邊緣海構(gòu)造旋回與南海區(qū)域構(gòu)造格局的形成

邊緣海構(gòu)造旋回與南海區(qū)域構(gòu)造格局的形成

邊緣海也被稱為陸地邊境海，位于地球和洋之間的過渡地帶。南海是西太平洋最重要的邊境海之一。上世紀(jì)70年代開始,國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于南海成因問題提出了弧后擴(kuò)張、地幔上涌、陸緣擴(kuò)張、碰撞-擠出-逃逸、大西洋型海底擴(kuò)張、單向拉張、右行拉分作用、主動(dòng)成因8種主要模式1中央次海盆洋殼內(nèi)擴(kuò)張南沙海域c6a—南海邊緣?；捉Y(jié)構(gòu)綜合考慮地球深部地質(zhì)、地殼類型、地質(zhì)構(gòu)造及蛇綠巖帶南海北部屬于華夏古陸的一部分,其北邊界為江南造山帶中央海盆由新生代洋殼組成,無前新生代基底。南海中東部為洋殼,古地磁研究表明,洋殼區(qū)磁異常條帶具有分區(qū)性,分為中央次海盆、西北次海盆和西南次海盆。中央次海盆磁異常條帶走向東西,以北緯17°為中軸,南北近對(duì)稱分布,最年輕的磁異常C5c年齡為16.5Ma,向北依次為C5e、C6、C6a、C6b,C6c、C7(25Ma)、C8(26.4Ma)、C9、C10(29Ma)、C11、C12(32Ma);向南依次為C5e、C6、C6a、C6b、C6c、C7(25Ma)、C8(26.4Ma)、C9、C10(29Ma)、C11。依次推斷中央次海盆洋殼形成于32~16.5Ma,持續(xù)15.5Ma,距今16.5Ma之后在南北方向上停止了擴(kuò)張南沙地塊存在4個(gè)構(gòu)造層:(1)前二疊紀(jì)結(jié)晶基底構(gòu)造層;(2)二疊紀(jì)—侏羅紀(jì)弧后(前)盆地沉積構(gòu)造層;(3)白堊紀(jì)淺海相和濱海相含煤沉積構(gòu)造層;(4)白堊紀(jì)末—古近紀(jì)早期被動(dòng)大陸邊緣沉積構(gòu)造層錫布增生系具有2個(gè)構(gòu)造層:(1)中生代晚期為小洋盆相構(gòu)造層;(2)在古新世—始新世洋盆俯沖、閉合,形成以拉讓群、克拉克群巨厚增生楔為代表的增生系構(gòu)造層巽他地塊存在3個(gè)構(gòu)造層:(1)前晚石炭世淺變質(zhì)巖構(gòu)造層,分布在古晉帶附近印支地塊存在5個(gè)構(gòu)造層:(1)前震旦紀(jì)結(jié)晶基底構(gòu)造層;(2)震旦紀(jì)—早古生代淺變質(zhì)巖構(gòu)造層;(3)晚古生代淺海碳酸鹽、碎屑巖構(gòu)造層;(4)早—中三疊世小洋盆相構(gòu)造層;(5)晚三疊世—白堊紀(jì)海相-海陸交互相-陸相構(gòu)造層菲律賓島弧帶由3個(gè)構(gòu)造層組成:(1)前石炭紀(jì)變質(zhì)巖構(gòu)造層;(2)石炭—二疊紀(jì)淺變質(zhì)巖構(gòu)造層;(3)中生代有2期(T2小型“聯(lián)合古陸”的組成南海的前新生代歷史雖然很復(fù)雜,但在中生代末期,各個(gè)地塊拼合呈統(tǒng)一的小型“聯(lián)合古陸”(本文稱古南海陸塊)。古南海構(gòu)造旋回?cái)U(kuò)張期在白堊紀(jì)末—始新世;漸新世以后開始萎縮,一直持續(xù)到第四紀(jì)。2.1新世期間太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)方向和速率晚白堊世時(shí)太平洋板塊沿北西西方向向歐亞板塊運(yùn)動(dòng),平均匯聚速率達(dá)130mm/a,白堊紀(jì)末—早始新世期間(68.5~53.0Ma),太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速率發(fā)生了顯著改變,由原來的北西西向變?yōu)橄虮边\(yùn)動(dòng),平均匯聚速率降至78mm/a。