2011, Vol. 54
2. 中国科学院南海海洋研究所,中国科学院边缘海地质重点实验室,广州 510301
, XU Ya1, SUN Fu-Li1, YOU Qing-Yu1, LV Chuan-Chuan1, HUANG Song1, QIU Xue-Lin2, HU Wei-Jian1, ZHAO Ming-Hui2
2. South China Sea Institute of Oceangraphy,Chinese Academy of Sciences, Key Laboratory of Marginal Sea Geology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China
南海是西太平洋最大的边缘海，面积约350 万km2，夹持在西部的特提斯域与东部的太平洋域之间，记录了整个边缘海的形成、演化过程，是研究大陆裂解、海底扩张过程的天然实验室，也是探讨研究其深部动力学机制的最佳场所[1].
大量的地质-地球物理资料表明，南海的南北陆缘是新生代期间南海海底扩张形成的一对共轭大陆边缘[1]，但是对于南北陆缘的构造属性，特别是与大西洋型大陆边缘不同的北部陆缘构造属性一直存在较大的争议[2～7]，火山型、非火山型或者是混合型陆缘类型的观点都有.特别是在Iberia陆缘发现了岩石圈强烈拉张的非火山型陆缘和美国东海岸以向海倾斜的地震反射层为代表的火山型陆缘后，人们对南海北部陆缘构造属性的关注进一步增强，希望在越来越多的地球物理剖面基础上对构造属性及张裂模式等问题形成比较清晰的认识.
深部结构是大陆边缘演化过程中多种信息的载体与架构，也是认识陆缘构造属性的窗口，始终是边缘海地球物理研究中的重点.长期以来，前人针对南海开展过大量的地球物理调查工作，为认识南海提供了宝贵的数据与资料[1～6].特别是近年来，我国在南海海区大量的专项调查、研究计划与国际合作研究，均更加关注张裂边缘演化的构造、岩浆过程等重大科学问题，在不断积累最新研究成果的同时，也对深部结构特征与空间变化等方面的信息提出了更高的要求，希望能够在热点科学问题的讨论中掌握更多来自深部结构方面的地球物理证据.继OBS2001剖面[8， 9]之后，2004年，中国科学院南海海洋研究所实施的海陆联测剖面“OBS2004”[10]、国家基础研究发展计划“中国边缘海形成演化以及重大资源的关键问题”项目实施的973-1多道地震探测剖面，以及国家海洋局第二海洋研究所实施的OBS2006-1，2，3剖面[11～13]等，均针对北部陆缘的深部结构开展了海底地震仪(OBS)或多道地震的探测工作.与此同时，国家自然科学基金委员会资助了“南海北部地质地球物理共享航次”，于2010 年在南海北部布设了OBS2010-1，2两条剖面，使深部结构的地球物理研究得以进一步加强[14].值得强调的是，2009年，国家重点基础研究发展计划(973)项目“南海大陆边缘动力学及油气资源潜力”项目委托中国科学院南海海洋研究所、中国科学院地质与地球物理研究所和国家海洋局第二海洋研究所共同实施了OBS2009-1，2两条地震剖面探测[15]，穿越了南海海盆的南、北边缘，填补了南海南部OBS 地震探测的空白，为南海共轭大陆边缘深部结构的对比、南北陆缘构造属性和张裂变形特征等方面的深入研究，提供了最新的地球物理数据(图 1).
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图 1 研究区位置及地球物理探测剖面分布图 (据赵明辉等[16]，有修改) 图中黑线为近年来地球物理探测剖面，红线为本文反演剖面，黄线为南海海盆边界，背景为地形. Fig. 1 Location of the study area and the distribution of geophysical exploration profiles in South China Sea (moditied after Zhao M H et al. [16]) Black line： Geophysical exploration profiles in recent years;Red line： Inversion profiles in this paper； Yellow line： Boundary of South China Sea Basin. The background is topography. |
但是，由于单一地球物理反演方法的不确定性，对南海共轭大陆边缘深部结构和构造属性等方面的研究仍需要来自OBS等探测剖面以外的其他地球物理信息约束，以便开展综合研究与解释，减少多解性，不断认识复杂的地质结构.
基于以上思路，本文在两期“973”项目的资助下，以南海研究区的重磁数据为基础，以多道地震、OBS探测剖面和地震层析成像结果为约束，通过正、反演拟合，构建了多条穿越研究区的物性结构剖面，通过对这些剖面地质结构、断裂体系和火成岩分布的综合解释，优势互补，对南海南北陆缘的深部结构特征进行分析与对比，以达到认识南海大陆边缘架构和构造属性的目的.
