2018, Vol. 61
2. 北京雪桦石油技术有限责任公司, 北京 100088;
3. 长安大学重磁方法技术研究所, 长安大学地质工程与测绘学院, 西安 710054;
4. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061
, JIA QingJun2, WANG WanYin3
, WANG PuJun4, ZHAO QingLe2, SUN XiaoMeng4, XIE XiaoJun1, ZHAO Zhao1, TANG Wu1
2. Beijing XueHua Petrolum Technology Company Limited, Beijing 100088, China;
3. Institute of Gravity and Magnetic Technology, School of Geology Engineering and Geomatics, Chang'an University, Xi'an 710054, China;
4. College of Earth Science, Jilin University, Changchun 130061, China
南海构造位置特殊.从全球尺度看，处在全球三大巨型板块相互作用的三结点上，西北为欧亚大陆板块，东南为太平洋板块，西南为印度洋板块.从区域尺度看，东、南、西、北均被地块所挟持，分别为菲律宾海板块、婆罗洲地块、印支地块、华夏古陆.从南海内部构造看，中央存在西北、西南、东部三个不同的洋壳，周边发育不同性质的被动、不同程度的主动、及走滑多种性质大陆边缘(图 1).远比现在近于东、西对称的伸展大西洋、东西俯冲的太平洋复杂.
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图 1 南海大地构造位置图(修改自Dott et al., 1988) Fig. 1 Tectonic setting of the South China Sea (SCS) (modified from Dott et al., 1988) |
因此，南海的构造问题是一个世界地学前缘热点问题，对于揭示全球演化、东半球板块构造重建、陆缘洋盆、洋陆作用都有科学意义，备受国内外专家学者关注.如Scotese在建立全球尺度显生宙以来的构造演化模式图时，就关注了南海；Metcalfe(1998, 2006, 2011)对东南亚的构造演化做了大量的研究工作，也关注到南海.Tapponnier等(1990)提出了南海成因为“碰撞-挤出-拉张”模式(Briais et al., 1993; Leloup et al., 1995; Clift et al., 2008)，Karig(1971)认为是弧后扩张模式(Ben-Avraham and Uyeda, 1973；郭令智等，1983)，Holloway(1982)提出古南海俯冲拖曳模式(Taylor and Hayes, 1980，1983; Hall，1996)，Tamaki(1995)等认为是“地幔柱活动”和“地幔上涌”模式(Flower et al., 1992)，周蒂(2002)提出了东亚陆缘右行裂解模式等，以及李三忠等(2012a, b)提出南海盆地群是早期在单剪体制下并发生旋转、后期纯剪体制下复合形成的不对称盆地群和海盆.对于中央海盆形成时间也有单次、多次等诸多观点，对各次海盆形成相对早晚、具体时代也各执一词(Ben-Avraham and Uyeda, 1973；Taylor and Hayes, 1983；何廉声，1987；陈圣源，1987；吕文正等，1987；Briais et al., 1989, 1993；Barckhausen and Roeser, 2004；Hsu et al., 2004；姚伯初等, 2004, 2006；Cullen et al., 2010).
近年来大洋钻探成果基本解决了南海洋盆的形成时间问题，大洋取样、测年数据表明东次海盆、西南次海盆分别从32、23百万年前开始形成，同时于17百万年结束扩张，西北次海盆的形成与结束时限还有待直接测定.但南海成因还争议甚大，南海及周边地块的地质演变过程还不清晰.Scotese所建立的全球显生宙以来的构造演化图中，南海及邻区中新生代的精度低，甚至与目前资料有出入，例如西南婆罗洲块体的大小明显比现今的规模大的多、南沙地块中生代时期一直位于华南陆缘、块体之间的造山带没有表现出来等.Metcalfe(1998, 2006, 2011)虽对东南亚的构造演化做了大量的研究工作，但是忽略了南海最为重要的块体——南沙地块.
南海及其邻区是东亚、南亚海上最大的油气区之一，是西太平洋边缘海中油气最丰富的区域，截至目前，发现常规石油天然气上百亿吨油当量；可燃冰资源也通过试产证实储量相当可观.南海的烃类矿产是我国最重要的战略接替领域，但油气分布的主控因素及下步勘探方向仍不甚清晰.构造因素往往是油气区形成的重要控制因素，明晰南海大地构造对该区油气勘探有指导作用.
为此，本文利用综合的方法，利用野外露头、钻井、重磁震等信息，静态地分析南海及其邻区的基底构造格局；利用古地磁数据，从东亚、南亚、澳大利亚等更广大的区域，重建了南海中新生代以来的地块构造史；并探讨了构造对油气分布格局的控制作用.
1 材料和方法 1.1 资料来源重磁识别断裂需要水深、重磁数据、地下岩石物性支撑.海水深度数据来自美国David T. Sandwell教授(加利福尼亚大学斯克里普斯海洋协会)和Walter H.F.Smith教授(美国国家海洋与大气局卫星测高实验室)共同维护的全球卫星重力异常数据库中的水深数据，数据网度为1′×1′.原始数据以m为单位，其中奇数数据为声波测量得到，偶数数据为卫星重力数据反演得到.
重力资料同样据美国两位David T.Sandwell教授和Walter H.F.Smith教授共同维护的全球卫星重力异常数据.在海域，网度为1′×1′，总精度可以达到3.03×10-5m·s-2，局部地区可以达到1.8×10-5m·s-2；在陆地，网度为5′×5′，总精度可以达到4.125×10-5m·s-2.通过与船测重力异常的对比，现有卫星测高重力数据能够达到1：100万比例尺重力数据的精度要求，满足区域断裂研究工作的需要.采用双界面模型重力场快速正演方法计算海水的重力影响值，进而对卫星测高重力异常做海水影响校正，并由此得到海域布格重力异常，将其与陆地布格重力异常进行拼接，得到了研究区的布格重力异常图(中间层密度取2.67×103 kg·m-3，海水密度取1.03×103 kg·m-3)，并由此得到了南海及邻区重力异常系列图件.由于布格重力异常受莫霍面的起伏变化影响较大，故进行了均衡重力异常的计算.均衡重力异常具有比自由空间重力异常变化更平缓且与地形无关的特点，比布格重力异常的“山形镜相异常”更不明显的特点，更适合研究地壳构造.均衡模式分局部补偿模式、区域补偿模式、实验均衡模式和动态均衡模式四种.本次均衡重力异常采用经典的Airy、Pratt和实验三种均衡模式计算.
作者收集了研究区不同类型的磁力数据，主体部分来自日本地质调查所(Geological Survey of Japan)和CCOP(Coordinating Committee for Coastal and Offshore Geoscience Programmes in East and Southeast Asia)1994年出版的东亚1：400万磁异常图数据，该数据为网格化数据，网度为2 km×2 km；其次是南海部分地区1：100万的航空磁测数据；最后是国际地磁学与大气物理学协会(IAGA)和世界地质图委员会(CGMW)合作编制的第一版世界磁异常图数据.对这三种数据进行对比、拼接，完成了研究区的磁力异常图.由于南海处于低纬度地区，受斜磁化的影响较大，使得磁异常主体与磁性体位置在垂向上有一定偏移，这对正确认识磁性体的位置造成了很大困难.为了使磁性体的平面位置与磁异常的极值位置垂向对应，通常是将其换算为垂直磁化的垂直磁异常(简称化极).研究出了频率域变磁化方向的自适应滤波化极技术，从南到北分别读取了多个点的磁化倾角，在只考虑感磁的情况下进行化极处理，并进行了相关处理，得到了南海及邻区磁力异常系列图件.
截至目前南海海域钻遇基底的钻井共有约294口，但相对于南海约200×104 km2的面积及内部复杂的格局而言，显然难以确定基底构造单元划分.因此采用海陆综合研究的方法.基于南海周缘陆区前新生代地质资料的系统收集和总结，于广西、广东、福建、海南、中国台湾等地进行了累计百余公里的详细野外考察，采集大量野外地质照片和样品，进行了磁化率-密度测试和岩矿分析鉴定(郎元强等，2011；岳军培等，2013)，并在室内进行了岩性、地层和构造综合研究，建立各种岩性的密度-磁化率交汇图版，构建了岩石物性与地震-重磁响应的相关关系(鲁宝亮等，2011).统计出南海周缘陆区前新生代变质岩、变质作用沉积岩特征.
古地磁数据基于西澳大利亚大学地球与地理科学学院构造特殊研究中心Sergei A. Pisarevsky所建立的全球古地磁数据库(GPMDB4.6)，以及前人公开发表的有关古地磁的资料.依据古地磁样品测量及数据的统计分析对收集到的古地磁数据进行了筛选和换算，汇总出南海及周边14个地区共82组中新生代古纬度数据.
