南海北部活动构造及其对天然气水合物的影响

王霄飞，李三忠，龚跃华，刘 鑫，索艳慧，戴黎明，马 云，张丙坤

1.海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100

2.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266100

3.广州海洋地质调查局，广州 510760

0 引言

活动构造即第四纪晚更新世（10～12万a）以来一直在活动，现在仍在活动，未来一定时期内仍将会发生活动的各类构造［1］。国内外研究［2－3］表明，活动构造与天然气水合物的形成和分解密切相关。目前，已经发现一些活动构造与天然气水合物两者有关的地质现象，如麻坑、气底辟、泥底辟、活动断裂、活动褶皱、滑坡、火山喷发和地震等。我国南海于2007年以来确证存在天然气水合物，且南海北部以其天然气水合物资源的储量丰富，成为目前的研究热点［4］。天然气水合物的富集成藏、勘探开采，以及由分解引起的海底滑塌、浊流等灾害都与本区地质构造环境有着密切的关系［5］。开展相关的构造研究，特别是活动构造与资源、环境效应的研究，无论是从寻找战略后备能源的角度，还是从灾害防治和维护人类生存环境的宜居性角度，均具有重要的理论意义和实际意义。但是迄今为止，南海北部相关活动构造与天然气水合物的关系研究较少，没有系统开展。以往对于南海的活动构造研究大都是以服务油气勘探为目的。为了研究南海北部油气运聚规律，于20世纪60年代末对南海进行了地球物理调查；70年代初，由地质矿产部第二海洋地质调查大队主持，南海海洋研究所参加，对北部湾盆地进行了1∶50万的海底地形、重、磁、地震调查；70年代中后期对珠江口盆地进行1∶100万地质地球物理调查；在90年代初期对珠江口盆地进行1∶20万工程地质调查和灾害性地质专题研究，同时期又对南沙群岛曾母盆地以及邻近海域进行地质地球物理调查；1974—1979年石油工业部南海西部石油公司在北部湾盆地进行钻探工作和地震详查［1］。这些地质地球物理调查研究为南海的活动构造研究奠定了扎实基础。笔者从活动构造各种表现形式如断裂、地震活动、气底辟以及火山活动等入手，研究南海北部陆缘活动构造的特征以及活动构造对天然气水合物形成的影响。

1 区域地质背景

大陆边缘的各种地质构造活动强烈，一直以来是海洋地质学研究的重点。南海地处欧亚板块、太平洋板块、印—澳板块的交接地带（图1）。新生代，南海北缘中中新世以后主体表现为被动大陆边缘，南缘早期为裂解型陆缘，后期发生逆冲推覆；中部34～16Ma形成新生的中央海盆，16Ma以后洋壳开始俯冲，在东缘形成活动大陆边缘，沿马尼拉海沟向东发生消减俯冲，为强烈的地震－火山活动带。因此，南海四周的大陆边缘包含了大陆边缘的4种类型：北部陆缘的张裂型边缘、南部陆缘的挤压型边缘、西部陆缘的剪切型边缘以及东侧的俯冲型边缘。

图1 南海天然气水合物相关盆地分布与活动断裂Fig.1 Regional distribution of gas－hydrate－related basins and active faults in South China Sea

南海海底地形变化与该区活动断裂具有密切的关系，特别是南海北部的西北侧水深较浅，东南侧水深偏大。南海陆架、陆坡地貌景观总体是大陆地貌特征向海区的延续。中部为洋壳组成的菱形盆地，为相对平坦的深海平原，中央存在一些串珠状海山；其四周为宽窄不一的陆架，南、北陆架较宽，内陆架以伸展断陷为特征，外陆架分布着阶梯下降的陆坡；东、西部陆架较窄，以挤压逆冲或走滑为特点。海底深部结构为隆起与凹陷相间，海槽与海沟发育，岛屿及珊瑚礁广布是南海地貌的主要特征。南海海盆新生代发生了早、晚两期的海底扩张，早期扩张发生于33.5～25.0Ma，晚期的海底扩张发生于23.5～15.5Ma，主流观点认为早晚两期扩张均为由东向西传播的渐进式扩张，构造上具有南北分段东西分带的特点［6］。大陆边缘作为洋－陆交接转换的过渡地带，汇聚了全球90%的沉积物，大量沉积物的快速堆积对于油气和天然气水合物的形成具有重要意义。

