2.1.1 菲律宾沟弧盆系统

菲律宾沟弧盆系统新生代的构造演化主要是受印度洋板块的向北运动和太平洋板块的向西运动以及南海扩张运动的控制。4期构造-沉积期次划分依据及其沉积充填特征(图 2)如下。

图2

Fig.2

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	图2 菲律宾沟弧盆系统盆地构造期次Fig.2 Tectonic evolution period of basins in Philippine island-arc-basin system

1)前新近纪:俯冲期

西太平洋板块在晚白垩世至古近纪强烈向西俯冲(刘光鼎, 1992), 菲律宾岛弧地区在始新世— 渐新世中期受板块俯冲的影响, 构造活动和变质作用最强(Jahn et al., 1986)。因此, 菲律宾岛弧周缘各盆地在前新近纪处于俯冲期, 广泛发育火山岩和变质岩基底, 仅在少数盆地发育滨浅海砂砾岩、粉砂岩、碳酸盐岩和深海泥岩, 其中, 东巴拉望盆地发育浅海相砂岩、泥岩和碳酸盐岩; 苏禄海盆地和西里伯斯盆地充填浅海— 深海相粉砂岩、泥页岩和火山岩; 比科尔盆地充填浅海相泥岩。

2)早中新世— 中中新世:盆地发育期

早中新世早期, 受南海扩张运动的影响, 菲律宾岛弧地区海水大规模侵入, 形成广泛的滨浅海沉积, 各盆地进入盆地发育期。随着相对海平面上升, 各盆地主要发育滨浅海— 三角洲沉积和台地碳酸盐沉积, 个别盆地受海平面变化影响较小, 以深海泥岩沉积为主。其中, 东巴拉望盆地主要充填浅海— 深海相碳酸盐岩及泥岩; 苏禄海盆地逐渐演化为三角洲相碎屑沉积; 西里伯斯盆地充填半深海相泥页岩; 比科尔盆地与卡加延盆地充填滨浅海相砂砾岩、粉砂岩和泥岩。

3)晚中新世:沉降期

晚中新世, 南中国海停止扩张, 菲律宾沟弧盆系统中的各盆地逐渐进入沉降期, 主要发育滨浅海— 三角洲沉积体系:东巴拉望盆地仍然充填浅海— 深海相碳酸盐岩及砂泥岩; 苏禄海盆地主要沉积三角洲相— 浅海相粉砂岩、泥岩; 西里伯斯盆地仍为深海相泥页岩沉积; 比科尔盆地与卡加延盆地则充填三角洲相— 滨岸相砂砾岩、粉砂岩及泥岩。

图3

Fig.3

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	图3 日本沟弧盆系统盆地构造期次Fig.3 Tectonic evolution period of basins in Japan island-arc-basin system

4)上新世以来:挤压期

上新世初以来, 伴随欧亚板块和菲律宾微板块的碰撞(赵金海, 2004), 菲律宾岛弧周缘各盆地进入挤压期。各盆地沉积物厚度薄, 主要以碳酸盐岩、砂泥岩和未固结的软泥为主, 局部发育火山岩。其中, 东巴拉望盆地发育一套台地碳酸盐沉积层序; 卡加延盆地发育海相泥岩、三角洲— 河流相砂岩和火山岩; 西里伯斯盆地主要发育深海相泥页岩和未固结的软泥; 苏禄海盆地主要沉积三角洲— 浅海相泥岩。

2.1.2 日本沟弧盆系统

日本沟弧盆系统位于太平洋板块、欧亚板块和菲律宾微板块之间。在中新世以前, 构造岩浆活动总体强烈, 造成中新世之前的沉积体发生变形变质。中新世之后, 构造作用有所减弱, 区内开始接受较稳定沉积。4期构造-沉积期次划分依据及其沉积充填特征(图 3)如下。

1)前新近纪:俯冲期

前新近纪, 受菲律宾微板块与太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响, 区域构造岩浆活动总体强烈, 为区内各盆地的俯冲期, 多发育火山岩和变质岩基底, 仅在庆尚盆地、日本岛弧内部和弧前盆地局部地区发育前新近系。其中, 庆尚盆地充填前新近系冲积扇— 河湖相砂砾岩、泥岩及火山岩; 宫崎盆地充填滨浅海相碎屑岩, 呈下部为泥页岩、上部为砂岩— 砾岩的进积型沉积序列; 关东盆地古近系下段为浅海相泥页岩, 中段为滨岸相砂砾岩, 上段为浅海相泥页岩。

