地球物理学进展  2014, Vol. 29 Issue (6): 2917-2926   PDF    
莺歌海—宋红盆地构造特征与深部地壳结构
骆迪1,2, 蔡峰1,2 , 闫桂京1,2, 王嘹亮3, 童传新4    
1. 青岛海洋地质研究所, 青岛 266071;
2. 国土资源部天然气水合物重点实验室, 青岛 266071;
3. 广州海洋地质调查局, 广州 510075;
4. 中国石油(中国)有限公司湛江分公司, 湛江 524057
摘要:莺歌海—宋红盆地位于越南东海岸和海南岛之间,由红河断裂带控制,形成了具有独特的走滑拉张构造特征的新生代盆地,使断裂东西两侧具有不同的构造特征.以往我国对盆地的研究主要集中在盆地东部,而盆地周边国家的研究主要集中在盆地的西部,缺乏横跨整个莺歌海—宋红盆地的地震剖面和遍布全盆地的测井资料,因此对整个盆地的构造特征和深部地壳结构研究相对较为薄弱.本文利用CCOP-ICB中越跨国合作项目提供的横跨整个盆地的地震剖面,并结合1'×1'卫星测高重力异常研究了莺歌海—宋红盆地的整体构造特征,根据断裂运动特征,结合由卫星测高重力异常计算出的布格重力异常,识别了盆地内部11个构造单元.并以地震剖面解释和盆地内丰富的测井资料作为约束,利用基于频率域Parker算法的密度界面反演算法,获得了盆地基底和莫霍面埋深,并以此为基础,以一条横跨盆地主体的中越联合地震剖面的地震解释为初始模型,利用综合地球物理反演技术,探讨了其深部地壳结构.
关键词莺歌海—宋红盆地     构造特征     卫星测高重力异常     地震    
Tectonic characteristics and deep crustal structure of Yinggehai-Song Hong Basin
LUO Di1,2, CAI Feng1,2 , YAN Gui-jing1,2, WANG Liao-liang3, TONG Chuan-xin4    
1. Ministry of Land and Resource, Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao 266071, China;
2. The Key Laboratory of Gas Hydrate, Ministry of Land and Resources, Qingdao 266071, China;
3. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China;
4. CNOOC Zhanjiang Company, Zhanjiang 524057, China
Abstract: The Yinggehai-Song Hong Basin lying to Vietnam land coast and the west of Hainan Island is a Cenozoic basin with strike-slip and pull-apart component and unique geologic characteristics. The formation of the basin is controlled by the Red River fault zone and geologic characteristics difference between both sides of the fault. Previous studies of the basin in China are concentrated in the eastern part of it, we lack of seismic survey lines and log data across the basin. Therefore, studies on the tectonic characteristics of the whole basin and deep crustal structure are relatively weak. The paper studied tectonic characteristics of the whole basin the using seismic profiles which across the whole basin provided by the CCOP-ICB transnational cooperation project and satellite altimetry gravity anomaly with 1'×1' precision. The basin is divided into 11 tectonic elements according to the characteristics of faults' movement and combined with Bouguer gravity anomaly calculated from satellite altimetry gravity anomaly. Besides that, we inversed the basement and Moho depth of the basin constraint on interpretation results of seismic profiles and log data. And then, we discussed the deep crustal structure of the basin based on the technology of comprehensive geophysical inversion.
Key words: Yinggehai-Song hong basin     structural feature     satellite altimetry gravity anomaly     seismic    
0 引 言

莺歌海—宋红盆地位于越南东海岸和海南岛西部之间(图 1),NE-SE向延伸,延续到越南陆地的西北部,是一个位于南海海域,具有独特的走滑拉张构造特征的新生代盆地.整个盆地面积约为22×104 km,具有独特的地质特征:(1)不存在明显隆坳相间的所谓地堑地垒系;(2)沉积相序不严格遵循瓦尔特相律,出现所谓跳相现象.(3)盆地内以第四系和上第三系沉积为主,发育了巨厚的第四系+上第三系沉积盖层,其中第四系最大沉积厚度已超过3700 m,其与上第三系累计厚度超过万m,超过早第三纪沉积厚度,形成所谓“头重脚轻”负载效应.(4)具有异常高温高压(最高平均地温梯度4.55 ℃/100 m,压力梯度18~22 kPa/m,热流值62.177 mW/m2);(5)具有快速的沉积沉降史(沉积速率0.4~1.4 mm/a,沉降速率0.1~0.5 mm/a)(吴景富等,2013; 唐晓音等,2014).

