地球物理学报  2014, Vol. 57 Issue (12): 3957-3967   PDF    
南海岩石层及边界构造的地球物理特征
夏少红1, 郭兴伟2, 黄海波1, 丘学林1    
1. 中国科学院边缘海地质重点实验室, 中国科学院南海海洋研究所, 广州 510301;
2. 国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室, 青岛海洋地质研究所, 青岛 266071
摘要:南海经历了中生代主动大陆边缘到新生代被动大陆边缘的转换,其岩石层地球物理场具有明显的块、带特征.本文通过综合分析南海地区深地震探测、面波层析成像、重磁异常以及地热与岩石层流变学等各种地质地球物理资料,对南海地壳及岩石层的综合地球物理特征进行了深入总结,发现深地震探测剖面所确定的洋、陆壳转换位置与空间重力异常梯级带位置较为一致,据此拟定了南海洋、陆壳的转换边界;依据多条地壳结构剖面中拉张减薄的程度确定了正常减薄陆壳、洋陆壳过渡带及洋壳等属性特征,并初步圈定了南海下地壳高速层的分布范围.对比分析了南、北陆缘地壳结构及其拉张减薄的变化特征,从综合地球物理特征的相似性上推测了北部陆缘的中西沙陆块与南部陆缘的南沙礼乐滩陆块具有共轭对称性.依据S波速度梯度变化确定了南海岩石层厚度分布情况,揭示出南海北部陆缘存在一条岩石层厚度的减薄带,且该减薄带与高热流带具有较好的一致性.在综合分析的基础上,以深地震探测剖面与重、磁异常变化的对应性为基础,划定了南海边界构造的位置.
关键词南海     地壳结构     岩石层     边界构造     地球物理    
Geophysical features of lithosphere and tectonic boundaries in the South China Sea
XIA Shao-Hong1, GUO Xing-Wei2, HUANG Hai-Bo1, QIU Xue-Lin1    
1. CAS Key Laboratory of Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China;
2. The Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environment Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao 266071, China
Abstract: The South China Sea (SCS) has experienced a transition from an active continental margin in Mesozoic to a passive continental margin in Cenozoic, and its geophysical field of lithosphere has obvious features of zonation and blocking. In this paper, we make a comprehensive analysis with various geological and geophysical data of deep seismic sounding, surface wave tomography, gravity and magnetic anomalies, geotherm and lithospheric rheology in the SCS, and thoroughly summarize the integrated geophysical characteristics of crust and mantle lithosphere in this region. The results show that the position of the continent-ocean transition zone (COT) determined by deep seismic profiles is consistent with a free-air gravity anomaly gradient zone, and the transform boundary of continental-oceanic crust is proposed accordingly. The attribute features of normal thinned continental crust, the COT and oceanic crust are determined by the degree of thinning in crustal structure profiles. The variation characteristics of crustal structure and its thinning in the southern and northern continental margin are compared and analyzed. It is inferred that the Zhongsha and Xisha blocks in the northern margin is conjugate with the Nansha block in the southern continental margin from the similarities of their comprehensive geophysical features. The distribution of lithospheric thickness in the SCS is determined on the basis of velocity gradients of shear waves, and a lithospheric thinning belt is reveled in the northern margin of the SCS, which has a good consistence with the location of the high heat flow zone. Finally, we demarcate the boundary tectonic position of the SCS according to the correspondence between deep seismic profiles and gravity-magnetic anomalies on the basis of comprehensive analysis.
Key words: South China Sea     Crustal structure     Lithosphere     Tectonic boundary     Geophysics    
1 引言

