珠江口盆地深水区晚中新世以来构造沉降的历史特征及其对BSR分布的影响
E-mail:billyu@cugb.edu.cn于兴河(1958-)，男，教授，博士，主要从事油气勘探开发研究。
1.中国地质大学能源学院，北京100083。
2.广州海洋地质调查局，广州510760。
对珠江口盆地深水区构造沉降史的定量模拟研究表明，晚中新世以来，该区构造沉降由北向南、由西向东逐渐加速。晚中新世至更新世，盆地深水区经历了由弱到强的构造沉降过程:晚中新世(11.6 ~ 5.3 Ma)，平均构造沉降速率为67 m/Ma，上新世(5.3 ~ 1.8~0 Ma)，平均构造沉降速率为68 m/Ma，甚至更多。造成这些变化的主要原因是发生在晚中新世至晚中新世的东沙运动和发生在早上新世至更新世的台湾省运动。东沙运动(10 ~ 5 Ma)造成盆地升降、隆升和剥蚀，运动强度和构造变形自东向西逐渐减弱，使盆地深水区持续稳定沉降。台湾省运动(3 Ma)完全改变了盆地深水区的构造格局。由于重力平衡的调整，盆地深水区继续下沉，越往南下沉越大。BSR开发区与沉降速率平面图叠加分析表明，BSR 80%以上的面积分布在构造沉降速率为75 ~ 125m/ma且沉降速率变化较快的地区。
关键词:朱ⅱ型抑郁症；深水区；定量模拟；构造沉降；BSR
晚中新世以来珠江口盆地深水区构造沉降特征及其对BSR分布的影响
于兴和1，梁金强2，方景南1，姜梁艳1，丛小荣1，王建忠1
1.中国地质大学能源学院，北京100083
2.广州海洋地质调查局，广州510760，中国
文摘:通过对珠江口盆地深水区构造沉降史的定量盆地模拟研究，发现晚中新世以来，研究区构造沉降总体上具有由北向南、由西向东加速的特征。晚中新世至更新世，盆地深水区经历了构造沉降效应由弱到强的变化过程:晚中新世(11.6~5.3 Ma)平均构造沉降速率为67m/Ma，上新世(5.3~1.8 Ma)平均构造沉降速率为68m/Ma，更新世(1.8 Ma)平均构造沉降速率为73m/Ma~0毫安)。此外，造成这些变化的主要原因是中中新世末至晚中新世末的东沙构造事件和上新世至早更新世的台湾构造事件:东沙构造事件(10~5 Ma)使断块隆升下沉，隆起区遭受侵蚀，自东向西运动强度和构造变形减弱，导致盆地深水区稳定沉降；台湾构造事件(3 Ma)彻底改变了盆地深水区的构造格局，深水区继续下沉，并因重力平衡而向南下沉。将BSR已开发地区与构造沉降速率平面图叠加，发现80%以上的BSR倾向于分布在平均构造沉降速率从75 m/Ma到125m/Ma变化迅速的地区。
关键词:朱ⅱ型抑郁症；深水区；定量盆地模拟；构造沉降；BSR
1区域地质背景
“深水(海)”一词通常是指位于大陆架斜坡向海一侧的深水环境(水深> > 200 m)，包括大陆坡、大陆隆起和深海平原。中新世中期以后，东沙隆起迅速沉降，进入无补偿沉积期，可以容纳空间的快速增长。
表1珠江口盆地地层划分，故△SL的近似值为0。
2.5构造沉降计算结果
本研究根据上述原则，利用研究区的地层、岩性、水深、海平面等资料，利用PRA盆地模拟软件，计算了珠江口盆地深水区172个虚拟点的构造沉降，定量恢复了研究区的构造沉降历史。分析了4个典型剖面和3套地层的平面沉降特征，讨论了珠江口盆地深水区的构造演化特征及其对BSR分布的影响。如恢复沈72构造沉降史后，得到该点不同时刻的总沉降速率和构造沉降速率(表4)。
