南海中部地区的两次海底扩张活动

我国南海地区为浩瀚的海水覆盖,地质观察很困难,在它的周围边部浅海区中除地球物理资料外,还可进行钻探了解其地质情况,但在南海中部深水区,则主要靠地球物理测量进行地质调查。解放后我国各有关部门多次组织对南海地质和地球物理调查,取得了大量宝贵资料,其中磁测资料(航磁和船磁)最完整且精度高,为了解和研究南海地质构造特征提供了充分依据。     

南海西北次海盆构造演化的沉积响应

通过对南海西北次海盆新获得的地震资料进行综合解释和层序地层分析,揭示了海盆中的沉积对构造演化阶段的响应。始新世-早渐新世陆缘裂陷期,盆地以对称裂谷形式,发育地堑裂谷层序,沉积以近物源为特征,相变大,发育了冲积扇-扇三角洲-湖相沉积,沉积体系的配置受同沉积断裂控制明显,快速沉降和充分的物源供给决定了沉积体系的构成特征。晚渐新世海底扩张期,岩石圈破裂,陆缘进一步拉开并开始海底扩张,出现海相沉积,来自陆坡的陆架边缘三角洲越过陆坡进入海盆,在海盆内沉积了一套向海盆中部逐渐减薄的楔状地层,并伴有大量的火山碎屑沉积物。早-中新世以来热沉降期,随着构造沉降增大,相对海平面总体不断上升,进入深水盆地,形成陆架陆坡体系,大量的碎屑物质以重力流、深水底流等深水作用方式进入海盆;沉降晚期陆架-陆坡物源供应减弱,琼东南中央峡谷成为其主要的物质供应来源通道,在此期间二次海平面下降、回升的综合作用下,海盆内发育了多期以下切水道为特征的低水位域沉积体系。     

南海成因及其演化模式探讨

尽管南海已进行深入的调查与研究,提出多种成因模型,包括挤出模型、弧后扩张模型、古南海俯冲拖曳模型等,但因其所处构造位置特殊,周边构造环境经历了复杂的改造,所有成因模式均未能得到广泛的认可。本文从三大板块相互作用入手,结合南海实测数据,提出南海形成的弧后扩张—左旋剪切模型。认为南海是古南海往北俯冲的弧后盆地,菲律宾海板块往北漂移形成的大规模左旋走滑是南海扩张的触发因素。印度—欧亚碰撞产生中南半岛挤出主要影响西南海盆扩张方向,使得扩张轴从近东西向转为北东向。南海及邻区晚中生代以来的演化可以分为以下阶段：1）早白垩世开始澳大利亚板块往北漂移,新特提斯洋往北俯冲消亡,导致弧后扩张,形成古南海;2）晚白垩世末—始新世,古南海往北俯冲,导致弧后拉张形成陆缘裂谷;3）早渐新世,受菲律宾海板块西缘大型左旋走滑影响,在原有裂谷的基础上从东往西海底扩张,形成南海;4）渐新世末,受俯冲后撤的影响,扩张中心往南跃迁,同时受西缘断裂左旋活动的影响,扩张轴从近东西西逐步转为北东向;5）早中新世晚期,南沙地块—北巴拉望地块与卡加延脊碰撞,南海扩张停止。     

南海北部古俯冲带的位置及其对南海扩张的控制

为了确定南海北部古俯冲带的具体位置,作者利用美国LCT综合反演软件对收集到的重磁数据进行处理解释,结果显示在南海北部从台湾西南部到一统暗沙隆起,即沿南海海盆北部陆坡为一条布格重力异常水平梯度峰值带,指示了古俯冲带的具体位置;其北部的高磁异常代表了与之对应的古火山弧。深反射地震资料也验证了南海北部陆坡位置存在古俯冲带,钻井资料显示俯冲带存在的时代为晚侏罗世到早白垩世。据此绘制了南海地区晚中生代到现今的构造古地理演化图,指出南海的扩张应与晚中生代俯冲带这个先存的软弱带有关,南海海盆正是从古俯冲带的位置开始扩张。     

古边缘海的识别——其物质组成特征

通过沉积作用及岩浆活动产物的特征，可以识别古边缘海的存在，沉积作用形成的沉积物主要为火山碎屑岩，深海浊积岩 岩浆活动的产物主要是玄武岩，其特征是具有高挥发组分，高气孔率，Ｋ，Ｒ和Ｂａ含量较高，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｚｒ和Ｎｉ含量较低，ＬＩＬ／ＨＦＳ比值较高，Ｋ／Ｒｂ，Ｋ／Ｂａ和Ｚｒ／Ｎｂ比值较你，轻稀土富集中等偏高等。     

