成果名称: 南海西北部陆坡区深水凹陷裂陷结构与发育机制研究
完成单位: 中国科学院南海海洋研究所
主要人员: 孙珍,孙龙涛,张云帆,徐子英,夏少红
介绍:

    课题来源与背景:课题来源于国家自然科学基金面上项目,项目执行期三年。

    研究目的与意义:南海西北部陆坡区的深水凹陷位于分隔型陆坡上,与白云凹陷和大多数研究中涉及的典型陆坡相比,分隔型陆坡在陆坡与洋盆之间多发育了一个中沙-西沙陆缘海台。位于分隔型陆坡上的华光凹陷在断裂特点、裂陷结构和沉积充填方式等方面明显不同于陆架区和开阔陆坡型凹陷,因此南海西北部陆坡区深水凹陷的裂陷结构、发育机制和动力学研究对我们认识大陆边缘演化的类型和控制因素、分析其油气前景具有重要的意义。为了揭示分隔型陆坡区裂陷样式的发育机理和各控制因素所起的作用,探讨中沙-西沙陆缘海台对陆坡盆地发育的影响,我们对琼东南盆地华光凹陷进行深入细致的分析和模拟研究,在地质结构、沉降和沉积发育历史的分析和数值计算的基础上,确立凹陷的地质结构和演化模式,设置物理模拟实验,通过变换岩石圈流变分层结构,下地壳粘度设置,岩浆侵入体位置、初始断裂样式、加载方式和刚性地块设置等方法,最终建立分隔型陆坡凹陷发育机制的动力学模式。 取得的创新性认识包括以下几个方面:

   (1)揭示分隔型陆坡盆地表现出受断裂、刚性地块和下地壳韧性薄化共同控制的结构特点:通过对断裂活动特征和裂陷样式的分析对比,我们发现与白云凹陷相比,分隔陆坡区的华光凹陷沉积作用较明显的受断裂控制,但整体上表现出复式半地堑特征,说明陆坡区韧性伸展比陆架区占有更多的比重。变形样式和沉降历史分析表明,陆坡上的构造高主要表现为受刚性块体发生较弱同张裂减薄从而导致沉降作用较弱造成。因此推测陆坡区的凹陷发育在早期伸展减薄和变热的岩石圈上,因此导致裂陷样式由脆性断裂控制为主变为脆韧变形共同影响,从而导致裂陷范围变大,凹陷由多个裂陷单元构成,但由于局部存在刚性地块,从而导致陆坡整体的薄化作用较其他区域慢的特点。该认识系统地总结了南海北部从陆架到陆坡裂陷样式的变化趋势,对预测和评价油气成藏组合具有重要的借鉴意义。

   (2)揭示琼东南盆地西缘深水凹陷发育受到南海陆缘张裂和西侧红河断裂走滑的共同影响:综合地质分析与物理模拟实验,我们发现琼东南盆地的发育既受控于南海北部陆缘的南东向—南南东向伸展作用,而且受到红河断裂左行走滑作用的控制和影响。其中,中央坳陷带主要受控于南东至南南东向的伸展作用;南部坳陷带的发育主要受控于琼东南盆地的伸展及其沿北北西向边界断裂右行走滑作用的构造叠加;而北部坳陷带的发育主要受控于北西向断裂左行走滑作用。红河断裂左行走滑作用可能开始于晚始新世,晚于琼东南盆地的伸展裂陷作用,且早期走滑速率应小于琼东南盆地的伸展速率,早渐新世( T70) 以后红河断裂左行走滑速率大于琼东南盆地伸展速率,导致琼盆西段的褶皱反转,以及一组北西—北北西走向张剪断裂的发育。中西沙地块强度的变化对位于内陆坡的琼东南盆地凹陷形态的影响比较小,但对中建南盆地内凹陷的形态有较大影响。通过与珠江口盆地白云凹陷前新生代构造背景的对比,我们发现白云凹陷裂前的弧前盆地背景强烈影响了白云凹陷的张裂样式,并导致位于分隔型陆坡上的华光凹陷与白云凹陷陆坡结构和发育历史的强烈差异。

   (3)软弱地质体对挤压构造发育特征的影响研究:从力学性质上来说,软弱地质体是指相对周围介质而言,其粘度较低,受力后容易发生非弹性变形,也即在相同的时间尺度内,其力学强度较低。通过物理模拟试验,我们对热软弱地质体类型对变形的影响进行了系统研讨。通过6组实验模型,探讨软弱体不同的面积、所处位置、挤压应力方向对构造变形的影响,最后基于模拟结果讨论了软弱体对莺-琼两盆地凹陷中心挤压褶皱发育的影响.实验结果表明,挤压作用下,软弱区先迅速隆起,随后隆起向无软弱体区延伸发育,软弱区隆起发育范围大于无软弱体区隆起范围,且其褶皱变形比无软弱体区变形更强烈.随着软弱体铺设面积不断增大,软弱区的变形范围越来越大,变形也越来越强烈,而无软弱体区变形范围基本保持不变;软弱区离所受挤压边界距离近,则挤压构造变形发育就越早,表现越强烈,反之变形晚且弱;正向挤压比斜向挤压形成的构造变形更强烈. 通过模拟实验,我们认为华光凹陷中心的挤压褶皱发育特征主要与其受斜向挤压作用带具有一定范围及软弱体的共同作用有关,推测斜压应力主要来源于印支地块的左旋挤出作用,其褶皱个体发育的区域大小与软弱体初始面积大小有关。

   (4)南海海盆破裂扩张过程受到岩石圈流变结构不均一性影响: 系列三维物理模拟实验揭示,南海海盆破裂过程受岩石圈流变结构的不均一性影响表现出点状破裂方式,其中不存在刚性块体是,破裂表现为凹对凹、凸对凸,而存在刚性地块的区域,破裂区域边界形态则表现为受刚性地块形态的强烈影响。

    上述研究,在国际上都是首次揭示,具有重要的科学意义,同时对南海深水区的油气勘探具有重要的指导意义。在J. of Asian Earth Sciences、Island Arc、中国科学等期刊已发表7篇SCI/EI文章,其中2篇为高被引SCI,1篇被引105次,另一篇被引近98次。

批准登记号:
登记日期: 2020-07-15
研究起止时间: 2009-01-01至2011-11-30
所属行业: 科学研究和技术服务业
所属高新技术类别:
评价单位名称: 国家自然科学基金委员会
评价日期: 2012-04-20