2. 广东省海洋资源与近岸工程重点实验室, 广州 510006;
3. 广州海洋地质调查局, 广州 510760;
4. 中国科学院南海海洋研究所, 广州 510301
2. Guangdong Key Laboratory of Offshore Oil Exploration and Development, Guangzhou 510006, China;
3. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China;
4. South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China
0 引言
“新构造”一词最早于1937年由舒尔茨提出，1948年奥勃鲁切夫正式提出“新构造学”，其逐步形成地球科学中新的独立学科。20世纪80年代以来，由于科学技术的进步，新构造的研究也得到迅速发展。目前，关于新构造的起止时限仍存在较大争议，但对“新构造是塑造现今地形地貌的构造运动”这一认识基本上得到认同。近10多年来，世界各地海域的地震、海啸等地质灾害频发，给人类的生产生活带来了极大的影响，也让地质学家更加关注新构造的研究。南海处于复杂的构造活动区，新构造运动活跃，前人[1-3]做过大量相关的研究，但由于资料的缺乏以及对南海地质构造认识不深，加上资料的整合程度不高，南海新构造研究仍不够深入。本文在收集、整理和分析中国南海海域及邻区的地质、地球物理调查研究成果的基础上，对南海及邻区新构造的研究现状以及新构造的起始时间进行分析，对新构造的地层差异升降、天然地震、活动断裂以及岩浆活动进行系统研究，并在此基础上探讨其主要控制因素。
1 南海新构造研究现状南海位于欧亚大陆的东南缘，是西太平洋最大的边缘海之一，也是中国大陆边缘唯一发育了洋壳的海盆[4]。新生代，印度－澳大利亚板块、欧亚板块和太平洋板块的联合作用使南海及邻区的构造变得异常复杂。由于南海蕴含丰富的石油天然气资源，加上其特殊的地理位置及资源环境效应，使其成为一个特殊的边缘海构造演化研究的天然实验室，一直吸引着众多学者的关注[5-9]。国家自然科学基金和国家科技部“863”、“973”计划把大陆边缘动力学演化确定为重要的研究方向，如以“南海深海过程演化”为主题实施了一系列重点支持的研究项目[10]，以及一系列国家海洋专项，获得了大量有关地壳结构、深部作用、构造演化、沉积体系和含油气盆地等地质和地球物理基础资料。虽然这些项目的开展并不是以新构造为主题，但地质和地球物理资料的积累也推动了南海新构造研究。目前南海新构造活动的研究主要集中在南海北部，一些学者[1-3]根据地质和地球物理资料对南海北部的浅断层、海底滑坡、底辟、地震活动、断裂作用、地震活动、岩浆活动与褶皱作用等新构造表现特征开展相关研究，这些研究成果亦体现在新构造编图上[11-12]；并根据区域构造背景探讨了新构造运动的演化规律[13]。总体来说，目前南海新构造研究程度不均衡，北部由于资料较多研究程度相对较高，其余区域研究程度相对较低，新构造在各海域的表现形式、演化规律以及形成机制还有待深入研究。
2 南海新构造表现特征 2.1 南海新构造的起始时间南海北边为裂解的被动大陆边缘，南边与加厘曼丹岛碰撞拼贴，东边形成马尼拉海沟俯冲带，西侧以红河—南海西缘走滑断裂与中南块体相隔，中央为海盆区。各区域构造演化过程的不同使其新构造运动具有明显的分区性(图 1)。综合前人关于南海构造演化成果以及新构造运动的基本内涵，对南海海域各新构造运动的起始时间进行分析：北部陆缘大致裂陷时间为65~23 Ma，之后进入构造稳定期，可以看作是新构造运动的开始时期，即从23 Ma开始；南海南部海域各盆地在中渐新世以后(地震反射剖面T70界面以上)从断陷阶段进入坳陷沉积阶段，演化格局基本形成，新构造运动起始时间可以定在早渐新世与中渐新世之间(T70)，即32 Ma；南海海盆的海底扩张主要发生在中渐新世至早中新世(32~15.5 Ma)期间[14-18]，约15 Ma之后南海海盆的构造格局与现今一致，因此中央海盆新构造起始时间可以定为15 