南海北部界于北纬16°—23°与东经108°—120°，位于华南地块和南海地块的衔接带上，南临南海地块的主体部分，西部为印支地块，东邻台湾—菲律宾岛弧，长期被认为是被动大陆边缘体系，地壳稳定性较强，大震、强震较少［7］。南海北部主要盆地由东往西有台西南盆地、珠江口盆地、琼东南盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地5个盆地。

南海北部陆缘的大陆架构造特色较为明显，具有复杂的基底构造，控盆断裂主体向北、向陆倾，中中新世以前断裂较为发育，但新构造期断裂也有发育，相对前期较少，主体南倾、海倾，其特殊构造及历史特点与典型的被动大陆边缘有很大差异［8］。大量调查表明，南海北部陆坡地形主要受到NE、NEE、NW向断裂的影响，尤其是NEE向断裂的控制，地形呈阶梯状向海节节下降。地震调查资料表明，陆架坡折的陡坡地形往往受到一些自地层深处直至海底表面的断裂的控制，大量滑坡不断沿这一带发生。由地貌可见，大陆坡的陡坡地带可能为断裂发育的位置。陆坡上发育的海底滑坡、陡坎、海底高原、麻坑、海底扇以及陆坡台地等构造地貌或地质体，也为天然气水合物的形成和分解提供了有利的地质构造环境及构造部位［2］。

上新世以来，南海北部陆架区以浅海黏土沉积为主，晚更新世的低海平面时期导致外陆架上分布了一套以砂质粉砂质为主的粗粒沉积。南海北部陆坡上还分布着浊流沉积的产物——重力流沉积。此外生物沉积也占有重要比例：从陆架区到陆坡区浮游有孔虫体的丰度迅速增加；当水深到达2 300～2 800m时，浮游有孔虫体的丰度又开始急剧下降。通过对ODP184航次的钻孔研究表明，东沙群岛西南陆坡第四纪平均沉积速率1146孔和1147孔皆为4.1cm/ka，1148孔为2.0cm/ka［9］。另外，ODP184航次还发现：3Ma以来，南海北部陆坡的1145井处，平均沉积速率为4～25cm/ka，19Ma以来，1146井处的沉积速率为2.0～3.6cm/ka；32Ma以来，1148井处的沉积速率为1.0～2.0cm/ka［10］。由上述资料来看，上新世末期南海北部陆坡沉积速率较高，陆坡上如此高的沉积速率为天然气的形成提供了坚实的物质基础，从而保证了天然气水合物的成藏所需要的充足气源，也决定了天然气水合物分布主要位于陆坡区。

前人认为，南海北部大陆边缘属被动型大陆边缘，自南海晚期海底扩张结束以后构造活动停止，因而活动构造研究并没有得到高度重视。虽然15.5 Ma是南海海底扩张停止的时间，然而，海底扩张的结束并不意味着构造活动的停止［11］。现今调查发现，该区依然存在多种类型的活动构造，因而是此次的研究重点。

2 南海北部陆缘的活动断裂

活动断裂是活动构造的表现形式之一。南海北部陆缘活动断裂主体为正断层，剖面上深部断距大而浅部断距较小。活动断裂格局主要继承了燕山期基底的断裂构造格局，第四纪以来新生的断层主要发育在盖层当中。南海的东沙运动是5.3Ma以来菲律宾板块沿台湾—吕宋岛弧与欧亚大陆碰撞及南海向吕宋岛弧下俯冲的东西向挤压作用下的综合效应，总体导致南海北部大陆边缘产生了密集的近东西向张性断裂以及北西向等间距分布的张剪性断裂。据统计，仅在珠江口盆地中新世晚期以来的活动断裂达1 400余条［10］。从断裂组合的走向上来看，可以将南海北部陆缘的断裂分为NEE—EW、NE、NW向3组，控制了绝大多数5级以下地震的分布空间和位置（图2）。