表4虚井点沈72构造沉降计算结果
3模拟结果分析
3.1单井沉降历史特征
通过使用在二维地震勘探线上选择的虚拟点来计算和分析沉降历史。以顺德凹陷虚点神-72、荔湾凹陷虚点神-23、白云凹陷虚点神-152、南部隆起虚点神-117(图1)为例，定量模拟了盆地深水区的埋藏史和沉降史。这些点基本上位于各个构造单元的中心，可以用来分析各个凹陷或隆起的构造沉降演化特征。
珠江口盆地深水区西南缘沈72点不同时期的构造沉降速率差异较大，中新世晚期为104 m/Ma，上新世为43 m/Ma，更新世仅为23 m/Ma(图4A)。这说明顺德凹陷的构造运动随着时间的推移越来越弱。
盆地东南缘的沈23(图4B)与南缘的沈117(图4C)具有相似的特征:沈23晚中新世构造沉降速率为87 m/Ma，上新世为100 m/Ma，更新世为76m/Ma；；而沈-117晚中新世构造沉降速率为54 m/Ma，上新世为63 m/Ma，更新世为45 m/Ma。这种慢-快-慢的沉降速率表明荔湾凹陷和南部隆起在上新世都经历了一个沉降高峰，然后沉降变弱。
盆地深水区东北部的沈-152点与前三点不同，其构造沉降速率变化不大:中新世晚期为71 m/Ma，上新世为72 m/Ma，更新世为72m/Ma(图4D)。这说明白云凹陷自晚中新世以来一直处于稳定的沉降期，该区新近纪构造变化不是太大。
深水区各凹陷的沉降特征不同，有各自独特的埋藏史和沉降史，但一般都表现出持续稳定沉降的特征。
结合二维地震资料可以得出(表5)，各期四个虚点的沉积速率小于沉积速率，说明盆地深水区具有欠补偿的沉积补给功能，沉积速率相对较高。快速沉降和补偿不足导致了盆地深水区的形成。
图4研究区虚拟点的埋藏史和沉降史曲线。
表5晚中新世以来珠江口盆地深水区典型单点沉降速率和沉积速率m/Ma
3.2结构单元沉降率对比
通过分析晚中新世以来珠江口盆地深水区各凹陷的沉降速率值(表6)，不难发现各构造单元的沉降速率存在明显差异。晚中新世最大沉降速率出现在白云凹陷，构造沉降速率为65438±0.20m/Ma，总沉降速率为208m/Ma；。上新统最大沉降速率发生在荔湾凹陷，构造沉降速率为152 m/Ma，总沉降速率为200m/Ma；。更新世最大沉降速率仍在荔湾凹陷，构造沉降速率为122 m/Ma，总沉降速率为167 m/Ma。这显示了盆地沉降中心的平面迁移规律:中新世晚期，沉降中心位于盆地北部的白云凹陷；上新世-更新世沉降中心移至东部的荔湾凹陷。
表6珠江口盆地深水区晚中新世以来各构造单元的沉降速率
3.3盆地沉降历史特征
盆地模拟结果显示(图5):晚中新世以来的盆地沉降过程中，T3-T2沉降期即晚中新世构造沉降最弱，平均构造沉降速率为67 m/Ma。这与中中新世末至晚中新世末的东沙运动(10 ~ 5 Ma)相一致。东沙运动造成盆地的升降，升降过程中的抬升和剥蚀，并伴有挤压褶皱断裂和频繁的演化活动，发育了构造活动强烈的NWW向断裂。因此，在中新世晚期，盆地的各个构造单元都发生了不同程度的沉降。
中中新世晚期至全新世，盆地经历了构造沉降幅度由小变大、构造沉降量由大变小、构造沉降速率由小变大的变化过程，呈梯度变化趋势，显示了伸展盆地的动力学背景。中中新世末盆地抬升剥蚀后，晚中新世盆地进入断块隆升阶段，沉降幅度和速率开始增大，可容空间增大。上新世的平均构造沉降速率为68 m/Ma，与晚中新世相比并不明显。到更新世，平均构造沉降速率为765，438+0 m/ma，盆地构造活动增强。
