南极半岛是南极洲构造演化最为复杂的区域，中生代冈瓦纳大陆的裂离和中生代-新生代期间太平洋板块向南极半岛的俯冲消减共同塑造了该区丰富的地质结构.围绕南极半岛发育了一系列的与板块俯冲相关的边缘海盆地，包括其东侧的威德尔海(Weddell Sea)、鲍威尔盆地(Powell Basin)、简盆地(Jane Basin)、北侧的德雷克海峡(Drake Passage)和斯科舍海盆地(Scotia Sea)，西侧的南设得兰盆地(South Shetl and Basin)和卡马拉盆地(Camera Basin)等.这些盆地既有弧前盆地，也有弧后盆地，既有与弧后拉张相关，也有与走滑拉张作用相关，它们与南极半岛区的俯冲带，岩浆弧一起组成了复杂的沟弧盆体系，汇聚了挤压、走滑和拉张等多种构造地质现象.该区不仅是研究中生代冈瓦纳裂解、板块俯冲碰撞、以及弧后盆地形成的天然地质实验室，也是研究新生代以来冰川运动，洋流以及气候变化的关键场所，对板块运动和大陆边缘动力学的研究具有很好的科学意义.

本次研究所涉及的鲍威尔盆地是位于南极半岛的东北端靠近南极洲一侧的小洋盆，其东西分别为南奥克尼微地块(South Orkney Microcontinent)和南极半岛所夹持.北侧为南斯科舍洋脊(South Scotia Ridge)的一部分，再往北为分隔了南极洲和南美洲的斯科舍海(Scotia Sea)，而南侧由一系列的地形高地与威德尔海相隔.鲍威尔盆地的构造演化不仅与南美洲相对于南极洲NW55°的板块运动相关，也与太平洋板块向南极半岛的俯冲消减相关，是研究该区构造演化的一个关键点，因此自上世纪90年代以来包括俄罗斯、日本、意大利、韩国等多个国家进行了一系列的地球物理调查工作，同时针对鲍威尔盆地的地壳结构(King et al., 1997)、沉积特征与发育过程(Viseras and Maldonado， 1999)、沉积物波与洋流活动(Howe et al., 1998)、构造演化和拉张史(King and Barker， 1988; Coren et al., 1997; Eagles and Livermore， 2002; 杨永等，2013)等方面进行了大量的研究，极大地促进了对鲍威尔盆地地质演化、沉积过程、古气候和古海洋等方面的认识.本文通过对在鲍威尔盆地及邻区收集的包括重力、磁力和多道地震数据进行解释和分析，并结合ODP钻探资料和前人工作对该区的地层结构和沉积特征进行研究，包括分析地层单元的地震反射特征、层序界面、断层和特殊沉积体的识别，探讨其构造变形和沉积特征，进而对其构造演化及沉积的控制因素进行研究.

1 区域地质背景

鲍威尔盆地大致位于50°W、62°S左右，面积约为5万平方公里，四周均为陆块围限，除了东南端通过海底高地与简盆地及威德尔海的洋壳相接.盆地内海床均为负地形，水深在3000~3600 m之间(图 1).其所处的南极半岛属于南极洲大陆的西南极，是冈瓦纳大陆南端最大的陆块，现今的南极半岛是中生代-新生代陆缘岩浆岛弧的残留物，由于其强烈发育了岩浆岛弧、增生混杂体以及弧前和弧后构造，南极半岛一直被认为是南美洲安第斯型大陆弧的延伸，后者与太平洋板块在中生代-新生代期间向南冈瓦纳板块俯冲相关(陈廷愚等，2008；姜卫平等，2009).随着板块的俯冲，洋脊也随着向东南移动，直到洋脊与海沟碰撞，俯冲才停止，并在南极半岛的弧前和弧后形成了一系列的拉张盆地(Barker，1982).鲍威尔盆地西侧的南极半岛的基底包括太古代及元古代的变质岩及中生代-新生代的岩浆岩，东侧的南奥克尼微地块根据ODP 696钻井表明基底为中生代-早第三纪的变质岩加岩浆岩基底(Barker et al., 1988).

