釣魚島隆褶帶演化特征及其對東海盆地油氣勘探的意義

王 鵬，梁建設，趙志剛，張錦偉

（中海石油研究總院，北京 100027）

釣魚島隆褶帶演化特征及其對東海盆地油氣勘探的意義

王 鵬，梁建設，趙志剛，張錦偉

（中海石油研究總院，北京 100027）

釣魚島隆褶帶是東海盆地的東部邊界，分隔了盆地東部坳陷和沖繩海槽盆地。通過對東海周緣地質的分析，認為釣魚島隆褶帶曾經是“東海陸架外緣隆起”的一部分。該隆起最晚形成于晚白堊紀，基底為元古代變質巖，其上可能還存有晚古生代-中生代殘余沉積地層，中新世分解為釣魚島隆褶帶和琉球隆起兩部分，具有“早成型晚改造”的特點。由于中新世開始的菲律賓海板塊作用，以漁山-久米斷裂為界，南北演化差異明顯。基于這一認識，認為釣魚島隆褶帶長期為東海盆地東部物源區，釣北（基隆）、西湖凹陷都具有陸緣弧后裂谷盆地的性質。只是由于菲律賓海板塊俯沖的差異性，導致中新世后釣北（基隆）凹陷南部具有成為弧后前陸盆地的趨勢。

東海盆地；釣魚島隆褶帶；東海陸架外緣隆起；西湖凹陷；基隆凹陷；油氣勘探

1 東海地質概況

東海盆地是發育于華南-揚子克拉通之上的中-新生代疊合盆地，新生界是盆地的基礎，而構成此基礎的框架則是中生代擠壓、改造奠定的［1］。盆地整體呈現出南北分塊、東西分帶的構造格局，東、西兩坳陷主要由新生界組成，而中部隆起則有巨厚的中生界。盆地整體由西向東形成年代逐次變新，西部坳陷形成時間在晚白堊紀，東部坳陷形成于始新世，而沖繩海槽盆地則是新近紀才形成的。釣魚島隆褶帶是盆地內的二級構造單元（圖1），北起日本、經中國釣魚島，南至臺灣省，總體呈NNE向展布，分割了東部坳陷帶和沖繩海槽盆地。

2 釣魚島隆褶帶的演化分析

2.1 “東海陸架外緣隆起”的概念

目前研究認為，東海盆地［2］的地殼厚度為26～30 km，琉球隆起［3］的地殼厚度為24～28 km，而沖繩海槽盆地［4］的地殼厚度在15.4～23.8 km之間，比東海盆地和琉球隆起要薄。雖然研究顯示［5］，沖繩南部地殼最薄處的八重山地塹［6］可能局部已經洋殼化，但是，由于盆內缺乏條帶狀大洋拉斑玄武巖大范圍發育的證據［7］，所以沖繩海槽盆地地殼結構仍屬于陸殼的范疇，且處于大陸張裂的最高階段［3］。而琉球隆起從地殼結構、巖石圈厚度看，和東海大陸架結構基本接近［8］，并且琉球隆起上沉積物主要由上古生界、中生界和新生界組成［9］，現代火山基本不活動。所以，琉球隆起不是火山島弧帶，應該是東海盆地，由于沖繩海槽的開裂向東蠕散的一部分［8］。正是由于沖繩海槽盆地具有的這種大陸邊緣型弧后盆地的性質［10］，所以位于沖繩海槽盆地兩側的釣魚島隆褶帶和琉球隆起，在沖繩海槽盆地形成之前是連接在一起的整體，即為當時的古東亞大陸邊緣地質體，是為：“東海陸架外緣隆起”。

通過日本［11］鉆探的宮古島1井，以及在琉球隆起北部和南部鉆探的TO-KA-1井和沖繩1井的情況看，沖繩海槽沉積物主體為上新世島尻群至第四紀琉球群（圖2）。除宮古島1井鉆遇早-中新世八重山群地層且未鉆遇前新近系外，TO-KA-1井揭示了白堊紀的花崗巖［7］，沖繩1井揭示了變質時代為晚始新世的富崎組地層，其原巖則是早侏羅世-白堊紀的沉積巖［7］。通過鉆探資料可以確定沖繩海槽盆地形成時間為中新世至上新世，所以“東海陸架外緣隆起”這一地質體至少存在至中新世之前，隨后由于菲律賓海板塊的擴張，導致其發生了分解，形成了現今的釣魚島隆褶帶和琉球隆起兩個地質單元。

