（固体地球物理学专业论文）南海北部新生界地震地层分析及碳酸盐含量反演.pdf

摘要 摘要 南海是西太平洋地区最大的边缘海，其地理及构造位置特殊，是海洋地学 研究的重要热点地区之一。1 9 9 9 年大洋钻探1 8 4 航次在南海成功进行，首次在 南海海域采集到了系统而连续的深海岩心和测井资料，为该区古海洋、古环境、 古气候变化等科学问题的研究提供了不可多得的资料。根据地震资料，将南海 以钻、测井资料为主的古海洋与古环境研究推广到空间定性和定量预测，对于 海洋地质研究具有重要的理论与实际意义。 本论文利用高分辨率反射地震资料和o d p l 8 4 航次获得的岩心及测井资料， 开展新生代地震层序地层学研究，并反演和预测地层碳酸盐含量。在对横穿南 海北部大陆边缘陆架和陆坡的高分辨率地震资料进行精细层位追踪和解释基础 上，根据上超、下超、削蚀、顶超等地震反射终止标志，在晚渐新世以来的地 层中识别出了3 4 个层序界面，划分出了3 4 个层序和8 个超层序组合，从而初 步建立了南海北部陆架和陆坡区较统一的、分辨率较高的地震层序框架。 在地震层序分析基础上，在南海北部大陆边缘晚渐新世以来的地层中识别 出5 大类，共1 3 个小类的地震相单元。这五大类地震相单元依次为：平行反射 相、发散反射相、前积结构相、丘状反射相和充填结构相。其中前积相根据反 射特征可以进一步划分为s 形前积相、斜交前积相、复合前积相等3 个亚类； 丘状反射相则综合反射特征及成因进一步细分为丘状滑塌、底辟、碳酸盐岩隆、 迁移波状相；充填相根据内部充填特征分为四个亚类：杂乱充填相、上超充填 相、丘形上超充填相、前积充填相。对各种地震相的反射特征、分布及地质意 义进行了探讨。 提出了根据地震资料反演地层碳酸盐含量的新方法。在地震层序分析基础 上，对o d p i l 4 6 和1 1 4 8 钻孔岩石物性与碳酸盐含量之间的关系进行了分析，通 过属性优选，选取波阻抗、主频、道积分绝对振幅、振幅加权的余弦相位等与 碳酸盐含量关系密切的地震属性，采用人工神经网络方法反演碳酸盐含量。反 演结果与o d p l 8 4 航次钻孔岩心分析结果具有可比性，证明了方法的合理性。 预测结果较客观地反映了晚渐新世以来不同演化阶段的沉积特点。 综合地震层序分析、地震相分析和地层碳酸盐含量反演结果，对渐新世 以来的南海北部大陆边缘沉积环境及其演化过程进行了初步分析和探讨。结 摘要 果表明，古珠江水系的发育始于晚渐新世。从晚渐新世以来，一直到中中新 世，研究区整体为水体上升的海进环境，但在中中新世，发生了多期的局部 海平面升降变化，主要反映了气候变化。在晚中新世早期，由构造运动和全 球海平面变化的共同影响，在南海北部陆缘发生了明显的海退，陆架推进到 目前的上陆坡位置。在晚中新世中期，发生大规模海侵，直至晚中新世末期 一早上新世初期，由于菲律宾板块吕宋岛孤与华南板块碰撞带在中新世上 新世的碰撞，引发了两次区域构造运动，现今陆架抬升遭受剥蚀。在上新世， 现今构造格局基本形成，上新世一更新世在陆架发育了多期的现代三角洲沉 积，反映了海平面相对静止期一海退一海进的变化：在上新世末期，高频、 高能、高连续性的地震反射特征，可能反映了北极冰盖形成，全球变冷的沉 积环境变化。 关键词：地震层序；地震相；碳酸盐含量反演；古环境研究；新生代；南海 a b s t r a c t a b s t r a c t s o u t hc h i n as e ai st h el a r g e s tm a r g i n a ls e ai nt h ew e s t e r np a c i f i co c e a n i ti s o n eo ft h ei m p o r t a n ts i t e sf o rm a r i n eg e o l o g i cr e s e a r c hb e c a u s eo fi t s s p e c i a l g e o g r a p h i ca n ds t r u c t u r a ll o c a t i o n s i n19 9 9 ，o d pl e g18 4w a ss u c c e s s f u l l yc a r r i e d o u ti ns o u t h c h i n as e a ，c o n t i n u o u sa n ds y s t e m a t i cd e e ps e ac o r es a m p l e sa n dl o g g i n g d a t aw e r ea c q u i r e df o rt h ef i r s tt i m ei ns o u t hc h i n as e a ，w h i c hp r o v i d e dv a l u a b l e m a t e r i a l sf o rt h es t u d yo nt h ev a r i a t i o n so fp a l e o c e a n o g r a p h y , p a l e o e n v i r o n m e n t , a n d p a l e o c l