台西南盆地晚新生代构造演化初步分析

台西南盆地是南海北部陆缘的一个新生代沉积盆地。通过对构造沉降，断裂活动，岩浆活动，构造应力场等特征的分析和恢复盆地发育过程，认为台西南盆地主要是在南海北部陆缘与台湾晚新生代构造作用下地壳多次张裂而成的。     

南海北部陆缘构造属性研究进展

南海北部陆缘位于特提斯与古太平洋两大构造域的叠合部位,构造特征十分复杂,其构造属性一直是国内外学者争论的焦点,从主动陆缘到被动陆缘,火山型被动陆缘到非火山型被动陆缘等均有表述。南海复杂的形成机制以及东、西部构造差异性所引起的地球物理、岩浆活动等认识的异同,是造成南海北部陆缘构造属性认识差异的主要原因。通过与全球典型地区的比较研究,进一步加强对南海形成演化过程分析,开展大洋钻探与多学科综合分析,揭示南海海盆的多期扩张与多盆张裂特征,是认识南海北部陆缘构造属性的关键。探讨了南海三叉裂谷张裂模式,初步认为南海第1次扩张具有非火山型被动陆缘性质,第2次扩张具有火山型陆缘性质。     

南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义

基于已发表的和可利用的岩石学及地球化学数据,评述了南海地区新生代(特别是新生代海底扩张停止(17或15.5 Ma)以来)岩浆活动的地球化学特征及其成因,并讨论了其深部地球动力学背景及其对南海形成演化的构造意义.南海新生代早期(60～43 Ma或32 Ma)的岩浆活动呈现双峰式特点,主要出现在南海北缘一系列古近纪盆地内....     

南海及其周缘中新生代火山活动时空特征与南海的形成模式

根据南海海区、华南和中南半岛的地面露头、钻井、拖网及地球物理资料,分析了南海地区火山活动的时空分布特点。在南海陆缘和周边陆区中生代末期花岗岩分布非常广泛。新生代火山岩活动规模较小,主要是海底扩张之后在洋盆扩张脊、北部陆缘的陆洋边界附近、雷琼地区和中南半岛南部的玄武岩。在南海北部陆缘的深部地震调查中发现,在地壳下部存在小规模的高速异常体,结合浅部的晚第三纪一第四纪火山活动,认为该高速体形成于南海扩张之后。这些特征表明,在南海的拉张过程中岩浆供应不丰富,在陆缘未形成大规模的侵入和喷出岩。南海陆缘属于岩浆匮乏型被动大陆边缘。南海海区残留多个刚性断裂陆块,反映了裂谷拉张过程中脆性破裂。根据这些特征,南海形成难以用印藏碰撞引起的软流圈物质上涌导致岩石圈破裂这样的模式来解释。     

南海及其围区新生代岩浆活动时序与成因研究

南海及其围区新生代岩浆活动具有相似的特征,根据与南海扩张时间(32~15.5 Ma)的先后关系,将岩浆活动分为三期:扩张前(32 Ma)、扩张期(32~15.5 Ma)和停止扩张后(15.5 Ma)。从岩相学特征可知:扩张前的岩石以三水盆地双峰式岩浆岩组合为代表;根据最新的IODP 349航次的钻孔样品资料,南海海盆扩张期岩浆岩为典型的MORB,而少量的陆缘岩石资料显示,该期岩浆岩为碱性玄武岩;停止扩张后岩浆活动可分为两期,早期以大陆-大洋中脊过渡型拉斑玄武岩为主,晚期以碱性玄武岩为主。除了扩张期南海海盆的MORB,整个新生代的岩浆岩地球化学特征大体一致,与OIB相似,显示地幔源区具有不均一性,由一个DMM和一个EM端元组成,且岩石均表现出明显的Dupal异常特征。对于富集端元的性质和来源、Dupal异常的成因、海南地幔柱是否存在等问题目前存在较大争议。具OIB特征的岩浆除来自地幔柱作用外,地幔交代作用也是重要的产生机制。本文认为碳酸盐流体对地幔源区的交代作用可能在南海地区新生代岩浆活动中扮演了重要的角色。另外,岩浆岩成岩过程的研究也不够全面深入,这些都是在今后的研究工作中需要关注的地方,有待后来进一步的研究。     