“海南陆缘弧”体系的构建与“特提斯南海”的识别:一个关于“古南海”演化新模式的探讨

应用近期在琼南、广东、湘南和越南芽庄、大叻等地的研究成果,综合区域地质资料,从岩浆岩性质、组合与地化特征、沉积序列特征和碎屑岩组分、年代学和地层学等方面进行分析,构建起以海南岛中南部的岩浆-沉积组合为典型标志、以东西向延伸为基本特征、演化过程与浙闽活动陆缘带明显有别的海南陆缘弧体系。该陆缘弧晚中生代处于华南大陆的南端,在构造地理格局上从属于特提斯域。笔者主张向北俯冲于海南陆缘弧下的"古南海"应正名为"特提斯南海",它是特提斯多岛洋北部的边缘海,西段可能与缅、马等地的海域沟通,东段则与太平洋域相接。海南陆缘弧具有广阔的弧后区,各弧后盆地的演化进程可以对比。该弧最初似发育于晚侏罗世,早白垩世晚期和晚白垩世初期岩浆弧与俯冲造山活动达到高峰,晚白垩世发生弧后拉张,但近弧地带挤压条件下的岩浆-沉积作用一直延续至晚白垩世后期(约70 Ma)。海南陆缘弧的活动时间表实际上是特提斯南海消减过程的真实反映。由于消减过程及随后发生的中南半岛在早新生代的挤出逃逸运动和现代南海的扩张作用,特提斯南海的地质记录受到极其严重的破坏,恢复特提斯南海的原貌仍是一项有待开展的艰巨工作。     

南海边缘海多金属结核与大洋多金属结核对比

本文通过系统对比分析前人研究成果,研究了南海边缘海多金属结核的成矿特征,结果表明：南海边缘海结核的矿物组成与大洋结核相似,均主要由锰相矿物和铁相矿物组成,其中锰相矿物主要为水羟锰矿和钡镁锰矿,铁相矿物主要以无定型铁氧化/氢氧化物形式存在,另外南海边缘海结核中含有大量硅酸盐矿物,表明在南海结核成矿过程中受到大量的陆源碎屑矿物混杂;相对于大洋主要经济成矿区的多金属结核,南海边缘海多金属结核中主要的经济元素如Mn、Cu、Co、Ni和Zn质量分数较低,而亲陆源性元素如Fe、Ti、P、Nb、Pb、Rb、Sc、Ta、Sr、Th和REY（REE和Y）等质量分数较高;南海边缘海多金属结核的元素地球化学特征和REE配分模式显示其为水成成因,并呈现更低的Mn/Fe值;同时南海边缘海结核也具有较快的平均生长速率及较高的δCe正异常,表明其生长在更为氧化的海水环境。虽然较快的沉积物沉积速率和动荡的海水环境影响了南海边缘海结核的成矿,但大量陆源物质进入海洋也为南海边缘海结核提供了丰富的成矿物质来源,便于南海边缘海结核的快速生长成矿。南海边缘海结核富集有Fe、Ti、Pb、Rb、Th和REY等金属元素,同样可以作为极具潜力的海洋矿产资源。南海边缘海多金属结核具有其独特的地球化学特征,与大洋多金属结核存在着明显差异。     

南海海盆海底扩张年代之探讨

根据海底地形地貌特征和区域构造走向,可将南海海盆分为三个次海盆：西北次海盆、西南次海盆和中央次海盆。通过地磁异常资料之分析对比,在中央次海盆中鉴别出５ｄ－１１号磁异常条带,推测其海底扩张年代为晚渐新世一早中新世（３２－１ＭａＢＰ）;在西南次海盆中鉴别出１８－１３号磁异常条带,推测其海底扩张年代为晚始新世一早渐新世（４２－３５ＭａＢＰ）。通过对穿过中央次海盆与西南海盆的地震反射剖面之分析,发现西南次     

南海西南海盆的海底扩张及其构造意义

本文系统地分析了南海西南海盆及其邻区的地球物理场特征，对比了海盆中的磁异常条带。将观测的地磁异常进行高通滤波，去掉层２Ａ下洋壳磁性体的影响，然后利用国际地磁年表中的地磁倒转极性事件，采用半扩张速率２．２￣２．５ｃｍ／ａ，在西南海盆对比出１８－１３号磁异常条带，对应的地质年龄为４２－３５Ｍａ。据此认定西南海盆是在晚始新世至早渐新世通过海底扩张形成的。作者基于地震剖面解释，发现该海盆中存在晚始新世至现     

