南海处于欧亚板块、太平洋板块和印度-澳大利亚板块之间，是东亚陆缘面积最大，位置最南的边缘海(姚伯初等，2006).本文研究区位于南海北部大陆架区，范围为14°~24°N，107°~122°E.自中生代以来，南海受特提斯构造域和太平洋构造域的联合影响，处于几大板块的交汇处，经历了复杂的地质作用.长期以来国内外的地质学家和地球物理学家对该地区的断裂展布情况进行了大量的研究工作，但认识各异.

南海北部陆缘分布多条断裂带，例如：滨海断裂带、红河断裂带、西沙海槽断裂带、陆坡北缘断裂、中央海盆北缘断裂等.关于这些断裂的分布与性质，前人做了大量的研究(张文佑，1986；刘光鼎，1992；许东禹等，1997；姚伯初等，1999；刘昭蜀等，2002；宋海斌等，2002；陈冰等，2005)，并对其断裂构造在南海地区的延伸情况提出了相应的观点.本文根据近年来南海北部陆缘重力资料，在对重力资料进行各种处理的基础上，参照南海北部陆缘已有的地质地球物理研究成果，对研究区的一些重要断裂带的分布、延伸及其性质进行了讨论，并对该区的地质单元分布提出了相应的认识.

1 重力数据处理方法

本文使用卫星测高重力数据，来源于美国SCRIPPS海洋研究所网站的S&Sv18.1版本卫星测高数据和V11.1地形数据，数据网度为1′×1′，海域卫星测高数据总精度达到3.03 mGal.我们对数据进行了投影转换，选择合适的插值计算得到网格化数据，并利用该数据形成卫星测高重力异常图(图 1)作为研究的基础图件.

图 1

Fig. 1

图 1 研究区卫星测高重力异常图 Fig. 1 The satellite altimetry gravity anomaly map of research region

位场分离的目的是从总的重力异常中提取目标体的重力异常，从而为研究目标体，如构造分区、断裂划分等提供更加直接的信息.我们采用多次迭代滑动平均法(刘申叔等，2001)来计算研究区的区域重力异常和剩余重力异常.

滑动平均是选一圆形或方形窗口，在平面上逐点滑动，计算窗口内所有点的平均值及观测值与此平均值之差，分别作为窗口中心点的区域异常和局部异常.多次迭代滑动平均的做法是对求得的区域异常再用窗口滑动平均求得第二次区域异常和第二次局部异常，依次反复，直到最后一次局部异常趋近于零.把最后一次区域异常作为全区的区域异常，总异常与该区域异常的差就为剩余异常.与其他位场分离方法相比较，多次迭代滑动平均法适用于大范围重力异常分解，且使用方便，参数选择灵活.图 2是经过多次迭代滑动平均处理后得到的研究区卫星测高区域重力场(图 2a)和剩余重力场(图 2b).

图 2

Fig. 2

图 2 研究区区域异常与剩余异常分离结果 (a)区域异常；(b)剩余异常. Fig. 2 Extraction result of regional field and residual field in research region

利用重力资料划分断裂是研究区域地质构造的手段之一，由于断裂破坏了原有地质体的连续性，使其密度产生了横向差异，为利用重力异常识别断裂提供了地球物理前提；而且重力资料可以直观反映断裂构造的展布.

利用重力异常识别断裂的方法有很多种(夏玲燕等，2008；Cooper and Cowan， 2008；Wang et al., 2009；王万银等，2010)，常用的方法有垂向导数、总水平导数、解析信号振幅、小波分析等，这里我们采用重力异常归一化总水平导数垂向导数(NVDR_THDR)技术(Wang et al., 2009)，该方法较其他方法可以更好的突出线性构造，使其位置更容易确定.本文利用卫星测高重力异常NVDR_THDR图(图 3)并辅助其他重力处理图件来划分断裂位置，在上述基础上完成研究区内断裂分布组合及其延伸情况的研究分析.