南海北部陆缘张裂—岩石圈折沉的地壳响应

南海北部陆缘在中生代晚期曾形成宏伟的华夏陆缘造山带。火成岩岩石学、岩相古地理学和地球物理学证据显示，该造山带不仅具有巨厚（50－60km)的陆壳，而且还有巨厚（160－180km)的岩石圈根，在地势上曾出现过高3500－4000m的华夏山系。陆缘裂陷盆地的形成发育历史、地壳－岩石圈深部结构、火成岩地球化学特征及理论计算均表明，南海北部陆缘从晚白垩世以来发生的张裂作用起始于华夏陆缘造山带的拉伸塌陷，岩石圈折沉是南海北部陆缘张裂的重要的引发机制。因此，南海北部陆缘张裂既不同于弧后扩张，也不受控于大西洋式的海底扩张，而是该区大陆构造演化和深部壳幔相互作用的结果。     

南海北部陆缘张裂--岩石圈拆沉的地壳响应

南海北部陆缘在中生代晚期曾形成宏伟的华夏陆缘造山带。火成岩岩石学、岩相古地理学和地球物理学证据显示，该造山带不仅具有巨厚(50～60 km)的陆壳，而且还有巨厚(160～180 km)的岩石圈根，在地势上曾出现过高3 500～4 000 m 的华夏山系。陆缘裂陷盆地的形成发育历史、地壳-岩石圈深部结构、火成岩地球化学特征及理论计算均表明，南海北部陆缘从晚白垩世以来发生的张裂作用起始于华夏陆缘造山带的拉伸塌陷，岩石圈拆沉是南海北部陆缘张裂的重要的引发机制。因此，南海北部陆缘张裂既不同于弧后扩张，也不受控于大西洋式的海底扩张，而是该区大陆构造演化和深部壳幔相互作用的结果。     

南海北部陆坡区海底峡谷地貌、沉积特征及控制因素

南海北部陆坡发育众多海底峡谷,其形成、发育、演化过程都存在较大差异。本文选取南海北部陆坡典型的珠江口外海底峡谷群、东沙海底峡谷、台湾浅滩南海底峡谷和澎湖海底峡谷进行研究,通过高分辨率多道地震数据和多波束测深数据,结合前人研究成果,对4条典型海底峡谷的形态特征、沉积充填特征及结构、形成发育过程及控制因素进行研究。结果表明,南海北部陆缘各个海底峡谷的形成受多个控制因素的影响,其影响程度及方式都有差别。构造活动、海平面变化及沉积物重力流与海底峡谷的演化密切相关,而陆地河流和局部构造因素也以不同方式影响着海底峡谷的发育。对于发育在主动大陆边缘的台湾岛东南侧的澎湖海底峡谷,其板块运动和岩浆活动活跃,其上发育的海底峡谷的控制因素以内营力地质作用为主。而具有被动大陆边缘属性的其他3条峡谷,由于构造运动较少或停止,其上发育的海底峡谷的控制因素以外营力地质作用为主。     

广东三水盆地玄武岩源区特征与南海早期演化

南海在扩张前是否经历了陆内裂谷阶段是南海成因研究中一个重要的问题。三水盆地位于南海北部陆缘,其新生代以来喷发的双峰式火山岩具备大陆裂谷的岩石组合特征。通过对其中玄武岩主微量元素分析认为三水盆地玄武岩可以分为亚碱性和碱性玄武岩系列,两者均显示出明显的Nb、Ta正异常,相对于大陆地壳具有较低的Th/Sc、La/Nb和U/Al×1000,陆壳混染程度低;首次对盆地内玄武岩进行40Ar-39Ar测年,结合前人年代学结果表明玄武质岩浆强烈喷发的时段为61～54 Ma,其中亚碱性玄武岩喷发时间(60 Ma)早于碱性玄武岩(56 Ma);通过熔融柱模型反演得到亚碱性岩浆源区起止熔融温压分别为1 517℃(3.03 GPa)和1 471℃(2.25 GPa),深度为101～76 km,碱性岩浆源区起止熔融温压分别为1 555℃(3.33 GPa)和1 506℃(2.48 GPa),深度为110～84 km,整体为石榴石-尖晶石橄榄岩过渡区且呈逐渐变深的趋势。综合岩浆源区特征以及岩石组合特征认为三水盆地在古新世具备大陆裂谷特征。通过对比三水盆地与南海扩张期岩浆活动的分布时段及源区特征,发现三水盆地与南海扩张期岩浆活动时间分布存在较长间隔,深部过程差异较大,三水盆地岩浆活动与南海扩张并无直接因果联系。     

