南海位于欧亚板块、太平洋板块和印度—澳大利亚板块的交汇处.自晚中生代以来，南海经历了一系列构造作用，并受到周边构造事件的影响，形成了复杂的构造特征，并发育了众多沉积盆地(Talor and Hayes, 1983; Briais et al., 1993; Li et al., 2014; Trung et al., 2004; 夏少红等, 2014; 孙珍等, 2006; 于传海等, 2017).南海海域油气大规模勘探始于20世纪60年代中期(陈洁等, 2007)，截至目前发现油气田数百个，油气储量和产量主要集中在浅水区，其中南海中南部约占75%，深水区和超深水区油气勘探工作尚处于普查和区域勘探阶段(张功成等, 2013).

目前对南海各盆地资源潜力、分布认识尚待深化，现有资源评价结果与勘探现状不匹配.与浅水区比较，深水区勘探程度低，但经济门槛高，因此基础地质研究显得尤为重要(张功成等, 2016).针对南海各盆地的基础地质问题，我国对南海北部盆地研究程度较高，中南部盆地研究程度较低，油气地质调查工作甚少.但从油气资源分布上看，南海南部的油气资源更为丰富(姚伯初等, 2004b).因此迫切需要对制约南海(特别是中南部地区)的基础地质问题、基本石油地质条件进行研究.

从20世纪90年代开始至今，虽然在资料方面存在诸多困难，但广州海洋地质调查局、中海油研究总院、中国科学院南海海洋研究所等单位对南海中南部沉积盆地的基础地质及石油地质特征开展了大量的研究工作.

诸多学者根据重力、磁力、地震、钻井等地质-地球物理综合资料，对南海中南部甚至整个南海地区的构造演化、构造单元、基底性质、盆地类型等进行划分和研究(刘昭蜀, 2000; 金庆焕和李唐根, 2000; 谢锦龙, 2010; 李三忠等, 2012; 熊莉娟等, 2012; 张功成等, 2015).而在盆地分布方面，周效中等(1993)根据研究区为数不多的地震剖面确定沉积层厚度，并依据沉积层厚度变化划分出南海中南部海域深水区沉积盆地.在此基础上，一些学者进一步根据其他地球物理、地质资料综合分析，研究盆地的形成和构造演化特征(杨木壮和吴进民, 1996; 姚伯初, 1998; 姚永坚等, 2002, 2005).樊开意和钱广华(1998)综合应用岩性、古生物、地震资料，追踪对比标志特征明显、具有年代地层意义的诸多界面，建立了新生代地层系统框架.

关于盆地油气分布特征及勘探潜力方面的研究相对较多.赵长煜等(2014)和冯常茂等(2015)对盆地及烃源岩热演化进行模拟，分析基底热流的变化过程及烃源岩热演化特征.姚伯初和刘振湖(2006)对烃源岩发育的时代、岩性、沉积相带、地球化学特征等进行研究，张功成等(2016)对烃源岩发育及分布的控制因素进行分析.众多学者综合构造演化、各区域构造单元性质及盆地构造类型、沉积岩类型与分布、盆地热演化以及烃源岩特征等，研究和总结各盆地油气分布特征及勘探潜力(周效中等, 1993; 姚伯初等, 2004b; 刘振湖, 2005; 吴炳伟等, 2007; 张功成等, 2013; 杨明慧等, 2015, 2017; 邓运华, 2016).

事实上，受地质-地球物理资料的限制，我国对南海中南部地区油气地质综合研究程度普遍较低.中南部地区盆地究竟如何分布，前人认识各不相同.现有盆地构造区划方案多、盆地之间关系不明确，有些盆地(南薇东、九章)可能没达到盆地级别，一些盆地外围可能存在凹陷.盆地构造区划不清楚，严重制约着油气资源评价及勘探工作的顺利开展.

