珠江口盆地阳江东凹新生代岩浆活动特征与期次

高阳东,林鹤鸣,刘 培,贾培蒙,张志伟 徐 川,姚佳利,汪晓萌

(1.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518000；2.吉林大学地球科学学院，长春 130061)

岩浆活动是指自岩浆的产生、上升到岩浆冷凝固结成岩的全过程，其中喷出地表的岩浆活动为火山活动(作用)，而停留在地壳中的岩浆活动为侵入型岩浆活动[1-3]。岩浆活动常携带有板块活动、区域演化和相关的深部动力学等重要信息，可被广泛应用于板块重建和区域构造演化的研究[4-7]。松辽盆地火成岩油气的勘探开发也证实了火山岩可作为极佳的油气储层[8-9]。南海早中新世的热液活动与岩浆侵入密切相关，对该时期的碳酸盐岩储层的性质产生了重大的影响,导致储层的各向异性，极大地改善了储层性能[10]。此外，岩浆体及其相关的岩浆供给系统也被证实为油气运移的有利通道；适度的岩浆活动对烃源岩的成熟及油气成藏起到了重要的促进作用，这可能源于其提供的热量有利于降低生烃门限深度；而大规模的岩浆活动产生的烘烤变质作用则会破坏早期形成的油气藏[11-13]。因此，查明岩浆活动规律对于开展区域构造演化、油气储层及油气成藏研究具有重要意义。

在中生代燕山期造山带的崩塌、地幔岩浆上隆、地壳拉伸、减薄到塌陷的演化基础上[14]，珠江口盆地在新生代发育了多期强烈的岩浆活动(火山喷发与岩浆侵入作用)，但阳江东凹新生代岩浆活动的期次与活动特征不明，并且南海北缘区域构造演化与阳江东凹新生代岩浆活动之间的耦合关系研究尚未得到足够的重视。本文旨在利用阳江东凹的地震资料,对南海北缘阳江东凹新生代的岩浆岩体展开研究,利用地震反射特征、沉积地层与岩浆岩体接触关系、上覆沉积地层厚度等来确定岩浆岩体的类型及期次。在系统的岩浆活动规律研究的基础上，进一步查明阳江东凹新生代岩浆活动与南海区域构造运动的耦合关系。对于阳江东凹新生代岩浆活动特征与期次的研究，有助于加深对区域油气地质条件、油气资源分布及聚集规律的认识。

1 区域地质背景

1.1 区域构造特征

位于太平洋构造域和新特提斯构造域交会处的南海北部陆缘，中生代以来经历了主、被动陆缘交互转变，长期受印度板块、欧亚板块和太平洋板块的共同作用，因此也是全球构造运动最为频繁、最为复杂的地区之一[15-16]。位于南海北部陆缘的珠江口盆地是在前中生代浅变质岩和中生代花岗岩的基底之上发育的新生代沉积盆地，也是一个含油气盆地。根据盖层、基底和区域地质特征，珠江口盆地整体上“南北分带、东西分块”，可进一步划分为9个Ⅱ级构造单元：珠一、珠二、珠三拗陷和北部断阶、神狐隆起、东沙隆起、南部隆起、番禺低隆起和潮汕拗陷[17]。南海北缘新生代喜马拉雅期陆缘扩张构造运动，促使珠江口盆地新生界岩浆活动广泛发育，以珠三拗陷的阳江东凹最为典型。

阳江东凹(图1)位于珠江口盆地珠三拗陷东北端，是一个典型的新生代陆缘拉张型断陷[18-19]，整体表现为北东-西南走向，北部紧邻阳春低凸起和海南隆起，南部与阳江低凸起和神狐隆起接壤，东侧为珠一拗陷的恩平凹陷[20]，面积约 2 300 km2。根据控洼断层的发育及演化特征，阳江东凹自西向东依次划分为阳江24洼、恩平19洼、恩平20洼和恩平21洼4个次级洼陷。在恩平21洼的北侧缓坡带上发育尖峰状凸起构造，从恩平19洼可以见到基底向上刺穿了沉积地层，从恩平20洼观察到基底上拱导致上覆沉积层减薄；结合研究区地震属性切片资料，认为阳江东凹新生代存在岩浆侵入活动。

