0 引言

东海陆架盆地处于欧亚板块东南缘，是发育在前中生代克拉通基础之上的中、新生代叠合盆地，盆地面积达26.7×10⁴ km²。根据已有的地质、地球物理资料^[1-3]，东海陆架自西向东依次为浙闽隆起带、东海陆架盆地、钓鱼岛隆褶带、冲绳海槽盆地和琉球隆褶带，构造走向为NNE向，与海岸线、大陆架走向基本一致。几十年来，许多地质学家、地球物理学家用不同方法(主要为地质学、地球物理、地球化学等)从不同角度对华南东部大地构造演化、动力学机制等许多关键问题进行过深入探讨^[1-12]，对华南中生代陆内变形机制、岩浆活动及动力学机制仍存在很大的争议。大量研究表明中国华南地块中生代发生了从EW向特提斯构造域向NE向西太平洋构造域的体制转换^[13-23]；而东海陆架盆地位于华南板块东南缘, 其构造演化动力与古太平洋和太平洋板块的运动学行为具有密切的联系，是探讨华南地块构造变形和动力学转变的有利地带。本文在前期相关工作基础上，应用近年来盆地调查新资料、新数据，通过区域构造背景，运用构造物理模拟实验、构造解析和平衡地质剖面复原等方法对东海陆架盆地南部中生代演化过程进行了分析，探讨其地球动力学转换过程。

1 区域地质背景

东海陆架盆地处于岩石圈减薄的西太平洋三角带区域，是印度—澳大利亚板块和太平洋板块与欧亚板块巨型汇聚地带，处于全球汇聚中心^{[2, 12]}。其东、西两侧分别与特提斯构造域和西太平洋构造域演化相关，是西太平洋大陆边缘系统的一个重要组成部分(图 1)。区域构造上，东海陆架盆地位于华南板块东南缘，其基底是华夏地块向海域的延伸。

东海陆架盆地中生代从下至上可划分出基底构造层、坳陷构造层和断陷构造层，每个构造层均以区域不整合面为界。1)基底构造层是指成盆前的各种岩石与构造变形，主要包括元古宙—前中生代的变质岩系，为华南海西—早印支期变质结晶基底^[23-24]。纵向上具有多层性，既有下元古界的深变质岩系，也有上元古界的浅变质岩系和古生界浅变质岩系等，如瓯江断陷的Lf1井和Wz6井揭示了一套厚度超过300 m的黑云母角闪斜长片麻岩。2)坳陷构造层包括上三叠统－中侏罗统福州组，从陆域广东、福建至西南日本的内带和冲绳群岛等地区都有分布^[25]。东海陆架南部钻井揭示下部为灰、深灰色泥岩与灰白色砂岩互层夹薄煤层，近底部(未穿)为厚层状砂岩夹薄层泥岩，上部为灰白色砂岩与褐、棕褐色泥岩，浅灰、灰色泥岩呈不等厚互层(图 2)^[25-27]；地震反射剖面上内部反射能量中等—弱，连续性一般—较差，坳陷构造层底部有几个反射波组成一套似平行密集反射(200 ms)，内部结构为平行—似平行状-杂乱空白反射(图 3)，表现为水动力相对稳定的沉积环境。3)断陷构造层系指早白垩世晚期—晚白垩世沉积，包括厦门组—石门潭组，主要为内陆盆地红色碎屑岩，部分地区含火山碎屑岩、石膏及岩盐。台西南盆地多为滨浅海相与海陆交互相砂岩、泥岩、页岩沉积。从地震反射特征来看，为中强振幅连续性较好的层状斜反射，顶部具削蚀，显示与上覆新生代地层成角度不整合接触。

2 资料与技术方法 2.1 利用砂岩和微量元素判别构造背景 2.1.1 砂岩

板块构造活动控制各类砂岩与沉积岩类的发育与分布，也控制砂岩成分。Dickinson等^[28]通过世界上近百个地区砂岩组成特点的分析与定量统计，制作了以端员组分为依据的三角形图解，可以判别出3种主要的物源区：稳定克拉通、岩浆弧和再旋回造山带。

通过Fz13井闽江组^[29]及浙江象山石浦薄片鉴定^[30]，该区白垩纪石浦群碎屑岩的沉积-大地构造背景主要落在岩浆弧物源区和再旋回造山带物源区，而钻井白垩系岩石主要显示为岩浆弧物源区(岛弧或大陆弧)(图 4)。