1.2 资料处理重、磁力异常在深大断裂的识别方面具有一定的优势.深大断裂控制了其两侧的构造活动，形成不同的构造格局，同时往往伴有岩浆活动和变质作用，从而破坏了原来地质体的连续性，形成了密度与磁性上的横向差异，这就具备了利用重、磁异常确定断裂构造的地球物理前提.由于密度与磁性的横向差异必然在重、磁力异常上有所表现，因而可以用重、磁力异常的特征来推断深大断裂.
本次主要利用重磁异常处理系列成果，特别是卫星测高重力异常NVDR_THDR(NVDR-THDR简称线性信号，下同)、布格重力异常NVDR_THDR和化极磁力异常NVDR_THDR来识别断裂.并参考其他重、磁处理结果图件，其具体步骤如下:
(1) 首先根据各NVDR_THDR图极大值连线、极大值连线的错断确定出断裂构造特征线(可能的断裂位置连线)；(2)利用剩余重力异常，化极磁力异常正值和负值的分布特征来进一步确定断裂特征线的位置，并利用异常的错位来确定水平错动的断裂构造特征线；(3)利用剩余磁力异常图上串珠状磁异常条带的连线，进一步确定可能为断裂构造的特征线，在剩余磁力异常图上的串珠状磁异常条带一般都是正、负伴生的，其断裂构造特征线大都在梯度变化较大的零值线附近；(4)在重磁区域异常图上的异常梯级带，重磁场的分界线等特征往往是大型断裂的反映；(5)结合区域地质资料进行综合分析，确定断裂特征线，最后确定断裂的规模是不是深大断裂.通过断裂的相互切割关系确定断裂的先后组合关系，结合地震资料和野外露头资料确定断裂的倾向和时代.
根据收集到的钻井、拖网资料、地球物理资料，对盆内5.2万km的302条地震剖面进行地震-重磁综合解释，采取盆缘地质约束重、磁、震联合解释的综合地球物理方法进行基底研究，对全区基底进行地质-地球物理综合解释，并最终完成了南海基底构造单元分区及基底岩性图.
2 基底地球物理特征地球物理场是对地下地质物质与结构的综合响应，也是划分大地构造单元的标志之一.
2.1 南海断裂识别结果根据南海及邻区重磁处理和反演的18种资料，结合前人的研究成果，共推断解释出深大断裂17条(图 2，表 1).
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图 2 南海深大断裂重磁场特征 (a)深大断裂与剩余布格重力异常特征; (b)深大断裂与剩余卫星测高重力异常; (c)深大断裂与卫星测高垂向导数重力异常; (d)深大断裂与卫星测高重力异常线性信号; (e)深大断裂化极磁力异常线性信号; (f)深大断裂与重磁异常对应特征分析; (g)深大断裂与实验均衡重力异常; (h)深大断裂与莫霍面深度; (i)南海及邻区深大断裂推断解释结果. Fig. 2 Gravity and magnetic field characteristics of deep major faults in the SCS (a) Deep major faults and residual Bouguer gravity anomaly; (b) Deep major faults and residual satellite altimetry gravity anomaly; (c) Deep major faults and the derivative of satellite altimetry gravity anomaly in the vertical direction; (d) Deep major faults and linear signal of satellite altimetry gravity anomaly; (e) Deep major faults and linear signal of the reduction-to-the-pole magnetic anomaly; (f) Deep major fractures and gravity-magnetic anomaly corresponding feature analysis; (g) Deep major fractures and experimental isostatic gravity anomaly; (h) Deep major faults and Moho depths; (i) Inferred interpretation results of the deep major faults in the SCS and adjacent areas. |
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表 1 南海深大断裂推断结果统计表 Table 1 Statistics of inferred deep major faults in the SCS |
(1) 剩余布格重力异常特征.图 2a为剩余布格重力异常图，马江断裂带西北段至最南段的条形区域异常值相对于周围地区偏高；沙巴—巴拉望缝合断裂带以南婆罗洲区域异常值较高成条带状分布，苏禄海断裂带重力异常较为明显；在马尼拉海沟俯冲断裂带两侧异常值显示为高异常带.南海盆地的边缘断裂带—西缘、南缘、马尼拉海沟西缘异常值偏高.南澳—海口缝合断裂带东南方向至南海西缘断裂带的陆坡区域异常较为平缓.卢帕尔缝合断裂带东侧异常值变化在零附近，波动不大，而西侧隐约显示的斑状、两条南北向条状异常，近似平行于卢帕尔断裂带，在条带状高值区域两侧伴随着低值区，特别是在卢帕尔断裂南段较为明显.
(2) 剩余卫星测高重力异常特征.图 2b为去掉区域重力异常的剩余卫星测高重力异常，相对于未去除区域重力异常来讲，在图 3b中大片区域异常区域被削弱了，比如南海的边缘断裂带，南缘、西缘、北缘，以及马尼拉断裂带西缘.在南澳—海口缝合断裂带以北包括云开北断裂在内的大部分区域，可能由区域构造引起的异常得到了较好的压制，之前成片性异常区域现在相对精细了.沿马江断裂带的大范围异常条带在图 2b上，经过去除区域异常后，在垂直方向变化不大，但在水平方向宽度得到了压缩，由区域构造引起的异常得到了较大程度的衰减.
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图 3 南海重磁异常分区-构造分区及基底地质图 (a)自由空间重力异常特征分区; (b)化极磁力异常特征分区; (c)南海构造分区及基底岩性. Fig. 3 Gravity & magnetic abnormities and tectonic division as well as basement geology in the SCS (a) Zoning of free-air gravity anomaly feature; (b) Zoning of the reduction-to-the-pole magnetic anomaly; (c) Tectonic division and basement lithology of the SCS. |
(3) 卫星测高垂向导数重力异常特征.图 2c是对数据进行垂向求导，使垂向变化较大的异常得以凸显.因此大部分区域垂向上变化速度不大的异常被减弱，而变化较大的异常得以强化.如马江断裂带、红河断裂带、马尼拉断裂带、沙巴—巴拉望缝合断裂带，这些断裂带在垂向上变化不大，表现相对平缓.值得注意的是红河断裂带的西北段的异常特征很不明显，可能是其异常值处于相对平缓的范围，导致在图上没有较高异常值.
(4) 卫星测高重力异常线性信号特征.图 2d为重力异常NVDR-THDR图，相对于图 3c构造异常值的间断以及连续分布性较为明显，如在马尼拉断裂带可以看到，断裂带异常走向和边界展布更为清楚；沙巴—巴拉望断裂带和马江断裂带的水平方向异常分布也较为清晰.北部的云开北断裂带和南澳—海口缝合断裂带大致走向更为清晰.尽管断裂带中间有多处间断，但其大致走向为北东方向.较之图 2a、b、c，图 2d在反映构造异常信息上，有了其独特性，尤其是断裂构造反映的更为明显，对需要的信息进行了相应的强化.
(5) 化极磁力异常线性信号特征.图 2e为化极磁力异常线性信号，全区磁异常的总体走向为北东向，深大断裂在磁力异常线性信号图上的反应不是十分明显，比如马江断裂带、红河断裂带、马尼拉断裂带、中南半岛南缘断裂带、卢帕尔断裂带以及沙巴—巴拉望断裂带.但在深大断裂的两侧磁异常有错动，反映走向的存在，如中南半岛南缘走向两侧，磁异常走向明显不同.但是，在南海洋盆的边缘断裂以及洋中脊的磁异常特征相对明显.在卢帕尔断裂带的中段显示约200 km的磁异常条带.对于卢帕尔断裂带的磁异常，其分布规律性不强，大致在断裂带两侧呈北东向零散分布.
(6) 重、磁异常对应分析特征.图 2f为重磁对应特征图，南澳—海口缝合断裂带北东段东南方向和西南盆地显示较强的重磁异常，可能为高重力异常高磁力异常的基性玄武岩；沙巴—巴拉望断裂东南方向显示两条连续的较长的重磁异常，并且间隔分布，近似平行.红河断裂带的东南段向北西方向直至马江断裂西段的南部显示为低重磁对应分析异常.在马尼拉断裂整个断裂带上显示较低的重磁异常.对于南海盆地的大片区域，其重磁对应分析异常条带特征较为明显，近似的以洋中脊为对称轴分布，洋中脊以北部分条带异常方向为北东向，但洋中脊以南的区域，靠近马尼拉断裂带的异常带呈东西向分布，洋中脊以北也显示微小的方向变化，只是洋中脊以南变化更为明显.
(7) 实验均衡重力异常特征.图 2g为实验均衡重力异常特征，马江断裂西缘、马尼拉断裂以东大面积区域表现为异常高值区，中央海盆异常值相对较高，沙巴—巴拉望断裂带东南方向显示较高的异常.红河断裂带在内的大部分区域为异常较低区，向西延伸到马江断裂带，向北东方向延伸区域也较大；南澳—海口断裂带东南方向直至南海盆地西缘以及北缘的大部分区域，显示为低异常.
