高順莉，徐 曦，周祖翼

(1.同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092； 2.中海石油(中國(guó))有限公司 上海分公司，上海 200030)

南黃海北部盆地晚白堊世以來(lái)構(gòu)造變形與盆地成因

高順莉1,2，徐 曦1，周祖翼1

(1.同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092； 2.中海石油(中國(guó))有限公司 上海分公司，上海 200030)

南黃海盆地是中國(guó)近海的主要含油氣盆地之一，油氣勘探多年但成效不大。盆地結(jié)構(gòu)不清、斷裂體系多樣與構(gòu)造演化復(fù)雜的因素致使勘探潛力不明。為探討南黃海北部盆地晚白堊世以來(lái)的構(gòu)造變形特征與斷陷盆地形成機(jī)理，通過(guò)近年最新二維地震資料解釋及鉆井等地質(zhì)記錄，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)背景和前人研究成果，對(duì)北部盆地的斷裂特征和盆地結(jié)構(gòu)開(kāi)展綜合研究，形成北部盆地晚白堊世以來(lái)不同時(shí)期斷裂發(fā)育模式和地層沉積充填特征的認(rèn)識(shí)。通過(guò)研究認(rèn)為，中生界-古生界海相地層在印支期遭受擠壓變形而形成逆沖斷裂，該斷裂系構(gòu)成晚白堊世以來(lái)盆地的重要基底斷裂系。在后期伸展應(yīng)力狀態(tài)下，基底斷裂復(fù)活，控制著盆地內(nèi)斷層的活動(dòng)范圍和活動(dòng)方式，同時(shí)控制著晚白堊世以來(lái)的地層沉積格局和構(gòu)造樣式，形成以伸展構(gòu)造變形為主的多凹組成的斷陷群，反映出“深層約束淺層”的關(guān)系。

構(gòu)造變形；基底斷裂；斷陷；盆地成因；南黃海

南黃海北部盆地是發(fā)育于蘇魯造山帶南側(cè)的晚白堊世-古近紀(jì)斷拗盆地，是中國(guó)近海的主要含油氣盆地之一，油氣勘探多年但成效不大。究其原因，盆地結(jié)構(gòu)不清，斷裂體系多樣，構(gòu)造演化復(fù)雜，致使勘探潛力不明。

由于其特殊的大地構(gòu)造位置，南黃海北部盆地的研究一直受到地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注。前人對(duì)南黃海北部盆地晚白堊世以來(lái)的地質(zhì)與地球物理特征、地層層序、構(gòu)造變形特征及盆地結(jié)構(gòu)、與周緣構(gòu)造單元的構(gòu)造特征對(duì)比等方面已進(jìn)行了廣泛的研究與討論[1-7]。有關(guān)盆地的形成過(guò)程和演化機(jī)制，前人亦從不同角度提出了多種模式，例如與太平洋俯沖有關(guān)的拉張盆地機(jī)制[7]、與郯廬斷裂有關(guān)的張扭性盆地模式[8]、伸展拆離構(gòu)造模式[4]、經(jīng)典裂谷模式[2]、簡(jiǎn)單剪切伸展模式[9]、造山作用后的巖石圈垮塌模式[10]、基底拱升式伸展模式[5]，這些模式從多個(gè)方面論證和解釋了盆地的形成過(guò)程，但對(duì)盆地形成的深層控制因素討論較少，特別是盆地基底斷裂對(duì)盆地形成演化的控制作用沒(méi)有引起足夠的重視。近年雖然有學(xué)者指出蘇北盆地形成與基底斷裂關(guān)系密切，基底斷裂決定了盆地內(nèi)斷裂系統(tǒng)的方位與活動(dòng)方式[3,11]，但對(duì)于盆地基底斷裂與盆地結(jié)構(gòu)、盆地構(gòu)造變形和形成演化的關(guān)系尚缺乏深入探討。

本文基于北部盆地近年來(lái)最新的二維地震資料解釋，綜合鉆井等地質(zhì)記錄，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)背景和前人研究成果，分析了不同時(shí)期盆內(nèi)斷裂組合方式、活動(dòng)期次和發(fā)育規(guī)律，明確了不同伸展階段盆地沉積記錄和構(gòu)造變形，形成了對(duì)北部盆地晚白堊世以來(lái)不同時(shí)期斷裂發(fā)育模式和地層沉積充填特征的認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上探討了該區(qū)斷陷盆地的形成機(jī)制。

1 地質(zhì)概況

南黃海地區(qū)位于下?lián)P子塊體東段，是下?lián)P子塊體向海域的延伸，即郯廬斷裂帶以東，蘇魯造山帶以南，江紹斷裂帶以北的區(qū)域，其東與朝鮮半島毗鄰。高分辨率數(shù)字地形清楚地呈現(xiàn)了現(xiàn)今郯廬斷裂、江紹斷裂和主要二級(jí)構(gòu)造單元帶的展布(圖1a)。