2.1.2 微量元素

陆源碎屑岩中的微量元素尤其是La、Th、Zr、Sc等元素具有较大的稳定性，其含量变化、微量元素的比值可以反映物源区的大地构造背景与构造演化^[31]。将Fz13井岩心样品微量元素含量投点于图 5，依据图 5中的投点情况说明东海陆架区白垩系物源主要来自陆缘弧和大洋岛弧过渡区构造背景^[29]。

2.2 平衡地质剖面复原技术

平衡地质剖面复原就是要对解释的地震剖面的合理性进行检验，通过将剖面恢复到原始状态的办法，直观地显示盆地的伸展和压缩变形过程，获取各构造演化阶段构造变形和展布。本文在综合解释了东海陆架盆地多条地震剖面的基础上，根据东海陆架盆地中生代岩层主要呈刚性，采用层长守恒法则绘制平衡地质复原剖面(图 6)，分别恢复了研究区内各构造单元在各地质历史时期的地质剖面，并反演出了研究区中生代时期各构造单元的主体构造样式。

晚三叠世—中侏罗世：闽江斜坡、基隆凹陷整体为一复式坳陷，中部台北转折带发育一小型水下隆起(凹中凸)；闽江斜坡沉积最大厚度近2 200 m，基隆凹陷沉积最大厚度超2 000 m，局部可见多条西倾小型张性断层，西部瓯江断陷未接受沉积。白垩纪：瓯江断陷表现为2个小型断陷组成的复式断陷，西部为箕状断陷，东边发育一复式地堑；闽江斜坡在剖面上表现为一种近似箕状断陷的构造样式，地层向西逐渐减薄，而向东则逐渐加厚；闽江斜坡东部和台北转折带有火成岩侵入(图 6)。

2.3 构造物理模拟实验 2.3.1 方法及材料

构造物理模拟实验可重现构造变形过程、研究构造变形行为。大量模拟实验结果表明构造变形的过程主要受几何条件控制，与岩石力学性质和应力大小的关系较小^{[12, 32]}。构造物理模拟通常根据研究对象的变形样式确定模型的边界条件和受力方式。再根据研究对象的组成特征，利用相似条件选择实验材料，研究随应变量增加的模型变形特征和演化过程^[32]。

由于构造物理模拟主要限于研究地壳岩石的褶曲、断裂等宏观变形现象及变形过程，并不针对那些构造岩石学方法所研究的微观过程，因而在实际模拟过程中主要根据相似性原则，包括边界条件相似、应力条件相似、基底条件相似、先存构造条件相似、沉积厚度相似、模型比例相似、变形时间相似等，采用逐步逼近方法进行模拟研究。

根据材料相似性原理，本文的模拟实验采用松散的干燥石英砂代表砂岩、砾岩等能干性较强的岩层，蜂蜜、糖浆等材料密度与软流圈具有相似性，是模拟软流圈常用的材料^[12-13]。为了验证前人提出的东海陆架盆地成因模式，采用气球膨胀式、岩浆上拱式、板块碰撞式、板块俯冲式等模型，完成了中心式岩浆上侵作用与裂隙式岩浆上侵作用及其与板块碰撞和板块俯冲叠加伸展等模拟实验(图 7)。

2.3.2 结果对比

根据多个模拟实验结果的类比，板块俯冲叠加伸展模拟(图 7)早期因板块俯冲挤压可以在俯冲带后侧产生弧形凸起和凹陷沉降，而且没有明显的断层作用，其同沉积变形过程与东海陆架晚三叠世—中侏罗世盆地结构类似(图 8、9)；晚期两侧伸展产生的变形构造与早白垩世早期—晚白垩世形成的断陷结构类似，形成于板块俯冲后撤产生的弧后扩张。首先，平面模拟实验与东海陆架中生代盆地结构具有较好的相似性(图 8)：

① 实验模拟结果平面结构与东海陆架盆地结构具有相似性，其中地堑G₁类似于基隆凹陷，地堑G₃类似于闽江斜坡，地堑G₂、G₄类似于台北转折带，半地堑G₅类似于瓯江断陷，断层F₅、F₃之间的凸起类似于雁荡低凸起。

② 断裂特征具有相似性，模拟产生的NE走向断裂F₁与基隆凹陷的边界断裂形态和产状类似；断裂F₂、F₃与闽江斜坡内发育的控陷断层类似；断层F₄与台北转折带发育断层类似，断层F₅与瓯江断陷的边界断裂类似。

