南海北部中生代地层沉积序列特征

如题所述

根据中生代地层划分,利用华南陆区露头剖面、LF35-1-1井钻井资料及地震反射资料,对上三叠统、下—中侏罗统、上侏罗统、下白垩统、上白垩统5个地层单元的沉积充填特征进行了系统分析。

(一)前中生代基底特征

Tm为上三叠统与下伏基底之间的角度不整合面。Tm之下伏基底在陆区包括前寒武系、下古生界、上古生界和下—中三叠统。如深圳西部的宝安区虎背山东南坡,出露深灰色条带状、条痕状混合岩,经锆石 U-Pb 激光定年测得年龄为(1007±25)Ma,为元古宙沉积(梅村等,2011);东芜露头剖面上三叠统之下为高角度的石炭系灰岩(图3-2)。Tm之下古生代、元古宙未变质地层,通常具有良好的不连续层状反射,与上三叠统底面呈高角度或低角度的层状反射,两者产状有明显差异;在大部分区域,古生代、元古宙地层已经变质成结晶基底,地震剖面呈近空白或杂乱反射(图3-74)。在凹陷边缘,由于上三叠统粗碎屑沉积速度快,与古生界波阻抗差异减少,Tm强反射不明显;另外,燕山、喜马拉雅运动期火山侵入的改造,也可造成Tm界面不连续。

(二)晚三叠世持续海进过程中的凹陷充填沉积

1.华南陆区晚三叠世多凹陷充填沉积

上三叠统沉积期,粤东与粤西为两个被粤中隆起分割的凹陷,其中粤东凹陷的沉积中心位于揭西灰寨一带,其上三叠统剖面是沉积地层最厚、最全的一个露头剖面,自下而上发育3个层序(3个组)(图3-75),累计厚2300余米。S1-1(红卫坑组下部)主要分布于凹陷中心,S1-2沉积范围扩大至海丰青年水库,S1-3沉积范围继续扩大,但未覆盖惠州黄洞一带隆起区(黄洞剖面无上三叠统)。这种凹陷中心与凹陷边缘地层厚度的巨大差异,反映晚三叠世粤东地区发生了地壳持续下拗,而沉积范围的不断扩大,则反映晚三叠世的持续海进过程。粤西凹陷中心位于粤西高明一带,与粤东凹陷相比,粤西凹陷明显小而浅,缺失S1-1 层序,累计厚度约600m,反映该地区由于靠近中南半岛-海南岛-神狐隆起,地壳的下拗幅度较小。

图3-74 潮汕拗陷地震地层解释剖面图(XQ365测线)

上三叠统的上超充填沉积;SB1—SB2为层序界面,其中Tm3为上三叠统顶面,上三叠统内部3个层序与华南陆区揭西灰寨划分的3个层序(图3-76)对应

图3-75 华南陆区上三叠统对比剖面

(据广东省地质调查研究院资料和福建省地质调查研究院资料修改)

2.华南陆区晚三叠世地层岩相特征

凹陷中心与凹陷边缘的岩相有很大差异。凹陷边缘多为红色和黄色粗碎屑沉积岩,凹陷中心则以细碎屑沉积岩为主,暗色地层比例较高,两者分别反映浅水沉积和深水沉积。粤西和闽西南高明坑凹陷虽然浅,但沉积物多为暗色粗碎屑,表明这些小凹陷沉积期处于封闭、半封闭环境,即在晚三叠世沉积期,华南陆区的各个凹陷处于分离发育状态,尚未形成连成一片的开阔水域。这种封闭、半封闭的水动力环境,有利于有机质的保存,使其成为中生代地层中有机碳丰度最高的层系。

3.南海北部晚三叠世地层沉积充填序列

潮汕拗陷XQ365地震解释剖面清晰地展示了晚三叠世沉积充填序列(图3-74)。晚三叠世发育3个海进-海退层序(分别命名为S1-1、S1-2和S1-3),其沉积充填过程如下:

(1)S1-1

Tm—SB1之间的地震层序,大致与华南陆区红卫坑组下部地层对应。海进层系总体呈退积和加积堆砌,反映为凹陷范围很小状况下的快速充填沉积,海退层系呈前积充填沉积。总体呈沿凹陷边缘的上超充填沉积。