(8) 深大断裂与莫霍面.图 2h为莫霍面深度图，南海盆地莫霍面深度分布具有明显的特征，不管是在南缘、西缘、北缘还是马尼拉断裂带西缘，深度界限划分较为清晰；马尼拉断裂带以东显示条带状的莫霍面深度值；红河断裂带东南段莫霍面较高.南澳—海口断裂带以北，显示大面积的莫霍面深值区域，中南半岛除马江断裂以西一条莫霍面值条带外，其余部分为低莫霍面值区域；在中南半岛南缘断裂带以南也显示较大面积的莫霍面深值区域；在沙巴—巴拉望断裂带东南方向显示相对小面积的低莫霍面深值区域.
2.2 基底地球物理场分区特征 2.2.1 自空异常的分布特征根据自空重力异常图及其处理的系列图，可以分析出自空异常的分布特征(图 3a)，分别论述如下：
(1) 区——南海海盆异常区(图 3a).本区分布在中部10°N—18°N，111.7°E—119°E范围内，呈菱形分布，重力值在0~20×10-5m·s-2.区内还存在两种异常:①近于等轴状孤立重力高，其分布位置与海山一致，海山呈串珠状近东西向排列；②线性的重力低带.可以看出重力低带分成东西两带，东带重力低的走向近东西向，西带重力低带走向改为南西向.由此分析，海山和重力低相连反映了海盆扩张轴的分布.东部为中央海盆洋脊，西部为西南海盆洋脊.稳定在0~20×10-5m·s-2重力值是由水深在4000 m的洋壳产生的异常，反映出洋壳为基性喷发熔岩组成.本区与邻区以重力梯级带及明显的重力强度相区别.
(2) 区——中、西沙异常区(图 3a).本区位于(1)区的西北侧，以明显的低值及梯级带与(1)区相隔.本区存在两个重力高带，即中沙重力高带和西沙重力高带，两带均近北东走向，近于平行分布.围绕两重力高带周围均有重力低带分布，叠加结果为：①在两个重力高之间形成一个北东向重力低带；②在两个重力高带的西南侧形成一个近南北向的重力低带；③在海盆的北侧和中沙岛的南侧也形成了近东西走向的重力低带；④在西沙群岛西北侧形成一个由北东走向转为东西走向的重力低带，与琼东南盆地南部相对应.
(3) 区——南沙异常区(图 3a).本区位于(1)区的西南侧和南侧.本区异常的特点为大梯度的孤立重力高密集分布.大致可分成四个群:西部南薇重力高群、中部九章重力高群、东部礼乐重力高群、南部北康安渡重力高群.在重力高之间夹杂分布重力低带，大致可分为:南薇、九章、礼乐、安渡北康、北部及南沙海槽重力低带.
(4) 区——华南陆架陆坡异常区(图 3a).本区分布于(1)区和(2)区以北，西起北部湾盆地和琼东南盆地，东到台湾海峡.异常走向是北东-北东东，少数呈北西走向.从北向南可分成以下几个异常带：①第1重力低带.本带以北部湾盆地为主体，该带内以重力低为主，但局部异常发育，具有走向变化大的特点，以北东、北东东走向为主，也有北北东向和北西走向的异常；②第1重力高带.该带以海南隆起为主体，向东包括珠江口盆地的北部隆起以北地区，呈北东东向分布；③第2重力低带.该带为宽缓的重力低带，走向为北东-北东东，包括珠Ⅲ坳陷和珠Ⅰ坳陷，带内局部重力高重力低发育，多数为北东走向，但在该带北部存在北西向局部重力高；④第2重力高带.该带北部与第2重力低带相接，呈北东走向，西起琼东南盆地中部隆起与珠江口盆地神弧隆起相连，经番禺低隆起延到东沙隆起；⑤第3重力低带，包括琼东南盆地南部、珠Ⅱ坳陷、白云凹陷、潮汕坳陷、台西南盆地，成北东东走向.潮汕坳陷中可见中生代的沉积；⑥第3重力高带，对应于珠江口盆地的南部隆起带，该带的连贯性不是太好；⑦第4重力低带.本带包括琼东南盆地南部、西沙海槽盆地、双峰盆地、尖峰盆地，呈北东东走向.
(5) 区——华南大陆异常区(图 3a).本区具有局部重力高，重力低发育，异常梯度大的特点.局部异常的走向规律性不强，但局部异常的排列方向似乎有一定规律.在茂名市以东以北东向为主，以西则为北西走向.整个华南大陆异常背景值在珠江三角洲以东为近-5×10-5m·s-2，在其以西为-20×10-5m·s-2，故整个背景值为负值.
(6) 区——西部南北弧形异常区(图 3a).本区为近南北走向，分布于最西部，包括中南半岛及其东部陆架.从西到东分成三个异常带，均成南北分布：①内陆重力低带，包括泰国、柬埔寨及其南部地区；②中部高梯度带，该带近于南北向弧形分布，其北部为北西走向，以重力低为主，夹有重力高.其南部成弧形走向，从北西转向南北再转向北东，弧顶在12°N—14°N之间.以重力高为主夹有重力低，基本与长山山脉分布一致；③东部陆架异常带，为沿中南半岛陆架分布的弧形异常带可以分成三段.北段为宽缓重力低带，呈北西走向，主要是莺歌海盆地分布地区.中段为狭窄的微弱重力高，近南北分布形成弧形异常带的弧顶.南段转向为北北东-北东东走向，为宽缓的重力高和重力低.重力低带与湄公盆地相对应.
(7) 区——吕宋民都洛弧形异常区(图 3a).该区分布于东北部，包括台湾岛南部，吕宋岛和民都洛岛.异常带为近南北走向，并向西突出的弧形分布.异常特点是梯度大，强度大，从西到东为：①马尼拉海沟重力低带；②重力高夹重力低带.本区以梯级带终止于民都洛岛的南端.
(8) 区——苏禄海异常区(图 3a).本区位于苏禄海和苏拉威西海的广阔区域内，分成：①两个重力低(苏禄海、苏拉威西海)；②两个北东向异常带，即苏禄岛重力高带，苏禄海北异常带.此带从南向北又分成东南部重力高，中部北苏禄海重力低，巴拉望岛重力高及巴拉望盆地重力低；③北西向重力异常带，主要为北西向重力高，中间夹有重力低(与山打根盆地对应).
(9) 区——加里曼丹岛异常区(图 3a).本区分布于南部，以高梯度局部重力高为主，有从东向西逐步减弱趋势.在其西北部陆架变成宽缓的重力低，即为文莱沙巴盆地，本异常带西部终止于110°E附近.
(10) 区——西南部陆坡区(图 3a).本区在西南部，本区包括中南半岛以南、巽他群岛西北及马来半岛东北的陆架陆坡区，包括曾母盆地、万安盆地及纳土纳盆地.在图幅内，本区的异常特点是宽缓平稳.本区北部重力值在-10~20×10-5m·s-2之间，而在南部约在3°N线附近突然上升至30×10-5m·s-2，其中似有一近东西向断裂存在.
2.2.2 磁异常的分布特征鉴于对处在低纬度的南海地区要对ΔT磁异常作化极处理具有必要性，故在以下的论述中均应用化极磁异常(图 3b)，现分别论述于下：
(1) 区——海盆磁条带区(图 3b).本区主要异常特点是由梯度大、正负相间的磁条带组成.在盆地中心部位的磁条带为正异常，正异常的南北两侧磁条带相对称，一负一正相间平行排列.中心磁条带强度大、宽度大，与洋盆扩张轴分布一致.根据磁条带的走向可以划分成东西两部分.东部磁条带走向近于东西，扩张轴两侧各有4负4正磁条带，与中央海盆分布一致.西部磁条带走向近于北东，扩张轴两侧各有2负1正磁条带，与西南海盆分布一致.扩张轴终止于12°N，112°E附近.中央海盆的东北部磁条带从东西走向转向北东走向，并延伸到海沟之内，说明洋盆已向东俯冲于海沟之下.海盆东北部受应力方向是北西向，把磁条带走向推成北东向.海盆内的火山均具有较强的剩余磁化强度，在洋中脊分布的火山，为孤立的正异常，而分布在负磁条带附近的火山为孤立的负异常.在18°N线附近，磁条带结束，其北部出现近南北走向的磁异常，故可认为存在一东西向断裂，即为中央海盆的北界.