③ 模拟结果显示的凹陷与凸起之间的距离与现今盆地结构图表现的凹陷和凸起之间的距离大致类似。NE走向断层之间产生的走滑断层与盆地内部发育的NW走向断层也具有类似的相似性。

④ 模拟结果中在主边界右侧形成的地堑带类似于现今的冲绳海槽沉降带，只是在模拟过程中处于初始发育阶段；如果继续拉张，会形成规模较大、连续分布的沉降带。

其次，剖面模拟实验与盆地对应位置剖面也具有较好的相似性(图 9)：

① 实验模拟结果剖面切片与地震测线解释结果具有相似的结构特征，瓯江断陷为受单侧主边界铲式断层控制的半地堑，闽江斜坡内发育多个半地堑、地堑，基隆凹陷内发育地堑。实验剖面中控制地堑的边界断层F₁、F₂、F₃、F₄、F₅与地震剖面解释的控陷边界断层F₁、F₂、F₃、F₄、F₅具有对应关系，只是确切位置不能完全对应。从断距分析，实验模拟产生的断层F₁与实际地震剖面中的断层F₁断距最大，是最先发育的断层，也是产生地层整体向南东倾斜的主要原因。

② 实验切面中的主边界断层F₁右侧的隆起与钓鱼岛隆褶带具有类似形态，主要是先期挤压俯冲产生的，在后期伸展过程中发生引张。由于伸展量不够，仅形成局部的地堑；如果继续伸展，地堑会增大，边界断层向下切割形成深的地堑，就会形成类似于冲绳海槽的凹陷结构。

由此可见，先存隆起边界双侧挤压叠加双侧伸展作用模拟实验结果与东海南部地区中生代盆地平面和剖面结构以及地层的分布特征具有较好的相似性，说明实验模拟采用的边界条件、受力条件、实验材料条件已经满足研究区地质条件，实验过程再现了东海南部中生代盆地的演化过程。

3 中生代盆地演化

前人认为东海陆架盆地中生代演化主要有弧后伸展和弧前挤压两种类型，如简单剪切模式^[33-34]、弧后盆地模式^[35]、弧后张裂模式^[36]、残余弧后盆地模式^[37]、地幔柱模式^[38]、弧前模式^{[39, 6]}等多种成因模型，或多阶段复合成因模式^[37]，分歧的焦点在于中生代时期盆地形成的构造背景是挤压环境还是拉张环境。根据现今的东海陆架盆地结构、区域沉积-构造背景^[40-41]、平衡地质剖面、火山岩发育特征、构造物理模拟等综合分析，构建了东海陆架盆地南部中生代演化过程(图 10)。认为东海陆架盆地自中生代以来经历了活动陆缘挤压坳陷、活动陆缘伸展断陷、弧后伸展断陷等3个阶段，是在板块持续俯冲的区域演化背景下形成的多阶段叠合型盆地。

3.1 晚三叠世—中侏罗世活动大陆边缘挤压坳陷型盆地

晚三叠世—中侏罗世，伊泽奈崎板块开始以低角度向欧亚大陆板块俯冲，受此俯冲作用的影响，东海陆架盆地东缘基底地层遭受挤压作用开始发育低隆起(即陆缘隆起带)，并遭受剥蚀，在隆起带后缘产生坳陷作用，形成沉降带，接受晚三叠世—中侏罗世沉积。同时由于浙闽隆起区在板块俯冲产生的远程效应作用下发生隆升，导致东海陆架盆地西侧地势高于东侧，形成西高东低、西薄东厚的构造-沉积格局。此时，盆地内部没有发生明显的断裂作用，也没有明显的岩浆活动，沉积充填断裂控制不明显，沉积层序向两侧超覆，表现为碟状形态，盆地性质应属于挤压坳陷型盆地(图 10a)。构造物理模拟过程中，在预设俯冲板块边界和边缘隆起带边界条件下(图 7)，采用双侧挤压受力模式实现构造再现过程，模拟结果与地震剖面复原结果具有相似性(图 8、9)。无论是地震剖面解释结果，还是构造物理模拟结果，都没有足够的证据表明此时期的盆地沉积物受逆冲断层控制。