南海地处欧亚板块、太平洋板块和印度—澳大利亚板块的交汇处,是全球海陆相互作用最为活跃的地区之一.该海域不仅具有独特的地质环境、丰富的矿产资源和重要的战略地位,而且蕴涵了众多悬而未决的科学问题,是进行海陆地质对比研究的理想场所之一.南海经历了多期复杂的地壳构造演化运动,其四周大陆边缘的类型特征各具特色,东侧表现为活动的俯冲大陆边缘,西侧受红河断裂带的影响主要表现为剪切转换型边缘,南部在海底扩张运动过程中发生了陆陆碰撞挤压作用,北部陆缘属于典型的张裂减薄型边缘,其保存了南海张裂演化过程和构造特征最为完整的信息.南海海盆新生代发生了早、晚两期海底扩张,早期扩张发生于33.5~25 Ma,主要在东部海盆南北两侧和西北海盆形成 了近E-W向或NEE向磁条带的老洋壳,经过1.5 Ma 的调整,晚期扩张发生于23.5~15.5 Ma,在东部海盆中央区和西南海盆形成了具有NE向磁条带的新洋壳.早晚两期扩张均为由东向西传播的渐进式扩张,构造上具有南北分块、东西分带的特点(李家彪,2011).

20世纪70年代以来,为了研究南海海盆、南海大陆边缘的张裂演化过程和构造特征并认识该海域的油气资源潜力,我国海洋调查研究机构和油气工业界在南海北部、西部大陆边缘、南沙海域和南海海盆开展了多个国家海洋专项和国际合作项目的大规模地质、地球物理勘查和综合科学研究,积累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、地球物理基础资料,形成了一批总结性成果,如刘光鼎(1993)主编的1 : 500万“中国海区及邻域地质地球物理系列图”和《中国海区及邻域地质地球物理特征》专著就系统地总结归纳了南海以往地质地球物理调查的资料和研究成果.但由于当时技术条件的限制,这些图集和总结性成果所基于的数据和资料有限,尤其是深部地壳和岩石层结构方面的资料极其稀少,严重阻碍了海域块体构造的认识和海陆地质对比分析研究.近年来,随着国家对海洋的重视以及技术条件和支撑设备的较大改善,南海地区新增了大量第一手地质地球物理资料,这些资料不仅弥补了以往认识上存在的一些缺陷,而且填补了南海岩石层结构和构造演化等方面的一些研究空白.本文拟通过收集南海地区先后开展的双船扩展剖面探测(姚伯初等,1994Nissen et al., 1995)和海底地震仪探测(Qiu et al., 2001; Yan et al., 2001; Wang et al., 2006)所获得的深部地壳结构,以及利用天然地震层析成像获得的岩石层结构(朱介寿等,2002黄忠贤和胥颐,2011Tang and Zheng, 2013),并结合重、磁资料,将不同领域不同手段所获得的分散成果进行综合对比,系统揭示南海岩石层结构及其边界构造的综合地球物理特征,以期为南海块体构造单元的划分和中国海陆大地构造格架图的编制提供地质地球物理资料方面的支撑. 2 南海地壳结构

以南海深部地壳结构为目的的广角反射/折射地震探测主要有早期的声纳浮标与双船扩展剖面和后期的海底地震仪探测(丘学林等,2003李家彪,2011).最早的声纳浮标折射地震探测结果显示(Ludwig et al., 1979李振五,1984),南海北部深海平原区具有洋壳性质,莫霍面埋深为8~12 km,地壳厚度5~9 km.穿越南海北部陆缘东、中、西部的双船扩展剖面(姚伯初等,1994Nissen et al., 1995)揭示出南海北部陆缘从陆到海地壳主要表现为拉张减薄的特征,地壳主要分为上、下地壳两层结构,且不同构造体底下的上下地壳速度存在一定差异性,另外在东部剖面还探测到了下地壳存在Vp大于7.0 km·s-1的高速层.20世纪90年代起,随着海底地震仪(OBS)探测技术的日益成熟,国内外相关单位通过合作相继在南海北部陆缘开展了以深部地壳结构为主要目的的海底地震仪探测实验,极大提高了我们对南海地壳结构特征的认识和理解.根据已发表的地壳结构剖面的位置和速度变化特征,并结合重磁异常特征,我们综合分析了南海洋、陆壳结构的变化特征以及陆壳与洋壳速度的差异性,拟定了南海南、北陆缘洋陆壳的转换边界以及下地壳高速层的主要分布范围.

