东海盆地形成的区域地质背景与构造演化特征

东海盆地处于西太平洋俯冲带前缘,是发育在华南克拉通基底之上的,以晚白垩世-新生代沉积为主的新生代盆地.东海盆地性质是在活动大陆边缘减薄陆壳之上的,由于洋-陆俯冲消减所引起的张裂、拉伸作用而形成的弧后裂谷型盆地,是西太平洋众多“沟-弧-盆”体系的一部分.东海盆地陆架外缘隆起控制着东海盆地的演化过程,该地质单元形成于晚白垩世,是陆缘隆起和增生楔的复合体,中新世后由于菲律宾海板块的活动而解体为现今的钓鱼岛隆褶带和琉球隆起.结合对陆架外缘隆起的研究后认为,东海盆地晚白垩世以来的演化历程具有3大构造阶段,即:第一阶段,古新世-中始新世西部坳陷形成发展期;第二阶段,中始新世-渐新世东部坳陷形成发展期,其中,中晚始新世太平洋板块的转向是东、西部坳陷构造迁移的分界点;第三阶段,中新世-全新世,东海盆地进入到菲律宾板块影响时期,原先的构造格局开始分解.      

中国东部大陆边缘晚新生代构造演化及板块相互作用过程重建

晚新生代中国东部大陆边缘的构造活动主要集中于东海东缘。中新世以来菲律宾海板块俯冲、冲绳海槽弧后张裂、台湾弧-陆碰撞等一系列重大构造过程,塑造了现今琉球沟-弧-盆体系、台湾碰撞造山带和南海东北部的构造-地貌格局。本文基于对重磁和多道地震资料的解译,并结合前人研究成果,恢复了冲绳海槽构造演化史,阐明了冲绳海槽弧后张裂和台湾弧-陆碰撞之间的关系。在此基础上,重建了中新世以来欧亚板块、菲律宾海板块、南海板块之间的相互作用过程模型。本研究有助于进一步理解板块汇聚背景下东亚大陆边缘深部动力-热力过程对浅部构造格局变迁的制约和影响。     

西太平洋边缘构造特征及其演化

西太平洋边缘构造带是地球上规模最大最复杂的板块边界,以台湾和马鲁古海为界,自北往南大致可以分为3段。北段是典型的沟-弧-盆体系,千岛海盆、日本海盆及冲绳海槽均为典型的弧后扩张盆地。中段菲律宾岛弧构造带为双向俯冲带,构造复杂,新生代经历大的位移和重组,使得欧亚大陆边缘的南海、苏禄海和苏拉威西海成因存在很大的争议。南段新几内亚—所罗门构造带是太平洋板块、印度—澳大利亚及欧亚板块共同作用的结果,既有不同阶段的俯冲、碰撞,也有大规模的走滑与弧后的扩张,其间既有新扩张的海盆,又有正在俯冲消亡的海盆。台湾岛处于枢纽部位,欧亚板块在此被撕裂,南部欧亚大陆边缘南海洋壳沿马尼拉海沟俯冲于菲律宾岛弧之下,而北部菲律宾海洋壳沿琉球海沟俯冲欧亚大陆之下。马鲁古海是西太平洋板块边界又一转折点,马鲁古海板块往东下插于哈马黑拉之下,往西下插于桑义赫弧,形成反U形双向俯冲汇聚带,其洋壳板块已基本全部消失,致使哈马黑拉弧与桑义赫弧形成弧-弧碰撞。     

从东海石油地质重要进展看西太平洋大陆边缘新生代盆地的构造演化--一种海沟向洋后退的残余弧后盆地演化模式

东海盆地石油地质研究在近二十年里主要取得五方面的进展：证明了盆地是由一组大陆边缘新生界由西向东逐个变新的“盆地群体”组成,建立了陆架地区以组为单位的整个新生代地层单元,详细划分了西湖凹陷的内部地质结构,认定了煤和煤系沉积是东海陆架区的主力油气源岩,通过大量钻井验证了盆地中三类不同成因的圈闭。从环西太平洋盆地形成的地球动力学背景看,西太平洋是一个自北而南的沟-弧-盆(陆缘海)系统;大体以台湾海峡为界,东海盆地是一个由转换或被动边缘演化而来的聚敛边缘,而南海属于由活动或聚敛边缘转化而来的被动边缘。东海盆地与菲律宾海盆地具有相似的时空演化特征,由此论证了东海新生代盆地属于残余弧后向洋后退盆地。     