南海的右行陆缘裂解成因

南海成果是西太平洋边缘海动力学研究的重要部分,也关系到特提期,环太平洋两大超级会聚带的相互作用,是国内外地学界长期研究的热点问题。西太平洋边缘海内带,尤其是日本海和南海在形成时代,海盆形态和海底地貌,海底扩张的多轴,多阶段,由东向西扩展特征,岩石圈地幔的地球化学异常等方面具有共同特征,可能在成因上也相似,南海的海盆的楔形的楔形形状,海底扩张及陆架盆地的断陷的由北向南发展和自东向西推进的特征,地壳伸展减薄和海底扩张程度的由东向西减弱都可用尖端向西的“剪刀模型”来描述,即南海的张开是近南北向右行剪切力作用下东亚陆缘发生裂解的结果。南海张开的同时在海盆内及其西缘印支半岛上发育大量近南北向右行走滑断裂,表明当时存在区域性的近南北向右行剪切应力,而在其东缘现在看不到大型近南北向右行走滑断裂,可能是在中中新世以后受从赤道附近近滑移北上并沿马尼拉海沟仰冲的菲律宾群岛所破坏的结果。晚中生代以来,在西太平洋构造域,特提斯构造域西段（印度）及东段（澳大利亚）先后发生了朝欧亚大陆的,不同方向和速度的会聚。在这三大作用的复合和竞争的动力学背景下,东亚陆缘发生了有地幔参加传动的“超级剪切”,其应力场经历了左行压扭体制和右行张扭体制交替的阶段性变化,正是在特提斯构造域西段的会聚起主导作用的阶段,东亚陆缘在右行张扭应力场作用下发生裂解,形成了南海和其他内带边缘海。     

南海陆缘伸展破裂过程中的构造迁移和盆地演化

为了阐明南海由陆向洋的过渡带内构造活动的时间 空间迁移过程,本文以两条跨南海东部共轭被动陆缘和南海西南部共轭陆缘的两条长剖面为基础,进行精细的构造解释和分析,在南海洋陆转换带内确定了出Tb、SD、PD和Bi四个一级层序界面,并以这4个一层序界面为界,将南海陆缘划分为：早期断陷盆地(Tb—SD)、晚期拆离盆地(SD—PD)和断坳转换盆地(PD—Bi)。通过对同一剖面不同构造单元带内同构造地层的分析,发现构造活动时代由陆向洋逐渐变年轻;通过对比不同剖面同一构造单元带内的同构造地层发现,构造活动时代沿着海底扩张迁移的方向逐渐变年轻。因此,在南海扩张期间,岩石圈的伸展变形不仅表现为向洋方向的迁移,同时表现为向海底扩张方向的迁移。     

南黄海北部前陆盆地的构造演化与油气突破

南黄海北部盆地是我国近海海域中唯一由中生代陆-陆碰撞造山作用形成的前陆盆地。其构造演化经历了4个阶段:(1)前造山期大陆边缘盆地阶段(Z—T2);(2)苏鲁造山带晚期前陆盆地阶段(J3—K);(3)造山期后陆内断陷盆地阶段(K2t—E);(4)区域沉降覆盖阶段(N—Q)。对其中陆内断陷盆地的详细调查研究结果表明,盆地内晚白垩世泰州组烃源岩发育,具有4套储盖组合,圈闭构造多,成藏配套条件好,计算其石油资源量约20×108t,是当前在南黄海获取油气重要突破的首选区域。     