南海北部陆缘6条深地壳结构剖面(图 1)显示其地壳结构非均质性极为强烈,地壳厚度总体表现为从陆到洋的拉张减薄特征,东、西部地壳结构存在明显差异性.西部的3条地壳结构剖面(图 1a—1c)穿越了西沙海槽、中西沙地块、西北次海盆、西南次海盆等构造体(Qiu et al., 2001吴振利等,2011敖威等,2012),地壳结构剖面显示下地壳底部未发育高速层.穿越西沙海槽的地壳结构剖面(图 1a)以海槽中轴为对称轴,两侧Moho面从约26 km抬升至海槽中轴的约16 km,具有较为一致的拉张减薄特性,且表现为低重力异常带(图 2),意味着该海槽可能为一夭折裂谷.图 1c所展示的地壳结构剖面穿越了南海北部陆缘、西北次海盆、中沙岛及西南次海盆等构造单元,其地壳结构最显著的特征是正常减薄陆壳分布较为宽广,而洋陆壳过渡带极其狭窄,Moho面在约30 km范围内从21 km左右急剧抬升至12 km左右,且西北次海盆两侧陆壳具有较好的对称性,说明该区的南海北部陆缘与中沙岛在南海早期陆缘破裂和海底扩张中为一对共轭陆缘,西北次海盆的Moho面埋深比西南次海盆要深2~3 km左右.而图 1b为NE向的地壳结构剖面,主要通过西沙海槽的南翼到西北次海盆,其地壳结构的最主要特征是具有2个减薄的梯级带,这可能与西北次海盆和西沙海槽在拉张期间的横向非均一性有关.

图 1 南海北部陆缘深地壳结构剖面图,其中灰色阴影为探测到的下地壳高速层,速度模型据文献(Qiu et al., 2001; Yan et al., 2001; Wang et al., 2006; 吴振利等,2011卫小冬等,2011敖威等,2012)修改,剖面位置见图 3 Fig. 1 Crustal structure in the northern margin of the South China Sea. Grey shaded areas are high-velocity layers probed. Velocity model is modified from the literature(Qiu. Et al.,2001; Yan et al., 2001; Wang et al., 2006; Wu et al., 2011Wei et al., 2011; Ao et al., 2012). Profile locations are shown in Fig. 3

图 2 南海南部陆缘深地壳结构剖面图,模型结构据文献(丘学林等,2011阮爱国等,2011)修改,剖面位置见图 3 Fig. 2 Crustal structure in the southern margin of the South China Sea. Model structure is after Qiu et al.(2011) and Ruan et al.(2011). Profile locations are displayed in Fig. 3

东部3条地壳结构剖面(图 1d—1f)穿越了东沙隆起带、发育巨厚中生代沉积地层的潮汕坳陷、磁静区、东部次海盆等构造体(Yan et al., 2001Wang et al., 2006卫小冬等,2011),其与西部3条剖面最大的差异是均发育有下地壳高速层,高速层的速度在7.0~7.5 km·s-1之间,厚度最大达8 km左右,其中OBS1993和OBS2006-3剖面的下地壳高速层发育范围最广,从陆架到陆坡直到洋壳发育处为止,而更东部的OBS2001剖面下地壳高速层仅在陆坡处发育,且厚度要薄很多,最厚处只有3~4 km,暗示了下地壳高速层的分布也存在较大的非均质性.其中图 1d展示的地壳结构剖面中洋陆壳过渡带较为宽广,下地壳高速层向洋壳处逐渐减薄尖灭.而穿越东沙隆起和潮汕坳陷的地壳结构剖面(图 1e)发育的下地壳高速层最厚处约有10 km左右,位于东沙隆起底部,暗示东沙隆起的成因可能与底部岩浆作用具有紧密的联系;从Moho面的抬升来看,整条剖面地壳拉张减薄的程度较为一致,但若减去下地壳高速层的效应,东沙隆起处原始地壳拉张减薄程度最为剧烈;潮汕坳陷虽然发育很厚的中生代地层,但其底下的Moho面抬升较为正常,不存在急剧抬升或下沉,意味着该凹陷可能保留了较好的前新生代构造的信息.最东部的地壳结构剖面(图 1f)除了存在一明显的地壳减薄梯级带,整个地壳的减薄程度不是很剧烈,下地壳高速层的发育范围也很小,洋陆壳的分布还存在较大争议,一个观点是发育下地壳高速层的部分为洋陆壳过渡带,而另一观点认为该处地壳应属于异常增厚的洋壳(Yeh et al., 2010).

