多期疊合數值模擬結果揭示南海陸緣盆地沉積演化特征
中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）構造與模擬學科組副研究員李付成、研究員孫珍等在南海實際地震剖面解釋的基礎之上，運用熱-力學地球動力學模擬方法疊合了珠江口盆地“同張裂+裂后+盆地反轉”三期構造階段，發現同張裂期珠江口盆地的不同伸展程度導致了白云凹陷、東沙隆起在中中新世時出現截然相反的沉積響應。相關研究成果近日發表在國際地學期刊Geophysical Research Letters（《地球物理研究快報》）上。
珠江口盆地作為南海北部陸緣最大的含油氣沉積盆地，其構造及沉積演化史一直是油氣資源勘探的基礎。自晚中生代以來，以珠江口盆地為代表的南海北部陸緣盆地至少經歷了神狐運動、兩期珠瓊運動、南海運動及東沙運動，這些構造運動共同構成了珠江口盆地的主體演化三階段：斷陷、拗陷、構造反轉。裂陷期是盆地內各凹陷形成的主要時期，同時是構造沉降活躍的時期；從珠海組沉積開始，珠江口盆地進入了裂后熱沉降階段；在中中新世以后，南海北部陸緣進入到裂后構造活化期, 即東沙運動。長久以來，東沙運動被認為是局部的構造事件，僅僅發生在珠江口盆地西部的東沙隆起附近，主要表現為區域削截型構造不整合面（如最明顯的T32界面），東沙隆起大部分地區地層遭受強烈的抬升和剝蝕，甚至出現沉積的缺失與基底的剝露（圖1）。
與東沙隆起的表現截然相反的是，在中中新世時，以白云凹陷為代表的盆地中西部不僅未出現抬升剝蝕，反而表現為異常快的沉積特征（快達400 米/百萬年），進而演化成為沉降中心，新生代沉積厚度厚至>10千米（圖1）。長期以來研究者們認為隆起-剝蝕、斷層再激活等是盆地反轉的基本響應，所以大家通常將東沙運動的活動范圍局限在東沙隆起，而對白云凹陷出現的異常沉降則一直用其他動力或機制來解釋。
研究團隊以南海陸緣的演化過程為基礎，在實驗室開展了相關的地球動力學模擬研究，實現了陸緣沉積盆地的完整演化過程。模擬根據不同歷史時期的應力變化，先開展盆地的同張裂、裂后熱沉降過程模擬，在第三階段對盆地進行反轉擠壓。模擬研究結果發現：受熱冷卻的影響，不同伸展程度的陸緣盆地，在盆地反轉階段具有不同的沉積表現。當受到強烈伸展后，如伸展后盆地地殼厚度<10 千米時，反轉階段的盆地中心相對于兩側將下凹，接受更多的沉降量；反之，當地殼厚度達16 千米或者更厚，盆地中心將會被擠壓抬升，進而出現沉積的剝蝕（圖2）。這個結果很好地解釋了白云凹陷、東沙隆起現象，實際反射及折射地震資料揭示白云凹陷最薄處地殼厚~4 千米、東沙隆起則厚于21千米，他們在東沙運動期間分別表現為異常沉降和剝蝕抬升（圖2）。
簡言之，以東沙運動為代表的盆地反轉不僅可以導致抬升剝蝕，同樣可以造成異常沉降。該研究不僅定量驗證了盆地反轉（如東沙運動）可以造成沉積的抬升與剝蝕，更為重要的是提出了異常沉降亦是盆地反轉的另一重要表現形式。這一結論為重新認識盆地的沉積響應提供全新的思路。
參與本項工作的還有國土資源部海洋二所研究員丁巍偉、香港中文大學教授楊宏峰、中海油深圳分公司總工程師龐雄，經理鄭金云及李洪博，及廣東海洋大學副教授謝輝。本研究得到廣東省自然科學基金研究團隊項目、中科院盧嘉錫國際團隊項目、國家自然科學基金、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項，中國科學院戰略性先導科技專項A類、以及廣州市科技項目等項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2021GL094750
圖1 南海珠江口盆地基本地質情況及沉積特征
圖2 模擬結果總結及與東沙隆起、白云凹陷沉積特征對比