2)早中新世— 中中新世:盆地发育期

渐新世晚期以后, 菲律宾微板块向北俯冲, 造成日本列岛西南端发生旋转, 日本海裂开并出现洋壳(Seno and Maruyama, 1984; Jolivet et al., 1994), 日本岛弧诸岛进入盆地发育期。此时区内典型特征表现为:弧后地区, 日本海盆地初露雏形并接受沉积; 弧前地区, 主要接受海陆过渡相— 海相稳定沉积。其中, 日本海盆地、庆尚盆地及大和盆地多被半深海— 深海相泥页岩、盆底扇相砂砾岩和少量火山岩所充填; 新泻盆地多充填滨浅海— 半深海相砂泥岩、海底扇相砂泥岩和火山岩。日本弧前地区的宫崎盆地发育扇三角洲相砂砾岩; 关东盆地发育半深海— 深海相泥岩、海底扇相砂砾岩和海底火山岩。

3)晚中新世:沉降期

中中新世后, 印度洋板块北向运移速率进一步降低, 同时菲律宾微板块和澳大利亚微板块不断向北推挤, 使得日本海和南海发生左旋压扭, 日本海和南海海盆关闭(索艳慧等, 2012), 日本岛弧诸盆地进入沉降期。晚中新世弧前地区为火山宁静期, 发生海侵, 主要发育滨浅海— 半深海、深海相沉积, 其中, 宫崎盆地发育浅海相泥岩和粉砂岩, 关东盆地充填浅海相泥岩夹滨海相砂砾岩。弧后的日本海盆地、庆尚盆地和大和盆地仍然充填半深海— 深海相泥页岩和盆底扇相砂砾岩, 缺少火山岩; 新泻盆地多充填半深海— 深海相泥页岩和盆底扇相砂砾岩, 见少量火山岩。

4)上新世以来:挤压期

自上新世开始, 北美微板块与欧亚板块之间发生边界转换, 区域构造应力从张应力变为挤压应力, 日本地区各盆地整体进入挤压期, 主要发育河流— 三角洲— 海相沉积体系, 个别深水盆地受海平面变化影响较小, 仍发育深海— 半深海相泥岩和浊积岩。其中, 弧后的日本海盆地与大和盆地仍充填半深海— 深海相泥页岩夹盆底扇相砂砾岩, 庆尚盆地则充填滨浅海相砂岩和泥岩; 新泻盆地多充填河流— 滨浅海相砂砾岩和泥岩; 弧前地区的宫崎盆地发育浅海— 半深海、深海相泥页岩及海底扇相砂砾岩夹少量扇三角洲相砂砾岩, 关东盆地充填河流— 三角洲— 滨浅海相砂砾岩和泥岩。

陆架边缘盆地构造-沉积演化也可分为4期, 分别是:前裂陷期、裂陷期、拗陷期和沉降期。4期构造-沉积期次划分依据及沉积充填特征(图4)如下。

1)前始新世:前裂陷期

晚白垩世— 古新世, 太平洋板块俯冲角由10° 逐渐变为80° (李显武和周新民, 1999), 使得东亚大陆边缘由挤压型的安第斯型大陆边缘逐渐变为现今的西太平洋型沟弧盆体系发育的大陆边缘, 导致大陆边缘盆地开始形成(李三忠等, 2012)。区内各盆地岩浆活动强烈, 主要发育一套陆相冲积扇— 河流— 湖泊沉积体系, 并呈现由西南向东北岩浆活动减弱、沉积环境由陆向海变化的趋势。其中昆山— 万安盆地岩浆活动强烈, 沉积作用不明显, 零星发育陆相沉积。中建南盆地和珠江口盆地大量发育花岗岩基底, 并发育冲积扇— 河流— 湖泊沉积。东海陆架盆地发育一套滨浅海相碎屑岩, 夹有灰岩和火山岩。