東海陸架外緣隆起的形成時間和機制，涉及到地質學的諸多熱點議題，劉光鼎等［12］研究認為從西南日本向南到臺灣中央山脈的東側，經恒春半島至南海北部東沙隆起，存在一個長度可達幾千公里的“玉里-三波川結合帶”，釣魚島隆褶帶就屬于這個結合帶。而這個結合帶中最具有代表性的構造特征就是兩對雙變質帶的存在，臺灣是太魯閣—玉里雙變質帶，日本是領家—三波川雙變質帶（圖1），其變質時間大致發生在早白堊世。因此釣魚島隆褶帶的前身即東海陸架外緣隆起，應該形成于這一時間段，其形成和東南部洋殼持續性的向北俯沖消減有關。

圖1 東海盆地及臨區構造地質綱要

圖2 西湖凹陷玉泉運動剖面［14］

2.2 東海盆地與釣魚島隆褶帶的地質響應關系

釣魚島隆褶帶對于釣北（基隆）和西湖凹陷有著重要的控制作用，其演化過程必然與凹陷的構造沉積有響應關系。西湖凹陷平湖組總體沉積背景是水體流通性差、半咸水為主、還原環境且水深有一定變化的半封閉海灣［13］。由于受到東部釣魚島隆褶帶（當時的東海陸架外緣隆起西部）和西部海礁隆起、漁山隆起的聯合控制，這種半封閉海灣向南和海聯通。從這些研究成果看，釣魚島隆褶帶早在平湖組沉積之前就應該已經出現了，并且長期處于隆褶剝蝕的狀態。據陳開遠［14］等人通過對西湖凹陷5口鉆遇平湖組鉆井的重礦物資料分析也認為，平湖組沉積時期具有“雙物源沉積體系”的特征，進一步說明了釣魚島隆褶帶在平湖組沉積之前就已經存在。

另外，西湖凹陷在始新世末期，由平湖組向花港組過度時，經歷了玉泉運動。該運動在西湖凹陷內呈整合接觸的關系，只有西斜坡帶呈低角度不整合接觸，全區沒有大規模的剝蝕現象，說明玉泉運動活動并不劇烈（圖2）。正因為這樣，花港組沉積期應該繼承了平湖組沉期的構造格局，對花港組的研究就能一定程度上反映平湖組沉積體系的特點。從西湖凹陷鉆井情況看花港組為典型的陸相沉積，具有明顯的東西雙向物源特征。花港組的河流相主要分布于西斜坡及凹陷中北部。三角洲發育于西斜坡與凹陷中央過渡地區，特別在中南部黃巖-春曉一帶更為發育。湖泊水體相對較淺，主要為濱淺湖，位于凹陷中東部［13］。這一時期釣魚島隆褶帶（東海陸架外緣隆起西部）是盆地東部剝蝕區，并向東隔絕西湖凹陷與大洋的連通。通過對西湖凹陷古近系砂巖鋯石U-P年齡［15］研究后也發現，陸架東部漸新統砂巖鋯石的U-P年齡比西部老，可以推測古近紀東海盆地發育過程中，東海陸架東部地勢較高，說明在古近紀東海盆地發育期間，釣魚島隆褶帶是西湖凹陷的東部物源區。事實上西湖凹陷無論從面積、體積來看比許多盆地還要大，顯然光靠西部隆起區物源和北部少量長軸方向供給是不現實的，釣魚島隆褶帶作為東部物源區肯定起到了重要的作用［16］。

