动速率最大值,其中活动性最强的为开平东洼控洼断裂F3断裂,可达384 m/Ma。而后进入恩平组沉积时期,断陷作用急剧减弱,断裂活动强度迅速下降,F1和F3控洼断裂停止活动,受岩浆活动影响,该时期活动性最强为开平主洼南侧的F5断层,活动速率达37 m/Ma, 珠海组沉积期以后主干断层活动强度持续降低并停止活动。
总之,断裂活动特征主要具有以下特点:① 主干断裂基本为文昌期同沉积断层;② 断裂活动从整体上看,文昌组时期表现为北部控洼断裂活动性强,南侧调节断裂活动性较弱的特征,恩平组—珠海组时期表现为南侧调节断裂活动性相对强,北部控洼断裂基本终止活动的特征;③ 断裂活动特征与区域构造所经历的多期断陷-断拗-拗陷的幕式演化过程相吻合。
3. 开平凹陷沉积中心迁移特征
开平凹陷发育巨厚文昌组地层,恩平组地层相对较薄,整体的发育演化是从断陷到拗陷的过程。其构造活动具有周期性规律,形成3个断陷期、拆离期、底侵拗陷幕演化阶段。主控断裂的强弱转化和产状变化,造就了各时期地层的展布和沉积中心迁移转变。
下文昌组沉积时期为强烈裂陷期,边界断裂的强烈伸展活动,沉积厚度明显受到断层的控制(图6a)。下文昌组地层有3个相对独立的沉积中心(开平主洼、开平北洼和开平东洼),构造格局表现为“三洼一凸”。沉积厚度最大的位置在主洼内,沉积中心呈NEE向展布,洼陷范围陡而窄,主要位于强烈活动的NEE向断裂(F2)下降盘附近。东洼和北洼文昌组下段地层相对较薄,整体也具有NEE向展布的特征,反映了北部边界断裂对各次洼早期形态有一个明显的控制作用。
上文昌组沉积时期,开平凹陷进入拆离活动期,在此沉积期断陷范围迅速扩大,受边界断层拆离活动的影响,其洼陷区变得宽缓,沉积中心发生了明显迁移,远离主要的边界断层(图6b)。下文昌组地层整体厚度较大的位置分布在主洼和西南洼,但主洼地层厚度更大,范围更广,主洼和西南洼呈现出连片的趋势。与下文昌时期相比,西南洼、主洼和东洼相连接呈现NEE-SWW向的条带状特征,主洼和东洼的沉积中心均表现出向南迁移的特征,表明主控断层性质发生转变。上文昌地层在北洼呈现零散的较厚区域的分布,形成数个相对独立的受基底拆离旋转断块控制的沉积中心。
恩平组沉积时期,开平凹陷进入类拗陷沉积时期,地层的分布范围快速扩张,主洼和西南洼完全连成一片,各个洼陷基本全发育且地层厚度相对均匀,体现了拗陷期均匀沉降的特点(图6c)。在此阶段,受控于区域构造作用[20],西北部神狐暗沙隆起和东南部云开低凸起发生强烈抬升,神狐暗沙隆起上出现部分削蚀缺失区。受周缘隆起抬升影响,恩平组地层整体厚度最大的位置分布在西南洼、主洼内,沉积中心相对上文昌组地层从主洼南部向西南洼偏移。
综上所述,开平凹陷受断裂活动强度变化影响,沉积中心在裂陷期发生了明显迁移。开平凹陷断陷期的地层整体呈现多个洼陷中心的特征,且各个洼陷的发育时期也存在有先后顺序,主洼相对形成最早且在整个演化过程中存在有较好的继承性特征。在断陷初期,开平主洼为沉积中心,文昌组地层沉积期随着伸展作用的持续进行逐渐扩展到东洼、西南洼和北洼一带;恩平组地层沉积期构造活动逐渐减弱,没有较为明显的沉积中心,整体上沉积中心具有由东北向西南逐渐迁移的特征,反映开平凹陷构造活动具有很强的迁移性。
4. 构造演化阶段与性质