图 1

Fig. 1

图 1 鲍威尔盆地及邻区地貌特征及主要构造单元图. 红色实线为文中所展示的地震剖面的位置， 黑色圆点为ODP钻井位置.左图红色方框为研究区在南极洲的位置 Fig. 1 Morphological features and major tectonic units in the Powell Basin and adjacent area. Red lines show the locations of seismic profiles used in this study. Black dots are the ODP drilling sites. Red square is the locations of study area in Antarctic

自由空间重力异常图显示鲍威尔盆地的中部为正重力异常，最大可达到45 mGal，在盆地中部高重力异常区有一较明显的低值重力异常带，在20 mGal左右，大致呈NW-NWW向展布，在该带的两侧重力异常大致对称分布，可能标示了残留的扩张脊(图 2a).盆地周源重力异常值较低，南侧的重力异常值更低，大约在10 mGal左右，大致与洋陆过渡带位置相当.在盆地中重力异常普遍较高，在20~40 mGal之间，比一般洋盆要高.这种情况与邻近的斯科舍海相似，后者形成于弧后扩张的环境.

图 2

Fig. 2

图 2 鲍威尔盆地及邻区地球物理场特征 (a)自由空间重力异常图；(b)磁力异常图. Fig. 2 Geophysical maps of the Powell Basin and adjacent area (a)Free-air gravity anomaly map;(b)Magnetic anomaly map.

鲍威尔盆地的磁力异常振幅较小，条带状特征不明显，峰值的幅度在40 nT左右(图 2b).与之相对比斯科舍海的峰值振幅在200 nT左右.这种磁异常条带不是很明显的特征在其他地方也有观察到，比如加利福尼亚湾(Langenheim and Jachens， 2003)，智利海沟(Cande et al., 1987)，以及南极半岛滨海(Larter and Barker， 1991).这些地方共同的特征是洋壳形成过程中有很高的沉积速率.Levi和Riddihough(1986)认为这种相对弱化的磁异常条带可能与沉积扩张中心之下的大洋玄武岩普遍的热流变化相关.厚度较大的沉积层形成了一个封闭的热流系统，阻止了流体向较冷海水的扩散.这些被封存的热流导致氧化铁的滤出，减低了磁异常条带的幅度.沿着太平洋一侧的主动陆缘存在一条高值磁力异常条带，成为太平洋陆缘条带，宽度可达100 km，峰值可超过1000 nT，代表了中生代岛弧深成岩体.该磁异常带与南极半岛的镁铁质露头区位置高度吻合.类似的高值异常条带在南设得兰群岛，南斯科舍脊南部和南奥克尼微地块同样存在.

由于缺乏盆地的钻井数据，目前对鲍威尔盆地扩张时代的认识主要基于地球物理数据的分析.King和Barker(1988)根据经过沉积校正的洋壳深度推断鲍威尔盆地形成的最早时代为29Ma.Lawyer等(1994)根据热流数据认为形成时代在早渐新世-晚始新世之间(32~38 Ma).Eagles和Livermore(2002)通过对磁异常条带的精细解译和反演表明鲍威尔盆地为慢速拉张，时期在29.7~21.8 Ma之间.虽然时代上略有差异，鲍威尔盆地的拉张时代基本可以判定在早渐新世末期-早中新世，而且海盆活动时间不长.

2 数据来源及方法

本次研究所使用的多道地震数据收集自南极地震数据资料系统(Antarctic Seismic Data Library System，http://sdls.ogs.trieste.it)，共收集鲍威尔盆地及邻近海区19条地震剖面.地震数据的采集部门包括1990，1991和1995年意大利海洋与地球科学研究所(OGS，Italy)采集的IT系列地震剖面9条，俄罗斯极地海洋调查局(Polar Marine Geosurvey Expedition，Russia)RAE系列4条，日本国家石油公司(Japan National Oil Corporation)TH系列3条，韩国海洋研究与发展研究所(KORDI，Korea)KSL系列地震剖面3条(图 1展示了文中所用部分测线，其余测线用于构造图的编绘，未全部展示).数据包括导航数据及叠加或者偏移数据，目前已收集到的数据均已导入L and mark的Discovery地震数据解释软件中.