3.4配置文件的结算历史
选取了位于盆地深水区不同位置的4个典型剖面进行构造沉降计算，分析了纵向和横向上的构造演化特征。总的来说，构造沉降速率从陆地到海洋有增大的趋势，从西向东逐渐变快，这与盆地深水区的平面沉降特征是一致的。
A段位于研究区西南部，自西北向东南穿过开平凹陷、深沪隆起、顺德凹陷和南部隆起。中新世晚期，从开平凹陷到深沪隆起，构造沉降速率减小，直至顺德凹陷下降到42 m/Ma，之后又增大，直至南部隆起达到100 m/Ma以上。上新世，构造沉降速率在开平凹陷-深沪隆起-顺德凹陷首先从50 m/Ma左右上升到73 m/Ma，然后在顺德凹陷经历了一个微弱的下降过程，最后在顺德凹陷与南部隆起交界处下降到60 m/Ma，然后开始急剧上升，直至90 m/Ma以上。更新世构造沉降特征与上新世相似，具有良好的继承性。从45 m/Ma上升到76 m/Ma后，在顺德凹陷与南部隆起交汇处下降到72 m/Ma，然后构造沉降速率迅速上升，达到105m/Ma以上(图6)。
B段位于研究区中部东部，自北向南经过番禺低凸起、白云凹陷、白云低凸起、荔湾凹陷和南部凸起。三个时期的变化规律趋于一致:在番禺低凸起-白云凹陷，晚中新世、上新世和更新世的构造沉降速率分别从约60 m/Ma、32 m/Ma和39 m/M a增加到约80 m/Ma、78 m/Ma和79 m/Ma，在白云凹陷-白云低凸起-荔湾凹陷，构造沉降速率不同。
C段位于研究区东南部的东沙隆起。东沙隆起的构造沉降速率在三个时期由陆地向海洋缓慢增加，晚中新世、上新世和更新世的构造沉降速率分别由100m/ma、165、438+05 m/ma和120m/ma增加到135m/ma和65438。
图5珠江口深水区不同时间的沉降幅度(a)、沉降量(b)和沉降速率(c)直方图。
D段从西南向东北穿越整个研究区，穿越神狐凸起、顺德凹陷、南部凸起、白云凹陷、白云低凸起和东沙凸起。中新世晚期，神狐凸起的构造沉降缓慢下降，在顺德凹陷下降到40 m/Ma，然后迅速上升到55 m/Ma左右，之后趋于稳定。在南部隆起缓慢下降至45 m/Ma后，从南部隆起与白云凹陷交汇处开始快速上升，在东沙隆起达到最高值93 m/Ma后开始下降，与东沙运动有关，东沙运动使东沙隆起抬升剥蚀，具有以下特征。D剖面上新世和更新世构造沉降速率的变化趋势与晚中新世相似，但不同的是神狐凸起-顺德凹陷的构造沉降速率从西北向东南分别经历了从约43 m/Ma和38 m/Ma到约72 m/Ma和80 m/Ma的快速上升，然后迅速下降到约54 m/Ma和60 m/Ma。然后符合晚中新世构造沉降的特征:经过一个相对稳定的沉降期后，在南部隆起区分别缓慢下降到43 m/Ma和42 m/Ma，然后迅速上升到100m/Ma、95 m/Ma后又下降到56 m/Ma和85 m/Ma(图9)。
不同时期构造沉降速率对比剖面图。
图7b B剖面不同时期构造沉降速率对比剖面图。
图8 C剖面不同时期构造沉降速率对比剖面图。
图9D剖面不同时期构造沉降速率对比剖面图
3.5平面沉降历史分析及其与BSR的关系
天然气水合物在地震剖面上通常有很强的反射波，反射波大致平行于海底，因此被称为BSR。它是水合物沉积物的高阻抗与下伏沉积物的低阻抗相互作用形成的强地震反射，是天然气水合物富集沉积的主要地球物理标志。目前认为BSR已成为判断海洋中天然气水合物存在并寻找其分布的重要证据[31]。
