南海北部陆缘晚中生代构造体系：动力学以及对珠江口盆地新生代构造的制约

【摘要】：南海位于欧亚板块、印度-澳大利亚板块以及太平洋板块三者的交汇区,是新生代发育在华南地块南缘的边缘海海盆,其形成演化经历了完整的陆内裂陷至海底扩张阶段。南海所处的大地构造位置决定了其在整个东南亚地区中、新生代板块构造重建研究中的重要地位。然而,长期以来由于地质证据的局限,关于南海地区如何从中生代晚期古太平洋板块俯冲的主动陆缘背景向新生代早期南海裂陷的被动陆缘背景的构造转变认识不清晰,存在多种争议性的演化模型,并影响了区域性的构造演化历史重建。此外,世界范围内裂谷盆地构造演化规律的研究普遍认为,裂谷盆地的结构除了受其裂陷阶段本身的动力学过程控制以外还与裂谷盆地发育的先存岩石圈背景密切相关,特别是岩石圈内先存构造的影响。然而,目前大部分关于南海构造的研究主要集中在新生代以来的构造过程,如南海新生代裂解的动力学机制、岩石圈的破裂方式、两侧被动大陆边缘的结构、海盆的形成年龄和扩张方式、裂陷期多幕裂陷作用以及裂后期新构造运动等,对于该地区前新生代的构造如何影响新生代裂谷盆地演化却少有研究。本文利用南海北部陆缘近端带珠江口盆地珠一坳陷地区大量高精度3D地震反射资料及钻井资料,对新生代盆地基底前新生代构造体系进行研究。在前新生代构造体系的研究基础上,进一步深入对以下两个问题的研究:第一,在前人研究基础上,以南海北部陆缘前新生代构造体系为切入点并整合华南陆缘以及南海地区目前晚中生代的地质证据探讨南海北部陆缘晚中生代动力学演化过程;第二,以南海北部陆缘珠江口盆地珠一坳陷为研究对象,从盆地结构、断裂发育等方面研究前新生代构造体系对新生代构造演化的影响。通过大量地震反射资料的解释,论文首次揭示了南海北部陆缘晚白垩世三期不同构造体系,均发育在晚侏罗世-早白垩世(161.6-101.7Ma)陆缘弧花岗岩基底之上。根据这三期不同构造体系之间的交切关系,可以很好地厘定三者的发育时序,按时间先后次序分别为EW-NWW向逆冲构造体系、NEE向伸展断陷体系和NEE向逆冲构造体系。(1)EW-NWW向逆冲构造体系在地震反射剖面上以大量密集型高角度断面为特征,发育叠瓦状构造、透镜体构造以及膝折构造等,为坚硬花岗岩基底内部强烈挤压变形的结果。平面上具有对称的南北对冲结构特征,剖面上呈正花状构造,指示压扭性构造背景。该EW-NWW向逆冲构造体系被后期NEE向逆冲构造体系大量的切割改造。(2)晚白垩世伸展构造体系控制发育晚白垩世断陷盆地,主体呈NEE走向,局部地区继承早期EW-NWW向逆冲构造体系而呈EWNWW向展布。该晚白垩世断陷盆地卷入到后期NEE向逆冲构造体系,在南海北部陆缘珠一坳陷地区仅零星分布,是强烈隆升剥蚀的结果。(3)NEE向逆冲构造体系形成时间最晚,切割改造早期EW-NWW向逆冲构造体系与晚白垩世伸展断陷盆地。该逆冲构造体系主体发育SE倾斜的低角度逆冲断裂,断裂之间间距相对EW-NWW向逆冲断裂体系大。南海北部陆缘珠江口盆地珠一坳陷基底晚白垩世三期不同构造体系分别形成于南海地区晚白垩世三期不同的动力学背景,反映出更为复杂的南海北部陆缘晚中生代至新生代早期构造演化过程。