在研究区可以收集到的钻井资料主要为位于南奥克尼地块的ODP 695、696和697钻井(Barker et al., 1988)，海盆区没有钻井，因此地震剖面解释中层位的标定在参考钻井资料的基础上，主要根据地震反射特征进行划分，包括强振幅、侧向连续的反射界面，在陆缘处表现为不整合面，而在海盆处可能表现为整合或者似整合的特征.这些层序界面也可能是沉积相变化的界面.同时根据盆地的磁异常条带的识别、区域构造事件对层序界面进行了校正.同时参考了前人对地层的解释以及年代标定工作(King and Barker， 1988; King et al., 1997; Coren et al., 1997; Howe et al., 1998; Viseras and Maldonado， 1999; Eagles and Livermore， 2002).

3 地震反射特征及地层单元划分

通过对鲍威尔盆地及邻区构造地质背景、钻井资料、磁异常条带划分等资料的研究，本文将研究区的地层划分为5套，包括：裂前沉积、裂谷期沉积、漂移期沉积、后漂移期沉积1、后漂移期沉积2(图 3b).其中后漂移期沉积1和2为海底扩张结束后覆盖海盆的地层单元.不同的地层单元代表了不同的构造与沉积事件，具有不同的反射特征、地质时代和内部结构.不同地层单元典型的地震反射特征见图 4.以下将按照由老到新对各地层单元的地震反射特征及沉积特征进行详述.

图 3

Fig. 3

图 3 研究区地层时代、岩性及沉积环境 (a)南奥克尼微地块ODP 696钻井；(b)鲍威尔盆地区. Fig. 3 Seismic stratigraphy，lithology and sedimentary environments in the study area (a)ODP 696 in the South Orkney microcontinent;(b)Powell basin.

图 4

Fig. 4

图 4 典型地震反射特征 Fig. 4 Typical seismic reflection features

该套沉积在陆缘和洋陆过渡带区，为南极半岛发生裂离前的沉积，在大部分区域反射不是很清晰，很难识别，在部分区域可看到亚平行、强振幅反射，局部内部有不整合面.顶部有消截，为一明显的不整合面，表现为强振幅的连续反射.根据ODP 696钻井表明在陆缘区基底为中生代-早第三纪的变质岩加岩浆岩基底(图 3a)，与东部南极半岛陆缘基底类似，该沉积已被陆上野外露头所证实(Rodriguez-Fern and ez et al., 1997).在海盆区为新生洋壳，表现为嘈杂相的岩浆岩反射特征，顶界为连续强振幅的反射相位.

3.2 裂谷期沉积(~40~29.7 Ma)

裂谷期沉积主要在陆坡区旋转断块和陆坡坡脚处，由于这些地方相互隔离，沉积并不连续，因此很难建立连续的沉积格架.在陆坡区沉积厚度最大，可达1.4 km.陆坡向着海盆，该沉积迅速减薄，形成楔状结构.在构造变形较弱的区域，比如西部陆缘，该沉积超覆在基底上，不受断层的控制.而在构造变形强烈的区域，比如东部陆缘，该套沉积充填了强烈拉张作用形成的半地堑，表现为嘈杂相，局部为半连续、中-强振幅，其顶部为不整合面，整个区域均可以识别.其下地层发生强烈消截.裂谷期沉积的时代为晚始新世-晚渐新世，并得到钻井资料的证实.

鲍威尔盆地裂谷层序的具体岩性特征现在还没有钻井或露头揭示，距离盆地最近、最具有对比意义的钻井为ODP 696(图 3a).据钻井样品的磁性地层和古生物分析结果，鲍威尔盆地的裂谷层序在时代上大体与ODP 696钻孔中的VIID层序对应(Barker et al., 1988).钻井钻遇的该套层序厚度为38.7 m，地层年龄大体为始新世至早渐新世.该套层序的岩性为暗绿灰色砂质泥岩，其次为暗绿灰色粘土质泥岩.另有数层钙质胶结砂质泥岩出现在层序底部，以及少量暗绿灰色含海绿石砂质泥岩出现在层序顶部.根据ODP 696钻井揭示的岩性特征，以及地震反射特征，我们认为鲍威尔盆地裂谷期主要为冲积、河流、湖泊相的砂纸泥岩、粉砂质泥，夹酸性侵入岩和火山岩(图 3b).

