南海形成演化探究

通过分析前人对南海的研究,对南海扩张期次、扩张脊结构、动力来源等几个关键研究问题进行探讨。认为应将南海放入到欧亚板块、印度一澳大利亚板块和太平洋板块三大板块相互作用的统一构造应力场中进行研究。利用FLAC软件,首次对南海及邻区进行数值模拟分析,并进一步探讨了南海的形成演化机制,认为南海的打开和扩张是印度板块与欧亚板块的碰撞、地幔柱上涌以及太平洋板块向欧亚板块的俯冲共同作用的结果。     

南海海盆扩张成因质疑

从板块构造学、地球物理学和地球动力学等角度,结合南海中央海盆及其周边的地质、地球物理资料进行综合分析论证,对南海“扩张成因”模式提出质疑.认为南海“扩张成因说”不能成立,其中的几个核心问题是:(1)数学理论模型的边界参数选取存在多解性,其结果与地质地球物理资料不符或相去甚远;(2)无法解释海盆区地球物理探测和研究所表明的地壳结构及岩性特征,也无法解释海盆区的断裂分布和岩浆活动特征;(3)地球动力学诸方面难以支持南海“扩张成因说”成立;(4)南海海盆周边不存在与南海“扩张成因”相关的相互强烈作用的地球物理和地质构造特征;(5)南海海盆不具备大规模扩张的空间.南海“扩张成因说”已严重阻碍对南海和周边的地质与地球物理研究工作的深入和发展,应该放弃.     

南海中南—司令断裂带的延伸特征及其与南海扩张演化的关系

为了确定中南—司令断裂带在南海海盆及其在南部陆缘的延伸位置,并探讨其与南海扩张的关系,本文利用重磁异常、地震、莫霍面深度、P波速度特征、钻井拖网资料,对中南—司令断裂带的延伸位置进行了综合地质和地球物理研究,厘定了中南—司令断裂带在东部次海盆与西南、西北次海盆之间呈NS向延伸,并南延至南海南部陆缘之上,深度上切割至莫霍面。根据南海海盆中磁异常条带走向的变化,及磁异常条带、走滑/转换断裂、扩张方向的印证关系,结合前人对古南海"剪刀状"碰撞闭合、南海扩张演化、构造应力场的研究,提出在32~25 Ma,伴随着南海东部次海盆的NNW向扩张,南海海盆及南沙地块整体发生顺时针旋转,使中南—司令断裂走向由形成初期的NNW向转变为N—S向;23.5 Ma之后,顺时针旋转停止,南海东部次海盆继续NNW向扩张,西南次海盆呈NW—SE向渐进式扩张。作为一条切穿地壳的深大断裂,中南—司令断裂与红河-越东断裂、马尼拉海沟断裂三条深大断裂一起组成区域"滑线场",制约南海海盆的扩张与南沙地块的南移。     

南海东部古扩张脊的俯冲机制

南海东部古扩张脊处于欧亚板块和太平洋板块的汇聚地带,其东侧为马尼拉海沟、北吕宋海槽和西吕宋海槽,由于受到多个构造单元的相互作用,使其处于复杂的构造环境中。南海东部古扩张脊俯冲过程的研究对深入理解南海海盆构造演化、火山及地震活动等具有重要意义,同时也是今后南海构造研究的重要方向之一。在总结前人研究基础之上,探讨南海东部古扩张脊俯冲时间、俯冲深度及动力学过程。南海板块在16 Ma之后,由于菲律宾板块NW向仰冲的作用,使南海东部古扩张脊被动地沿马尼拉海沟进行俯冲,形成了现今马尼拉海沟中段的构造格局。古扩张脊俯冲深度为200~300km,并且在约100km处发生板片撕裂,造成古扩张脊两侧俯冲角度的不同。     

论南海的地壳结构及深部过程

南海是西太平洋最西部的边缘海,近年来由于海上普查勘探工作迅速开展,正在成为我国最重要的海上石油勘探开发基地.因而对南海成因的探讨,不仅对西太平洋边缘海的成因理论有所裨益,而且对解释大陆边缘沉积盆地的生成发展、评价油气远景,也有现实意义.七十年代以来,人们多用板块理论把南海解释为扩张形成,尽管扩张模式繁多(多次扩张、微扩张、三联点扩张、裂谷扩张……),扩张时代各说不一,但多数引用了南海海盆东西向地磁条带,将南海视为中渐新世-早中新世南北向扩张而成的弧后盆地.只是谢继哲工程师1982年在“对南海成因问题的探讨一文中,把南海成因首先归于“在张应力场控制下的地幔上蚀”.     