南海中南部地区地震、钻井等资料少，可依据其他地球物理资料来完成盆地分布及构造区划研究.地球物理资料中，重、磁资料具有数据易获取、覆盖面积广、横向分辨力强的优势，在南海部分区域盆地分布与构造区划等研究已得到了成功的应用(陈雪等, 1997; 林珍, 2003; 王万银等, 2013).本文在充分认识前人对南海盆地展布及构造单元研究成果的基础上，利用地震剖面等数据作为约束，以重力资料为主、辅以磁力资料，通过重、磁、震资料联合解释，重新划分了南海(特别是中南部地区)新生代盆地展布及其内部构造单元.

本文研究范围为：105°E—122°E，2°N—24°N.研究中使用的地形数据和重力数据均来自全球卫星重力异常数据库(Sandwell and Smith, 2009; Sandwell et al., 2013; Sandwell et al., 2014)，数据网格间距为2′×2′(图 1、图 2).磁力数据主体来自CCOP(东亚东南亚地学计划协调委员会)数据，网格间距为2 km×2 km.磁力异常在局部区域存在空白区，利用世界磁异常数据EMAG2(Maus et al., 2009)补充(图 3，其中黑色虚线为EMAG2数据范围).研究中共使用了地震剖面163条(图 1中紫色实线).

图 1

Fig. 1

图 1 南海及邻区海底地形图 盆地边界(蓝色实线)来自于张功成等(2013)，下同；紫色实线为地震剖面位置. Fig. 1 Topography in SCS and its adjacent region The boundaries (blue solid lines) are from Zhang et al. (2013), the same below. The purple solid lines locate the seismic profiles.

图 2

Fig. 2

图 2 南海及邻区卫星测高重力异常图 Fig. 2 The satellite altimetry gravity anomaly in SCS and its adjacent region

图 3

Fig. 3

图 3 南海及邻区磁力ΔT异常图 Fig. 3 The magnetic ΔT anomaly in SCS and its adjacent region

本文遵循刘光鼎(1992)提出的“由已知到未知、多次反馈”的原则，以岩石物性为地球物理解释依据，以地震剖面数据作为约束，提取新生界厚度引起的重力异常并进行新生界厚度反演，以此为主要依据并结合重磁场特征，划分南海新生代盆地分布及其内部构造单元，具体流程见图 4所示.

图 4

Fig. 4

图 4 南海盆地分布研究技术路线图 Fig. 4 The technique processes for basin distribution research in SCS

岩石物性是地球物理数据处理及解释的基础.本文通过对研究区已有岩石物性研究成果(Qiu et al., 2001; Yan et al., 2001; 江为为等, 2003; 郝天珧等, 2004; 姚伯初和万玲等, 2006; 胡卫剑等, 2011; 郎元强等, 2011; 鲁宝亮等, 2011)整理和归纳，总结出研究区岩石密度和磁性特征如下：

研究区存在几个明显的密度层：水层1.03×10³ kg·m^-3，新近系2.20×10³ kg·m^-3，古近系2.50×10³ kg·m^-3，中生界2.60×10³ kg·m^-3，地壳2.67×10³ kg·m^-3和地幔3.30×10³ kg·m^-3.

研究区岩石和地层磁性总体特征为：各时代沉积岩均无磁性；各时代变质岩一般无磁性或具有弱磁性，只有前寒武纪结晶基底变质岩中的变质砂岩、板岩、片岩、片麻岩具有较强的磁性；各时代火山岩的磁性不一样，新生代火山岩均具有较强磁性，中生代的火山岩磁性相对弱一些；而在侵入岩中，超基性岩(橄榄岩)和基性岩(辉长岩)均具有较强磁性，酸性岩(花岗岩)无磁性或具有弱磁性.

南海及邻区卫星测高重力异常(图 2)变化范围在-200×10^-5~260×10^-5 m·s^-2之间(海陆过渡带及陆岛区精度较低).总体而言，南海北部及西部整体表现为重力低；向南东方向重力异常逐渐增大，在南海南缘、苏禄海、苏拉威西海一带表现为重力高的特征.浅水区重力异常变化较为平缓，而深水区重力异常变化较大，受岛礁的影响，局部异常变化较大.此外，南海及邻区卫星测高重力异常走向不同，北部陆缘区整体表现为北东东向、南部陆缘区及南沙地区以北东向为主，而西部和东部边缘表现为近南北向.