3.3 漂移期沉积(29.7 Ma~21.8 Ma)

该期沉积在海盆区基本未发生变形，分布不受断层控制，连续性中-好，中-低频，中-强振幅，局部呈半透明状.在盆地的西部边缘的陆坡坡脚处厚度最大，1.1 km左右，该套沉积可一直向海盆延续130 km，超覆在洋脊两侧斜坡上.在靠近南极半岛的西部陆缘，主要表现为嘈杂相席状披覆沉积，嘈杂相的沉积主要出现在陆坡坡脚处，可能与浊流沉积相关，表现为水道-河岸堤的沉积体系.在靠近南奥克尼微地块的西部陆缘，在洋陆过渡带区该套沉积受到断层的控制，并充填了规模较小的地堑-半地堑，地震反射特征表现为连续性中等、中-低振幅.根据磁异常条带识别确定的海盆扩张时代，漂移期沉积开始于早渐新世的末期，并一直持续到早中新世.

ODP 696钻孔所揭示的与鲍威尔盆地洋壳扩张构造层序同时期的主要是海相沉积物，钻孔钻遇共58 m，包括了VIIC和VIIB两个分层(图 3a).其中VIIC上段主要岩性为暗绿灰色至极暗绿灰色和绿灰色砂质泥岩及粉砂质泥岩，底部为钙质胶结的极暗灰色砂质泥岩.VIIB主要为暗绿灰色至纯黑色粘土岩和粘土质泥岩.根据ODP 696钻井揭示的岩性特征，以及地震反射特征，我们认为鲍威尔盆地漂移期沉积在盆地中部为火山岩及海相沉积层序，在盆地的西缘陆坡区为河流、三角洲相泥岩，泥质粉砂岩，并有大量的浊积岩和滑塌沉积(图 3b).

3.4 后漂移期沉积-1(21.8~5 Ma)

该沉积层直接披覆在漂移期沉积之上，并掩盖了洋中脊.在海盆中表现为平坦的上凹透镜体，最大厚度可达1.2 km，该沉积层上部基本未变形，在靠近陆缘处因为下伏断层的作用变形略强烈，而发生褶皱变形，反射特征可以分为两段，在下段为连续性好、中-强振幅、中-高频、相互平行的地震相，在上段连续性变弱，部分区域表现为嘈杂相，振幅中-低.在变形作用较弱的西部边缘，该沉积在陆架和陆坡区均可清晰识别.

后漂移期沉积-1为热力学沉降环境，沉积开始于早中新世，该层序和下伏漂移期沉积的界面标示着海底扩张的结束和热力学沉降的开始，而且沉积相也发生了重大变化，说明控制沉积的环境因素发生了改变.沉积环境的变化可能与早中新世全球海平面的下降事件相关，冰川在中中新世开始扩张，鲍威尔盆地的沉积开始受到冰川作用的影响.其顶界为中新世和上新世的不整合面，并被ODP697钻井证实.

按照地质时代上的对应，鲍威尔盆地的后漂移期沉积-1可与ODP 696钻孔钻遇的VIIA至IV层序对应(图 3).在洋盆的中部为静水相相对均匀的细粒沉积，比如远源浊积岩及半远洋岩.在盆地的边缘受到冰川作用影响而发育河流、三角洲相沉积，并有大量的浊积岩和滑塌沉积发育.

3.5 后漂移期沉积-2(5 Ma至今)

该沉积层为席状披覆，厚度比较稳定，约在 0.9~1.2 km 之间.在陆坡坡脚处向着大陆一侧逐渐尖灭.反射特征表现为强振幅、平行连续. 在南奥克尼微地块陆缘的陆坡坡脚处从底到顶表现为S型楔形体. 在陆架最外侧，该沉积因为滑塌作用而发生变形，可能与冰川作用相关.在东部陆坡坡脚处为水道-河岸堤沉积系统，在西部陆缘也有类似的沉积体系.东部陆架和陆坡上部由于陆坡区峡谷或者滑塌作用表现出剥蚀状态，陆坡下部则表现为不规则的沉积体，嘈杂相反射特征.在北部、西北部和东部陆坡下部和海盆之间有大量的沉积物波发育.其与下伏沉积之间为中新世-上新世的不整合面，ODP 697钻井数据表明，该套沉积标示着南奥克尼微地块东南陆缘物质输入的增加，主要为冰川相沉积.

4 构造变形特征

根据对地震剖面的解释，我们对鲍威尔盆地陆缘及海盆区的构造变形特征进行了分析，并结合邻区的地质资料绘制了鲍威尔盆地及邻区的构造图(图 5).以下将分区域进行详述.

