地球物理学报  2011, Vol. 54 Issue (12): 3217-3232   PDF    
南海北部东沙古隆起的综合地球物理解释
栾锡武1,2, 刘鸿3,4, 彭学超5     
1. 国土资源部海洋油气资源与环境地质重点试验室,青岛 266071;
2. 青岛海洋地质研究所,青岛 266071;
3. 中国科学院研究生院,北京 100049;
4. 中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室,青岛 266071;
5. 广州海洋地质调查局,广州 510760
摘要: 通过对南海东北陆缘地震和重磁资料的综合地球物理解释,将原来东沙隆起细化为东沙古隆起和东沙隆起两部分.指出,东沙古隆起呈条带状分布于南海北部陆架外缘,长约550 km,宽约60 km,为一个和珠一坳陷、珠二坳陷、台湾岛隆起等构造单元级别相当的一个构造地质体.其地层的层状结构保存清楚,显示没有岩浆侵入、刺穿的现象发生.东沙隆起大致以东沙岛为中心,范围非常局限,其下明显为岩浆侵入结构.两者的形成时代相去甚远,是完全不同的两次构造运动的产物.东沙古隆起和南海东北部高值正异常条带相吻合,是正值高磁异常带形成的原因.东沙隆起,以及陆坡火山带为低值异常,正负并不确定.且南海东北部的正值高磁异常条带形成的时间很早(约裂谷时期),和东沙隆起没有关系.东沙古隆起在裂谷时期为一列由海沟俯冲形成的岛弧.由于俯冲作用时间较短,在岛弧下方的岩浆底侵只发生在地壳的深部,并没有向上迁移到地壳中部或者上部,更没有形成火山活动.底侵的岩浆冷却后获得正的强磁性,从而形成高值正异常.东沙隆起,以及陆坡和海盆中的火山链都具有相对低的磁性,是在晚期东沙运动时期在碰撞挤压背景下形成的.
关键词: 东沙古隆起      正值高磁异常带      底侵     
The geophysical interpretation of a Dongsha ancient uplift on the northern margin of South China Sea
LUAN Xi-Wu1,2, LIU Hong3,4, PENG Xue-Chao5     
1. Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology,Ministry of Land and Resources, Qingdao 266071,China;
2. Qingdao Institute of Marine Geology,Qingdao 266071,China;
3. Graduate University,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;
4. Key Laboratory of Marine Geology and Environment,Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,China;
5. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China
Abstract: Based on the interpretation of seismic profiles, an ancient uplift belt was distinguished along the northern margin of South China Sea. This belt is striking in northeastern direction and about 550 km in length and 60 km in width. This belt is coincided well in shape with a high positive magnetic anomaly zone on the northern margin of South China Sea. So, the paper believed that this ancient uplift belt is the origin of the high positive magnetic zone. Dongsha ancient uplift belt was a subduction related arc belt. Due to the subduction, the magma intrusion happened under the arc belt. And due to a short duration of the subduction, the intrusion only happened at the deeper part of the arc belt. So the magma accumulated and solided at the deeper part of the arc belt and acquired high positive magnetic.
Key words: Dongsha ancient uplift      High positive magnetic anomaly belt      Magma intrusion     
1 引 言

南海北部张裂陆缘[14]在构造上由两坳一隆构成.即北部坳陷带、南部坳陷带和中部隆起带.北部坳陷带由琼东南坳陷、珠三坳陷、珠一坳陷和台西坳陷组成,其内普遍沉积厚达8~10km 的新生界沉积.南部坳陷带由西沙北海槽、珠二坳陷、潮汕坳陷和台西南坳陷构成,推测白垩系-第三系沉积厚度可达7~9 km[57].北部坳陷的调查研究程度较高[811],也是目前我国在南海北部油气生产的主力区域[12].南部坳陷调查研究程度相对较低,但已有的资料和勘探成果显示[1314],它将是我国在南海北部进行深水油气勘探与生产的主要区域[15].中部隆起带位于北部坳陷和南部坳陷之间,在空间位置上,它分离南北两个坳陷,在构造上一定程度控制两个坳陷带的形成与演化.对中部隆起带的调查研究,不仅有利于理解两侧盆地中地层的发育与后期改造的动力机制,同时有利于掌握两侧盆地中油气的形成、运移与聚集规律.目前来看,中部隆起无论对北部坳陷带中的油气成藏,还是对南部坳陷带中的油气成藏都具有非常重要的意义[814].在构造方向上,中部隆起与两侧坳陷的走向一致,为NEE 向,由SW 至NE,主要由神狐暗沙低隆起、番禺低隆起、东沙隆起,以及台湾北港澎湖隆起四段隆起构成.

