边缘海构造旋回与南海区域构造格局的形成

边缘海构造旋回与南海区域构造格局的形成

边缘海也被称为陆地边境海，位于地球和洋之间的过渡地带。南海是西太平洋最重要的边境海之一。上世纪70年代开始,国内外学者关于南海成因问题提出了弧后扩张、地幔上涌、陆缘扩张、碰撞-挤出-逃逸、大西洋型海底扩张、单向拉张、右行拉分作用、主动成因8种主要模式1中央次海盆洋壳内扩张南沙海域c6a—南海边缘海基底结构综合考虑地球深部地质、地壳类型、地质构造及蛇绿岩带南海北部属于华夏古陆的一部分,其北边界为江南造山带中央海盆由新生代洋壳组成,无前新生代基底。南海中东部为洋壳,古地磁研究表明,洋壳区磁异常条带具有分区性,分为中央次海盆、西北次海盆和西南次海盆。中央次海盆磁异常条带走向东西,以北纬17°为中轴,南北近对称分布,最年轻的磁异常C5c年龄为16.5Ma,向北依次为C5e、C6、C6a、C6b,C6c、C7(25Ma)、C8(26.4Ma)、C9、C10(29Ma)、C11、C12(32Ma);向南依次为C5e、C6、C6a、C6b、C6c、C7(25Ma)、C8(26.4Ma)、C9、C10(29Ma)、C11。依次推断中央次海盆洋壳形成于32~16.5Ma,持续15.5Ma,距今16.5Ma之后在南北方向上停止了扩张南沙地块存在4个构造层:(1)前二叠纪结晶基底构造层;(2)二叠纪—侏罗纪弧后(前)盆地沉积构造层;(3)白垩纪浅海相和滨海相含煤沉积构造层;(4)白垩纪末—古近纪早期被动大陆边缘沉积构造层锡布增生系具有2个构造层:(1)中生代晚期为小洋盆相构造层;(2)在古新世—始新世洋盆俯冲、闭合,形成以拉让群、克拉克群巨厚增生楔为代表的增生系构造层巽他地块存在3个构造层:(1)前晚石炭世浅变质岩构造层,分布在古晋带附近印支地块存在5个构造层:(1)前震旦纪结晶基底构造层;(2)震旦纪—早古生代浅变质岩构造层;(3)晚古生代浅海碳酸盐、碎屑岩构造层;(4)早—中三叠世小洋盆相构造层;(5)晚三叠世—白垩纪海相-海陆交互相-陆相构造层菲律宾岛弧带由3个构造层组成:(1)前石炭纪变质岩构造层;(2)石炭—二叠纪浅变质岩构造层;(3)中生代有2期(T2小型“联合古陆”的组成南海的前新生代历史虽然很复杂,但在中生代末期,各个地块拼合呈统一的小型“联合古陆”(本文称古南海陆块)。古南海构造旋回扩张期在白垩纪末—始新世;渐新世以后开始萎缩,一直持续到第四纪。2.1新世期间太平洋板块的运动方向和速率晚白垩世时太平洋板块沿北西西方向向欧亚板块运动,平均汇聚速率达130mm/a,白垩纪末—早始新世期间(68.5~53.0Ma),太平洋板块的运动方向和运动速率发生了显著改变,由原来的北西西向变为向北运动,平均汇聚速率降至78mm/a。与此同时欧亚大陆东缘及东南缘区域构造应力场由前期的挤压作用为主,转为晚白垩世之后伸展作用,由此引起古南海早期裂陷运动2.2古南海中的大地构造构造晚始新世末期—渐新世,古南海向南俯冲消减过程中,自西段开始消亡,期间古洋盆逐渐消减。南沙块体与婆罗洲地块碰撞,在俯冲带上形成卢帕尔增生带;始新世期结束的消减作用,形成锡布断褶带(图3、4)。古南海由于南沙地块向南推挤,洋壳向婆罗洲之下俯冲消减,至现今已削减殆尽。古南海南部大陆边缘由早期的被动大陆边缘极性反转成活动大陆边缘,发生俯冲,在婆罗洲北缘形成前陆盆地或弧前盆地。由于婆罗洲的持续隆升,大量物源向北搬运,在沙巴河、拉让河等下游形成巨型三角洲盆地。