2)始新世— 早渐新世:裂陷期

随着太平洋板块的俯冲运动不断进行, 始新世— 早渐新世东亚大陆地壳逐渐伸展垮塌变薄, 在东亚大陆边缘主要形成一系列拉分盆地(李三忠等, 2012)。区内各盆地岩浆活动减弱, 仍以冲积扇— 河流— 湖泊三角洲沉积为主, 并呈现出从近源堆积向近海沉积演化的特点。其中昆山— 万安盆地仍发育厚层岩浆岩, 沉积物以冲积扇— 河流— 湖相砂砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩为主。中建南盆地以冲积扇— 河流— 湖相砂泥岩沉积为主。珠江口盆地发育湖相碎屑岩沉积。东海大陆架盆地发育海陆过渡相砂泥岩, 局部发育碳酸盐岩。

图4

Fig.4

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	图4 西太平洋中段主要陆架边缘盆地构造期次Fig.4 Tectonic evolution period of major continental margin basins in middle Western Pacific

表2

Table2

表2(Table2)

表2 西太平洋中段弧前盆地构造-沉积特征 Table2 Tectonic-sedimentary characteristics of fore-arc basins in middle Western Pacific 盆地名称 北上盆地 关东盆地 宫崎盆地 土岐— 托萨盆地 比科尔盆地 卡加延盆地 板块位置 日本岛弧弧前 日本岛弧弧前 日本岛弧弧前 日本岛弧弧前 菲律宾岛弧弧前 菲律宾岛弧弧前 基底性质 花岗岩基底 陆壳、 花岗岩基底 陆壳、印支 — 燕山褶皱基底 增生楔 增生楔、 变质岩基底 增生楔 应力环境 岛弧— 海沟 体系碰撞 菲律宾 海板块俯冲 俯冲 俯冲 俯冲 俯冲— 碰撞 岩浆活动 局部可见花岗岩 和凝灰岩 岩浆活动较强 火山活动微弱 火山活 动微弱 岩浆活动较弱, 局部发育火山岩 火山活动微弱 沉积类型 及厚度 半深海— 深海、海底扇、滨浅海、三角冲积扇、河流相; 4600, m 滨浅海、半深海— 深海、三角洲相; 4200, m 扇三角洲、滨浅海、半深海— 深海、海底扇相; 3800, m 滨浅海、半深海— 深海、海底扇相; 1900, m 滨浅海、三角洲、沼泽相; 2600, m 台地、滨浅海、三角洲、河流相; 4100, m 沉积垂 向演化 海陆过渡相— 海相— 陆相 海陆过渡相 — 海相— 陆相 海陆过渡相 — 海相 海相 海相— 海陆 过渡相 海相— 海陆 过渡相— 陆相 面积 /× 104, km2 11.5 6.0 5.8 6.0 5.9 2.8 形态 平面呈长条状, 剖面呈楔状 平面呈长条状, 剖面呈楔状 平面呈带状, 剖面呈楔状 平面呈带状, 剖面呈楔状 平面呈长条状, 剖面呈弧形 平面呈长条状, 剖面呈弧形 地热/℃· 100m-1 2.5 2.7 演化模式 碰撞— 沉降 俯冲— 沉降 俯冲— 沉降 俯冲— 沉降 俯冲— 沉降 碰撞— 俯冲 — 沉降 油气资源量 /× 108, t 0.21 0.62 0.28 0.06 0.05 0.05

表2 西太平洋中段弧前盆地构造-沉积特征 Table2 Tectonic-sedimentary characteristics of fore-arc basins in middle Western Pacific

3)晚渐新世— 中中新世:拗陷期

晚渐新世, 印度板块向北楔入欧亚板块产生的右旋应力场对东亚大陆边缘的作用增强, 印支地块东南向挤出和顺时针旋转(陈文寄等, 1996), 导致东亚陆架边缘盆地裂陷作用减弱, 盆地发育进入拗陷期, 沉积环境由陆相逐渐演化成海陆过渡相, 其中, 潮坪相和三角洲相较为发育。昆山— 万安盆地发育湖泊、潟湖和海湾、潮坪、浅海、三角洲相砂岩、泥岩和碳酸盐岩。中建南盆地以河流相、扇三角洲相、海相沉积为主, 并发育浅海碳酸盐岩。珠江口盆地沉积环境由陆相逐渐转变为海相, 早期发育三角洲— 滨岸沉积, 中晚期发育大范围的滨浅海沉积。东海大陆架盆地以陆相和海陆过渡相砾岩、砂岩和泥岩沉积为主。