目前对东沙隆起的研究并不深入.多数文献划分的东沙隆起位于珠一坳陷西江凹陷、惠州凹陷、陆丰凹陷和韩江凹陷东南,白云凹陷以东,潮汕坳陷以西北,西界白云凹陷和番禺低隆起,东至韩江凹陷的最东段,再往东和北港澎湖隆起相接.东沙隆起主体位于中央隆起带东段,呈北东向展布,是一个面积6万余平方公里、被南北坳陷夹持、由北东向南西方向倾没的大型鼻状隆起[1619].南海东北陆缘在地形上最高的东沙岛并不位于东沙隆起之上,而是位于东沙隆起东南的位置,落于潮汕坳陷中.

在南海东北部存在一条高磁异常带,呈NE 向延伸,自西北次海盆边缘起,经东沙隆起、台湾浅滩直至台湾西部,长约600km,宽约100km,峰值高达60~200nT,是南海北部最引人注目的磁异常带.近年来,周蒂等在对南海北部重磁异常、广角地震和区域大地构造综合研究的基础上,推测南海东北部高磁异常带的成因为中生代太平洋板块向华南板块俯冲引起的中生代火山弧[20].胡登科等通过对一条穿越该高磁异常带的多道地震反射剖面的重磁震联合反演研究,认为在东沙隆起带的前新生代基底中2.5~6km 深度上、宽约150km、密度2.65g·cm-3、剩余磁化强度700×10-3A·m-1的中生代中酸性火山岩带可产生南海东北部的高磁异常带,与浙闽东部高磁异常带的成因相同,与晚中生代古太平洋向东亚陆缘的俯冲有关[21].

关于东沙隆起更详细的形态展布,东沙隆起与高磁异常的明确关系,以及东沙隆起的成因与意义等,尚未见更多的文献研究.本文在地震剖面解释的基础上,给出了东沙隆起的展布范围,并讨论了东沙隆起的重磁异常特征.

2 数据来源

20世纪80 年代,挪威的GECO ALPHA 调查船对南海北部大陆边缘进行了较为详细的多道地震测量.其测网主测线为NW 向,联络测线为NE 向.其中NW 向测线密度达到5km.整个测网基本全部覆盖海南岛到台湾岛之间的南海北部大陆边缘.采集参数为采样率2 ms,记录长度5s,96 道地震拖缆,道间距25 m,枪阵总能量为1961in3 (1 in3 =16.39cm3),激发间距25 m.本文抽取了其中东北部的部分地震测线用于本研究(图 1).图 1中973-1测线和973-4测线是由中国科学院南海海洋研究所于2001年实施“边缘海973”项目时,使用“实验3号”考察船采集.具体采集参数为采样率2ms,记录长度12s,地震拖缆48 道,道间距25 m,枪阵总容量为1370in3(1 in3=16.39cm3),激发间距50 m;A423 测线和973 测线由广州地质调查局于2001年使用“探宝号”调查船采集.具体采集参数为采样率1ms,记录长度6s,240道地震拖缆,道间距25m,枪阵总能量为2140in3(1 in3=16.39cm3),激发间距25m;其他测线皆由GECO ALPHA 调查船采集.本文使用的自由空气重力异常数据由卫星测高资料解算[22].磁力总场数据来自日本地质调查局1996根据多种数据编辑的结果.