南海中部古扩张脊的构造特征及南海海盆的两次扩张

国家海洋局第一海洋研究所和法兰西海洋开发研究院(IFREMER)于1985年利用“让·夏尔克”号考察船,在南海中部成功地进行了一次综合性的地质、地球物理调查.本文利用实测的地质、地球物理资料,较详细地研究了南海古扩张脊的地貌-构造特征,从而进一步推测南海中部古扩张脊系由两条走向和成生时代均不相同的脊叠置而成.根据磁条带及两条脊的交切关系可推测,南海自中渐新世以来,可能经历了两次扩张过程,时代较早的一次发生在南北方向,而北西-南东方向的扩张时代开始得可能较晚.     

南海中部古扩张脊的构造特征及南海海盆的两次扩张

国家海洋局第一海洋研究所和法兰西海洋开发研究院(IFREMER)于1985年利用“让·夏尔克”号考察船,在南海中部成功地进行了一次综合性的地质、地球物理调查.本文利用实测的地质、地球物理资料,较详细地研究了南海古扩张脊的地貌-构造特征,从而进一步推测南海中部古扩张脊系由两条走向和成生时代均不相同的脊叠置而成.根据磁条带及两条脊的交切关系可推测,南海自中渐新世以来,可能经历了两次扩张过程,时代较早的一次发生在南北方向,而北西—南东方向的扩张时代开始得可能较晚.     

南海转换断层成因机制及对南海扩张的启示

转换断层是揭示边缘海盆地演化的一把钥匙,但其成因机制一直都是地质科学研究的难点和热点。基于高分辨率海底构造地貌、盆地发育几何学结构、重磁异常、磁条带分布样式、莫霍面埋深、海底热流和南海北部地震剖面等资料对比,并结合区域地质背景、板块重建、动力学来源,重新厘定了南海海盆转换断层和邻区走滑断层的分布,尤其是其走向,统一归结为NNE向。另外,从转换断层走向的角度入手,提出了边缘海盆地扩张的新模式,并修正了前人对新生代南海的板块重建方案。南海海盆真正的转换断层方向应该是NNE向,并不是传统上认为的NW向。NNE向转换断层及南海的扩张,可能为继承邻区裂解陆缘走滑断层方位的模式。NNE向转换断层实际上就是在南海陆架中广泛分布的NNE向大型右行走滑断层,也是华南地块上一系列NNE向右行走滑断裂在海上的自然延伸,进而提出南海转换断层实际上是继承了邻区陆地上大型走滑断层的走向。这种模式并不是类似于正常洋中脊那样的正向扩张,而是一种斜向扩张,转换断层不垂直于扩张中心。     

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。     

南海海盆的形成演化探讨

根据“陆缘扩张”理论,利用古地磁数据,结合地质、地球物理资料,对南海海盆的成因机制和演化过程进行探讨。结果得出:南海的多期多轴扩张及其形成演化,是在欧亚板块、太平洋板块和印度板块的联合作用下,中、新生代南海周缘的微板块和岛弧的相互运动以及南海海盆构造应力场不断变化的情况下逐渐完成的。     

南海表层沉积物中Ba/Cu比值与海底扩张关系

对南海海底扩张区44个不同类型的表层沉积物中Ba、Cu含量变化及其与粘土、火山碎屑矿物之间关系进行了探讨及对沉积物Ba/Cu比值等值线平面分布趋势与海底扩张轴和转换断层的相关性进行了详细的分析,并计算了南海海底扩张区沉积物中Fe、Mn、Cu、Co、Ni、Pb和Al的沉积通量,将计算结果与劳海盆(Law Basin)等海隆沉积物中这些元素的沉积通量相比较。分析对比结果表明,南海海底扩张区沉积物中Ba、Cu含量与火山矿物密切相关,沉积物Ba/Cu等值线分布趋向与海底扩张轴和转换断层走向相吻合,从而表明南海海底扩张区沉积物中Ba、Cu等金属元素的分布与富集主要受海底扩张、海底断裂及由此而产生的海底火山活动所控制,沉积物的Ba/Cu比值可考虑作为研究南海海底扩张和海底火山活动的一个重要地球化学标志。     