Ma；南海东边马尼拉海沟俯冲带是一条目前仍有活动的构造带[19]，于15 Ma (中中新世)左右靠近现今位置，与北巴拉望地块、三宝颜半岛等发生碰撞，形成现今构造格局[20-21]，所以南海东部新构造运动起始时间可以定为15 Ma；南海西部红河—南海西缘断裂与南海海底扩张有关[15]，22 Ma之后，红河断裂左旋活动性逐渐减弱，并于17 Ma由左旋走滑逐渐向右旋过渡[2]，并延续至今[22-23]；南海西北部次盆地在大约23 Ma时断裂活动逐渐减弱，构造机制转变为热沉降坳陷阶段[24]，其新构造起始时间可以从23 Ma算起。
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| 图 1 南海海域各区域主要构造事件分布图 Fig. 1 Distribution map of major tectonic events in various areas of the SCS |
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综合以上分析，南海及邻区各区块从构造强烈活动进入构造稳定的时间有差异，但自中中新世(约15 Ma)，各区块都进入了相对稳定阶段，构造格局基本形成，与现今的构造应力场相似。因此，认为南海新构造运动的起始时间定为中中新世(约15 Ma)是合理的。
2.2 南海新构造特征新构造的重要表现之一是活动构造，本文主要讨论南海新构造期差异升降运动、活动断裂、天然地震、岩浆活动等特征。
2.2.1 差异升降运动南海新构造运动起始时间为中中新世，各大陆边缘盆地在新近纪开始，沉积相对稳定，不受断裂构造控制，进入构造稳定的凹陷阶段。因此，可用新近系地层厚度表示南海新构造期的地层厚度。根据国内外石油公司提供的资料、地震剖面等，新近系分布具有继承性与迁移性、与盆地构造轴方向相一致、与物源相关、西厚东薄，南厚北薄的特征(图 2)。
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| 图 2 南海海域新近系等厚图 Fig. 2 Stratigraphic thickness map of Neogene in SCS |
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大多数盆地表现出与断陷期地层分布规律一致的特征，反映在继承性构造运动影响下，地层发育也具有继承性特征。如莺歌海盆地新近纪以来受红河断裂带的走滑拉分作用的影响，沉积中心、范围等与断陷期的地层发育基本一致。但沉积中心相对盆地断陷期有明显的迁移性，如莺歌海盆地沉积中心向东南方向迁移[25]，琼东南盆地、珠江口盆地向南迁移[26-27]。
新近系发育方向与盆地的构造轴方向基本一致，如莺歌海盆地为NW向、琼东南盆地和珠江口盆地为NNE向等，一定程度上反映了盆地断陷期的构造格局以及后期构造作用对盆地的沉积起主要控制作用。
新近纪南海海域边缘盆地沉积的物源主要来自大陆。总体上，靠近大陆则物源较丰富，沉积厚度也较大；远离大陆形成巨大的沉积厚度主要与古水系的远距离输送沉积物有关。南海北部发育的古珠江水系和古红河水系两大水系配合青藏高原的降升剥蚀等区域构造事件[26-28]，为南海北部新近系的沉积提供了大量的物源。
南海北部、西部和南部海域的盆地新近系厚度呈西厚东薄、南厚北薄的特征(图 2)。北部莺歌海盆地沉积厚度达10 000 m，向东过渡到琼东南盆地最大沉积厚度7 000 m，珠江口盆地沉积最大厚度6 000 m，而到台西南盆地迅速减至3 000 m以下。这些盆地的最大厚度皆出现在南部坳陷带。南部海域中，增母盆地和文莱—沙巴盆地沉积厚度最大，达8 000 m，向东和向北厚度迅速降低，东边的礼乐盆地和巴拉望盆地新近系厚度不足1 000 m。
2.2.2 活动断裂南海发育的活动断裂主要延伸方向为NE向、NW向和近SN向，南海北部和南部海域以NE、NW向断裂为主，西北部以NW向断裂为主，东缘和西缘以近SN向断裂为主。其级别按断裂的规模和切割深度可分为岩石圈断裂、地壳断裂以及基底和盖层断裂(图 3)。