i m a t ei n t h i sa r e a i th a si m p o r t a n tt h e o r e t i ca n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o r o c e a ng e o l o g i cr e s e a r c ht oe x t e n dt h er e s e a r c hr e l a t e dt o p a l e o c e a n o g r a p h y , p a l e o e n v i r o n m e n tp r i m a r i l yb a s e do nc o r es a m p l e sa n dl o g g i n gd a t at os p a t i a l l y q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ep r e d i c t i o nm e t h o db a s e do nt h es e i s m i cd a t a t h ep a p e rp e r f o r m e dad e t a i l e ds e i s m i cs e q u e n c es t r a t i g r a p h i cs t u d yo n c e n o z o i cs t r a t ab yu s i n gh i g h - r e s o l u t i o ns e i s m i cd a t a ，c o n s t r a i n e db yc o r es a m p l e s a n dl o gd a t aa c q u i r e db yl e 9 18 4 i na d d i t i o n ，i n v e r t e da n dp r e d i c t e dt h ec a r b o n a t e c o n t e n t so ft h es t r a t a a b o u t3 5s e i s m i cs e q u e n c eb o u n d a r i e sa r er e c o g n i z e db ya n a l y z i n gs e i s m i c t e r m i n a t i o n s ( i n c l u d i n go n l a p ，d o w n l a p ，t o p l a p ，a n dm m c t i o n ) 0 1 1t h eb a s i so ff i n e h o r i z o nt r a c k i n g a sar e s u l t 3 4s e i s m i cs e q u e n c e sa r ec l a s s i f i e d , w h i c hc a nb e g r o u p e di n t o 8s u p e r s e q u e n c e s a n dt h eu n i f i e ds e i s m i cs e q u e n c es t r a t i g r a p h i c f r a m e w o r kw i t hr e l a t i v e l yh i g hr e s o l u t i o nw a sp r e l i m i n a r i l ye s t a b l i s h e df r o ms h e l ft o f o r e s l o p ei nt h ec o n t i n e n t a lm a r g i no ft h en o r t h e r ns o u t hc h i n as e as i n c eo l i g o c e n e o nt h eb a s i so fs e i s m i cs e q u e n c ea n a l y s i s ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fs e i s m i cf a c i e sw e r e a n a l y z e d , a n dat o t a lo f13s e i s m i cf a c i e su n i t sw e r er e c o g n i z e d , w h i c hc a n b ed i v i d e d i n t o5c l a s s e s t h ef i v ef a c i e sc a t e g o r i e sa r ep a r a l l e l ，d i v e r g e n t ，p r o g r a d a t i o n a l r e f l e c t i o nc o n f i g u r a t i o n ，m o u n df a c i e sa n df i l lf a c i e sr e s p e c t i v e l y