2.1 NE向断裂系

NE向断裂属于深大断裂，断层切割地层年代跨度很大，而且从地形图上可以看出，NE向断裂控制了本区陆坡整体走向和地形地貌的发育。NE向断裂系是在太平洋板块的俯冲碰撞下所形成的一系列断裂构造，主要活动于早白垩世晚期至始新世，沿断裂带发育有大量中生代花岗岩和中酸性火山岩，燕山期为压剪性，并控制了新生代早期的玄武岩分布。晚渐新世即南海第一次海底扩张结束以来，NE向断裂的性质转化为张扭性，NE向断裂大多沿东南沿海分布。其中，NE向主干断裂从华南陆块延伸进入南海北部，控制了大量箕状断陷的NEE向陆倾断裂组［7］。上新世—第四纪期间NE向断裂依然具有活动性，因为N2—Q3的玄武岩明显受NE向断裂控制，可见NE向断裂应当为深大断裂，可能切割地壳至岩石圈。后期，NE向断裂被NW—NWW向断裂切割而分段，连续性变差，表现为地震也间断成带分布。NE向断裂活动及其引起的地震（图2）以及由地震诱发的一系列次生灾害所形成的地震－滑坡－气烟囱等灾害链是不容忽视的。

2.2 NEE—EW向断裂系

与NE向断层一样，NEE—EW向断层在中生代时期为压扭性断裂，NEE—EW向断裂系在南海发生第二次海底扩张期间，性质发生了转变，由压扭性转变为张性断裂，由一系列近似平行的正断层组成，断裂两侧地貌的差异较大［1］；晚渐新世—上新世活动强烈［8］。NEE—EW向断裂组合在平面上具有马尾状特征，常收敛于NE或NNE向主控断裂，NEE—EW向断裂在南海北部陆缘分布范围大、数量多，但规模小，与华南海岸线大致平行，与NNE—NE向断裂共同构成南海北部断裂系统的主体。与南海北部各个盆地和坳陷构造单元的走向基本一致，为控盆或者控坳的断裂。NEE—EW向断裂控制着一系列的新生代箕状断陷，是南海北部的主要构造－沉积格架，但不是控盆断裂。沿南海北部分布的NEE—EW向的断裂也控制了N2—Q3玄武岩的分布，说明NEE—EW向断层切割地壳至岩石圈。

图2 南海北部和邻区活动断裂和地震分布Fig.2 Active faults and earthquakes in northern South China Sea and its neighboring

2.3 NW向断裂系

NW向断裂系在新生代早期可能为变换带，调节着NEE—EW轴向半地堑的位移和差异分布，在靠近大陆边缘处发育并呈斜列式等间距分布。NW向断层具有多期活动的特点，中生代燕山期在太平洋板块的挤压下，NW向断裂系以右旋张剪性为主；在新生代早期，NW向断裂系表现为左旋压扭的性质［1］；在中新世末期（约5Ma），由于受到菲律宾板块对欧亚板块NWW向的挤压影响，NW向断层转变为以张扭性为主。在南海北部陆缘地区，NW向断裂切截其他方向的断裂并且与NEE—EW向断裂呈棋盘状交错排列，使得南海北部陆缘形成了“南北分带、东西分块”的构造格局。NW向断裂是一组新生的并且活动性强的断裂，与NE向断裂一样，NW向断裂控制了本区地形地貌和地震的发育。在NW向断裂系与NE向断裂相交切的位置震源出现丛集分布，由此可见，NW向断裂近期的活动性制约了地震的活动。

3 地震分布及震源机制

地震作为活动构造的一种表现形式，它既受断裂控制又可加强断裂活动［11－12］，对于活动构造的研究具有重要意义。地震也可以引起滑坡以及天然气水合物分解从而进一步导致次生灾害的发生，是灾害链形成的主要因素。从变形过程以及发震应力状态可以将地震震源划分为逆断层型、正断层型和走滑型［13］。纯正断层型、纯逆冲断层型和纯走滑断层型的地震在自然界中是极少数的，绝大多数的地震发生机制是混合型的，混合机制类型有具正断或逆冲分量的走滑断层型、具走滑分量的正断层型或逆冲断层型［14］。

对南海1970年至今2级以上的地震的震中统计表明，南海北部地震活动主要集中在东、西两端，在中部地震活动性较弱（图2），震源深度浅，多数小于4km，属于浅震。地震活动总的特征是东强西弱、北强南弱，地震活动分布很不均匀。震源在南海北部的东北部分布较为密集，呈线性分布，走向为北东向，向西南方向地震活动逐渐减弱，这与菲律宾板块和欧亚板块的碰撞对南海北部西南端的影响较小有关；一直到琼东南和北部湾盆地地震活动又开始趋于频繁，可能与印度板块和欧亚板块的碰撞相关，其震源转化为NW向的线性分布。在NE向断裂与NW向断裂交切处，是地震应力集中的部位，震源呈现出丛集分布的特点，从华南大陆到南海北部，震源密集重叠（图2）。前人的研究［15］表明，南海北部震源应力场的优势方向表现出从东到西依次由近EW向改变为NWW向、NW向，并在雷琼地区达到近SN向的特征。结合震源在南海北部大陆边缘的分布可见：5Ma以来菲律宾板块对亚欧板块的俯冲碰撞，可能是导致南海东北部地震活动较为活跃的主要因素；由东向西地震活动性逐渐减弱，可能表明南海北部受到菲律宾板块俯冲碰撞的影响逐步减小，直至琼东南以及北部湾盆地处；由于受到红河剪切带的右行走滑作用影响，地震活动又开始活跃。

