台湾海峡盆位于台湾海峡及其相邻的台湾西部山麓区，是古新世期间在继承白垩系裂陷的基础上发生进一步张裂而形成的陆缘裂陷，并于后期深受前陆作用影响的中、新生代叠合盆地^{[1, 2]}，具有较好的油气资源前景^[3-9]。该盆地大地构造上位于菲律宾海板块和亚欧板块的交汇处，自盆地形成经历多期构造作用的叠加影响，蕴含了太平洋板块与欧亚大陆板块相互作用的重要信息。研究该盆地的构造特征和演化过程对探索该区域的石油地质条件及太平洋板块运动过程有着重要意义。前人对台湾海峡盆地的形成和演化做很多研究工作^{[1, 2, 5, 6, 10-13]}，主要针盆地的构造演化进行定性探讨，尤其缺乏定量研究。平衡剖面方法是定量研究断陷盆地演化过程的有效方法，被逐渐推广应用成为盆地构造恢复的基础和核心技术^[14-23]。本文以研究区最新采集的二维多道地震资料为基础，运用2DMove软件对台湾海峡盆地西部的典型测线进行平衡剖面恢复，计算台湾海峡盆地西部各时期的拉张速率及沉积速率等参数，同时结合前人成果，研究其新生代的构造及沉积演化特征，探讨同一时期内研究区不同区带构造变形强度的差异，为该区今后的油气勘探工作提供基础地质依据。

1.   区域地质概况

台湾海峡盆地东以屈尺-荖浓断裂带为界，西部边界以断陷斜坡古近系地层尖灭线或断层与浙闽隆起区相隔，南以澎北断裂与澎湖-北港隆起相邻，北以观音隆起与东海陆架盆地相隔。盆地新生代沉积厚度较大，可分为西部坳陷与东部坳陷2个二级构造单元。根据主控断层及古近纪地层厚度变化等特征，在东部坳陷可进一步划分出新竹凹陷、苗栗凸起和台中凹陷3个三级构造单元；西部坳陷可进一步划分出九龙江凹陷、澎北凸起和晋江凹陷3个三级构造单元(图 1)。东部坳陷沉积中心位于新竹凹陷，最大沉积厚度超过8000m。西部坳陷沉积中心有2个，一个位于晋江凹陷，另一个位于九龙江凹陷，根据最新的地震资料解释结果，两凹陷最大沉积厚度超过7000m。

图  1  台湾海峡及邻区构造区划

1-盆地或隆起区边界；2-坳陷边界；3-凹陷或凸起边界；4-正断层；5-断层或推测断层；6-平衡剖面位置；7-研究区；①屈尺-荖浓断裂；②义竹断裂

Figure  1.  Tectonic map of the Taiwan Strait

1-boudary of basin or uplift area; 2-boudary of depression; 3-boudary of sag or high; 4-normal fault; 5-fault or Inferred fault; 6-position of balanced cross section; 7-research area; ①Quchi-Laonong fault; ②Yizhu fault

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本文的研究区主要涉及台湾海峡盆地的西部坳陷及其相邻的浙闽隆起区的部分区域(图 1)。据前人研究结果, 研究区的基底为与大南澳群(最老岩石为二叠纪)相当的片岩、大理岩, 盖层为白垩系和新生界^[24]。根据钻井和地震资料对比解释结果，研究区新生界主要发育了古近纪、新近纪和第四纪沉积地层，从下往上依次为古新统(T₉-T_g)、始新统(T₆-T₉，下始新统T₈³-T₉、中始新统T₆-T₈³)、中新统(T₃-T₆)、上新统-第四系(T₀-T₃)(图 2和图 3，表 1)。研究区古近系以古新统和始新统沉积为主，缺失渐新统，中新统和上新统-第四系较薄，这一特征有别于盆地的东部区域。研究区内断层以NE (NEE)向为主，近EW向断层次之，同时发育少量NW向断层。NE(NEE)向断层在研究区内占据主导地位，往往是盆地和凹陷构造单元的边界，控制其形成演化。