图 1 莺歌海-宋红盆地位置Fig. 1 Location of the Yinggehai-Song hong Basin

莺歌海—宋红盆地发育在欧亚板块与印度板块的边界(红河断裂带)上(Leloup and Kienast, 1993),其形成与始新世—渐新世早期欧亚板块和太平洋板块的碰撞有关(Tapponnier et al., 1982; 姚伯初,1998; 张健等,2001; Wang et al., 2006; 吴招才等,2011).与中国南海北部诸多NNE走向的第三纪沉积盆地不同,莺歌海—宋红盆地是一个独特的NW走向的构造单元.由Song Hong、Song Lo和Vinh Ninh等断裂组成的红河断裂带都是始于元古代的岩石圈的断裂,其断面陡直的深大断裂把莺歌海盆地基底切成块状,并在地壳中形成薄弱带,对莺歌海盆地的演化产生了深刻的影响(Tanabe et al., 2003; 詹文欢等,2003; 郝天珧等,2005; 孙珍等,2007; Zhu et al., 2009; 孙桂华等,2013).在拉张和剪切作用下,受控于两条NW走向边界断层的盆地开始高速沉积而形成.盆地至古新世以来发育主要受三个构造阶段的控制,包括古新世—早中新世的扩张阶段,中新世中期—晚期的构造反转阶段和上新世—第四纪的再扩张阶段.为盆地范围的不整合面所分割.由于太平洋的俯冲倒转,莺歌海-宋红盆地在古新世到早中新世时发生扩张(Holloway,1982),最初的裂陷作用受控于NW-SE向区域拉张,导致了NW-SE向构造格局的形成,早期裂陷之后,区域隆起形成了始新世早至中期之间的不整合面.红河断裂带是盆地东北的挤压边界,它的左旋运动引发了盆地的第二个扩张阶段.中中新世中国南海的南北向海底扩张停止(Briais et al., 1993; Leloup and Kienast, 1993; Beaumont et al., 2004),沿红河断裂带的走滑运动由左旋变为右旋(Pigott and Ru, 1994),构造应力机制的变化引起中国南海北部边缘盆地的构造反转,莺歌海—宋红盆地的反转发生在中中新世,导致了反转断层的形成(Nielsen et al., 1999; Gilley et al., 2003; Searle,2006; Lei et al., 2011; 任建业和雷超,2011). 盆地的另一次扩张阶段发生在第四系至上新世5.5 Ma 后,伴有活动断层,本次扩张以构造热事件为特征,认为是由西藏高原的隆起引起的地幔流活动所造成.

由红河断裂带控制,形成了现今具有独特的走滑拉张构造特征的莺歌海—宋红盆地,断裂带东西两侧具有不同的构造特征.以往我国对盆地的研究主要集中在盆地的东部,而周边国家的研究主要集中在盆地的西部,缺乏横跨整个莺歌海—宋红盆地的地震剖面和遍布全盆地的测井资料,因此对整个盆地的构造特征和深部地壳结构研究相对较为薄弱.本文利用CCOP-ICB 中越跨国合作项目提供的横跨整个盆地的地震剖面,结合1′×1′的卫星测高重力异常,研究莺歌海—宋红盆地的整体构造特征.

1 地层层序和岩石物性特征

莺歌海—宋红盆地为新生代盆地,发育有巨厚的新生代沉积层,据测井资料揭示,盆地内至上而下发育有第四系、新近系上新统、上中新统、中中新统、下中新统及古今系上渐新统、下渐新统.盆地基岩属前新生代,有钻井资料揭示,基底岩性较为复杂(表 1).

表 1 莺歌海-宋红盆地地层综合统计表 Table 1 Stratigraphy comprehensive statistical table of the Yinggehai-Song Hong Basin
表 1可知,莺歌海盆地主要有三个密度界面:

1)第四系底界面.据经验统计,该界面有0.229 g/cm3密度差.

2)新近系底界面.该界面大约有0.1 g/cm3的密度差.在新近系中还存在一个高密度层,使该区重力解释较为复杂.

3)古近系.该界面密度差约为0.2 g/cm3,是本区的一个主要密度界面.