图 1 传统东沙隆起和本文使用的地震测线位置(实线为地震测线,虚线为盆地构造边界,红实线圈闭的范围为海底山的位置;有标注的小红点为钻进位置;其他较大红点、绿点和黄点为油气田的位置) Fig. 1 Seismic lines used in this paper (seismic lines are in solid lines,Pear River Basin boundary is in dot line; Sea mountains are circled in red line
3 结 果 3.1 东沙隆起及其范围

本文NW-SE 向的地震剖面都清楚地显示出南海北部大陆边缘下断、上拗的结构特征(如图 2),即下部构造以断陷特征为主,发育裂谷地堑与裂谷充填沉积;上部构造以拗陷特征为主,发育披覆沉积地层.上部披覆沉积是在下部裂谷充填完成并又发生构造抬升、强烈剥蚀的情况下发生的,尽管下部构造特征复杂多变,但整套披覆层大致和剥蚀面平行.显示披覆层是在剥蚀面形成以后很长一段时间内稳定沉积形成的.地震剖面上显示的这种下断、上拗差异明显、特征清楚.根据前人的工作[8102326],本文确定这条不整合面为T7 不整合面,在时代上为晚渐新世的底,即在不整合面以下,为始新世及更老的地层,为裂谷、裂谷充填以及更早的地层,不整合面以上为晚渐新世以来的沉积地层.

图 2 南海北部东沙岛东西两侧地层剖面结构对比(上图为1500测线,下图为1716测线) Fig. 2 Comparison of sediment structures between eastern and western Dongsha island of northern South China Sea

在南海北部,晚渐新世以来,由于地质构造相对平静,海平面持续抬升,为一个相对稳定的沉积时期,从而发育了自晚渐新世以来的一大套披覆式沉积地层.这套披覆地层的基本特征为整套地层界面和T7界面基本平行,厚度基本一致,和下部地层呈不整合接触关系,本文称为裂谷充填后披覆沉积层.

裂谷充填完成后发育的这套披覆沉积在整个南海北部大陆边缘普遍存在,并在东沙岛以西的广大地区得到了较好的保存.在东沙隆起区,由于后期基底的大幅度抬升,该套地层因此产生强烈变形,并在海底遭受剥蚀,形成一个新的剥蚀面.东沙隆起结束后,新沉积的水平或近水平的地层以角度不整合的形式覆盖于原来变形的披覆层之上,形成一套新的地层.从而,披覆层和上覆地层之间为角度不整合接触.根据前人的工作,披覆层和上覆地层之间的界面为T2不整合界面[89].该界面在时间上指示东沙隆起结束的时间.

裂谷充填后披覆沉积地层在东沙隆起区和东沙隆起以西的地区形态完全不同.东沙隆起以西的区域(如1500测线,图 2),披覆沉积层虽然内部也发育一些小的褶曲,也有小幅度的起伏,但大致上还处于原始的沉积状态,即整套地层大致水平,厚度相当,内部界面大致和T7反射界面保持平行,从陆架到陆架坡折,再到陆坡,整套地层逐渐下倾.显示一个未经大的构造变动的沉积环境.而在东沙隆起区,裂谷充填后披覆地层不仅内部发育褶曲,更突出的是该套地层整体向上抬升,并在东沙区出露海底,遭受海底强烈剥蚀(如1716测线,图 2).

在地震剖面上,裂谷表现为T7 前原始地层张裂所产生的破裂面,以及由破裂面所形成的新的沉积可容空间.裂谷充填沉积充满新形成的沉积可容空间中.裂谷底部为杂乱快速堆积,上部为层状沉积.裂谷中上部沉积地层面大致和T7 反射界面平行.T7以下没有发生破裂的裂谷前地层具有明显的成层性,并可识别出多套相互整合接触的地层(图 2).由于没有钻井的时间数据,本文暂不对T7以下地层进行详细命名.T7 以下未发生破裂的这些地层,虽然相互之间为整合接触,但在目前并不是水平地层,也不完全和T7反射界面平行,而是在其内部存在多个大型的褶曲.根据全区地震剖面位置比较,我们在东沙岛以北的位置识别出的T7以下大型隆起为东沙古隆起,在1500测线上相应位置识别出的隆起为番禺低隆起(图 2).

在地震剖面上(图 35),东沙古隆起的基本特征为一个在T7 反射界面以下的大型地层隆起.该隆起位于T7 反射界面以下,隆起内部地层界面清楚,相互之间为平行整合接触,这些界面与裂谷中的地层界面,与T7反射界面,以及T7 以上的地层界面都为不整合接触关系.上拱的地层并未发生大的破裂,也没有火山穿刺的现象.

