南海北部陆缘盆地形成的构造动力学背景

摘要：南海北部陆缘盆地处于印度板块与太平洋及菲律宾海板块之间,但三大板块对南海北部陆缘盆地的影响是不同的。通过对三大板块及古南海演化的研究,可知南海北部陆缘地区应力环境于晚白垩世发生改变。早白垩世处于挤压环境,晚白垩世以来转变为伸展环境并且不同时期的成因不同。晚白垩世-始新世,华南陆缘早期造山带的应力松弛、古南海向南俯冲及太平洋俯冲板块的滚动后退导致其处于张应力环境。始新世时南海北部陆缘裂陷盆地开始产生,伸展环境没有变,但因其是由太平洋板块向西俯冲速率的持续降低及古南海向南俯冲引起的,南海北部陆缘盆地继续裂陷。渐新世-早中新世,地幔物质向南运动及古南海向南俯冲导致南海北部陆缘地区处于持续的张应力环境;渐新世早期南海海底扩张;中中新世开始,三大板块开始共同影响着南海北部陆缘盆地的发展演化。     

南沙北部伸展构造的基本特征及其动力学意义

南沙地块辫啊以中南－美洲断裂为分界,其东、西两侧伸展构造的几何学与运动学表明,晚白垩世至早渐新世,其伸展作用以纯剪切为主;中渐新世至早中新世,伸展带东段转换为简单剪切,西段剪切渐停。伸展作用的主要动力来源于陆缘俯冲板片的拆沉、软流圈地幔热物质乘隙上拱和部分熔融作用及周边板块的相互作用。     

南海西缘新生代沉积盆地形成动力学探讨

通过对南海西缘新生代沉积盆地伸展作用、沉降、构造变形等特征分析,检查印支地块多条近北西向走滑断裂时间、幅度等特征以及与盆地之间联系,结果表明印度-欧亚碰撞引起的逃逸作用与南海西缘新生代盆地没有直接的成因联系;两个与俯冲有关的不同扩张机制与南海西缘新生代盆地有成因联系,即(1)太平洋板块在古新世到始新世的滚动后退,太平洋-欧亚板块汇聚速率的降低驱使这些盆地产生初始伸展作用;(2)渐新世到中中新世古南海南倾俯冲板块的拖曳力,进一步驱使这些盆地的伸展及接着的南海扩张.     

琼东南盆地半地堑特征及其动力学探讨

利用琼东南盆地的反射地震剖面等资料,对其中具有代表性的崖北、北礁凹陷等半地堑的几何学、运动学特征进行分析,划分出旋转半地堑、滚动半地堑和多米诺式半地堑系3种类型,认为半地堑经历了中始新世-早渐新世、晚渐新世-早中新世两个演化阶段,并且在时间上有东早西晚,空间上有"东西分块、南北分带"的特征。在盆地半地堑组合特征及区域构造分析的基础上,指出盆地的发育与演化主要受古太平洋板块俯冲带后撤、红河断裂的左行走滑和南海海盆扩张的联合作用影响,表现为裂陷前期(Tg-T7)主要受古太平洋板块俯冲后撤及红河断裂的左行走滑联合作用,后期(T-T)主要受南海海盆海底扩张作用影响;而盆地张裂是通过纯剪切作用完成的。     

东秦岭－大别山及邻区盆－山系统演化与动力学

东秦岭－大别造山带受不同块体间的拼合碰撞及其之后的陆内变形控制,在造山带边缘和内部形成了不同的盆山系统。造山带北缘响应北秦岭与华北板块的弧陆碰撞及其之后陆内变形作用,形成了后陆逆冲与弧后前陆盆地系统。造山带南缘三叠纪至白垩纪随着扬子板块与秦岭－大别微板块沿勉略缝合带自东向西的斜向俯冲和之后的陆内旋转挤压,在扬子北缘形成了前陆逆冲与周缘前陆盆地系统。自晚侏罗世末至白垩纪造山带挤压与伸展并存,伸展自核部向边缘发展,形成造山带伸展塌陷与近东西向裂谷盆地系统。大致在中始新世之后,受中国东部环太平洋构造带东西向伸展作用和深部构造作用控制,横跨造山带形成近南北向的裂谷盆地。     

