陆架新天域背景

ISSNlO09—2722CN371475/P海洋地质前沿MarineGeologyFrontiers第27卷第1期VO127NO1文章编号:1009—2722(2011)0卜0019-08东海陆架盆地的区域构造背景:印度板块的影响赵峰梅,李三忠,刘鑫,戴黎明,索艳慧,周均太,焦倩,吴奇,徐磊,庞洁红(海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100)摘要:东海陆架盆地是以新生代为主的中、新生代含油气盆地,位于菲律宾板块俯冲与印度板块俯冲的前缘交接地带.
印度板块与欧亚板块的俯冲挤压,使得欧亚板块浅部发育向东的挤出构造,同时,印度板块和华南地块深部的软流圈也沿欧亚板块下的软流圈通道向东南蠕变运移,在东海陆架盆地受阻而形成地幔上涌,驱动中国东部广泛裂解.
印度板块向欧亚板块楔入的远程效应导致菲律宾板块俯冲后退、俯冲角度变大,这些也是东海陆架盆地断陷、构造反转、构造跃迁总体由西向东迁移的重要动力来源.
关键词:印度板块;东海陆架盆地;地幔流;构造跃迁中图分类号:P541文献标识码:A东海陆架盆地位于欧亚板块的东南边缘和西太平洋活动大陆边缘,西邻闽浙隆起区,东邻钓鱼岛隆起区,主要形成于晚白垩世至上新世.
东海陆架盆地走向为NNE向,南北长约1500km,东西宽250~300km,总面积约26.
7万km_l.
从沉积厚度论,东海陆架盆地以新生界为主,地层发育齐全,最大沉积厚度可达1l~15km.
新生代地层沉积广、厚度大,发育3大套油气组合,资源潜力巨大,但研究程度低.
油气储量发现率很低,因而,东海陆架盆地具有"面积大,资源潜力大,油气发现率低"的特点,仍是中国东部油气勘探新区和重要的领域.
东海具有复杂的陆架边缘海盆地、特殊的沉积建造和濒临西太平洋活动大陆边缘的独特大地构造位置,记录了大量富有区域特色的地质构造收稿日期:201007]4基金项目:围家自然科学基金项目(41072152)作者简介:赵峰梅(】984),女,在读硕士,构造地质学专业E—mail:1】zhaofengmei@163.
COFI1和资源环境问题的信息,也是探索盆地形成、活动大陆边缘演化的重要场所.
特别是其主干断层倾向陆地的特点明显不同于大西洋被动陆缘的倾向大洋,这表明其盆地动力学形成机制不同,值得从区域大地构造背景深入探讨.
从大地构造角度分析,中国东部陆地构造地质研究取得了重大进展,年代学资料提供了更为精细的地质演化史分析,对东海陆架盆地大中型油气田勘探理论的建立提供了重要参考;国际大陆边缘构造相关理论近来也取得了重要进展,提出了诸如板片窗(slabwindow)、对开门(doublesaloondoor)等构造模式,对中国东部广阔的陆架一边缘海海域盆地研究提供了重要理论参考;同时,近十多年来,东海陆架盆地各坳陷取得了大量新的地震勘探资料,处理技术也不断提高,有利于进行更为精细的盆地内部构造分析.
这3方面进展促使对东海陆架盆地形成的大地构造背景重新进行研究.
东海陆架盆地位于西太平洋深层地幔俯冲与MarineGeologyFrontiers海洋地质前沿2O11年1月印度板块俯冲的前缘交接地带(图1).
总体上,该区构造动力学观点尚存在巨大分歧,可归结为3个方面:①与东部太平洋板块演化有关25j;②与西部印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应有关.
;③与板片窗有关[.
印度板块向欧亚板块下作前进式俯冲,使得印度尼西亚…帝汶前锋弧向北盆地群依次变新,班达海海底年龄约为6OMa,苏拉威西海盆形成于5O443.