近年來(lái)的研究成果表明，印支-早燕山期揚(yáng)子塊

體向北俯沖與中朝塊體碰撞，郯廬斷裂左行走滑，形成大別-蘇魯造山帶，與此同時(shí)，下?lián)P子塊體向南俯沖并下插至江南-懷玉造山帶之下[12]。在此區(qū)域構(gòu)造背景下，南黃海的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)分布總體上以近南北向擠壓為主，上三疊統(tǒng)-下白堊統(tǒng)與其下伏的震旦系-中三疊統(tǒng)海相地層強(qiáng)烈變形與變位，呈板條狀逆沖體系，形成一系列NE向的褶皺和逆斷層[2,13]，晚白堊世-古近紀(jì)受區(qū)域伸展背景控制而強(qiáng)烈裂陷，形成一系列以NE向、NNE向?yàn)橹鞯纳煺箶嘞菖璧?，疊覆在印支-早燕山期逆沖推覆構(gòu)造體系之上。

本文研究區(qū)位于南黃海北部海域，北側(cè)以千里巖隆起為界，南側(cè)以南黃海盆地中部隆起為界，總面積約5×104km2，水深20～80 m。研究對(duì)象為晚白堊世以來(lái)的多個(gè)凹陷組成的統(tǒng)一坳陷，包括5個(gè)負(fù)向構(gòu)造單元和3個(gè)正向構(gòu)造單元。整體結(jié)構(gòu)為北斷南超，沉積層向南側(cè)中部隆起區(qū)超覆，表現(xiàn)為箕狀半地塹或不對(duì)稱地塹結(jié)構(gòu)。單個(gè)凹陷呈東西向或近東西向展布，坳陷的主構(gòu)造線呈NEE走向(圖1b)。

盆地內(nèi)沉積地層與下?lián)P子地臺(tái)相一致，是在中國(guó)東部下?lián)P子塊體前震旦紀(jì)變質(zhì)巖基底之上，由古生界、中生界、新生界疊置而成的一個(gè)大型疊合盆地。晚白堊世以來(lái)的中新生代盆地自下而上依次發(fā)育上白堊統(tǒng)泰州組，古近系古新統(tǒng)阜寧組、始新統(tǒng)戴南組和三垛組，新近系鹽城組及第四系東臺(tái)組，總厚度達(dá)3 000～10 000 m，缺失漸新統(tǒng)[14]。鉆井資料及沉積相研究表明，泰州組、阜寧組以三角洲-湖泊沉積相為主，戴南組和三垛組以礫巖、砂巖的河流相沉積為主。

圖1 南黃海及其周緣地質(zhì)背景、構(gòu)造單元(a)與研究區(qū)范圍(b)Fig.1 Geologic setting and tectonic unit map of the South Yellow Sea and structural elements(a) as well as study area in the northern sub-basin(b)SKB—中朝塊體；LYB—下?lián)P子塊體；SCB—華南塊體；SLO—蘇魯造山帶；DBO—大別造山帶；TLF—郯城-廬江斷裂；WZF—五蓮-諸城斷裂；XCF—響水-滁州斷裂；EMFYSF—朝鮮半島西緣斷裂；JSF—江山-紹興斷裂；CLNAF-長(zhǎng)樂(lè)南澳斷裂；TMF-團(tuán)風(fēng)-麻城斷裂；MZTF—磨子潭斷裂；YQF—英店-青山口斷裂；SSYSB—蘇北-南黃海南部盆地;SYSCU-南黃海中部隆起;NSYSB—南黃海北部盆地

本文綜合分析研究區(qū)6口鉆井資料，結(jié)合已有的勘探成果及約3 000 km二維區(qū)域地震剖面，鑒別和追蹤出地震記錄中兩個(gè)重要的區(qū)域不整合面T0及Tg(圖2)，與之分別對(duì)應(yīng)的是古近系沉積末期(23 Ma)及泰州組沉積初期(約96 Ma)的區(qū)域不整合面，在勘探地震剖面上均有清楚的顯示。T0之上為新近系和第四紀(jì)沉積，T0與Tg之間為下白堊統(tǒng)及古近系，Tg以下為晚白堊世之前的地層。北部盆地區(qū)域拉伸構(gòu)造環(huán)境主要發(fā)育時(shí)期從晚白堊世沉積開(kāi)始(Tg)至古近紀(jì)末(T0)，對(duì)該區(qū)地層發(fā)育與沉積體系展布具有重要的控制作用。

2 盆地結(jié)構(gòu)及展布特征

北部盆地是南黃海地區(qū)晚白堊世以來(lái)伸展構(gòu)造變形的重要組成部分，盆地構(gòu)造格架總體為受伸展斷裂控制的半地塹或地塹結(jié)構(gòu)，主要受控于六組NEE向與一組近EW向的系列鏟式正斷層控制(圖3a)。根據(jù)晚白堊世以來(lái)地層的沉積充填和邊界斷層控制作用，北部盆地研究區(qū)可以分為北、中、南、西等幾個(gè)次級(jí)凹陷。從斷陷期沉積地層等厚圖(圖3b)可見(jiàn)，盆地內(nèi)最大的沉降與沉積中心受控且發(fā)育于主斷裂的NEE向段，即北部盆地主凹陷北凹處，該段因垂直于近NNW向伸展應(yīng)力而處于相對(duì)有利的活動(dòng)方位，表現(xiàn)為相對(duì)強(qiáng)烈的伸展構(gòu)造，控制了近NEE向的沉積充填格局。