图  2  TX01测线地震反射特征

Figure  2.  Seismic reflection characteristics of line TX01

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图  3  TX02测线地震反射特征

Figure  3.  Seismic reflection characteristics of line TX02

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表  1  研究区地震层序与构造演化阶段划分表

Table  1.  Classification of seismic sequences and corresponding stages of tectonic evolution in research area

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2.   平衡剖面恢复

2.1   典型剖面的选取

平衡剖面恢复研究主要应用于垂直构造走向或近垂直构造走向的剖面。研究区地表和近地表的构造线方向以NE(NEE)向为主，新生代以来以NW-SE向的张裂为主，所以选取能控制盆地基本构造格局的NW-SE向剖面TX01和TX02两条区域大剖面开展平衡剖面恢复研究。

TX01测线剖面长度55.6km，西北端始于浙闽隆起区南部边缘，向东南进入台湾海峡盆地九龙江凹陷。现今剖面总体表现为一受NWW向正断层控制的东断西掀半地堑形态；主干断层断距大，伴有岩体侵入作用；半地堑内部发育一系列NW和SE向的正断层。

TX02测线剖面长度79km，西北端始于崇武凹陷，向东南进入晋江凹陷。现今剖面显示，中部凸起，两端呈半地堑形态，两个半地堑地层倾向相反，分别由倾向相对、走向分别为NWW和NE向的正断层控制；两个半地堑边缘都发育有正向和反向正断层；东南端半地堑地层厚度相对较大，主干断层断距大，半地堑边缘有岩体侵入。

2.2   平衡剖面恢复与计算结果

平衡剖面技术是假定剖面上地层的变形符合平面应变条件，按照面积不变或长度不变的几何学平衡原则进行剖面的构造复原^[25]。本文运用英国Midland Valley勘探有限公司2DMove软件进行平衡恢复。地层回剥时采用Airy模型进行均衡校正，参考前人的研究成果^[26-29]。研究区内的断层均为正断层，在新生代地层断距恢复时采用斜剪切法；研究区在新生代主要为拉张环境，因此, 对新生代地层采用恢复至基准面法。由于研究区内在中始新世中期-中新世期间存在抬升区域，因此, 剥蚀量的恢复尤为重要。剥蚀量的恢复方法有声波时差法、镜煤反射率法、产状法、磷灰石径迹法等。鉴于研究区资料限制，本文采用最为直接有效的产状法，即根据地层趋势来补充剥蚀量。平衡剖面恢复结果如图 4、图 5所示。

图  4  TX01测线平衡剖面

Figure  4.  Balanced cross section of line TX01

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图  5  TX02测线平衡剖面

Figure  5.  Balanced cross section of line TX01

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通过对构造发育剖面的定量分析，并计算出各剖面不同时期的伸展量、伸展率和伸展系数(表 2，图 6)，选取研究区内各凹陷的沉积中心部位，初步计算各凹陷在不同时期的基底构造沉降量(图 7)，重点分析研究区横向伸展特征及纵向沉降速率变化特点，以此为基础对研究区构造演化过程及其区域性差异进行探讨。

表  2  TX01和TX02测线伸展特征参数

Table  2.  Extensional characteristic parameter of for line TX01 and TX02

层位		TX01					TX02
		L0(m)	L1(m)	ΔL	e	β	L0(m)	L1(m)	ΔL	e	β
T0-Tg	第四系	55600	55600	0	0	1	79000	79000	0	0	1
T3-Tg	上新统	55571	55600	29	0.0005	1.0005	78966	79000	34	0.0004	1.0004
T6-Tg	中新统	55441	55600	159	0.0029	1.0029	78521	79000	479	0.0061	1.0061
T82-Tg	中始新统	54530	55600	1070	0.0196	1.0196	77095	79000	1905	0.0247	1.0247
T83-Tg	下始新统	53352	55600	2248	0.0421	1.0421	72665	79000	6335	0.0872	1.0872
T9-Tg	古新统	51977	55600	3623	0.0697	1.0697	69265	79000	9735	0.1405	1.1405
注：L0为剖面原始长度；L1为经伸展构造变形后的长度；伸展量：ΔL=L1-L0；伸展率：e= (L1-L0)/L0，表示单位长度的地壳伸长量；伸展系数：β=L1/L0=1+e，表示伸展构造变形前、后地壳的长度比