南沙海槽岩石圈热-流变结构与动力学演化分析

南沙海槽前陆盆地是我国南海南缘陆架区重要的含油气盆地,海槽之下陆壳减薄的原因、前陆区逆冲推覆构造的变形机制是南海地球动力学研究的重要科学问题。利用地震、重磁、地热观测资料,依据地震沉积地层分析、重磁反演分析、地幔流应力场分析、热-流变学分析方法,文中计算了南沙海区地壳结构特征、南沙海槽逆冲推覆热-流变学结构。结果表明:南沙海区Moho面深度在18~26km,其中海槽区Moho面最浅,由海槽中心向东南至陆坡,Moho面由20km快速下降到26km深度,说明南沙海区陆壳结构曾发生过强烈的构造变动。南沙海区地壳累积流变强度FC与岩石圈累积流变强度FL之比小于80%,显示为一个整体陆壳地块,岛礁区大部分地段地壳热流QC与海底热流Q0之比大于60%,为"热壳冷幔"型热结构,而海槽区情况正相反,QC/Q0小于40%,为"冷壳热幔"型热结构。南沙海槽Moho面温度在300~700℃,地壳整体温度较低,地温梯度在垂向上高、低相间成层分布,地壳浅层地温梯度在15~30℃/km,深层地温梯度大于45℃/km。南沙海槽南北两侧应力分布特征不同,北侧挤压,南侧伸展。北侧挤压区,地层挤压收缩量由深向浅减小,南侧伸展区,地层伸展量由深向浅增大,类似手风琴风箱结构。北侧黏滞系数高、流变强度大,南侧黏滞系数低、流变强度小。南侧的黏滞系数、流变强度大约比北侧低2~3个数量级,因此南沙海槽南侧比北侧更容易发生构造变形。由计算结果推测,南沙Moho面起伏或陆壳减薄与"地壳重力均衡作用"和"地幔热隆升作用"有关,海槽东南缘逆冲推覆体构造变形机制主要是"地壳缩短"作用,其次是"重力滑脱"作用。文中没有涉及南沙陆块不同地质时期Moho面、"地壳均衡"、"地幔热隆升"之间的演化关系,也没有涉及南沙海槽基底变形中"弹性挠曲"和"逆冲推覆"之间的关系。     

残余洋盆的大地构造演化及其油气意义

残余洋盆是板块拼合碰撞过程中残留的、未彻底闭合的洋盆,为碰撞陆块之间最晚闭合的区域。它们在走向上与蛇绿岩缝合带渐变过渡,普遍具有不规则的几何形态(三角形、贝壳形、凹四边形)和复杂的构造边界。盆地内充填大面积的巨厚三角洲 浊流相(海底扇)沉积,物源来自于周边造山带的隆升剥蚀。残余洋盆的构造背景、几何形态、鉴别标志及其最终消亡过程,正成为大陆动力学需要深入研究的重大科学问题。由于欧亚大陆内各个陆块尺度较小和陆块数目较多,拼合的陆块边缘形态不完全匹配,古生代末以来,在古亚洲洋盆及特提斯洋盆聚合边界上广泛发育残余洋盆。已发现的残余洋盆实例有:孟加拉湾、黑海、南里海、南沙海槽、东地中海、准噶尔、松潘-甘孜等盆地。它们普遍具有海相沉积巨厚、盆地深度较大、快速而持续的沉降等特点。陆块几何形态不规则、陆块拼合的随机性、板块远大于陆块尺度,均是形成残余洋盆的重要原因。随着板块碰撞及陆块调整,残余洋盆主要发生被动式的消亡,包括巨厚的沉积充填(弧前增生楔及海底浊积扇)及多期构造变形。残余洋盆普遍具有重要的油气价值和勘探前景。     

南海北部—东海南部中生代盆地演化与油气资源潜力

目前的勘探成果表明,南海北部到东海南部的广阔海域普遍发育中生代地层,但是除了在台西南盆地发现工业油气藏之外,其他地区的中生界尚未有大的勘探突破。本次研究将中生代南海北部—东海南部作为一个整体,开展大地构造背景分析,厘清各构造时期盆地的性质及其形成演化机制,探讨油气资源潜力。结果表明:南海北部—东海南部从晚三叠世到白垩纪整体为一个大型盆地,盆地的演化受其周围板块相互运动所控制;晚三叠世(T₃)主要受特提斯构造域控制,发育被动陆缘边缘海沉积盆地;从早侏罗世(J₁)到早白垩世均受古太平洋板块(伊泽奈崎板块)向欧亚板块俯冲机制的控制,其中早—中侏罗世(J_1-2)发育弧前坳陷盆地,晚侏罗—早白垩世(J₃—K₁)盆地性质为弧后断陷盆地;晚白垩世(K₂)受太平洋板块、欧亚板块和印度板块的联合控制,性质依然为弧后断陷盆地,与前期相比,裂陷强度加大;海水由东南方向侵入,地层垂向上由海相向陆相逐渐过渡,由东南向西北和东北方向,水体逐渐变浅,亦由海相向陆相逐渐演变;中生界在南海北部潮汕坳陷等地区发育深海相和海湾相泥岩,在东海南部基隆坳陷也发育良好的海湾相泥岩,生烃潜力大,具有形成大型油气藏的物质基础和地质条件,勘探潜力巨大。本次研究结果可以为南海北部—东海南部中生界的油气资源勘探提供依据。     