(2)S1-2

SB1—SB2之间的地震层序,大致对应于华南陆区小水组。海进层系呈退积,向凹陷边缘逐层上超,沉积范围不断扩大,凹陷中心则为欠补偿沉积,发育弱振幅和整洁层状反射为特征的泥岩地层。海退层系呈前积充填堆积,在斜交前积层之下还发育有丘状反射体(深水扇)。海进体系域的退积堆砌方式,反映海平面的快速上升,而凹陷中心发育弱振幅泥岩与丘状深水扇互层沉积,则反映泥岩为深水、低速率环境下的沉积。因此,认为这套泥岩与华南陆区小水组泥岩一样,具有良好的生烃条件。

(3)S1-3

为SB2之上的地震层序。在S1-3沉积期,由于凹陷边缘坡度变小,沉积范围迅速扩大。其海进层系呈退积,海退层系呈进积堆砌。凹陷中心主要为弱振幅泥岩充填沉积,三角洲沉积体系向凹陷边缘退却。

(三)早侏罗世大规模海进过程中的广海陆棚沉积

1.华南陆区早侏罗世大规模海进-海退沉积

早侏罗世早中期,南海北部中生代盆地发生持续的大规模海侵,使华南陆区晚三叠世沉积发育的多个孤立凹陷连成一片,形成开阔海环境。从银瓶山组至上龙水组沉积期,粤中、粤东、闽西、赣南均发育数套深水陆棚环境沉积的黑色泥岩,表明海侵范围达到中生代最大(图3-76)。在长埔组和吉水门组沉积期,砂体明显增多增厚,指示海退前积充填沉积。至早侏罗世晚期,发生燕山运动第一幕,华南陆区抬升隆起,海水开始退出,发育以三角洲平原为主的海退沉积层系(桥源组)。下侏罗统下部的大规模海进层系(银瓶山组—上龙水组,浅海和半深海相为主)和上部海退层系(长埔组—吉水门组—桥源组,浅海和三角洲相为主),构成一个完整的长—巨周期沉积旋回。

图3-76 华南陆区下侏罗统对比剖面

(据广东省地质调查研究院资料和福建省地质调查研究院资料修改)

2.南海北部海域早侏罗世开阔海盆持续海进沉积

在早侏罗世,南海北部海域发育一套以弱振幅、整洁、平行连续反射为特征(图3-77)的滨浅海—深海环境沉积,属于以泥岩为主的广海陆棚相地层,纵向加积堆砌为主。

(四)中侏罗世陆棚环境欠补偿沉积

1.华南陆区中侏罗世断陷湖及火山岩沉积

早侏罗世晚期,华南陆区地壳增生隆起,海水退出,沿断裂带局部拉分张裂而发育断陷湖盆,接受中侏罗世湖泊及沿断裂喷发的火山岩沉积。如东芜市塘厦组剖面,为一套湖泊和火山岩(熔岩、凝灰岩、火山灰黏土岩)地层,累计厚度达4500余米。中侏罗世晚期局部断陷沉积的吉岭湾组,为一套中基性火山熔岩及火山碎屑岩,厚度约1000 余米,以喷发不整合接触方式覆盖在塘厦组之上。总体而言,华南陆区中侏罗统下部以断陷湖和火山碎屑岩为主,上部以断陷深湖相泥岩及火山熔岩为主。

图3-77 南海北部中生代沉积充填序列地震解释剖面(XQ365)

Tg(新生界底)为“上超/削截型”构造不整合面;Tm1(K/J3)为“上超/削截或离超型”构造不整合面;Tm2(J3/J1-2)为“下超/整合型”构造不整合面;Tm3(J1-2/T3)为“整合/顶超型”层序不整合面;Tm(Mz/Pz)为“上超/削截型”构造不整合面。T3呈凹陷上超式充填沉积(沿凹陷边缘上超,沉积范围不断扩大);J1-2为(浅—半深水)陆棚欠补偿沉积(厚度横向变化小,加积为主);J3为退覆式充填沉积(顶面削截或离超,向下内收敛,下超在J1-2之上);K为陆相上超式充填沉积;在T3—J3沉积期,凹陷中心经常处于深水环境,发育丘状深水扇

