鄭金云 龐 雄 劉 軍 張忠濤張青林 韓晉陽 賈兆揚

1 中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 5180542 中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東深圳 518054

珠江口盆地為南海北部陸緣的新生代裂陷盆地，盆地演化過程中經(jīng)歷了陸緣地殼伸展—薄化—破裂，再到擴張漂移—洋殼俯沖消亡的全過程(鐘志洪等，2014；解習(xí)農(nóng)等，2015；任建業(yè)，2018)。一般認(rèn)為，該盆地屬于被動陸緣裂陷盆地(朱偉林等，2015；Caoetal.， 2021)，但也存在明顯不同于大西洋型典型被動陸緣盆地的現(xiàn)象，如盆地晚期的斷裂和巖漿活動顯著增強(李平魯，1993)。尤其是2017—2018年針對南海北部陸緣破裂過程而實施的367/368/368X航次大洋鉆探，證實了南海北部陸緣不同于大西洋型典型被動陸緣，兼具貧巖漿和富巖漿的雙重性質(zhì)，并提出“板緣型裂谷盆地”，重點強調(diào)了裂陷期周緣板塊俯沖背景下伸展拆離和巖漿底侵耦合作用下盆地的形成和演化過程，具有南海邊緣海的獨特性(Sunetal.， 2019；林間等，2020；Cuietal.， 2021; Zhuetal.， 2021)，但對于盆地裂后期沉降過程及其獨特性的分析相對較少。前人關(guān)于盆地裂后構(gòu)造沉降的研究多集中于某一凹陷，缺乏整體性。其次，深水區(qū)構(gòu)造沉降量的定量計算受古水深的影響大，存在較大的不確定性，不能僅依賴定量計算來揭示構(gòu)造沉降規(guī)律(廖杰等，2011；趙中賢等，2011；謝輝等，2014；劉明輝等，2015；陳梅等，2017)。

利用近年來積累的大面積連片三維地震資料、鉆井資料和大洋鉆探研究成果，從沉積充填結(jié)構(gòu)、沉積環(huán)境演變、沉積體系展布等入手，結(jié)合南海的構(gòu)造演化，從整個盆地的角度，對裂后沉降的演變規(guī)律及其成因機制進(jìn)行研究，從而揭示沉積體系展布的內(nèi)在控制因素，探討南海北部被動陸緣盆地形成演化的獨特性。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

珠江口盆地呈北東向展布，具有“三隆三坳”的分布格局。以水深500m、1500m為界，可分為陸架淺水區(qū)和陸坡深水區(qū)—超深水區(qū)。其中，珠一坳陷、珠三坳陷位于淺水區(qū)，珠二坳陷、珠四坳陷主要位于深水區(qū)，白云凹陷和荔灣凹陷分別位于珠二坳陷和珠四坳陷(圖 1)。

注： 柱狀圖據(jù)龐雄等，2018； 有修改圖 1 珠江口盆地構(gòu)造單元與地層柱狀圖Fig.1 Structural unit map and stratigraphic column map of the Pearl River Mouth Basin

區(qū)域構(gòu)造演化上，以盆地破裂不整合面T70(～33.9Ma)為界，分為裂陷期、裂后期。裂陷期分為3幕裂陷作用，分別對應(yīng)于珠瓊運動一幕、惠州運動(施和生等，2020)、珠瓊運動二幕，形成Tg、T83、T80、T70界面，控制始新統(tǒng)下文昌組、上文昌組、恩平組地層充填。裂后期包括漸新統(tǒng)珠海組以來的地層充填，期間經(jīng)歷了白云運動、東沙運動，白云運動以白云凹陷的強烈沉降為主要特征，對應(yīng)于T60(～23Ma)反射界面；東沙運動以東沙隆起的強烈隆升、斷裂作用重新活化為主要特征，對應(yīng)于T32(～10Ma)反射界面，由于其不同于以拗陷沉降為主的典型斷陷盆地裂后期構(gòu)造變形，因而將該時期稱為新構(gòu)造運動時期(陳長民等，2003；龔再生和李思田，2004；龐雄等，2008；施和生等，2014；何敏等，2019)(圖 1)。