4)晚中新世以来:沉降期

中中新世以后, 随着印度洋板块的楔入和青藏地区岩石圈的韧性形变和增厚, 印度洋洋中脊快速扩张(李三忠等, 2012), 各盆地进入沉降期, 主要发育海相和海陆过渡相沉积。其中, 昆山— 万安盆地由浅海— 三角洲相砂泥岩、碳酸盐沉积演化为河流— 湖泊相和海陆过渡相砂岩和粉砂岩沉积; 中建南盆地发育三角洲相和海相沉积; 珠江口盆地持续沉降, 加之海侵大范围的发生, 使盆地北部普遍发育海相沉积; 东海大陆架盆地上中新统受龙井运动影响, 遭受区域性剥蚀, 上新世以后沉积环境从河流逐渐演变到开阔海(徐亚东, 2014)。

3.1.1 弧前盆地:北上盆地

弧前盆地形成于活动的弧— 沟间隙内, 向陆一侧与活动火山弧相连, 被火山岩— 深成岩组合及相关变质岩系所围限; 向洋一侧则以角度不整合上超于构造抬升的俯冲杂岩系之上, 并随增生杂岩的生长渐次向洋一侧扩展(张传恒和张世红, 1998)。文中重点研究了西太平洋中段6个弧后盆地的构造-沉积演化演化特征(表 2), 并以北上盆地为例具体解剖。

北上盆地(Kitakami Basin)位于日本本州以北、库页岛以南, 纵跨整个北海道, 总面积为1.2× 10⁵, km², 由中北海道次盆、北上次盆、石狩湾次盆、苫小牧脊、Rikucku向斜、留萌赖布脊6个次级构造单元组成(IHS, 2014)。

北上盆地新生代构造-沉积演化极为复杂, 构造主要受太平洋板块俯冲-碰撞作用控制。盆地内沉积了一套陆源硅质碎屑岩和火山碎屑岩, 平均沉积厚度为4600, m, 最大可达5200, m。根据盆地内的钻井和地震资料, 结合区域构造期次的划分, 通过对地层不整合面和沉积旋回的研究, 可将盆地地层划分为4个巨型层序, 分别是MS1、MS2、MS3和MS4。其中MS1和MS2对应俯冲期, MS3对应盆地发育期和沉降期, MS4对应挤压期。

1)前新近纪: 俯冲期

古近纪, 盆地基底形成于欧亚大陆和太平洋板块之间的弧前背景中。沉积厚度约为2000, m, 由MS1和MS2共2个层序组成, 呈现出向上相对海平面上升的趋势。其中MS1主要形成于滨浅海环境, 岩性由底部的砂砾岩向上演化为砂泥岩。MS2由底部的河流— 三角洲沉积逐渐向上演化为滨浅海沉积, 最终演化为半深海— 深海沉积。沉积物粒径向上变细, 砾岩含量向上减少, 泥岩含量向上增加, 呈现退积式沉积旋回。

2)中新世: 盆地发育期和沉降期

自渐新世以来, 海平面逐步上升, 至中中新世海平面升至最高, 晚中新世海平面开始缓慢下降。响应于海平面的升降变化, 北上盆地形成了MS3沉积层序, 对应盆地发育期和沉降期。该时期物源主要来源于东北和西南方向的岛弧, 并在盆地东北和西南缘小范围内形成三角洲沉积, 其余大部分地区被浅海、深海— 半深海沉积所覆盖(图 5)。

3)上新世以来: 挤压期

受太平洋板块以及北美微板块碰撞的影响, 中中新世晚期构造活动加强, 上新世盆地基底抬升, 同时全球海平面出现下降, 部分地区暴露形成新的物源区。响应构造抬升和全球海平面的下降, 研究区形成了层序MS4。河流相、三角洲相在盆地内广泛发育, 滨浅海相和深海— 半深海相范围急剧减小(图 5)。

图5

Fig.5

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	图5 北上盆地构造-沉积演化Fig.5 Tectonic-sedimentary evolution of Kitakami Basin