岩石圈断裂切穿整个岩石圈、规模巨大，是已知切割最深的断裂，主要发育于南海东、西、南边缘。东缘从北往南为台湾造山带—马尼拉海沟—民都洛逆冲断裂带—哥打巴托海沟—三宝颜逆冲断裂带—内格罗斯海沟，呈近SN向，附近常发生7~8级以上的大地震，是一个规模巨大的地震活动带；南缘为八仙—库约俯冲—逆冲断裂带，呈NEE向，从西往东分别被NW向的廷贾断裂、巴拉巴克断裂以及乌鲁根断裂错断。有记录以来的大地震不多，后期活动性较弱；西缘为红河断裂—南海西缘断裂—卢帕尔断裂带，北段红河断裂呈NW向，中段南海西缘断裂呈SN向，南段卢帕尔断裂弯曲状，沿该断裂带亦有较少大地震发生。
地壳断裂指切穿地壳、规模大、引起大反差地貌的断裂，主要分布于南海西部、北部、南部陆缘以及中央海盆周边，典型的地壳断裂如南海北部的滨外大断裂、南部海域错断八仙—库约岩石圈断裂的廷贾断裂、巴拉巴克断裂、乌鲁根断裂以及中央海盆洋壳边缘断裂等。地壳断裂总体上控制了南海海盆的菱形构造格架以及陆缘岛链、陆架、陆坡等构造格局。在这些断裂附近，曾发生过6级以上大震，个别达7级以上，大部分现今仍有较弱的活动。
基底断裂切穿结晶基底、规模一般、引起的地貌反差较大，多产于陆架外缘。早期(断陷期)它控制盆地或坳陷的形成演化，是重要的边界断裂，晚期(坳陷期)活动性较弱，一部分延伸至沉积顶层，但基本上不错动地层。新构造期这类断裂引发的地震较少。
盖层断裂切穿沉积盖层、规模小、分布广、引起的地貌反差较小，其主要形成于区域统一的构造应力场中。断裂延伸短、切割深度小、不错断沉积层，如南海北部一系列NE向和NW向的小断裂，在一定程度上反映后期构造应力场的大小和方向。
2.2.3 天然地震南海及邻区天然地震活动分布极不平衡，有记录以来大于4级的地震主要分布于东部及北部，西部和西南部地震极少(图 4)。台湾、马尼拉海沟以及菲律宾群岛是天然地震的频发区。沿着马尼拉海沟和菲律宾海沟边界、吕宋火山岛弧密集分布大于6级天然地震，显示了新构造期这些区域具有非常强的构造活动性。南海北部陆缘地震活动性相对于台湾、马尼拉海沟以及菲律宾群岛来说相对较弱，但相对于南海其他区域来说则较强，呈NE向带状分布，与构造带的方向一致。根据地震活动分布(震级大于4级)，结合构造活动带特征，南海及邻区可划分为台湾—菲律宾群岛地震带(强地震活动带)、闽粤滨海地震带(中等强度地震活动带)、海南东沙地震带(中等强度地震活动带)、中央海盆地震带(中等强度地震活动带)、加里曼丹地震带(弱地震活动带)以及苏禄苏拉威西地震带(弱地震活动带)，南海西部及西南部则基本上没有地震活动(图 4)。
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| 图 4 南海海域邻区地震活动分布图 Fig. 4 Distribution of seismic activity in SCS and the adjacent areas |
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以南海海底扩张事件为界，南海新生代以来的岩浆活动可以分为扩张前期、扩张期以及扩张后期[30]，新构造运动发生于海底扩张结束之后，因此对应于扩张后期。
南海新构造期岩浆主要分布于3个区：洋盆内、洋盆边缘以及周缘陆块上。其中：洋盆内的岩浆最为发育，与洋脊方向大致相同；洋盆边缘有西南次海盆边缘和北部洋盆边缘，与构造线方向平行呈带状分布；另外，周缘陆块也是岩浆较为发育的地方，如中南半岛、海南岛以及菲律宾群岛等(图 3)。
南海北部台西盆地和珠江口盆地渐新世末有岩浆活动，晚中新世广泛分布基性火山岩，上新世末—第四纪较普遍发育基性—超基性火山岩。珠江口盆地火山岩呈NE、NEE向展布。雷琼地区晚新生代(中新世、上新世、更新世)岩浆活动规模大，出露的面积达7 000 km2以上[29]。