2 数据来源与岩石物性本文使用的重力、磁力数据来自中国科学院地质与地球物理研究所“中国近海前新生代残留盆地油气资源研究”1)数据库(1∶100万)，采用墨卡托投影，WGS84椭球，中央经线117°E，标准纬线12°N，研究区范围为105°E～122°E，0°～25°N，包括了整个南海海域，数据成图网格间距为5km×5km(图 2，3)，以此作为综合分析与剖面拟合的基础.磁力数据采用分带变倾角化极处理[17]，南北方向共分为25带，地磁倾角变化范围-18.62°～37.29°，地理偏角：-0.63°，中央经线117°E，中心子午线收敛角：-0.81°，各分带地磁倾角参见表 1.海盆区进行了单独处理，以解决剩磁较严重区的低纬度化极难题[17].典型剖面拟合采用了二度半棱柱体模型，其中深部结构参考了部分OBS 剖面结果[14～16]，浅部则尽可能地引入多道地震资料作为约束，综合解释参考了国土资源部航空物探遥感中心编制的南海构造纲要图2).
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图 2 南海研究区空间重力异常(a)与布格重力异常图(b) Fig. 2 Free-air (a) and Bouguer gravity (b) anomaly map of South China Sea |
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图 3 南海研究区磁力异常(a)与化极磁力异常图(b) Fig. 3 Magnetic (a) and RTP anomaly (b) map of South China Sea |
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表 1 南海磁力异常化极区由南向北25个分带地磁倾角(°)分布 Table 1 Magnetic inclination (°) of the RTP parameter for 25 zones |
本文给出的6 条重磁反演剖面位置见图 1，各剖面北、南部端点位置见表 2.其中剖面AA′，BB′的解释结果已有过详细的论述[18]，本文将结合这两条剖面的解释结果，重点对其他4 条剖面的深部地质结构特征与异同进行讨论.
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表 2 反演剖面位置 Table 2 The positions of the six profiles |
研究区的物性参数是在大量物性资料总结基础上(表 3～5)[19]，1～4)，结合北部陆缘的若干钻井的岩芯、岩屑的实测数据综合而成的，这些数据基本反映了研究区及周边各类岩石的物性特点，是本区开展剖面拟合反演与综合解释的重要依据.
1) 郝天珧，王嘹亮，陈 洁等。中国近海前新生代残留盆地油气资源研究。研究报告。中国科学院地质与地球物理研究所，2005
2) 郝天珧，徐 亚，赵百民等。南海海域综合地质地球物理剖面研究。研究报告。中国科学院地质与地球物理研究所，2009
3) 张永军。南海海域航磁研究[博士论文].中国科学院研究生院，2009
4) 刘光鼎，杨小毛，焦灵秀。南海北部陆架西区盆地地球物理场及深部结构研究。研究报告。中国科学院地球物理研究所，1994
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表 3 南海及围区不同时代的地层密度(g/cm3) Table 3 Density of strata of the SCS and adjacent area (g/cm3) |
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表 4 根据层速度换算的南海各地区平均密度(g/cm3) Table 4 Conversion density from interval velocity of different regions of the SCS (g/cm3) |
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表 5 南海北部及周边地区地层岩石磁化率统计表 Table 5 Magnetic susceptibility of strata and rock of the northern SCS and adjacent area |
根据研究区密度分布情况得到以下认识：
(1) 全区没有一个统一的密度界面.这是由于该区内部地质构造复杂，不同区域具有不同的形成演化过程，其基底结构、盖层发育均有明显差异；
(2) 在中新生代的沉积盆地中，普遍存在两个较明显的密度界面，一个是新生界与中生界间的界面，密度差在0.1～0.3g/cm3 之间，另一个是中生界与古生界的密度界面，密度差0.1～0.2g/cm3.中新生代地层的岩石密度，由西向东有逐渐加大的趋势.
(3) 各时代岩浆岩的密度值接近，一般为2.54～2.62g/cm3.珠江口外岛屿岩浆岩的密度值比陆地同时代岩浆岩密度大，而大洋玄武岩的密度低于一般玄武岩的密度.
岩石磁性参数主要参考了前人在南海北部及周边地区、珠江口盆地区等岩石露头采样、井芯等样品进行磁化率测试的分析结果1～4)，[20].
根据岩石磁化率数据，研究区及周边地区岩石具有如下磁性特征：
(1) 各时代沉积岩一般为弱磁性岩石，磁化率一般在(0～30)×10-5SI之间，位于北部湾涠州岛的第三系火山碎屑岩具有较强的磁性，变化范围为(79～494)×10-5SI，平均值220×10-5SI.各时代变质岩一般为无磁-弱磁性.部分古生代混合花岗岩具有磁性，且磁性变化很大.