图 5

Fig. 5

图 5 鲍威尔盆地及邻区构造图 Fig. 5 Structural map of the Powell basin and adjacent area

南奥克尼微地块整体表现为刚性地块的特征，断层发育不多，其上沉积较薄，呈披覆状，靠近海盆的拉张作用较为明显，形成一系列规模较小的地堑和半地堑构造.在陆坡区变形特征更为显著，并在陆坡区和洋陆过渡带(COT)形成规模较大的地堑和半地堑构造.IT91AW39B 地震剖面跨越了南奥克尼微地块陆缘和鲍威尔盆地的中部(图 6)，在剖面的北东侧南奥克尼微地块可以看到被正断层控制的规模不大的半地堑.陆坡处发育一向海倾正断层控制的半地堑，规模可超过30 km，陆坡向洋盆的洋陆过渡带可看到明显的两个地堑，期间发育一对称的基底隆起，突出海床.从该隆起的内部反射特征和与周围沉积接触关系看，表现出更多的岩浆成因海山的特征，而且形成时间较晚.该区未进行折射地震实验，在海山上也未进行拖网采样作业，因此没有直接的证据证明其地壳属性.但地震所显示的结构特征表明其很可能为陆壳属性，同时该区的重力异常值也较低，也表明其与洋壳为不一样的结构.

图 6

Fig. 6

图 6 穿越南奥克尼微地块及鲍威尔盆地洋盆区的IT89AW39B多道地震剖面. 上图为原始地震剖面，下图为地质解释图. 测线位置见图 1 Fig. 6 Multi-channel seismic profile IT89AW38B running across the South Orkney microcontinent and oceanic basin of the Powell basin. The upper shows the original seismic profile， below is the geological interpretation. See Fig. 1 for location

IT89AW41地震剖面从南斯科舍一侧的北部陆缘进入鲍威尔盆地(图 7).在陆架区反射特征表现为强振幅，平行于海底.陆架边缘内部地震反射嘈杂，上覆较连续、中振幅的沉积，向北超覆.陆坡非常陡峭，发育若干向海倾斜阶梯状掉落的正断层.在陆坡坡脚处有一强振幅，连续性好的上部沉积体，下超于下部沉积，其间有一不整合面.该沉积体的形成可能与洋流作用相关.下部的沉积表现为中振幅，中连续性.在下部沉积和基底之间有一向洋尖灭的沉积体，强振幅，连续性中-差，可能为陆坡坡脚处形成的向海进积的浊积扇.陡峭的陆坡可能与该区域受到走滑作用的控制相关，使得未拉张的陆壳与洋壳毗邻.

图 7

Fig. 7

图 7 穿越南斯科舍脊一侧北部陆缘及鲍威尔盆地洋盆区的IT89AW41多道地震剖面. 上图为原始地震剖面，下图为地质解释图. 测线位置见图 1 Fig. 7 Multi-channel seismic profile IT89AW41 running across the northern margin in the Scotia Ridge side and the oceanic basin of the Powell basin. The upper shows the original seismic profile， below is the geological interpretation. See location in Fig. 1

南极半岛在鲍威尔盆地一侧的陆缘的陆坡并不像其他地区那么陡峭，沉积厚度也较大.IT91AW90地震剖面穿越了南极半岛陆缘的陆坡区(图 8)，剖面显示在陆架区沉积较薄，进入陆坡区后厚度迅速加大，在陆坡坡脚向海盆约20 km处厚度最大.厚度最大区和出现的最低重力异常值(-25 mGal)相对应.陆坡坡脚处由于沉积层较厚，声学基底面不是很清晰，深度超过6.6 s.洋盆处声学基底较为清晰，在5.2 s左右，基底面向洋盆逐渐加深.陆坡坡脚处可能存在一个较深的断陷盆地.该区应为减薄的陆壳，与南奥克尼微地块陆缘陆坡坡脚处类似.因此南极半岛一侧的西部陆缘与南奥克尼微地块一侧的东部陆缘在海底扩张前应为共轭陆缘.