南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义

泰国晚新生代玄武质岩石主要为碱玄岩、玄武岩、粗玄岩和玄武粗安岩,属于碱性系列,呈现似洋岛玄武岩的地球化学特征,与南海地区其他位置的同时代玄武岩特征一致。本研究玄武岩的斑晶矿物主要为橄榄石、斜长石及少量的单斜辉石。利用全岩组分推算,泰国玄武岩源区岩性为石榴石辉石岩,与越南、北部湾等地同期玄武岩的岩性类似。本研究利用PRIMELT软件模拟计算了泰国晚新生代玄武岩的原始岩浆组分。利用反演的原始岩浆组分计算出本区域的玄武岩熔融温度范围为1 425～1 442℃,熔融压力范围为22.3～27.4 kbar,类似于海南岛(1 420～1 530℃,18～32 kbar)和越南南部地区(1 470～1 480℃,29.7～32.8 kbar)。本区域的地幔潜在温度为1 448～1 467℃,与越南南部(1 468～1 490℃)类似,稍低于海南岛北部(1 420～1 530℃)。总体上,泰国晚新生代玄武岩与南海地区其他区域同时代玄武岩的岩石地球化学特征和岩浆过程类似,它们的深部地球动力学背景均与海南地幔柱有关。     

渤海海域黄河口凹陷渤中29-6构造火山岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

为了厘定渤海海域黄河口凹陷北部渤中29-6构造钻遇的90.5m火山岩系地层层位,对该套火山岩进行了系统的岩石学、锆石U-Pb定年分析。薄片结果表明,该套火山岩可分为3段,自上而下分别是顶部玄武岩(2 880.5～2 910.5m)、中部煌斑岩(2 910.5～2 959.5m)和底部凝灰岩(2 959.5～2 971m)。锆石U-Pb年龄结果显示,中部煌斑岩和底部凝灰岩均形成于早白垩世时期,地层年龄晚于124Ma,而顶部玄武岩形成于新生代岩浆活动,地层年龄晚于45.2Ma,结合玄武岩上部和玄武岩中泥岩的古生物分析结果,认为该套玄武岩指示了沙河街组三段沉积期的岩浆喷出事件。本研究落实了渤中29-6构造底部连续钻遇的火山岩系地层实为中生界、新生界2套不同时期的火山岩系,对进一步理解、认识黄河口凹陷的中生代、新生代火山活动及相应的火山岩油气勘探具有重要意义。     

海底泥火山及其与油气和天然气水合物的关系

近20年来泥火山逐渐成为全球地球科学家的研究热点,尤其是随着海洋探测技术的进步,海底泥火山得到广泛认识。全球泥火山大多分布在地中海-里海-喜马拉雅山活动带和太平洋活动带上,其分布受构造作用控制。泥火山相比于岩浆火山来说分布较为局限,但泥火山的研究价值同样重要,其喷出物质可以非常准确地反映深部信息;泥火山与深部油气的形成、运移、储藏在构造、热动力机制以及发育层位等方面都具有密切联系;泥火山喷出气体中甲烷含量非常高,一方面影响海洋水体、大气环境,另一方面会在海底沉积物中聚集形成天然气水合物。我国南海海底泥火山较为发育,对其开展深入研究不仅在探讨地球深部物质运移和演化方面具有重要的科学意义,而且对南海海底油气和天然气水合物的勘探开发具有重要的实际应用价值。     

南海东部马尼拉俯冲带深部结构新认识*

2015—2018年, 国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”的重点支持项目“南海东部马尼拉俯冲带深部结构探测与研究”以马尼拉俯冲带为研究重点, 从深部地球物理的角度探索南海形成演化史与运行规律。项目执行期间, 在国家基金委共享航次协助下, 先后开展和参与5次综合地球物理探测, 共投放海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer, OBS)台站73台次, 海底电磁仪(Ocean Bottom ElectroMagnetometers, OBEM)仪器5台次, 累积放炮达13872炮, 成功获得了60台OBS数据和5台OBEM数据。同时, 取得了一系列创新性研究成果: (1)基于人工地震探测及天然地震层析成像结果, 确定南海东北部的地壳属性为受到张裂后期岩浆活动影响的减薄陆壳(12~15km), 划分了南海北部陆缘洋陆边界(Continent-Ocean Boundary, COB); (2)根据多道地震反射剖面, 划分了马尼拉俯冲带北部增生楔前缘的精细结构; (3)圈定了南海停止扩张时洋壳范围; (4)初步构建了南海与菲律宾海板块构造演化模型。本项目为重大研究计划“南海深海过程演变”核心科学问题(海底扩张的年代与过程)提供了实质性的证据, 同时为南海构造演化生命史的“骨架”提供了重要的基础数据, 具有深远的科学意义。     