珠江口盆地发育多个受上地壳低角度拆离断层控制的断陷,这些拆离断裂的形成通常受岩浆侵位和(或)先存断裂的影响[21]。开平凹陷是发育在晚中生代构造变形基础之上的新生代伸展断陷盆地,伸展构造变形同样受岩浆侵位和(或)先存断裂的共同影响。开平凹陷经历了多期次的构造演化叠加改造,始新世至今构造格局体现了原始盆地格局与后期改造作用的叠加效应,从而给确定始新世断裂特征、盆地结构、演化过程期以及原型盆地恢复带来了极大的困难。本文基于本次研究成果(包括盆地断裂空间组合、断裂活动特征、地层沉积变化、多层构造变形匹配关系)分析了新生代盆地形成演化过程,选取了典型地震地质剖面进行平衡剖面分析,进而恢复盆地结构的动态演化过程。
为精细刻画开平凹陷地质结构和构造演化,选取一条三维区过开平北洼、开平11构造带、开平主洼和南部斜坡带的地震剖面,制作平衡剖面,分析开平主洼和北洼盆地演化。分析认为,开平凹陷经历了断陷期、拆离期和底侵期3个大的裂陷演化阶段,其中断陷期进一步细分为初始断陷幕(E2w6沉积时期)、断陷扩展幕(E2w5沉积时期)、断陷强烈幕(E2w4沉积时期),拆离期又可分为拆离伸展幕(E2w3-2沉积时期)及拆离萎缩幕(E2w1沉积时期)。因此,研究认为开平凹陷经历“早断陷-中拆离-晚底侵”三期六幕裂陷演化过程(图7)。
在下文昌组的断陷期,在E2w6沉积时期,开平凹陷以高角度伸展为主,基底先存断裂差异活动,主洼部分的控洼断裂率先张裂形成高角度断层控制的北断南超半地堑盆地。进入断陷扩展幕(E2w5沉积时期)后,该控洼断裂持续强烈活动,盆地持续深陷,湖盆面积扩大,地层朝南部缓坡带持续超覆沉积。在断陷强烈幕(E2w4沉积时期),因裂陷作用增强,开平北洼的先存断层继续活化张裂,发育多级高角度断阶,裂陷中心开始往北洼迁移,开平主洼缓坡带因断层活动而发生旋转作用,文四段地层被抬升削蚀。
在上文昌组时期,开平凹陷进入拆离期,以上陡下缓的拆离断层的发育为主要特征。在拆离伸展幕阶段(E2w3-2沉积时期),这个时期开平凹陷先存低角度断层完全活化,并成为主要控洼断裂,发生低角度拆离活动,强烈的拆离活动导致了基底核杂岩的隆升。此时开平凹陷断裂伸展活动量集中到了北部的控洼断裂上,开平主洼的控洼断裂基本停止活动并与主洼下文昌地层作为统一的上盘断块发生掀斜现象,裂陷洼陷沉积中心集中在开平北洼,主洼作为复式半地堑的缓坡带,发育地层削截和上超沉积现象。进入拆离萎缩幕(E2w1沉积时期)之后,控洼断裂拆离活动发育到顶峰并逐渐停止,核顶地层隆升并遭受局部剥蚀,洼陷内部形成一系列因强烈低角度拆离和核杂岩强烈隆升活动形成的共轭调节断裂。沉积中心因拆离活动的减弱和北洼核杂岩抬升的共同作用而发生迁移至开平主洼,开平北洼与主洼形成统一的洼陷。
在恩平组的底侵拗陷幕(E2e沉积时期),控洼断裂因岩浆沿着控洼断裂的岩浆底侵增强而逐渐停止拆离活动,整体发育底侵岩浆控制坳陷型盆地。通过前文的分析,开平凹陷的主控洼断裂活动基本停止在T80界面之下,同时恩平组地层往周缘隆起和核杂岩隆起上超覆沉积,可以推断此时开平凹陷伸展断控作用基本停止,发育坳陷型盆地。
5. 动力学机制探讨
开平凹陷位于珠江口盆地的珠Ⅱ坳陷带,其演化过程和珠Ⅱ坳陷带其他凹陷—顺德凹陷、白云凹陷和荔湾凹陷具有一定的相似性,同时又受控于整个珠江口盆地演化过程的限制。