t h ep r o g r a d a t i o n a l c o n f i g u r a t i o nf a c i e s w a sc l a s s i f i e di n t os u c ht h r e es u b - f a c i e sa s s i g m o i d p r o g r a d a t i o n a lc o n f i g u r a t i o n , o b l i q u e ，c o m p l e xs i g m o i d - o b l i q u ep r o g r a d a t i o n a l c o n f i g u r a t i o n ；t h em o u n dr e f l e c t i o n f a c i e sw a sd i v i d e di n t o4s u b f a c i e s ，a s a b s 仃a e t d o m e s h a p e ds l u m p ，d i a p e r , c a r b o n a t eb u i l d u pa n dm i g r a t i n gw a v eb yi n t e g r a t i n g r e f l e c t i o np r o p e r t i e sa n dg e n e s i s ；a c c o r d i n gt ot h ei n t e r i o rf i nf e a t u r e s ，f i l ls t r u c t u r e f a c i e sw a sc l a s s i f i e di n t of o u rs u b f a c i e s ，i n c l u d i n gc h a o t i cf i l l ，o n l a pf i l l ，m o u n d e d o n l a pf i l l ，a n dp r o g r a d e df i l l t h e n , t h er e f l e c t i o np r o p e r t i e s ，d i s t r i b u t i o na n dg e o l o g i c m e a n i n g so f e a c hc a t e g o r yo fs e i s m i cf a c i e sw e r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e d i nt h i st h e s i s ，i n v e r s i o no fs t r a t a lc a r b o n a t ec o n t e n t si s a t t e m p t e db yu s i n g s e i s m i cd a t a b a s e d u p o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nc a r b o n a t ec o n t e n ta n d p e t r o p h y s i c a lp r o p e r t i e sa tt h es i t e so fo d p i1 4 6a n d11 4 8w e r ea n a l y z e db a s e do n s e i s m i cs e q u e n c e a n a l y s i s s u c h a t t r i b u t e sa sa c o u s t i c i m p e d a n c e ，d o m i n a n t f r e q u e n c y ，t r a c ei n t e g r a la b s o l u t ea m p l i t u d e ，c o s i n ep h a s eo fa m p l i t u d ew e i g h t i n g w h i c ha r ec l o s e l yr e l a t e dt ot h ec a r b o n a t ec o n t e n t sw e r ec h o s e nt oi n v e r tc a r b o n a t e c o n t e n t sw i t hn e u r a ln e t w o r km e t h o d t h ei n v e r s i o nr e s u l t sa r er e l a t i v e l yr e l i a b l e ，a n d a r ec o n s i s t e n tw i t ht h ec o r ea n a l y s i sr e s u l t sa tt h es i t e s114 6a n d114 8 ，w h i c h i n d i c a t e st h i sm e t h o di sr e a s o n a b l e t h el a t e r a