區(qū)域沉積環(huán)境演變上，具有從早到晚、由南向北、由東向西逐漸海侵，經(jīng)歷了由陸相到海相、由淺水到深水沉積環(huán)境的演變。始新統(tǒng)文昌組—恩平組以陸相斷陷湖盆沉積為主，晚期由東向西、由南向北海侵。367/368航次大洋鉆探的U1501、U1502等站位所取得的古生物資料證實，盆地南緣在始新世晚期進(jìn)入海相沉積環(huán)境，且其外側(cè)可能發(fā)育深水凹槽(Jianetal.， 2019)；東部鄰近的臺西南盆地、南部共軛陸緣的禮樂盆地鉆井及露頭研究表明，始新世為海相沉積環(huán)境(李前裕等，2017；任建業(yè)，2018)；盆地珠一坳陷東部的韓江凹陷鉆井資料研究表明，始新世也可能為海相沉積環(huán)境(李前裕等，2017)。隨著漸新世南海擴張的開始，盆地進(jìn)入裂后沉降階段，發(fā)生大范圍海侵，沉積環(huán)境由陸相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｏ?，盆地南部的珠二坳陷、珠四坳陷由陸架淺水逐步演化為陸坡深水沉積環(huán)境。

2 裂后期構(gòu)造沉降事件及其沉積響應(yīng)

構(gòu)造沉降事件通常與沉積中心的遷移或沉積環(huán)境的顯著變化具有很好的響應(yīng)關(guān)系，尤其是區(qū)域構(gòu)造沉降事件(任建業(yè)，2018)。地震剖面上，通常對應(yīng)于下削、上超的區(qū)域不整合面。依托大面積連片三維地震資料和鉆井資料，作者系統(tǒng)分析了研究區(qū)關(guān)鍵構(gòu)造沉降事件、地層充填樣式、沉積中心遷移特征。

2.1 關(guān)鍵構(gòu)造沉降事件及其沉積響應(yīng)

圖 2 荔灣凹陷裂后期構(gòu)造沉降事件響應(yīng)特征(剖面位置見圖 1，AA′)Fig.2 Response characteristics of tectonic subsidence events in the post-rifting stage of Liwan sag(location seen Fig.1，AA′)

荔灣凹陷漸新世深水扇的研究表明，SB27.2之前，陸架坡折帶不明顯，深水扇沉積體規(guī)模小，分布局限(柳保軍等，2011)；而之后則發(fā)育大型進(jìn)積型陸架邊緣三角洲—深水扇沉積體系，陸架坡折帶分布于凹陷西北部，深水扇垂直于陸架坡折帶向東南方向推進(jìn)，沿北西向狹長的凹槽地帶展布，延伸長度可達(dá)30km，且該深水扇體已被L21鉆井所證實，界面之上發(fā)育多套優(yōu)質(zhì)深水重力流砂體。

圖 3 鶴山凹陷裂后期構(gòu)造沉降事件響應(yīng)特征(剖面位置見圖 1，BB′)Fig.3 Response characteristics of tectonic subsidence events in the post-rifting stage of Heshan sag (location seen Fig.1，BB′)

圖 4 揭陽凹陷裂后期構(gòu)造沉降事件響應(yīng)特征(剖面位置見圖 1，CC′)Fig.4 Response characteristics of tectonic subsidence events in the post-rifting stage of Jieyang sag (location seen Fig.1，CC′)

2.2 地層充填及沉積中心遷移特征

宏觀上，盆地裂后期由北向南發(fā)育4個主要沉積中心： 陸架淺水區(qū)珠一坳陷沉積中心和陸坡深水區(qū)白云凹陷、荔灣凹陷2個沉積中心，以及盆地南部西北次海盆沉積中心(圖 1，圖 7)。依據(jù)地震剖面上地層的沉積充填結(jié)構(gòu)，裂后期沉積中心的遷移具有顯著的旋回性，可以分為7個時期(圖 5):

圖 5 過珠江口盆地裂后期地層充填與疊置樣式典型剖面(剖面位置見圖 1，DD′)Fig.5 Typical section showing the filling characteristics and stacking patterns in post-rifting stage of the Pearl River Mouth Basin(location seen Fig.1，DD′)

該時期地層主要分布于白云凹陷及盆地外側(cè)的珠四坳陷，珠一坳陷及中央隆起帶缺乏該套地層或較薄，具有填平補齊的充填特征，沉積中心主要位于珠四坳陷荔灣凹陷和白云凹陷。荔灣凹陷內(nèi)，受巖漿持續(xù)侵位所產(chǎn)生的隆升作用控制，隆起之間形成同隆升期mini盆地式巨厚充填，沉積中心較為分散。