與此同時(shí)歐亞大陸東緣及東南緣區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)由前期的擠壓作用為主,轉(zhuǎn)為晚白堊世之后伸展作用,由此引起古南海早期裂陷運(yùn)動(dòng)2.2古南海中的大地構(gòu)造構(gòu)造晚始新世末期—漸新世,古南海向南俯沖消減過程中,自西段開始消亡,期間古洋盆逐漸消減。南沙塊體與婆羅洲地塊碰撞,在俯沖帶上形成盧帕爾增生帶;始新世期結(jié)束的消減作用,形成錫布斷褶帶(圖3、4)。古南海由于南沙地塊向南推擠,洋殼向婆羅洲之下俯沖消減,至現(xiàn)今已削減殆盡。古南海南部大陸邊緣由早期的被動(dòng)大陸邊緣極性反轉(zhuǎn)成活動(dòng)大陸邊緣,發(fā)生俯沖,在婆羅洲北緣形成前陸盆地或弧前盆地。由于婆羅洲的持續(xù)隆升,大量物源向北搬運(yùn),在沙巴河、拉讓河等下游形成巨型三角洲盆地。早中新世末期,南沙地塊自西向東,沿現(xiàn)今的南沙海槽方向與婆羅洲北部的沙巴發(fā)生碰撞縫合,沙巴的克羅克組普遍發(fā)生變質(zhì)以疊瓦狀仰沖于南沙地塊之上,形成推覆體,并在其北側(cè)形成了南沙海槽前陸盆地。前陸盆地的范圍逐漸向東擴(kuò)展,殘留洋盆則逐漸向北東收縮。受新南海擴(kuò)張的影響,古南海瀕臨消失,南沙地塊持續(xù)向南漂移,到中中新世時(shí),南沙地塊與巴拉望島發(fā)生碰撞,沿巴拉望島的北側(cè)發(fā)生大規(guī)模的北西向推覆,推覆前緣向南沙地塊變新,產(chǎn)生一系列推覆-逆沖褶皺,形成巴拉望斷褶帶。3新南海邊緣海岸結(jié)構(gòu)的發(fā)展3.1南海邊緣?；捉Y(jié)構(gòu)在新南海形成前,南海地區(qū)的構(gòu)造格局呈“一海兩邊”格局,一海指古南海,兩邊分別指古南海北部大陸邊緣和南部大陸邊緣,其中北部大陸邊緣包括華南地塊和南沙地塊。南海北部陸緣盆地基底分為前震旦系、震旦系—下古生界、上古生界和中生界4個(gè)構(gòu)造層禮樂盆地與潮汕坳陷LF35-1-1井具有相似的中生代地層(圖6)。LF35-1-1井鉆遇白堊紀(jì)濱海相砂泥巖,缺失部分上白堊統(tǒng);禮樂盆地X井鉆遇早白堊世濱海-內(nèi)淺海砂泥巖,缺失上白堊統(tǒng);西沙的XY1井中生代地層不發(fā)育,晚寒武世地層上覆為風(fēng)化殼與中新世地層;北巴拉望盆地多口井鉆遇下白堊統(tǒng)的濱海相碎屑巖和碳酸鹽巖,同樣缺失上白堊統(tǒng)3.1.2新南海形成的嚴(yán)格依據(jù)在南海中央海盆周緣及其鄰區(qū),通過井-震-重磁聯(lián)合解釋識(shí)別出了近百組燕山晚期侵入體(圖7),在南海北部、南沙地塊、萬安盆地等地區(qū)廣泛分布,與南海北部陸緣近平行呈NE向展布。推測(cè)這些侵入體在新南海形成之前是連為一體的,新南海拉開導(dǎo)致侵入體裂離漂移至目前位置。從巖漿巖形成深度推測(cè),中生代地層剝蝕厚度大約在3~5km。鉆井統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明珠江口盆地燕山晚期侵入巖之上的第一套沉積蓋層為始新世文昌組,說明南海地區(qū)晚白堊世—始新世早期廣泛遭受剝蝕。古南海格局呈“兩灣加一?！备窬?其北部的大陸邊緣:華南地塊及其南沙地塊之間可能存在一個(gè)古隆起,這個(gè)古隆起從中生代末期—始新世一直存在,漸新世中期后裂開演變成新南海。古隆起存在的證據(jù)主要是其南北始新世沉積環(huán)境迥異,其北始新世為陸相斷陷群,其南始新世為海相斷陷群。