(2) 火山岩磁性极不均匀，玳瑁海山、珍贝海山的大洋玄武岩的磁性较海南岛、涠州岛、珠江三角洲玄武岩的磁性弱.但对应海山往往具有强磁异常显示.从基性火山岩到酸性火山岩，磁性一般呈降低的趋势.
(3) 侵入岩磁化率变化较大，花岗岩类磁化率一般小于100×10-5SI；闪长岩、辉长岩磁化率一般在5000×10-5SI以上.新生代玄武岩具有较强的剩磁.
3 剖面正、反演计算与综合地球物理解释 3.1 剖面AA′和剖面BB′这两条剖面的迭代拟合结果在文献[18]中有过较为详细的介绍.剖面AA′北起雷东凹陷，南至吕宋岛，全长1260km.反演结果表明北部陆缘区的莫霍面埋深逐渐向海盆的方向抬升，在琼粤隆起区为28km 左右，在洋-陆交界带附近则逐渐变为12km左右.陆缘区的新生界以珠三坳陷为断陷中心，呈现由一系列正断层控制的地堑式断陷，与珠三坳陷两侧的北部断阶带和珠二坳陷形成了鲜明的对比，表现出典型的陆缘拉张特点.剖面似乎显示出火山型大陆边缘的一些特点，有下地壳的高密度层存在(2.92g/cm3)[17]，这与Yan等人[5]的研究结果基本一致.同时，在南部隆起与双峰东隆起交界部位的新生界中有浅部岩浆岩体存在，引发了约50 mGal左右的局部重力异常.但是剖面附近的多道地震结果[20]，并未发现典型的海倾反射层存在，故而推断该剖面浅层的岩浆岩体与下地壳高密度层应同为拉张期后的岩浆活动的产物，其在密度上的差异，很有可能是岩浆分异和侵位不同的结果(浅层的偏酸性而深部偏基性)，大量切割深度很大的晚期断层的存在也证实了这一点.剖面BB′全长224.7km，北起澎湖北港隆起，南至台西南盆地南部凹陷，地壳结构分为上、中、下三层结构，横向密度有一定的变化，南部凹陷普遍高于北部地区.上地壳北部为2.50～2.70g/cm3，南部凹陷为2.70～2.75g/cm3；中地壳北部为2.63～2.75g/cm3，南部凹陷一带为2.78～2.85g/cm3；下地壳北部凹陷一带为2.70～2.80g/cm3，南部凹陷一带则为2.80，个别地段可以达到2.95g/cm3，显现出有高密度层存在的迹象.但由于剖面长度较短，在剖面南端，又有较大面积侵入岩体(2.62g/cm3)所引发重力异常的局部升高，影响了对高密度层的追踪.根据剖面揭示的地壳厚度与密度结构并参考前人的研究结果，推断剖面BB′的南端可能距离洋陆转换带位置已经很近，但从地壳结构上推断仍属于过渡壳的范畴.
3.2 剖面CC′，DD′和剖面EE′这三条剖面的走向基本一致，从东向西基本等间距分布.反演时采用的正常地磁场参数和密度、磁性参数参见表 6与表 7.
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表 6 剖面CC',DD'和EE'反演时采用的正常地磁场参数 Table 6 Normal geomagnetic parameter in inversion for profile CC’，DD’ and EE’ |
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表 7 剖面CC’ ,DD′和EE′反演时采用的磁性与密度参数 Table 7 Magnetism and density parameter in inversion for profile CC′ ,DD′ and EE′ |
剖面CC′主要穿越了琼粤隆起区、珠江口坳陷区、双峰山坳陷区、尖峰东南隆起及中央海盆区，全长约900km(图 4).重力异常总体变化比较平缓，在琼粤隆起区、珠江口坳陷区约在0～150 mGal左右，在向海盆区过渡的地带，重力异常值逐渐抬升到300mGal左右，在海盆区重力基本保持在同一水平.磁力异常在琼粤隆起带梯度非常大，异常值在-180～ 50nT 之间变化，整体趋势表现出“两峰夹一谷”的特点.东沙隆起异常-200～100nT，而双峰坳陷区磁异常则十分平缓.中央海盆区磁异常总体变化较平缓，但局部海山区磁异常变化剧烈.如玳瑁海山上方的磁异常在-200～300nT 之间变化，最大梯度达20nT/km.黄岩海山区磁异常变化最大梯度达25nT/km，呈现出“两谷伴两峰”的特征.剖面CC′的磁力剖面拟合均方差为11.94nT，重力剖面为10.99mGal.