图10晚中新世(a)、上新世(b)、更新世(c)及晚中新世以来珠江口盆地深水区构造沉降速率与BSR叠加图(d)。
总体来看，珠江口盆地深水区构造沉降速率呈现由东向西、由南向北逐渐减弱的趋势(图10)。中新世晚期，BSR分布于深海区(一般水深大于2 000 m)，构造沉降速率主要为75 ~ 115 m/ma(图10(a)，表7)。上新世，BSR分布在构造沉降速率曲线密集区和盆地边界，对应的构造沉降速率为45 ~ 135 m/ma(图10(b)，表7)。在更新世，BSR并不存在(图10(c)，表7)。总之，发现80%以上的BSR分布倾向于构造沉降速率主要为75 ~ 125m/ma且沉降速率变化较快的地区(图10(d))。
珠江口盆地深水区构造沉降与BSR的关系
4讨论
晚中新世以后，盆地进入新构造运动和热沉降坳陷阶段，东菲律宾板块向NNW方向俯冲推覆，造成晚中新世上新世早期的东沙运动。东沙运动是导致盆地内断块断裂、抬升剥蚀、挤压褶皱断裂和岩浆活动的根本原因和动力源。在盆地沉降过程中，产生了一系列以NWW张性和扭性为主的断层。自东向西，东沙运动的强度和构造变形逐渐减弱，造成珠江口盆地东部的地块起伏和断层的晚期活动。上新世-早更新世(3 Ma)台湾省运动期间，由于重力平衡的调整，珠江口盆地深水区继续下沉，越往南沉降越大。
在各个地质时期，盆地的构造沉降量占总沉降量的1/2以上，说明构造沉降始终控制着盆地总沉降量的变化，从而控制着盆地可容空间的变化，进而控制着盆地的沉积充填，最终影响着盆地烃源岩的形成和储层的分布。
5结论
沉降率等值线越密，越容易发展BSR。这是因为等值线一般集中在盆地边界或坳陷与隆起的交汇处。这些地方沉降速率变化快，断层、褶皱发育，可能形成断裂带、泥底辟、快速堆积体、滑塌体、增生楔等特殊的构造环境和构造。高沉降速率区可提供较大的可容空间，有利于沉积物的快速堆积和BSR的形成。更新世不存在BSR的原因是构造运动停止后，盆地构造活动减弱，构造沉降速率变化不大，可容空间小，沉积速率小，有机碎屑不能很快埋藏，容易直接在海底氧化分解。
1)盆地深水区各坳陷的沉降特征不同，有各自独特的埋藏史和沉降史，但总体上表现出持续稳定的沉降特征。
2)盆地深水区具有欠补偿沉积物补给功能，沉降速率相对较高。这表明快速沉降和补偿不足导致了盆地深水区的形成。
3)晚中新世，沉降中心位于盆地北部的白云凹陷；上新世-更新世沉降中心移至东部的荔湾凹陷。
4)中新世中期至晚中新世末期(10 ~ 5 Ma)的东沙运动造成盆地深水区的断块断裂、隆升和剥蚀，构造活动强烈，使盆地深水区在晚中新世持续沉降。上新世-早更新世(3 Ma)的台湾省运动完全改变了盆地深水区的构造格局，盆地深水区继续下沉，向南越沉越深。
5)构造沉降控制了盆地总沉降量的变化，从而控制了盆地可容空间的变化，从而控制了盆地的沉积充填，最终影响了烃源岩的形成和盆地内储层的分布。
6)沉积速率高的区域可以提供较大的可容空间，有利于沉积物的快速堆积和BSR的形成。
鸣谢:广州市地质调查局沙智斌和南池子为本次研究提供了相关信息和帮助，在此表示感谢！
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