(2) 区——中、西沙异常区(图 3b).本区分布于海盆的西北侧.本区异常特点为中等强度和中等梯度的北东向正负异常.中、西沙群岛均为正异常区，呈北东走向，两正异常平行排列，向西南延到南海西缘断裂.而围绕中、西沙岛周围是负异常区，负异常叠加的结果分成3个负异常带：①中沙海槽负异常带，呈北东走向，分布于西沙群岛和中沙群岛之间.从西南自12°N，110°E开始向北东延伸至16°N，114°E附近，成为本区第1负异常带；②自14°N，110°E沿北北东延伸到17°N，112°E附近组成第2负异常带，本带是在西沙群岛西南；③在中沙岛的西南一侧与海盆的北界之间形成一个近东西向的负异常带.
(3) 区——南沙异常区(图 3b).本区分布于海盆磁条带区的南侧.本区可划分为北东走向的3个异常带.从东南向西北分别为：①南沙海槽正负异常带，呈北东走向，以正异常为主，南部存在小范围负异常.异常强度较大，在+100~-50 nT内变化；②南部负异常带，呈北东走向，以低缓的负异常为主，夹有小范围正异常，包括了北康盆地、安渡北盆地和礼乐盆地.本异常带走向长、宽度大；③中部正负异常带.正异常带为岛、礁、滩所产生，较集中于本异常带的东西两端.在岛、礁、滩的四周分布的负异常带与已知的南薇东、南薇西、九章等盆地相对应.除了以上所论述的异常带外，尚存在值得重视的三个孤立负异常：①在礼乐盆地以北，12°N以北117°E—119°E范围内；②12°N附近，114°E—116°E范围内.这两负异常位置与自空和布格重力低相一致.处于海盆与南沙块体的边界处；③12°N，113°E周围的负异常.该处与自空重力低相一致，并处于海盆扩张轴向西南延长的裂谷带上.
(4) 区——华南陆架、陆坡异常区(图 3b).本区分布在海盆磁条带区和中、西沙异常区以北.本区异常呈北东走向，相间排列磁力高和磁力低带.第①带为北部湾磁力低带；第②带为海南岛磁力高带；第③带为第2磁力低带，包括琼东南盆地北部、珠江口盆地珠Ⅲ、珠Ⅰ坳陷；第④带为第2磁力高带，包括神弧隆起、番禺低隆起、东沙隆起；第⑤带为第3磁力低带，包括琼东南盆地南部、珠Ⅱ坳陷、白云凹陷、潮汕坳陷；第⑥带为第3磁力高带，包括珠江口盆地南部隆起，但本带并不连续，其中夹有磁力低；第⑦带为第4磁力低带，包括西沙海槽盆地、双峰盆地、尖峰盆地并向北东东延伸.
(5) 区——华南大陆异常区(图 3b).本区分布于华南陆架、陆坡异常区以北，以磁力负异常为主，夹有宽缓微弱的正异常.
(6) 区——西部南北向弧形异常区(图 3b).本区分布于西部.异常呈近南北走向向东突出的弧形.按异常特点可划分为三个异常带：①内陆弧形异常带为高梯度、以负异常为主的弧形分布.只在向东突出的弧形处为高梯度的正异常(12°N—14°N，110°E)；②为北部陆架异常带，为低缓的负异常带，与莺歌海盆地对应，呈北北西分布于弧顶以北地区；③南部正负帚状异常带，在弧顶处为高梯度的南北走向负异常.向南沿中南半岛东南缘逐渐转向南东-南东东，成为弧形帚状散开的正负异常带.从东南向西北为正异常、负异常、正异常、负异常.其中第一负异常带对应万安盆地和纳土纳盆地，第二负异常带对应于湄公盆地.
(7) 区——吕宋民都洛岛南北向弧形异常区(图 3b).本区分布于东部，本区磁数据不完整，但可看出吕宋岛北和民都洛岛以南为负异常区，与海沟的分布一致.吕宋岛西缘由于海盆磁条带的伸入，马尼拉海沟负异常已不明显、不连续.
(8) 区——苏禄海异常区(图 3b).本区分布于东南部.围绕苏禄海负异常带可分成三个异常带:①南部北东异常带，以正异常为主，中间夹有狭窄的负异常；②北部异常带呈北东走向，从南东到北西分成正、负、正、负4个异常带，其中负异常带分别与北苏禄海盆地及巴拉望盆地对应；③北西向异常带，西部为正异常，东部为负异常其与山打根盆地对应.
(9) 区——加里曼丹岛正异常区(图 3b).以正异常为主，数据不完整.
(10) 区——西南陆架陆坡异常区(图 3b).本区位于西南角，以正异常为主.
3 基底地质特征 3.1 南海基底断裂系统深大断裂是划分构造单元的主要标志之一，主要包括板块缝合线、俯冲带、大型裂谷带、洋壳边界和走滑带.由于南海被海水覆盖，钻井与深地震剖面稀少，只有重力资料和磁力资料覆盖了整个区域.因此，本文利用重力资料(卫星测高重力数据和船测重力数据)、磁力资料(航空磁力数据和船测磁力数据)，结合地震、钻孔、地质等资料识别南海及邻区的区域大断裂.
3.1.1 北部陆内伸展断裂系北部陆内断裂系的骨架断裂为云开北缝合断裂带(F1-1)、南澳—海口缝合断裂带(F1-2).F1-1断裂发育于华南大陆区，沿断裂异常多呈现NEE走向，异常值为正负相间分布，以正异常为主.
南澳—海口断裂(F1-2)为海西、印支期的地块缝合带.在该断裂两侧，大陆区异常基本为团块状分布，陆架区的重力异常为明显的NE向条带状分布.断裂以南磁性偏高，而大陆区磁性偏低，靠近F1-2断裂出现大面积负磁性异常区.断裂以南线性信号具有明显的NE走向，而断裂以北的大陆区域异常没有明显趋势.
华南陆架区，断裂主要是NE和NW向，但NE向断裂有比较明显的等间距分布的特征，NW向断裂错动NE向断裂，NE向断裂拉张断裂特征明显，使陆壳减薄.在洋壳北部边界以北的南海北部地区，异常呈NE或NEE走向.
3.1.2 西部走滑断裂系西部走滑断裂系的骨架断裂为红河走滑断裂带(F1-3)、马江断裂(F1-4)及西缘走滑断裂带(F1-5).
北段红河断裂带又称哀牢山—红河断裂带，是印支地块与华夏地块之间的一条大型走滑断裂带，其发育于云南哀牢山—红河构造混杂岩带.沿该断裂可见蛇绿岩出露，代表了三叠纪时期印支地块与华南的俯冲缝合边界(Tapponnier et al., 1982；Zhong et al., 1990；Leloup et al., 1995；Liu et al., 2012)，可见典型的糜棱岩，为左行韧性剪切带(Zhong et al., 1990).红河断裂带从云南经越南北部至红河口入海后，沿莺歌海盆地向东南延伸到海南岛南部海域.由于强烈的走滑拉分，导致莺歌海盆地接受了巨厚的新生代沉积，使得断裂两侧基底埋深厚度差巨大，这也从另一方面反映了红河断裂带作为华夏地块与印支地块构造分界线的特征.该断裂以南地区主要呈现平缓变化的重力异常，走向大致为NNW向.
Song Ma缝合带位于越南北部境内，北以沱江断裂为界，南以马江断裂为界，宽约30 km.该缝合带在重磁异常(图 3)上均有较明显的相应.西北方向与金沙江—哀牢山缝合带相连，东南方向与莺歌海盆地西缘断裂相连接.根据野外地质考察，发现Song Ma带沿线可见出露有蛇绿混杂岩残块出露，代表了古特提斯的一个分支:金沙江—哀牢山—Song Ma洋，认为Song Ma缝合带是印支地块与扬子—华南板块之间的缝合带，是金沙江—哀牢山洋东南方向的延伸，其缝合时间是三叠纪，代表了古特提斯洋的存在.
南段越东—万安断裂带大约沿印支半岛以东200 m水深线分布，南北走向，全长大于1000 km.断裂带分为南北两部分，北段称为越东滨外断裂，南段称为万安断裂带.断裂东西两侧在地形地貌特征上存在明显差异.断裂带以西陆架狭窄，断裂以东陆坡陡峭，地貌反差较为强烈，水深从陆架200 m突变至2000 m，垂直落差达2000 m以上.该断裂带作为南海的西缘边界，它形成于印支地块挤出旋转和南海扩张期间，对印支地块与南海之间的差异运动起到了调节作用.
3.1.3 南部裂解—增生断裂系南部裂解—增生断裂系的骨架断裂为卢帕尔缝合断裂带(F1-7)、南沙海槽东缘断裂带(F1-8)、沙巴—巴拉望缝合断裂带(F1-9)及苏禄海东南缘断裂带(F1-10).