图 8

Fig. 8

图 8 依次穿越南极半岛一侧东部陆缘，鲍威尔盆地洋盆区，及南斯科舍脊一侧北部陆缘的IT91AW90 多道地震剖面. 上图为原始地震剖面，下图为地质解释图. 测线位置见图 1 Fig. 8 Multi-channel seismic profile IT91AW90 running across the eastern margin in the Antarctic Peninsula， the oceanic basin， and the northern margin in the South Scotia Ridge side. The upper shows the original seismic profile，below is the geological interpretation. See location in Fig. 1

陆坡坡脚处存在沉积较厚的断陷的例子在其他地方也很常见，比如伊利里亚陆缘区(Péron-Pinvidic et al., 2011)，南海南部陆缘区(丁巍伟和李家彪，2011)，这种区域可以解释为减薄地壳上的深地堑，在海底扩张的初期有岩浆侵入.但这仍需要折射地震数据的证实.

4.4 南侧陆缘区(威德尔海一侧)

IT95AP162显示有一宽度在15 km左右的洋脊将鲍威尔盆地与威德尔海分隔(图 9).洋脊表现为由两个构造高地相夹持的两个半地堑，其间为一较低的基底隆起.半地堑内沉积受断层控制作用明显，靠近海床沉积的反射较为褶曲，可能与波浪或者冰川的剥蚀相关.洋脊两侧边缘为陡峭的悬崖或者阶地表明该处受控于转换拉伸作用.

图 9

Fig. 9

图 9 依次穿越南斯科舍脊一侧北部陆缘，鲍威尔盆地洋盆区，南侧陆缘，及威德尔海区的IT95AP162多道地震剖面. 上图为原始地震剖面，下图为地质解释图. 威德尔海未做解释. 测线位置见图 1 Fig. 9 Multi-channel seismic profile IT91AW90 running across the northern margin in the South Scotia Ridge side， the oceanic basin，the southern margin， and the Weddel Sea. The upper shows the original seismic profile，below is the geological interpretation. Interpretation in the Weddel Sea is not attempted. See location in Fig. 1

从重力异常图中可以看出，盆地中部为一条近NW向低值重力异常条带，将盆地分为北东和南西两个部分，该低值条带可能代表残留的扩张脊.该扩张脊在不同区域展示不同的构造特征.IT89AW39B测线穿越了海盆中部扩张脊(图 6)，从地震剖面可以看出，该扩张脊表现为由两个低隆起夹持的地堑构造，漂移期的沉积中间厚两边薄，充填于地堑中，后漂移期-2的沉积则表现出上凹的向斜结构.

5 讨 论 5.1 鲍威尔盆地的构造演化

结合地震剖面的解释和重、磁数据，我们确定了鲍威尔盆地洋壳、陆壳和洋陆过渡带的位置.从图 5中可以看出，鲍威尔盆地西侧陆缘区(南极半岛一侧)与东侧陆缘区(南奥克尼微地块一侧)刚好凹凸对应，而且两者均为被动陆缘，洋陆过渡带较宽，而且发育明显的地堑-半地堑结构，表明两者为共轭陆缘.南北两侧陆缘构造相对简单，陆坡陡峭，具有走滑的特征.这些均表明鲍威尔盆地是一个东西向拉张的走滑拉分盆地，形成和发育经历了大陆裂谷期-海盆扩张期-热力学沉降期等几个不同的阶段

在始新世之前，南奥克尼微地块仍属于南极半岛的一部分.始新世时(~40 Ma)，由于太平洋板块向南极半岛持续的俯冲岛弧作用，在弧后拉张背景下同属岛弧增生性质的南极半岛和南奥克尼微地块之间发生向东西方向的伸展作用(King and Barker， 1988; Coren et al., 1997; Howe et al., 1998; Viseras and Maldonado， 1999)，并产生了被动大陆边缘的构造样式和两个断陷沉积中心(分别位于现今鲍威尔盆地的东北角和西北角)，沉积了巨厚的陆源碎屑沉积物.也有学者认为东西向伸展作用的动力学来源来自东侧，与新生代以来威德尔海向斯科舍地区俯冲带的逐渐后撤相关(Vérard et al., 2012).南极半岛裂谷构造演化使得鲍威尔盆地最终形成了长约130 km、宽约60 km的沉积盆地.盆地的内部和边缘发育大量的地堑和半地堑构造.