3.2 早白垩世晚期—晚白垩世伸展断陷型盆地

早白垩世晚期—晚白垩世，太平洋板块向北西方向俯冲的速度和角度增大，太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲后撤使陆缘隆起带后侧的东海陆架盆地受到拉张作用影响，产生伸展变形，形成地堑、半地堑构造组合，控制早白垩世晚期—晚白垩世沉积，并伴有局部的岩浆侵入。地震剖面解释结果和构造物理模拟结果均表明，此时的沉积沉降中心位于东部基隆凹陷，闽江斜坡自东向西超覆，并在其内部发育多个次级的地堑、半地堑。此时期瓯江断陷开始发育，其结构为3条雁列式断层控制的东断西超的半地堑结构，主边界断层表现为上陡下缓的剖面形态，其向下延伸可能拆离到壳幔间的薄弱层内，表现出张扭性的特点。构造物理模拟过程中，采用双侧分层差异伸展模式，首先使用下层塑料席带动硅胶伸展模式使两侧同时伸展，先产生基隆凹陷与闽江斜坡(代表早白垩世地层沉积)；然后再采用上层塑料席差异伸展模式，实现瓯江断陷的发育过程(代表晚白垩世沉积)。实验结果证明上层塑料席产生的拆离断层可以形成半地堑式组合，差异伸展可以产生北西走向的变换断层(图 8)。地震资料解释结果与实验结果较好地证明了早白垩纪世晚期—晚白垩世是在双侧拉张应力背景下，分层伸展发育的断陷盆地(图 10b)。

3.3 古近纪弧后伸展断陷型盆地

白垩纪地层沉积之后，研究区可能经历短暂的隆升剥蚀，在闽江斜坡和雁荡凸起古近系底界面可见下伏地层削截的现象。

古近纪以来，随着太平洋板块俯冲后撤作用的持续增加，以及太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲角度的改变(在42.5 Ma，俯冲方向由NNW向转为NWW向)，东侧的陆架外缘隆起带产生火山喷发作用形成陆缘火山弧，使其后侧的盆地处于弧后伸展区域。在持续的拉张应力作用下，基隆凹陷沉降幅度增大，导致沉积地层向东南倾斜的幅度增大，同时雁荡低凸起在拆离断层作用下抬升幅度增加，顶部遭受剥蚀，上盘瓯江断陷沉降幅度增大。

在东侧的陆缘隆起带，因强烈的拉张开始发育新的断陷，东南部靠近板块俯冲带火山活动强烈，新的岛弧带(琉球岛弧)开始萌芽(图 10c)。

4 中生代动力学转换过程

东海陆架盆地是发育于克拉通基础之上的中、新生代叠合盆地，其演化地球动力学背景处于晚三叠世以来古亚洲大陆形成、太平洋板块向欧亚大陆俯冲及印度板块向欧亚大陆推挤的远程效应共同作用下，构造动力体制发生过重大的转换^[41-42], 即中生代期间经历了一次从EW向特提斯构造域向NE或NNE向西太平洋构造域的动力学转换(表 1)，但是, 动力学体制转换的时间以及转换过程是一直以来备受关注和争议的问题^{[3, 43-47]}。

钻井揭示，东海陆架盆地的基底非常接近华南陆块。在MRF1井中钻遇1 600 Ma的古老片麻岩；同时地球化学资料和台湾花岗岩成因揭示台湾古老基底存在1 700~1 000 Ma的前寒武纪地层；且台湾的大南澳群时代为240~200 Ma，其中的结晶灰岩中还发现了化石和珊瑚化石，说明其上部可能存在早二叠统^[48]，但是至今也没有证据表明华南东部印支期存在俯冲带，因而推断此时该区可能是面向古太平洋(泛大洋？)的被动大陆边缘。

早三叠世，古特提斯洋东延的边缘海延伸到华南，广东、广西大部以及滇西南、滇东南等地均为海相沉积环境^[49]。中三叠世时，印支运动开始影响华南，大致以云开古陆为界，岩相古地理具有东西分异:云南继续受特提斯域的构造过程控制，发生广泛的海浸，滇东南—桂西南盘江区出现半深海槽盆环境；而华南东部，海水退缩到粤北阳山一带，构造线方向也由以EW和NEE—NE向为主转为以NE—NNE向为主，盆地构造体制逐渐转入古太平洋活动大陆边缘的发展阶段^[6]。