2.2.2 漸新世晚期珠海組上段沉積時期(～27.2～23Ma)

地層分布于整個盆地，并形成較為典型的被動陸緣充填樣式，分為陸架淺水區(qū)和陸坡深水區(qū)。陸架淺水區(qū)主要發(fā)育海相三角洲沉積，以低角度前積和加積為主，地層厚度由凹陷區(qū)向隆起區(qū)逐漸減薄，但差異相對較小，形成極為廣闊的陸架區(qū)；在陸架邊緣發(fā)育大型S形進(jìn)積型陸架邊緣三角洲—深水扇沉積體系，陸架坡折帶處沉積厚度最大，以大角度前積層為主要特征，其下的深水區(qū)發(fā)育近水平疊置沉積充填，向周緣隆起區(qū)上超減薄，凹陷內(nèi)巖漿活動顯著減弱。由于陸坡區(qū)沉降并成為沉積物充填的主要場所，在盆地南部洋陸過渡區(qū)(外緣隆起)，該套地層普遍很薄或缺失。

2.2.3 中新世早期珠江組下段沉積時期(～23～19.1)

盆地北部陸架淺水區(qū)地層較薄，沉積中心集中在南部深水區(qū)，隆起區(qū)由早到晚地層灰質(zhì)含量顯著增加，表明持續(xù)海侵導(dǎo)致北部物源逐漸萎縮。該時期陸架坡折帶位于白云北坡，發(fā)育陸架邊緣三角洲—深水扇沉積，其南側(cè)廣闊地區(qū)表現(xiàn)為平行疊置的深水欠補償沉積，以泥巖為主；白云凹陷、荔灣凹陷沉積中心成為一體，沉積相對較厚，向陸緣外側(cè)逐漸減薄。局部區(qū)域有巖漿活動，呈近南北向展布，多與深大斷裂有關(guān)。

2.2.4 中新世早期珠江組上段沉積時期(～19.1～16Ma)

地層沉積中心顯著向北部珠一坳陷遷移，發(fā)育低角度前積和加積三角洲沉積，厚度由凹陷區(qū)向周緣隆起區(qū)減小，但差異較小。早期東沙隆起區(qū)碳酸鹽巖礁灘沉積廣泛發(fā)育，并以向高處遷移和湮滅的產(chǎn)狀，反映沉降導(dǎo)致的海侵速度快過礁的生長速率；南部珠二坳陷、珠四坳陷繼承性發(fā)育陸坡深水沉積，陸架坡折帶位于白云北坡，晚期坡折帶附近的前積特征較明顯，其他區(qū)域以平行充填為主。地層較淺水區(qū)顯著減薄，且向南逐漸減薄。

2.2.5 中新世中期韓江組沉積時期(～16～10Ma)

地層沉積中心由珠一坳陷遷移至南部白云凹陷，陸架淺水區(qū)地層厚度較一致，在白云北坡陸架坡折帶處顯著增大，陸架坡折帶下方發(fā)育大量斜坡扇—深水扇，向凹陷南部逐漸過渡為平行充填，并逐漸減薄。表明陸架區(qū)沉降有所減緩，而深水區(qū)沉降增大，尤其陸坡區(qū)白云凹陷，承納了主要的沉積物充填，形成了較為典型的陸坡內(nèi)盆地沉積充填結(jié)構(gòu)。

該時期地層珠一坳陷、珠二坳陷厚度差異較小，但在白云凹陷陸架邊緣三角洲—深水扇沉積體系較為典型，陸架坡折帶附近發(fā)育大角度前積層，坡折帶下方大量斜坡扇—深水扇疊置發(fā)育，向南部急劇減薄，但在西北次海盆處顯著加厚，呈平行充填，發(fā)育深水復(fù)合水道和深水扇砂體，且已被大洋鉆探所證實(Sunetal.， 2018；朱偉林和鄭金云，2020)，西北次海盆沉積中心開始形成。表明陸緣區(qū)沉降顯著減弱，逐漸形成開放陸坡，陸緣沉積物得以進(jìn)入西北次海盆沉積。