随着南奥克尼微地块与南极半岛分离作用的不断进行，地壳持续减薄，最终导致鲍威尔盆地地壳被完全拉开，洋壳物质侵位，形成扩张洋脊及洋壳，时间约为早渐新世(29.7 Ma).至此鲍威尔盆地的演化进入漂移期.在该阶段，南奥克尼微地块与南极半岛北部之间的相对移动表现为沿北东东-南西西方向的分离，鲍威尔盆地内绝大部分的地壳均已形成.在先前遭受裂谷作用的地壳中，形成了一个扩张洋脊，并发育海底扩张作用，形成了现今看到的鲍威尔盆地沉积层之下的洋壳.在盆地北部，由于早前盆地边界随着南奥克尼微地块一起向外漂移而形成了新的盆地边界，为倾角约20°的无沉积物的陆坡，走向NEE-SWW.至21.8 Ma，鲍威尔盆地洋壳扩张结束，洋中脊不再活动，盆地进入热力学沉降阶段.

5.2 沉积演化及控制因素

在中低纬度地区，陆缘沉积盆地的沉积是构造活动、沉积物源和海平面变化联合作用的影响，而在高纬度区，陆缘沉积盆地沉积的影响机制更为复杂，还要考虑冰川作用带来的冰川增长和消退的影响.鲍威尔盆地便是研究高纬度半封闭海盆的一个非常好的例子，其及邻区新生代的沉积受到盆地构造演化过程的控制，同时也与从南极半岛分离的陆块相关，更会受到南极冰川发育和演化的影响.南极洲与南塔斯马尼亚(40 Ma)以及南美洲(26~20 Ma)分离后形成的独特的气候和海洋动力学环境也使得其成为特殊的水温地理区域(Diester-Hass and Zahn， 1996; Lawver and Gahagan， 2003).以下我们将根据陆缘构造活动及物源区性质、气候变化和海平面升降、区域洋流作用等来讨论沉积作用的控制因素.

5.2.1 陆缘构造活动及物源区性质

盆地不同陆缘的沉积结构受到构造活动的影响，同时也与物源区的沉积供应密切相关.西部陆缘为最大的物源供应区——南极半岛，构造变形最弱，在盆地的发育史中记录了重要的沉积供给.在漂移期陆缘的远端发育了大型的浊积扇，同时陆架区为沉积物过路沉积，并受到剥蚀作用(图 8).这可能表明该时期的沉积对应于晚渐新世全球的冰川作用和低海平面事件(Barker et al., 1999; Ivany et al., 2006).后漂移期沉积可发现显著的浊积扇发育，并一直持续至今.在陆架和上陆坡，后漂移期沉积的下端表现为楔状的层向叠置的结构，表明退积趋势(图 8).上陆坡区形成了较大的剥蚀面，该区漂移期的很多沉积均被剥蚀，并在下陆坡区形成滑塌、崩塌和碎屑流沉积.这些沉积特征显示了与晚渐新世以来逐渐增强的冰川作用.

作为共轭陆缘的东部陆缘表现出更为复杂的构造影响.地震剖面显示在陆坡区有更多的断陷盆地，充填了同裂谷期沉积，同时下陆坡区有陡直的正断作用(图 6).和西部陆缘相比，物源供给明显要少很多，陆坡区沉积较薄，而在陆坡坡脚点也缺少大型的浊流沉积.地震剖面在陆缘的远端可以识别出大量的小型水道-河岸堤沉积体系，陆架区由于古冰川的剥蚀作用而有沉积基底出露.现今在陆坡区形成的沉积是由于滑塌和崩塌作用形成的不规则沉积体.

南部陆缘形成了威德尔海与鲍威尔盆地之间的海底洋脊，表现为由断层控制的阶梯状掉落结构，其上分别形成了两个坡栖盆地(图 9).陆坡和盆地之间突然间断，地震剖面也未显示有浊流沉积或者重力流沉积发育，表明该陆缘为转换拉张属性，使得该处沉积显著贫乏.来自南极半岛的冰川物质主要沉积在威德尔海中，图 9中可以看到威德尔海一侧的沉积厚度明显要大于鲍威尔盆地一侧.