海域卫星测高重力异常是海平面以下所有地质体密度不均匀的综合反映，因此用其解释盆地特征时，需消除海水的重力影响.本文选用统一的中间层密度进行计算，海水密度取1.03×10³ kg·m^-3，其下新生界平均密度取2.30×10³ kg·m^-3，利用双界面模型重力场快速正演方法(王万银和潘作枢, 1993)计算海水的重力影响值并从卫星测高重力异常中消除，得到布格重力异常如图 5所示.

图 5

Fig. 5

图 5 南海及邻区布格重力异常图 Fig. 5 The Bouguer gravity anomaly in SCS and its adjacent region

南海及邻区布格重力异常变化范围在-80×10^-5~300×10^-5 m·s^-2之间，最为明显的特征是随着水深的增大而增大，与海底地形呈明显的镜像关系(图 1、图 5).南海北部浅水区和中南半岛以南区域为重力低，而南海海盆及其周围深水区、苏禄海、苏拉威西海均为重力高，南沙地区表现为中等重力异常，局部异常起伏变化较大.与卫星测高重力异常相比，布格重力异常由于消除了海水的重力影响，其与地壳结构对应更好.布格重力异常由陆缘向海盆区重力增大的特征与研究区莫霍面由陆缘向海盆区逐渐变浅(秦静欣等, 2011)的趋势一致.

研究区磁力ΔT异常(图 3)变化范围在-900~830 nT之间.南海西北缘及南部曾母盆地、文莱沙巴盆地一带表现为平静的低磁异常，而南海东北缘及东南缘为高磁异常区，洋壳区表现为高低相间的磁条带.在低纬度地区受斜磁化的影响，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).本次采用频率域变磁化方向的低纬度化极技术(张培琴和赵群友, 1996)，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，其结果见图 6.

图 6

Fig. 6

图 6 南海及邻区化极磁力异常图 Fig. 6 The magnetic anomaly reduced to the pole in SCS and its adjacent region

南海及邻区化极磁力异常(图 6)变化范围在-590~770 nT之间.总体来看，化极磁力异常呈南高北低的特征，与磁力ΔT异常相比，化极磁力异常分区性更为明显.南海北部陆缘大部分地区为宽缓的低磁异常，而研究区西南部纳土纳盆地一带、南沙地块及其以南区域为高磁异常.海盆内存在两组不同走向、特征明显的磁条带，其中中央海盆磁条带以EW向为主，西南次海盆的磁条带呈NE向.海盆内磁条带的不同特征可能反映了南海经历了两次扩张.此外，在南海东北部，从台湾西部向SW方向穿过珠江口盆地东沙隆起至琼东南盆地与中沙海槽盆地中部及中建南盆地北西侧存在一明显的磁力高异常带，表明此区岩浆活动剧烈，其中东北部高磁异常带可能是由中生代太平洋板块向华南陆块俯冲产生的火成岩引起的(周蒂等, 2006).

新生界厚度反演的关键之一是提取新生界厚度变化引起的重力异常.本文采用最小曲率位场分离方法(纪晓琳等, 2015)从布格重力异常中提取出新生界厚度引起的重力异常(图 7).为确定重力异常提取的准确性，本文在提取时选用不同参数进行多次试算，将每次试算结果与地震剖面进行对比，计算其相关系数，用相关系数最大的参数来提取新生界厚度引起的重力异常.本文共对比了27条剖面，这里仅展示其中的一条，地震剖面(张功成等, 2016)位置如图 7中红色实线所示，剖面对比结果见图 8.

图 7

Fig. 7

图 7 南海及邻区剩余重力异常图 红色实线为图 8中地震剖面的位置 Fig. 7 The residual gravity anomaly in SCS and its adjacent region The red solid line locates the profile showed in Fig. 8.