图1 阳江东凹构造位置图Fig.1 Tectonic location of the eastern Yangjiang Sag,Pearl River Mouth Basin (据田立新等[18])

1.2 区域构造演化与地层特征

受控于太平洋构造域和新特提斯构造域两大会聚系统的共同作用[21-22]，南海北缘中、新生代以来发生了多期构造运动(神狐运动、珠琼运动Ⅰ幕、珠琼运动Ⅱ幕、南海运动、白云运动以及东沙运动)。与珠江口盆地其他凹陷相似，阳江东凹的构造演化与南海北缘多期次的构造运动关系紧密，整体来看阳江东凹经历了断陷 (始新世)—拗陷(渐新世—中中新世)—新构造运动(晚中新世至今)3个构造阶段[23]。3个构造阶段决定了阳江东凹具有“下断上拗”、“下陆上海”的双层构造-沉积结构，其中下部为断陷结构，包栝文昌组、恩平组，属陆相沉积体系；上部为拗陷结构，包括珠海组、珠江组、韩江组、粤海组、万山组及第四系(图2)，属海相沉积体系[24-25]。

图2 珠江口盆地构造演化史Fig.2 A brief histogram of tectonic evolution history of the Pearl River Mouth Basin(据施和生等[25])

2 岩浆岩类型

依据研究区的钻井、地质年龄测定资料梳理及相关文献调研，结果表明花岗岩和辉绿岩为珠江口盆地新生代主要发育的侵入岩[26]，而火山岩主要有玄武岩、凝灰岩、安山岩及流纹岩等(表1)。前人研究认为南海北缘中生代以酸性岩浆活动为主；而新生代的古新世和始新世岩浆类型逐渐呈现多样化的变化规律，这与该时期中基性岩浆活动的增加密切相关；进入中新世岩浆岩类型趋于单一，主体为基性玄武岩[3]。

阳江东凹邻区的恩平凹陷、阳春凹陷、阳江低凸起及文昌凹陷均钻遇岩浆岩，例如恩平凹陷的E2井钻遇了韩江组玄武岩(厚度为791 m)、恩平组凝灰岩(厚度为29 m)；阳春凹陷Y1井钻遇了厚度为8 m的文昌组流纹质凝灰熔岩；阳江低凸起Y2井钻遇了珠海组玄武岩，厚度可达52 m(表1)。阳江东凹虽未有钻井揭示岩浆岩，但其邻区丰富的岩浆岩钻井资料也为岩浆岩识别与期次划分提供了借鉴。

表1 珠江口盆地新生界钻井揭示的岩浆岩Table 1 Characteristics of Cenozoic igneous rocks reveled by drilling wells in Pearl River Mouth Basin

3 岩浆岩体地震识别模型

相较于沉积岩而言，高速度和高密度是岩浆岩体的特征，这种速度和密度的差异导致沉积岩和岩浆岩在地震上有不同的响应特征。由于岩浆岩较高的屏蔽作用，也致使岩浆岩体的内部反射常呈现杂乱或空白形态。多年的勘探也表明，岩浆岩体周围的沉积围岩的地震同向轴常具有向上牵引、聚拢和减薄等特征[27-28]。因此本次研究主要通过岩浆岩体的地震响应特征(内部反射和外部形态)来识别阳江东凹新生代岩浆岩体类型，并将其划分为两大类：侵入岩体与火山岩体。

3.1 侵入岩体

研究区广泛发育岩浆侵入作用，依据岩体在地震剖面上的外部几何形态和产状，将其分为岩浆底辟-刺穿基底型和岩浆底辟-未刺穿基底型两种类型(表2)。

3.1.1 岩浆底辟-刺穿基底型

基底响应特征：剖面上表现为岩浆上涌导致基底及上覆地层被刺穿，基底界面上呈现出尖峰状的多组成层性的强振幅、低频连续反射(表2)，同时层状地震反射特征可能代表溢流相的岩浆或部分未被岩浆侵蚀的残余地层。