在剖面結(jié)構(gòu)特征上，北部盆地整體呈現(xiàn)為斷陷+坳陷的“牛頭”式組合模式，大型邊界生長(zhǎng)斷層控制“箕狀”斷陷的形成。根據(jù)沉積地層的接觸關(guān)系，南黃海北部盆地沉積蓋層可劃分為下、中、上三個(gè)構(gòu)造層。下構(gòu)造層為泰州組-阜寧組，中構(gòu)造層為戴南組-三垛組，上構(gòu)造層為鹽城組-東臺(tái)組。這些不同的構(gòu)造層層序結(jié)構(gòu)及變形特征存在一定的差異，是不同地質(zhì)時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)差異的表現(xiàn)。從地震剖面上可見(jiàn)，地層自下而上，除千里巖斷裂對(duì)泰州組厚度具有一定的控制外，其它斷層對(duì)地層沉積厚度影響較小，自凹陷向斜坡隆起，泰州組層序結(jié)構(gòu)主要是剝蝕減薄和尖滅，據(jù)此推測(cè)，泰州組沉積時(shí)期，南黃海北部盆地為一個(gè)廣湖盆地，泰州組分布廣泛，盆地宏觀上具有斷拗結(jié)構(gòu)特征。阜寧組厚度差異變大，在邊界斷層附近相對(duì)增厚，反映阜寧組沉積時(shí)期盆地結(jié)構(gòu)開(kāi)始分化，邊界斷層對(duì)沉積地層具有一定的控制作用，但層序結(jié)構(gòu)仍然以凹疊、凸疊式為主，仍然具有斷拗盆地結(jié)構(gòu)特征。戴南組-三垛組層序具有明顯的楔狀層序結(jié)構(gòu)，顯示盆地結(jié)構(gòu)宏觀上表現(xiàn)為斷陷結(jié)構(gòu)特征。新近系-第四系呈披覆式蓋在斷陷結(jié)構(gòu)的凸起之上，成為結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的沉積盆地。

切過(guò)北部盆地北界的NEE向嘉山-響水?dāng)嗔褞?海域段)的地震剖面清楚揭示北部盆地的地層沉積充填特征(圖4)，地層以楔狀層序充填，盆地沉積和沉降中心均位于嘉山-響水?dāng)嗔褞蟼?cè)附近。斷層上盤顯著下掉，其南側(cè)下降盤多發(fā)育扇三角洲相的砂礫巖沉積[14]，并形成最大約5 000 m(2 000 ms)厚的古近系，斷陷內(nèi)的沉積地層總體上為北厚南薄的楔形層序，表現(xiàn)為“北斷南超”的構(gòu)造變形格局。

圖2 南黃海北部盆地沉積與構(gòu)造演化Fig.2 Sedimentary and tectonic evolution of the northern sub-basin注：沉降數(shù)據(jù)整理自舒良樹(shù)等[15]和能源等[16]

圖3 南黃海北部盆地基底斷裂格局(a)與早晚期沉積充填厚度(b)Fig.3 Structure regime of basement fault(a)and sedimentary thickness of early and late stages(b)within the northern sub-basin注：等值線為晚白堊世以來(lái)沉積物充填厚度(地震雙程時(shí))；XX′,YY′,ZZ′分別為地震測(cè)線位置；AA′為垂直構(gòu)造走向的測(cè)線。

3 斷裂系統(tǒng)

北部凹陷晚白堊世活動(dòng)的斷層主要是NEE向的F1和F2斷層，以及F3～F7斷層，它們均為控凹的主邊界斷層，向下切割至盆地基底，具有基底卷入斷層特征(圖4)。其中F1和F2斷面較陡立，向下切割深，剖面上主要表現(xiàn)為上盤下掉的伸展變形特征，切割盆地基底面落差由數(shù)百米至幾千米不等，垂直位移分量沿?cái)鄬幼呦蛴胁町?，同一斷層在相鄰剖面上表現(xiàn)為不同的位移。從斷層平面展布特征分析，陡傾斷層的線性延伸特征清楚，位移沿?cái)鄬幼呦蜃兓黠@，可以認(rèn)為是深部基底斷裂帶在盆地蓋層中的延伸，在深部與斷陷的基底斷裂相連。

北部盆地晚白堊世以來(lái)構(gòu)造變形的主要樣式是伸展斷裂構(gòu)造，根據(jù)斷裂構(gòu)造變形卷入的地層層序及斷裂活動(dòng)時(shí)期，北部盆地晚白堊世以來(lái)斷裂活動(dòng)期可分為晚白堊世(泰州組沉積時(shí)期)、古新世(阜寧組沉積時(shí)期)、始新世-漸新世(戴南組和三垛組沉積時(shí)期)和新近紀(jì)-第四紀(jì)。各主控?cái)嗔言谕戆讏资乐凉判率莱掷m(xù)活動(dòng)，具有明顯同沉積斷裂特征，并形成與主斷裂大致平行或同向的張性次級(jí)斷裂。同時(shí)，斷陷伸展，箕狀斷陷充填，沉積地層整體表現(xiàn)為向控盆斷裂漸厚的傾斜式展布，先存斷裂對(duì)斷陷沉積起著明顯的控制作用。始新世-漸新世，斷裂活動(dòng)減弱，斷距明顯減小。新近紀(jì)-第四紀(jì)，雖部分活動(dòng)斷層切割上覆地層，但多數(shù)活動(dòng)斷裂不明顯，未見(jiàn)斷層同沉積特征。四個(gè)時(shí)期活動(dòng)的斷層產(chǎn)狀和走向未發(fā)生明顯變化，但斷層活動(dòng)性卻存在明顯差異。根據(jù)垂直NEE向斷裂的地震剖面AA′，對(duì)切割地層的斷層進(jìn)行斷距實(shí)測(cè)，通過(guò)與地層的沉積時(shí)間相對(duì)比，可獲得斷層各時(shí)期的平均活動(dòng)速率(圖5)。可以看出，斷塊抬升與斷陷沉降同步進(jìn)行，斷層活動(dòng)性引起的差異沉降是盆地沉積充填的主控因素，主斷裂的活動(dòng)性控制著凹陷最大沉積厚度。結(jié)合斷裂在剖面上的垂直位移和平面上的組合分布特征，北部盆地多數(shù)斷層為正斷層，呈現(xiàn)伸展構(gòu)造變形特征。