卢帕尔线F1-7位于南海南缘，是指分布于纳土纳岛—加里曼丹岛北部—巴拉望岛南部一线的蛇绿混杂岩出露线.卢帕尔线附近分布有大量的蛇绿岩和蛇绿混杂岩，具有明显的俯冲碰撞带的特征，代表了古南海的存在特征，其形成与古南海的俯冲消亡有密切关系.蛇绿岩时代主要为晚白垩世—早中新世，表明研究区南部在晚白垩世—早中新世存在一个洋盆，即古南海.卢帕尔线俯冲增生楔自东向西形成时代呈现出越来越晚的特征，指示了古南海自西向东“剪刀差”式闭合的特征.在卢帕尔断裂南段有较为明显的条带状高剩余布格重力异常.
在卢帕尔断裂带以西，中南半岛南缘断裂带以南的区域，隐约显示的斑状两条南北向条状异常，近似平行于卢帕尔断裂带，在条带状高值区域两侧伴随着低值区，特别是在卢帕尔断裂南段较为明显.向东，沙巴—巴拉望缝合断裂带东南方向至苏禄海断裂带，异常值变化较为明显.卢帕尔—武吉米辛—沙巴北缝合带是一条复杂的褶皱增生带，发生过多次聚敛活动.由南而北发育一系列前展式逆掩叠瓦状构造，属于渐新世以来增生过程中挤压型或聚敛型大陆边缘.在这一汇聚格局中，汇聚程度较低的区域分布在苏禄海东南缘断裂带(F1-10)以北.
南沙海槽位于南沙海区的东南端并延伸至巴拉望西北海域，走向N35°E，是一条长约400 km的深海槽，以南沙海槽东缘断裂为东南边界.地形反差强烈，垂直落差达1500~2000 m.该断裂在自由空间重力异常中具有明显的反应，其西北部表现为明显的北东走向负异常带，而东南部则表现为北东走向正异常带; 在磁力异常特征上，主要表现为低值负磁异常，磁异常与海槽的形态对应特征也较为清晰.断裂两侧的莫霍面深度也存在差异，北段莫霍面存在北高南低的特点，而南段则为南高北低.根据重力和地震剖面资料综合解释，认为南海海槽的下伏地壳性质不同，西南段性质为残留洋壳，而东北段为陆壳.
在南沙海槽断裂带，三级断裂走向和该区深大和二级断裂走向一致，主要反映次一级的褶皱断裂.异常特征主要为不连续小异常的趋势线和正负异常中的变化带.在南沙海槽断裂(F1-8)东，三级断裂与之斜交，具有挤压扭动的迹象.在巴拉望与民都洛岛接触区，三级断裂发育，而且走向不一，反映出该地区为不同方向断裂和地块的接触带，构造运动具有多期和多向性.南沙海槽东缘断裂主要活动期在第三纪，第四纪仍有活动.
3.1.4 东部逆冲断裂系南海东部断裂主要指台湾—吕宋岛弧褶皱带断裂系.中中新世以后，太平洋板块自东向西的仰冲作用，使扩张终止的南海洋盆受到近EW向的挤压作用，形成NNE和NNW向的两组X型剪切断裂，产生近SN向的锯齿状断裂.以位于吕宋岛弧和南海中央海盆之间近SN向的马尼拉海沟为主要特征，总体呈现向西凸出的弧形.马尼拉海沟是菲律宾板块和东亚大陆板块的分界线，形态清晰，是南海唯一的海沟(Pautot et al., 1986；Huang et al., 2001).
3.1.5 中央洋盆相关断裂系中央洋盆相关断裂系骨架断裂包括洋壳北缘断裂(F1-12)、洋壳西缘断裂(F1-13)、洋壳南缘断裂(F1-14)、中央海盆扩张中心(F1-15)、西南海盆扩张中心(F1-16)及西南海盆裂谷中心(F1-17).这些断裂是地壳的过渡带或突变带，由过渡型地壳变为洋壳，主要活动在渐新世以来，洋壳北缘断裂、南缘断裂和西缘断裂构成大陆坡与深海平原的界限，在深海平原区莫霍面埋深(图 2h)明显变浅，沿中央海盆扩张中心、西南海盆扩张中心及西南海盆裂谷中心有黄岩海山、中南海山、长龙海山等一系列海山分布.
3.2 南海基底构造分区本文的划分原则和依据：(1)海域与围区陆地整合在一起综合考虑划分；(2)以地块拼接带(蛇绿岩带、蛇绿混杂岩带及扩张边缘带)作为构造单元的分界线，如江南蛇绿岩带、哀牢山—黑河蛇绿岩带、中央海盆南缘和北缘断裂带、南海北部俯冲带、卢帕尔带、马尼拉海沟等，锡布增生系虽然也属于地块拼接带，但因为出露较宽，将其单独划分出一个二级构造单元；(3)每个地块都有其与相邻单元不同的构造层序列、沉积建造和变质作用特征，以及不同的构造演化历史.按照上述原则与依据，将南海及其围区划分出7个构造单元(图 3c)，下面进行详细介绍.
3.2.1 华夏古陆北界为江南造山带(任纪舜等，1980；王鸿祯, 1981, 1982；王鸿祯等，1986)，西以Song Ma缝合带、越东—万安断裂为界与印支地块相接，南以中央海盆西缘断裂、中央海盆北缘断裂中东部为界与中央海盆相接，东以台东纵谷为界与菲律宾岛弧带相隔(图 3c).
华夏古陆由老至新存在4大构造层(图 4)：①前震旦纪结晶基底构造层；②震旦纪—早古生代浅变质岩构造层；③晚古生代浅海碳酸盐、碎屑岩构造层；④中生代海相—海陆交互相—陆相构造层.
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图 4 珠江口盆地中部地震剖面地质-地球物理解释(位置见图 3c A-A′) Fig. 4 Geological-geophysical interpretation of a seismic profile in the central Pearl River Mouth basin (A-A′ in Fig. 3c) |
前震旦纪结晶基底分布广泛，它与陆地华夏地块前震旦纪结晶基底联为一体，组成更大规模的陆块：华夏—南海北部陆块.震旦系—下古生界广泛分布于南海北部，是华南加里东褶皱带向海域的自然延伸.上古生界构造层分布在北部湾盆地和台西南盆地基底中，由稳定的陆表海沉积所组成，珠江口盆地和琼东南盆地基底在晚古生代属于古隆起，缺失上古生界构造层.中晚侏罗世—白垩纪地层分布及沉积环境具有东西分异特征，台西南盆地基底中发育有海相和海陆交互相沉积，火山活动不明显；珠江口盆地东部基底以海相和海陆过渡相为主，火山活动较强烈；珠江口盆地西部和琼东南盆地基底以早白垩世陆相火山-沉积为主；北部湾、莺歌海盆地基底以上白垩统陆相红色碎屑岩为主.中生界基底中北东向花岗质火山-侵入杂岩、火山-沉积盆地、褶皱、断裂与华南沿海陆域具有相似的时空分布、地质特征及构造属性，它们属于同一岩浆-沉积-构造体系，反映了晚中生代构造层形成于活动大陆边缘背景中(图 3c).
3.2.2 中央海盆北以中央海盆北缘断裂中东段与华夏古陆相隔，西以中央海盆西缘断裂为界与华夏古陆中的西沙—中沙块体相隔，南以中央海盆南缘断裂为界与南沙地块相隔，东以马尼拉海沟为界与菲律宾岛弧带相隔，总体呈长轴为北东向的三角形(图 3c，图 5).平面上分为三个区，分为中央次海盆、西北次海盆与西南次海盆.中央次海盆磁异常条带走向近E-W，以北纬17°为轴，南北近对称分布.西南次海盆磁条带为C5、C6，形成时代较新.西北次海盆形成于C9、C10、C11、C12，与中央次海盆北翼最北端相当.
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图 5 南海中央海盆区域地质大剖面 Fig. 5 Regional geologic section of the Central Sea Basin in the SCS |
北以中央海盆南缘断裂为界与中央海盆南部相隔，西以越东—万安断裂为界与印支地块相隔，南以武吉米辛断裂为界与锡布增生系相隔，东部以马尼拉海沟为界与菲律宾岛弧带相隔.南沙地块由老至新存在4大构造层：①前二叠纪结晶基底构造层；②二叠纪—侏罗纪弧后(前)盆地沉积构造层；③白垩纪浅海相和滨海相含煤沉积构造层；④白垩纪末—古近纪早期被动大陆边缘沉积构造层.
3.2.4 锡布增生系北以武吉米辛断裂为界与南沙地块相隔，西以越东—万安断裂的南端为界与印支地块相隔，南以卢帕尔断裂为界与巽他地块相隔.锡布增生系具有2个构造层：①中生代晚期为小洋盆相构造层；②在古新世—始新世洋盆俯冲、闭合，形成以拉让群、克拉克群巨厚增生楔为代表的增生系构造层.