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图 4 剖面CC;的物性结构模型与地质解释 (a)重磁异常；(b)物性结构模型；(c)地质解释.1.海水层；2.新生界/大洋层1; 3.中古生界；4.下地壳；5.下地壳高速层；6.大洋层2; 7.大洋层3; 8.岩浆岩；9.海山；10.加里东基岩及岩浆岩隆起；11.前寒武系基岩及岩浆岩隆起；12.断裂；13.密度(g/cm3)/磁化强度(A/m) Fig. 4 Gravity and magnetic anomalies (a)，density and magnetic model (b) and geological interpretation (c)of profile CC； (from Zhujiangkou to Huangyan Island).Sea Water; 2. Cenozoinc/Layer 1 -f 3. Mesozoic-Paleozoic; 4. Lower crust; 5. High velocity layer in lower crust; 6. Layer 2-f 7. Layer 3;8. Magmatic rock; 9. Seamount;10. Caledonian bedrock and magma uplift; 11. Precambrian bedrock and magma uplift; 12. Fault; 13. Density (g/cm3)/Magnetization intensity (A/m) |
为了对反演结果的可信度进行验证，本文选取剖面上典型海山，正演磁力异常并与原始异常值进行比较，以达到质量验证的目的(表 8)，验证点位以剖面CC′北部起点作为0km.
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表 8 黄岩海山验证点误差分析 Table 8 Error check points analysis of Huangyan Seamont |
琼粤隆起区磁性基底埋深5km 左右，基底主要为加里东基岩，视磁化强度一般在0.7～0.8A/m.向北珠江口坳陷区，北部断阶带由若干断裂控制，视磁化强度约在0.4A/m 左右，磁性基底埋深约5～6km.珠江口坳陷区基底埋深均在6km 左右，在东沙隆起区基底略有抬升，基底主要为加里东基岩及岩浆岩隆起，弱磁性，视磁化强度一般在0.1～1.2A/m.在珠一凹陷南部，东沙隆起北部深部出现较大规模的岩浆岩体，磁性较强，可达到1.55A/m，部分中、新生代岩浆岩体也表现出强磁性，视磁化强度可达1.1～2.8 A/m.尖峰东南隆起至海盆北坳陷基底埋深约4～5km，推测为前寒武系基岩及岩浆岩隆起，视磁化强度0.6～1.0A/m.
浅部的火成岩主要分布在琼粤隆起带、东沙隆起带及中央海盆区.琼粤隆起上方的磁异常变化剧烈但变化的幅度相对较小，磁异常变化范围在-180～50nT 之间，一般与浅部的磁异常体有关，可能是沿断裂侵入到浅部地层的火山岩所引发.东沙隆起上方的磁变化带上，有小型梯度变化特征，说明存在浅部的异常体，视磁化强度为2.80A/m左右，推测主要是中生代岩浆岩.
3.2.2 剖面DD′剖面DD′全长约1434km，分别经过了琼粤隆起区、珠江口坳陷区、西北次海盆、中沙隆起区、中央海盆区及礼乐坳陷区等主要构造单元.陆架区布格重力异常为低值异常，北部陆架区在-20～80mGal之间变化，南部为80～140 mGal；海盆区为重力高值区，在170～340mGal之间变换.中沙隆起区为局部重力低值异常区.磁场特征为：琼粤隆起到北部断阶带，磁场变换比较剧烈，受断层及岩浆岩影响，出现高磁异常.珠江口坳陷区，磁场呈正负相间变化特征，向西北次海盆过渡区有约100nT 的正异常.西北次海盆以正磁异常为主，局部有高磁背景下的负向异常.中沙隆起北部以负值为主.中央海盆区磁异常正负交替.礼乐盆地以负异常为主，异常变化平缓.剖面DD′的磁力剖面拟合均方差为19.55nT(北段：13.38nT；南段：6.17nT)，重力剖面为11.21 mGal(图 5).