2.3 釣魚島隆褶帶中-新生代演化特征

釣魚島隆褶帶與琉球隆起區，同屬于晚侏羅世-早白堊世形成的東海陸架外緣隆起（圖3A）。這一隆起的性質是洋-陸俯沖產生的陸架邊緣褶皺隆升和前緣增生隆起。具體的特點是東部地區持續性地層增生，西部地區則持續隆升剝蝕。進入到新生代以后，歐亞大陸進入了太平洋板塊的俯沖域（圖3B）。這一時間東海陸架外緣隆起持續性的增生隆起，一方面向東海盆地的東部坳陷提供沉積物源，另一方面隔絕東海盆地向東與大洋的連通，使得東部坳陷古地理格局整體呈現出一個向南開口的海灣狀。至漸新世末期由于菲律賓海板塊的快速擴張［17］，東海盆地進入到了菲律賓海板塊作用時期，并持續至今（圖3C）。在這一地質期，東海陸架前緣俯沖帶由早期太平洋板塊的馬里亞納型俯沖帶，逐步轉變為菲律賓海板塊的智利型俯沖帶［18］。由此導致了東海陸架外緣隆起的整體性隆升剝蝕，釣北（基隆）、西湖凹陷內表現為花港運動的產生，使東部近釣魚島隆褶帶的地層褶皺隆升，并大面積剝蝕，還伴隨有劇烈的火山活動，極大改變了釣魚島隆褶帶的原有面貌。進入到中新世以來，由于菲律賓海板塊斜向俯沖的形態，沖繩海槽盆地開始形成（圖3D）。導致東海陸架外緣隆起開始裂解、分化，并最終形成了現今的釣魚島隆褶帶、琉球隆起等地質體（圖3E）。

圖3 釣魚島隆褶帶中-新生代構造演化剖面

從釣魚島隆褶帶中-新生代演化的歷程可以看出，形成東海陸架外緣隆起的動力學背景，主要是晚中生代以來，洋殼和已拼貼完畢的歐亞陸殼之間，持續性俯沖消減導致的陸架邊緣分化裂離和弧前增生隆起。需要注意的是，大致上以東海盆地中部宮古斷裂和漁山-久米斷裂為界（圖1），釣魚島隆褶帶以北的演化機制基本符合上述特點。但是以南主要是釣北（基隆）凹陷，特別是南部靠近臺灣省的部分，由于菲律賓海板塊斜向俯沖的特征，導致晚中新世開始臺灣海岸山脈的隆升造山，并且“東海陸架外緣隆起”從南部開始快速拉張、開裂，形成沖繩海槽盆地。所以以海岸山脈的隆升為標志，基隆凹陷南部更多表現出來的是一種由伸展環境向壓扭性環境轉變的特征，產生了許多花狀構造和走滑斷層［19］，呈現出和西湖凹陷不同的演化特點。

3 對東部坳陷勘探的意義

本文關于釣魚島隆褶帶的認識，對于盆地東部坳陷的釣北（基隆）、西湖凹陷的意義，可以從以下兩方面闡述：

3.1 東部坳陷結構和演化特征

關于東部坳陷各凹陷的結構，平湖組及其以上地層結構特征比較清楚。但是，由于平湖組及以下地層地震資料品質不好，導致西湖凹陷呈現出“深不見底”"的剖面反射特征。同樣問題也存在于釣北（基隆）凹陷中，這使得整個東部坳陷構造演化和盆地原始結構存在很多問題。此次對釣魚島隆褶帶構造演化的研究后認為：西湖凹陷很可能在晚中生代-早新生代就發生了初步的張裂運動，雖然這種陸緣裂谷作用是局限的，但是對西湖凹陷新生代凹陷格局卻十分重要。從東海盆地剖面上可以看出來，基隆、西湖凹陷在中新世之前一直作為一個整體構造單元，具有相似的構造演化和沉積充填史。

以西湖凹陷為例，此次研究認識到西湖凹陷是在先存的洼陷基礎上發育起來的新生界伸展盆地（主要指始新統及以后地層，可能存在古新統）。中-晚始新統平湖組是西湖凹陷的斷陷期沉積（后期進入斷坳轉換期），釣魚島隆褶帶邊界斷裂一直對平湖組沉積起控制作用，當時西湖凹陷平湖組以下呈現出壘塹相間的復式斷陷的形態（圖4）。西湖凹陷在平湖組沉積后經歷了花港、龍井兩次強烈構造運動，使得釣魚島隆褶帶面貌發生巨大的改變，現今剖面形態不反映平湖組原始沉積格局，且恢復難度很大。縱觀整個新生代，西湖凹陷經歷了早期多幕裂陷、斷坳、晚期坳陷和多期擠壓反轉的復雜過程，新生代可以劃分為3個構造演化階段：裂陷期（平湖組及以下新生界）、坳陷期（花港組-柳浪組）和整體熱沉降期（三潭組、東海群），主要經歷玉泉、花港、龍井（三個期次）等5期構造運動（圖4）。雖然基隆凹陷研究程度較低，但是按照西湖的模式，大體上演化階段相當，只是由于中新世開始的菲律賓海板塊斜向俯沖作用，使得凹陷南部更多的呈現出走滑和擠壓的邊界特征。