自1600年，南海北部陆缘发生过2个周期的大量地震活动：第一期为1600—1605年，第二期为1905—1931年。这2期时间为丛集式地震活动期间，南海北部陆缘中段地震稀少，两侧地震密集分布。对部分地震进行的震源机制解（图2）研究表明，南海北部的地震活动属于板内地震，受NE向或者NW向断裂控制，在这两组断层交切处，地震活动十分发育，空间上密集分布。在南海北部陆缘的东北部震源位置明显呈条带状的NE向分布，受NE向的断裂带所控制，其地震震源机制为NE向的右行走滑断层。因此，北东向断裂在南海东北部为发震断裂。由于5Ma以来菲律宾板块对亚欧板块的俯冲碰撞，在南海东北部受到挤压形成一系列逆冲断层，华南地块向SE的蠕散致使在南海东北部形成一系列左行弥散性走滑的NW向断层，因而NW向活动断裂可能为孕震断裂。然而，在南海北部陆缘的西南部，因华南地块向SE的蠕散导致了NW向断层为右行走滑，因而该区震源机制受NW向右行走滑断层控制。从震源机制中可以看出：琼山北西部以及阳江东南部的震源只有NW向断裂穿过，其震源机制解为右行走滑断层；在阳江西南部的震源被NE向断裂穿过，其震源机制解也为右行走滑断层。因此，大致以阳江为界：阳江的西南部大都受NW向右行走滑断裂控制，为主要的发震断裂，NE向断裂为孕震断裂；而在阳江的东北部，NE向右行走滑断裂为发震断裂，NW向断裂为孕震断裂。

4 气底辟特征及其与天然气水合物成藏关系

气底辟在南海北部的陆坡区极为发育。气底辟即气烟囱是由深部活动热流体作用沿活动断裂或裂隙带上升形成的一种特殊的伴生构造。这种呈直立烟囱状的构造对天然气水合物的形成起到至关重要的作用，盆内流体在压力的作用下会沿着气烟囱等一系列的通道运移到天然气水合物稳定带聚集。其形态似裂隙、裂缝，而从动态的角度分析，它又具幕式活动的特征［16］。在南海北部陆缘，气底辟在地震剖面上主要表现为地震剖面同相轴连续性变差，由于含流体地层和正常岩层对地震波的反射速度各不相同，在气底辟处会出现同相轴向下拉伸。另外，在气底辟里会出现一系列不连续但是反射强烈的短轴，即所谓的增强反射体，气底辟形态多为柱状或者锥形［17］（图3）。图3表示了南海北部琼东南盆地发育的气底辟，图中黄色线条为发育的BSR（似海底反射），红色线条为活动断层。如图3所示，海底以下双程反射时2.25s处存在一个强反射轴，该轴与地层T3斜交并且平行于海底，被解释为BSR，BSR上方为空白反射（图3中蓝色虚线方框），下方模糊的不连续反射带被解释为气体的运移通道即气烟囱。发育于BSR下方存在的气烟囱构造，作为流体运移通道不断地将气源向水合物稳定带渗漏，并在合适的温压条件下形成天然气水合物［18］。