西部中南半岛的越南南部、老挝南部、泰国南部Khorat高原以及柬埔寨东南部发育大量的晚新生代火山岩。在15.5~10.5 Ma，岩性主要为石英拉斑玄武岩；8.0~5.0 Ma，岩性由石英拉斑玄武岩逐渐过渡到橄榄拉斑玄武岩；最晚一期的岩浆在上新世—第四纪之间，以碱性—强碱性玄武岩为主[31]。
南海海盆的火山岩北部呈EW向展布、在西南次海盆呈NE、NNE向展布(图 3)。海山主要分布在东北次盆地和扩张脊附近，主要成分为橄榄玄武岩和碱性、强碱性玄武岩，K-Ar年龄为4.3~3.5 Ma [30]。西南次海盆以西的陆坡区、礼乐滩北缘以及其北的海盆内在更新世(0.4 Ma)和上新世(2.7 Ma)发育碱性玄武岩以及拉斑玄武岩。东部边缘发育的火山岩主要分布在台湾—吕宋弧，呈现两条长短不一且近平行的带状分布(也称为双链状)。火山活动自北向南、自东向西逐渐变新[30]。
南部南沙海域晚渐新世至中中新世岩浆活动相对活跃，但规模较小。西段主要有英安岩、花岗闪长岩、安山岩、闪长岩等，东段主要为玄武安山岩；晚中新世至第四纪岩浆活动活跃，为大规模的中—基性岩浆，在中南半岛南部和加里曼丹岛中—北部尤为广泛[32]。
2.3 南海天然地震与断裂、岩浆活动的耦合关系由天然地震与断裂、岩浆活动的叠合图(图 3)可以看出，南海北部和东部的断裂分布与天然地震活动分布较一致，表明断裂构造活动对天然地震活动的控制作用。同时，菲律宾群岛也是岩浆活动区，这些都表明南海东部构造活动性强。中央海盆岩浆活动强烈，主要沿扩张脊分布。西部和西南部断裂活动性强，但天然地震活动性较弱，与东部截然相反，表明天然地震不但与断裂活动性强弱有关，还与断裂的挤压、拉张或走滑的成因机制有关。挤压作用的区域与强地震活动带分布较吻合，拉张作用的区域与中等强度地震活动带一致，而走滑作用的区域则对应于弱的地震活动带(图 3)。
2.4 南海新构造活动分区以上分析可知，南海及邻区新构造表现特征在时空上存在明显差异性，综合考虑活动断裂分布特征、天然地震活动特征以及岩浆活动特征，把南海及邻区划分为1个强构造活动区、3个中等强度构造活动区以及1个弱构造活动区(图 5)。其中：在强构造活动分区(Ⅰ)中，天然地震的震级较大，以6~8级居多；大于4级地震的密度大；有岩石圈断裂带和地壳断裂控制，且为压性断裂；新构造期岩浆比较发育。在中等强度构造活动分区(Ⅱ)中，天然地震的震级较大，以5~6级居多；大于4级地震密度较稀；有岩石圈或地壳级别断裂控制，断裂多为张性；新构造期岩浆较发育。而在弱构造活动分区(Ⅲ)中，基本上无大级别天然地震；大于4级地震零星分布；有岩石圈或地壳级别断裂控制，断裂为走滑性质；新构造期岩浆在局部区域发育。
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| 区域Ⅰ.强构造活动区；区域Ⅱ.中等强度构造活动区；区域Ⅲ.弱构造活动区。 图 5 南海海域及邻区构造活动分区图 Fig. 5 Tectonic activity zone in SCS and the adjacent areas |
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依据地质、地球物理等资料建立的计算模型[33-34]认为，南海及邻区现代构造应力场北部地区最大主压应力轴方向由西往东从NE变为SN向再变为NW向，南部地区由西往东主压应力轴由NE变为NEE和EW向；这主要是因为北部受印度洋—澳大利亚板块和菲律宾海板块的联合作用，南部班达海、苏拉威西海地区同时受到印度洋—澳大利亚板块和菲律宾海板块的共同作用。因此，南海及邻区新构造运动仍主要受周缘板块构造的影响。
在地层差异升降方面，新构造期前的构造活动在新构造期虽已减弱，但仍对南海海域的隆凹特征起控制作用，如南海北部的伸展作用、南海西缘断裂的走滑拉分作用等。因此，南海海域新构造期地层的升降特征主要以继承性为主，受后期构造的影响相对较小。
在天然地震方面，强震主要分布南海的东部，震源机制解表明中央海盆区的西南部主张应变轴为NW—SE方向，东北部主张应变轴为近SN方向[35]。而在南海东部马尼拉海沟俯冲带，以菲律宾大断层为界，最大主压应力轴北部主要为NW向，南部为NW、NE和近NS向[36](图 6)。结合主应力场分析可知，这主要与太平洋板块新生代以来持续对东亚大陆边缘的俯冲作用有关。