5Ma,苏禄海35Ma,南海盆地第1次海底扩张在32~21Ma,第2次海底扩张在15~10Ma,苏门答腊盆地、西北爪畦盆地和东北爪哇盆地都形成于50Ma.
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(图1).
Witertaker等.
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提出这些弧后盆地演化与板片窗有关,这些弧后盆地和东海陆架盆地的演化机制是否一致或密切相关是一个值得思考的问题,因此,对其研究可窥见东海陆架盆地演化的区域构造背景.
5O.
N本文侧重探讨前人论述较少的新生代中国西部构造对东部的影响,分别从地壳和地幔尺度分析探讨在印度板块与欧亚板块的碰撞影响下,东海陆架盆地内部的构造跃迁、构造反转、沉积沉降中心的变化等.
1东海陆架盆地内部构造事件的地质记录东海陆架盆地自西向东分为西部坳陷、中部隆起和东部坳陷3大构造带.
西部坳陷带包括长江坳陷(昆山凹陷、常熟凸起、金山凹陷)、台北坳陷(钱塘凹陷、钱塘凸起、丽水凹陷、椒江凹陷、灵峰凸起、雁荡凸起、福州凹陷、福州凸起、渔山南低凸起)和彭佳屿坳陷,各个凹陷沿NNE向断续分布;东部坳陷带由福江凹陷、福江低凸起、西湖凹图1东海陆架盆地大地构造背景Fig.
1GeotectonicsettingoftheEastChinaSeaShelfBasin第27卷第1期赵蜂梅,等:东海陆架盆地的区域构造背景:印度板块的影响陷及钓北凹陷(基隆凹陷)组成,分布较连续;中部隆起带大致以虎皮礁隆起、海礁隆起、鱼山隆起、鱼山南低凸起和福州隆起一线共同组成一个NNE向的隆起带(图2).
晚白垩世时东海陆架盆地的西部坳陷带开始裂陷u,此时扩张裂陷的中心在西部坳陷带,早古新世时期的断陷发育以西部坳陷带最为明显,发育一系列相对较小的高角度书斜式正断层,东南边界发育控盆断层,形成相对独立的箕状断陷盆地,盆地基底向凹陷主边界断层方向倾斜.
扩张裂陷中心在西部坳陷带.
晚古新世盆地裂陷由西向东逐渐迁移,始新世扩张裂陷中心向东迁移,东部坳陷带开始裂陷,古新世中后期西部坳陷带和中部隆起带抬升并遭受剥蚀,东部坳陷带发育断坳型盆地.
始新世东海陆架盆地西部坳陷带进入坳陷一反转期,断层不控制沉积;东部坳陷带开始裂陷,东海陆架盆地东南侧发育控盆断层,此断层切穿沉积盖层进入中生代基底,为基底断裂,控制生油坳陷的展布与复式油气聚集带的形成¨.
始新世东海陆架盆地裂陷中心由西部坳陷带跃迁到东部坳陷带.
渐新世,东海陆架盆地东部坳陷带构造应力场明显减弱,正断层活动减弱,并且不再控制沉积,地层断陷结构转为坳陷结构;西部坳陷带没有沉积记录.
所以,渐新世为东海陆架盆地东部坳陷带的坳陷期,西部坳陷带的反转期.
中新世,东海陆架盆地东部坳陷带的构造应力场增强,并且从玉泉运动(T30)、花港运动(T20)至龙井运动(T12)3次挤压的强度不断加剧,形成大量的褶皱和反转断层.
玉泉组地层沉积后,龙井运动使得该区挤压抬升,造成强烈隆升和剥蚀,玉泉组地层大部分遭受剥蚀,仅在深部有图2东海陆架盆地构造单元划分(据文献[12]修改)22MarineGeologyFrontiers海洋地质前沿2O11年1月残留,形成广泛的区域不整合面(T12)和纵贯东海陆架盆地的近于SN向的中部隆起带.