相比北部陆缘密集的深地壳结构剖面,南部陆缘目前研究程度相对较弱,只有2009年获得了2条海底地震仪探测剖面(丘学林等,2011阮爱国等,2011),穿越了南沙块体、西南次海盆、礼乐滩等构造区.从2条深地壳结构剖面上(图 2),我们发现南沙块体的Moho面埋深起伏较大,从24 km到17 km不等,暗示该块体在张裂演化过程中地壳拉张的差异性较大,块体内部撕裂程度强烈.南沙块体的上地壳速度从5.5~5.7 km·s-1增加到6.3 km·s-1,地壳中部存在速度间断面,为上、下地壳的分界面,速度从6.3 km·s-1跳跃到6.4~6.6 km·s-1,下地壳底部的速度为6.8~7.0 km·s-1.洋壳的速度为上地壳5.9~6.1 km·s-1,下地壳为6.6~6.9 km·s-1,洋壳的Moho面埋深为8~12 km左右.南部陆缘的2条剖面均未发现下地壳高速层的存在,与北部陆缘西部的3条剖面较为一致.上述南 海南、北陆缘深地壳结构剖面所揭示出的总体信息是整个南海陆缘地壳的构造属性存在较大的差异 性,从发育下地壳高速层的3条地壳结构剖面上我 们勾画了下地壳高速层的发育范围(图 3),发现下地壳高速层发育范围涵盖了磁静区、高磁异常带以及发育巨厚中生代地层的潮汕坳陷等特殊构造体,表现出了复杂的构造属性特征,与南部陆缘的南沙和礼乐滩地区在地壳结构、磁条带的对称性以及陆 缘磁异常特征等方面均无可以共轭对比的地方.与之不同的是,北部陆缘西部的地壳结构与南部陆缘2 条地壳结构剖面具有较好的一致性(李家彪,2011丘学林等,2011阮爱国等,2011).南北陆缘的深地壳结构剖面均从陆缘区穿越到了洋壳区,揭示出了清晰的洋陆壳转换边界的位置(图 3蓝色短线所示),该位置刚好对应重力异常梯级带,据此我们从重力异常的变化特征上拟定了南海洋、陆壳的转换边界(图 3),从整个重力异常和洋陆壳边界的对称点来看,南海南部陆缘南沙和礼乐滩地区与北部陆缘的中西沙地区具有较好的共轭对比性.

图 3 南海洋、陆壳转换边界位置及下地壳高速层分布范围. 蓝色短实线为深地壳结构剖面探测到的洋陆壳边界位置,黄色虚线为依据深地壳结构剖面与空间重力异常(1°精度)的相关性拟定的南海洋陆壳边界,阴影为依 据深地壳结构剖面拟定的下地壳高速层发育范围 Fig. 3 Distribution of continent-ocean crustal boundary and high-velocity layers in the lower crust in the South China Sea. Blue short lines are ocean-continental boundaries from deep seismic sounding. Yellow dash lines are ocean-continental boundary from correlation between deep crust structure profile and free-air gravity anomalies. Shaded areas delineate high-velocity layers in lower crust
3 南海岩石层结构

南海地区缺乏固定地震台网,对于其地壳结构的研究主要依赖主动源广角折射/反射地震方法,但由于主动源能量有限,对Moho面以下更深部的岩石层结构的研究一直非常薄弱,主要的探测手段是利用周边陆区的地震台网资料,通过面波层析成像手段来获取南海岩石层的S波速度结构,并根据S波速度的变化特征来确定岩石层的厚度.纵观南海地区已有的岩石层三维层析成像研究结果,发现彼此之间所获得的岩石层结构、厚度等总体变化较为一致,但具体的速度值、厚度值等方面差异性较大,这可能主要是由于所使用的台站数量、台站分布范围、数据质量等差异性所导致,而且南海周边陆区的地震台网也是近年来才得到了快速发展,台网密度逐渐变大,积累的数据量和数据质量也有了较大进步.因此,为了认识南海岩石层结构的变化特征,我们依据2011年和2013年最新发表的南海及其邻区面波层析成像结果(黄忠贤和胥颐,2011Tang and Zheng, 2013),对南海地区的岩石层速度结构和岩石层厚度变化特征等进行了分析.