早中新世末期,南沙地块自西向东,沿现今的南沙海槽方向与婆罗洲北部的沙巴发生碰撞缝合,沙巴的克罗克组普遍发生变质以叠瓦状仰冲于南沙地块之上,形成推覆体,并在其北侧形成了南沙海槽前陆盆地。前陆盆地的范围逐渐向东扩展,残留洋盆则逐渐向北东收缩。受新南海扩张的影响,古南海濒临消失,南沙地块持续向南漂移,到中中新世时,南沙地块与巴拉望岛发生碰撞,沿巴拉望岛的北侧发生大规模的北西向推覆,推覆前缘向南沙地块变新,产生一系列推覆-逆冲褶皱,形成巴拉望断褶带。3新南海边缘海岸结构的发展3.1南海边缘海基底结构在新南海形成前,南海地区的构造格局呈“一海两边”格局,一海指古南海,两边分别指古南海北部大陆边缘和南部大陆边缘,其中北部大陆边缘包括华南地块和南沙地块。南海北部陆缘盆地基底分为前震旦系、震旦系—下古生界、上古生界和中生界4个构造层礼乐盆地与潮汕坳陷LF35-1-1井具有相似的中生代地层(图6)。LF35-1-1井钻遇白垩纪滨海相砂泥岩,缺失部分上白垩统;礼乐盆地X井钻遇早白垩世滨海-内浅海砂泥岩,缺失上白垩统;西沙的XY1井中生代地层不发育,晚寒武世地层上覆为风化壳与中新世地层;北巴拉望盆地多口井钻遇下白垩统的滨海相碎屑岩和碳酸盐岩,同样缺失上白垩统3.1.2新南海形成的严格依据在南海中央海盆周缘及其邻区,通过井-震-重磁联合解释识别出了近百组燕山晚期侵入体(图7),在南海北部、南沙地块、万安盆地等地区广泛分布,与南海北部陆缘近平行呈NE向展布。推测这些侵入体在新南海形成之前是连为一体的,新南海拉开导致侵入体裂离漂移至目前位置。从岩浆岩形成深度推测,中生代地层剥蚀厚度大约在3~5km。钻井统计结果表明珠江口盆地燕山晚期侵入岩之上的第一套沉积盖层为始新世文昌组,说明南海地区晚白垩世—始新世早期广泛遭受剥蚀。古南海格局呈“两湾加一海”格局,其北部的大陆边缘:华南地块及其南沙地块之间可能存在一个古隆起,这个古隆起从中生代末期—始新世一直存在,渐新世中期后裂开演变成新南海。古隆起存在的证据主要是其南北始新世沉积环境迥异,其北始新世为陆相断陷群,其南始新世为海相断陷群。3.2新南海边缘海基底结构新南海在隆起基础上,裂开、塌陷、海底扩张,形成中央为洋壳,周边为大陆边缘的、典型的边缘海格局。新南海的形成主要呈现南北向扩张。洋壳由走向东西-北东东向的若干磁条带与走向北北西-南北向多条转换断层组成,具有典型的大西洋洋中脊构造特征,仅是规模要小得多,磁条带年龄32~16.5Ma,持续时间15.5Ma,相当于渐新世到早中新世。新南海北部是宽缓的大陆边缘,东部相对窄,西部相对较宽,都具有完整的大陆架和大陆坡。新南海南部大陆边缘在南沙地块北缘,呈港湾状,是一个极其狭窄的“大断层带”,没有大陆架、大陆坡体系,可能与其缺乏物源有关。伴随着新南海扩张,南沙地块从华南大陆裂离,向南漂移。3.3新南海的萎缩在6Ma时,大巽他地块与斑垓-苏禄地块发生了碰撞Hall4成岩阶段及构造演化通过构造演化史分析,南海的构造旋回可分为3个阶段(图8):(1)古南海形成与发育阶段。前期各个地块拼合形成统一的小型“古南海陆块”,其中主要包括三大族群:其一是华南板块及亲华南板块的地块,如台湾、东沙、菲律宾、西沙、中沙、南沙、巴拉望等,其前新生界具有相似的岩石地层特征;其二是印支板块;其三是婆罗洲地块(图8)。由于古太平洋板块俯冲,使南海区域中生代末期形成的“古南海陆块”发生肢解。裂谷带沿着泛华南地块与婆罗洲地块之间的古薄弱带伸展,经历陆内裂谷、陆间裂谷等阶段,其成熟期的古区域构造格局呈“两陆夹一谷”。南部为婆罗洲大陆及其北侧的被动大陆边缘,中部为古南海(大西洋型),北部为泛华南大陆及其南部的被动大陆边缘。