从东海石油地质重要进展看西太平洋大陆边缘新生代盆地的构造演化——一种海沟向洋后退的残余弧后盆地演化模式

东海盆地石油地质研究在近二十年里主要取得五方面的进展:证明了盆地是由一组大陆边缘新生界由西向东逐个变新的“盆地群体“组成,建立了陆架地区以组为单位的整个新生代地层单元,详细划分了西湖凹陷的内部地质结构,认定了煤和煤系沉积是东海陆架区的主力油气源岩,通过大量钻井验证了盆地中三类不同成因的圈闭.从环西太平洋盆地形成的地球动力学背景看,西太平洋是一个自北而南的沟-弧-盆(陆缘海)系统;大体以台湾海峡为界,东海盆地是一个由转换或被动边缘演化而来的聚敛边缘,而南海属于由活动或聚敛边缘转化而来的被动边缘.东海盆地与菲律宾海盆地具有相似的时空演化特征,由此论证了东海新生代盆地属于残余弧后向洋后退盆地.     

从东海石油地质重要进展看西太平洋大陆边缘新生代盆地的构造演化——一种海沟向洋后退的残余弧后盆地演化模式

东海盆地石油地质研究在近二十年里主要取得五方面的进展 :证明了盆地是由一组大陆边缘新生界由西向东逐个变新的“盆地群体”组成 ,建立了陆架地区以组为单位的整个新生代地层单元 ,详细划分了西湖凹陷的内部地质结构 ,认定了煤和煤系沉积是东海陆架区的主力油气源岩 ,通过大量钻井验证了盆地中三类不同成因的圈闭。从环西太平洋盆地形成的地球动力学背景看 ,西太平洋是一个自北而南的沟—弧—盆 (陆缘海 )系统 ;大体以台湾海峡为界 ,东海盆地是一个由转换或被动边缘演化而来的聚敛边缘 ,而南海属于由活动或聚敛边缘转化而来的被动边缘。东海盆地与菲律宾海盆地具有相似的时空演化特征 ,由此论证了东海新生代盆地属于残余弧后向洋后退盆地     

东海陆架盆地类型及其形成的动力学环境

东海陆架盆地位于欧亚板块东南缘,处于华南陆块(包括西部的扬子地块和东部的华夏地块)之上.其基底是华夏地块在东海陆架的延伸,也是西太平洋大陆边缘构造域的重要组成部分.从全球板块构造格局分析,东海陆架盆地处于西太平洋三角带区域,是印度-澳大利亚板块和太平洋板块与欧亚板块巨型汇聚的地带,也是全球汇聚中心,其东西两侧分别与特提斯和西太平洋构造域演化息息相关.总体来说,东海陆架盆地是“欧亚板块与太平洋板块之间的碰撞、俯冲、弧后扩张,印度-澳大利亚板块与欧亚板块之间的汇聚、碰撞、楔入的远程效应,以及地球深部动力学作用”共同叠加、复合作用形成的弧后盆地.其形成机制符合被动扩张模式,向东的地幔流和软流圈下降流是导致弧后扩张的主要地球深部动力来源.     

晚更新世冲绳海槽岩浆活动的化学特征与物理性质

冲绳海槽位于东海东缘,是一新月形的新生弧后盆地,分别以琉球岛弧与钓鱼岛隆起带(Zhou,1989;Liu,1989)或称为Taiwan-Sinzi隆起带(Wageman,1970)为其东、西边界.冲绳海槽发育强烈的构造活动和广泛的火山作用.断裂构造是海槽分布最广泛的地质构造,可大致分成两组,一组与海槽延伸方向一致的NE向断裂,另一组为NW向横切断裂.     