图 3 973-1测线、1932测线、1884测线、I860测线和1824测线上识别出的东沙古隆起 Fig. 3 Ancient uplift alone Line973-1, Line1932, Line1884, Line1860 and Line1824
图 4 1788测线、1752测线、973测线、1680测线上识别出的东沙古隆起(加号表示岩浆侵人) Fig. 4 Ancient Uplift alone line1788 ,line1752, line973 and linel680(cross showing magma intrusion)
图 5 东沙古隆起和东沙隆起的地层结构差异(上、中、下对应测线2426,2462,A423) Fig. 5 Structure difference between Dongsha ancient uplift and Dongsha uplift

大体上,在NW-SE 走向的地震剖面上(图 34),东沙古隆起地层上拱的幅度一般在0.7s(双程走时),宽度在60km 左右.

东沙岛附近的NW-SE 向地震测线上,东沙岛附近的地层同样存在一个较大型的隆起(图 24).综合分析本文的地震剖面后,本文称为东沙隆起.

这样,在本文分析中南海东北部陆架坡折附近存在两个隆起,一个是东沙古隆起,一个是东沙隆起.两个隆起都位于南海东北大陆边缘陆架坡折附近,但在形态、形成时间,以及地球物理场特征方面两者都有很大差别.首先,东沙隆起形成于裂谷后披覆沉积地层发育以后(图 4).在东沙隆起的部位,T7反射界面以及T7反射界面以上的披覆地层都发生了大幅度的向上隆起.披覆沉积地层在东沙岛附近隆起后,大部分地层在海底遭受剥蚀,从而裂谷后披覆沉积地层和海底呈不整合接触关系.T2之后的地层平行海底发育.与遭受剥蚀的裂谷后披覆沉积地层呈不整合接触关系.综上考虑,我们推断东沙隆起发育的时间在T2前后.

在1788测线上,我们可以明显看到东沙古隆起的地层被T7界面削截,和T7反射界面呈明显的不整合接触关系.从而我们首先肯定,东沙古隆起发育的时间在T7以前.更进一步,如果考虑到裂谷(沟)和东沙古隆起(弧)这种“沟-弧”在空间上的配置关系和成因上的联系,也可以推测东沙古隆起发育的时间和裂谷时间一致.总之,东沙隆起和东沙古隆起的形成时代相去甚远,是完全不同的两次构造运动的产物(图 4).目前的东沙岛对应的隆起是后一次构造运动的产物,且范围较小.

图 5中的地震剖面为SW-NE 向,其中2426测线经过东沙古隆起,而A423 测线通过东沙隆起,2462测线位于2426 测线和A423 测线之间.2426地震剖面展示的东沙古隆起位于东西两侧两个大断层之间,长度在250km 左右.一个明显的特征为,古隆起区沉积地层发育清楚可辨,其可识别出4 层大致平行的地层,厚度达3s(双程走时,约6km).地层中未见任何大型断裂和火山穿刺现象.而A423剖面上,东沙隆起上拱的幅度明显要大很多.且剖面上T7反射界面以下未见任何地层界面反射,本文解释为大型火山穿刺(图 5).

根据地震剖面上对东沙古隆起和东沙隆起的解释,我们给出了南海东北部东沙古隆起和东沙隆起的大致范围(图 6).图 6 中粗黄虚线圈定的范围为东沙古隆起的范围,粗绿虚线圈定的范围为东沙隆起的范围,粗黑虚线圈定的范围为陆坡火山的范围.需要指出的是,本文给的东沙古隆起在1680测线和1932测线之间的范围比较明确,因为有众多的地震剖面可以进行约束.1932测线位置以东的东沙古隆起范围确定是在973 剖面解释、以及参考了后面的重磁异常数据给出的.

图 6 东沙古隆起的分布范围(图中要素说明同图 1) Fig. 6 Distribution of Dongsha ancient uplift (elements in this figure is the same meaning as in fig. 1)

总体来看,东沙古隆起呈NE 向长条状展布,宽度为60km 左右,长度为550km 左右,总面积约3.3×104km2,为一个和珠一坳陷、珠二坳陷、台湾岛隆起等构造单元级别相当的一个构造地质体.其位置大致位于现今陆架坡折以上的位置,但和现今的水深线、现今陆架、陆坡地貌并不吻合,显示为古构造单元的特征.