2.南海北部中侏罗世浅海—半深海环境欠补偿沉积

LF35-1-1井钻井揭示,海域中侏罗统为一套以泥岩为主,夹砂岩和灰岩的浅海相沉积地层。LF35-1-1井所标定的中侏罗统地震反射层呈弱—中振幅、整洁、平行连续反射(图3-77),凹陷中心发育前积层之下的丘状反射体,指示南海北部广大区域处于广海陆棚环境,发育以泥岩为主,夹灰岩的沉积地层,处于半深海环境,发育深水扇,水体呈向上加深的趋势,总体为欠补偿沉积。

(五)晚侏罗世火山岩和碎屑岩的退覆充填沉积

1.华南陆区大面积火山碎屑及熔岩流沉积

中侏罗世晚期发生的燕山运动第二幕构造活动,其非常重要的标志是南海北部T3—J2地层卷入褶皱,产生北东向褶皱构造带,出现北东、北西向断裂,沿断裂带的火山喷发、熔岩溢流异常活跃,形成大量火山喷出岩系(热水洞组、水底洞组和南山村组),其厚度可达6000余米。

2.南海北部海陆过渡环境退覆沉积

晚侏罗世,南海北部靠近陆地的区域已隆起成陆,来自西北和北部的陆源碎屑,通过河流搬运到南海北部拗陷盆地内沉积,其间夹杂大量本地火山口的熔岩溢流及火山碎屑沉积层。这些沉积物快速向凹陷中心搬运沉积,地震剖面上表现为高角度的倾斜反射层(熔岩层与碎屑岩互层)从周缘隆起向凹陷中心,以顶部离超、底部下超方式充填堆砌(图3-77,图3-78)。在火山口附近的低洼地带以及凹陷底部,发育呈丘状堆砌的火山岩水下扇。

图3-78 潮汕拗陷上侏罗统退覆充填沉积反射层地震解释剖面

上侏罗统发育5个(1~5)退覆沉积体。在每个退覆反射体的左侧为杂乱、小丘状反射(火山熔岩和集块岩堆积);向右,反射层连续性变好;进入凹陷中心,反射层厚度减薄,开始收敛;单个反射层振幅从极强到强、再到弱变化,厚度逐渐变薄,最终下超在Tm2之上

3.南海北部陆坡区上侏罗统多重叠置火山锥

在南海北部陆坡深水区,水下火山喷发形成规模不等的火山锥。从火山锥核部到翼部,其地震反射特征变化为:近空白反射(火山侵入岩)、杂乱反射(火山集块岩及熔岩)、极强弧状反射(熔岩层夹火山碎屑岩层)、背形层状连续反射(火山碎屑岩夹熔岩层)(图3-79,图3-80)。

单个火山锥规模有大有小,大者直径可达数十千米。多期次喷发形成的火山锥累计高度可达5000m(时间厚度约2s)以上,其翼部经常形成类似于多重背斜构造的多个背形(轴线有偏移)叠置反射。火山锥的翼部通常因为连续性较好,容易被认为是背斜构造或三角洲、冲积扇沉积建造。

火山喷发锥体翼部测线上的丘形反射与背斜构造的主要区别在于:①它位于火山锥外围或翼部,向锥体中心(或过锥体中心的地震剖面)层状性逐渐消失,核部通常为空白或杂乱反射;②丘形反射的强反射层不是同一个标志反射层,而多重背斜内部的极强反射层通常为标志反射层(同一个反射层被断层切成数段);③丘状反射体的地层通常在中心厚,向侧翼减薄,并呈收敛状,多重背斜的地层除核部泥、盐丘外,地层厚度和反射强度通常稳定,呈平行连续状。

图3-79 南海北部笔架盆地地震地层解释剖面(NHD80测线)

展示上三叠统和下侏罗统的层状反射沉积层和上侏罗统及白垩系火山锥翼部和锥间的多重叠置火山锥反射特征;T3呈层状较连续反射,滨岸相沉积;J1呈层状连续反射,为大规模海进期沉积的陆棚相泥岩地层的地震响应;J2为连续性差的层状反射,局部杂乱,火山岩为主,与J3不易区分;J3呈多个叠置的丘状反射,横向厚度变化大,厚度2000~5000m(时间厚度为1~2s);K为持续向海盆的退覆充填沉积,厚约3000m,下超在Tm1界面上。Tg为新生界底角度不整合面

图3-80 南海北部笔架盆地中生代地层沉积序列(XQ3测线)

a—古生界(?);b—中生代底部沉积岩,已经被火山侵入或烘烤改造,失去层状特征;c—靠近火山口的中生代火山岩体,总体呈杂乱反射,内部有弧状反射(含火山碎屑或泥质岩夹层)