白云北坡陸架坡折帶附近地層厚度最大，發(fā)育多期次具有大范圍頂削特征的大角度前積層。向北部陸架淺水區(qū)地層逐漸減薄，南側(cè)深水陸坡區(qū)普遍較薄，發(fā)育大型峽谷。西北次海盆沉積變厚，呈平行疊置充填，發(fā)育深水復(fù)合水道—深水扇沉積。表明陸緣區(qū)沉降逐漸停止，陸坡由沉積主要卸載區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e物過路區(qū)。

3 裂后階段性有序差異沉降特征

圖 6 珠江口盆地裂后期不同階段構(gòu)造沉降特征(剖面位置見圖 1，DD′)Fig.6 Characteristics of tectonic subsidence in different stages of the Pearl River Mouth Basin during post-rifting stage(location seen Fig.1，DD′)

(a)—珠江口盆地T70-SB27.2地層厚度分布圖；(b)—珠江口盆地T60-SB27.2地層厚度分布圖；(c)—珠江口盆地T60-T32地層厚度分布圖；(d)—珠江口盆地T32-海底地層厚度分布圖圖 7 珠江口盆地裂后期4個階段地層厚度分布Fig.7 Stratigraphic thickness distribution in four stages of post-rifting stage of the Pearl River Mouth Basin

3.1 漸新世早期(～33.9～27.2Ma)沉降特征

盆地發(fā)生大規(guī)模海侵，以陸相為主的沉積環(huán)境向海相轉(zhuǎn)變，地層充填具有填平補齊特征，沉積中心位于盆地外側(cè)的珠二坳陷、珠四坳陷。盆地南緣珠四坳陷內(nèi)，受巖漿侵位的影響較顯著，隆起之間形成mini盆地式巨厚充填，呈多隆凹的不均衡分布，表明西北次海盆巖石圈破裂初期，鄰近的陸緣區(qū)依然存在較強的巖漿活動。因此，該階段為陸緣地殼破裂初期，在均衡調(diào)整背景下，以盆地整體緩慢沉降為主，以大規(guī)模海侵為主要特征，并伴有較強的巖漿作用。

3.2 漸新世晚期(～27.2～23.0Ma)沉降特征

3.3 中新世早-中期(～23.0～10.0Ma)沉降特征

3.4 中新世晚期以來(～10.0～0Ma)沉降特征

～10Ma以來，整個盆地的沉降顯著減弱，尤其是陸坡區(qū)，使得陸架區(qū)大量沉積物推進(jìn)至陸架坡折帶附近，形成大角度前積結(jié)構(gòu)，而陸架坡折帶下方，經(jīng)過前期的充填，形成開放陸坡，大量沉積物通過大型峽谷水道體系，輸送至西北次海盆區(qū)沉積。同時，該時間對應(yīng)于珠江口盆地東沙隆起的顯著隆升，表明隨著周緣板塊的持續(xù)會聚，南海北部陸緣的沉降逐漸停止，并形成開放陸坡，陸架區(qū)的沉積物才能通過大型陸坡峽谷水道系統(tǒng)輸送至西北次海盆。

4 裂后階段性差異沉降的成因機制與地質(zhì)意義

結(jié)合裂后不同階段巖漿活動與沉降的耦合特征，珠江口盆地的裂后沉降與南海的擴張—停止過程密切相關(guān)，其沉降量的大小和沉降的階段性，分別受控于裂陷期地殼薄化程度和南海擴張脊的躍遷(圖 8)。

圖 8 珠江口盆地裂后期階段性差異沉降演化過程與成因機制Fig.8 Evolution process and genetic mechanism of differential subsidence in post-rifting stage of the Pearl River Mouth Basin