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图  6  TX01测线和TX02测线各时期伸展量直方图

Figure  6.  Extension amount for each evolutional period from line TX01 and TX02

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图  7  研究区各凹陷基底构造沉降量曲线

Figure  7.  Curve of tectonic subsidence of basement for each sag in research area

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2.2.1   古新世

白垩纪末-古新世初期，伸展活动开始，表现为发育一系列切割新生界基底的正断层，至古新世晚期，九龙江、晋江、崇武等凹陷初始形成。其中晋江凹陷和九龙江凹陷受NE断层控制，形成东断西超的半地堑；崇武凹陷受NW向断层控制；介于崇武凹陷和晋江凹陷的区域的澎北凸起此时也处于水下，但水体很浅，接受很薄的沉积；晋江凹陷南部的澎湖-北港隆起区为剥蚀区。TX01测线和TX02测线伸展率分别为6.97%和14.05%，反映研究区北部伸展作用要强于南部；基底沉降量和沉降速率方面，晋江凹陷都为最大，其次是九龙江凹陷，崇武凹陷最小。

2.2.2   始新世

早始新世，伸展作用进一步增强，九龙江凹陷、晋江凹陷和崇武凹陷接受早始新世地层沉积，这一时期在晋江凹陷中部和斜坡边缘发生岩浆侵入作用。早始新世TX01测线和TX02测线伸展率较古新世有所下降，分别为4.21%和8.72%，研究区北部的伸展作用仍大于南部。这一时期，九龙江凹陷和崇武凹陷的基底沉降速率稍有增大，而晋江凹陷基底沉降速率稍有减小，但基底沉降量仍为晋江凹陷>九龙江凹陷>崇武凹陷。

中始新世早期，3个凹陷构造格局基本不变，沉积范围进一步扩大，接受较厚的中始新世早期的地层沉积。中始新世早期TX01测线和TX02测线伸展率较早始新世下降明显，分别为1.96%和2.47%，研究区北部的伸展作用仍大于南部。这一时期，九龙江凹陷和崇武凹陷的基底沉降速率稍有减小，而晋江凹陷基底沉降速率稍有增大，基底沉降量仍为晋江凹陷>九龙江凹陷>崇武凹陷。

中始新世中期开始，研究区南北凹陷地层沉积开始出现差异，南部九龙江凹陷发生差异升降，其东部继续沉降，接受中始新世中期地层沉积；而其西部隆升遭受剥蚀，缺失该期地层沉积。北部的晋江凹陷和崇武凹陷未发生差异升降，仍继续沉降，接受中始新世中期地层沉积。这一时期，九龙江凹陷基底沉降速率迅速增大，而晋江凹陷的基底沉降速率稍有减小，这样九龙江凹陷基底沉降量首次超过晋江凹陷成为最大，晋江凹陷基底沉降量次之。崇武凹陷的基底沉降速率和基底沉降量仍为最小，其基底沉降速率较前期变化很小。

中始新世晚期，研究区南部九龙江凹陷继续保持前一阶段构造格局，发生差异升降，凹陷东部继续沉降，接受中始新世中期地层沉积；而凹陷西部继续隆升遭受剥蚀，缺失该期地层沉积。研究区北部在这一时期开始隆升，缺失该期地层沉积。

据区域地层及钻井资料分析，研究区于始新世晚期-渐新世遭受挤压，隆升遭受剥蚀，伴有中-基性岩和酸性岩侵入、喷发作用，缺失该时期沉积地层。根据TX01和TX02测线古新统-始新统地层趋势推算这一时期不同地区的剥蚀量，九龙江凹陷约为0~770m，晋江江凹陷约为0~170m，崇武凹陷约为0~130m，澎北凸起约为0~150m。