l p r e d i c t i o nr e s u l t sr e v e a lt h e s e d i m e n t a r yf e a t u r e sa td i f f e r e n te v o l u t i o ns t a g e sa f t e rl a t eo l i g o c e n eo b j e c t i v e l y e v o l u t i o no fs e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t ss i n c et h eo l i g o c e n ei nt h en o r t h e r n s o u t hc h i n as e aw a sa n a l y z e db yi n t e g r a t i n gs e i s m i cs e q u e n c ea n a l y s i s ，s e i s m i c f a c i e sa n a l y s i sa n di n v e r s i o nr e s u l t so fs t r a t ac a r b o n a t ec o n t e n t s t h ea n a l y s i sr e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ew a t e rs y s t e mo fa n c i e n tp e a r lr i v e rw a sd e v e l o p e da tl a t eo l i g o c e n e t h es t u d ya r e aw a si nt h et r a n s g r e s s i o ne n v i r o n m e n tf r o ml a t eo l i g o c e n et om i d d l e m i o c e n e ，h o w e v e r , a tm i d d l em i o c e n e ，t h e r ea r es e v e r a ll o c a lr i s ea n dd e s c e n d i n g v a r i a t i o n so ft h es e al e v e l ，w h i c hm a i n l yr e f l e c t st h ec l i m a t ec h a n g e s i nt h ee a r l yo f l a t em i o c e n e ，d u et ot h ei n f l u e n c eo fs t r u c t u r a lm o v e m e n ta n d g l o b a ls e al e v e lc h a n g e ， o b v i o u sr e g r e s s i o no c c u r r e di nt h ec o n t i n e n t a lm a r g i no ft h en o r t h e r ns o u t hc h i n a s e a , t h ec o n t i n e n t a ls h e l fe x t e n d e dt h ec u r r e n tl o c a t i o no ft h ef o r e s l o p e t h el a r g e s c a l et r a n s g r e s s i o no c c u r r e df r o mt h em i d d l eo fl a t em i o c e n et ot h ee n do fl a t e m i o c e n ea n dt h ee a r l yo fp l i o c e n e ，a tm i o c e n ea n dp l i o c e n e ，t h ec o l l i s i o nb e t w e e n l u z o ni s l a n di np h i l i p p i n ep l a t ea n ds o u t hc h i n ap l a t er e s u l t e di nt w or e g i o n a l s t r u c t u r a lm o v e m e n t s ，t h ec u r r e n tc o n t i n e n t a ls h e l fw a sr i s e na n dd e n u d a t e d t h e c u r r e n ts t r u c t u r ep a t t e r nw a sb a s i c a l l yf o r m e da tp l i o c e n e ，m o d e r nd e l t ad e p o s i t so f m u l t i p l ec y c l e sw e 托d e v e l o p e di nt h ec