南海岩石层的S波速度具有较为明显的递变特征,其中地壳的S波速度在3.2~3.6 km·s-1之间变化,而Moho面以下岩石层的S波速度在4.2~4.6 km·s-1之间变化,且主要的梯度带出现在Moho面和岩石层底界面附近,Moho面附近的梯度带为随深度递增带,S波速度从Moho面上部的约 3.6 km·s-1快速递增到Moho面下部的4.2 km·s-1 左右;而岩石层底界面的梯度带为随深度递减带,S波速度从约4.3 km·s-1快速递减为3.8 km·s-1左右,也正是由于存在这样一个速度急剧递减带,岩石层底界面才据此得以确定.图 4为2013年最新获得的南海岩石层厚度分布图(Tang and Zheng, 2013),其最显著的特征是在南海南、北洋陆壳边界均存在显著的岩石层最薄带,该最薄带的岩石层厚 度只有60~65 km左右,比海盆残留洋脊区的岩石 层还薄,其中南海北部岩石层最薄带宽约200~300 km,与南海北部高热流带(Shi et al., 2003)在位置上具有较好的一致性.南海南部陆缘也存在两处岩石层厚度最薄带,这两处最薄带与北部陆缘的最薄带在 岩石层厚度方面较为一致,且对比南海热流分布情况,发现南部陆缘的最薄带对应的热流值也较高,表明南海地表高热流背景与软流圈热物质上涌产生的高热流异常有关.

利用玄武岩固相线计算的热岩石层厚度显示,南海北部陆架区热岩石层厚度约为90 km,往陆坡方向减薄,在下陆坡、洋壳及西沙海槽区减薄为60~65 km左右,与面波层析成像所获得的岩石层厚度在变化趋势上较为一致.岩石层流变结构具有明显的分区性,在陆架区和上陆坡区主要具有脆-韧-脆-韧组合结构,而在下陆坡及洋壳区则表现为脆-韧两层结构(施小斌等,2000).

图 4 南海及其邻区岩石层厚度分布. 岩石层厚度据文献(Tang and Zheng, 2013)的面波层析成像S波速度随 深度急剧递减的梯级带所确定,图中黄色粗线为Shi等(2000)识别的南海北部高热流带 Fig. 4 Thickness of lithosphere in the South China Sea and its adjacent region(after Tang et al., 2013). Yellow thick line is a high heat flow zone in the northern SCS(Shi et al., 2000)
4 南海边界构造的地球物理特征

上述南海地壳及岩石层结构的变化特征已指示出南海岩石层结构在空间上具有较强的非均质性,存在明显的边界构造.为了进一步弄清这些边界构造的发育特征及其所表现的地球物理特征方面的一致性,我们依据重磁异常、深地壳结构变化特征圈定了主要的边界构造发育情况.图 5展示了南海北部陆缘2条从陆到海地壳结构剖面及其对应的重、磁异常曲线,其结果显示在海陆过渡地区存在一个上下连续的低速破碎带,对应着负磁梯级带和重力高梯级带,走向为NEE,推断为滨海断裂带,以此断裂带为基准,向海方向沉积层和下地壳高速层逐渐发育,且高速层在靠近洋盆处也逐渐尖灭,对应的重力异常和磁力异常起伏较为强烈.而往陆方向的华南沿海地区普遍发育有中地壳低速层,该低速层在滨海断裂带处逐渐尖灭,暗示了华南沿海陆区的地壳结构与海区陆缘的地壳结构存在较大差异,而滨海断裂带则为这两种差异性地壳构造的分界断裂.滨海断裂带向海,存在一个显著的重磁异常陡变带,该陡变带对应的磁异常在两条剖面上均表现为最高幅值异常,且与地壳结构中Moho面急剧抬升的开始处在位置上较为一致,据此划定了减薄陆壳和洋陆壳转换带的边界(图 5).从洋陆壳转换带到洋壳区的边界主要依据地壳速度的变化趋势、Moho面的 平缓趋势以及下地壳高速层的尖灭予以确定,同时重磁异常也存在一个梯级带,尤其是磁异常具有一个高异常的峰值带.通过以上地壳结构和重磁异常的综合变化特征,我们以滨海断裂带为界,划定了华南正常陆壳和海域减薄陆壳,然后海区根据重磁陡变带与地壳拉张减薄的程度划定了减薄陆壳和洋陆壳转换带,最终依据下地壳高速层的尖灭特征和重磁变化趋势拟定了洋陆壳转换带与洋壳的边界.