龙井运动后整个东部坳陷带再次处于应力松弛阶段.
中新世末,东海陆架盆地进入整体沉降期,水平沉积了柳浪组、三潭组和东海群地层,形成与其他凹陷、凸起连通的开阔陆架沉积(表1).
表1东海陆架盆地构造演化简表Table1TectonicevolutionintheEastChinaSeaShelfBasin地层系统对应地层界面构造运动沟造演地震反射界面绝对年龄藿蓁统组段也震代号整体/Ma更新统东海组沉上新统三潭组一1.
8一一海槽运动一沉降上段一53一区域不整合柳浪组期下聆一l1.
6一一龙井运动一降上段区域不整合)反中新统玉泉组中毋期转下段一l6O一上段龙井组期下船一23O一一花港运动区域不整合)坳反上段渐新统花港组陷转期下段一339一玉泉运动一一二段区域不整合期平湖组三四段五段始新统六段断Jr_{坳温州组髫陷下段期瓯江组—558反转期陷卜段明月峰组中段古新统下段断期上段陷灵峰组下段月桂峰组—65.
5__一基隆运动一期陆石门潭组:区域不整合裂上白垩统闽江组一96一缘下白垩统渔山组一137一陷卜侏罗统厦门组中侏罗统福卅阻—叮J40一期期下侏罗统综上所述,东海陆架盆地的新生代坳陷都经历了断陷、坳陷、反转和区域沉降4个构造演化阶段.
晚白垩世至晚古新世东海陆架盆地裂陷中心在西部坳陷带,始新世东迁至东部坳陷带.
西部坳陷带在古新世中后期反转,始新世中后期和渐新世再次反转;东部坳陷带中新世反转.
所以,东海陆架盆地构造演化总体由西向东迁移.
2东海陆架盆地内部构造事件的区域和深部背景分析早白垩世末期至古新世,从地壳深度上,由于印度板块向北与欧亚板块的碰撞,给欧亚板块一个近乎SN向的挤压力,导致欧亚板块东部不同块体向东挤出,板块边缘向东蠕散,即"挤出构造".
此时,太平洋板块向欧亚板块东南缘成NNW向俯冲],但是研究表明,印度板块向北的运动速度远大于太平洋板块向北的运动速度,因此,在中国东部总体处于右旋力偶作用下,使得两部坳陷带发育NE向左阶展布的一系列断陷盆地,该地质事件在东海陆架盆地表现为雁荡运动(T100).
从地幔深度上,据P波层析成像(图3)结果表明,在中国西南部300km深处ll,存在高速的异常体,这与印度板块的消减相对应.
在400~600km深处,中国东部下方存在宽阔的高速异常体,显示了菲律宾板块在地幔过渡带的俯冲滞留现象.
同时,层析成像结果(图3)也表明,欧亚板块下面存在发育良好的软流圈通道,它不受菲律宾俯冲板块的制约,总体发源于西部深层,在东部上涌,结合新生代期间东南亚火山作用和大陆变形向东的年轻化趋势和活跃程度可以推断,新生代欧亚板块下部一直存在这一软流圈通道,喜马拉雅挤压碰撞带下的地幔岩石圈物质驱动了地幔物质在欧亚板块下沿低黏度的软流圈通道横向挤出,这种挤出驱动中国东部广泛的地幔上涌.
Basu等]、Flower等"对中国东部和亚洲东南部的新生代火山岩做了地球化学分析,得出相似的结论.
Liu等数学模拟研究了欧亚板块下的地幔结构,在印度板块与欧亚板块碰撞的最初几个百万年里,由于加厚的青藏高原岩石圈造成重力不稳定,激发了深部的地幔流,导致低速软流圈连续地从青藏高原下部向中国东南下部运移,由于持续的大量物质下插,进入青藏高原底部,地幔流向东南运移,在中国东部驱动部分软流圈物质上涌,使东海陆架盆地西部坳陷带进入断陷期(图4).