东沙隆起大致以东沙岛为中心,范围非常局限,在范围和构造级别上不能和东沙古隆起相提并论.在东沙隆起的下方陆坡上,有大量陆坡火山发育.这些陆坡火山可能和东沙隆起的成因有关联,但都彼此孤立,未能形成一个大的、统一的构造单元(图 6).需要指出的是,陆坡火山,以及盆底海山的范围是在现有地震资料和地形资料基础上推断给出的.更精确的范围划分应在获得更多的深水调查资料之后给出.

3.2 重磁场特征

本文解释出的东沙古隆起在自由空气重力异常图上表现为醒目的高值重力异常条带,异常值在30mGal左右.条带的宽度、走向和由地震资料圈定的东沙古隆起的范围基本吻合(图 7).同样地,本文圈定的东沙隆起区,以及陆坡火山区皆为自由空气重力异常高值区.异常的幅度一般在20~30mGal.由图 7可以看出,东沙古隆起的自由空气异常走向大致为NEE,而东沙隆起的自由空气异常走向为NE,两者并不一致.陆坡火山带的自由空气异常走向为NE,同东沙隆起的异常走向一致.

图 7 研究区自由空气重力异常特征 Fig. 7 Free-air gravity anomaly of study area

本文解释出的东沙古隆起在布格重力异常图上并不象自由空间异常一样有醒目的表现.但仔细分析可以发现,由地震资料圈定的东沙古隆起为一个布格重力异常由低到高快速上升过程中的幅值降低带.也即在东沙古隆起范围内,相比布格重力异常背景,异常稍有降低.降低的幅度一般在5~10mGal左右.这个低值条带的宽度、走向和由地震资料圈定的东沙古隆起的范围基本吻合(图 8).在东沙隆起区,以及陆坡火山区同样为布格重力异常幅值降低区.相比较于东沙古隆起区,这些区域幅值降低的程度稍高,可达10mGal左右.由图 8可以看出,东沙古隆起的布格异常走向大致为NEE,而东沙隆起的布格异常走向为NE,两者并不一致.陆坡火山带的布格异常走向为NE,同东沙隆起的异常走向一致.

图 8 研究区布格重力异常特征 Fig. 8 Bouguer gravity anomaly of the study area

本文圈定的东沙古隆起正好和南海东北部高值正异常带相吻合.该高值正磁异常带是在50nT 的磁场背景上,峰值达200~300nT 的局部正异常.两者在宽度、长度、起止位置等方面都吻合得非常好(图 9).东沙隆起亦为正异常,但其幅值要远低于东沙古隆起的异常幅值.其他陆坡海山的磁异常特征极为复杂,如双峰海山落于负异常区,而笔架海山则落于正磁异常区;再如宪北海山落于负磁力异常区,而宪南海山则落于正磁异常区.

图 9 研究区磁力异常特征 Fig. 9 Magnetic anomaly of the study area

图 10是化极后的磁异常图.对比化极前后的磁力异常特征我们发现,化极后一个最大的特点就是原来目标体的极性特征发生了反转,如双峰海山在化极前为负异常,而化极后则变为正异常;其他如笔架海山化极前为正异常,化极后变为负异常;中沙岛在化极前为负异常,在化极后变为正异常.本文关注的东沙古隆起化极后由原来突出的高值正异常变为高值负异常,但其北部边界仍保留部分正值异常.

图 10 研究区化极后的磁力异常特征 Fig. 10 Magnetic anomaly of the study area (reduced to pole)

低纬度化极的目的是为了将磁异常峰值化到引起磁异常的磁性体的上方来,本文给出的东沙古隆起的位置是由地震剖面解释得到的,应该可以认定为磁性体的位置.对比图 9图 10,我们认为化极前磁力异常和本文圈定的东沙古隆起位置对应得更好,所以本文给出的化极结果只做参考.

3.3 莫霍面的埋深

利用Parker-Oldenburg 重力异常正反演公式[2731]计算了研究区的莫霍面埋深.图 11 是本文给出的莫霍面埋深计算结果.由图 11 可以看出,本研究区莫霍面的埋深与海底地形呈镜像关系[32],水深最浅的西北陆架地区是莫霍面埋深最大的区域,最大埋深32km,水深最大的中央海盆区是莫霍面埋深最浅的区域,莫霍面最浅8km.北部陆坡地区是莫霍面变化剧烈的地区,该区莫霍面从17km 左右急剧抬升到10km,形成一个等值线非常密集的区域.