3.2.5 巽他地块北以卢帕尔断裂为界与印支地块和锡布增生系相隔，东以基纳巴卢断裂为界，西部及南部延伸出研究区范围.巽他地块由老至新存在3个构造层:①前晚石炭世浅变质岩构造层，分布在古晋带附近；②石炭—二叠纪弧盆沉积构造层; ③中侏罗世—白垩纪岩浆弧盆构造层.
3.2.6 印支地块北以Song Ma缝合带、东以越东—万安断裂为界与华夏古陆相隔，南以卢帕尔断裂西段为界与巽他地块相隔，西部延伸出研究区范围.印支地块由老至新存在5个构造层，即:①前震旦纪结晶基底构造层；②震旦纪—早古生代浅变质岩构造层；③晚古生代浅海碳酸盐、碎屑岩构造层；④早-中三叠世小洋盆相构造层；⑤晚三叠世—白垩纪海相-海陆交互相-陆相构造层.
3.2.7 菲律宾岛弧带位于研究区东部，西部以台东纵谷、马尼拉海沟为界分别与华夏古陆、中央海盆及南沙地块相隔，其东部延伸出研究区外.菲律宾岛弧带存在3个构造层，即:①前石炭世变质岩构造层；②石炭—二叠纪浅变质岩构造层；③中生代有2期(T2-J3；K2)弧盆构造层.
综合上述，根据基底地层及其构造特征把基底分成三种类型，第一种为古老陆块，比如华夏地块、印支地块和巽他地块，从晚元古代以来持续发育；第二种是洋壳，主要形成于渐新世到早中新世，比如中央洋壳区和菲律宾岛弧; 第三种是过渡性地壳，包括增生楔和岛弧，比如锡布增生楔和菲律宾岛弧带.目前的格局是多次构造作用的残留，并不是其原型.
3.3 南海基底岩性特征南海基底岩性特征根据基底深大断裂系统以及基底构造分区可划分为五个主要部分：东北部陆缘中生界沉积岩系基底、西北部古生界变质岩系基底、南部中生界变质岩系基底、东南部沉积岩系基底以及西部陆缘中生界沉积岩系基底.
东北部陆缘中生界沉积岩系基底主要分布于阳江—一统暗沙东断裂以东，中央海盆北缘断裂以北的珠江口盆地，其中以潮汕坳陷中生界沉积岩最发育.
西北部陆缘古生界变质岩系基底主要分布于阳江—一统暗沙东断裂以西，红河断裂以东的珠江口盆地，琼东南盆地以及北部湾盆地，向南可延伸至中央海盆北缘断裂.其中琼东南盆地基底缺失中生界地层，在盆地北部以古生界沉积岩、浅变质岩地层为主，南部基底以元古界的片麻岩地层为主，琼东南盆地北部至海南岛之间主要为古生界的碳酸盐岩和变质砂砾岩.琼东南盆地东部主要为古生界的变质岩，该区向北一直延伸至珠江口盆地西部.北部湾盆地新生代地层下伏古生界，其中盆地北部以晚古生界的灰岩为主，南部以早古生界浅变质岩为主.
南部中生界变质岩系基底主要位于中央海盆南缘断裂以南，巴拉巴克断裂以西，越东—万安断裂以东的南沙地块.曾母盆地、南薇东盆地、北康盆地、文莱—沙巴盆地及九章—安渡北盆地为该类基底.其中曾母盆地基底在坳陷处厚度巨大，现有的地震剖面难以揭示到，部分揭示到的双程走时也十分有限，依据隆起带处的钻井推测其为中生代浅变质岩系基底.南薇西盆地基底岩性一分为二，盆地南部以中生界浅变质岩为主，而北部则以中生界沉积岩为主，东南部沉积岩系基底以巴拉巴克断裂与中生界变质岩系基底为界，主要分布在南沙地块东部的礼乐盆地、南巴拉望盆地以及北巴拉望盆地，以上盆地均以中生界沉积岩系作为基底.九章盆地则以巴拉巴克断裂为界，以北为中生界沉积岩系基底，而南部则以中生界变质岩系为基底.
西部陆缘中生界沉积岩系基底主要分布于南海西部的莺歌海盆地、中建南盆地以及万安盆地.莺歌海盆地主体位于红河断裂(1号断裂)以西，盆地基底埋深巨大，沿1号断裂基底起伏大，坳陷中心基底超过17 km，是印支地块在海域的延伸，推测基底主要以中生界的沉积岩或浅变质岩为主.中建南盆地的基底岩性具有分区性，南部以中生界沉积岩为主，而北部则以早古生界的浅变质岩以及前震旦的片麻岩为主.其中前震旦纪片麻岩为琼东南盆地南部、西沙群岛处的片麻岩的延伸.万安盆地基底以中生界的沉积岩为主.
4 南海构造演化阶段至中生代末，华夏古陆、印支地块、南沙地块拼合成统一的古陆块，巽他地块与南沙地块之间残留着古南海.作为这一汇聚过程不同时代、不同级别的拼贴边界，北部断裂系(F1-2)、西部断裂系(F1-3、F1-4、F1-5)南部断裂系(F1-7)的古老形迹形成，作为构造薄弱带分布在各个陆块之间.
古新世—始新世期间，在近南北向的区域伸展作用下，华夏陆块内部裂陷作用普遍.这些裂陷是由一些NEE向斜列分布的中等尺度的伸展断裂控制，沉降样式以箕状断陷为主.在华夏古陆普遍伸展裂陷的背景下，巽他地块与华夏陆块(含南沙地块)之间的古南海，大陆边缘性质逐渐转化为汇聚特征明显的大陆边缘.
渐新世期间，前述中生代末形成的古构造薄弱带开始剧烈活动.北部断裂系的活动特征表现为大规模区域伸展作用，云开断裂(F1-1)、南澳—海口断裂(F1-2)分别控制形成了北部湾—珠江口盆地珠一坳陷、琼东南—珠江口盆地珠二坳陷—台西南盆地两个沉降带.在沉降轴呈NEE向串珠状断续分布的下部构造层之上，覆盖了巨厚的、连续分布的、沉降轴NE向的渐新统.南海海盆快速打开，北缘断裂带(F1-12)、西缘断裂带(F1-13)、南缘断裂带(F1-14)持续活动，沿中央海盆、西南海盆串珠状海山形成.西部走滑断裂系在调节新南海海盆扩张过程中，发生大规模走滑运动，于古新世—始新世孤立裂陷构造层之上，控制了大规模走滑拉分构造层的形成，使莺歌海盆地、万安盆地快速沉降.南沙地块裂离中西沙地块，逐渐向巽他地块拼贴，古南海快速关闭，南部裂解—增生断裂系沿卢帕尔—武吉米辛—沙巴北缝合带形成锡布增生带.
中新世中期，南海海盆扩张终止，北部断裂系活动性减弱，南海北部坳陷构造层发育；东缘逆冲断裂系开始快速发育，菲律宾岛弧逐渐形成，在南海东部对各个盆地的先存构造层构成强烈的改造作用；西部走滑断裂系走滑方向发生逆转，走滑拉分格局发生变化，造成莺歌海盆地、万安盆地局部反转和新的剧烈沉降区的形成.
4.1 前新生代构造演化-南海地区统一基底的形成由南海及邻区中生代和新生代古纬度数据(表 2)可知，三叠纪期间中朝地块和塔里木地块基本漂移至现今位置.在南海及其邻区，除华夏古陆(华南地块，广州)、印支地块(万象)和滇缅马地块(考科)之外，其他地块此时还未漂移至该地区.早三叠世华夏古陆的古纬度为7.2°N，中三叠世其古纬度变为8.2°N，向北漂移了1°.中三叠世印支地块的古纬度为12°N—13°N，位于华夏古陆北面，由于华夏古陆向北漂移，两个地块逐渐靠拢.此时，滇缅马地块的古纬度为11°N，位于印支地块南面.晚三叠世，华夏古陆向北漂移至27.7°N，印支地块漂移至22°N—28°N，北羌塘地块漂移至22°N，思茅地块漂移至18°N—20.22°N，滇缅马地块漂移至25°N.三叠纪末期，伴随着古特提斯洋盆关闭，位于南海地区的印支地块与华夏古陆碰撞拼接在一起.此时，扬子地块与中朝地块、北羌塘地块与南羌塘地块，思茅地块与滇缅马地块亦碰撞拼贴，位于欧亚大陆北侧的哈萨克斯坦、西伯利亚、塔里木、柴达木、松潘—甘孜、东北中小地块群等拼贴在一起，基本形成了与现今变化不大的欧亚大陆格局.拉萨和西缅甸地块位于中特提斯以南的25.9°S，开始向北漂移(图 6a).