珠琼运动的厘定——来自北部湾盆地福山凹陷构造沉积特征的启示

南海北部盆地构造运动的认识向来存有争议,尤其是在珠琼运动的厘定上更是难以统一。通过分析南海及其周缘盆地的动力学背景特征,认为珠琼运动为发生在始新世至渐新世的一次大型伸展构造运动,根据其动力学背景可分为两幕。北部湾盆地福山凹陷在珠琼运动期间表现出明显的两期伸展背景,分别对应珠琼运动的两次幕式活动。根据福山凹陷沉降速率变化、控沉积断裂与不同期次断裂分布特征,认为珠琼运动一幕的活动时间为早—中始新世,即54~39.4Ma,动力学机制为印度洋板块俯冲欧亚板块引起东南方向的地幔流并导致太平洋板块俯冲后退;珠琼运动二幕的活动时间为晚始新世至渐新世,即39.4~25.5 Ma,起因于海南地幔柱柱头到达岩石圈底部引起东南方向的伸展效应。     

中国近海海域新生代成盆动力机制分析

中国近海海域发育了渤海湾、东海和南海等10多个新生代富油气沉积盆地,其发育演化过程及动力学背景的异同需要在统一的研究思路和方法下进行系统的总结.以海域盆地油气勘探开发中积累的丰富的地质地球物理资料为基础,详细解释和分析了渤海、东海和南海三大海域新生代盆地的构造地层格架,进一步明确了渤海湾盆地斜向拉分盆地的演化阶段,证实了区域走滑断裂体系对盆地发育的重要控制作用;在东海陆架盆地划分出弧后前陆盆地的演化阶段,认识到区域挤压作用对该盆地的演化过程的重要性;在南海北部深水区发现了大型拆离断层及其所控制的拆离盆地,提出大型拆离断层作用是地壳薄化、地幔剥露和陆缘深水盆地形成演化的主要机制.研究揭示出中国近海海域盆地新生代期间在经历了古新世-中始新世期间分布全区的均一断陷作用之后,从晚始新世开始进入到区域构造的差异性演化阶段,其中渤海湾盆地进入斜向走滑拉分阶段,并持续到渐新世末期,随后是中新世的热沉降和上新世以来的加速沉降过程;东海陆架盆地则进入长期的弧后前陆盆地演化阶段,直到上新世开始才进入区域性的沉降过程;而南海则持续伸展形成深水拆离盆地,并最终在渐新世初期（32 Ma）发生岩石圈裂解,南海洋盆开始扩张,陆缘则进入被动大陆边缘演化阶段.区域板块运动学分析表明,晚始新世发生的全球板块运动重组事件导致了中国近海海域盆地构造的差异性演化.该事件发生之前,中国东部处于欧亚板块和太平洋板块相互作用构建的"双板块"动力体制之下,太平洋板块的俯冲后退作用导致了陆缘弧后伸展,形成了广布中国东部大陆边缘的盆岭式断陷盆地系.该事件之后,中国大陆处于印度板块、欧亚板块、太平洋板块和菲律宾海板块等构建的"多板块体制"之下,印度-欧亚大陆的碰撞、太平洋板块俯冲方向的转变、古南海的俯冲碰撞、菲律宾海板块的楔入及其与太平洋板块向西运移俯冲等产生了更为复杂的板块运动过程和多期次的运动重组事件导致了中国海域盆地成因类型的多样性和构造演化过程的差异性.海域盆地是我国重要的油气生产基地,本文的研究不仅进一步深化了中国海域盆地的形成演化过程和动力机制的认识,而且对于该区的油气勘探和开发也具有重要的实际应用价值.      

医巫闾山变质核杂岩早白垩世伸展变形

对瓦子峪拆离断层带及下盘韧性剪切带中的构造岩进行构造变形及石英组构优选方位分析,这些构造岩的变形特点及分布规律显示伸展活动具有从高绿片岩相的脆-韧性变形向低绿片岩相的脆性变形演化的特点,展示了由浅部地壳向地表抬升的过程.上盘同伸展断陷盆地中地层发育特点和韧性剪切带中构造岩的同位素年代学数据显示早白垩世伸展作用随着时间的演化具有逐渐减弱和剪切带北部伸展作用持续时间比南部长的特点,此次伸展作用主要发生在132 ～ 117Ma.对比早白垩世与中、晚侏罗世的伸展方向并结合太平洋板块与依泽纳奇板块中生代的运动特点,推断医巫闾山地区中生代的伸展变形受到西太平洋地区板块活动的制约.     