o n t i n e n t a ls h e l fa tp l i o c e n e - p l e i s t o c e n e ， i v a b s t r a c t w h i c hr e f l e c t st h ev a r i a t i o n sf r o mr e l a t i v e l yq u i e ts e al e v e lt or e g r e s s i o nt h e nt o t r a n s g r e s s i o n ；a tt h ee n do fp l i o c e n e ，t h es e i s m i cr e f l e c t i o nf e a t u r e so fh i g hf r e q u e n c y , h i g he n e r g ya n dg o o dc o n t i n u i t yp r o b a b l yr e f l e c tt h es e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t v a r i a t i o n so ft h ef o r m i n go fa r c t i cp o l ei c e c a pa n d g l o b a lc h a n g i n gc o l d k e yw o r d s ：s e i s m i cs e q u e n c e ，s e i s m i cf a c i e s ，s e i s m i ci n v e r s i o no fs t r a t a l c a r b o n a t ec o n t e n t ，p a l e o e n v i r o n m e n t s e a r c h , c e n o z o i c ， s o u t h c h i n as e a v 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：丝妙 衫年i 月2 口日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名：熊犯 2 岬年，月2 0 日 第1 章绪论 1 1 选题依据及研究意义 第1 章绪论 南海位于欧亚大陆、太平洋和印度洋三大板块的交接处，属大洋型地壳构 造域与大陆型地壳构造域之间的过渡型地壳构造域。在这里，构造运动复杂， 大规模的水平运动伴随着大规模的垂直运动，强烈的陆缘扩张伴随着强烈的陆 缘挤压；陆壳在北缘离散解体，又在南缘拼贴增生；洋壳在中央海盆新生，又 在其东邻的马尼拉海沟消减；陆缘地堑系在陆缘扩张过程中形成，岛弧一海沟 断褶系在挤压过程中发育。在这里，几乎一切类型的构造运动、沉积作用、岩 浆活动、变质作用和成矿作用都有其一定的发生、发展和演化过程。因此，研 究南海及围区复杂的构造运动和丰富多彩的地质现象，对深入研究大陆板块与 大洋板块的相互作用，进行大陆地质与海洋地质的对比，探索大洋型地壳和大 陆型地壳的形成演化过程及成矿规律，了解岩石圈的结构组成，进一步深入研 究东亚大陆边缘和全球构造，均具有十分重要的理论和实际意义( 中国科学院 南海海洋研究所海洋地质构造研究室，1 9 8 8 ) 。 作为西太平洋地区最大的边缘海，南海的地质演化对气候变化具有重要影 响，它的形成及其对冰期旋回的响应肯定在气候系统中具有关键的作用。由于 边缘海与开放的大洋之间往往是通过狭窄的和( 或) 浅的海道相连接，因此， 其对于构造活动和海平面波动都具有极高的灵敏性。南海北部陆架第四系厚度 局部可达2 0 0 0 m ，陆坡下部的沉积速率较太平洋相应深度高出5 倍，这种放大了 的沉积剖面和放大了的环境反应，为高分辨率地层学和古海洋研究提供了有利 条件( 业治铮和汪品先，1 9 9 2 ) 。一 深海大洋的研究，对于地球环境的变化认识具有重要意义( 汪品先，2 0 0 5 ) ， 1 9 9 9 年，以汪品先院士为首席科学家的o d p l 8 4 航次在南海成功进行，拉开了南 海深海研究的序幕。该航次是在南海及我国海域内实施的第一个大洋钻探航次， 也是第一次由中国科学家建议并担任首席科学家的航次。o d p l 8 4 航次首次在南 海海域采集到了系统而连续的深海岩芯和测井资料，其中最长的记录取自东沙 附近的o d p i l 4 8 站，在水深3 3 0 0 m 的陆坡最下部钻进8 5 0 m ，取得了3 2 m a 以来的 第1 章绪论 沉积记录，这是西太平洋海域最为连续、分辨率最高的长期深海记录，也是世 界大洋迄今为止唯一不经拼接的晚新生代同位素连续剖面( w a n ge ta 1 2 0 0 1 ； 汪品先等，2 0 0 3 ) 。0 d p l 8 4 航次为南海古海洋、古环境、古气候变化等科学问题 的研究提供了不可多得的资料。