北部盆地內(nèi)控制斷陷形成的伸展斷裂包括復(fù)活的基底斷層與新生正斷層。利用近年來(lái)針對(duì)中古生界采集和處理的地震資料的追蹤和對(duì)比，可對(duì)盆地再活動(dòng)的基底斷層進(jìn)行識(shí)別(圖4)。從針對(duì)中古生界老地層的地震剖面上看，中古生界與新生界存在明顯的角度、頻率和振幅特征上的差異，可以清晰地刻畫(huà)主要斷裂的特征。通過(guò)地震剖面的識(shí)別，再活動(dòng)基底斷裂(F1-F6)與盆地伸展方向垂直或高角度相交，垂向落差最大，控制著盆地的沉積中心展布。雖然新生代的正斷層走向也與伸展方向相垂直，但其落差小，對(duì)盆地的沉積格局影響較小。盆內(nèi)控盆斷層以NEE向?yàn)橹黧w，局部為EW向斷層，前者斷層的走向垂直于拉伸方向，呈現(xiàn)較大的斷距，后者斷層的走向斜交于拉伸方向，呈現(xiàn)了較小的斷距，且盆地內(nèi)各斷陷的沉積中心展布與其受控正斷層走向近似平行。因此，斷層的發(fā)育規(guī)律與活動(dòng)性表明北部盆地在斷陷發(fā)育時(shí)期處于近NNW向的伸展應(yīng)力狀態(tài)中。

依據(jù)伸展斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與活動(dòng)規(guī)律可以判斷，北部盆地?cái)嘞萜诘目嘏钄鄬又黧w為基底復(fù)活型斷層，具有明顯的繼承性特征。因此，北部盆地晚白堊世以來(lái)的斷裂是一套以NEE向?yàn)橹黧w，局部發(fā)育近EW向的伸展斷裂系統(tǒng)。該張性斷裂體系是一系列控制上白堊統(tǒng)-古近系沉積充填的同生正斷層，晚白堊世以來(lái)沉積地層受近NNW向區(qū)域拉張作用而產(chǎn)生相應(yīng)的伸展構(gòu)造變形。

4 盆地先存斷裂與盆地形成

北部盆地在地質(zhì)歷史時(shí)期具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的疊加性，是一個(gè)具有中古生界海相擠壓和新生界陸相伸展雙重性質(zhì)的疊合型盆地。雖然目前地震勘探技術(shù)對(duì)Tg反射層之下的中古生界海相內(nèi)幕構(gòu)造特征的成像與識(shí)別還存在限制，地震品質(zhì)相對(duì)較差，影響了基底先存斷裂識(shí)別與解釋。本次工作基于區(qū)域構(gòu)造特征，結(jié)合重力、磁力與地震聯(lián)合反演，對(duì)邊界控盆斷裂進(jìn)行解釋約束，在地震剖面上識(shí)別向下深切入基底的斷層，并根據(jù)區(qū)域演化過(guò)程展示的中古生界地層構(gòu)造變形規(guī)律，繪制出北部盆地晚白堊世之前基底斷裂圖(圖3

圖5 主斷層斷距和下盤地層垂直落差Fig.5 Displacement of the main faults and vertical downthrow of foot wall