图 8

Fig. 8

图 8 利用最小曲率位场分离方法提取的新生界重力异常(a)与地震剖面对比图(b) 剖面位置如图 7中红色实线所示，地震剖面来自张功成等(2016). Fig. 8 Comparison between the residual gravity anomaly (a) in Fig. 7 and the seismic profiles (b) The red solid line in Fig. 7 locates the position of the seismic profile from Zhang et al. (2016).

图 8显示出新生界重力异常的相对高低变化与新生界底界面起伏基本一致，可见，利用最小曲率位场分离方法提取的剩余重力异常能够反映新生界底界面深度的变化，可用之进行新生界深度(厚度)的反演.

对于图 7所示的剩余重力异常，利用图 1中的部分地震剖面解释的新生界底界面深度为约束，采用双界面模型重力场快速反演方法(王万银和潘作枢, 1993)得到南海及邻区新生界底界面深度，并结合海底地形(图 1)得到新生界厚度(图 9).

图 9

Fig. 9

图 9 南海及邻区新生界厚度图 Fig. 9 Thickness of Cenozoic in SCS and its adjacent region

南海及邻区新生界厚度具有明显的分区特征.洋壳区新生界厚度最薄，平均厚度不到1 km.研究区另一个新生界厚度较小的区域为南沙地区，该区新生界最大厚度不超过4 km，新生界厚度小于2 km的区域多为岛礁区.此外该区新生界厚度变化复杂，规律性不明显，这亦是岛礁的影响造成的.研究区西南区域新生界厚度也较小，厚度小于2 km的区域具有一定规模，但该区新生界厚度规律较为明显，可反映盆地及其隆坳特征.研究区新生界最大厚度超过16 km，位于莺歌海盆地和曾母盆地.研究区其他区域新生界厚度具有明显的规律.北部陆缘区新生界呈NEE向薄厚相间的特征，较厚的区域超过6 km.研究区西部新生界厚度较大，并且整体呈近SN向展布，大部分区域新生界厚度超过4 km，且有几处区域新生界厚度超过了10 km.南沙海槽、文莱沙巴盆地一带新生界厚度也较大，最厚之处可达10 km，绝大部分区域新生界厚度大于4 km，且明显呈NE向展布.研究区东部新生界厚度较大的区域呈SN向展布，并且其宽度非常窄，此为俯冲带的反映.

从图 9可以看出，大部分盆地分布与新生界厚度特征较吻合，但仍有一些盆地范围与新生界厚度不一致，主要集中在南海中南部地区.例如万安盆地与南薇西盆地中间的区域，其在原盆地分布图中属于盆地外围，但重力异常和新生界厚度反演结果显示这一区域有较厚的新生界.

关于盆地和构造单元划分方面，一些学者给出了不同的划分标准(王步清等, 2009; 周心怀等, 2010; 李曰俊等, 2012).在南海盆地和构造单元划分方面，诸多学者也给出了一些依据，包括断裂、沉积层厚度、地质构造特征、基底相对起伏、构造沉积特征和基底性质.而在利用沉积层厚度作为划分盆地的依据时，不同学者参考的标准不同，如姚伯初等(2004a)以2 km新生代沉积等值线为依据，划分了南海南部的新生代沉积盆地；张智武等(2005)以新生界2 km或下第三系1 km为界，在南海中南部地区划分出12个沉积盆地.利用新生界厚度作为依据划分盆地内部一级构造单元方面，高红芳(2005)以3 km为标准划分了礼乐盆地的隆起和坳陷，而刘振湖(2005)划分的西北坳陷和东部坳陷中，亦存在新生界厚度小于3 km甚至2 km的区域.另外，彭学超和陈玲(1995)划分万安盆地构造单元时，将沉积厚度小于5 km的二级正向构造单元划分为隆起.可见沉积层厚度作为盆地边界及其内部构造单元划分是一个重要参数，但没有一个明确的值作为划分依据.