图 5 南海北部从陆到海综合地球物理剖面. 图a和c中短虚线、长虚线和实线分别为沿二维剖面的水深、重力、磁力变 化曲线,图b和d为地壳结构剖面.依据地壳结构和重磁异常的变化特征划定了正常陆壳、减薄陆壳、洋陆壳转换带和洋壳等类型.剖面位置A、B、C、D、E、F参见图 3 Fig. 5 Geophysical sections in the northern margin of the South China Sea. In(a) and (c)short dashed lines,long dashed lines, and solid lines denote water depth,gravity, and magnetic variations.(b) and (d)are crustal structure profiles which show normal and thinned continental crust,ocean-continental transition, and oceanic crust. Locations of profiles A to F are shown in Fig. 3

对于南海南、北陆缘的整体变化特征,我们依据海底地震仪深地壳结构剖面以及重磁异常变化曲线构建了穿越北部陆缘、西北次海盆、中沙岛、西南次海盆到礼乐滩的综合地球物理剖面(图 6).从Moho面的变化趋势可以看出整个南海地壳拉张减薄的程度存在较大差异性,依据这种拉张减薄程度的变化及其对应重磁异常特征,我们将整个剖面的地壳结构划定成了减薄陆壳、洋陆壳转换带、洋壳等基本类型.其中西北次海盆Moho面埋深只有10 km左右,其两侧的洋陆壳过渡带Moho面较为陡峭,具有较好的对称性,说明西北次海盆拉张减薄程度强烈,在很窄的距离范围内Moho面就从减薄陆壳处的约19 km抬升至洋壳处的10 km左右;而西南次海盆北侧洋陆壳过渡带Moho面则较为平缓,南侧Moho面从西南次海盆的10 km下沉至礼乐滩底下的22 km左右,拉张减薄程度较为强烈.从整个剖面的重磁异常曲线上,洋陆过渡壳均对应重磁变化的陡变带,且该陡变带的峰值在整个剖面上均非常突出,尤其是西南次海盆洋壳到礼乐滩之间的洋陆壳过渡带对应的重力异常陡变带峰值最为显著,而中沙岛到西南次海盆之间的洋陆壳过渡带对应的磁异常陡变带峰值最大.

图 6 穿越南海南、北部陆缘的综合地球物理剖面. 图a和c中短虚线、长虚线和实线分别为沿二维剖面的水深、重 力、 磁 力变化曲线,图b和d为地壳结构剖面.依据地壳结构和重磁异常的变化特征划定了减薄陆壳、洋陆壳转换带和洋壳等类型. 剖面位置K、L、M、N参见图 3 Fig. 6 Geophysical sections across the northern and southern margin of South China Sea. The short dashed lines,long dashed lines and solid lines denote the water depth,gravity and magnetic values along profiles respectively in a and c. We show the extensional crust,ocean-continent crust and ocean crust according to geophysical features. The location of profiles is shown in Fig. 3