渤海湾盆地晚中生代-新生代伸展和走滑构造及深部背景

渤海湾盆地是一个在早白垩世被动裂陷盆地基础上发育起来的新生代主动裂陷盆地, 走滑作用贯穿始终, 特别是在兰聊-盐山断层以东, 使这个裂陷盆地具有鲜明的走滑特征。伸展和走滑作用此消彼长, 伸展构造和走滑构造相互叠加、转换, 垂向上相互叠置、交切, 并由此导致变换带的产生。晚中生代以来太平洋板块向欧亚板块俯冲的方向和速度变化、后撤以及板片窗效应、中始新世印欧板块碰撞导致的地幔上涌是控制盆地形成的深部背景, 郯庐断裂带早白垩世强烈的左行走滑、古新世-早始新世弱的左行走滑以及中始新世后的右行走滑活动也深刻地控制和影响着盆地的发育, 盆地内晚中生代-新生代的伸展和走滑构造的演化则是其浅部响应, 并由此控制着岩浆活动以及油气生成、运聚和分布的时空迁移。     

墨西哥中新生代岩浆活动规律及成矿研究

墨西哥中新生代岩浆作用与太平洋板块向东俯冲消减作用及晚白垩-始新世的拉腊米期造山运动有关,岩浆作用控制了矿床的分布规律。文章通过综合分析大量墨西哥中新生代岩浆岩和矿床资料,讨论了岩浆活动规律及构造活动和成矿作用的关系。墨西哥主要有5个岩浆活动时期,分别为晚古生代岩浆作用、早-中侏罗世岩浆作用、白垩世岩浆作用、古近纪岩浆作用、中新世岩浆作用。墨西哥的成矿作用主要与拉腊米期岩浆活动有关(约80 Ma—40 Ma),中新生代的矿床明显分成晚侏罗世(J3)、早白垩世(K1)、晚白垩世(K2)、古新世(E1)、始新世(E2)、渐新世(E3)、中新世(N1)等地质时期。古太平洋板块、法拉隆板块和科科斯板块等三大板块俯冲消减形成3个俯冲成矿系列,即从沿海到内陆依次发育有IOCG型铁铜金成矿带→斑岩型铜钼金成矿带→浅成低温热液型银金多金属成矿带,分别代表太平洋古板块、法拉隆板块和科科斯板块向北美板块从俯冲挤压到碰撞后伸展的岩浆成矿环境。     

南海新生界热释光特征

南海北部西区新生界天然热释光强度为０．２２×１０２～１７×１０２（平均２×１０２），并且随着地层时代变新而呈递增趋势。南海北部西区特别是新生代以来，至少发生过如下几次重要的构造热事件：前新生代（可能是多次）、老第三纪末─新第三纪初和新第三纪晚期，从而造就了研究区独特的新生代沉积建造和构造热场格局及相关的油气藏类型。南海北部西区油气田的形成与定位，主要是老第三纪末─新第三纪初构造热事件作用的结果。     

A tectonic model for the Tertiary evolution of strike–slip faults and rift basins in SE Asia

Models for the Tertiary evolution of SE Asia fall into two main types: a pure escape tectonics model with no proto-South China Sea, and subduction of proto-South China Sea oceanic crust beneath Borneo. A related problem is which, if any, of the main strike–slip faults (Mae Ping, Three Pagodas and Aliao Shan–Red River (ASRR)) cross Sundaland to the NW Borneo margin to facilitate continental extrusion? Recent results investigating strike–slip faults, rift basins, and metamorphic core complexes are reviewed and a revised tectonic model for SE Asia proposed. Key points of the new model include: (1) The ASRR shear zone was mainly active in the Eocene–Oligocene in order to link with extension in the South China Sea. The ASRR was less active during the Miocene (tens of kilometres of sinistral displacement), with minor amounts of South China Sea spreading centre extension transferred to the ASRR shear zone. (2) At least three important regions of metamorphic core complex development affected Indochina from the Oligocene–Miocene (Mogok gneiss belt; Doi Inthanon and Doi Suthep; around the ASRR shear zone). Hence, Paleogene crustal thickening, buoyancy-driven crustal collapse, and lower crustal flow are important elements of the Tertiary evolution of Indochina. (3) Subduction of a proto-South China Sea oceanic crust during the Eocene–Early Miocene is necessary to explain the geological evolution of NW Borneo and must be built into any model for the region. (4) The Eocene–Oligocene collision of NE India with Burma activated extrusion tectonics along the Three Pagodas, Mae Ping, Ranong and Klong Marui faults and right lateral motion along the Sumatran subduction zone. (5) The only strike–slip fault link to the NW Borneo margin occurred along the trend of the ASRR fault system, which passes along strike into a right lateral transform system including the Baram line.     