5.2.2 气候变化与海平面升降

海平面变化对陆缘沉积结构的影响已得到广泛的讨论(Haq et al., 1987).在南极洲区域，气候旋回控制了陆架区接地冰川的消减，同时也对全球海平面的升降起到控制作用(Dingle and Lavelle， 1998; Abreu and Anderson， 1998; Barker et al., 1999).在高纬度陆缘区，气候旋回不仅控制基底面，也影响了沉积供给的性质和数量，以及冰川对陆架区的剥蚀过程.冰川的退积会使得陆架区发生回弹，而冰川的进积会给上陆坡的沉积带来不稳定性.这些因素的综合影响在高纬度区的沉积盆地记录中尤为明显.

鲍威尔盆地的沉积反应了气候的影响因素，最为明显的是漂移期和后漂移期沉积区域的变化.我们认为这种变化和中中新世冰川从南极半岛向陆架区扩张有关，从而使得沉积环境变为后漂移期的冰川沉积，并表现出旋回特征，这些沉积旋回和接地冰川对陆架边缘沉积供给的旋回相关.同样，从后漂移期1向后漂移期2期的转换也表明了冰川期变长.

5.2.3 洋流作用

在盆地西北侧的沉积中清楚的记录了洋流活动的证据.包括在西北侧陆坡坡脚处的s型结构，类似沉积物波(图 10a，b)，在北侧陆缘平行于坡脚线的水道(图 10c)，这些沉积与从威德尔环流进入半封闭的鲍威尔盆地分支相关，该洋流分支向盆地的北段流动，形成了包括波状沉积和充填在水道内的发散状反射(Beckmann et al., 1999).Lawver和Gahagan(2003)将这些沉积解释为等深流，并主要分布在盆地西北侧的陆坡坡脚处.在海盆的中部也有观测到下超结构，同时横向上厚度发生变化，这也与洋流作用相关(图 10d).这表明在海盆形成之时，在沉积物全部覆盖基底之前，在中部区域有洋流作用，而不是集中在洋盆的边缘.

图 10

Fig. 10

图 10 地震剖面显示洋流控制的沉积 (a)盆地西北侧陆坡坡脚处沉积物波；(b)盆地北侧陆坡坡脚处沉积物波及水道； (c)盆地北侧平行于坡脚线的水道及充填沉积；(d)盆地中部残留扩张脊区在海床之下的水道及充填沉积. Fig. 10 Seismic profiles show current-controlled sedimentation (a)sedimentary waves in the slope-foot area，north-west part of the Powell basin;(b)sedimentary waves and channel in the slope-foot area，north part of the Powell basin;(c)channel paralleling to the slope line and in-filling sediments，slope-foot area in the north part of the Powell basin; (d)Channel and in-filling sediments below the seafloor，near the spreading ridge.

6.1     对鲍威尔盆地的多道地震剖面进行解释，共解释出5个地层单位，由下至上依次为裂前期、裂谷期、漂移期、后漂移期1、后漂移期2，之间均为不整合面所分隔.鲍威尔盆地裂谷期主要为一系列不连续的楔状沉积单元，裂离不整合面将同裂谷期沉积与盆地漂移期及后漂移期的沉积分开，而盆地也从单纯的构造沉降(沉积主要聚集在沉降量较大的区域)向热力学沉降转化.鲍威尔盆地漂移期沉积表现在陆坡及靠近陆缘侧的海盆区为嘈杂相、中振幅的反射特征，表明该时期处于高能的沉积环境.当漂移期结束后，沉积表现为旋回状，表明陆源物质输入的巨大变化.沉积记录也表明漂移期结束后沉积环境开始变得比较平静.

6.2      鲍威尔盆地为弧后盆地，与南极半岛发生近东西向的伸展作用相关，动力来源与始新世以来太平洋板块向南极半岛之下持续的南东东向俯冲作用，以及新生代以来东侧威德尔海向斯科舍地区俯冲带的后撤相关.伸展应力的积累最终使得原与南极半岛相接的南奥克尼微地块向东漂移，并在其间发生大陆裂谷及之后的海底扩张作用，并在早渐新世末期-早中新世期间形成海盆.海盆的东西两侧为共轭的被动陆缘，而南北两侧陆缘由于南奥克尼微地块的滑动而表现为走滑拉张的性质.

6.3     与中低纬度的边缘海盆地相比，鲍威尔盆地的沉积除受构造、沉积物源、海平面变化、洋流作用的影响外，还受到南极冰川作用的控制.显示高纬度地区边缘海盆地的沉积演化的独特性.