近年来，围绕0 d p l 8 4 航次采集的岩芯、测井资 料，在古生物地层学、同位素地层学，磁性年代学以及地球化学等方面，国内 学者开展了大量的研究( 汪品先等，2 0 0 3 ；l ie ta 1 ，2 0 0 4 ；s ue ta 1 ，2 0 0 4 ；苏新 等，2 0 0 5 ；邵磊等，2 0 0 4 ，2 0 0 7 ；李前裕等，2 0 0 6 ；田军等，2 0 0 5 ；万世明等， 2 0 0 7 ) ，对南海在3 2 m a 以来的构造、沉积演化，古环境、古气候演变有了很多 重要的认识。碳酸盐含量作为深水沉积物最重要的参数之一，是海洋古环境、 古气候变化研究的重要信息来源。来自周围大陆的陆源碎屑与海洋自生碳酸盐 沉积的相对含量是气候变化与陆海相互作用变化的历史记录( t r e n t e s a u xe ta 1 ， 2 0 0 1 ；陈晓良等，2 0 0 2 ；黄维等，2 0 0 3 ；李学杰等，2 0 0 3 ) ，因此，对深海地层 碳酸盐含量的研究一直是古海洋学的重要课题( 金性春等，1 9 9 5 ) ，目前地层碳 酸盐含量数据的获取主要依靠钻井岩样的测定。 尽管大洋钻探获得的钻井和测井资料，纵向上有很高的分辨率，可以提供 直观或高级别的地层信息，但终究其只是“一孔之见 ，在横向上的探测范围 非常有限。区域上的研究一般仅能依靠几个井位进行分析，而南海沉积、构造 活动复杂，地层特征的横向变化大。地震资料虽然在纵向上的分辨率远低于钻 井和测井资料，但在横向上可以连续采集，是研究地质问题横向变化的重要依 据。 南海北部大陆边缘的地震勘探始于上世纪五、六十年代。经过多年的调查， 对基底构造、盆地结构和构造演化进行了大量的研究( 参见姚伯初等，2 0 0 4 ；林 长松等，2 0 0 7 的评述) 。根据石油公司采集的地震资料，科研人员在南海北部陆 缘开展了大量的层序地层和沉积演化研究，但这些工作主要分散于各个沉积盆 地内部的局部区域( 参见z h o n ga n dl i ，2 0 0 9 的评述) ，并且这些研究成果大多 着眼于讨论沉积盆地内的油气藏的形成和分布。近年来，有学者在南海北部陆 缘通过地震层序分析方法，开展古气候、古环境变化方面的研究( 如l u d m a n ne t a 1 ，2 0 0 1 ：c l i f te ta 1 ，2 0 0 2 ；黎明碧等，2 0 0 5 ) 。 本论文以0 d p l 8 4 航次在南海北部采集的深海钻井取芯和测井资料为约束， 利用广州海洋地质调查局采集的过0 d p i l 4 6 和1 1 4 8 钻孔的高分辨率反射地震资 料，开展新生代地震层序地层学研究，建立南海北部大陆边缘跨越陆架和陆坡 2 第1 章绪论 的高分辨地震层序格架，并进行地震相及根据地震资料反演地层碳酸盐含量的 研究。本论文尝试将南海海区以钻、测井资料为主的古海洋、古环境、古气候 的科学研究成果转化为空间分布的定量预测，对于井一震结合开展海洋地质研 究，具有一定的参考意义。 本课题来源于国家自然科学基金课题：“南海深海测井记录中的气候周期和 事件 ( 批准号：4 0 4 7 6 0 3 0 ) ；国家重点基础研究课题：“地球圈层相互作用中的 深海过程和深海记录( 项目编号：g 2 0 0 0 0 7 8 5 0 1 ) 。 1 2 研究思路及研究方法 本课题的研究思路是以地震层序地层学原理为指导，利用该区的高分辨率 地震资料，以及o d p l 8 4 航次在南海采集的深海地球物理测井资料，通过地震、 测井联合，对南海北部陆缘新生代地层进行地震层序分析，建立起高分辨率的 地震层序格架，并对地震层序开展地震相分析；在高分辨率地震层序格架和钻、 测井资料约束下，通过地震反演技术，预测井间地层的碳酸盐含量变化。通过 对地震层序、地震相和地层中碳酸盐含量的分布的分析，进一步认识南海北部 陆缘自渐新世晚期以来的沉积古环境、古气候演变。 具体的研究思路和技术流程见图1 2 1 。 1 3 本文的工作及进展 围绕论文的研究目标地震层序地层学分析和碳酸盐含量反演，主要开 展了以下几个方面的研究工作： 1 以广州海洋地质调查局采集的横跨南海北部陆架、陆坡和海盆区长约3 0 0 多公里的高分辨率地震资料为基础，对南海北部大陆边缘渐新世以来的地震层 序进行了解释； 2 利用o d p l 8 4 航次11 4 6 、11 4 8 站位的测井资料制作合成记录，并据此将 该两个钻孔的地质分层和岩芯精确定年数据与地震剖面进行连接，对各地震层 序界面的年代进行标定； 3 第l 章绪论 图1 2 1 研究思路及技术路线图 3 在地震层序分析基础上，结合区域地质背景，对主要地震相类型、特征 及地质意义进行了分析； 4 在地震层序分析基础上，以o d p i l 4 6 和1 1 4 8 孔岩芯和测井资料为约束， 通过分析地层速度、密度与碳酸盐含量之间的关系，采用地震属性分析与神经 网络方法，利用高分辨率地震资料预测碳酸盐含量的空间分布，提出了相应的 方法，并应用于实际地震资料。 通过研究，本文取得了以下主要进展和认识： 1 利用高分辨率地震资料，对南海北部陆缘新生代地层层序进行了划分， 在陆架和陆坡区地震层序精细解释和对比基础上，识别出3 4 个地震层序和8 个 超层序，从而建立起了南海北部陆缘晚渐新世以来较为统一的高分辨率地震层 4 第1 章绪论 序框架。 