南海扩张过程及海陆变迁沉积记录

南海南、北共轭大陆边缘盆地的对比研究是深入了解南海扩张过程及古地理格局的重要途径。由于历史原因,目前对南海南缘盆地构造—沉积演化研究还非常薄弱,极大地限制了对南海扩张及海陆变迁等基础地质问题的整体认识。综合南海及其周缘盆地沉积地层和沉积环境的研究进展,对南海扩张过程和古地理格局演化进行了分析。南海南、北缘盆地破裂不整合面存在着明显的穿时性,从NE向SW逐渐变年轻,对应南海海底扩张从NE向SW渐进式打开。台湾新生代地层破裂不整合面位于33~39 Ma之间,暗示南海洋壳开始形成的时间可能在33~39 Ma之间,有部分较老的洋壳可能已经向东俯冲消减掉。南海经历了从早期"北陆南海"逐渐演变为现今"北海南陆"的过程,南海北缘早期存在一个向东开口的海湾,可能为古南海的一部分。伴随南海的扩张,海侵范围由东向西逐渐扩展,从一个狭窄的海湾形成今日的形貌。南海北缘盆地物源在~25 Ma左右发生明显的改变,早期主要为华南沿海的近源剥蚀沉积。在~25 Ma后,来自扬子地块的沉积物逐渐增多。南海南缘盆地物源在~25 Ma前与南海北缘盆地具有相似的物质来源,~25 Ma后南海洋盆阻挡扬子地块的物源向南输送,南海南缘仍以陆块内部中生代花岗岩及火山岩为主要物质来源。     

南海海盆新生代的构造演化史

南海海盆地的地壳为洋壳，在新生代它经历了大西洋海底扩张的演化历史，海盆中有三个残留的海底扩张中心，并发生过两次海底扩张。第一次海底扩张发生在晚始新斩新世，扩张方向为北西－南东向，产生了南海西北海盆和西南海盆。     

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。     

南海中央海盆条带磁异常特征及构造演化

根据对60000千米新资料的分析,作者提出了南海中央海盆扩张的新模式,认为南海中央海盐磁异常是一种新的边缘海条带磁异常类型;对南海海盆的构造发展史划分了三个扩张期,并指出扩张脊的南移同不对称扩张有关.     

南海形成演化综合模式的初步探讨

南海是西太平洋边缘海中最大海盆之一,这里构造运动频繁,多种构造相互叠加,其形成演化过程非常复杂.许多学者对南海的成因持有各种不同的看法,主要有弧后扩张模式、地幔上涌模式、印度-欧亚板块碰撞挤出模式、海底扩张模式和陆缘扩张模式.作者在前人研究的基础上,提出各种成因模式在南海的形成演化中起到不同的作用,但是可以相互兼容而统一于南海的形成演化中,把多种成因模式综合起来才能更合理地解释南海的形成演化过程.     

南海中央海盆岩石圈纵向演化模拟

基于南海海盆的地质构造历史、地球物理和构造应力场资料建立准三维有限元模型,对南海中央海盆进行岩石圈纵向演化动力学模拟.本文采用弹塑性各向同性连续岩石介质模型,充分考虑拉伸速率、拉伸位移以及模型参数对模拟结果的影响,共建立了3个模型进行比较.从数值模拟结果可以看出中央海盆在被动拉张的地质构造背景下是单向生长的,动态模拟出南海中央海盆在形成过程中的陆缘裂离、海底扩张两个阶段的岩石圈纵向演化过程,并且分析了两个阶段岩石圈的动力学性质.提出水平的被动拉张力是南海岩石圈纵向演化前两个阶段形成的主要因素,并且在这两个阶段中,岩石圈的纵向演化时间主要集中在海底扩张阶段.     

南海西部断裂系研究及其物理模拟实验证据

南海西部断裂系是由四条典型的走滑断裂所组成的断裂系统,是南海扩张的西部边界.此断裂系主要是在白垩纪以来的印-藏碰撞、新生代印支挤出和南海扩张的共同作用下形成的.通过模拟实验,探讨此断裂系的成因、演化过程,认识到此断裂系经历了五期构造运动.     

南海西缘断裂带的活动性研究

南海西缘断裂带是一条典型的右旋走滑断裂系统,是南海扩张的西部边界,两端形成具有明显走滑特征的“Y”型和“人”型构造。其前锋端形成走滑-伸展叠瓦扇,尾端形成走滑一收缩叠瓦扇,中部形成走滑一拉分双重构造的右旋走滑系统。其动力主要来源于白垩纪以来的印一藏碰撞、新生代印支挤出和南海扩张作用。经历了两期构造运动而形成的该断裂系统对其周边盆地的形成起到了主要控制作用。     

南海的形成与邻区构造关系

通过近几年对南海新资料的分析,本文试图对南海的形成及其与相邻陆块及岛派之间的关系进行探讨,提出一些新的认识.一、南海深海盆的成因为多中心微型扩张继南海北部航空磁测后,地矿部南海地质调查指挥部及中国科学院南海所等单位又相继对南海中部进行了综合性的地球物理调查.图1显示出南海中、北部海域的磁场特征,虽然它仍然是由许多正、负相间的近东西走向磁异常组成,但是磁异常的线性特征并不典型.它并不象某些大洋盆地内磁条带那样,具有一系列相互平行的正、负相间的磁条带特征.