2 重力场特征

本文使用的重力异常来自美国加利福尼亚大学斯克里普斯海洋协会的David T. S and well教授和美国国家海洋与大气局卫星测高实验室Walter H. F. Smith教授共同维护的全球卫星测高重力异常数据库,数据精度为1′×1′.利用改进的频率域Parker正演剥皮算法,校正卫星测高重力异常中海水的影响以获得莺歌海 —宋红盆地及临区的布格重力异常(图 2).莺歌海—宋红盆地的布格重力异常在-55~45mGal变化,异常走向为NW向,与该盆地NW向的构造走向吻合. 盆地西部斜坡处重力异常略高于盆地中心,整体走向与盆地走向一致,呈NW向,局部异常变化剧烈.盆地中心可分为中部低值区和东部高值区,中部低值区整体异常为负值,异常走向较为平稳,与盆地走向一致.盆地东部,海南西部斜坡区较为复杂,南部异常值较高,走向近南部向,它是莺歌海—宋红盆地与琼东南盆地的过渡带位于莺歌海—宋红盆地的东南部的琼东南盆地;中部较南北部略低,无明显异常走势;而北部异常值较高,与构造走向一致.在莺歌海—宋红盆地的东北部的北部湾盆地是研究区内重力异常最低的地方,异常走向明显,基本呈NE向,从整体的异常特征可以看出,本区整体可分为两个区,即北部低值区和南部高值区.从布格重力异常场可以看出,莺歌海—宋红盆地中心构造变化简单,而在东部斜坡构造变化相对较为复杂.

图 2 莺歌海-宋红盆地布格重力异常Fig. 2 Bouguer gravity anomaly map of the Yinggehai-Song hong Basin

3 主要构造单元和断裂带 3.1 主要构造单元

莺歌海-宋红盆地是一个狭长的地质结构,南北长约500 km,东西宽50~60 km.走向为NW-SE,盆地内断层极其发育,根据断层的运动,结合布格重力异常(图 2),可识别出11个构造单位:沉积中心、Thanh Nghe单斜层、Ha Long 陆架、白龙尾反转带、中新世反转带(包括临高隆起)、海南西部单斜(莺歌盆地东斜坡)、Ly Son地堑、Hue-Da Nang亚盆地、Da Nang 陆架、Da Nang地堑、Tri Ton 高地(中央隆起)(图 3).

图 3 莺歌海-宋红盆地构造单元Fig. 3 The structural elements in the Yinggehai-Song Hong Basin

1)莺歌海—宋红盆地沉积中心

莺歌海-宋红盆地沉积中心在盆地的最深处的沉积厚度超过14000 m,布格重力异常整体呈重力低,异常走向平缓,与构造单元走向一致(图 2),并且该区在局部重力异常图上没有明显的的异常变化,说明该区构造变化相对较为简单,东西两侧边界主要由Song Chay和Song Lo断层控制,其形成依赖于沿红河断裂带活动的走滑和拉张运动.在渐新世广泛沉积的基础上,莺歌海-宋红盆地大部分已经形成了现今的形态,仅局部由于持续沉降和断裂的再活化,后期加以改造.第三纪沉积速率从北到南逐渐增大.沉积中心泥底辟发育,主目标层与中新世-上新世-更新世时的底辟活动、海底扇和浊流有关.中国与此类型有关的气田发现有东方和乐东气田.

2)Thanh Nghe斜坡

Thanh Nghe斜坡位于莺歌海-宋红盆地的西北边缘,位于Song Chay断层以西,斜坡内布格重力异常比沉积中心高.由局部重力异常来看,该区内构造较为复杂,存在局部凹陷和凸起(背斜).在北部,基底岩性从元古代变质岩变为中生代碳酸盐岩、泥灰岩和碎屑岩.在南部,从古生代碳酸盐岩和碎屑岩(奥陶纪-志留纪晚期的碎屑岩,石炭纪-二叠纪的碳酸盐岩)到中生代的具花岗岩侵入的碎屑岩,大部分的Thanh Nghe陆架在渐新世时暴露出地面.下中新世沉积物直接覆盖在基底之上,早中中新世碳酸盐岩沿陆坡发育,有钻井为证.在该区已经确定有一些潜山和地层圈闭(超覆或尖灭).