本次研究认为:(1)南海北部陆缘在经历晚侏罗世-早白垩世的安第斯型陆缘弧背景之后,早晚白垩世之交(ca.100Ma)古太平洋板块运动方向的突然转变导致了左行压扭的构造背景,并形成了左行里德尔压扭构造组合,包括华南陆缘大量NE走向的左行走滑断裂带(R剪切)与反向的NW向右行走滑断裂(R’剪切),以及本次研究所揭示的珠一坳陷基底EW-NWW向逆冲断裂体系(与主压应力方向垂直)。(2)晚白垩世早期(ca.100-72Ma)古太平洋板块俯冲板片的回转与高角度俯冲形成了华南陆缘以及南海北部陆缘广泛的弧后伸展作用,形成了NEE向伸展断陷体系,该过程对应于古南海扩张前的陆内伸展阶段。(3)晚白垩世晚期(ca.72-66Ma)古南海扩张阶段的洋中脊推挤作用(Ridge Push)很可能是该时期南海北部陆缘NEE向逆冲构造体系发育的动力学成因。南海北部陆缘基底前新生代构造体系对新生代盆地结构和构造演化具有重要影响,是影响裂陷结构空间变化的重要因素。珠江口盆地珠一坳陷基底晚白垩世EW-NWW向逆冲构造体系与NEE向逆冲构造体系构成了两组重要的不同方向先存构造体系,且二者在不同地区的差异性反转是造成不同凹(洼)陷结构差异性的重要原因,包括EW-NWW向与NEE向两组不同走向伸展断裂体系与洼陷结构的发育以及高、低角度断陷并存的裂陷结构。两组先存构造体系在平面上的组合方式以及垂向上的交切关系对控制新生代同期裂陷结构的组合与不同期裂陷结构的垂向叠置也具有重要影响。此外,珠一坳陷两组不同方向先存构造体系的影响贯穿于新生代多幕裂陷作用与拗陷期新构造运动的整个构造演化过程。EW-NWW向与NEE向两组不同方向基底先存构造体系在新生代裂陷一幕、裂陷二幕与拗陷期新构造运动的多期次不同方向伸展作用背景下发生了分阶段、选择性的反转。(1)裂陷一幕文昌组沉积时期,在区域NNW-SSE向伸展作用下,两组先存构造体系同时活化,控制了珠一坳陷NEE向与EW-NWW向伸展断裂体系与洼陷结构的同时发育,并形成了大量独特的“Z”字型与“V”字型断裂。然而,由于NEE向先存构造体系的展布方向更加接近于区域伸展方向的正交方向,其优先反转活化。相对于EW-NWW向主控断裂而言,NEE向主控断裂的活动时间更早、活动强度更大,控制发育的沉积中心面积更大、沉积厚度更大,且发育的三级层序结构更加完整,如EP17洼,XJ33洼等。(2)裂陷二幕恩平组沉积时期,由于区域伸展方向转变至近N-S向,处于与EW-NWW向先存构造体系(尤其是EW向)更为垂直的方向,而与NEE向断裂体系相对高角度斜交。在此背景下,诱发了基底内部EW-NWW向先存构造体系的进一步反转,并促进了文昌期已经活化的EW-NWW向断裂体系的活动强度的陡增,如HZ13、HZ13S、XJ24、HZ08等洼陷主控断裂,并控制了该时期主要沉积中心的发育;相反,文昌期NEE向主控伸展断裂的活动大幅度减弱或停止,如PY4、XJ33、XJ23等洼陷主控断裂。(3)进入拗陷期后,区域伸展方向进一步顺时针旋转至NNE-SSW,变得更正交于NWW向断裂体系而与NEE向断裂高角度斜交,导致裂陷期发育的NEE向断裂基本全部停止活动,而大部分EWNWW向断裂(尤其是NWW向)持续性活动。同时,这一时期还诱发了隆起区(如东沙隆起北缘)基底内部大量裂陷期未活化的NWW向先存断裂的反转。