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表 2 南海及邻区中生代和新生代古纬度数据 Table 2 Paleo-latitude data of the Mesozoic and the Cenozoic in the SCS and adjacent areas |
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图 6 南海地区不同时期古陆块再造图 (a)三叠世末(200 Ma).1锡霍特—阿林地块；2南沙地块；3西加里曼丹地块; (b)早白垩世(130 Ma).1南沙地块；2西加里曼丹地块；3东加里曼丹地块；4西苏拉威西地块；5 Paternoster地块；6古南海; (c)渐新世.1南沙地块；2加里曼丹地块；3西苏拉威西地块；4 Paternoster地块；5东爪哇地块；6菲律宾岛弧；7古南海; (d)现今(0 Ma). 1南沙地块；2加里曼丹地块；3西苏拉威西地块；4 Paternoster地块；5东爪哇地块；6菲律宾岛弧；7中央海盆. Fig. 6 Reconstruction of palaeo-blocks in the SCS during different periods (a) Late Triassic (200 Ma).1 the Sikhote Alin block; 2 the Nansha block; 3 the Western Kalimantan block; (b) the Early Cretaceous(130 Ma).1 the Nansha block; 2 the Western Kalimantan block; 3 the Eastern Kalimantan block; 4 the Western Sulawesi block; 5 the Paternoster block; 6 the Ancient South China Sea; (c) the Oligocene. 1 the Nansha block; 2 the Kalimantan block; 3 the Western Sulawesi block; 4 the Paternoster block; 5 the East Java block; 6 the Philippine Island Arc; 7 the Ancient South China Sea; (d) the Present (0 Ma). 1 the Nansha block; 2 the Kalimantan block; 3 the Western Sulawesi block; 4 the Paternoster block; 5 the East Java block; 6 the Philippine Island Arc; 7 the Central Ocean Basin. |
南沙地块缺失三叠纪期间的古地磁数据，而古生物资料往往可以为大地构造研究提供丰富且重要信息.由于放射虫具有明显的纬度分带特征(如暖水型和冷水型)，因此采用放射虫对比来厘定南沙地块三叠纪的古纬度.Yeh(1990, 1992)、Yeh和Cheng(1996)、Cheng(1989)在位于南沙地块的菲律宾卡拉绵群岛(Metcalfe, 2006, 2011)中识别出9个中-晚三叠世放射虫组合带(表 3).9个放射虫组合带与太平洋构造域低纬度暖水型组合带以及特提斯构造域低纬度暖水型组合带表现出十分相似的特征(表 3).因此，推测中-晚三叠世南沙地块应位于古赤道以北的低纬度地区.而其放射虫组合带发育的深海相沉积环境表明三叠纪期间南沙地块未与其他地块发生拼贴(图 6a).
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表 3 南海地区及其相邻的构造域中-晚三叠世放射虫组合带 Table 3 The Middle-Late Triassic radiolaria assemblage zone in the SCS and neighboring tectonic domains |
侏罗纪期间，古纬度数据(表 2)显示华南海及其邻区地块中，华夏古陆、印支地块、滇缅马地块等地块较三叠纪末期碰撞造山后古纬度均变化不大.欧亚大陆整体构造格局亦未发生明显变化.南沙地块(民都洛为其北部15.4°N)位于古赤道以北低纬度地区.侏罗纪期间南海及邻区未发生重大构造事件.
早白垩世，华夏古陆的古纬度为21.7°N，印支地块的古纬度为20°N—26°N，较侏罗纪古纬度未发生明显位移.以加里曼丹地块为代表的东南亚中小地块群向北漂移至古赤道附近(加里曼丹处于古纬度0—1.2°N)，开始向南海地区聚集.该时期南海地区最为显著的构造-岩浆事件为南沙地块与华夏古陆的靠近及碰撞拼贴(图 6b).周蒂等(2006)研究表明珠江口盆地中部及礼乐盆地北部存在中生代动力变质带，呈北西-南东向分布.南沙地块与华夏古陆的碰撞拼贴使南海北部—中西沙—万安盆地—加里曼丹岛西南形成了广泛分布的晚燕山期岩浆岩(周蒂等，2006)，二者之间的俯冲缝合带是太平洋板块向欧亚板块俯冲带的一部分(周蒂等，2005).
因此，基于古地磁古纬度复位的构造演化阶段重建揭示了南海及其邻区在前新生代主要经历了两大重要构造事件，即三叠纪末华夏古陆与印支地块的碰撞拼合，以及早白垩世华夏古陆和南沙地块的碰撞拼合.两期构造事件使南海地区在卢帕尔—武吉米辛—沙巴北缝合带以北形成了一个统一的基底，并结束了前新生代构造演化.
4.2 新生代构造演化-古南海的关闭与新南海的打开南海地区在经历了前新生代的两次地块碰撞拼接并形成了统一基底之后，在巽他地块与南沙地块之间残留的古南海，于新生代初开始汇聚，古南海的萎缩伴随着新南海的打开，形成了具有中央洋壳、大陆坡和大陆架的边缘海构造格局.
4.2.1 古南海的关闭古南海位于北部的华夏古陆、南沙地块以及南部的加里曼丹之间(张功成等，2015b).古南海裂谷带中生代晚期沿着华南地块与加里曼丹之间的古薄弱带伸展，其后经历了陆内裂谷、陆间裂谷等发育阶段并形成洋壳.中生代末古南海地区呈现出“一海两边”的构造格局，其北侧的南沙地块发育海相碎屑沉积，南侧的加里曼丹发育被动大陆边缘沉积，表现出大西洋型特征.
晚始新世—渐新世，随着华夏陆块广泛的裂陷作用后，南沙地块逐步裂离中西沙地块并开始向加里曼丹地块靠拢，古南海开始向南俯冲萎缩，在加里曼丹北部形成了文莱—沙巴前陆盆地.始新世期间结束了消减作用，形成锡布增生系拉让群、克拉克群巨厚增生楔.渐新世—早中新世，南沙地块向南与加里曼丹碰撞，古南海洋壳消失殆尽(Longley，1997)(图 6c).
4.2.2 新南海的打开与扩张始新世以后，欧亚板块与印度板块碰撞拼贴，拼贴作用导致深层软流圈地幔在南北向挤压应力作用之下向其东南方向的南海地区运移(张功成等，2015b).受到太平洋板块阻挡之后，迁移而来的地幔呈地幔柱形式向上侵位，使得西沙—中沙—东沙与南沙地块之间的构造软弱带发生伸展，形成新南海裂谷，该裂谷早期呈现陆内裂谷性质，尚未形成洋壳(Hsu et al., 2004；Cullen et al., 2010).早渐新世，裂谷继续拉张，海相地层开始发育，经历坍陷、海底扩张后形成新南海洋壳(Barckhausen and Roeser, 2004；Hsu et al., 2004；Cullen et al., 2010) (图 6c).新南海主要呈现出南北向扩张，由NNE-E向的洋中脊和NNW-S向的一系列转换断层构成，具有大西洋型特征.海底磁条带研究表明新南海磁条带年龄为32~16.5 Ma(Briais et al., 1993)，指示新南海的扩张阶段主要介于渐新世—早中新世.
伴随新南海的扩张，古南海进一步向南俯冲消减，使早古近纪的拉让群浊积岩向北推覆到南沙地块之上，形成南沙海槽前陆盆地.晚渐新世，加里曼丹岛发生逆时针旋转(Hall, 1996, 2002)，南沙海槽东北段先俯冲结束，从而导致西南巴拉望岛仰冲至原俯冲带之上，为陆壳性质; 而西南段则为古南海残留洋壳.同时，印度大陆与欧亚大陆碰撞后进一步楔入，造成印支地块的南东向逃逸挤出，并产生顺时针旋转，先期存在的古缝合带沿构造薄弱部位重新活动，形成大型的红河韧性剪切带(Tapponnier et al., 1982, 1986；Leloup et al., 1995；Rangin et al., 1995；万玲等，2000；张进江等，2006; Zhu et al., 2009)，菲律宾岛弧沿逆时针方向继续向北运移到古纬度9.3°N左右的位置(图 6c).
中中新世，新南海的南北向扩张开始处于停滞状态，新南海西、北边缘处于快速热沉降状态，中央海盆向大陆架方向沉降作用逐渐减弱，在河流三角洲处形成巨厚沉积(Hsu et al., 2004；Cullen et al., 2010).新南海南部的大陆边缘则表现为挤压作用与三角洲沉积作用共同进行，形成诸如巴兰三角洲的大型三角洲盆地.新南海东部菲律宾弧沿NW走向断裂左行滑动约2000 km，大约20 Ma时到达南海东部，并与澳大利亚板块碰撞造成区域上的挤压(Rangin et al., 1990; Pubellier et al，2003).随后，伴随着印度板块与欧亚大陆碰撞的持续挤压造山，使南海邻区陆内小地块发生了小规模的位移调整以及逃逸，南海南部小地块也经历了旋转漂移的微调，最终形成了现今的边缘海构造格局(张功成等, 2015a, b)(图 6d).