3.2 東部坳陷沉積模式探討

東部坳陷的釣北（基隆）、西湖凹陷從其演化階段來看，主要充填物為新生界（不能否定中生界地層的存在），那么近兩萬米的沉積物來源是哪里？沉積模式又有什么特點？對于這些問題的探討能夠極大的提升東部坳陷整體勘探潛力。由于資料條件限制，東部坳陷近釣魚島隆褶帶的沉積格局不清楚，但前文通過論述認識到東部坳陷和西南日本的緊密關系，使得我們可以借鑒西南日本四萬十帶的沉積充填特征（圖5），對東部坳陷古近紀沉積格局做一個探討性質的論述。

圖4 東海盆地西湖凹陷構造演化剖面

圖5 東海盆地古近紀沉積模式

在西南日本四萬十帶西北部，存在有一系列的白堊紀時開始接受沉積的盆地。這些盆地的形成和四萬十帶晚中生代以來的加積增生作用相關［18］。盆地的沉積物源明顯受控于四萬十帶的隆升，以及西南日本內帶的剝蝕搬運作用（圖5），形成了類似于山間盆地性質的物源區供給格局。東海盆地東部坳陷古近紀時期也可以借鑒四萬十帶的這一弧前體系域的沉積模式。東海盆地古近紀時，釣魚島隆褶帶（東海陸架外緣隆起西部區）已經出露水面，或部分出露（圖5），向東已經隔絕了東部坳陷和廣海的溝通，使得東海盆地成為了一個向西南開口的巨型海灣。從臺灣地質的研究可以看出［20］，這一海灣的南部邊界可能是縱谷山脈的北部地區（圖1）。這樣一來，釣魚島隆褶帶隨著弧前增生作用的周期性，不斷地向東部坳陷提供物源供給，這種物源供給方式可能是一種類似于“湖盆陡岸坡折帶”的近岸滑動沉積體（如近岸水下扇）。在西湖凹陷少數采集到東部的測線，就可以在平湖組下部看到明顯的帚狀前積反射特征（圖4），這進一步說明了西湖、基隆凹陷古近紀時期，存在有東部、西部和北部三個物源供給區，與漸新世東海盆地沉積環境相似。

4 結論

釣魚島隆褶帶是古東亞大陸邊緣“東海陸架外緣隆起”的一部分，可能形成于白堊紀，裂離于中新世，具有“早成型晚改造”的演化特點。釣北（基隆）、西湖凹陷，平湖組為斷陷沉積，后期進入斷-坳轉換期，東部釣魚島隆褶帶向凹陷內長期提供物源。

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Diaoyu Islands folded-uplift belt（DIFB）is at the east edge of the East China Sea basin.It lies between the eastern depression zone in East China Sea basin and the Okinawa trough basin.This article analyzes the peripheral geology of East China Sea，and recognizes the DIFB is part of the East China Sea shelf outer margin uplift，which was formed in the late Cretaceous.The basement of the uplift is Proterozoic metamorphic rock，thereon has late Paleozoic-Mesozoic's

10 Diaoyu Islands folded-uplift belt evolution characteristics and its importance on the hydrocarbon exploration in East China Sea basin

Wang Peng et al（CNOOC Research Institute，Beijing 100027）

TE111.2

A

1673-8217（2012）06-0010-05

2012-08-10

王鵬，工程師，碩士，1981年生，2007年畢業于中國地質大學（武漢）石油地質專業，現從事石油地質工作。

全國油氣資源戰略選區調查與評價國家專項《東海陸架盆地南部油氣資源調查與選區》（2009GYXQ05）。

吳官生