东海及邻近地区岩石圈三维结构研究

文中首先对两条剖面的岩石圈结构进行了论述。以两条剖面的岩石圈结构作为约束,采用小波分解、全磁纬变倾角化极和地热场反演岩石圈底界等项技术,获取了研究区沉积基底面、莫霍面和岩石圈底界面在三维空间的展布以及岩浆岩的分布。在此基础上论述了岩石圈各层的展布及岩石圈三维结构单元的划分,认为东海陆架盆地的东部凹陷带为寻找油气最有利的地区,冲绳海槽为弧后盆地,钓鱼岛岩浆岩带为中酸性岩浆岩带,吐嘎喇火山带为当今火山弧,琉球岛弧为欧亚板块裂离部分,琉球岛弧东部斜坡为古东海大陆架的陆坡,位于此陆坡上的凹陷为弧前盆地。     

东海陆架盆地伸展率和压缩率及构造跃迁

东海陆架盆地位于欧亚板块的东南缘和西太平洋活动大陆边缘,本文选取了东海陆架盆地主要凹陷的17条地震剖面,采用平衡剖面技术,计算了主要凹陷新生代不同演化阶段的伸展率和压缩率。分析表明,东海陆架盆地构造演化总体由西向东跃迁。晚白垩世至晚古新世东海陆架盆地裂陷中心在西部坳陷带,始新世东迁至东部坳陷带,上新世东迁至东海陆架盆地东侧的冲绳海槽盆地。古新世中后期东海陆架盆地西部坳陷带北侧昆山凹陷反转;中新世东部坳陷带的西湖凹陷反转。东海陆架盆地西部坳陷带与东部坳陷带构造演化不同,证明了东海陆架盆地的东西分带。西部坳陷带北部的长江坳陷和南部的台北坳陷构造演化不同,东部坳陷带北部的西湖凹陷和南部的钓北凹陷构造演化不同,证明了东海陆架盆地的南北分块。     

我国东海及邻近海域气体水合物可能的分布范围

由气体水合物稳定存在的温度-压力条件,根据我国东海及其邻近海域的海底温度、地壳热流和地温梯度的分布,指出了该海区气体水合物可能的分布范围。主要在东海陆坡即冲绳海槽的西坡、冲绳海槽的东坡、和琉球海沟的西坡、琉球海沟和菲律宾海盆。分析指出,目前并不能肯定东海陆架区不存在气体水合物稳定存在的区域。由于冲绳海槽的热流值较高,特别是冲绳海槽的中部轴区,那里有较高的地温梯度,因而,海槽两坡的气体水合物主要分布在南部冲绳海槽.     

The Crust Velocity Structure of Profile 820 in the Area of East China Sea and Its Vicinity

THE CRUST VELOCITY STRUCTURE OF PROFILE 820 IN THE AREA OF EAST CHINA SEA AND ITS VICINITY     

Continental margin basins in East Asia: tectonic implications of the Meso‐Cenozoic East China Sea pull‐apart basins

The East China Sea basins, located in the West Pacific Continental Margin (WPCM) since the late Mesozoic, mainly include the East China Sea Shelf Basin (ECSSB) and the Okinawa Trough (OT). The WPCM and its adjacent seas can be tectonically divided into five units from west to east, including the Min‐Zhe Uplift, ECSSB, the Taiwan–Sinzi Belt, OT, and the Ryukyu Island Arc, which record regional tectonic evolution and geodynamics. Among those tectonic units, the ECSSB and the OT are important composite sedimentary pull‐apart basins, which experienced two stages of strike‐slip pull‐apart processes. In seismic profiles, the ECSSB and the OT show a double‐layer architecture with an upper half‐graben overlapping on a lower graben. In planar view, the ECSSB and the OT are characterized by faulted blocks from south to north in the early Cenozoic and by a zonation from west to east in the late Cenozoic. The faulted blocks with planar zonation and two‐layer vertical architecture entirely jumped eastward from the Min‐Zhe Uplift to the OT during the late Cenozoic. In addition, the whole palaeogeomorphology of the ECSSB changed notably, from pre‐Cenozoic highland or mountain into a Late Eocene continental margin with east‐tilting topography caused by the eastward tectonic jumping. The OT opened to develop into a back‐arc basin until the Miocene. Synthetic surface geological studies in the China mainland reveal that the Mesozoic tectonic setting of the WPCM is an Andean‐type continental margin developing many sinistral strike‐slip faults and pull‐apart basins and the Cenozoic tectonic setting of the WPCM is a Japanese‐type continental margin developing dextral strike‐slip faults and pull‐apart basins. Thus, the WPCM underwent a transition from Andean‐type to Japanese‐type continental margins at about 80 Ma (Late Cretaceous) and a transition in topography from a Mesozoic highland to a Cenozoic lowland, and then to below sea‐level basins. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