南沙地块位于古南海北侧被动大陆边缘位置,在其北侧发生了区域性裂陷,形成了北东—北东东向裂谷带。南沙地块因邻近古南海,从白垩纪经古新世到始新世沉积了海相碎屑岩地层。西沙—中沙一带存在一古隆起,其北侧为陆相断陷区,北带沿北部湾—珠江口盆地北部拗陷带分布,南带沿琼东南盆地—珠二拗陷带—台西南盆地分布。南侧的婆罗洲广泛发育海相的古新统—始新统(图8),代表了当时的被动大陆边缘沉积。礼乐盆地钻穿沉积地层的探井发现,该盆地发育白垩系以来的各时期地层(包括白垩系),盆地下构造层结构呈断坳结构,其中以始新统海相地层为主。婆罗洲地块从南向北地层时代变新,最南部为白垩纪,中央为古新世,北部为始新世。据此认为,古南海旋回初始裂陷在白垩纪末,主要阶段在始新世,渐新世以后开始萎缩。(2)古南海消减和新南海发展阶段。始新世以后,欧亚板块与印度板块发生碰撞,两者之间深层软流圈在南北应力的作用下向东南流动,在东南方向受到太平洋板块的阻挡,形成地幔柱上升流,导致新南海形成。南海呈现新的构造格局,呈“三陆夹两海”态势(图8)。新南海形成于西沙—中沙—东沙与南沙地块之间的软弱带之上,早期属陆内裂谷性质,逐渐扩展成现今规模,基底为洋壳,磁条带年龄32~16.5Ma,相当于渐新世到早中新世。随新南海扩张,南沙地块开始向南漂移,距离达700km,在漂移过程中,南沙地块缺乏沉积物源补给,地层充填也很有限。在新南海洋壳扩张的向南推力和古南海阻挡向北的阻力相向作用下,南沙地块受到南北向挤压,地层发生断裂-褶皱,早期的盆地结构遭受改造。古南海南部边缘的盆地由于前期伸展作用导致地壳和岩石圈厚度小、热流值高、塑性大,在挤压阶段地壳强烈向下弯曲,形成巨厚的渐新统—第四系。南沙地块之上的盆地在裂离华南大陆后,没有大的物源充注,处于饥饿状态,沉积较薄。新南海北部边缘处于伸展状态,在23.8Ma发生了断陷向拗陷的转变。在南沙地块向南漂移的过程中,其东西两侧形成剪切性边缘。(3)南海快速沉降与萎缩阶段。自16.5MaB.P.至今(相当于中中新世—现今),新南海海底南北向的扩张处于停滞状态,新南海西、北边缘处于快速热沉降状态,由中央洋盆向陆架盆地沉降作用依次减小,在河流入海处形成巨厚的沉积(如南海北部自东向西发育的台西南沉积体系、珠江三角洲体系、红河三角洲体系)。新南海东部由于菲律宾岛弧仰冲,新南海洋壳岩石圈向东被动俯冲,形成俯冲边缘。南海南部的大陆边缘挤压冲断作用与三角洲沉积作用交织进行,挤压冲断形成由南向北的冲断褶皱带,在靠近加里曼丹地块北缘地区,挤压作用显著,向陆坡方向逐渐演化为弱伸展作用。相邻陆地上的河流注入南海陆架和陆坡区,形成大型三角洲,沉积作用持续形成大型三角洲盆地,如巴兰三角洲,在远离海岸的地方形成碳酸盐台地渐新世—早中新世,向南运动的南沙地块与加里曼丹岛俯冲碰撞,西部的文莱区先与加里曼丹岛缝合,东部仍属古南海范畴,发育残留洋盆沉积。在约35Ma时,南沙地块与西南加里曼丹地块发生碰撞,西南海盆的海底扩张停止了。Longley3.1.1碰撞事件对南沙大现有地段的影响自16.5MaB.P.至今(相当于中中新世末—现今),新南海海底南北向的扩张处于停滞状态,发生由东南向西北的俯冲作用。大约在15Ma时,菲律宾海板块的吕宋岛与欧亚板块的卡加延脊(苏禄海盆内)以及北巴拉望发生碰撞,引起苏禄小洋盆向苏禄弧的俯冲[36]。在13Ma时,源自澳洲板块的东南苏拉威西地块与西苏拉威西(属大巽他地块)发生碰撞,此次碰撞加快了大巽他地块顺时针旋转[50]。在11Ma时,加里曼丹-苏禄地块与礼乐-东北巴拉望地块发生碰撞,在西北婆罗