快速沉降盆地内异常超压是一种普遍现象，超压体系中的剩余孔隙流体需要通过一定通道周期性排除［19］。大断层可以起到疏导作用［20］，南海北部由东沙运动所产生的一系列NW向走滑断层使得盆地内的压力得以释放，从而地层压力状态趋于正常［21］。南海北部陆坡的地震剖面中气底辟发育的地方大都有断层贯穿其中，断层的花状构造表明其具有走滑的性质（图3a）。在没有先期通道的条件下，也可以通过广泛产生流力破裂（图3b），甚至一些发展成贯穿封闭层的层内密集分布的正断层系统释放剩余的孔隙流体［22－23］。当流体运移到BSR下方，达到了天然气水合物形成的温压条件，所形成的天然气水合物成为了“盖层”，使其下方的气体很难继续向上运移至海底。这是一个动态的形成过程，当温压条件改变之后，天然气水合物分解，“盖层”消失，气体会继续上移直至满足天然气水合物形成的温压条件。在气源的成因上，天然气分为生物成因和热解成因两种。图3a左侧发育的底辟下部有强地震反射轴，解释为气源岩，在南海北部陆坡，切穿气源岩层的断裂与底辟构造的发育，提供了气体垂向运移的通道；而在浅部，天然气水合物的形成主要是通过气体沿不整合面等侧向运移到水合物形成的温压带［24］。

气底辟是活动断裂或裂隙带的反映，也与天然气水合物的形成及分布密切相关［25］。另外，中新世末期菲律宾板块沿台湾—吕宋岛弧与欧亚大陆碰撞，在南海北部陆缘产生了一系列北西向的张扭性断裂，这也是影响天然气水合物形成的一个重要因素。两者都为气体垂直向上移动到水合物温压稳定带上提供了良好的通道。

5 火山岩分布

晚中新世以来，南海北部陆架及邻区碱性和拉斑玄武岩浆活动发育［26］；上新世至晚更新世，南海北部陆缘产生大规模张性断裂，沿张性断裂有大量的火山岩分布，以玄武岩、枕状玄武岩、橄榄玄武岩、橄榄玻基玄武岩为主（图4），它们分布在南海北部陆缘裂谷中。据断陷盆地相关地层的属性判断，既有海相喷发，亦有滨海相和陆相喷发。

南海北部陆缘第四纪火山岩主要分布在雷州半岛南部、海南岛北部以及北部湾、珠江口盆地的断堑区。上新世直到全新世，南海北部陆缘火山都与NEE向以及NW向断裂活动的控制有关。特别是海南岛的第四纪火山口沿NW向断裂呈NW向分布，更清晰地表明了火山的裂隙式喷发特征。在海域，反射界面T1、T2均被次火山岩体侵入（图4b），说明该火山岩喷发的时期在T1之后，次火山岩体的两边严格受张性活动断裂的控制（图4a、b）。在南海北部陆缘分布有N2—Q3喷发的玄武岩，次火山岩体在平面上的分布由东向西顺时针旋转，由NE向变为NEE向。由于岩体受张性断层控制，可以说明在南海北部陆缘，NE向以及NEE向的活动断裂为切割岩石圈的大断裂。南海北部陆坡断阶带的火山活动受断阶和断堑构造控制，其中NW向活动断裂起着至关重要的作用，其岩浆来自上地幔，同属陆缘裂谷型火山岩系列［1］。火山喷发可导致天然气水合物稳定的温度条件遭到破坏而分解，从而产生灾害。可见，活动断裂－火山喷发－天然气水合物分解这一系列地质灾害也构成一个灾害链。

6 滑坡构造

海底滑坡构造分布范围主要在陆架外缘的斜坡区、古三角洲前缘和上陆坡区［27］。在滑坡的根部多发育有犁式断裂，平缓的滑动面往往形成于某个软弱地层中，因而是否发育有犁式断层也成为地震剖面中识别滑坡的手段之一。滑坡体遭受强烈的伸展变形但内部的层序依然可以保持不变，沿着滑动面形成了一系列滑坡阶地。但海底滑坡的前缘会发育挤压变形构造，如逆冲断层以及褶皱。

南海北部陆缘海底滑坡相当发育，呈NE—NEE向延伸，大多数滑坡分布方向与NE—NEE向活动断裂近似平行（图5）。触发海底滑坡的机制是多样的，主要的触发机制有地震、活动的火山、天然气水合物分解、活动断裂、沉积物重力不稳定性、全球气候的变化以及海平面的下降等［28－29］。台湾浅滩南部属于地震多发区，因此南海东北部海底滑坡的发育可能受地震影响较为强烈。珠江口盆地与琼东南盆地海底滑坡发育的位置大多位于陆坡与陆架及陆坡与深海盆地的坡折线附近，水深150～250m及500～3 500m。珠江口盆地的海底滑坡在荔湾大气田附近，该区同时也是天然气水合物的采样区［30］。另外，在琼东南盆地海底滑坡位置附近的地震剖面中均同时发现有气底辟构造的发育，尽管其可以与天然气水合物的形成有着密切的关系，但后期气底辟也可导致早期天然气水合物分解，从而进一步导致海底滑坡。由此可见，天然气水合物的分解可能与珠江口以及琼东南盆地的海底滑坡有着密切的相互作用关系。