3)Ha Long陆架

Ha Long陆架位于Song Lo断层东北部,夹持在北部湾盆地和Song Lo断裂之间,其重力异常较北部湾盆地略高,局部重力异常可明显的反映出该区的边界断裂.基底岩性是古生代碳酸盐岩,绢云母粉砂岩和石英砂岩,该区的大量钻井证实岩溶碳酸盐岩是优质储层(河内海槽陆上钻井B10-STB-1X的油气发现).大部分反转发生在中中新世末之前,这从中中新统地层上超至暴露的渐新统沉积物之上得以证实.但是由构造上的沉积物变薄和褶皱可以证实,隆升从晚中新世到上新世至更新世一直在持续进行.

图 4 局部布格重力异常平面图(a)剩余重力异常和(b)垂向二阶导数均能反映局部构造变化.Fig. 4 Local gravity anomaly map of Yinggehai-Song Hong Basin

4)白龙尾反转带

Bach Long Vi反转带从Ha Long陆架被NE-SW向巨大断裂隔开,止于Song Lo断层,向东延伸到北部湾盆地.

5)中新世反转带(包括临高隆起)

中新世构造反转带西部以Song Chay断层为界,东部以Vinh Ninh断层为界,从陆地一直延伸到海上.由局部重力异常来看,该反转带是一个局部隆起带,因此也称为临高隆起.本次反转的机制是中新世末红河断层系统发生的右旋运动,有大量的中新世反转圈闭,与这种类型相关的油气发现如Tien Hai C陆上气田和海上的Hong Long井.

6)海南西部斜坡(莺歌海盆地的东部斜坡)

海南西部斜坡沿着海南岛西海岸分布,向宋红-莺歌海盆地的沉积中心倾斜,斜坡内布格重力异常变化较为复杂,异常值由高变低又变高,异常走向由南北向变为北西向,局部重力异常也存在多处局部高异常和低异常,说明该区构造变化复杂.基底岩性或许与Thanh Nghe斜坡相似,主要由中新统-第四系碎屑岩组成,厚度近km.

7)Ly Son地堑

Ly Son地堑东是Tri Ton高地,南和东南是Hoang Sa(Paracel)高地,水深从500 m到1500 m,晚始新世-渐新世的碎屑岩剖面属同生断层沉积.在结构上,该地堑与Hoang Sa高地相似,倾向为NW-SE.在其东北部为NE-SW向的琼东南盆地,该地堑具有良好的湖相烃源岩.

8)Hue-Da Nang亚盆地

Hue-Danang亚盆地由陆上Song Ca和Rao Nay断裂系控制,区内东临沉积中心,东北为Danang陆架.由重力异常来看,盆地走向呈NW向,向NW延伸至陆地.在渐新世末,这些左旋断层形成了雁列状背斜,潜山碳酸岩和碎屑岩褶皱发育在抬升的基底之上,渐新世的反转构造是本区的主要目的层.

9)Da Nang陆架和地堑

由局部重力异常可看出由西向东存在低异常向高异常的过渡带,即为Da Nang陆架和地堑的边界.Da Nang陆架是沿海岸线的斜坡,Da Nang地堑位于莺歌海-宋红盆地南端,东面Tri Ton高地(中央隆起),西面是Da Nang陆架.Da Nang陆架和地堑区的布格重力异常均以高异常为主,且地堑区重力异常高于陆架区.由重震联合解释和钻井资料可知,Da Nang陆架区基底发育有古生代高密度变质岩.Da Nang地堑的第三系沉积物的最大厚度超过8 km,记录了中新统—上新统具有丰富的火山喷发岩,推测应该是该区高重力异常的原因,但需要利用磁力异常做进一步的论证.

10)Triton高地(中央隆起)

Triton高地为莺歌海-宋红盆地的东南边界,布格重力异常呈重力高,异常走向NW向,与高地构造走向一致.东部为琼东南盆地,主要是由礁建造组成的碳酸岩台地,长约500 km,高地向北倾斜并逐渐变窄,按照这一趋势,碳酸岩台地建造的时代由南到北分别为早中新世晚期、中中新世、上新世-第四纪.最老的礁碳酸岩可能属中新世早期,位于北部;最新的属上新世-第四纪,位于南部.值得注意的是Triton高地的东部在此同期(上新世-第四纪)发育了从海南岛方向倾向沉积中心的大陆架.在Triton高地有大量的天然气发现(115-A-1X、118-STB-1X、 118-CVX-1X、119-CH-1X井). 3.2 主要断裂带

根据断裂带的走向,将研究区断裂分为4个断裂带:NW-SE向断裂带,NE-SW向断裂带,经度方位断裂带和纬度方位断裂带(图 5).