一系列受生长断层控制的断陷盆地开始出现,具有东断西超、东陡西缓的箕状特征,沉积充填于各断陷盆地之中,东厚西薄,沉积中心在东侧生长断第27卷第1期赵峰梅,等:东海陆架盆地的区域构造背景:印度板块的影响23t120406O800020(b)lo0104108l12116l加l24I28132136140144148(d)(e)(f)通过区域的纬度在图的右边标注,红色和蓝色分别表示低速和高速,速度变化幅度在右边标出,白点表示发生在距地表100km内的地震分布情况,两条虚线表示410km和670km处的不连续面,红色虚线表示低速体上升趋势.
蓝色虚线为东经120.
(正对东海陆架盆地)图3板块楔入的东西向垂直剖面P波层析成像I据文献[18])Fig.
3East—westverticalCROSSsectionsofP—wavetomographyalongtheprofilesshowrionthe~nserlmap({tomre[erence~a.
8])层附近.
沉积区各自独立,互不相通,沉积厚度变化大,显示盆地处于断陷的起始阶段,形成了在时间上有早有晚的沉积盆地.
此时,扩张裂陷的中心在西部坳陷带,呈东断西超的半地堑结构,中部隆起带和东部坳陷带遭受剥蚀,致使中部隆起带东部的上白垩统剥蚀殆尽.
始新世,由于印度板块与欧亚板块的持续汇聚、碰撞和俯冲楔入,地幔流驱动东海陆架盆地东部坳陷带软流圈上涌,东部坳陷带进入断陷期,形成断陷盆地.
西部坳陷带停止了地幔上涌,上部断陷盆地因冷却效应而逐渐转化为坳陷沉降,由伸展作用转为挤压作用,北部挤压反转,上古新统地层发生褶皱并遭受剥蚀,局部出现角度不整合,即瓯江运动(T50).
在43~39Ma,太平洋板块运动方向总体由NNW向转为WW向,太平洋板块对欧亚板块东南缘的斜向俯冲改为垂向俯冲],使欧亚板块的东缘的东海陆架盆地内部凹陷左阶组合的NE走向的边界断裂处于右旋的挤压应力状态下,形成区域性角度不整合面,西部坳陷带普遍抬升,地层剥蚀严重,西部坳陷带出现第2次构造反转,即玉泉运动(T30).
渐新世晚期,印度板块大幅度北移,东海陆架盆地处于右行压扭阶段,表现为花港运动(T20).
地震层析成像显示(图3),在欧亚板块东南缘,整个俯冲的菲律宾板块停滞在过渡层,从北向南太平洋俯冲的角度越来越大,在马里亚纳海沟处菲律宾板块俯冲角度达90.
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从西北部运移来的印度板块和华南地块底部的地幔物质在欧亚板块下沿低黏度的软流圈通道横向挤出,使菲律宾板块俯冲角度增大.
‰¨0宰l要5驾奏.
150睾I点5辐云岳10150封立5羹囊.
.
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容15海洋地质前沿琉球岛弧图4东海陆架盆地构造演化示意图Fig.
4Diagran1oftectonicevolurionoftheEastChinaSeaShelfBasin印度板块向欧亚板块俯冲下插,导致逾2000km的板块汇聚,2.
7*10km.
的物质大约24~61赋存在喜马拉雅山和青藏高原下,使其地壳增厚,剩余部分从碰撞带涌向欧亚板块之下,下地壳物质流动速度比上地壳快很多.
在印度板块向欧亚板块俯冲碰撞的早期,大多数物质赋存于喜马拉雅山和青藏高原下,使其地壳增厚,侧向流动的地幔流不明显,板块沿走滑断层(如晚渐新第27卷第1期赵峰梅,等:东海陆架盆地的区域构造背景:印度板块的影响25世至早中新世红河断层)向东南运动,浅部发育挤出构造,青藏高原隆升后,即晚中新世(15~1OMa),印度板块俯冲的绝大多数物质以地幔流形式向东南运移.