a)。結(jié)果顯示，在北部盆地內(nèi)主要發(fā)育六組NEE向和一組EW向基底斷層，這基本上能夠反映北部盆地基底斷裂展布規(guī)律與變形格局。

北部盆地晚白堊世-古近紀(jì)凹陷的形成和展布受盆地先存斷裂控制，且與鄰區(qū)造山帶形成和演化具有密切的關(guān)系。中三疊世末-侏羅紀(jì)，下?lián)P子塊體與中朝塊體沿蘇魯造山帶陸-陸碰撞，黃海北部地區(qū)受南東向擠壓，成為前陸變形帶，且發(fā)育前陸盆地[17]，在前陸變形帶中，發(fā)育一系列與蘇魯造山帶平行的褶皺與逆沖斷裂(圖6a)。晚白堊世-古近紀(jì)，下?lián)P子側(cè)向伸展，郯廬斷裂右旋，北部盆地基底斷裂復(fù)活，表現(xiàn)為伸展性質(zhì)(圖6b)。在走向上，北部地區(qū)晚白堊世-古近紀(jì)斷陷盆地的展布方向與蘇魯造山帶走向保持一致，呈現(xiàn)為北東東向。隨著接近郯廬斷裂，造山帶走向過(guò)渡為北北東向，受郯廬斷裂帶錯(cuò)斷與左行平移牽引控制，在空間分布上表現(xiàn)為弧形彎曲，且在造山帶走向轉(zhuǎn)換區(qū)域，伸展盆地基本不發(fā)育。同時(shí)，蘇魯?shù)貐^(qū)的變質(zhì)巖出露情況總體上也呈現(xiàn)自東向西由超高壓至高壓過(guò)渡的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，接近蘇魯造山帶超高壓出露區(qū)的南黃海北部地區(qū)，主要為北東東走向的前陸構(gòu)造變形帶，且發(fā)育有伸展盆地，而遠(yuǎn)離蘇魯超高壓變質(zhì)帶的地區(qū)，北東東走向的褶皺沖斷帶不發(fā)育或弱發(fā)育，斷陷盆地基本不發(fā)育，反映了南黃海北部地區(qū)斷陷盆地的分布隨蘇魯造山帶的空間位置變化而變化，并且直接受前陸變形帶的控制，由此呈現(xiàn)南黃海北部斷陷盆地與蘇魯造山帶走向一致的構(gòu)造特征。蘇皖詳細(xì)的油氣勘探地震、鉆孔資料以及海相地層露頭，對(duì)下?lián)P子陸域前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造特征進(jìn)行了較好地揭示[18]，南黃海北部地區(qū)是下?lián)P子陸域構(gòu)造變形的海域延伸，由此佐證了南黃海北部地區(qū)前陸沖斷帶與蘇魯造山帶的成因關(guān)系。盆地展布方向、沖斷帶構(gòu)造方向與蘇魯造山帶走向的一致性表明，南黃海北部前陸沖斷帶是北部斷陷盆地的重要先存基底斷裂，直接控制了北部伸展盆地的位置與走向。

從重磁異常特征上看，南黃海北部邊緣有一條總體走向NEE向的重磁線性異?；蚓€性梯度帶[6]，在走向上呈鋸齒狀變化，被解釋為滁州(嘉山)-響水?dāng)嗔褞г诤Ｓ虻难由欤瞧叫杏谔K魯造山帶向東南傾的區(qū)域邊界斷裂，對(duì)造山帶的形成與發(fā)展起著重要的控制作用，也是控制南黃海北部斷陷盆地形成與演化的主斷裂。由陸至海，響水-滁州斷裂帶北側(cè)分布著深淺層次構(gòu)造變形的基底變質(zhì)巖，南側(cè)分布著蘇北盆地與南黃海北部盆地，其斷裂帶是盆地與造山帶之間的構(gòu)造界線，現(xiàn)今為下?lián)P子塊體與蘇魯造山帶之間的縫合帶。其形成與演化可分為兩個(gè)階段，早期形成于印支-早燕山蘇魯造山，是一條自北向南的逆沖斷裂帶；晚期受伸展應(yīng)力場(chǎng)控制，逆沖斷裂復(fù)活而伸展，成為控制晚白堊世-古近紀(jì)沉積的控盆同生正斷層。在垂直橫切北部盆地的地震剖面上清楚地反映了北部盆地基底的復(fù)雜構(gòu)造變形特征(圖4)，其地震反射特征與上覆地層差異顯著，地震表現(xiàn)為低頻弱振幅，雜亂反射，連續(xù)性差，地層傾角大，大致能識(shí)別印支期以來(lái)逆沖-褶皺的構(gòu)造跡象，具有中古生界擠壓而形成褶皺或推覆體斷塊形態(tài)的縮短變形特征。而上覆地層地震振幅強(qiáng)，頻率高，連續(xù)性較好，表現(xiàn)為伸展盆地地層反射特征。同時(shí)，盆地內(nèi)主要的斷裂皆向下逐漸變緩收斂于海相地層內(nèi)幕的斷裂面，在剖面上可見(jiàn)斷續(xù)且趨于水平的反射層，這是基底先存逆沖斷裂的重要指示特征。

圖6 南黃海北部盆地先存斷裂演化與盆地形成Fig.6 Pre-existing faults evolution and formation of the northern sub-basina.中三疊世末-侏羅紀(jì)，蘇魯造山，郯廬斷裂左旋，南黃海北部前陸褶皺沖斷帶形成；b.晚白堊-古近紀(jì)，下?lián)P子側(cè)向伸展，郯廬斷裂右旋，北部盆地基底斷裂復(fù)活