图 5 莺歌海-宋红盆地主要断裂带系统Fig. 5 Map of major fault system map in Yinggehai Song Hong Basin
1)NW-SE向断裂带

由布格重力异常来看,莺歌海—宋红盆地整体呈NW向,因此,NW-SE向断裂带为主要控盆断裂,主要包括Song Chay、Song Lo、Vinh Ninh、Song Ma、Rao Nay、Song Ca等断裂,位于莺歌海-宋红盆地北部,断裂带的形成早于始新世—渐新世,此后在新生代又经历了多次活化.

根据断裂带的形成机制,NW-SE向断裂带可细分为正断层和逆断层两类:

盆地内大部分NW-SE向断裂均为正断层,包括Song Lo、Song Da、Song Chay和Song Ma、Song Ca、Rao Nay等断裂.Song Lo断裂(它向东南延伸的部分也称为1号断裂)位于盆地的东北部,由上延16 km的布格重力异常(图 6a)和一阶20 km的趋势化分析区域布格重力异常(图 6b)及地震剖面(图 7)均可以看出,该断裂深度较大,延伸至基底,是控制盆地的东北边界断裂,也是盆地生成发展过程中一条重要断裂,属于正断层,断面西倾,由布格重力异常来看,该断裂向东南方向延伸300 km左右后逐渐消失.盆地的西南边界是由Song Da断裂、Song Chay断裂和Song Ma断裂界定.由重力异常和地震剖面(图 8)来看,Song Chay断裂系限定了莺歌海-宋红盆地沉积中心的西侧,特征记录表明其向下断距为1800 ms TWT.Song Chay断裂起源于陆上SHFZ断裂带,向南延伸500 km,止于Danang高地,具有低角度正断层或滑脱层、铲状断层面和旋转断块的特征,具典型的拉张特征.Song Ma断裂带由走向北西,由一系列断面南西及北东倾的断裂组成,该断裂在布格重力异常45度一阶水平方向导数(图 9b)中有明显的反映.Song Ca、Rao Nay断裂带控制着Hue-Danang亚盆地北部的构造发育.在渐新世晚期,Song Ca和Rao Nay断裂带是左旋走滑断裂系,形成了地垒和雁列状地堑.

图 6 莺歌海—宋红盆地区域布格重力异常图(a)向上延拓16 km;(b)一阶20 km区域重力场.Fig. 6Regional Bouguer gravity anomaly map in Yinggehai-Song Hong Basin

图 7 Song Lo(1号)断裂地震剖面显示图Fig. 7 Transverse 2-D seismic sections of Song Lo Fault

图 8 Song Lo(1号)断裂地震剖面显示图Fig. 8 Transverse 2-D seismic sections of Song Chay Fault

图 9 布格重力异常一阶水平导数(a)0°方向导数;(b)45°方向导数;(c)90°方向导数;(d)135°方向导数.Fig. 9 First-order horizontal derivative of Bouguer gravity anomaly in Yinggehai-Song Hong Basin

逆断层主要是Vinh Ninh断层及其相关断层,位于中新世反转带的南部,是渐新世—中新世早期发育的平缓的低角度同生正断层再次活动形成的.它从陆上Hanoi海槽东南部延伸到莺歌海-宋红盆地时能量快速消失,进一步向东南进入莺歌海-宋红盆地,扭曲和挤压作用消失,因此逆断层仅限于Vinh Ninh断裂处.

2)NE-SW向断裂带

由布格重力异常45度一阶水平方向导数(图 9b)来看,研究区内NE-SW向断裂带较为发育,主要分布在东北部沉积中心的东部,对盆地的生成、演化不起控制作用.该断裂系形成于渐新世,消失于早中新世初期,这些断层中等长度,从几十km到几百m不等,少数断裂可延伸到盆地东北部的北部湾盆地,该组断裂是滨太平洋构造域北东向构造在盆地内的延伸.