在卫星测高重力异常图(图 1)中我们可以看出南海北部重力异常特征比较复杂，不同构造单元表现的异常特征有明显差异.研究区北部重力异常整体呈NE向高低相间展布，低异常带对应盆地构造的坳陷区，异常幅值在-10~0 mGal之间变化，比较明显的两个重力低圈闭分别对应北部湾盆地区和西沙海槽盆地区；高重力异常带则对应隆起区，异常幅值在0~20 mGal之间变化，局部异常高达40 mGal.研究区东部为近南北走向的条带状重力异常，低异常对应西吕宋海槽异常区，局部重力低值达到-70 mGal，两侧为密集的重力异常梯级带，异常梯度大，局部异常值高达150 mGal.研究区中部异常变化比较复杂，异常走向有NE向、NW向以及近东西向，可细分为两部分，西部中西沙高低变化区，该区域重力异常表现为零星分布的特征，整体异常特征不明显，局部重力高和局部重力低相对发育；东部则对应中央海盆重力高异常，为大范围的重力高异常背景，局部异常变化复杂，该区域中部的近东西向串珠状重力高异常带，与海盆内的海山分布一致，由于海盆区地壳拉张变薄，地幔物质上涌和海底火山喷发，该区分布大量的条带状重力异常.

为了更好的研究南海北部陆缘的断裂分布，对卫星测高重力异常进行了必要的数据处理，图 3为卫星测高重力异常NVDR_THDR图，图 4是卫星测高重力异常垂向一阶导数图.根据研究区内重力异常特征，结合相关的地质构造资料，推断了该区的断裂构造，共划分出主要断裂带9条(图 5，表 1).

图 3

Fig. 3

图 3 南海北部陆缘卫星测高重力异常NVDR_THDR图 Fig. 3 The NVDR_THDR for satellite altimetry gravity anomaly in research region

图 4

Fig. 4

图 4 南海北部陆缘卫星测高重力异常垂向一阶导数图 Fig. 4 The first vertical derivatives of satellite altimetry gravity anomaly map in research region

图 5

Fig. 5

图 5 南海北部陆缘主要断裂分布图 Fig. 5 Distribution and extending of main faults in research region

表 1(Table 1)