岩体响应特征：内部反射多表现为强振幅、低频、差连续性的空白反射或杂乱反射(表2)，岩体形态多呈柱状或钟状。

沉积围岩特征：岩浆底辟常引起上覆沉积围岩向上牵引，导致地层变形，多见上超和削截现象。

3.1.2 岩浆底辟-未刺穿基底型

基底响应特征：岩浆上涌导致基底及上覆地层变形，但未刺穿基底及上覆地层(表2)。与岩体接触的基底界面呈现强振幅、低频连续反射，同时基底凹凸起伏明显。

岩体响应特征：岩体多呈枕状或丘状，内部反射多表现为强振幅、低频、差连续性的空白反射或杂乱反射(表2)。

沉积围岩特征：岩浆底辟常引起上覆地层变形，但有别于披覆背斜，多见上超和削截现象。

3.2 火山岩体

通过对地震剖面及时间切片的交互解释，揭示了研究区存在的火山活动。借助于阳江东凹相邻的成熟凹陷区的钻井资料，对阳江东凹三维地震剖面进行精细的岩浆岩体刻画工作，识别了中心式火山岩体和裂隙式火山岩体两个类型。中心式火山岩体(表2)内部反射呈现杂乱状，表现为岩浆上升的迹象，连续性极差，具有强振幅和高频等特征；同时地震反射同相轴具有上拉特征，火山与沉积围岩的接触面表现为清晰的强反射界面。裂隙式火山岩体内部呈强振幅、高频、差连续性的杂乱-空白反射，与沉积围岩的接触面表现为清晰的强反射界面；在时间切片上也可以观察到因杂乱反射在平面上所呈现出来的近圆形或椭圆形的火山口构造(表2)。

4 岩浆活动特征与期次

大规模的岩浆活动往往对盆地构造、洼陷结构、沉积充填、烃源岩展布及油气成藏产生重大影响，因此系统的岩浆岩活动特征与期次研究，对于查明研究区岩浆活动规律及其与区域构造事件的耦合关系、区域油气资源分布及聚集规律都有重要的意义[29-30]。

4.1 岩浆岩分布特征

阳江东凹的东部及东南部为研究区岩浆岩体的主要分布区，特别是在恩平20洼和21洼。相比较而言，西部岩浆岩体仅为零星分布，揭示了西部较弱的岩浆活动(图3)。分析表明阳江东凹及其周缘新生代岩浆活动主要表现为两种类型，分别为侵入作用和火山作用(喷出作用)。其中，侵入作用分为岩浆底辟-刺穿基底型和岩浆底辟-未刺穿基底型，火山作用主要为中心式喷发与裂隙式喷发两种类型。

图3 阳江东凹新生代岩浆岩类型分布图Fig.3 Distribution of Cenozoic magmatic rocks in east Yangjiang Sag

恩平20洼和21洼的岩浆活动以侵入作用为主，主要发育岩浆底辟-未刺穿基底型，呈现NEE向条带状分布，与控洼断裂及早期断裂走向相一致，推测其发育可能受断裂发育的影响；恩平19洼以岩浆底辟-刺穿基底型为主，发育规模较大；相比较而言，阳江24洼岩浆活动较为贫乏。纵观整个阳江东凹，洼陷内部的火山活动极少，仅揭示3处中心式火山岩体。洼陷与隆起的交界部位及周缘的隆起部位为火山喷发的主要区域，以中心式火山岩体为主，少见裂隙式火山岩体(图3)。

4.2 岩浆活动期次

4.2.1 岩浆活动期次划分标准

本文基于研究区三维地震资料解释，根据沉积地层与岩浆岩体接触关系、上覆沉积地层厚度关系、岩浆岩体两侧地层对比关系，建立南海北缘阳江东凹新生代岩浆活动期次划分标准。

a.沉积地层与岩浆岩体接触关系

由于岩浆上涌过程中岩浆能量的差异，会形成岩浆底辟-刺穿基底型和岩浆底辟-未刺穿基底型两类岩浆侵入。不论岩浆是否刺穿基底乃至上覆地层，均会导致沉积地层出现上拱现象，沉积地层的地震同向轴呈现向上牵引的特征，岩浆侵入之后的沉积地层与上拱牵引地层常出现上超、削截等现象，造成明显的角度不整合，这种角度不整合的岩浆岩体与其周缘沉积地层的接触关系常被认为是界定岩浆活动的形成时期最为有效的依据之一。