Aseismic deep subduction of the Philippine Sea plate and slab window

We have made great efforts to collect and combine a large number of high-quality data from local earthquakes and teleseismic events recorded by the dense seismic networks in both South Korea and West Japan. This is the first time that a large number of Korean and Japanese seismic data sets are analyzed jointly. As a result, a high-resolution 3-D P-wave velocity model down to 700-km depth is determined, which clearly shows that the Philippine Sea (PHS) plate has subducted aseismically down to ∼460 km depth under the Japan Sea, Tsushima Strait and East China Sea. The aseismic PHS slab is visible in two areas: one is under the Japan Sea off western Honshu, and the other is under East China Sea off western Kyushu. However, the aseismic PHS slab is not visible between the two areas, where a slab window has formed. The slab window is located beneath the center of the present study region where many teleseismic rays crisscross. Detailed synthetic tests were conducted, which indicate that both the aseismic PHS slab and the slab window are robust features. Using the teleseismic data recorded by the Japanese stations alone, the aseismic PHS slab and the slab window were also revealed (Zhao et al., 2012), though the ray paths in the Japanese data set crisscross less well offshore. The slab window may be caused by the subducted Kyushu-Palau Ridge and Kinan Seamount Chain where the PHS slab may be segmented. Hot mantle upwelling is revealed in the big mantle wedge above the Pacific slab under the present study region, which may have facilitated the formation of the PHS slab window. These novel findings may shed new light on the subduction history of the PHS plate and the dynamic evolution of the Japan subduction zone.     

莺歌海盆地沉积格架和充填演化分析

位于南海西北部海域的莺歌海盆地,由于其大地构造位置的特殊性,沉积格架和充填演化也具有非常独特的特点。盆地古近纪和新近纪上下两部分沉积特征完全不同,古近系显示出走滑盆地对称沉积的特征,受断裂控制较明显,沉积活动范围局限;新近纪基本上脱离断裂活动的控制,其沉积活动到新近纪中晚期逐渐显示出形似被动大陆边缘的沉积特征。盆地沉积中心的变迁独树一帜,主要经历了3个阶段,由西北-东南、东南-西北、西北-东南方向有规律地变化。沉积充填过程历经了由陆相到海相、多次大规模海进和海退沉积序列,形成了多套厚度较大的互层砂泥岩组合,具有良好油气远景。     

南海北部区域黏土循环动力特性试验研究

采用南海北部区域油田场址钻孔原状土样,开展黏土循环动力特性试验研究。结合共振柱与应变控制的循环单剪试验,获取动剪切模量和阻尼比随循环剪应变的变化规律,将最大动剪切模量与原位静力触探的计算结果进行对比。开展应力控制的循环单剪试验,采用对称加载方式获取土样动强度阈值,基于该阈值,通过单、双向加载方式获取土样动强度包络线,并将试验结果与Drammen黏土及世界范围内其余区域黏土进行对比。该研究初步获取了南海北部区域性黏土的循环特性及动力学参数,为南海北部区域油气田结构设计和地质风险评估提供基础资料,掌握了循环动力特性试验方法,为岩土工程动力学试验研究及数据分析提供技术参考。     

Crust and upper mantle structure and its tectonic implications in the South China Sea and adjacent regions