长江口地区地面沉降的深部动力学机制分析

地表变形、活动断裂和地球物理的综合分析表明,菲律宾洋壳向欧亚大陆的俯冲导致的地幔对流是控制中国东部沿海地区晚新生代以来构造作用的主导因素,是长江口地区地面沉降的主要深部动力学机制。由于地幔对流和青藏高原挤压共同作用导致的地壳热流值的差异则是长江口地区西部隆升、东部沉降且向东沉降速率增大的直接驱动力。预测未来长江口地区的基岩沉降范围将以>10cm/a的速率向西扩大,沉降速率将呈明显加速趋势,40000a之内上海市可能被海水淹没,但板块构造演化的“渐变”特征决定其对当地未来的人类活动不会造成显著影响。根据“地壳均衡理论”,建议在长江口南西部(浙江省北东部)的丘陵山区加大重力载荷如加快城市化进程或人工造山以减小和控制上海地区的沉降。     

Deep slab subduction and dehydration and their geodynamic consequences: Evidence from seismology and mineral physics

We present new pieces of evidence from seismology and mineral physics for the existence of low-velocity zones in the deep part of the upper mantle wedge and the mantle transition zone that are caused by fluids from the deep subduction and deep dehydration of the Pacific and Philippine Sea slabs under western Pacific and East Asia. The Pacific slab is subducting beneath the Japan Islands and Japan Sea with intermediate-depth and deep earthquakes down to 600 km depth under the East Asia margin, and the slab becomes stagnant in the mantle transition zone under East China. The western edge of the stagnant Pacific slab is roughly coincident with the NE–SW Daxing'Anling-Taihangshan gravity lineament located west of Beijing, approximately 2000 km away from the Japan Trench. The upper mantle above the stagnant slab under East Asia forms a big mantle wedge (BMW). Corner flow in the BMW and deep slab dehydration may have caused asthenospheric upwelling, lithospheric thinning, continental rift systems, and intraplate volcanism in Northeast Asia. The Philippine Sea slab has subducted down to the mantle transition zone depth under Western Japan and Ryukyu back-arc, though the seismicity within the slab occurs only down to 200–300 km depths. Combining with the corner flow in the mantle wedge, deep dehydration of the subducting Pacific slab has affected the morphology of the subducting Philippine Sea slab and its seismicity under Southwest Japan. Slow anomalies are also found in the mantle under the subducting Pacific slab, which may represent small mantle plumes, or hot upwelling associated with the deep slab subduction. Slab dehydration may also take place after a continental plate subducts into the mantle.     

东亚及其大陆边缘新生代构造迁移与盆地演化

构造迁移是盆地发展演化过程中十分普遍的地质现象,但西太平洋地区相关研究程度较低,本文基于近10年来对中国东部海域渤海湾盆地、南黄海盆地、东海陆架盆地和南海盆地等所开展的大量研究工作,并综合前人研究成果,对西太平洋地区中最具有代表性的中国东部及邻近海域的新生代构造迁移特征进行了系统讨论.西太平洋活动大陆边缘位于欧亚、太平洋和印度三大板块的交汇处,占据了全球板块汇聚中心的独特位置,并同时受到印度板块的挤入、太平洋板块的后退式俯冲、台湾造山带的楔入的联合作用,自新生代以来,形成了宽阔的自西向东后退式的沟弧盆体系.中国东部及邻区作为西太平活动大陆边缘的重要组成部分,在这个大地构造背景下,新生代的构造特征总体也表现出自西向东的迁移规律,具体表现在盆地的断裂活动性、沉积作用、断陷的萎缩与消亡等自西向东变新逐步演化,新生代的生、储、盖、圈、运、保六大油气成藏要素也表现出西早东晚、自西向东迁移的特征.这种成藏规律的识别对于中国东部油气、天然气水合物勘探具有非常重要的指导意义.最后,从板缘、板内和板下过程和机制,探讨了盆内和盆间的新生代构造迁移机制,这种构造-岩浆-成盆-成藏等的向洋变新迁移和跃迁是晚中生代以来挤出构造和新生代北西向壳内伸展、印度和欧亚板块碰撞诱发的软流圈向东流动的远程效应及太平洋俯冲带的跃迁式东撤的联合效应.