表3

Table3

表3(Table3)

表3 西太平洋中段弧后盆地构造-沉积特征 Table3 Tectonic-sedimentary characteristics of back-arc basins in middle Western Pacific 盆地名称 东巴拉望盆地 苏禄海盆地 西里伯斯盆地 日本海盆地 大和盆地 新泻盆地 庆尚盆地 板块位置 菲律宾岛弧弧后 菲律宾岛弧弧后 菲律宾岛弧弧后 日本岛弧弧后 日本岛弧弧后 日本岛弧弧后 日本岛弧弧后 基底性质 陆壳、变质岩 和火山岩 陆壳、喷出岩、 变质岩 陆壳、喷出岩、 变质岩 洋壳 洋壳、过渡壳 洋壳 陆壳 应力环境 海盆张裂 弧后扩张 弧后扩张 弧后扩张 弧后扩张 弧后扩张 弧后扩张 岩浆活动 岩浆活动较弱 岩浆活动强烈、 以喷出岩为主 岩浆活动强烈、 以侵入岩为主 岩浆 活动强烈 岩浆活动强烈、 以喷出岩为主 岩浆侵入和 喷出作用强烈 岩浆活动较强、 以侵入岩为主 沉积类型 及厚度 河流— 三角洲相、滨浅海相、台地相、深海— 半深海相和海底扇相; 4500, m 半深海— 深海相、海底扇相、滨浅海相、三角洲相; 7000, m 半深海— 深海相、海底扇相; 1500, m 半深海— 深海相、海底扇相; 2700, m 浅海相、深海— 半深海相、海底扇相; 3700 m 浅海相、海底扇相、河流相、三角洲相; 8100, m 湖相、三角洲相、浅海相、深海— 半深海相、海底扇相; 6100, m 沉积 垂向演化 海相— 海陆过渡相 海相— 海陆过渡相 海相 海相 海相 海相— 海陆 过渡相— 陆相 陆相— 海相 面积 /× 104, km2 14.6 14.5 35.9 32.4 14.8 8.5 15.8 形态 平面呈长条状, 剖面呈箕状 平面呈长条状, 剖面呈箕状 平面呈块状, 剖面呈楔状 平面呈长条状, 剖面呈弧形 平面呈块状, 剖面呈弧状 平面呈长条状, 剖面呈箕状 平面呈块状, 剖面呈弧状 地热/℃· 100m-1 4 5.6 4.9 5.0 4.7 演化模式 漂移— 沉降 裂陷— 沉降 裂陷— 沉降 裂陷 裂陷— 沉降 裂陷— 沉降 裂陷— 沉降 油气资源量 /× 108, t 0.92 1.31 0.07 0.32 0.21 2.80 0.31

表3 西太平洋中段弧后盆地构造-沉积特征 Table3 Tectonic-sedimentary characteristics of back-arc basins in middle Western Pacific

3.1.2 弧后盆地:新泻盆地

新生代, 由于太平洋板块向东亚大陆边缘的俯冲, 大陆岩石圈仰冲于大洋板块之上, 在二者的压应力作用下形成海沟, 在海沟之后形成火山岛弧, 后经地幔物质熔融、侵入、喷发等在岛弧两侧形成盆地, 其中, 位于火山岛弧后方远离大洋的盆地即为弧后盆地(吴有林等, 1996; 田在艺和张庆春, 1996; 胡道雄和蔡明华, 2012; 康永尚等, 2012)。文中重点研究了西太平洋中段7个弧后盆地的构造-沉积演化特征(表 3), 并以新泻(Niigata)盆地为例具体解剖。

新泻(Niigata)盆地位于日本东北部, 总面积8.5× 10⁴, km², 可进一步划分为6大次级构造单元, 即富士海槽(Toyama Trough)、秋田次盆(Akita Basin)、莫加尼海槽(Mogani Trough)、山形次盆(Yamagata Basin)、那托岭次盆(Nato Ridge)和新泻次盆(Niigata Basin)(IHS, 2014)。

新泻盆地构造主要受弧后洋壳扩张作用的控制。构造期次明显, 平均沉积厚度约为8100, m, 向南减薄。从底至顶依次可划分出MS1、MS2和MS3共3个巨型层序。其中MS1对应盆地发育期后半阶段, MS2对应沉降期, MS3对应挤压期。