2 在地震层序分析基础上，在南海北部大陆边缘晚渐新世以来的地层中识 别出5 大类共1 3 d , 类地震相单元，分别是：平行反射相，发散反射相，前积结构 相( s 形前积相、斜交前积相、复合前积相) ，丘状反射相( 按反射特征和成因划 分：丘状滑塌、底辟、碳酸盐岩隆、迁移波状) ，充填结构相( 杂乱充填相、上 超充填相、丘形上超充填相、前积充填相) 。并对各种地震相的反射特征、分布 及地质意义进行了探讨。 3 尝试将地震属性分析方法引入海洋地质研究中，提出了在钻孔资料约束 下，根据地震资料反演地层碳酸盐含量的新方法，并应用于南海北部大陆边缘 高分辨率地震资料，预测结果与o d p l 8 4 航次11 4 6 和11 4 8 孔地质分析结果能较 好地对比，证实了方法的有效性。 4 根据地震层序、地震相分析和地层碳酸盐含量反演结果，对渐新世以来 的南海北部陆架一陆坡的沉积环境和沉积演化过程进行了分析，认为自晚渐新 世以来，早中新世一中中新世，整体为水体上升的海进环境，但在中中新世， 发生了多期的局部海平面升降变化；晚中新世早期，受构造运动和全球海平面 变化共同影响，在南海北部陆缘发生了明显的海退，陆架推进到目前的上陆坡 位置；在晚中新世中期，发生了大规模海侵。晚中新世末期一早上新世初期， 由于菲律宾板块吕宋岛孤与华南板块碰撞带在中新世上新世的碰撞，在南海 北部陆缘表现为两次区域构造运动，现今陆架位置形成反转构造，地层抬升遭 受剥蚀；在上新世，现今构造格局基本形成；上新世一更新世，在陆架上发育 了多期三角洲沉积，反映了海平面相对静止一海退一海进的变化。上新世末期， 高频、高能、高连续性的地震反射特征，可能与全球性冰川海平面变化有关。 5 第2 章旺域地质背景 第2 章区域地质背景 21 研究区地理及构造位置 南海是西太平洋边缘海之一，面积3 5 1 0 埘，海底近似长轴为北东一南西 向的菱形海盆，海底地势自边 缘向中心呈阶梯状下降( 图 21 1 w a n ga n dl i ，2 0 0 9 ) 平均水深1 2 1 2 米，晟大水深 5 3 7 7 米( 汪品先等，2 0 0 3 ) 。 南海北部海底地貌复杂多样 有陆架、陆坡、陆隆、深海盆 地，其间发育海槽及海底山。 地势为西北高东南低并且 自边缘向中心部分呈阶梯状 下降。南海北部大陆架属华南 大陆自然延伸部分主要由第 三纪和第四纪沉积物构成，属 堆积型陆架：大陆坡呈北东向 展布。在大陆坡上的地貌类型 有海台、链状海山、海底谷和 海底扇。 南海北部陆缘为张裂型大陆 边缘，其上发育有几个第三纪裂 图21 1 南海淘扁地形圈 ( 据w 卸ea n dl i 2 0 0 9 ) 谷盆地，从东到西包括：台西南( 或台南) 盆地、珠江口盆地、北部湾盆地、琼 东南盆地和莺歌海盆地( 图2 i 2 ，z h o n ga n d l i ，2 0 0 9 ) 。 论文研究区主要位于南海北部陆缘中段，位于东经1 1 5 。1 5 - - 1 1 6 | 03 6 、北 纬1 8 03 6 2 11 6 之间地貌上跨越了陆架外缘及陆坡区，区域构造位置自北 而南依次跨越了珠江口盆地及其南部的东沙隆起区( 图21 2 ) 。 第2 章i x 域地质背景 田2i2 晰海新牛代沉积盆地分布图 ( 据z h e n ga n dl i 2 0 0 9 傣改) 图2i3 研究l 所在m 域梅遗位置 ( 据晓雄辞2 0 0 7 修改) 第2 章区域地质背景 2 2 区域构造特征 南海在新生代处于欧亚板块、太平洋板块和印度一澳大利亚板块的交汇处， 在地质历史上又受到特提斯构造域演化的制约，经历了复杂的地质演化过程， 形成了裂谷、海盆、推覆、走滑拉分盆地等多种地质构造现象、以及陆壳、过 渡地壳和洋壳等多种构造单元，并发育了多种形式的地质体和相关的矿产资源， 被国内外学者誉为“地球上最好的天然实验室 ( t a y l o re ta 1 ，1 9 8 3 ) 。 近几十年来，国内外研究者对南海的地质和地球物理特征、地壳性质和结 构、区域地质构造以及形成和演化机制等方面作了相当程度的研究( t a y l o r 和 h a y e s ，1 9 8 0 ，1 9 8 3 ；吕文正等，1 9 8 7 ；何廉声，1 9 8 8 ；姚伯初，1 9 9 1 ，1 9 9 3 ， 1 9 9 8 ；姚伯初等，2 0 0 4 ；金庆焕，1 9 8 9 ；刘昭蜀等，2 0 0 0 ；刘光鼎等，1 9 9 2 ； 龚再升等，1 9 9 7 ；吴能友等，2 0 0 3 ；吴世敏等，2 0 0 1 ) 。由于南海地区构造比 较复杂，不同学者研究思路及方法、手段的差异，目前对南海的成因、以及南 海北部大陆边缘的构造属性和构造演化序列还存在分歧。 对于南海的成因，存在被动扩张模式、碰撞挤出模式、地幔柱模式、弧后 扩张模式，右行陆缘裂解模式等多种模式( 参见周蒂等，2 0 0 2 ；邓希光等，2 0 0 6 ； 庞雄等，2 0 0 7 的评述) 。尽管对成因机制的解释不同，但南海是在扩张环境下 形成的是毋庸质疑的。l u d w i g ( 1 9 7 5 ) 认为南海盆地四周边缘具有不同的性质： 其北部陆架为拉张边缘，南部为俯冲边缘，西部为剪切边缘，东部为挤压边缘 ( 李德生等，1 9 8 9 ) 。 