表 1 南海北部陆缘主要断裂带的地质地球物理特征表 Table 1 Features of main faults in Northern Margin of the South China Sea 编号 断裂名称 具体位置 重力场特征 F1 红河-莺歌海 断裂 NW走向，大致位置位于107°~108°E，17°~19°40′N，在研究区内位于莺歌海盆地的东缘. 表现为明显的重力梯级带形式，异常幅值在-20~10 mGal之间，断裂西侧以NW向异常为主，东侧异常多为NE向，异常特征的异同表明该断裂为不同块体的分界线.在垂向一阶导数图以及NVDR_THDR图上该断裂异常特征明显. F2 越东断裂 研究区内断裂为近SN走向，大致位置位于108°~119°E，19°~24°N. 该断裂在剩余重力异常图上表现为明显的重力异常梯级带，东西两侧异常特征明显不同，西侧为狭长低异常带，而东侧为重力高异常带，重力异常带向南延伸出研究范围. F3 中建凸起断裂 断裂为近SN走向，大致位置位于109°~110°E，14°~17°N. 表现为重力异常梯级带，断裂两侧异常特征明显不同，是中建凸起与琼东南盆地的分界断裂.在剩余重力异常图、垂向一阶导数图以及NVDR_THDR图上，该断裂的异常特征明显. F4 南海北部滨海断裂 整体走向NEE向，位置大致位于107°~108°E，17°~19°40′N，该断裂穿过琼州海峡，经香港、澳门向东延伸超出研究范围. 自西向东该断裂被NW向断裂错为4段，在区域重力异常图上该断裂表现的不是很明显.剩余重力异常图以及垂向一阶导数图上，该断裂比较清晰，表现为狭长的重力高异常条带.在NVDR_THDR图上，该断裂受NW向构造影响，明显分为了4段. F5 珠江口北部坳陷带南缘断裂 整体为NE走向，该断裂从海南岛南部向东穿过了珠江口盆地的北部坳陷带，一直延伸出研究范围. 在卫星测高重力异常图上，该断裂表现为明显的重力异常梯级带，北侧为大面积的重力低异常区，南侧为重力高异常带，受NW向构造影响被错为3段.在区域重力异常图上该断裂表现的尤为明显，NVDR_THDR线性特征明显. F6 珠江口南缘 断裂 NEE走向，大致位置位于109°20′~120°E，16°30′~22°30′N.自西向东经过琼东南盆地中部隆起带—西沙海槽北缘—珠江口盆地南缘. 该断裂受NW向影响被错为4段，其中F6-1、F6-2段对应明显重力异常梯级带，在剩余重力异常图、垂向一阶导数以及NVDR_THDR图上都表现的明显清晰，其中F6-1为NEE向，F6-2为近EW向，这两段重力异常梯度大，南侧为重力低异常.F6-3、F6-4段异常梯度不明显，转为NE走向. F7 海盆北缘断裂 NEE走向，大致位置位于110°~119°E，15°~21°N.自西向东经过了琼东南盆地南缘—西沙海槽南缘—中央海盆北缘. 该断裂在卫星测高重力异常图以及区域重力异常图上都表现为明显的重力异常梯级带，自西向东由NE→近EW→NE向，受NW向断裂影响错为3段. F8 马尼拉海沟 断裂 F8和F9断裂几乎平行，近SN向展布，位于南海东缘，北起台湾岛南部，向西至吕宋岛西侧. 该组断裂对应明显的重力异常梯级带，且梯度较大，断裂中间位于区域重力低异常区，异常值最低可达到-70 mGal.F8西侧为中央海盆，表现为重力高异常区；F9东侧为重力高异常梯度带，异常最高值可以达到170mGal. F9 吕宋海槽东缘断裂

表 1 南海北部陆缘主要断裂带的地质地球物理特征表 Table 1 Features of main faults in Northern Margin of the South China Sea

红河断裂带位于华南板块与印支板块之间，是欧亚板块与印澳板块的分界线(Leloup et al., 1995)，红河断裂带在红河口入海，在海区沿莺歌海盆地向东南一直延伸到海南岛南部，这一段的分布情况已无争议，但此后红河断裂带在南海地区的延伸问题尚未形成统一观念.

关于红河断裂在南海地区的延伸问题，现在主要存在三种观点：一是向东延伸(曾维军，1991；姚伯初等，1994a)，红河断裂经海南岛与西沙海槽相连；二是向南延伸(中国科学院南海海洋研究所，1988；刘宝明等，2006)，红河断裂与近SN向展布的越东断裂相连，在越南南部海域进一步分为两支断裂，一支是卢帕尔断裂，另一支是廷贾断裂；三是向东南延伸(万玲等，2000)，红河断裂延伸到海南岛以南穿过中沙-西沙地块后沿着中建南断裂向东南方向延伸至西南海盆边缘.