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图 5 剖面DD′的物性结构模型与地质解释 (a) 重磁异常；(b) 物性结构模型；(c) 地质解释。1.海水层；2.新生界/大洋层1;3.中生界；4.下地壳；5.大洋层2;6.大洋层3;7.岩浆岩；8.海山；9.加里东基岩及岩浆岩隆起；10.前寒武系基岩及岩浆岩隆起；11.坳陷内变质基底；12.前中生代基底；13断裂；14.密度(g/cm3) /磁化强度(A/m) Fig. 5 Gravity and magnetic anomalies (a) , density and magnetic model (b) and geological interpretation (c) of profile DD； (from Yangjiang to Palawa)1. Sea Water； 2. Cenozoinc/Layer 1 ； 3. Mesozoic； 4. Lower crust； 5. Layer 2; 6. Layer 3; 7. Magmatic rock； 8. Seamount； 9. Caledonian bedrock and magma uplift； 10. Precambrian bedrock and magma uplift；11. Metamorphic basement in depression； 12. Pre-Menozoic basement； 13. Fault； 14. Density (g/cm3)/Magnetization intensity (A/m) |
DD′剖面经过的断裂主要以NE 向为主，北部多为深大断裂，控制了构造单元的边界.在琼粤隆起区和北部断阶带，断裂也是岩浆活动的通道，对应强烈变化的磁异常.在珠江口坳陷区，断裂与上部沉积层密切相关，控制了盆地边界和沉积活动.中沙隆起区断裂规模较大，反映了断块式的构造特征.在海盆区，主要的断裂基本是海山边界.南部海盆边缘地带，发育了一系列的北倾断裂，以陡、深为特点，控制了该地区的浅部沉积.靠近华南大陆，由于深大断裂形成的岩浆通道，造成了强烈的磁异常变化.据反演结果，在西沙海槽南部、中沙隆起深部有较大规模岩体存在，在航磁异常上表现为局部大规模的低值背景异常.中央海盆地区存在大量的海山，以玄武岩为主.琼粤隆起区及北部断阶带地区以加里东基岩及岩浆岩隆起为磁性基底，视磁化强度约0～0.76A/m，磁性基底埋深普遍在8～10km 左右.珠江口坳陷区上部以新生代沉积为主，下部前新生界视磁化强度变化较大，在0.06～1.2 A/m 之间分布；南部隆起有岩浆岩隆起存在，视磁化强度约0.5～1.52A/m.中沙隆起局部中地壳中有较大范围高磁性体，视磁化强度可达1.2～3.52A/m，埋深约4～10km，推测在中沙及附近地区基底均以前寒武系基岩及岩浆岩隆起为主.进入中央海盆，地壳表现为洋壳特征，可分为三层结构.洋壳磁性较强，主要为大洋玄武岩，在海盆区出现若干海山，推测海山多以中新世-上新世拉斑玄武岩为主.海山大部分表现为强磁性特征，部分海山为反磁化，视磁化强度约0.6～1.5A/m.剖面最南部，靠近海盆区基底为前寒武系基岩及岩浆岩隆起；礼乐盆地区主要为前中生代基底，基底磁性均较强，可达1.7A/m 左右.
3.2.3 剖面EE′剖面EE′北起广东化州，经中沙群岛，至海口礁，剖面全长约1470km 左右，几乎横贯整个南海(见图 1).剖面由北至南穿越了琼粤隆起区、珠江口坳陷区、莺琼南坳陷区、中沙隆起区、中央海盆、道明永署隆起区等主要构造单元(图 6).剖面EE′的磁力剖面拟合均方差为12.03nT，重力剖面为8.9mGal.
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图 6 剖面EE′的物性结构模型与地质解释 (a) 重磁异常；(b) 物性结构模型；(c) 地质解释。图例说明同图 5. Fig. 6 Gravity and magnetic anomalies (a) , density and magnetic model (b) and geological interpretation (c)of profile EE (from Huazhou to Haikou Reefs)Legend is same as Fig. 5. |
剖面大部分地区航磁异常在-40～150nT 之间，在区域异常上叠加有较多的高频变化，局部出现大幅度异常抖动，在200km 处从-350nT 变化到700nT，与浅部岩浆岩分布有关.北部琼粤隆起区航磁异常变化剧烈.中沙隆起区北部有一个平缓的低值异常区，最低约-126nT，向南多在±50nT 之间变化；在中沙隆起向海盆过渡地带，出现鞍状异常，变化幅度在-15～170nT 之间.进入海盆北部，异常以高频变化为主，这与海山等高磁性异常体分布有关.剖面南部磁异常变化比较平缓，总体在-70～30nT.重力异常从珠江口坳陷区向中沙隆起区缓慢抬升，异常值由20mGal达到160mGal左右，海盆区异常值达到300～320 mGal.向南异常值逐渐降低到120～140mGal.
从反演结果看，琼粤隆起区磁异常变化以高频为主.正演模拟表明，该区域浅层火成岩广泛分布，埋深较浅.在琼粤隆起南缘出现的异常尖峰变化幅度最高可达1000nT，但异常宽度不足50km，认为是高角度侵入的火成岩脉所引发，其视磁化强度可达1.8A/m 左右；该区基底主要以加里东基岩及岩浆岩隆起为主，视磁化强度为0.5～0.8A/m.根据解释结果来看，区内的晚期岩浆岩活动较为强烈，特别是在剖面北部.岩浆活动与断裂分布密切相关，大多属于扩张期后岩浆活动波及的结果.