参照前人划分盆地及其构造单元的依据，并结合南海盆地具体特征，本文在划分盆地边界时，主要以2 km(深水区1 km)的新生界厚度等值线为主，但同时考虑厚度变化趋势、断裂特征以及重、磁异常特征.盆地内部构造单元划分以基底相对起伏状态为主要依据，并参考断裂走向及趋势线和基底性质.为突出基底相对起伏状态，本文计算了新生界厚度相对变化，如图 10所示.当断裂走向及趋势线、新生界厚度与基底相对起伏状态一致时，可选用断裂或新生界厚度等值线为构造单元边界；当断裂走向及趋势线、新生界厚度与基底相对起伏状态不一致时，构造单元划分应符合基底起伏状态.

图 10

Fig. 10

图 10 南海及邻区新生界厚度相对变化图 Fig. 10 The relative thickness of Cenozoic in SCS and its adjacent region

根据盆地划分依据，将南海及邻区36个沉积盆地(图 11中红色实线)重新划分为24个沉积盆地(图 11、12)，盆地面积扩大了约15万km².南海盆地类型与南海总体动力学特征密切相关，南海周边存在复杂的动力学特征，决定了南海发育各种类型的盆地(李三忠等, 2012; 张功成等, 2013).

图 11

Fig. 11

图 11 南海及邻区新生代沉积盆地分布图 图中红色虚线为张功成等(2013)盆地边界. Fig. 11 The distribution of deduced Cenozoic sedimentary basins in SCS and its adjacent area The red dashed lines are the boundaries of basins in Zhang et al. (2013).

图 12

Fig. 12

图 12 南海及邻区新生代沉积盆地分布及新生界厚度图 Fig. 12 The distribution of deduced Cenozoic sedimentary basins and the thickness of Cenozoic

南海北部发育非典型被动大陆边缘裂陷盆地，包括珠江口盆地、琼东南盆地、北部湾盆地、台西南盆地、双峰盆地、尖峰盆地.这些盆地的共同特征是走向相同或相近(以NEE向为主)、隆坳相间、分隔性强.根据盆地类型以及油气地质特征，南海北部盆地带划分为3个NEE向含油气盆地带，其形成时间具有北早南晚的特征(张功成等, 2013).北Ⅰ带包括北部湾盆地、珠江口盆地北部坳陷带和台西盆地，北Ⅱ带包括琼东南盆地、珠江口盆地珠二坳陷和台西南盆地，北Ⅲ带包括深水区的中沙海槽盆地、双峰盆地、尖峰盆地和笔架南盆地.

南海南部发育挤压盆地，其中曾母盆地属于前陆盆地，文莱沙巴盆地属于弧前盆地.这些盆地的共同特征是盆地结构明显不对称，南部发育不对称褶皱和逆冲断层，北部发育正断层.根据盆地类型以及盆地走向，南海南部盆地带划分为3个NE向挤压盆地带和一个三角区.南Ⅰ带为南薇盆地，南Ⅱ带包括北康盆地和礼乐盆地，南Ⅲ带包括南沙海槽盆地、文莱沙巴盆地和巴拉望盆地.曾母盆地处于三角区.

南海西部发育走滑拉分盆地，包括莺歌海盆地、中建南盆地、湄公盆地、纳土纳盆地、马来盆地.万安盆地也近似于走滑拉分盆地，亦有学者认为其为具有走滑性质的大陆边缘裂陷盆地(陈强和金庆焕, 2017).这些盆地的共同特征是盆地呈狭长状，分隔性不明显，组成了1个南北向走滑拉分盆地带.

南海东部发育挤压盆地，包括北吕宋海槽盆地、南吕宋海槽盆地，组成了一个南北向的挤压盆地带.这些盆地的共同特征是形成洋陆俯冲的沟-弧-盆体系，盆地形态在平面上呈狭长状，剖面上为“V”字形，盆地沉积中心偏于一侧.

综上所述，南海盆地展布方向主要为NE和NEE向，其次为近SN向和NW向，呈现“南三北三”的特征，具体分为6个NEE/NE向沉积坳陷带、2个近SN向沉积坳陷带以及1个三角沉积坳陷区.