3)经度方位断裂带

经度方向的正断裂系主要分布在莺歌海-宋红盆地南部,断层长度延绵数百千m,断裂位移从300 m到1000 m不等.该断裂系对莺歌海-宋红盆地构造带的形成起着重要的作用.

4)纬度方位断裂带

纬度方向断裂带主要由分散的正断层组成,断层长度小、断距小,对莺歌海-宋红盆地的形成和发育作用有限. 4 重点剖面深部地壳结构研究 4.1 剖面位置及地质背景

AA’剖面为中越联合地震剖面,其位置如图 3所示,其中实线为中国地震测线(图 7b),虚线为越南地震测线(图 10),长度约为230 km,横跨Da Nang陆架、盆地沉积中心和海南西部斜坡三个构造单元.剖面穿过6口井,其中包括三口越南井,分别是112-HO-1X、112-AV-1X和112-BT-1X和三口中国井,分别为LT19-1-1、LT15-1-1和LT9-1-1,其中越南 112-HO-1X、112-AV-1X和112-BT-1X三口井位于莺歌海—宋红盆地的西部边缘,均钻遇第四纪全新世和新近系上新统莺歌海组、上中新统黄流组、中中新统梅山组、下中新统三亚组,仅112-BT-1X井钻遇古近系在3667 m处钻遇古近系渐新统地层.三口井分别在1500 m、1744 m、3936 m处钻遇基底,推测112-HO-1X井钻遇基岩为古生界变质岩沉积,112-AV-1X和112-BT-1X井所钻遇的基岩为泥盆系白云岩和灰岩.中国三口井LT19-1-1、LT15-1-1和LT9-1-1位于1号断裂,盆地的东部边缘附近.LT19-1-1井钻遇了第四纪全新世和新近系上新统莺歌海组,而LT15-1-1和LT9-1-1两口井钻遇新近系上新统莺歌海组、中中新统梅山组和古近系上渐新统陵水组,表明在盆地东部的凸起处缺失新近系上中新统黄流组和下中新统三亚组.由于压力的作用,三口井均没有钻遇基底.

图 10 AA’地震剖面解释图Fig. 10 AA’seismic profiles interpretation

根据钻井资料揭示,地震剖面中可追踪三个地震层序,分别为SH2、SH3和SH4.SH2是上新世的顶,是一个连续的、中等振幅的反射层,在整个剖面易于追踪.SH3是上中新世的顶,是一个连续的、中等振幅的反射层.在深部中心底辟破裂带处反射层不连续而且较弱.SH4是中中新世的顶,为一个不整合面,在东部斜坡上缺失,是一个不连续的反射层.

4.2 基底和莫霍面反演

由于缺少莺歌海—宋红盆地深部地震剖面,不能揭示盆地基底和莫霍面的深度,因此,本文利用卫星测高重力异常计算出的布格重力异常反演基底深度和莫霍面深度. 4.2.1 基底反演

对由卫星测高重力异常计算得到的布格重力异常做趋势化分析获得的局部(剩余)重力异常场则反映除莫霍面以外的沉积层所产生的重力异常,因此利用剩余重力异常,选用沉积层平均密度与前新生代基底密度差作为反演密度,以研究区内钻遇基底的井反映的基底深度建立约束模型,采用基于频率域改进的Parker算法进行反演(王万银和潘作枢,1993),获得基底深度. 4.2.2 莫霍面反演

莫霍面反演主要有两个问题,1)莫霍面重力异常的求取;2)反演方法的确定.反演方法目前已经较为成熟,本文采用基于频率域改进的Parker算法进行反演.由于重力异常是地表以下所有密度变化的产物,包括各个密度界面引起的异常起伏以及浅部密度异常体引起的异常突变,因此莫霍面重力异常的提取是莫霍面反演中最为关键的问题.