南海西部受红河断裂带和越东断裂带的影响,重力异常表现为一条明显的陡变带(图 3),且岩石层厚度也存在急剧减薄的特征(图 4),因此将越东断裂带作为红河断裂带向海的延伸部分,以两条断裂带构成的整体作为南海西部的边界构造(图 7).南海东北部所处的东亚陆缘在中生代期间最显著特 征是火山岩浆活动极为强烈,以中国东南沿海中生代火山岩为代表(Li and Li, 2007),向北延至日本,向西南可到越南东南部以至加里曼丹岛西南部,绵延4000多公里.这条巨大的火山岩带被认为是与东亚陆缘中生代俯冲增生带相伴的火山弧(Taylor and Hayes, 1980; Holloway,1982).依据岩石学和年代学的资料,东亚陆缘晚中生代俯冲增生带从西南日本经琉球群岛到中国台湾(Mizutani and Yao, 1991; Kizaki,1990; Yan,1963; Biq,1971)、一直可追踪到北巴拉望卡拉棉群岛并向南与沙巴的Audio带、加里曼丹岛东南的Meratus带以及苏门答腊的Woyla带相对比(Barber,2000; Wakita,2000).这一区域地质信息暗示了中国台湾与北巴拉望之间的中生代俯冲增生带极有可能穿越南海东北部.但对于该中生代俯冲带的具体位置还存在较大的不确定性.姚伯初等(1994)根据东沙隆起之下地壳的增厚和高磁异常,以及下陆坡北倾断裂带的存在,认为该俯冲增生带沿下陆坡呈NEE-SWW向延伸,并通到西沙海槽.周蒂等(2006)根据台西南—中沙东布格重力异常总梯度峰值带与马尼拉海沟俯冲增生带引起的总梯度峰值带在强度和规模上的相似性,以及海底地震仪和长电缆反射地震剖面(黄春菊等,2005)所显示的双莫霍面叠置信息,推测在南海北部从台西南盆地到深海盆北缘存在一条大致NE45°走向的中生代俯冲增生带(图 7).

图 7 南海及其邻区的主要边界构造.黑色实线带三角为活动俯冲带,虚线带白色三角为古俯冲位置,黑色粗 线带箭头为走滑断裂带,白色线为南海洋陆壳边界,细 黑线为海陆过渡带断裂 Fig. 7 Tectonic boundaries in the South China Sea and its adjacent region. Lines with black triangles denote the location of subduction. Dashed lines with white triangles denote the location of paleo-subduction. Black thick lines with arrow denote the location of strike-slip faults. White lines show the boundary of ocean and continent crust
5 讨论与结论

南海东北部是一个构造特征比较复杂的区域,发育有多个NE向相互平行的构造带,如高磁异常带、潮汕坳陷、北倾断裂带及磁静区.这些特殊构造 体很早就引起了国内外学者的关注,对它们的成因 开展了大量的研究和探讨,其中关于高磁异常带的地质成因既有学者认为是侏罗—白垩纪亚洲东部火山弧的反映(姚伯初等,1995),与浙闽沿海火山岩带是同一条岩浆构造带(戴勤奋,1997吴招才等,2011);也有学者认为该异常带不是华南大陆的一部分,也不是火山弧,而是新生代张裂和前新生代挤压联合作用形成的复合构造带;还有学者将该异常带与中生代俯冲增生相伴的火山弧相联系,提出了南海东北部具有中生代俯冲带的构造特征(周蒂等,2006).对于磁静区的成因也提出了中生代古洋壳内部的平静磁异常(吴招才等,2011)、较厚中生代地层的弱磁化率(李春峰和宋陶然,2012)、高温地幔物质热流蚀变导致消磁作用(高金耀等,2009)和玄武岩相反磁化方向等多种成因说法(Hayes et al., 1995).而与磁静区毗邻的潮汕坳陷是一新生代地层较薄、中生代地层很厚的残留盆地,两者之间发育有一条穿透整个地壳并切断Moho界面的北倾断裂带,该断裂带具有前新生代的构造属性(Hayes et al., 1995).据MZ-1-1钻井资料显示(邵磊等,2007),潮汕坳陷在晚侏罗世为深海环境,接受了放射虫硅质岩、纹层状泥岩夹基性喷出岩沉积,早白垩世时期火山活动频繁,发育有一套基性火山岩为主、夹中酸性火山岩和陆源碎屑岩的沉积建造,并过渡到陆相环境,这一沉积环境的突然变化暗示了潮汕坳陷的发育与中生代的俯冲碰撞具有紧密联系.