东沙群岛海区晚新生代构造特征及其对弧-陆碰撞的响应

东沙群岛及其邻近海区(简称东沙海区)位于南海北部大陆边缘,东邻马尼拉俯冲构造带。为了讨论晚新生代以来东沙海区的构造变形特征,从中找出吕宋弧对中国东南大陆边缘碰撞的构造相关,特别是8Ma以来的吕宋岛弧和中国大陆边缘之间构造消减过程的响应。根据地震地层学分析,结合区域重磁资料、ODP184钻孔资料对东沙群岛海区晚新生代构造特征进行了分析。东沙海区自南海扩张后发育了3个沉积层序(层序Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ),经历了较强烈的构造抬升作用、岩浆活动、沉积物剥蚀。该区发育NEE-SWW和NW-SE向两组断裂,且以NEE-SWW向断裂最为发育。断裂大多具有多次活动,且为上新世到第四纪的活动断裂构造,断块抬升幅度大,沿断裂带发生岩浆侵入。分析结果表明,晚新生代期间经历了二次重要的构造运动,即东沙运动(9．8-4．4Ma)和流花运动(1．89-1．4Ma),奠定了该区的构造格局。综合该区东强西弱构造变形、构造抬升发生的时间和应力场变化等特征看,该区受8Ma以来中国东部大陆边缘与吕宋岛弧碰撞所产生的构造运动的影响,在8Ma以前,由于台湾岛不存在,活动的古东海大陆边缘延伸至东沙群岛海区东北部。     

菲律宾蛇绿岩及其大地构造意义

菲律宾出露有20余套规模各异的俯冲带上板块(SSZ)型蛇绿岩,它们的时代以晚中生代为主,仅少数为新生代。大多数菲律宾蛇绿岩出露相对完整,包括由二辉橄榄岩、方辉橄榄岩、纯橄岩等组成的变质地幔岩,和堆晶辉石岩、辉长辉绿岩等深成岩,以及枕状玄武岩、熔岩等喷出岩,甚至燧石岩等上覆沉积物,部分发育席状岩墙群和与蛇绿岩相关的构造混杂岩及变质基底。其中喷出岩在地球化学特征上整体表现出类似MORB和IAT的REE配分模式,具LILE富集和HFSE(如Nb、Ta相对La、Th)弱到中等程度亏损的特征。通过对菲律宾蛇绿岩的形成年代、岩石组合、地球化学特征及构造环境的分析,并与东南亚地区其他同时代蛇绿岩和周缘边缘海进行对比,将菲律宾蛇绿岩分为两部分。(1)菲律宾活动带蛇绿岩,该蛇绿岩带自西向东出露晚中生代弧前、新生代弧前扩张盆地和晚中生代岛弧、弧后盆地的残留,推测晚中生代蛇绿岩来自中特提斯洋向古太平洋板块俯冲所形成的沟-弧-盆体系,是菲律宾新生代岛弧岩浆活动的基底,而夹于晚中生代蛇绿岩之间的始新世蛇绿岩来自老的岛弧基底之上由于新特提斯洋俯冲形成的弧前扩张盆地。(2)菲律宾陆块蛇绿岩,其中巴拉望微陆块晚中生代蛇绿岩来源于古南海,而构造叠置于它们之上的新生代蛇绿岩则来源于古南海俯冲对应形成的边缘海,如苏禄海和南海;三宝颜微陆块或可能是古南海的南部被动大陆边缘,其蛇绿岩可能是古南海的残片,抑或三宝颜微陆块可能是婆罗洲南部东爪哇-西苏拉威西地体的延续,故该蛇绿岩又可能是新特提斯洋的残片。     

南海北部深水区东西构造差异性及其动力学机制

南海北部深水区位于南海洋陆转换带,构造运动活跃,构造特征复杂。同时,南海北部深水区石油、天然气、天然气水合物等矿产资源丰富。因此,加强南海北部深水盆地构造特征分析,揭示南海北部陆缘构造属性与南海形成演化机制,对于南海深部过程演变研究、油气资源评价与地质灾害防治等具有重要的意义。本论文通过对南海北部深水区陆架-陆坡结构、盆地构造特征与演化规律的分析,指出研究区东西存在明显的构造差异性,并分析了其动力学机制。南海北部深水区东部陆架-陆坡结构为宽洼窄隆型,而西部为窄洼宽隆型。东部珠江口盆地深水凹陷均为半地堑结构,剖面上呈不对称的箕状;西部琼东南盆地除北礁凹陷为南段北超的小型半地堑外,其它凹陷均为地堑结构,为南北双断式沉积体系。在构造演化方面,东部中中新世末结束裂后期进入新构造活动期,白云凹陷构造活动性增强,表现为快速的沉降和显著的晚期断裂作用;而西部晚中新世末才进入新构造活动期,深水区表现为快速沉积作用,断裂活动较弱。     