图 11 研究区莫霍面埋深图 Fig. 11 Depth of Moho with Dongsha ancient uplift belt

莫霍面埋深等值线总体走向为NE 向.无论是南海东北次海盆,南海北部陆坡,还是南海北部陆架都基本保持统一的莫霍面等值线走向.

本文圈定的东沙古隆起是一个莫霍面异常区.正常情况下,从南海北部陆架过南海北部陆坡到洋盆,莫霍面渐次抬升.但在东沙古隆起的位置,莫霍面从沿海28km 抬升到24km 后又急剧下降到28km.莫霍面下降的范围和本文给出的东沙古隆起范围吻合得很好.东沙隆起的位置同样是莫霍面加深的位置,深度亦有28km.其他的陆坡火山位置也是莫霍面相对变深的位置,只是莫霍面的深度没有东沙古隆起那么深,一般在18km 左右.相对周围区域,莫霍面都有4~8km 左右的加深.

在南海海盆中其他海山处,莫霍面都有明显加深.如宪北海山、玳瑁海山等,其海山中央位置莫霍面的深度一般在16km 左右,都比周围海盆的莫霍面深度加深6km 左右.

3.4 插值切割法场分离结果

插值切割法是一种空间域划分区域场与局部异常的方法[3335].它采用与磁场曲率变化有密切关系的切割算子,利用局部异常与区域场在波长、振幅或位置上存在的明显差异,连续进行插值切割,把复杂磁异常中凹凸不平、长短不一的目标异常逐步除掉,得到有一定光滑程度的区域异常.

最后从原始磁场中间减去区域异常,得到局部异常.获得的局部异常为去掉区域背景异常后,由切割深度以上场源引起的局部异常[3637].我们在2~30km 深度内每隔2km 进行一次切割,并分别获得了不同深度上的区域场和局部场.

图 12给出了切割深度为4、12、20km 和28km的局部场结果.从图 12 可以看出,在4km 切割深度上,在地震资料圈定的东沙古隆起位置几乎没有异常反应,说明在这个深度上没有能够引起东沙古隆起高值正异常的场源体.在12km 深度上,在东沙古隆起位置开始有微弱的异常表现出来,到20km开始有比较明显的异常表现,到28km 深度,位于东沙古隆起位置的高值正异常达到最大.

图 12 插值切割法进行场分离获得局域场(图中粗虚线为由地震资料确定的东沙古隆起的位置) Fig. 12 Local fields obtained by interpolation cut method (thick dotted line marked the area of Dongsha Ancient Uplift Belt)
4 讨 论

东沙古隆起和东沙隆起在分布范围、地层结构和形成时间方面都有很大不同.首先,由不同地震剖面解释出的东沙古隆起可以在平面上形成一个统一的地质体.该地质体呈条带状分布于南海北部陆架外缘,长约550km,宽约60km,总面积约3.3×104km2,为一个和珠一坳陷、珠二坳陷、台湾岛隆起等构造单元级别相当的一个构造地质体.其展布形态和现今的水深线、现今陆架、陆坡地貌并不吻合,显示为古构造的特征.东沙隆起大致以东沙岛为中心,范围非常局限,在范围上和构造级别上不能和东沙古隆起相提并论;其次,在地震剖面上,东沙隆起下方明显为岩浆侵入结构,但在东沙古隆起下方地层的层状结构保存的仍非常清楚,显示没有岩浆侵入、刺穿的现象;再次,前已分析,东沙隆起形成于T2前后,而东沙古隆起发育在T7 以前的裂谷时期.两者形成时代相去甚远,是完全不同的两次构造运动产物.目前的东沙岛对应的隆起是后一次构造运动的产物,且范围较小.鉴于两者上述明确的差别,并为了在以后讨论东沙(古)隆起的成因以及讨论东沙(古)隆起对油气的控制作用等问题时能有更明确的含义,本文认为将东沙古隆起和东沙隆起明确分离开来是有意义的.