按照从南到北、由西到东的顺序，选取了3条穿过海底滑坡的地震剖面（图5）做进一步分析，南海北部海底滑坡分布的区域用黄色充填的区域标示于图5中。图5中a、b滑坡分布在琼东南盆地，c滑坡位于珠江口盆地的白云凹陷，这3处滑坡的后壁与陆架坡折的走向近似平行。根据图6中（剖面位置见图5）a、b滑坡卷入的地层时代，可推测滑坡自上新世开始发育，主体在第四纪最为发育，为多期多次大型海底滑坡。其中图6b中由下向上的黄色、蓝色、红色虚线分别代表形成时期不同的多期次的滑坡。图6c也是一个多期次的海底滑坡，早期的滑脱面形成于中中新世，更新世以来活动更加频繁。滑坡坡度从北向南、由西到东逐渐减小，均具有多期活动的特点。就滑坡开始发育的时间而言，东部要早于西部，但最为发育的时间较为一致，均为第四纪。从前人［30］的层序地层学资料可以看出，2Ma左右，南海北部发生过大规模的海平面变化，这对天然气水合物分解导致沉积物失稳起到了重要的作用，推测这3处滑坡触发机制最主要的是天然气水合物的分解。但是滑坡机制是复杂的，谁触发谁有时还难以分辨，因为天然气水合物分解既可以是滑坡的产物，也可以是滑坡的起因。

图3 气底辟的地震剖面（a）地震特征（b）和局部放大（c）图Fig.3 Seismic profile（a），typical characteristics of seismic reflection（b）and partial enlarged detail（c）of gas chimney

图4 南海第四纪岩浆活动分布Fig.4 Distribution of Quartenary magmatic activity in the northern South China Sea

在南海北部大陆边缘，断层的活动及其引发的地震活动诱发了一系列的会导致灾害的地质构造，如海底滑坡、陡坎、气底辟等，形成了一个由活动断层触发的灾害链，这些灾害也会反作用于断层，增加其活动性。在南海北部东侧，断层、震源、海底滑坡、气底辟的分布位置基本一致，向西侧，断层分别与震源分布，与海底滑坡、气底辟的分布位置大致吻合（图5）。由此可见：在南海东北部，断层活动触发的地震导致了滑坡，滑坡体快速沉降以及含有丰富的有机质，产生了大量的气体，在压力以及活动断层的作用下，底部的流体会向上运聚形成气烟囱；气底辟的形成以及断层的疏导作用致使气体排出导致海底地层失稳，有时也是海底滑坡形成的主要因素。而在西部，滑坡区域与地形骤然降低的陆架坡折十分吻合［31］，滑坡的根部大都以断裂或者海底的隆起为边界，其形成可能受断层的活动影响较大、受地震的影响较小，与东部相同的是滑坡体附近依旧发育了大量的气底辟。总而言之，活动构造之间错综复杂的相互影响、相互作用在南海北部形成了一系列的灾害链。

7 活动构造与天然气水合物关系

南海北部陆缘发育了一系列有利于天然气水合物发育的活动构造：活动断裂、气底辟、海底滑坡等（图5）。南海北部的盆地多形成于晚白垩纪—古近纪，发育了一系列NE—NEE向的地堑、半地堑。新生代晚期南海北部为被动大陆边缘，始新世时期，伸展裂陷形成了盆地，随着后期陆缘热沉降逐步沉没于水下，盆地接受了富含有机质物质的湖泊相沉积，从而形成了烃源岩［32－33］。活动断层具有继承性，规模较大的断层在第四纪以来多次活动，尤其是上新世以来受东沙运动的影响，南海北部发育了一系列NW向的切穿盖层的活动断裂；这些活动断裂不仅本身就可以作为气体的垂直运移通道，运移深部流体至水合物形成的温压带，而且为气底辟的发育提供了良好的先决条件，为天然气水合物的垂直上移提供了另外的通道。在不少地震剖面中也可以看出NW向的走滑断层贯穿气底辟（图3a）。