南海北缘新生代盆地沉积与构造演化及地球动力学背景

南海北缘新生代沉积盆地是全面揭示南海北缘形成演化及与邻区大地构造单元相互作用的重要窗口。通过对盆地沉积-构造特征分析,南海北缘新生代裂陷过程显示出明显的多幕性和旋转性的特点。在从北向南逐渐迁移的趋势下,东、西段裂陷过程也具有一定的差异,西部裂陷活动及海侵时间明显早于东部,裂陷中心由西向东呈雁列式扩展。晚白垩世-早始新世裂陷活动应是东亚陆缘中生代构造-岩浆演化的延续,始新世中、晚期太平洋板块俯冲方向改变导致裂陷中心南移,印度欧亚板块碰撞效应是南海中央海盆扩张方向顺时针旋转的主要原因。     

南海北部白垩系发育特征及构造意义

通过综合分析研究发现,晚中生代时期南海北部构造隆升带存在随时间由北向南逐步迁移:中晚侏罗世广东沿岸开始逐步隆升,大部分地区遭受剥蚀,火山碎屑岩发育,而南海北部则接受了滨浅海相到深海相沉积;早白垩世隆升带向海迁移,广东沿岸发育山间盆地,接受河湖相沉积,在南海北部深海相沉积消失,仅存在海陆过渡相沉积;进入晚白垩世,南海海域整体发生抬升,广东沿岸地区山间盆地范围扩大,陆相地层发育,以陆相洪积扇及河湖相沉积为特征,南海海域大部分地区缺失上白垩统,但在潮汕坳陷发育了一套杂色砂泥岩夹砾岩沉积,含蒸发岩,砂岩中的锆石FT年龄均在75 Ma左右,故地层形成时间应在75 Ma之后,由于上覆新生代地层的约束,该套地层应属晚白垩世,此时潮汕坳陷属前陆盆地,礼乐盆地、巴拉望及民都洛均位于潮汕坳陷南侧或西南侧,属于隆升山脉的一部分。     

南海海域新生代沉积盆地的油气资源

南海新生代经历过大陆张裂与分离、海底扩张和地块碰撞等构造演化历史,南海北部为被动大陆边缘,南部是碰撞挤压边缘,东部为俯冲聚敛边缘,西部是走滑边缘。在这种构造体制下,形成了许多沉积盆地。北部和西部边缘上发育着张性沉积盆地和走滑拉张盆地;在南部边缘上,其北部发育着张性盆地,南部为挤压环境下形成的盆地,如前陆盆地、前孤盆地;东部边缘上发育着前孤盆地。目前油气勘探实践证明,南海南部的油气资源比北部丰富。究其原因,南海北部为被动大陆边缘,张性沉积盆地的烃源岩体积较小,而南部挤压环境下形成的沉积盆地的烃源岩体积大;北部的地热流较南部小,因此地温梯度也较小,故南部边缘烃源岩的成熟度比北部高;由于南部边缘处于挤压构造环境,在沉积盆地中形成了许多挤压构造,而北部边缘一直处于张性构造环境,形成的构造较少且较小;同时,南部边缘沉积盆地中,烃源岩生烃与构造形成在时间上搭配较好。因此,在南海南部边缘沉积盆地中形成了许多大型油气田,而南海北部边缘沉积盆地中,大型油气田较少,中小型油气田较多。     

南海北缘白云凹陷新生代岩浆活动特征与期次

白云凹陷隶属于南海北缘珠江口盆地珠二坳陷,进入新生代以后白云凹陷及其邻区发育了剧烈的、多期次的岩浆活动,表现为强烈的火山喷发与岩浆侵入作用。从白云凹陷地质资料、井资料、地震资料出发,井震结合总结了不同类型岩浆岩体地震响应特征,并识别出了白云凹陷新生代发育的岩浆岩体,绘制了岩浆岩体平面分布图。白云凹陷新生代岩浆岩体主要分布于白云凹陷周围的隆起或凸起部位,且以白云凹陷南侧为主要分布区,白云凹陷内部岩浆岩体发育较少,在凹陷内部呈零星分布。利用岩浆活动期次划分方法(接触关系法、上覆沉积地层厚度法、两侧地层对比法),将白云凹陷新生代岩浆活动分为4期:32~23.8、23.8~10.5、10.5~5.5、5.5 Ma至今,绘制了各时期岩浆岩发育平面图,第1期对应构造演化阶段中的断拗转换期,后3期对应构造演化阶段中的拗陷期,并且随着区域构造演化的进行岩浆活动具有减弱的特征。