晚三叠世是华南印支运动高峰期^[42]，粤东缺失中、下三叠统，中—上三叠统不整合于石炭系之上^[25]；南海西部古特提斯逐渐关闭，印支地块和中缅马地块碰撞缝合形成巨大的含锡花岗岩带^[49]；卡尼期(T₃¹)华南东部开始海侵，形成“粤东海盆”和“东海海盆”两个NE向海盆，沉积了几百米至近3 000 m的浅海—海陆交互相的碳酸盐岩和含煤碎屑岩^[25]；诺利期(T₃³)发生短暂海退，但早侏罗世又发生大规模海侵，粤东沉积厚达2 300 m蓝塘群半深海相类复理石建造，东海海域发育含火山碎屑的滨浅海—半深海沉积，而且华南大陆内部发育了一系列NNE—NE向的断陷带，其规模向东增大^[50]，显示海侵来自东南或东部与古太平洋板块向欧亚大陆俯冲有关的边缘海。东海海盆的上三叠统含环太平洋区生物，但下侏罗统却含特提斯动物群分子，可能是因为早侏罗世全球海平面的升高导致中特提斯的海水进入该海域，显示了两大动力学体系的复合影响。中侏罗世时期华南构造运动相对平静，大部分地区是陆地，发育河湖相红层。

晚侏罗世—早白垩世早期华南西部一直保持为陆地，主要以陆相河流湖泊相碎屑沉积为主，与下伏地层为角度不整合接触，火山活动少见；华南东部是燕山运动的高潮期。由于古太平洋向欧亚大陆的俯冲，华南东部出现大规模的火山喷发和火山碎屑堆积，尤其是政和—大埔—海丰断裂以东的菱形区域内分布以中酸性—酸性火山岩为主的岩石^{[6, 50]}。台西南盆地深部的下—中侏罗统发育几百米厚的深海相暗色页岩, 上侏罗统普遍缺失, 表明遭受了古太平洋活动大陆边缘的抬升剥蚀。

早白垩世早期东亚陆缘发生了重大构造变革^[51]，古太平洋向欧亚大陆的俯冲因倾角太陡向洋后撤，区域应力场由压扭变为张扭^{[36, 41]}，由俄罗斯远东，向南经东海、台湾海峡、南海至泰国湾形成了一系列中、新生代沉积盆地。

晚白垩世早期，在台湾、日本都记录有俯冲形成的80~90 Ma蓝片岩带^[48]，表明在东亚大陆边缘存在一个俯冲型活动大陆边缘^[2]。前人恢复其构造面貌后^[52]，认为该大陆边缘仍为安第斯型大陆边缘。但是在晚白垩世晚期直至始新世，沿这个大陆边缘和紧邻内陆，太平洋俯冲和西部印度—欧亚板块碰撞的联合效应导致了东亚全区处于右行剪切拉张的背景，形成了一系列拉分盆地群，其主控断层为NE向的走滑断层，此时东海陆架受控于滨海断裂。

新生代以来的盆地构造演化在区域应力场的控制下有明显的阶段性。古新世—始新世期间，太平洋板块运动方向由NWW转向NNW，东海陆架主要处于单剪应力场，盆地发育一系列箕状断陷，并分别发生了两次与盆地断陷型结构形成直接相关的区域性构造事件，即古新世早期的雁荡运动和始新世早期的瓯江运动。古新世—始新世时期是东海陆架盆地中各个断陷的主要发育期，是东海陆架新生代盆地的主要成盆期。而古新世、始新世分别是西部坳陷带和东部坳陷带的主要发育期。

5 结论

在总结、归纳、分析前人对东海陆架盆地中生代构造演化及动力学转换基础上，通过区域构造背景分析，应用构造物理模拟实验和平衡地质复原剖面等方法分析了东海陆架中生代盆地演化，探讨动力学转换过程, 得出以下结论:

1) 晚三叠世—中侏罗世盆地属于活动大陆边缘挤压坳陷型盆地，挤压应力来源于伊泽奈琦板块向欧亚大陆板块的低角度俯冲。东海陆架盆地东缘基底地层遭受挤压发育低隆起(陆缘隆起带)，并遭受剥蚀，在隆起带后缘产生坳陷作用，形成沉降带，接受晚三叠世—中侏罗世沉积。

2) 早白垩世晚期—晚白垩世活动陆缘伸展断陷型盆地，应力来源于太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲后撤导致的岩石圈减薄作用，产生伸展变形，形成地堑、半地堑构造组合，控制早白垩世晚期—晚白垩世地层沉积。瓯江断陷是在岩石圈双层伸展作用下形成的半地堑式断陷盆地。

3) 东海陆架盆地古特提斯构造域向古太平洋构造域转换的时间发生在晚三叠世, 也就是古太平洋板块在晚三叠世即已开始俯冲。古太平洋板块低角度俯冲和俯冲后撤可能更能代表华南中生代深部地质过程, 在中侏罗世之前为低角度俯冲, 在早白垩世早期俯冲板片由低角度转变为高角度, 产生俯冲后撤。