We present a 3D S-velocity model for the crust and upper mantle of the South China Sea and the surrounding regions, constrained from the analysis of over 12,000 of fundamental Rayleigh wave dispersion curves between 10 s and 150 s periods. The lateral resolution was found to vary from 2° to 4° with the increasing period over the study region. A robust scheme of Debayle and Sambridge allowed us to conduct the tomographic inversion efficiently for massive datasets. Group velocity maps varying with period show lateral heterogeneities, well related to the geological and tectonic features in the study region. The 3D S-velocity model was constructed from the 1D structure inversion of the tomographic group velocity dispersion curves at each node. The obtained average crustal structure is similar to the PREM model, while the average mantle velocity is typically lower than the global average. The complicated 3D structures reveal three prominent features correlated with geological divisions: sea basin regions, island and arc regions, and continental regions. The derived crustal and lithospheric thicknesses range from ∼15 to >50 km and from ∼60 to >140 km, respectively, with the thinnest in the South China Sea, the thickest in eastern Tibet and the Yangtze Block, and the medium in the South China Fold Belt, Indochina, and island arc regions. Our results further confirm that (1) a Mesozoic subduction zone, which is interpreted as the tectonic weak zone during the Paleogene, exists along the South China margin; (2) the influence of the Indochina extrusion along the Red River Fault is limited for the South China Sea region; (3) there is a slab remnant of the proto-South China Sea beneath Borneo. New findings suggest that the Mesozoic subduction zone should be built into any evolution model for the region, as well as the other two major tectonic boundaries of the Red River Fault and proto-South China Sea subduction zone.     

古近纪气候变化在东海盆地内的化石记录

古近纪气候演化经历了由"温室气候"向"温凉气候"转变的过程,在此期间发生了三次显著的气候事件,分别为PETM极热事件、Oi-L骤冷事件和Mi-L降温事件。利用东海陆架盆地内孢粉、有孔虫等古生物资料探讨了全球古气候变化背景下东海陆架盆地内古生物差异性变化,并根据特征孢粉组合恢复东海陆架盆地内不同时期古植被以及古气候,在此基础上将东海陆架盆地温度、湿度变化曲线与全球温度变化曲线、海平面变化作对比分析,结果显示东海陆架盆地气候演变与全球气候变化具有一定的耦合关系,并且对渐新世时期东海陆架盆地气候变化的原因进行了初步探讨,认为渐新世时期季风气候的形成导致了东海陆架盆地花港组整体呈现湿润的气候特征。     

台湾-吕宋岛双火山弧的构造意义

扼要评介了国内外关于台湾-吕宋岛双火山弧在南海沿马尼拉海沟俯冲的动力学过程和俯冲板块深部形态等方面研究的成果;认为目前的动力学模式还不够完善,没有能够对台湾-吕宋岛双火山弧中存在的第四纪火山间断做出合理的解释,为此引入“板片窗”概念,对已经提出的动力学模式进行了修改;并统计1964~2006年发生于菲律宾地区的地震震中位置,认为存在于菲律宾群岛17°~19°N之间的深源地震稀疏带和存在于14°~15°N之间的喇叭状地震稀疏带是地震作用对于南海板片窗构造存在的反映;结合研究区域已有应力场研究资料,认为俯冲的南海亚板块中板片窗两侧俯冲倾角的差异,应该是造成俯冲带内应力分布出现分带现象的原因之一。     

南海北部新生代海陆变迁与不同盆地的沉积充填响应*

新生代以来南中国海的多幕旋回运动形成了其北部陆坡性质各异、演化有别的多个陆缘沉积盆地。依据各盆地新生界发育特征、主干地震剖面及钻井资料对南海北部的相对海平面变化与沉积环境进行系统分析,采用年代地层对比的方法探讨南海北部构造演化序列与海陆变迁规律的内在联系,再现了南海北部陆缘新生代的海陆变迁过程,从而建立了南海北部陆缘裂谷盆地、走滑拉分盆地和陆内裂谷盆地的构造—沉积充填一体化模式。新生代海平面整体呈上升趋势,古近纪各盆地以陆相河流、粗粒三角洲湖相沉积为主;而新近纪主要发育滨浅海及三角洲相,呈现出明显的早陆后海的规律。靠近陆地一侧的陆内裂谷盆地北部湾盆地海侵最晚,其古近系充填厚度明显大于新近系,以发育近源扇三角洲为特色;而靠近海域一侧的走滑拉分盆地(莺歌海盆地)则以新近纪海相沉积占优势;陆缘裂谷盆地(琼东南与珠江口盆地)古近纪陆相与新近纪海相相对均衡发育,发育大型三角洲与碳酸盐岩台地。不同盆地的沉积充填特征主要受构造运动与海侵规模控制,并由此奠定了不同盆地的资源前景。