从卫星测高重力异常图 1来看，F1断裂带、F2断裂、F3断裂以及F5断裂带引起的重力梯级带形成了“Y”字型延伸模式.F1断裂带位于莺歌海盆地的东部边界，即莺歌海1号断裂，在卫星测高重力异常图上表现为明显的异常梯级带，NW走向，为莺歌海-琼东南盆地的北段分界.该断裂两侧异常特征有明显差异，断裂西侧重力异常多为NW走向，东侧则以NE向异常为主.卫星测高重力异常特征表明F1断裂两侧为不同的构造单元，受不同构造运动的影响，因此其可作为红河断裂带在南海海区的延伸部分，而且该段断裂的性质以及构造意义均得到研究者的一致认可.F2断裂与F3断裂之间为NNW向重力高异常带，其边界与卫星测高重力异常垂向一阶导数图的零值线位置对应较好，在卫星测高重力异常NVDR_THDR图上，F2断裂的极大值连续性较好，而F3断裂的极大值则被NW向构造错断.有学者将该重力高异常带命名为“中建凸起”(王万银等，2013)，作为莺歌海-琼东南盆地的南段分界，认为“中建凸起”构成了南海西北部走滑型和伸展型陆缘交汇区构造转换的边界.我们通过重力异常推断认为红河断裂经过莺歌海盆地的F1断裂与“中建凸起”两侧的F2(越东断裂)及F3(中建凸起断裂)相连，该分界以西以NW-NNW向的走滑型构造为主，而分界以东则以NE向伸展型构造为主.

由于本次研究范围有限，红河断裂带延伸至“中建凸起”后如何继续延伸无法给出相应的结论，根据重力异常的延伸趋势我们对红河断裂进一步的延伸给出了假设：红河断裂带与南海西缘断裂带的构造特性有所区别，红河断裂带有可能仅止于“中建凸起”，但是该假设还有待新的证据来证明，需要更大范围的进一步研究.

南海东北部滨海断裂带(F4)是位于南海东北部闽粤沿海地区的一条强活动断裂带，该断裂带整体呈现NEE走向，大致沿30~50 m水深线展布，北与牛山岛-南日岛海外-兄弟屿断裂相连，向西南经广东的南澎列岛、红海湾口、担杆列岛、上下川岛、海陵岛，穿过雷州半岛进入北部湾.作为南海北部地区的一个重要构造，该断裂带被认为是华南亚板块正常型陆壳与南海亚板块减薄型陆壳的分界线.关于该断裂的构造属性及分布位置问题也存在许多不同的认识.1981年刘以宣(刘以宣，1981；刘以宣，1985)根据重磁异常特征首次提出滨海断裂带的概念；李唐根(李唐根等，1992)认为海南岛与华南分属两个块体，中间存在晚古生代的特提斯分支洋，因此将滨海断裂带称为海南-飞驒碰撞结合带；曾维军(曾维军，1992)也认为该断裂带是一条中生代的聚敛带；而吴进民(吴进民，1998)根据新生代海陆沉积地层的差异，提出该断裂带像是一条新生代早期的断裂；徐杰(徐杰等，2006)通过分析断裂带两侧的基底性质，认为它是发育于华南加里东褶皱带内部的断裂带，而不是陆块之间的碰撞拼贴带.关于滨海断裂带的位置分布及其延伸，不同研究者标示的位置也不尽相同，其位置大致汇成一条宽30~70 km的带.2010年中科院南海海洋研究所(赵明辉等，2003；赵明辉等，2004；徐辉龙等，2010)在珠江口和阳江区域完成两条海陆联测深地震测线，提出滨海断裂带在琼州海峡东口分叉为两条断裂，一分支断裂穿过琼州海峡，进入北部湾；另一分支为主断裂带，沿海南岛东部沿岸展布，在南部与红河断裂带的1号断裂交汇.南海北部滨海断裂带是否为华南块体与南海块体之间的分界线？南海北部滨海断裂带西南段如何延伸？

卫星测高重力异常图上(图 1)，滨海断裂带两侧重力异常特征有明显区别，断裂带东南侧为NE向展布的低重力异常，异常特征比较单一；而断裂西北侧异常特征变化较复杂，高、低重力异常均比较发育，异常走向表现为NE与NW向相互交错.根据重力异常特征，推断F4断裂两侧有不同的地质构造，结合前人对该地区深部地壳结构的研究结果，可以推断该断裂带两侧重力异常特征分属不同的构造单元，反映了不同的地壳结构，西北侧为典型的陆壳结构，地壳相对厚约30 km，应属华南块体；东南侧则为减薄型陆壳，厚25~28 km，上地壳下部的低速层逐渐减薄并最后尖灭，反映了地壳由陆地向海洋过渡的特征，应该属于南海块体.因此我们可以认为南海东北部滨海断裂带为华南块体与南海块体的结合带.