综合研究表明,珠江口盆地具有分带差异演化模式。前人[22-24]基于珠江口盆地断裂系统、构造变形、盆地与地壳薄化过程耦合关系的分析,构建了“先存构造约束、拆离薄化主导、岩浆作用参与”的珠江口盆地构造三元耦合控凹的动力学模式。结合前人的区域研究成果和本文的综合分析认为,开平凹陷裂陷期动力学机制亦与珠江口盆地三元耦合动力学模式相吻合。在中生代晚期的前裂陷期,古太平洋板块/特提斯洋板块向欧亚板块的俯冲,形成呈NE向展布的陆缘弧、弧前盆地、俯冲增生带等构造单元[25-26]。同时,伴随左行走滑,形成多条NW向走滑断裂带。随着陆缘弧的发育,岛弧两侧发育大量NE-NEE向低角度逆冲断层,经过剥削后,部分低角度断面将残留在地壳内。开平凹陷位于陆缘弧的外缘,其东部边界受控一统-暗沙断裂带,西部受控于珠Ⅲ坳陷前陆造山推覆带,处于多期构造叠加形成的三角破碎带(图8a)。后期强烈的裂陷伸展作用可能诱发早期逆冲断裂破碎带的重新活动[27],同时伴随着岩浆的大量侵入,形成了“先存构造约束、拆离薄化主导、岩浆作用改造”的动力学机制。在上述作用的耦合控制下,开平凹陷裂陷期3个阶段的形成演化动力学机制可分为:
(1)初始裂陷期:开平地区地壳岩石圈相对较厚,伸展模式以岩石圈整体伸展、均匀纯剪切变形为特征的纯剪切模式为主[28]。伸展作用早期,主要发育与基底先存断裂延伸方向一致或近于一致的断层[29],受NE-NEE向先存逆冲断层的约束,开平凹陷发育多个NE向高角度断层控制的断陷盆地(图8b)。
(2)拆离断陷期:随着伸展作用的继续和伸展量的不断增加,初始裂陷期形成的主控断层向下延伸至残留断面后,将沿该残留断面发育,向下延伸至地壳韧性层。同时由于地壳的强烈伸展薄化导致岩浆底侵[30],强烈的岩浆作用使开平地区地壳韧性增强并通过伸展塑性变形减薄地壳,同时强烈的岩浆底辟造成基底强烈抬升,导致断面强烈变形,从而形成上陡下缓的类核杂岩型拆离断层,开平凹陷整体发育拆离裂陷期(图8c)。
(3)底侵拗陷期:随着地壳岩石圈的持续伸展减薄、下地壳层的抬升和岩浆底侵活动的逐渐增强,使得地壳的流变性质随着热状态的升高而进一步向韧性转变,从而导致开平凹陷从脆性伸展的断陷盆地逐渐过渡为韧性形变的坳陷盆地(图8d)。
6. 结论与认识
(1) 开平凹陷发育复杂断裂系统,具有拆离伸展的断裂特征。断裂的剖面和平面构造样式均显示同一条断层在不同时期不同区段活动强度差异大,其主干断层活动强度整体表现为文昌期逐渐增强、后恩平期减弱并停止的特征。
(2)开平凹陷在古近纪文昌组-恩平组沉积期发生过多次沉积中心迁移。在文昌组时期,开平主洼为沉积中心,文昌组地层沉积期随着伸展作用的持续进行逐渐扩展到东洼、西南洼和北洼一带;恩平组地层沉积期构造活动逐渐减弱,没有较为明显的沉积中心,整体上沉积中心具有由东北向西南逐渐迁移的特征,反映开平凹陷构造活动具有很强的迁移性。
(3)开平凹陷是在南海北部陆缘晚中生代构造变形基础之上形成的新生代伸展断陷盆地,其经历的裂陷演化过程可以分为 3个阶段:早文昌期的断陷伸展阶段、晚文昌期的拆离伸展阶段和恩平组时期的底侵拗陷阶段。开平凹陷的构造演化受控于珠江口盆地“先存构造约束,拆离薄化主导,岩浆作用参与”的动力学机制。
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