4.1 裂后沉降的階段性與南海破裂擴張過程中幔源物質(zhì)向南的有序撤離有關(guān)，具有顯著的南海特色

珠江口盆地裂后3階段沉降的起始時間分別對應(yīng)于南海的初始擴張(～33.9Ma)和2次洋中脊的向南躍遷(～27～28Ma、～23Ma)(Briaisetal.， 1993；Sunetal.， 2009；LiandSong，2012；Lietal.， 2014；李春峰等，2020；丁巍偉，2021)。關(guān)于擴張脊向南躍遷的機制，存在2種可能： 與區(qū)域伸展應(yīng)力場由早期的近S-N向轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥诘腘W-SE和與地幔熱點的向南遷移有關(guān)(丁巍偉，2021)。不論以何種方式實現(xiàn)躍遷，都將通過虹吸效應(yīng)影響深部幔源物質(zhì)的流動，從而引起臨近陸緣盆地沉降和巖漿活動的響應(yīng)。通過對南海磁條帶的精細(xì)分析和研究表明，與陸緣毗鄰的西北次海盆擴張脊的磁條帶不如中央海盆、西南次海盆清晰(李春峰等，2020)，擴張所經(jīng)歷的時間相對較短。由此推測，在南海漸進(jìn)式擴張方式下，西北次海盆處于擴張初始階段(～33.9～27.2Ma)，尚未建立典型的海底擴張體系，擴張脊的虹吸效應(yīng)不明顯，使得鄰近陸緣的珠四坳陷沉降不均衡，并伴有較強的巖漿活動。同時，陸緣巖石圈初始破裂期間因拉伸應(yīng)力釋放后產(chǎn)生撓曲回彈效應(yīng)，對陸緣的裂后沉降有一定緩沖作用。因此，該階段盆地整體表現(xiàn)為緩慢沉降的過程。

4.2 裂后沉降量的差異受控于裂陷期地殼薄化程度的大小

不同學(xué)者基于OBS、重磁反演等方法，研究認(rèn)為南海北部陸緣的Moho面深度的變化與現(xiàn)今水深成顯著的負(fù)相關(guān)(米立軍等，2019；李海龍等，2020)，與地殼的薄化程度呈正相關(guān)，表明珠江口盆地裂后沉降量與其裂陷期地殼伸展薄化程度密切相關(guān)。珠江口盆地陸架淺水區(qū)、上陸坡區(qū)、下陸坡區(qū)現(xiàn)今地殼的厚度存在顯著差異，近似對應(yīng)于陸緣結(jié)構(gòu)單元的近端帶、細(xì)頸化帶和遠(yuǎn)端帶，陸架淺水區(qū)地殼厚度為22～26km，上陸坡區(qū)為22～15km，下陸坡區(qū)為15～8km，表明裂陷期地殼的薄化程度依次增大(米立軍等，2019)。地殼薄化程度的差異性也體現(xiàn)在裂陷期凹陷的分布上，即分別控制了珠一坳陷/珠三坳陷、珠二坳陷、珠四坳陷的分布?，F(xiàn)今水深變化與地殼厚度變化趨勢基本一致，表明裂陷期地殼薄化程度的差異直接影響了裂后期沉降量的大小，薄化程度越強，裂后沉降量越大。

珠江口盆地裂后階段性差異沉降與深部幔源物質(zhì)的有序撤離相關(guān)，不同構(gòu)造帶沉降規(guī)律的差異也反映了熱演化史的分帶差異，進(jìn)而導(dǎo)致儲集層成巖演化、烴源巖的成烴演化的不同，從而具有不同的油氣成藏規(guī)律。

5 結(jié)論

珠江口盆地是位于南海北部陸緣的新生代裂陷盆地，裂后沉降的演化過程與南海的破裂—擴張—消亡密切相關(guān)，具有顯著的階段性和分帶差異性，不同于板內(nèi)典型裂陷盆地。

2)珠江口盆地裂后沉降的階段性與南海的初始擴張和2次向南躍遷，導(dǎo)致陸緣區(qū)深部幔源物質(zhì)向南的有序撤離有關(guān)，使得陸緣盆地的沉降向北有序擴展；其沉降量的差異性受控于裂陷期陸緣巖石圈伸展薄化程度，薄化程度越強，裂后沉降量就越大。

3)珠江口盆地裂后階段性差異沉降控制了不同時期深水與淺水沉積環(huán)境的演化和陸架坡折帶的分布，進(jìn)而控制了深水區(qū)不同類型儲集層的空間分布。

致謝研究過程中，國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃(IODP)在南海北部陸緣實施的367/368/368X航次鉆探所取得的系列研究成果，為作者提供了重要的標(biāo)定和啟發(fā)，并得到了同濟大學(xué)朱偉林教授、中國科學(xué)院南海所孫珍研究員、中國地質(zhì)大學(xué)任建業(yè)教授、雷超副教授提出的意見和建議，在此表示衷心的感謝。同時，衷心感謝各位評審專家給予的寶貴意見和建議。