(六)白垩纪陆相沉积及海陆过渡相退覆充填沉积

在白垩纪,海岸线退至现今的外陆棚区,南海北部大部分区域为河流、湖泊陆相沉积,但在外陆棚及陆坡区,仍然处于海相环境。并且,由于向南水体加深,陆坡区为半深海—深海环境,发育陆坡深水扇、水下火山锥体。

白垩纪沉积充填过程主要分3个阶段。

1.早白圣世湿润气候环境下的河流、湖泊沉积

早白垩世,受太平洋板块对欧亚板块的俯冲碰撞作用影响,形成北东向的拗陷带,接受早白垩世沉积。华南陆区及南海北部古陆处于湿润炎热的气候环境,洪水频发,在山间盆地、湖盆内发育洪积扇、三角洲-湖泊相地层。在凹陷边缘可看到明显上超反射(图3-77)。

2.早白圣世晚期火山喷发及熔岩流沉积

早白垩世晚期,发生燕山运动第五幕,华南陆区的优胜组中酸性火山喷发岩就是该构造幕的产物。南海北部区域,由于构造活动较华南陆区强烈,该时期发生的火山侵入和喷发活动熔岩流沉积也较为普遍。

3.晚白圣世干燥(热-冷)及火山喷发沉积

晚白垩世,太平洋板块向欧亚板块俯冲,使得南海北部区域构造抬升,在低洼和凹陷区发育河流及湖泊相红层及蒸发岩系;在洋壳楔入带上方形成海槽(笔架-台西南盆地北部陡陆坡带),海槽内主要为滑塌的深水扇、来自北部陆地的沉积物退覆充填沉积(图3-81)以及水下发育的火山锥(图3-79,图3-81)。

图3-81 南海北部中生界地震地层解释剖面(XQ3测线)

T3为层状较连续反射,上超沉积;J1为层状较连续反射;J2在该区以火山岩为主,与J3不易区分;J2-3火山岩呈杂乱、多重丘状叠置反射;K为持续海陆交互相,持续向南退覆充填沉积

在笔架和台西南盆地,白垩系主要为火山碎屑岩,穿过火山锥体的翼部测线地震反射层状性较好,多呈退覆充填堆砌(图3-82,图3-83)。

图3-82 南海北部笔架盆地地震解释剖面(NHD18测线)

中生代沉积充填序列特征:①可见到20余千米深度的莫霍面;②左下角可见T3—J1地层的层状较连续反射;其下低频强反射,可能是古生界;其上为J2火山碎屑夹熔岩层的强反射,超覆在J1之上;③J3主要为火山岩和火山碎屑岩,局部夹泥岩层;内有3个火山口,东侧为从海底喷发的火山岩(洋壳?);④K沉积期,海槽区呈楔状充填沉积,向东南洋盆方向,厚度逐渐减薄(超覆在J3火山岩体上),岩性从火山碎屑岩变为泥岩;但图中东侧洋壳区,发育海底喷发火山岩;⑤K之上为古新统(E1),火山碎屑岩为主,或相当于珠江口盆地神狐组(E1),下超或上超在下伏白垩系火山岩之上,在火山锥之间洼底呈连续沉积;⑥E2为始新世早中期(56~42Ma)沉积,相当于文昌组;⑦

为恩平组,文昌组—恩平组为断陷充填沉积,向两侧上超;⑧珠海组和珠江组下部(

—N1,T7—T5之间)为陆坡内凹陷深海欠补偿沉积;⑨N2(珠海组上部、韩江组、万山组),为深海平原沉积。该剖面现今海底平均深度约2300m

图3-83 南海北部台西南盆地地震解释剖面(NHD-352测线)

展示南海北部陆坡东段的中生代沉积充填序列特征:①西侧位于中生代沉积早期的古隆起,古生界之上为J3和K火山岩,呈块状反射(火山熔岩流堆积,内部缺少反射界面),向陆坡逐渐显现层状和向洋盆方向的退覆堆砌;②在海槽区,充填沉积体呈丘状地震反射,推测为滑坡或水下扇堆积;海槽南侧,为海底火山喷发岩体(洋壳?);③K之上为古新统(E1),海槽底部有丘状反射体,上部为向盆地方向的退覆沉积,下超或上超在K之上

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