由此,本文推断中新世来自印度板块和华南地块底部的地幔流使得菲律宾板块俯冲变陡(图4),软流圈上涌位置东迁,冲绳海槽盆地北部开始裂陷,向西的挤压力导致东海陆架盆地东部坳陷带全面褶皱回返,即龙井运动(T12),此次运动使得东海陆架盆地形成一系列的褶皱和反转断层.
中新世末期至今,东海陆架盆地整体沉降.
上新世为冲绳海槽盆地的主要裂陷期.
3讨论和结论东海陆架盆地构造位置特殊,构造环境复杂,并经历了断陷~坳陷~反转等一系列构造运动,对东海陆架盆地的成盆机制的研究一直都为热点.
地质学家、地球物理学家、海洋石油勘探专家等对其进行了很多详细的地质研究,并取得了大量的研究成果.
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,但对于东海陆架盆地的成因机制依然存在一些争论.
本文在综合分析前人研究成果的基础之上,总结出以下结论.
(1)印度板块与欧亚板块的俯冲挤压,使得欧亚板块浅部发育挤出构造,印度板块和华南地块深部的软流圈沿欧亚板块下的软流圈通道向东南运移,驱动中国东部广泛的地幔上涌.
印度板块向欧亚大陆楔人造成的远程效应是菲律宾板块俯冲东撤、俯冲角度变大的重要动力来源.
(2)印度板块向欧亚大陆楔人造成的远程效应是导致东海陆架盆地断陷、构造应力场反转的重要动力来源,先后导致东海陆架盆地西部坳陷带的早中古新世断陷、晚古新世反转、早中始新世坳陷、晚始新世和渐新世反转、中新世至今的沉降;东部坳陷带的古新世和早中始新世断陷、晚始新世和渐新世坳陷、早中中新世反转和晚中新世至今的沉降.
(3)印度板块向欧亚大陆楔人造成的远程效应是东海陆架盆地构造演化总体由西向东迁移的重要动力来源.
晚白垩世至晚古新世东海陆架盆地裂陷中心在西部坳陷带,始新世东迁至东部坳陷带,中新世东迁至冲绳海槽盆地.
中晚古新世东海陆架盆地西部坳陷带构造反转,早中新世东部坳陷带构造反转.
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IUXin,DAIIiming,SUOYanhui,ZHOUJuntai,JIAOQian,WUQi,XULei,PANGJiehong(KeyLabofSubmarineGeosciencesandProspectingFechnique,MinistryofEducation,Qingdao266100,ChinaCollegeofMarineGeoscience.
OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China)Abstract:TheEastChinaSeaShelfBasinisaMesozoicandCenozoicoil—gas—bearingbasinlocatedatthejunctureofthesubductionzonesofthePhilippineSeaplateandtheIndianplate,inparticularintheperiodofCenozoic.
TheindentationoftheIndianplateundertheEurasianplatecausedextrusiontectonicsintheEurasianPlate.
ThemantleflowunderboththeIndianplateandthesouthChinablockflowedsoutheastwardthroughmantleflowchannelsundertheEurasianplate,thatmadethemantleupwellingandcrustriftinginEastChina.
ThesubductionoftheIndianplatehasalong—distanceim—pacttotheEastChinaSeaShelfBasin.
Thetectonicphenomenaobservedinthisregion,suchastheretrogressionofsubductionzones,theincreaseinsubductionangleofthePhilippineSeaplate,andthetectonicinversion,themigrationoftectoniccenteranddepocenter,andthestructuraljumpingfromthewesttotheeastintheEastChinaSeaShelfBasin,owedtheirorigintotheimpactofIndianPlate.
Keywords:Indianplate;EastChinaSeaShelfBasin;mantleflow;structuraljumping明∞l一司lL.
口口心