这条古构造带和南海东北部高值正异常条带吻合得非常好,所以高磁异常应该是由这条古构造隆起形成的.后期的东沙隆起,以及陆坡火山带其磁异常幅度远没有古隆起引起的磁异常幅度高,一般为低值异常,正负并不确定.所以南海东北部的正高磁异常条带形成时间很早(约裂谷时期),和东沙隆起没有关系.

周蒂等(2006)[20]首先在南海北部陆坡上识别出一条NE 走向的中生代俯冲增生带.并认为和该俯冲带大致平行的高磁异常带是与俯冲带相对应的中生代火山弧.可以认定东沙古隆起带为中生代火山弧的一个重要理由为其和古俯冲增生带在空间位置上相匹配,并具有很高的磁异常.但如前所述,在地震剖面上,东沙古隆起发育厚度很大的地层,这些地层界面清楚,且呈大致平行的层状,其可识别的地层厚度达6km,未见任何大型断裂和火山穿刺现象,亦未见大型块断和掀斜现象.上述特征都不是典型岛弧地层结构特征.

胡登科等[21]根据模拟计算认为浅埋藏(2.5~6km)的中生代中酸性火山岩带可产生南海东北部的高磁异常带,与浙闽东部高磁异常带的成因相同,这又进一步证实了高磁异常带可能是晚中生代古太平洋向东亚陆缘的俯冲形成的岛弧带.但本文差值切割法场分离的结果显示,构成高磁异常的场源并不在浅部,4km 和8km 切割深度获得的局部磁异常基本难以见到高磁异常带的迹象.在24km 和28km切割深度上获得的局部磁异常和原始磁异常比较接近.由此我们推断引起东沙古隆起高磁异常的场源可能在28km 深度左右.

莫霍面的结果也和东沙古隆起的位置非常吻合.在东沙古隆起分布的范围,莫霍面的深度都在28km 左右,显示为增厚的地壳结构,这一点也支持东沙古隆起为古火山弧的推断.因为在火山弧的位置,一般莫霍面的深度都比较大,如琉球岛弧,其莫霍面的深度在31km 左右.

综上所述,对东沙古隆起高磁异常一个合理的解释是,东沙古隆起在裂谷时期为一列由海沟俯冲形成的岛弧.由于俯冲作用,在岛弧的下方发生岩浆底侵,底侵只发生在地壳的深部.由于海沟俯冲时间比较短暂,所以底侵的时间较短,因为底侵的岩浆体只在地壳的底部堆积,并没有向上迁移到地壳的中部或者上部,更没有形成火山活动.底侵的岩浆冷却后获得正的强磁性,从而形成高值正异常.

东沙隆起应该是在南海北部东沙运动时期发育形成的.南海北部陆坡的火山链也应该在这个时期发育.这些火山活动具有相对低磁性的特征,并且和海沟俯冲无关.因为虽然陆坡火山链的走向也大致为NE 向,但其分布的宽度很大,从上陆坡,到下陆坡,一直到海盆都有分布.这应该是和碰撞挤压原因有关.

5 结 论

东沙古隆起呈条带状分布于南海北部陆架外缘,长约550km,宽约60km,为一个和珠一坳陷、珠二坳陷、台湾岛隆起等构造单元级别相当的一个构造地质体,其地层的层状结构保存清楚,显示没有岩浆侵入、刺穿的现象发生.东沙隆起大致以东沙岛为中心,范围非常局限,其下明显为岩浆侵入结构.东沙古隆起和东沙隆起的形成时代相去甚远,是完全不同的两次构造运动的产物.

东沙古隆起和南海东北部高值正异常条带相吻合,是正值高磁异常带形成的原因.东沙隆起以及陆坡火山带为低值异常,正负并不确定.且南海东北部的正值高磁异常条带形成的时间很早(约裂谷时期),和东沙隆起没有关系.

东沙古隆起在裂谷时期为一列由海沟俯冲形成的岛弧,由于俯冲作用时间较短,在岛弧下方的岩浆底侵只发生在地壳的深部,并没有向上迁移到地壳中部或者上部,更没有形成火山活动.底侵的岩浆冷却后获得正的强磁性,从而形成高值正异常.

东沙隆起,以及陆坡和海盆中的火山链都具有相对低的磁性,是在晚期东沙运动时期在碰撞挤压背景下形成的.

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