1)前新近纪: 俯冲期

前新近纪, 受太平洋板块俯冲的影响, 盆地进入俯冲期, 为基底发育阶段。该阶段沉积作用不明显, 基底岩性为岩浆岩和变质岩。

2)早中新世— 中中新世:盆地发育期

中新世早期和中期, 日本岛弧的弧后扩张引发裂陷作用, 新泻盆地进入盆地发育期, 主要表现为伸展盆地的快速沉降, 发育NNE— SSW向的半地堑。底部发育厚层的侵入岩、凝灰岩和玄武岩; 顶部发育向上变细的沉积层序MS1, 平均沉积厚度约为3100, m, 岩性为砂砾岩、泥岩夹侵入岩和凝灰岩。MS1主要形成于三角洲、滨浅海和半深海— 深海环境中, 海底扇沉积特别发育。

3)晚中新世:沉降期

从中中新世晚期开始, 盆地进入沉降期, 沉降速率较慢, 沉积物主要集中于斜坡到盆地基底环境中。盆地中充足的粗粒碎屑供给和裂陷成因的陡峭盆地边缘形态, 导致沉积物以海底扇和三角洲粗粒沉积为主。这些沉积物构成了沉积层序MS2, 平均沉积厚度为2500, m。

4)上新世以来:挤压期

晚中新世晚期, 新泻盆地进入挤压期。在挤压阶段初期, 沉积物的沉积速率大于盆地可容空间的增长速率, 盆地内形成了一套快速沉积的前积型沉积层序MS3, 主要包括斜坡相、浅海相、三角洲和河流相, 最后演化成向盆内进积的浅海相和河流相沉积层序(图 6)。

图6

Fig.6

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	图6 新泻盆地构造-沉积演化Fig.6 Tectonic-sedimentary evolution of Niigata Basin

表4

Table4

表4(Table4)

表4 西太平洋中段陆架边缘盆地构造-沉积特征 Table4 Tectonic-sedimentary characteristics of continental margin basins in middle Western Pacific 盆地名称 昆山— 万安盆地 珠江口盆地 中建南盆地 东海陆架盆地 板块位置 巽他陆块东缘 华南板块南缘 巽他陆块东缘 华南板块东缘 基底性质 陆壳、洋壳、过渡壳 陆壳 过渡壳 陆壳 应力环境 走滑拉分 陆缘裂陷 走滑拉分 走滑拉分 岩浆活动 强烈的火山侵入和喷出 古生界变质岩、中生代花岗岩 火山岩发育 火山岩发育 沉积类型 及厚度 裂陷期以滨浅海相、三角洲相和陆相沉积为主, 拗陷期以潮坪、三角洲、浅海和河流沉积为主, 局部发育碳酸盐沉积; 6900, m 河流相、半深湖相, 盆缘发育扇三角洲或冲积扇、滨浅湖或沼泽、三角洲— 滨岸沉积; 9500, m 冲积扇— 扇三角洲— 三角洲相、浅湖— 半深湖相、滨海— 浅海— 半深海相; 9000, m 河湖、滨湖、平原河流、沼泽、开阔海沉积; 15000, m 沉积 垂向演化 陆相— 海陆 过渡相— 海相 陆相— 海陆 过渡相— 海相 陆相— 海陆 过渡相— 海相 陆相— 海陆 过渡相— 海相 面积/× 104, km2 26.5 14.7 13.1 26.4 形态 平面块状, 剖面呈箕状 平面呈长轴状, 剖面呈箕状 平面呈块状 剖面呈箕状 平面呈长轴状, 剖面呈箕状 地热/℃· 100m-1 4.0 3.6 2.4~5.09 3.27 演化模式 下断上拗 下断上拗 下断上拗 下断上拗 油气资源量/108, t 27.43 10~< 100 10~几十

表4 西太平洋中段陆架边缘盆地构造-沉积特征 Table4 Tectonic-sedimentary characteristics of continental margin basins in middle Western Pacific