珠江口坳陷区及莺琼南坳陷区基底埋深约6～8km，以弱磁性变质基底为主，视磁化强度约在0.4～0.6A/m 左右，局部可达1.1A/m.中沙隆起北部出现负值异常区域，异常值最低为-125nT，推测为规模较大，具有一定埋深的火山岩.通过正演分析，推测该岩体的视磁化强度在1.8A/m 左右，磁化倾角约为10°左右.在中沙群岛附近，异常的形态相对比较复杂，高频成分较多，除了与该磁性地层起伏较大有关外，与浅层火成岩也有关系，该区基底以前寒武系基岩及岩浆岩为主，视磁化强度约为0.4～0.6A/m；在向海盆过渡地带基底磁性较强，局部可达3A/m.海盆中为三层洋壳结构，大洋层2视磁化强度在0.4～2.2A/m，大洋层3视磁化强度0.4～2.2A/m.众多资料表明[22～27]，5)，海山均为玄武岩质的磁性海山，其视磁化强度多在0.5～1.3 A/m之间，引发了不同程度的磁异常.道明永署隆起区、九章南薇坳陷区及安塘安渡隆起等构造单元的基底以前寒武系基岩及岩浆岩为主，视磁化强度约0.6～1.6A/m.礼乐滩盆地区，视磁化强度约0.8 A/m，以前中生代变质基底为主.
5) 梁德华，印爱武。南海深海盆的海山玄武岩及其形成的构造环境。研究报告。地质矿产部南海地质调查指挥部第二海洋地质调查大队，1984
3.3 剖面FF′剖面FF′是973-01(2009)采集剖面的南段，位于西南次海盆的南缘，是6 条剖面中唯一一条主要针对南部陆缘的剖面，穿越了郑和群礁、中业盆地、南沙地块等构造单元(图 1).国家重点基础研究发展计划(973)“南海大陆边缘动力学及油气资源潜力”项目于2009年沿测线开展了OBS、多道地震探测以及重磁探测等多种数据的联合采集，因此，FF′剖面是在OBS、多道地震和重力数据的综合拟合反演基础上完成的，主要目的是了解南部陆缘深部结构特点，与北部陆缘进行对比以及确定中生界的位置与分布.我国在南海南部的OBS 探测一直是空白，南部陆缘的深部结构一直是人们关心的热点，而中生界分布的范围则仍是悬而未决的问题[28～30].从前人的工作来看，南海南部存在中生界的事实已为大量的地震数据、钻孔及拖网资料所证实，但剖面FF′所在位置中生界分布情况尚存在争议.本文首先进行了多道地震数据叠前时间偏移处理与层速度计算(图 7).其中，层速度是利用Dix公式通过均方根速度来获得.设有n层水平层n介质，各层层速度为Vi，层厚为hi，利用均方根速度求取层速度的Dix公式为
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图 7 剖面FF'的层速度计算结果(黑框位置中生界速度较为可靠) Fig. 7 Interval velocity of profile FF^ (The velocity of Mesozoic group is more |
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其中：VR，n与VR，n-1分别为第1层至第n层的均方根速度及第1层至第n-1层的均方根速度，当已知第n层、n-1层的均方根速度，以及这两层的t0 时间，就可以利用Dix公式计算第n层的层速度.
根据层速度剖面等地震数据处理结果，结合广州海洋地质调查局在南海南部研究成果，本文认为图 7中框图 1和2 的位置最有可能有中生界分布，解释依据为：
(1) 与上覆新生界呈角度不整合接触，即顶部被Tg强反射界面所截切，反映了二者之间存在较大的沉积间断；
(2) 残余厚度沿地震测线变化较大，与中生代经历强烈的构造作用相对应；
(3) 地震反射与南海北部陆缘东部中生代沉积所表现出来的连续、较强振幅和可长距离对比的地震反射特征[31]具有一定的相似性；
(4) 由叠加速度推算的中生界的层速度为4.6km/s，介于南海东北部珠江口盆地珠一坳陷、东沙隆起、潮汕坳陷和台西南盆地内大角度倾斜、可连续追踪的具有中低频反射特征的中生界层速度4.3～5.0km/s之间[32]，而略小于钟建强[33]推算的南沙群岛中生代岩浆岩、沉积岩及更老变质岩组成的前新生代基底速度5.0km/s；
(5) 层速度剖面中框图 1，2 位置中生界速度较为可靠，剖面其他地段的中生界呈断续分布.
为了得到剖面的深部结构分布，本文还参考前人研究结果[34～38]，利用剖面FF′(OBS2009-1南段)中4台OBS的数据(图 8a，采集时OBS间距20km，气枪容量6000in3(1 in3=16.39cm3))，经射线到时正演拟合后反演，得出海陆转换带附近沉积层到莫霍面的速度结构.图 8b是OBS32、OBS33的射线追踪和数据反演情况.两台OBS 相距20km，模型结果得出上地壳的速度结构横向上变化较大.说明了基底面存在着起伏.