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| 图 6 南海及邻区主要构造应力场方向及震源机制解 Fig. 6 Main direction of tectonic stress field and focal mechanismin SCS and the adjacent areas |
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在断裂活动方面，南海西部主要受新构造期右行右阶的红河断裂、南海西缘大断裂、万安东断裂等控制，主要呈走滑性质，这也是南海西部海域强震较少的主要原因[37]。南海北部新构造期之前的断裂主要为NE向，为华南大陆伸展裂陷作用形成，这类断裂有些在新构造期仍有活动；新构造期之后，由于菲律宾海板块沿吕宋岛弧－台湾造山带逐步楔入欧亚板块，导致最后的弥散性NWW向断裂切割南海北部所有构造[38]。南海南部新构造期之前表现为张性NE向断裂，可能受欧亚大陆东南缘陆缘裂解作用、古南海的南向俯冲拖曳作用影响所致[39]；新构造期之后南海南部出现指向北的前展式、叠瓦式逆冲推覆，其动力来源于南部的澳大利亚板块和欧亚板块的碰撞。
在岩浆活动方面，新构造期南海海域岩浆活动在北部和南部呈NE、EW向，在中央海盆呈近EW向，EW向展布的岩浆带常被NNE向的走滑断裂分割，其动力主要来源于9~6 Ma南海东部的菲律宾海板块持续向NWW方向运动，造成吕宋岛弧、台湾岛弧与欧亚大陆弧-陆碰撞，且同时期NNE向的长乐—南澳断裂右行走滑。在两者共同作用下，台湾岛弧及南海东北部地区向S挤出，同时形成近EW向岩浆岩和断裂[29]。而NE向的岩浆则可能是东亚大陆边缘伸展背景下，南海扩张结束后地幔持续上涌作用的结果。
综合以上分析，我们认为南海的新构造运动虽仍受印度洋—澳大利亚板块、太平洋板块以及欧亚板块联合作用的影响，但平衡已被打破，来自西太平洋板块的俯冲碰撞作用占据主动作用，印度洋—澳大利亚板块和欧亚板块则处于较弱的被动作用。东部菲律宾海板块与太平洋板块一起俯冲为主要控制因素，弧陆碰撞使东部台湾和马尼拉海沟附近区域受到NW向的挤压应力，使得南海亚板块被动地沿着马尼拉海沟斜向俯冲，可能会扰动了深部岩浆活动，使板舌处产生了深震；而在板块会聚浅部引起火山活动，使其成为强构造活动区(Ⅰ)，但由于应力场受到了周边特定板块的作用，主应力方向由东至西的变化，构造活动性从东部向西逐渐减弱，递减为中等强度构造活动区(Ⅱ)和弱构造活动分区(Ⅲ)(图 5)。
4 结论与认识1) 南海各区块新构造运动发生的时间有差异，综合南海各区域构造演化事件、现今构造格局及新构造运动的基本特征，认为南海新构造运动的起始时间定为中中新世(约15 Ma)是合理的。
2) 南海新构造运动活跃，在地层差异升降中表现为继承性与迁移性等特征，地层发育呈西厚东薄、南厚北薄，并与盆地构造轴方向相一致，与物源供给密切相关的特点。断裂活动对地层差异升降有一定的控制作用；活动断裂主要延伸方向为NE向、NW向和近SN向，南海北部和南部海域以NE、NW向断裂为主，西北部以NW向断裂为主，东缘和西缘以近SN向断裂为主；岩浆活动分布主要集中在西南次海盆边缘、北部洋盆边缘、中央海盆扩张脊、海南岛、菲律宾群岛以及中南半岛几个区。天然地震分布极不平衡，有记录以来大于4级的地震主要分布于东部及北部，西部和西南部大于4级地震较少，台湾和菲律宾岛是天然地震的频发区。断裂、岩浆、天然地震的分布相关性明显，存在耦合性。
3) 应力场特征分析表明，南海新构造运动的表现特征主要受控于东部菲律宾海板块与太平洋板块对东亚大陆边缘的俯冲作用，南海及邻区划分为1个强构造活动区、3个中等强度构造活动区以及1个弱构造活动区。
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