3.1.3 陆架边缘盆地

文中重点研究西太平洋中段4个陆架边缘盆地, 其中昆山— 万安盆地、中建南盆地和珠江口盆地位于菲律宾沟弧盆系统, 东海陆架盆地位于日本沟弧盆系统。陆架边缘盆地构造-沉积演化特征参见 表4, 文中以昆山— 万安盆地为例详细阐述。

图7

Fig.7

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	图7 昆山— 万安盆地沉积构造演化Fig.7 Tectonic-sedimentary evolution of Mukong Basin

昆山— 万安盆地位于越南及其周边地区, 发育九龙次盆、昆山隆起和南昆山次盆3个次级构造单元, 总面积约2.6× 10⁵, km²(IHS, 2014), 呈北西— 南东向长轴状分布。前始新世为盆地前裂陷期, 主要发育张性构造, 如基底多发育正断层。始新世— 早渐新世为盆地裂陷期, 晚渐新世— 中中新世为盆地拗陷期, 晚中新世— 现今, 盆地整体处于挤压沉降期。其中, 裂陷期对应MS1巨型层序, 拗陷期对应MS2 、MS3和MS4共3个巨型层序, 挤压沉降期对应MS5巨型层序(图 7)。

1)前始新世:前裂陷期

前始新世, 昆山— 万安盆地处于前裂陷期, 构造活动强烈, 主要发育一套厚层的火成岩基底, 沉积范围非常局限。

2)始新世— 早渐新世:裂陷期

始新世— 早渐新世, 昆山— 万安盆地发生初次裂陷, 裂陷中心位于北部九龙次盆及南部南昆山次盆的中部, 形成了层序MS1。MS1以陆相河湖沉积为主, 主要发育冲积扇、湖泊和三角洲沉积等。盆地中部发育大量岩浆岩。九龙次盆中南部和南昆山次盆北部为冲积平原, 其物源主要来自盆地中部基岩区; 靠近基岩一侧发育小型冲积扇沉积, 靠湖一侧发育扇三角洲沉积(图7)。

3)晚渐新世— 中中新世:拗陷期

晚渐新世— 中中新世, 盆地海平面总体呈现不断上升的趋势, 地震剖面中地层的接触关系显示拗陷期海平面上升由3个次一级的海平面上升构造, 分别对应于MS2、MS3和MS4。

MS2(晚渐新世):晚渐新世, 盆地内发生海侵, 前期剥蚀区接受沉积, 盆地内大部分地区发育三角洲相, 自西向东依次发育三角洲平原亚相和三角洲前缘亚相, 九龙次盆北部局部地区发育潟湖相(图7)。

MS3(早中新世):早中新世, 海平面继续上升, 昆山— 万安盆地主体接受潮坪相沉积。盆地东部主要发育潮上带沉积, 中部局部发育潮间带沉积, 西部发育潮下带沉积。潮间带常发育潮汐水道沉积(图7)。

MS4(中中新世):中中新世早期, 海平面继续上升, 盆地发育海陆过渡相和海相, 主要发育三角洲、潮坪、滨浅海、碳酸盐岩台地、半深海及深海沉积, 其中盆地西部大面积发育潮坪沉积, 向南东方向依次发育滨浅海相及半深海— 深海相; 并见到3个主要的碳酸盐岩台地, 且在台地边缘发育少量碳酸盐岩建隆, 这些碳酸盐岩建隆主要分布在台地背风一侧, 以灰泥丘为主; 此外, 半深海内还发育浊积扇沉积。中中新世晚期, 海平面继续上升, 盆地内构造作用微弱, 碳酸盐岩台地发育。自西向东, 盆地内依次发育潮下带相、滨浅海相、半深海相与深海相, 在滨浅海相中见大面积开阔碳酸盐岩台地沉积, 台地内部发育少量碳酸盐岩建隆(图7)。

4)晚中新世以来:沉降期

自晚中新世开始的海退, 使得区内海平面发生小幅度下降, 形成沉积层序MS5。盆地整体为海相沉积, 主要发育三角洲、潮下带、滨浅海、碳酸盐岩台地、半深海及深海沉积。自北西到南东方向, 盆地西部发育大面积三角洲平原亚相沉积, 盆地中部发育三角洲前缘亚相沉积, 向东南方向依次发育滨浅相沉积, 滨浅海边缘局部发育斜坡相沉积, 浅海环境内发育大面积开阔碳酸盐岩台地沉积。此外, 三角洲前缘东部较陡一侧发育浊积扇和浊积水道沉积。碳酸盐岩台地的局部地区发育碳酸盐岩建隆(图7)。