据此，新南海初始裂陷阶段为始新世，主要扩张阶段为渐新世—早中新世，主要萎缩阶段为中中新世—现今.南海地区在新生代经历了古南海的萎缩以及新南海的形成与萎缩两个时空上接踵发生、交叠作用的构造演化过程，形成了具有中央洋壳、大陆坡和大陆架的边缘海构造格局.
5 南海区域构造对油气的控制作用由于古南海封闭、新南海半封闭，及东侧菲律宾岛弧和南部婆罗洲地块向新南海和古南海方向仰冲，南海海域发生强烈沉降，构造沉降与挠曲沉降叠加，形成了中央为新南海、四周为大陆边缘的格局.
5.1 区域构造对盆地带的控制南海周边动力学特征总体上可以概括为“北张南压、东挤西滑”.
南海北部为扩张型被动大陆边缘.晚白垩世晚期-始新世时，在北西向扩张机制控制下，形成NE-NNE向分布的中-新生代断陷盆地.晚渐新世时南海发生南北向扩张，将原来的坳陷和隆起错断、切割，形成多个凹陷和凸起.新近纪—第四纪发生区域沉降，被动大陆边缘形成.在陆架、陆坡和洋盆北缘形成了三个盆地带.
南海南部南缘为聚敛型大陆边缘.其北缘属于被动大陆边缘.晚渐新世一早中新世时，南海中央海盆张开，促使南沙地块向南漂移，与婆罗洲微板块汇聚.中中新世—第四纪，区域挠曲沉降.在汇聚带、南沙地块南北共形成三个盆地带.
南海东部为俯冲型边缘，是典型的沟-弧-盆体系.其西部为马尼拉海沟，中部为菲律宾岛弧带，东部为西菲律宾海盆.
南海西部为走滑型大陆边缘.古近纪，走滑断裂兼有拉张分量形成走滑拉分盆地.新近纪—第四纪区域沉降.在走滑断裂带上，形成西缘盆地带.
上述特点造成南海沉积盆地呈“北三南三、东西两竖”有序规律分布(图 7).南海北部大陆边缘，沿北部湾盆地—珠江口盆地北部坳陷带一线，发育一走向NE的盆地(坳陷)带，与海岸线平行，位于浅水区，该带命名为“南海北缘滨岸陆架盆地带”.在其南侧，沿琼东南盆地—珠江口盆地南部坳陷带—台西南盆地，发育一条与前一盆地带平行的盆地(坳陷)带，该带在长度和宽度上与“南海北缘滨岸陆架盆地(坳陷)带”都要大，处于陆坡区，该带为“南海北部陆坡盆地(坳陷)带”.再向南至深水区和超深水区，还有一个中沙海槽盆地—双峰盆地—尖峰盆地，水深多在300 m以下的深水区，甚至一部分在1500 m以下的超深水区，处在下陆坡与洋壳区，该带命名为“南海北部下陆坡—洋壳盆地带”.
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图 7 南海盆地带分布图 ①南海北缘滨岸陆架盆地带; ②南海北部陆坡盆地(坳陷)带; ③南海北部下陆坡—洋壳盆地带; ④南海南部海盆边缘盆地带; ⑤南海南部陆坡盆地带; ⑥南海南部陆缘盆地带; ⑦莺歌海盆地—中建南盆地—万安盆地—湄公盆地带; ⑧北吕宋海槽盆地和吕宋海槽盆地带. Fig. 7 Distribution of basins in the SCS ① The littoral shelf basin belt of the north margin of the SCS; ② The continental slope basin (depression) belt in the northern SCS; ③ The lower slope-oceanic crust basin belt in the northern SCS; ④ The basin belt in the margin of southern ocean basin of the SCS; ⑤ The slope basin belt of the southern SCS; ⑥ The continental margin basin belt of the southern SCS; ⑦ The Yinggehai-Zhongjiannan-Wan′an-Mekong basin belt; ⑧ The northern Luzon trench and Luzon trench basin belt. |
南海南部边缘，沿曾母盆地—文莱沙巴盆地—南巴拉望盆地，发育一个盆地带，该带靠近大陆，主体位于浅水区，是南海油气资源最丰富的一个带，该带命名为“南海南部陆缘盆地带”.在南海南部向深水区过渡，也明显存在一个盆地带，沿北康盆地—礼乐盆地一线分布，主体位于深水区，该带命名为“南海南部陆坡盆地带”.南海南部靠近洋壳处，也存在一个盆地带，沿康泰盆地—中业盆地一线分布，命名为“南海南部海盆边缘盆地带”.
在南海西部大陆边缘发育有莺歌海盆地—中建南盆地—万安盆地—湄公盆地带，在南海东部边缘发育北吕宋海槽盆地和吕宋海槽盆地带.
5.2 区域构造对成烃地质条件的控制南海北部盆地带从始新世—渐新世发育3套烃源岩，主力烃源岩有迁移特征.南海北缘滨岸陆架盆地带主力烃源岩为始新世湖相烃源岩，Ⅰ-Ⅱ1型干酪根.南海北部陆坡盆地(坳陷)带以发育早渐新世的海陆过渡相煤系烃源岩为主，Ⅱ-Ⅲ型干酪根.南海北部下陆坡—洋壳盆地带发育晚渐新世的海相烃源岩，Ⅲ型干酪根.
南部盆地带从始新世—中新世发育2套烃源岩，南海南部陆坡盆地带中礼乐和北康盆地发育始新世—渐新世的陆源海相烃源岩Ⅱ2-Ⅲ型干酪根.南海南部陆缘盆地带中文莱—沙巴盆地发育中、上中新世的海陆过渡相煤系烃源岩，Ⅱ-Ⅲ型干酪根.
西部盆地带从渐新世—中新世发育3套烃源岩，该盆地带北侧的莺歌海盆地发育中新世陆源海相烃源岩，Ⅱ-Ⅲ型干酪根，中南部万安盆地和湄公盆地发育渐新世的湖相烃源岩，Ⅰ-Ⅱ型干酪根和中新世的海陆过渡相煤系烃源岩(Ⅱ-Ⅲ型干酪根).
东部盆地带盆地形成较新(晚渐新世—第四纪)，烃源岩可能以渐新世以后的海相烃源岩为主.
5.3 区域构造对油气藏的控制目前，南海北部、南部和西部一些盆地已有重大油气发现.
北部和西部盆地带呈下生中储上盖成藏组合特征.烃源岩形成于始新世—渐新世，储集层形成于渐新世—上新世(渐新统上部及中新统砂岩、生物礁)，区域盖层主要是上新统—第四系泥岩.渐新统内部也存在下生上储或自生自储储盖组合.
南部盆地带中的南沙地块上的南海南部陆坡盆地带中礼乐盆地以始新统的自生自储自盖组合为主；北康盆地为下生中储上盖成藏组合特征，始新统—渐新统为烃源岩、渐新统—中新统为主要储集层，上新统—第四纪为区域盖层.该盆地带南侧南海南部海盆边缘盆地带为下生上储和自生自储的成藏组合，远离陆地一侧以下生上储为主，靠南侧陆地一侧以自生自储为主；烃源岩形成于渐新统—中新统海陆过渡相烃源岩，储集层形成于下中新统—上新统，区域盖层形成于上中新统—上新统，主要目的层在中新统—上新统.
6 结论(1) 将南海及其围区基底划分为7个构造单元，分别为华夏古陆、中央海盆、南沙地块、锡布增生系、巽他地块、印支地块与菲律宾岛弧带.
(2) 重建了南海构造演化阶段，结果表明南海中生代发生过两期地块拼合，其一是三叠纪末期印支地块与华夏古陆碰撞拼接在一起；其二是早白垩世南沙地块与华夏古陆碰撞拼贴在一起.两期构造事件使南海地区形成了一个统一的基底.
(3) 南海在新生代发生过古南海的萎缩消亡与新南海的打开扩张两个地质过程.其一是古南海在白垩纪开始裂陷与扩张，渐新世后开始快速萎缩，在中新世消亡；其二是新南海在始新世开始裂陷，在渐新世—早中新世呈南北向海底扩张，中中新世扩张停滞，至现今由于周边板块的挤压开始萎缩，形成了具有中央洋壳、大陆坡和大陆架的边缘海构造格局边缘海格局.南海的大地构造控制了盆地呈“北三南三、东西两竖”分布格局，进而控制了油气富集区.
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