新划分的24个盆地中，除马来盆地、北吕宋海槽盆地和南吕宋海槽盆地外，均划分了二级构造单元(图 13、14).受南海周边复杂的动力学背景影响，盆地二级构造单元走向呈一定的分区性.

图 13

Fig. 13

图 13 南海及邻区新生代沉积盆地分布及内部构造单元划分图 Fig. 13 The distribution of deduced Cenozoic sedimentary basins and their internal tectonic units in SCS and its adjacent area

图 14

Fig. 14

图 14 南海及邻区沉积盆地内部构造单元与新生界厚度相对变化图 Fig. 14 The distribution of deduced Cenozoic sedimentary basins and their internal tectonic units and the relative thickness of Cenozoic in SCS and its adjacent area

南海北部盆地构造单元走向基本为NEE向，主要构造特征为“南北分带、东西分块”(李文勇和李东旭, 2006)，李三忠等(2012)则认为棋盘式隆坳相间为南海北部主要构造特征之一.盆地内部隆起区与坳陷区相间分布，自北向南呈NNE向带状延伸，如珠江口盆地珠一坳陷-珠三坳陷、番禺隆起、珠二坳陷，琼东南盆地的北部坳陷、中部隆起、中央坳陷.

南海南部盆地内部构造单元以NE、NEE向为主，如南薇西盆地、北康盆地等，呈现“南北分带、东西分段”的构造特征(张功成等, 2013).本文对南海南部盆地及其内部构造单元划分与已有方案区别较大，如将北康盆地原构造单元(王宏斌等, 2001)中的西部坳陷、中部隆起和东南坳陷合并为西部坳陷，而将北部隆起和东部隆起合并为东部隆起，使得北康盆地呈西坳东隆的构造特征.

南海西部盆地内部构造单元走向上可分为两段，北段莺歌海盆地为NW向；南段中建南盆地、万安盆地、湄公盆地和纳土纳盆地走向为NE向.地震剖面显示万安盆地东部外围亦具有较厚的沉积层(图 8)，本文在综合分析构造特征、沉积层厚度及重、磁、震资料后，将南薇盆地的西部边界向西移动，更靠近万安盆地，这一划分将原区划中属于盆地外围的部分划分到了南薇盆地之中，与地震剖面解释结果更为吻合.

邱燕等(2005)将曾母盆地划分为8个次级构造单元，而盆地南部以隆起或凸起为主，北部以坳陷或凹陷为主，因此本文将曾母盆地划分为2个NW向二级构造单元，整体呈北坳南隆的构造特征.

本文以地震剖面等数据作为约束，以重力资料为主，辅以磁力资料，通过新生界厚度反演及地球物理综合解释，重新划分了南海新生代盆地分布及其内部构造单元.将划分结果与区内多条地震剖面进行对比，证实了盆地及其构造单元划分的可靠性.

新生界厚度反演结果表明，研究区大部分区域新生界厚度均小于4 km，而大于4 km的区域主要分布在北部陆缘区部分坳陷内、西部莺歌海盆地、中部中建南盆地和南部万安盆地内局部区域、曾母盆地和南沙海槽盆地及文莱沙巴盆地以及东部马尼拉海沟地区.

南海盆地展布方向主要为NE和NEE向，其次为近SN向和NW向，呈现“南三北三”的特征，具体分为6个NEE/NE向沉积坳陷带、2个近SN向沉积坳陷带以及1个三角沉积坳陷区.受南海及周边动力学影响，二级构造单元的走向亦呈现一定的分区特征.

南海南部的文莱沙巴盆地与曾母盆地的东巴林坚坳陷(邱燕等, 2005)的走向均为NE向，反演的新生界厚度显示此二者为一体，中间无明显界限.另外，此二者亦具有相同的重、磁场特征.然而，以往的构造划分中以廷贾断裂将二者分开(熊莉娟, 2012).这两个盆地(或构造单元)之间有何关系？其是否在某一演化阶段属于同一构造单元？这些问题在本文中并未进行探讨，将来需要进一步深入研究.