2.2.3   中新世

断层的活动性明显减弱，全区进入坳陷沉积阶段，全区普遍接受中新世地层披覆沉积，研究区南部TX01测线九龙江凹陷中心部位地层最厚，向两边稍微有所减薄；研究区北部TX02测线地层总体由西北端向东南端逐渐增厚，向东有继续增厚趋势。TX01测线和TX02测线伸展率急剧下降，分别为0.29%和0.61%，研究区北部的伸展作用仍大于南部。基底沉降速率方面，九龙江凹陷、晋江凹陷和崇武凹陷相差无几，均较始新世时期有明显降低；基底沉降量为九龙江凹陷>晋江凹陷>崇武凹陷。

2.2.4   上新世-第四纪

伸展活动基本停止，沉积基本不受伸展断层影响，全区接受上新世-第四纪地层披覆沉积，TX01测线和TX02测线伸展率进一步减小且非常接近，分别为0.05%和0.04%。基底沉降速率方面，九龙江凹陷和崇武凹陷较前期稍有增大，晋江凹陷则稍变小，但总体变化都不大；基底沉降量仍为九龙江凹陷>晋江凹陷>崇武凹陷。

3.   讨论

通过上述典型平衡剖面分析，在伸展强度方面，研究区北部的伸展强度自古新统至中新世一直大于南部，至上新世-第四纪南北两区伸展强度才趋于一致；始新世和中新世之间，研究区伸展率发生突变，南部和北部的伸展速率都急剧变小(南部TX01伸展速率由1.96%降至0.29%，北部的TX02由2.47%降至0.61%)，反映始新世与中新世之间是一个构造转换时期。基底构造沉降量方面，九龙江凹陷、崇武凹陷和晋江凹陷在古新世至始新世期间的沉降速率较大，经历渐新世隆升之后，中新世至第四纪期间沉降速率都明显减小，同样反映了始新世和中新世之间的渐新世是一个构造转换时期。在构造上，古新世至早始新世，研究区南部和北部都表现为受断层控制的持续断陷作用；至中始新世，研究区南部和北部表现有所不同，南部的九龙江凹陷在该时期发生差异升降，导致九龙江局部缺失该时期地层沉积，而北部的晋江凹陷和崇武凹陷没有出现差异升降，继续沉降；至始新世末-渐新世期间，研究区南部和北部均发生隆升剥蚀，隆升剥蚀强度以九龙江最大(最大剥蚀厚度约770m)，晋江凹陷、崇武凹陷和澎北凸起的隆升剥蚀强度相对较小(最大剥蚀厚度介于130~170m)；中新世之后，全区构造逐渐趋于一致，总体表现为稳定缓慢坳陷沉积。

在新生代早-中期，东亚边缘在太平洋板块的斜向俯冲作用背景下，形成华南安底斯型大陆边缘^[30]，研究区及其以东的台湾地区应处于这一大陆边缘火山弧的后方，总体处于拉张环境。上新世之后，该区东部发生弧陆碰撞^[31-36]，区域应力场由拉张转为挤压环境, 台湾海峡盆地东部坳陷在弧陆碰撞作用的影响下，挠曲下弯；而盆地西部坳陷由于距离东部的挤压构造变形带较远，其构造变形相对较弱，挠曲这种不明显，据研究区地震资料及地球物理资料的解释结果，西部坳陷这一时期仅见发育具张扭性质走滑断层，伴有中-基性和酸性岩浆侵入和喷发作用。根据研究区区域构造背景，并结合上述典型平衡剖面的分析结果，初步认为台湾海峡盆地在新生代大致经历三大构造演化阶段：古新世-始新世断陷演化阶段、中新世坳陷演化阶段和上新世-第四纪前陆盆地演化阶段。

4.   结论

(1) 研究区的伸展强度和基底构造沉降量在始新世和中新世之间均急剧减小，反映渐新世是一个构造转换时期；

(2) 研究区在新生代表现为古新世至早始新世持续断陷作用—中始新世差异升降—始新世末至渐新世隆升剥蚀—中新世之后稳定缓慢坳陷沉积；

(3) 台湾海峡盆地在新生代大致经历了古新世-始新世断陷演化阶段、中新世坳陷演化阶段和上新世-第四纪前陆盆地演化阶段。