從地震剖面上判讀，控制斷陷的邊界斷層在結(jié)構(gòu)上常表現(xiàn)為斷面向深處延伸，呈鏟狀變緩或被緩傾角伸展斷層所截，并以傾緩平面狀切入深層地殼并以某種方式與深斷裂聯(lián)系在一起。根據(jù)控盆或控凹斷裂的結(jié)構(gòu)、幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征分析，此結(jié)構(gòu)實(shí)際上是擠壓體系與伸展體系不同時(shí)期、不同類型構(gòu)造變形的疊加。先存的擠壓體系深斷裂構(gòu)造面被新生代伸展斷層利用和改造，顯現(xiàn)出由伸展構(gòu)造系統(tǒng)和擠壓構(gòu)造系統(tǒng)疊加構(gòu)成的復(fù)雜變形現(xiàn)象，新生代盆地的分布與海相內(nèi)幕先存斷裂帶的橫向分布密切相關(guān)，反映出“深層約束淺層”的關(guān)系。伸展斷層的位置和長(zhǎng)度基本保持不變，大部分控制斷陷沉積充填的正斷層向深處延伸，與深層的先存斷裂帶直接連在一起。盆地基底先存斷裂在伸展應(yīng)力場(chǎng)下復(fù)活而呈伸展構(gòu)造特征，斷裂面上盤地塊向南東滑移，繞水平軸旋轉(zhuǎn)，北斷南超，北深南淺，北陡南緩，表現(xiàn)出不對(duì)稱的箕狀凹陷結(jié)構(gòu)特征。如控盆邊界斷裂F1斷裂深度達(dá)8～10 km，斷面形態(tài)呈鏟狀，下盤所控制地層北斷南翹，北厚南薄，北部盆地沉積充填的最大厚度位于其斷裂旁的沉積凹陷內(nèi)。與在渤海(渤中凹陷)、東海、瓊東南、珠江口等盆地的上地殼拱張裂谷成因不同，前者主要表現(xiàn)為高角度正斷層控制的非旋轉(zhuǎn)伸展，因而呈現(xiàn)顯著的裂后熱沉降，但南黃海北部盆地的基底斷裂復(fù)活而伸展，斷塊旋轉(zhuǎn)，因而熱沉降微弱，盆地的形成機(jī)制差異顯著，表現(xiàn)為不同的沉降特征與斷裂系統(tǒng)，進(jìn)而呈現(xiàn)了不同的盆地結(jié)構(gòu)，故根據(jù)盆地的成因機(jī)制，稱南黃海北部盆地稱為“斷陷”盆地，而非“裂谷”盆地。

北部盆地晚白堊世以來(lái)斷裂分布與沉積格局表明，該時(shí)期盆地處于近NNW向或近NS向的區(qū)域伸展的應(yīng)力場(chǎng)中，該應(yīng)力場(chǎng)控制著先存斷裂帶后期的繼承性活動(dòng)方式。先存斷裂由于垂直于區(qū)域伸展方向，且斷裂深入基底，規(guī)模較大，活動(dòng)強(qiáng)度大，表現(xiàn)為強(qiáng)烈而持續(xù)的伸展，由此控制了盆地的構(gòu)造走向。與此同時(shí)，先存斷裂的伸展持續(xù)控制著北部盆地的沉積充填發(fā)育。與北部盆地處于同一構(gòu)造地質(zhì)背景下的蘇北盆地，也揭示了類似的成盆機(jī)制。蘇北盆地的地震與鉆井等勘探資料表明，在盆地基底內(nèi)已識(shí)別一系列NEE向和NNE向基底斷層，并且在斷陷盆地形成與演化的伸展活動(dòng)中，復(fù)活而呈現(xiàn)正斷層活動(dòng)。

近年來(lái)盆地構(gòu)造物理和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)[19]表明，可從構(gòu)造物理實(shí)驗(yàn)的角度研究裂陷盆地的構(gòu)造形成機(jī)制及分析斷裂構(gòu)造活動(dòng)性的變化規(guī)律。例如“不協(xié)調(diào)伸展”模式[19]指出，盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)初期盆地內(nèi)構(gòu)造薄弱帶的基底斷裂由于其較低的強(qiáng)度而易于活動(dòng)。同時(shí)，基于高精度三維地震勘探的蘇北盆地研究實(shí)例表明，基底斷層對(duì)盆地的斷層系統(tǒng)與分布起著決定性控制作用[11]。北部盆地新生代斷裂伸展活動(dòng)受控于近NNW向拉張作用(最大伸展方向)，NEE向或近EW向基底斷裂表現(xiàn)為張性復(fù)活，控制著北部盆地?cái)嘞莸男纬膳c演化。

由此可見(jiàn)，先存逆沖斷層的作用與影響是不容忽視的，其決定了北部盆地內(nèi)斷裂活動(dòng)方式與方位?；讛嗔训膹?fù)活是南黃海北部盆地晚白堊世以來(lái)伸展構(gòu)造變形與盆地形成的根本原因，先存斷層的成因與位置決定于此盆地形成前所經(jīng)歷的構(gòu)造變形過(guò)程。因此，北部凹陷盆地中的伸展斷層向深層延伸都會(huì)以不同的過(guò)渡或連接方式與深斷裂構(gòu)造聯(lián)系在一起，雖然現(xiàn)有的地震勘探技術(shù)尚不能準(zhǔn)確識(shí)別與落實(shí)這類復(fù)雜的中古生界內(nèi)部構(gòu)造變形特征，但近年來(lái)基于重磁與地震聯(lián)合反演的研究，為南黃海海相中古生界內(nèi)幕結(jié)構(gòu)的鑒別和判斷，提供了重要的參考和約束。

5 討論

5.1 大別-蘇魯造山帶與南黃海北部盆地的構(gòu)造關(guān)系

大別-蘇魯造山帶是中三疊世末揚(yáng)子塊體與華北塊體間的陸陸碰撞造山帶，由于碰撞擠壓變形，在南黃海北部地區(qū)形成了一系列褶皺與逆沖斷裂區(qū)，總體上以NEE向?yàn)橹鳎瑥亩蔀榍瓣懽冃螏13,17]，其形成的時(shí)間與大別-蘇魯造山帶形成的一致(圖6)。這一系列逆沖斷裂帶構(gòu)成了南黃海海域海相中古生界的斷裂系統(tǒng)，基本控制著南黃海新生代盆地形成與演化的主體構(gòu)造輪廓，這與區(qū)域的地球物理場(chǎng)顯示特征一致[6]。