岩浆向上侵入，并刺穿沉积基底地层。Tg与T82界面之间的沉积地层出现明显的上拱现象，T82界面下部表现为削截，而T82界面之上呈上超现象(图 4-A)。这种典型的下削上超的角度不整合，表明文三期存在岩浆侵入；同时在T80界面也呈现为下削上超现象，表现为明显的角度不整合，表明文二期有岩浆侵入；此外，岩浆岩体上覆的恩平组下部(T71)被削蚀殆尽，仅在远离岩浆上侵的一侧有恩平组早期的沉积，这也揭示了早恩平期的岩浆侵入活动。总体来看，该剖面发育多期岩浆侵入，分别为文昌期和恩平期。

b.上覆沉积地层厚度法

同沉积的岩浆侵入活动会造成沉积地层向上牵引，导致上拱沉积地层的顶部遭受剥蚀，从而呈现顶薄翼厚的特征。这种上覆沉积地层厚度变化特征也被广泛用于判断火山活动形成时期。当火山上覆沉积地层呈现顶部薄两翼厚的特征时，表明火山形成于上覆沉积地层之前，这种厚度差异可以用后期沉积压实来解释[18]。

岩浆上侵造成了基底被刺穿，岩浆侵入体上覆的T81与T80之间的沉积地层，顶部厚度薄、两侧厚度大的特征较为明显(图4-B)。这种现象说明T80期形成了该岩浆岩体。

图4 阳江东凹新生代岩浆活动期次划分方法Fig.4 Classification method of Cenozoic magmatic activity periods in eastern Yangjiang Sag(A)沉积地层与岩浆岩体接触关系法;(B)上覆沉积地层厚度法;(C,D)两侧地层对比法

c.两侧地层对比法

大规模的岩浆活动常会造成沉积地层的形态和厚度发生变化。厚度变化已在前文详细叙述，这里介绍两侧地层对比法。岩浆活动如果造成两侧沉积地层明显的向上牵引现象，那么两侧地层沉积时间应该早于岩浆活动时间；而当两侧地层未出现明显的向上牵引现象，这表明岩浆活动时间早于两侧地层沉积时间。

中心式火山喷发使得岩浆岩体两侧的T40与T32之间的沉积地层发生了明显的向上牵引现象，而T32之后的沉积地层未见明显的向上牵引现象，表明火山喷发形成于T40与T32之间(图 4-C)。从图4-D可以看出，岩浆活动向上作用于沉积围岩，使得岩浆岩体两侧的T40与T32之间的沉积地层发生了明显的向上牵引现象，这表明火山喷发的时间介于T40与T32之间。

4.2.2 岩浆活动期次及其活动规律

基于南海北缘阳江东凹新生代岩浆活动期次划分标准，可将阳江东凹新生代岩浆活动划分为3个期次，分别为文昌期、恩平期和珠江-粤海期，并在此基础上绘制了阳江东凹新生代各期次岩浆岩体分布平面图(图5)。

纵观整个新生代，阳江东凹岩浆岩体的发育数量最多的是文昌期，其次为珠江-粤海期，而恩平期最少。研究区的东部恩平20洼和21洼以文昌期的岩浆底辟为主，仅在洼陷的南部隆起地区发育晚期的火山喷发；中部的恩平19洼发育恩平期岩浆底辟和晚期的火山喷发；而阳江东凹西部地区，主体发育晚期的火山喷发：这表明由东到西，岩浆活动发育的时间由早到晚。文昌期的岩浆岩体多呈NEE向展布，恩平期岩浆岩体呈近EW向展布，而晚期岩浆岩体则以NW向展布为主。表明不同期次岩浆岩体走向明显地受该时期断裂体系的控制，也表明岩浆活动与区域构造联系紧密，不同期次的岩浆活动可能受当期的构造运动调控。

5 岩浆活动与区域构造的耦合关系

根据前文对岩浆岩体的识别、岩浆岩体的走向、岩浆活动期次的划分以及岩浆活动规律的梳理，我们发现研究区的岩浆活动具有“两型三期”的特征，即侵入岩体和火山岩体两个类型，文昌期、恩平期以及珠江-粤海期三期岩浆活动；并且每一期岩浆活动都与区域的构造演化联系紧密。下面主要讨论其空间的耦合关系。