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图 8 (a)OBS台站分布，红色菱形表示OBS位置，黄色实线表示FF'剖面位置.（b)OBS32,OBS33Pg波数据反演拟合结 果，红色线段表示拾取的Pg震相，黑色线表示反演拟合后的Pg走时，绘图时折合时间为8km/s. (c)OBSP波速反演模 型，橙色虚线部分为数据覆盖的区域，蓝色五角星代表OBS32号台站，黄色五角星代表OBS33号台站（层位1:海水层；层位2:沉积层；层位3:上地壳；层位4:下地壳；层位5:上地幔顶部） Fig. 8 (a)Distribution of OBS, red shows the location of OBS, yellow line shows profile FF' s location, (b) Inversion result of Pg picking form the OBS32-33, the red lines indicate the Pg group travel time picking from the OBSs, the black lines indicate Pg group calculated travel time, the time shows in reduced velocity 8km/s. (c) Velocity modeling result of OBS profile, 1^he model covered with orange dash line is region covered with data(1 ：Seawater layer； 2:Sedimentary layer;3 :Upper crust layer;4:Lower crust layer;5:Uppermantle layer) |
图 8c是该OBS剖面利用两台OBS反演地壳速度的结果.由图可知，西南次海盆南缘，莫霍面埋深从海盆区的8km 向SW 方向迅速加大，在郑和群礁附近已经加大到16km 左右，莫霍面起伏剧烈，应是洋陆转换带的所在.此后向南，莫霍面埋深起伏较小，最大埋深18km 左右.整个剖面结构可以分为：海水层、沉积层、上地壳、下地壳和上地幔顶部，剖面中各层的速度分布特征等将另文论述.
为了进一步了解剖面南部的中生界存在与否及密度横向变化，在OBS 速度拟合的基础上，本文还对剖面FF′进行了密度结构模拟(表 9，图 9a).特别是针对南海南部中生界分布的热点问题，对框图 1和2的位置，在假定海水及深部结构(磁性基底、地壳等)完全相同的前提下，按照A，B 两个地段沉积层完全为新生界组成或由新生界与中生界共同组成的两种解释方案分别进行了正演(图 9b)，发现二者不仅存在一定的重力异常差异，而且后一种解释模型更为合理(其拟合均方差为2.87mGal，而前一种模型的拟合均方差为3.00mGal).据此并结合多道地震的层速度结果推论：图 9中至少A，B 两个地段应有中生界分布，但可能沿整条剖面的中生界分布并不连续.
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表 9 剖面FF'反演时采用的密度参数 Table 9 Density parameter in inversion for profile FF' |
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图 9 剖面FF'的重力拟合与地质解释结果 其中，蓝框A，B部分按照两种不同解释方案拟合（a)沉积层完全为新生界，拟合均方差：3.00 mGal;(b)沉积层为新生界和中生界共同组成，拟合均方差：2.87mGal.1.海水层；2.新生界/大洋层1; 3.中生界；4.前新生界;5.中上地壳；6.下地壳；7.大洋层2;8.大洋层3; 9.海山；10断裂；11.密度(g/cm3) Fig. 9 Gravity modeling and geological interpretation results of profile FF' In blue line region A and B» different interpretations are used for modeling. (a)Sediment layer composing of Cenozoic group, modeling RMS error is 3. 00 mGal ； (b)Sediment layer composing of both Cenozoic and Mesozoic group, modeling RMS error is 2. 87mGal.1. Sea water ； 2. Cenozoinc/Layer 1； 3. Mesozoic； 4. Pre-Cenozoic； 5. Upper-middle crust； 6. Lower crust ；7. Layer 2 ； 8. Layer 3 ； 9. Seamount； 10. Fault； 11. Density (g/cm3) |
剖面AA′的反演结果表明：北部陆缘珠江口盆地区自北部断阶带至南部隆起区一带的地壳中有下地壳高密度层存在(2.92g/cm3)，与前人提出的下地壳高速层位置基本一致；剖面BB′南端存在较大规模的岩浆活动迹象，而且推断其与海陆转换带的位置较近.从剖面CC′的反演结果来看，不仅有引发局部重力异常的浅部岩体存在，下地壳同样存在有2～3km 厚度的高密度层(2.9g/cm3)，与OBS1993剖面上的5～8km 的高速层[5]、OBS2001上发现的0～5km 的高速层应属于同样范畴.此外，剖面DD′、EE′和FF′均未发现下地壳高密度层存在，因此可以推测，下地壳高密度层仅存在于南海北部陆缘CC′剖面以东的范围内.