对于南海的扩张时间，认识上也有差异。t a y l o r 和h a y e s ( 1 9 8 3 ) 鉴别出呈北 东东和近东西向延伸的磁条带11 - 5 d 序列，认为南海海盆的扩张发生于中渐新 世一早中新世( 3 2 1 7 m a ) 期间。何廉生认为南海发生过两次海底扩张，第一次 海底扩张发生在晚白垩世早期，姚伯初( 1 9 9 4 ) 等则认为发生在晚始新世至早渐 新世( 4 2 - - 3 5 m a ) ( 姚伯初等，2 0 0 5 ) 。b r i a i s 等( 1 9 9 3 ) 综合分析了截止1 9 9 0 年所获得的南海磁异常资料，将南海海盆的张开划分为3 个阶段：3 2 3 0 m a ，3 0 - - 2 6 m a ，和2 6 1 5 5 m a ( 周蒂等，2 0 0 2 ) 。l u d m a n n 等( 1 9 9 8 ) 综合前人研究 认为，随着海底扩张的结束，南海深海盆及邻区大陆边缘开始洋壳热松驰阶段。 晚中新世，北巴拉望地块与西菲律宾列岛碰撞，导致菲律宾板块与岛弧拆离， 俯冲方向发生变化，在菲律宾东部沿菲律宾海沟形成菲律宾板块朝西的俯冲。 上中新世晚期至上新世( 5 3 m a ) 间，北吕宋弧与中国东部大陆边缘碰撞，导 8 第2 章区域地质背景 致南海沿北马尼拉海沟消亡，北吕宋弧沿n n w w n w 方向仰冲在大陆边缘上， 台湾北部地壳缩短2 0 0 - 3 0 0 k m 。上新世晚期( 3 m a ) 至现代第二次的碰撞导致台湾 北部山脉上隆。上新世至第四纪在印支半岛、华南、雷洲半岛尤其是台湾( 晚上 新世一第四纪) ，玄武岩火山活动非常激烈，岩浆活动在更新世至全新世达到鼎 盛时期。 姚伯初( 1 9 9 3 ) 认为：新生代南海北部发生过3 次区域构造运动，分别是： 发生于中生代末至新生代早期的神狐运动，运动方向为北西一南东，在地表产 生一系列北东向构造地堑和半地堑，在古新世一始新世，地堑、半地堑中接受 陆相湖盆沉积，构成了拉张沉积盆地的下构造层；第二次运动发生在始新世晚 期，由于印度板块与欧亚板块发生碰撞，产生构造运动，称为“南海运动”， 其间发生第一次海底扩张；中中新世末期，发生一次运动方向为北西一南东向 的区域构造运动，称为“东沙运动，东沙运动使沉降盆地进入全面热沉降阶 段。姚伯初( 1 9 9 3 ) 将神狐运动引起的不整合面称为张裂不整合面( r i i t t g u n c o n f o r m i t y ) ，南海运动产生的不整合面称为裂离不整合面( b r e a k - u p u n c o n f o r m i t y ) 。 李平鲁等( 1 9 9 3 ) 通过分析不整合面、地层间断、断裂和岩浆活动等构造 事件，确定珠江口盆地在新生代有五次重要的构造运动：神狐运动、珠琼运动 一幕、珠琼运动二幕、南海运动和东沙运动。 2 3 沉积特征 南海北部陆架发育的一系列新生代沉积盆地( 珠江口、琼东南、莺歌海及北 部湾等) ，其分布具有“南北分带，东西分块一的特征。本文研究区主要位于珠 江口盆地及其南侧的陆坡区，以下主要就珠江口盆地和南海北部陆坡区的沉积 特征分别进行介绍。 1 珠江口盆地 珠江口盆地位于南海北部陆缘盆地的东部，是随南海小洋盆的裂开和扩张， 在紧密褶皱的古生界和中生界基底之上发育起来的陆壳边缘断陷一坳陷盆地 ( 李德生等，1 9 8 9 ) ，走向n e s w 。盆地的次级单元在平面上可划分为“两坳 两隆”，即北部坳陷带( 珠和珠i 坳陷) 、中央隆起带( 神狐隆起、番禺低 隆起和东沙隆起) 、中央坳陷带( 珠坳陷) 和南部隆起带( 图2 1 3 ) 。 9 第2 章区域地质背景 珠江口盆地的沉积经历了两个主要阶段：裂陷期( 断陷期) 和裂后期( 坳 陷期) 。沉积期间，至少发生了三次裂陷作用：晚白垩纪一古新世，晚始新世 一早渐新世，以及中中新世中期。裂陷阶段，分割的半地堑和断陷被河流相、 湖湘和其它碎屑岩沉积物充填。裂陷期结束后，在渐新世中期形成广泛存在的 破裂不整合。盆地的快速沉降，造成局部海平面上升，形成由南至北的海进， 以前出露的构造隆起( 神狐、东沙和番禺) 逐渐被海水淹没，成为碳酸盐的发 育台地。古珠江搬运的大量沉积物堆积在坳陷内，形成受波浪和潮汐作用的大 型破坏性三角洲( 古珠江三角洲) ( 见z h o n ga n dl i ，2 0 0 9 的评述) 。 珠江口盆地沉积的地层主要有下第三系的神狐组、文昌组、恩平组和珠海 组，上第三系的珠江组、韩江组、粤海组和万山组( 图2 3 1 ) 。在裂陷早期主 要为湖湘沉积，始新世的文昌组以泥岩为主，夹少量砂岩；恩平组沉积分布更 为广泛，以含煤系地层为特点。同生裂谷时期加强活动的断裂造成不整合，盆 地进一步沉降增加了可容空间，并使原分割的半地堑湖盆连通，形成浅海盆地。 珠海组主要为河控或浪控三角洲一平原沉积体系，沉积厚度最大可达1 5 0 0 米。 由发育含海绿石石英砂岩和长石石英砂岩为主，夹少量泥岩的席状砂，推测沉 积环境以浪控为主。上覆珠江组为水域加深的三角洲和平原沉积，在东沙隆起 带碳酸盐平台发育，并有生物礁相沉积。中中新世的韩江组，沉积与珠江组相 似的泥岩和