表5

Table5

表5(Table5)

表5 西太平洋中段不同类型沉积盆地构造-沉积特征对比 Table5 Tectonic-sedimentary evolution characteristics correlation among different types of sedimentary basins in middle Western Pacific 盆地类型 弧前盆地 弧后盆地 陆架边缘盆地 板块位置 岛弧前 岛弧后 陆缘 基底性质 岩浆弧、杂岩体 陆壳、过渡壳、洋壳 陆壳、过渡壳、洋壳 地应力 挤压 伸展 伸展 岩浆活动 较为弱 较活跃 较活跃 沉积类型 及厚度 以滨浅海相— 三角洲相为主, 局部发育陆相和深海沉积, 平均沉积厚度为3600, m 深海— 半深海相、浅海— 三角洲相, 重力流沉积较为发育, 局部发育河湖相沉积, 平均沉积厚度为4800, m 前裂陷期和裂陷期以陆相冲积扇— 河流— 湖泊沉积为主, 拗陷期和沉降期以海陆过渡相和海相为主, 局部发育碳酸盐沉积, 平均沉积厚度超过10000, m 沉积垂向演化 海陆过渡相(海相)— 陆相 海相— 海陆过渡相(海相) 陆相— 海陆过渡相— 海相 面积/× 104 km2 6.3 19.5 20.2 形态 平面呈带状, 剖面呈楔状或弧状 平面呈块状和带状, 剖面呈弧状或箕状 平面呈块状, 剖面呈箕状 地热特征 冷盆 高热盆 中热盆 演化模式 挤压— 沉降 断陷— 沉降或挤压— 沉降 下断上拗 油气资源 潜力小 潜力较大 潜力大

表5 西太平洋中段不同类型沉积盆地构造-沉积特征对比 Table5 Tectonic-sedimentary evolution characteristics correlation among different types of sedimentary basins in middle Western Pacific

综上所述, 西太平洋弧前、弧后和陆架边缘盆地构造-沉积演化特征各具特点(表 5), 具体表现如下。

弧前盆地的构造-沉积特征为:(1)主要受太平洋俯冲强度和方向的影响, 以挤压构造背景为主, 构造期次不明显。(2)沉积物厚度薄, 平均为3600, m; 沉积类型简单, 以滨浅海相— 三角洲相为主, 局部发育陆相和深海沉积; 沉积范围局限, 主要集中于靠岛弧一侧。(3)沉积演化受板块俯冲速率影响明显, 板块俯冲速率高时, 增生楔高度大, 发育一套海相— 海陆过渡相粗粒碎屑岩沉积; 板块俯冲速率低时, 主要发育深海— 半深海相泥岩。

弧后盆地的构造-沉积特征为:(1)受板块俯冲后撤和弧后洋壳扩张的影响, 构造活动强烈, 火山活动频繁。(2)沉积厚度介于陆架边缘盆地和弧前盆地之间, 平均为4800, m; 从俯冲期至沉降期沉积水体不断变浅, 沉积物由深海— 半深海相渐变为浅海— 三角洲相, 重力流沉积较为发育, 局部发育河湖相沉积; 具有欧亚板块和岛弧双向物源。(3)沉积演化受物源控制明显, 近物源区, 沉积以海陆过渡相为主, 三角洲相较为发育; 远离物源区, 沉积以深海— 半深海相为主, 受构造作用影响较小。

陆架边缘盆地的构造-沉积特征为:(1)裂陷作用时间长, 火山活动强烈, 构造呈下断上拗的双层结构。(2)沉积物厚度大, 平均厚度超过10000, m; 不同的构造演化阶段, 沉积体系差异明显:前裂陷和裂陷期以陆相冲积扇— 河流— 湖泊沉积为主, 拗陷期和沉降期以海陆过渡相和海相为主, 局部发育碳酸盐沉积。(3)沉积演化受构造作用控制明显, 从前裂陷期至沉降期沉积体系由陆相演化为海陆过渡相, 最后演化为海相。