南海南部海域主要沉积盆地构造演化特征

南海南部海域主要沉积盆地沿南沙块体南部、西部两条不同的边界分布，其成盆时代、盆地类型、盆地演化历史以及油气资源效应都有较大的差异，它们的发生发展均与南海的两次海底扩张有关；构造演化具有明显的阶段性，早期均与区域拉张作用有关，都经历了中中新世末期的变形、改造和随后的区域沉降过程，并受到礼乐运动、西卫运动和南沙运动的影响。万安、曾母和北康盆地是南海南部海域具有代表性的新生代沉积盆地，分属于不同的盆地类型。万安盆地是叠置在较薄地壳和高热流值背景之上的一个新生代走滑拉张盆地，经历了三个构造演化阶段。曾母盆地是南沙块体向南俯冲与婆罗洲块体发生软碰撞而形成的一个周缘前陆盆地，经历了四个不同的构造演化阶段。北康盆地是在南沙块体上于白垩纪末一第三纪早期由于地壳拉伸、裂陷而形成的一个陆缘张裂盆地，经历了三个构造演化阶段。     

Asymmetry in oceanic crustal structure of the South China Sea basin and its implications on mantle geodynamics

ABSTRACT

We investigated the oceanic crustal structure and lithospheric dynamics of the South China Sea (SCS) basin through a comprehensive analysis of residual gravity anomaly and bathymetry combined with seismic constraints and interpretation from geodynamic modelling. We first calculated the residual mantle Bouguer anomaly (RMBA) of the oceanic crustal regions of the SCS by removing from free-air gravity anomaly the predicted gravitational attractions of water-sediment, sediment-crust, and crust-mantle interfaces, as well as the effects of lithospheric plate cooling, using the latest crustal age constraints including IODP Expedition 349 and recent deep-tow magnetic surveys. We then calculated models of the gravity-derived crustal thickness and calibrated them using the available seismic refraction profiles of the SCS. The gravity-derived crustal thickness models correlate positively with seismically determined crustal thickness values. Our analysis revealed that the isochron-averaged RMBA are consistently more negative over the northern flank of the SCS basin than the southern conjugate for magnetic anomaly chrons C8n (~25.18 Ma) to C5Dn (~17.38 Ma), implying warmer mantle and/or thicker crust over much of the northern flank. Computational geodynamic modelling yielded the following interpretations: (1) Models of asymmetric and variable spreading rates based on the relatively high-resolution deep-tow magnetic analysis would predict alternating thicker and thinner crust at the northern flank than the southern conjugate, which is inconsistent with the observed systematically thicker crust on the northern flank. (2) Models of episodic southward ridge jumps could reproduce the observed N-S asymmetry, but only for crustal age of 23.6–20 Ma. (3) Southward migration of the SCS ridge axis would predict slightly thinner crust at the northern flank, which is inconsistent with the observations. (4) Models of higher mantle temperatures of up to 25–50°C or >2% less depleted mantle sources on the northern flank could produce large enough anomalies to explain the observed N-S asymmetries.     

南海北部陆缘的构造属性问题

以1号断裂为界,南海北部陆缘可分为东,西两段：东段包括北部湾盆地,琼东南盆地,珠江口盆地和台西盆地等,西段包拓莺歌海盆地。两者构造形变特征存在一定的差异性：东段盆地边界断层主要为NE－EW向,为分支断层通过不同类型转换坡连接而成的多支正断层系,因断层位移沿走向有规律变化,在其上盘发育相关褶皱,如横向褶皱;西段盆地边界断层也是由多条分支断层连接的多支断层系,但方向为NW向,以走滑作用为主,上盘没有发育断层相关褶皱。结合新生代岩浆作用,沉降和充填作用及地壳结构等特征分析,南海北部陆缘东段在构造活动上可以分成三个相对活跃时期,即50－40,30－28和10－5Ma左右。每一期拥有各自的特点,并具有不同的动力学来源,前两期与南海的扩张关系密切,3则与南海扩张无成因联系。南海北部陆缘虽然有一定的岩浆活动,但不是张烈的同期产物,因而它在形成机制上属于非火山型被动大陆边缘,其活动性因素是受周边板块相互作用的叠加所致。西段从成因机制上来讲并不属于南海北部陆缘,可能与印－藏碰撞关系更为密切。     

Tectonic implications of Mesozoic magmatism to initiation of Cenozoic basin development within the passive South China Sea margin

International Journal of Earth Sciences - The South China Sea (SCS) is one of the classical example of a non-volcanic passive margin situated within three tectonic plates of the Eurasian,...