气底辟在南海北部陆坡普遍发育。迄今为止，南海北部天然气水合物存在的区域均伴随有气底辟的发育，气底辟的发育与天然气水合物的形成紧密地联系在一起。滑坡尤其是第四纪以来强烈活动的滑坡把大量的沉积物迅速地搬运下来，其中富含大量的有机质，是烃类聚集的有利场所，在滑坡体内充足的气源供给有利于形成天然气水合物。另外一方面，由于气候的改变或者海平面的变化等因素的影响，天然气水合物的分解导致了海底滑坡的发育。气底辟作为与天然气水合物关系最为密切的一种活动构造，其在南海北部的分布情况可能直接决定了天然气水合物的分布。南海陆缘东北部的大部分地区，气底辟呈明显的线性分布，走向NW—SE；另外除了在东沙海底高原处发育的气底辟与海底滑坡的分布一致、呈环状分布外，其他位置的气底辟分布情况与滑坡的关系并不一致，而是与NW向活动断层走向一致。由此可见：在南海北部的东侧，NW向活动断层切穿盖层为气底辟的发育提供了良好的条件；另外，南海东北部受东沙运动碰撞挤压的影响，形成了一系列褶皱，NW向断裂作为气体的疏导系统，将烃源气输送到浅表，而这些褶皱成为天然气保存的有利的圈闭。在南海北部陆缘的西部琼东南盆地内，气底辟的分布呈现NE—NEE向，与滑坡分布的位置基本吻合（图6）。由于南海北部的不同位置受到不同的动力机制影响，可能导致天然气水合物成藏构造要素也是完全不同的：在南海北部陆缘的东北部，5Ma以来在菲律宾板块沿台湾—吕宋岛弧与欧亚大陆碰撞及南海向吕宋岛弧下俯冲的影响下，产生一系列的NW向走滑断层，为气底辟的形成起到了重要作用，使得气源可以垂直运移到水合物形成的温压带。在南海北部陆缘的西部（莺歌海盆地除外），随着距离台湾—吕宋岛弧的位置逐渐变远，受到NW向活动断层的影响也变小；珠江口盆地的白云凹陷以及琼东南盆地，气底辟的发育与海底滑坡密切相关：可能出现天然气水合物分解导致的海底滑坡，海底滑坡的快速沉积也有可能为天然气水合物的形成提供条件。

图5 南海北部活动断裂与气底辟、滑坡、地震关系Fig.5 Relationship among active faults，gas chiney，submarine landslides and earthquakes in northern South China Sea

图6 滑坡纵向剖面特征Fig.6 Vertical profiles of submarine landslides

8 结论

1）南海北部活动断裂从走向上有NE向、NEE—EW向以及NW向。NW向的左行走滑断裂切割其他两组断裂；NEE向断裂分布范围最为广泛并且与南海北部各个盆地和坳陷构造单元的走向基本一致，为控坳断裂。活动断裂以继承性为主，第四纪以来新生的断层主要发育在盖层之中。其中，NE向以及NEE向断裂均为切割岩石圈的深大断裂，NW向断裂在南海北部呈等间距排列。

2）南海北部地震基本为深度较浅的浅源地震，在平面上呈线性分布，主要分布在东北部以及琼东南的北部湾盆地附近。在东北部，震源呈北东向展布，集中出现在NE向活动断层与NW向断层交切处，切割岩石圈的NE向断裂为发震断裂，NW向断裂为孕震断裂；而在西南部，震源分布主要呈北西向走向，震源主要集中在NW向的走滑断层位置处，NW向断裂是主要的发震断裂，NE向断裂为孕震断裂。在东部受东沙运动影响较为强烈，向西东沙运动影响逐渐减弱而红河走滑断层的影响逐渐加强。

3）气底辟与断层一样，对于释放超压体系中流体的垂直上移起到了重要作用，东沙运动在南海北部形成的一系列左行的走滑断层更有助于气体的释放以及气底辟的发育。气底辟作为流体垂直上移的通道，在天然气水合物的形成过程中起到了极为重要的作用。

4）在南海北部陆缘分布有N2—Q3喷发的玄武岩，岩体在平面上由东向西顺时针分布，由北东向变为北东东向，明显受张性断层的控制。

5）南海北部陆缘天然气水合物的分布在南海北部陆缘的东侧受NW向走滑断层的影响较大，与滑坡分布的位置大为不同，然而在南海北部陆缘的西侧水合物的分布与海底滑坡分布位置基本吻合。

广州海洋地质调查局给作者提供了研究机会以及资料，谨致谢意。

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