北部盆地以嘉山-響水?dāng)嗔褞榻?，而與蘇魯造山帶相鄰，其構(gòu)造變形和結(jié)構(gòu)特征與蘇魯造山帶形成過(guò)程密切相關(guān)，蘇魯造山帶與北部盆地的先存斷裂在形成時(shí)間和構(gòu)造特征上具有耦合性，蘇魯造山帶的碰撞造山是南黃海北部地區(qū)海相內(nèi)幕先存構(gòu)造格局的動(dòng)力來(lái)源，均為中三疊世末揚(yáng)子塊體向華北塊體俯沖而形成，新生代斷陷盆地疊置于中生代前陸盆地之上，北部地區(qū)的晚白堊世-古近紀(jì)伸展構(gòu)造變形則繼承了早白堊世逆沖構(gòu)造格局而形成了現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)，直接控制著盆地的形成演化和沉積格局等。以響水-滁州(嘉山)斷裂為例，它是一組平行于蘇魯造山帶的邊界斷裂，是北部地區(qū)前陸變形帶中的一條逆沖斷裂[6,20]。該斷裂向海域的延伸部分是南黃海北部盆地的重要基底斷裂，在新生代表現(xiàn)為重要的邊界控盆大斷裂。與此同時(shí)，蘇北盆地海相內(nèi)幕與北部盆地基底逆沖斷裂的構(gòu)造背景相同，兩者均屬于大別-蘇魯造山帶前陸變形，兩新生代盆地的成盆機(jī)制相似且相互驗(yàn)證。

起源于中三疊世末印支期華北塊體與揚(yáng)子塊體碰撞過(guò)程的海相內(nèi)幕逆沖斷裂系統(tǒng)，構(gòu)成了北部盆地或南黃海海域重要的基底斷裂，海相內(nèi)幕斷裂帶的復(fù)活對(duì)新生代斷層方位、活動(dòng)方式和沉積充填產(chǎn)生顯著的影響，新生代盆地結(jié)構(gòu)也反映了南黃海大型疊合盆地多期原型相互疊加與改造變形的重要特征。這套逆沖斷裂系統(tǒng)是整個(gè)新生代北部伸展盆地呈北東東向構(gòu)造走向的主要原因，亦是盆地北斷南超的根本原因。

5.2 南黃海北部新生代盆地的成因機(jī)制與地球動(dòng)力學(xué)背景

晚白堊世以來(lái)，南黃海進(jìn)入伸展盆地發(fā)育階段，最顯著的特征是受先期斷裂和局部差異應(yīng)力控制。南黃海北部盆地與受地幔上拱巖石圈減薄產(chǎn)生的伸展盆地在地球動(dòng)力學(xué)背景上存在明顯差異，不可能歸屬為裂谷盆地，更為重要的是深部莫霍面非鏡像與居里等溫面同相性等地球物理資料[6]也為此提供直接證據(jù)。雖盆地的構(gòu)造位置鄰近郯廬斷裂，但從地震資料可以判讀，盆內(nèi)未見(jiàn)花狀構(gòu)造和雁列狀斷層分布，盆地的拉張沉降與走滑斷裂活動(dòng)不存在直接聯(lián)系，而且控盆主斷裂為拉張的正斷裂，而非北東東走向的陡傾高角度平移走滑斷層，可見(jiàn)將北部盆地的形成歸因于郯廬斷裂帶的右行走滑活動(dòng)，盆地類型歸屬于拉分盆地，不能合理地解釋盆內(nèi)的構(gòu)造特征。同樣，根據(jù)蘇北盆地古近系與新近系地層中堿性玄武巖和輝綠巖的巖體出露而提出的純剪切拉張模型，或基于野外地質(zhì)考察的認(rèn)識(shí)提出的伸展拆離構(gòu)造模型[4]，兩者的重要特征是存在巨型的拆離斷層，但北部盆地從構(gòu)造上來(lái)看并不具備此類特征的背景。造山作用后的巖石圈垮塌伸展發(fā)生時(shí)間相對(duì)較短，應(yīng)變不顯著，不具有區(qū)域上的構(gòu)造意義，垮塌機(jī)制[10]在北部盆地的成因上不是一個(gè)合理的解釋。