4.2 南海南北陆缘的构造属性剖面BB′、CC′及AA′下地壳存在的高密度层推断与OBS1993，OBS2001所发现的高速层属于同样的范畴，而且几条剖面都不同程度反映出底侵岩浆活动与浅部岩浆活动比较活跃.但是，由于缺乏典型向海倾斜火山沉积层(SDR)存在的证据[21]，很难据此就推断属于火山型大陆边缘.本文支持文献[9]的观点，推断高密度层与浅表岩浆岩一样，是侵入火山岩在海底扩张之后陆缘裂解过程中的产物.因此，可以认为，北部陆缘CC′剖面以东地区，岩浆活动相对于以西地区更为活跃，下地壳存在有岩浆底侵带来高密度层，但并不属于拉张同期的火山活动产物，因此不能简单定义为火山型大陆边缘.
DD′剖面是本次反演剖面中最长的一条，从琼粤隆起区向南一直到礼乐盆地，长达1400km.比较其他剖面，除了珠江口坳陷的北部与琼粤隆起相接的北部断阶带地区发育有浅部岩浆岩外，整个珠江口坳陷区的岩浆活动相对剖面BB′和CC′要弱得多.丘学林等[39]曾根据DD′剖面西侧OBH1996 的探测结果，提出西沙海槽为一对称的拉张裂谷的认识.他们认为：海槽两侧的地壳厚度较大，中部明显减薄.上地幔在裂谷中央明显上隆，未见明显的高速层等迹象，均表现出明显的新生代拉张裂谷特征，因此北部陆缘在西沙海槽地区显示出非火山型大陆边缘的特点；EE′剖面揭示出前新生代岩浆岩比较发育，上覆沉积层的横向厚度变化也较大，同样未见有下地壳高密度层.根据以上剖面揭示出的深部结构和岩浆活动特点，推断构造属性应为非火山型.
综合以上5条重磁反演剖面揭示出的深部结构与岩浆活动特点，结合地震拖缆以及多条OBS剖面结果，可以认为：整个南海北部陆缘的构造属性应以非火山型为主，其中CC′剖面是一条重要的界线，在其以西地区更多地显示出非火山型特点，而在其以东地区更偏向火山型.
从南部陆缘深部结构来看，均未发现下地壳高密度层的踪迹，虽然同样存在岩浆活动，但基本以拉张期后的浅层岩浆岩为代表，特别是南部的礼乐盆地沉积受断裂体系控制，沉积厚度较大而岩浆活动相对较弱，非火山型大陆边缘特征更为明显.
4.3 关于南北陆缘共轭点的认识以剖面DD′和EE′为例.尽管北部陆缘的中生代岩浆活动明显，但是南部陆缘的岩浆活动显然弱于北部.从磁性基底特征来看：北部华南沿海一带主要为加里东基岩及岩浆岩隆起，向南至中沙一！主要为元古宙基岩组成.南沙礼乐盆地一带基底以前寒武系基岩为主.
从地壳结构上看，这两条剖面的南、北两侧壳内结构比较相似.特别是DD′剖面，中央海盆南侧，除了新生代与有可能存在的中生代沉积层外，基本均为前寒武系基岩及岩浆岩隆起.特别是中沙地区的团块状磁力异常和磁性基底分布等深线延展方向也与礼乐盆地的分布面貌十分相似.两条剖面的两侧上、中、下地壳结构南北基本可以“对应”以及相同的基底结构特征等，都暗示着中沙隆起与礼乐盆地在海盆拉张之前应该相连，应属于共轭大陆边缘中的“共轭点”.
4.4 西南次海盆南缘地壳结构FF′剖面的速度及重力模拟结果显示，南海南部边缘的莫霍面埋深从海盆区向南迅速加大，很快从洋壳转变为陆壳，洋陆转换带的位置并非对应于陆坡与海盆的边界，而是位于深海盆内部.继续向南，莫霍面起伏较小，只有2km 左右的变化.综合地震层速度与重力正演模拟结果分析认为：在海盆南缘坡脚和个别海山侧翼等地段应有中生界分布，但整条剖面上，中生界的分布可能并不连续.
致谢本文得益于刘光鼎院士的学术思想和李家彪首席的指导，在此表示衷心的感谢！国土资源部航空物探遥感中心的乔日新、刘英会、张永军教授，国家海洋局第二海洋研究所的丁巍伟教授、国土资源部广州海洋地质调查局的姚永坚教授以及中国科学院南海海洋研究所的阎贫、孙珍教授等都给予了大力的帮助，在此一并致谢！
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