实现了陆缘沉积盆地的完整演化过程

本报讯（记者 刘雷 通讯员 李淑 徐晓璐）中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室（OMG）构造与模拟学科组副研究员李付成、研究员孙珍等在南海实际地震剖面解释的基础之上，运用热-力学地球动力学模拟方法叠合了珠江口盆地“同张裂+裂后+盆地反转”三期构造阶段，发现同张裂期珠江口盆地的不同伸展程度导致了白云凹陷、东沙隆起在中中新世时出现截然相反的沉积响应。相关研究成果近日发表在国际地学期刊Geophysical Research Letters（《地球物理研究快报》）上。

图1 南海珠江口盆地基本地质情况及沉积特征。

珠江口盆地作为南海北部陆缘最大的含油气沉积盆地，其构造及沉积演化史一直是油气资源勘探的基础。自晚中生代以来，以珠江口盆地为代表的南海北部陆缘盆地至少经历了神狐运动、两期珠琼运动、南海运动及东沙运动，这些构造运动共同构成了珠江口盆地的主体演化三阶段：断陷、拗陷、构造反转。裂陷期是盆地内各凹陷形成的主要时期，同时是构造沉降活跃的时期；从珠海组沉积开始，珠江口盆地进入了裂后热沉降阶段；在中中新世以后，南海北部陆缘进入到裂后构造活化期, 即东沙运动。长久以来，东沙运动被认为是局部的构造事件，仅仅发生在珠江口盆地西部的东沙隆起附近，主要表现为区域削截型构造不整合面（如最明显的T32界面），东沙隆起大部分地区地层遭受强烈的抬升和剥蚀，甚至出现沉积的缺失与基底的剥露（图1）。

与东沙隆起的表现截然相反的是，在中中新世时，以白云凹陷为代表的盆地中西部不仅未出现抬升剥蚀，反而表现为异常快的沉积特征（快达400 米/百万年），进而演化成为沉降中心，新生代沉积厚度厚至>10千米（图1）。长期以来研究者们认为隆起-剥蚀、断层再激活等是盆地反转的基本响应，所以大家通常将东沙运动的活动范围局限在东沙隆起，而对白云凹陷出现的异常沉降则一直用其他动力或机制来解释。

图2 模拟结果总结及与东沙隆起、白云凹陷沉积特征对比。

研究团队以南海陆缘的演化过程为基础，在实验室开展了相关的地球动力学模拟研究，实现了陆缘沉积盆地的完整演化过程。模拟根据不同历史时期的应力变化，先开展盆地的同张裂、裂后热沉降过程模拟，在第三阶段对盆地进行反转挤压。模拟研究结果发现：受热冷却的影响，不同伸展程度的陆缘盆地，在盆地反转阶段具有不同的沉积表现。当受到强烈伸展后，如伸展后盆地地壳厚度<10 千米时，反转阶段的盆地中心相对于两侧将下凹，接受更多的沉降量；反之，当地壳厚度达16 千米或者更厚，盆地中心将会被挤压抬升，进而出现沉积的剥蚀（图2）。这个结果很好地解释了白云凹陷、东沙隆起现象，实际反射及折射地震资料揭示白云凹陷最薄处地壳厚~4 千米、东沙隆起则厚于21千米，他们在东沙运动期间分别表现为异常沉降和剥蚀抬升（图2）。

简言之，以东沙运动为代表的盆地反转不仅可以导致抬升剥蚀，同样可以造成异常沉降。该研究不仅定量验证了盆地反转（如东沙运动）可以造成沉积的抬升与剥蚀，更为重要的是提出了异常沉降亦是盆地反转的另一重要表现形式。这一结论为重新认识盆地的沉积响应提供全新的思路。

参与本项工作的还有国土资源部海洋二所研究员丁巍伟、香港中文大学教授杨宏峰、中海油深圳分公司总工程师庞雄，经理郑金云及李洪博，及广东海洋大学副教授谢辉。本研究得到广东省自然科学基金研究团队项目、中科院卢嘉锡国际团队项目、国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项，中国科学院战略性先导科技专项A类、以及广州市科技项目等项目的资助。

相关文章信息：https://doi.org/10.1029/2021GL094750