5.1 文昌期岩浆活动

文昌期是珠江口盆地的强烈断陷期，该期的岩浆活动对应的区域构造运动为珠琼运动Ⅰ幕。该时期太平洋板块向华南陆缘俯冲速度降低，区域应力场控制了NE-NNE向与NW向正断层组成的共轭断裂带发育[15,31-32]。在这种背景下，珠琼运动Ⅰ幕控制了NE走向的珠江口盆地的产生。区域构造演化研究揭示，珠琼运动Ⅰ幕的文昌期处于盆地强烈的断陷阶段，强烈的张裂构造导致大量错断基底的断裂活动，该时期发育的岩浆岩体均呈现NEE向展布(图3和图5)，这与文昌期断裂走向相一致[20]，表明珠琼运动Ⅰ幕对阳江东凹文昌期的岩浆活动起到重要的控制作用。

5.2 恩平期岩浆活动

恩平期处于珠江口盆地区域构造演化的裂陷Ⅱ幕，对应于区域的珠琼运动Ⅱ幕。该期构造运动具有活动强烈和持续时间长的特点，盆地表现为顺时针扭转趋势，分析认为其受控于特提斯近NS向伸展作用，同时拉张与扭压的叠加作用也促使盆地向北扩张[33-34]。结合该时期的区域构造背景，分析认为珠琼运动Ⅱ幕控制下的断陷作用和区域抬升叠加导致了恩平期的岩浆作用。这可能由于拉张和区域抬升常伴随有大量的断裂活动，因而表现为洼陷内部和缓坡带边部发育大规模岩浆活动(图3和图5)。

图5 阳江东凹各期次岩浆岩体分布平面图Fig.5 Spatial distribution of Cenozoic magmatic rock mass in eastern Yangjiang Sag

5.3 珠江-粤海期岩浆活动

与该期岩浆活动对应的区域构造演化阶段为拗陷阶段，该期主要发生了两次区域构造运动，分别为白云运动和东沙运动。发生于23.8 Ma B.P.的白云运动促使南海北缘的深部地幔发生重大变革，其向上隆起的过程中完成了珠江口盆地向陆坡深水环境的转变，盆地全面进入稳定的热沉降阶段[35]。而在距今10.0 Ma B.P.左右，阳江东凹开始进入海相拗陷演化阶段，该时期的东沙运动促进了盆地断裂系统的再次活化，伴随着多次基性岩浆的喷溢[17,36]。因此，该期发育的两次构造运动对于阳江东凹的内部结构的影响并不明显，是阳江东凹重要的断裂活化期，产生NWW向的断裂体系。结合珠江-粤海期发育的岩浆岩体均呈现NWW向展布(图3)，说明白云运动和东沙运动对阳江东凹珠江-粤海期的岩浆活动起到了重要的控制作用。

6 结 论

a.南海北缘阳江东凹新生代发育的岩浆岩体具有明显不同的地震响应特征，据此可将阳江东凹新生代岩浆岩体分为两大类型：侵入岩体与火山岩体。

b.阳江东凹的东部及东南部为研究区岩浆岩体的主要分布区。其中侵入岩体主要分布在研究区的东部，主体位于洼陷内；而火山岩体主要发育于阳江东凹的南部，主体位于洼陷与隆起的交界部位及四周的隆起部位。

c.岩浆岩体与沉积地层的接触关系、地层厚度变化以及两侧地层对比关系揭示了南海北缘阳江东凹新生代发育3期岩浆活动，分别为文昌期、恩平期和珠江-粤海期。

d.文昌期和恩平期对应于构造演化阶段中的断陷期，珠琼运动Ⅰ幕和Ⅱ幕形成的拉张构造背景和区域抬升导致大量的断裂活动，对文昌期和恩平期的岩浆侵入活动起到了重要的控制作用。珠江-粤海期对应于构造演化阶段中的拗陷期，该时期白云运动和东沙运动造成NWW向活化断裂的发育，控制了阳江东凹多期的火山喷发。