南海位于欧亚大陆东南缘,邻近特提斯构造域和滨太平洋构造域的交汇处.沿特提斯构造域发生的冈瓦那大陆边缘的渐次裂解、漂移,和向欧亚大陆的碰撞拼贴,以及沿滨太平洋构造域发生的俯冲,都对南海南、北陆缘的形成演化具有重要的影响和控制作用,从而导致南海南、北共轭陆缘从东到西、从南到北的差异性地壳结构,并使多种类型的陆壳结构发育.另外,古南海沿南沙海槽的俯冲消失和紧接其后南巴拉望的逆冲推覆(图 7),以及现代马尼拉俯冲带,均会导致南、北陆缘地壳结构的剧烈改变,暗示了南海共轭陆缘地壳结构的复杂性.南海及其周边陆区发现较大范围的海相中生代地层和古动物群,说明南海在中生代存在较大范围的特提斯海,并经历了晚三叠—早侏罗世和晚侏罗—早白垩世两次海侵以及后期的隆起剥蚀.深地震探测揭示了东沙—澎湖—北港隆起带为地壳增厚和高磁异常带,其上地壳减薄,但下地壳增厚(Nissen et al., 1995),推测中生代古洋壳的存在,该隆起带可能为中生代缝合带.夏戡原等(2004)从地震资料上发现,在南沙地块与南海深海盆洋壳接触处,在上第三系水平层状地层之下存在一套变形地层.从变形地层的地震相特征来看,似乎为下第三系或更老的地层.这说明,在现代洋壳以南与南沙地块之间,可能存在较老的基底,且由于地壳很薄(9~10 km),推测其可能为古洋壳.以上资料揭示了南海南、北陆缘地壳结构中混有古洋壳的物质,从而在认识南海共轭陆缘地壳结构的变化特征上增添了更为复杂的因素,也提醒研究人员在研究探讨南海陆缘地壳结构的差异性和类型特征时应该将古洋壳的可能影响因素考虑进去.

地球物理和钻井资料揭示,南海及周缘陆区在中新生代时的岩浆活动极为普遍(南沙海区构造演化及其动力学研究报告,2000).越南南部由闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩组成的岩基呈北东走向,侵入下侏罗统红层并使其变质;在沿海地区则出露晚白垩世至早第三纪的淡色亚碱性花岗岩岩基;在湄公河三角洲至纳土纳岛的陆架区的新生代沉积盆地的基底内,发现有许多燕山期花岗岩类,时代为晚侏罗世至早白垩世(Areshev et al., 1992);万安盆地的基底是以花岗闪长岩为主;在南海西南部钻遇燕山期花岗岩,且在晚白垩世至早第三纪早期遭受风化(Areshev et al., 1992);在南沙海区的仁爱礁西测发现了流纹质凝灰岩、蚀变闪长岩及蚀变橄榄辉长岩,以及晚三叠世至早侏罗世浅变质的三角洲相砂岩、粉砂岩;有地震资料表明,南沙海区前新生代基底由变质或未变质的沉积岩组成,因而被侵入岩和喷出岩复杂化.基性—超基性岩浆岩也广泛分布于加里曼丹岛北部、巴拉望岛以及民都洛岛,常与燧石岩和深海沉积共生而构成蛇绿岩套,有时在混杂岩中呈岩块出现,代表因构造变动逆冲上来的古洋壳碎片,指示了古汇聚带的存在;另外,新生代时期在越南、东南沿海及南沙南部陆区发育了较大规模的玄武岩.这些岩浆活动对南海南、北陆缘的地壳结构起到过一系列的改造作用,导致了局部地区重力异 常和磁异常特征上的差异性和特殊性,使其具有发育下地壳高速层和局部莫霍面的抬升等特征,也从侧面反映了南海共轭陆缘地壳结构特征及类型的独特性.

致谢 感谢青岛海洋地质研究所的张训华研究员、温珍河研究员、王忠蕾博士多年给予的帮助和指导. 感谢南海海洋研究所夏勘原研究员给予的资料支持.
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