本文首先利用盆地内地震测线和钻井资料获取第四系、上新统莺歌海组、黄流组及基底深度,采用基于改进的频率域Parker算法的密度界面正演算法,消除基底及以上密度界面对重力异常的影响.然后利用1阶20 km趋势化分析消除浅部地质体的影响,从而获得莫霍面的重力异常.由于莺歌海—宋红盆地巨厚的新生代沉积层使重力异常在盆地内被抵消,从而使反演得到的莫霍面深度在盆地内表现为一个高点,深度小于25 km,在盆地沉降中心莫霍面埋深最浅,约为21km,而在盆地周边莫霍面深度有所增加,约28 km左右.反演结果反映出了莺歌海—宋红盆地具有减薄型的地壳(龚再升等,1997).在5.5 Ma后上新世至第四纪的第二次扩张阶段自2.0 Ma至今的主裂陷期,沉积速率达到800~1000 m/Ma,构造沉降速率为500~800 m/Ma,这次拉张以构造热事件为特征,认为是因西藏高原的隆起所引起的地幔流活动造成的,且海南岛和印度支那半岛喷出大量的玄武岩,热流达到62.76~66.94 mW/m2,地温梯度达4.05~4.325 ℃/100 m,使盆地伴随有强烈的地壳变薄现象.

4.3 深部地壳结构重震联合反演

根据地震剖面解释的SH2、SH3和SH4三个地震层序的深度和断裂建立初始模型,约束浅部地壳的构造特征,而地壳的厚度则采用由重力密度界面反演得到的莫霍面深度作为约束.

由联合反演结果来看(图 11),AA’剖面横穿了盆地的主体,发育沉积层以新生代地层为主,至上而下主要发育有第四系、上新统莺歌海组、中中新统梅山组、下中新统三亚组和上渐新统陵水组.剖面东、西边缘处沉积层较浅,由测井资料揭示,东部仅发育上新统莺歌海组、中中新统梅山组和古近系上渐新统陵水组地层,缺失新近系上中新统黄流组和下中新统三亚组,基底埋深小于1500 m,由规模较大的1号断裂控制,进入盆地沉降中心.剖面西部未到达盆地边缘,主要由地堑和低隆起组成,基底埋深约为2000 m左右.在盆地中心,泥底辟构造发育,沉积层厚度较大,在盆地最深处基底埋深超过10000 m.

图 11 AA’剖面综合解释图Fig. 11 AA’profile integrated interpretation chart

由布格重力异常来看,在盆地西部和盆地中心有两处明显的重力高值,根据测井资料推断,盆地西部的重力高来自于古生代(Pz)高密度变质岩(图 12).而盆地中心的重力高异常走势与沉积层厚度成反比,即在沉积层最厚的位置重力异常值最高(杨克绳,2000; 郝天珧等,2009; 王万银等,2013).推断其原因,主要有两点:(1)幔隆的作用.巨厚的新生代沉积层对重力异常的抵消作用,使反演得到的莫霍面深度在盆地中心减小.(2)另外从剖面剩余重力异常和区域重力异常的对比也可以看出,如此高的重力变化,主要由基底引起,因此认为,与盆地西部相似,在1号断裂西侧发育有高密度变质岩块.

图 12 钻井分层图Fig. 12 Drilling stratification chart
5 结论与认识

通过对横跨莺歌海—宋红盆地的地震剖面和盆地及周边地区的卫星测高重力异常的综合反演研究,得出了以下结论与认识:

(1)Song Lo和Song Chay断裂系是两个主要的断裂系,它们控制了红河断裂带的东、西边界,是盆地演化过程中最重要的断层,它们是盆地形态发育的两个关键控制元素,根据断层的运动,结合布格重力异常(图 2),可识别出11个构造单位:沉积中心、Thanh Nghe单斜层、Ha Long 陆架、白龙尾反转带、中新世反转带(包括临高隆起)、海南西部单斜(莺歌盆地东斜坡)、Ly Son地堑、Hue - Da Nang亚盆地、Da Nang 陆架、Da Nang地堑、Tri Ton 高地(中央隆起).

(2)盆地的莫霍面深度约为21 km左右,与周边地区相比较浅.盆地的地壳变薄是由于上新世至第四系期间第二次扩张阶段的构造热事件所引起.

(3)贯穿盆地的地震剖面显示,在盆地边缘晚渐新世时(~30 Ma)半地堑停止发育,具有一个显著的破碎不整合面,与中国南海的初始扩张一致.但在盆地中心仍存在强烈的扩张,断层持续活动并控制着沉积作用直到中新世早期.

(4)由重震联合反演结果来看,盆地西部Da Nang陆架处发育有古生代变质岩块,而盆地东部斜坡处存在的明显的重力高值带主要来自于幔隆和高密度变质岩块的共同作用.

致 谢 CCOP-ICB中越跨国合作项目组为本文提供了宝贵的第一手资料,在此表示感谢.
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