北部盆地是下?lián)P子新生代伸展型盆地的一個(gè)重要構(gòu)造單元。關(guān)于其新生代的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，眾多學(xué)者進(jìn)行了深入的討論，通常將其歸因?yàn)槲魈窖蟀鍓K的俯沖作用或印度-歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)，或兩者的聯(lián)合作用[21]，然而由于南黃海北部斷陷盆地的初始伸展明顯早于歐亞板塊側(cè)向擠出構(gòu)造的形成時(shí)代，故北部盆地的形成難以用印度-歐亞碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)進(jìn)行有效解釋，因此太平洋-歐亞板塊俯沖匯聚作用是伸展盆地形成的主要?jiǎng)恿?lái)源，故而提出了區(qū)域地幔熱隆起[2,9,21]，弧后擴(kuò)張作用，郯廬斷裂帶的右行走滑活動(dòng)等動(dòng)力學(xué)成因，但提出的各種機(jī)制不能很好的解釋莫霍面與盆地的非鏡像關(guān)系[9]、P波速度異常與各向異性[22]、深達(dá)35km的居里等溫面[6]、巖石圈高Te值(60～70 km)[23]、微弱裂后熱沉降等構(gòu)造特征，表明北部地區(qū)上地幔頂部可能不存在大范圍的地幔擾動(dòng)與隆起，熱隆伸展不是北部盆地形成的直接原因，這也是下?lián)P子斷陷盆地形成動(dòng)力學(xué)背景的特殊之處。強(qiáng)調(diào)北部盆地形成的西太平洋板塊俯沖驅(qū)動(dòng)，且其對(duì)南黃海新生代盆地的形成具有多大的驅(qū)動(dòng)作用，是一個(gè)值得討論與商榷的問(wèn)題。通過(guò)下?lián)P子區(qū)域伸展數(shù)值模擬工作，可以推測(cè)南黃海北部盆地的形成機(jī)理，存在一個(gè)合理的解釋是下?lián)P子地區(qū)新生代上地殼伸展構(gòu)造變形，受控于太平洋板塊俯沖擠壓，塊體差異性滑移，在下?lián)P子塊體形成側(cè)向伸展構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，誘發(fā)先存基底斷裂復(fù)活，進(jìn)而形成北部斷陷盆地，一種可能的推論是北部盆地形成于西太平洋板塊俯沖驅(qū)動(dòng)的陸內(nèi)塊體側(cè)向擴(kuò)展構(gòu)造。

6 結(jié)論

1) 晚白堊世以來(lái)南黃海北部盆地是一個(gè)主體受伸展變形控制、“北斷南超”、NEE向發(fā)育的地塹式或半地塹式的凹陷群。盆地受北側(cè)控盆邊界大斷裂控制，晚白堊世-古近紀(jì)盆地內(nèi)NEE向基底斷層復(fù)活，在區(qū)域拉張應(yīng)力背景下發(fā)生伸展拉張，斷塊翹傾，沉積物在箕狀斷陷內(nèi)充填。在結(jié)構(gòu)特征上，呈現(xiàn)為“斷陷+拗陷”的組合模式。

2) 南黃海北部盆地內(nèi)主要有7條NEE向基底斷裂，隨后斷裂繼承性活動(dòng)，且具有明顯的階段性，其中晚白堊世-古新世是盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)的高峰期，也是盆地沉降的關(guān)鍵時(shí)期。盆地晚白堊世以來(lái)構(gòu)造變形特征主要表現(xiàn)為伸展變形，繼承自前白堊紀(jì)擠壓變形形成的海相內(nèi)幕斷裂。南黃海盆地海相內(nèi)幕先存斷裂帶在新生代的伸展應(yīng)力狀態(tài)下再次活動(dòng)，主導(dǎo)著盆內(nèi)斷層的活動(dòng)范圍、展布方向、活動(dòng)方式和沉積格局，進(jìn)而控制了斷陷盆地的發(fā)育與分布，其展布與海相內(nèi)幕先存斷裂帶的橫向分布密切相關(guān)，基底斷裂是南黃海晚白堊世以來(lái)凹陷群形成的關(guān)鍵因素，反映了“深層約束淺層”的關(guān)系。

3) 對(duì)南黃海北部盆地晚白堊世以來(lái)的構(gòu)造變形和盆地成因的探討對(duì)明確該時(shí)期成盆背景、沉積演化、地層充填等基礎(chǔ)地質(zhì)認(rèn)識(shí)起重要作用，可為南黃海北部盆地晚白堊世以來(lái)構(gòu)造樣式、成烴演化及生儲(chǔ)蓋組合等油氣地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)。

致謝：在成文中，無(wú)錫石油地質(zhì)研究所的徐旭輝教授在下?lián)P子區(qū)域認(rèn)識(shí)上提供了大量指導(dǎo)和建設(shè)性意見(jiàn)，在此謹(jǐn)致衷心謝意。

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(編輯 董 立)

Structural deformation and genesis of the northern sub-basin in South Yellow Sea since Late Cretaceous

Gao Shunli1,2，Xu Xi1，Zhou Zuyi1

(1.SchoolofOceanandEarthSciences,TongjiUniversity,Shanghai200092,China；2.CNOOCChinaLimited-Shanghai,Shanghai200030,China)

South Yellow Sea Basin is one of the major petroliferous basins offshore China.It has been explored for years but with no significant commercial discovery due to a lack of understanding of its structure,diversified fault systems and complicated tectonic evolution.To evaluate the exploration potential and gain insight into faulting activities and sedimentation of the basin,we performed characterization of the tectonic deformation and formation mechanism analyses of the northern sub-basin in South Yellow Sea Basin since the Late Cretaceous based on a combination of the latest two-dimension seismic data with relevant geologic setting,drilling data and previous research papers.It shows that thrust faults were formed in the marine strata due to the compression and deformation the Indo-China period,and the fault system served as the basement faulting system since the Late Jurassic.It was later reactivated by extension and controlled the activities of faults within the basin as well as the sedimentary framework.A faulted depression cluster that was dominated by extensional structural deformation formed,reflecting a relationship of shallower strata being constrained by the deeper ones.

tectonic deformation,basement fault,fault depression,basin genesis,South Yellow Sea

2015-06-22;

2015-10-26。

高順莉(1976—)，女，博士，高級(jí)工程師，海洋地質(zhì)學(xué)。E-mail:gaoshunli2012@foxmail.com。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023)。

0253-9985(2015)06-0924-10

10.11743/ogg20150607

TE122.1

A