关于该断裂带的位置，从卫星测高重力异常垂向一阶导数图以及NVDR_THDR图上我们可以看出，F2断裂的线性特征明显，垂向一阶导数图上表现为一条NEE向的重力高异常带，受NW向构造影响错断为几段，这与NVDR_THDR图上极大值位置对应的比较好.根据重力异常分析，该断裂带西南段穿过琼州海峡，经北部湾盆地南侧，向西南与红河-莺歌海断裂交汇，其分叉特征不明显.

南海北部中生代俯冲带的提出是由于在南海东北部存在着一条高磁异常带(夏戡原等，2004)，呈NE向延伸，横贯东沙-澎湖-北港，东止于台湾岛，西止于神狐暗沙，其化极磁异常带长约600 km，宽约100 km，是南海北部最引人注目的磁异常带.关于该高磁异常带的成因，现在主要有两种认识，一是(姚伯初等，1994b)认为它由基性-超基性岩引起，位于东沙隆起南坡，为一条燕山期俯冲增生带；二是(周蒂等，2006)认为它与闽浙东部火山岩带具有相同成因，即与中生代俯冲增生带相伴生的火山岩带.随着更多更新的地质地球物理资料的获取，对该高磁异常带的认识也逐渐统一，胡登科(胡登科等，2008)利用重磁震联合反演证明了该高磁异常带火山弧成因的可能性；吴招才(吴招才等，2011)等利用新近船载磁力测量数据及OBS剖面进行重磁拟合，结果认为东沙隆起高磁异常带是浙闽沿海火山岩带向西的延伸，其间被NW向古老转换断裂错断.

该高磁异常带在重力异常图上亦表现明显，在卫星测高重力异常图为一条清晰的NE向重力高异常带，西窄东宽，自西向东对应着神狐暗沙隆起、番禹低隆起以及东沙隆起，此异常带向西南延伸至琼东南盆地的中部隆起，向NE延伸出研究区，依照之前研究分析，该异常带向NE应该与闽浙沿海的重力高火山岩带相连接.关于南海北部中生代俯冲增生带的位置，我们可以看出，该重力高异常带大致位于F5与F6断裂之间，在白云凹陷的西侧，受NW向断裂影响被错断为两部分.根据以往的地质研究，中生代俯冲增生带的位置应该是东沙隆起F5-2、F5-3与F6-3、F6-4之间，这恰好与前人推断的南海北部中生代地层的分布范围相一致.

4.1    南海北部陆缘重力场特征具有明显的分区性，研究区西部以NW向异常为主，东部以近SN向异常为主，中部主体异常为NE-NEE走向.整个研究区内表现为“南北分带，东西分块”的异常特征.

4.2    根据重力数据的处理结果，结合其他地质地球物理资料，共划分了9条大的区域断裂，研究区断裂走向主要有3组，分别是NE-NEE、NW以及近SN向，这些断裂规模大，延伸长，相互交叉影响，具有多期次活动的特点.

4.3    利用重力资料，对南海北部陆缘主要块体结合带以及分界断裂带的延伸问题进行了分析.红河断裂作为印支块体与华南块体分界断裂，其在海区经莺歌海1号断裂(F1)向南沿“中建凸起”的边缘断裂延伸，是走滑型构造与伸展型构造的分界.华南块体与南海块体的结合带应该为研究区东北部滨海断裂带(F4)，断裂带西南段穿过琼州海峡，经北部湾盆地止于F1断裂带，在重力场上为狭长的重力高异常带.珠江口中部的大面积的重力高异常区对应东沙-澎湖-龙港的磁力高异常带，推断为中生代俯冲增生带，其向东北延伸应该与闽浙沿海火山岩带相连.