3.2新南海邊緣?；捉Y(jié)構(gòu)新南海在隆起基礎(chǔ)上,裂開、塌陷、海底擴(kuò)張,形成中央為洋殼,周邊為大陸邊緣的、典型的邊緣海格局。新南海的形成主要呈現(xiàn)南北向擴(kuò)張。洋殼由走向東西-北東東向的若干磁條帶與走向北北西-南北向多條轉(zhuǎn)換斷層組成,具有典型的大西洋洋中脊構(gòu)造特征,僅是規(guī)模要小得多,磁條帶年齡32~16.5Ma,持續(xù)時(shí)間15.5Ma,相當(dāng)于漸新世到早中新世。新南海北部是寬緩的大陸邊緣,東部相對(duì)窄,西部相對(duì)較寬,都具有完整的大陸架和大陸坡。新南海南部大陸邊緣在南沙地塊北緣,呈港灣狀,是一個(gè)極其狹窄的“大斷層帶”,沒有大陸架、大陸坡體系,可能與其缺乏物源有關(guān)。伴隨著新南海擴(kuò)張,南沙地塊從華南大陸裂離,向南漂移。3.3新南海的萎縮在6Ma時(shí),大巽他地塊與斑垓-蘇祿地塊發(fā)生了碰撞Hall4成巖階段及構(gòu)造演化通過構(gòu)造演化史分析,南海的構(gòu)造旋回可分為3個(gè)階段(圖8):(1)古南海形成與發(fā)育階段。前期各個(gè)地塊拼合形成統(tǒng)一的小型“古南海陸塊”,其中主要包括三大族群:其一是華南板塊及親華南板塊的地塊,如臺(tái)灣、東沙、菲律賓、西沙、中沙、南沙、巴拉望等,其前新生界具有相似的巖石地層特征;其二是印支板塊;其三是婆羅洲地塊(圖8)。由于古太平洋板塊俯沖,使南海區(qū)域中生代末期形成的“古南海陸塊”發(fā)生肢解。裂谷帶沿著泛華南地塊與婆羅洲地塊之間的古薄弱帶伸展,經(jīng)歷陸內(nèi)裂谷、陸間裂谷等階段,其成熟期的古區(qū)域構(gòu)造格局呈“兩陸夾一谷”。南部為婆羅洲大陸及其北側(cè)的被動(dòng)大陸邊緣,中部為古南海(大西洋型),北部為泛華南大陸及其南部的被動(dòng)大陸邊緣。南沙地塊位于古南海北側(cè)被動(dòng)大陸邊緣位置,在其北側(cè)發(fā)生了區(qū)域性裂陷,形成了北東—北東東向裂谷帶。南沙地塊因鄰近古南海,從白堊紀(jì)經(jīng)古新世到始新世沉積了海相碎屑巖地層。西沙—中沙一帶存在一古隆起,其北側(cè)為陸相斷陷區(qū),北帶沿北部灣—珠江口盆地北部拗陷帶分布,南帶沿瓊東南盆地—珠二拗陷帶—臺(tái)西南盆地分布。南側(cè)的婆羅洲廣泛發(fā)育海相的古新統(tǒng)—始新統(tǒng)(圖8),代表了當(dāng)時(shí)的被動(dòng)大陸邊緣沉積。禮樂盆地鉆穿沉積地層的探井發(fā)現(xiàn),該盆地發(fā)育白堊系以來的各時(shí)期地層(包括白堊系),盆地下構(gòu)造層結(jié)構(gòu)呈斷坳結(jié)構(gòu),其中以始新統(tǒng)海相地層為主。婆羅洲地塊從南向北地層時(shí)代變新,最南部為白堊紀(jì),中央為古新世,北部為始新世。據(jù)此認(rèn)為,古南海旋回初始裂陷在白堊紀(jì)末,主要階段在始新世,漸新世以后開始萎縮。(2)古南海消減和新南海發(fā)展階段。始新世以后,歐亞板塊與印度板塊發(fā)生碰撞,兩者之間深層軟流圈在南北應(yīng)力的作用下向東南流動(dòng),在東南方向受到太平洋板塊的阻擋,形成地幔柱上升流,導(dǎo)致新南海形成。南海呈現(xiàn)新的構(gòu)造格局,呈“三陸夾兩?！睉B(tài)勢(shì)(圖8)。新南海形成于西沙—中沙—東沙與南沙地塊之間的軟弱帶之上,早期屬陸內(nèi)裂谷性質(zhì),逐漸擴(kuò)展成現(xiàn)今規(guī)模,基底為洋殼,磁條帶年齡32~16.5Ma,相當(dāng)于漸新世到早中新世。隨新南海擴(kuò)張,南沙地塊開始向南漂移,距離達(dá)700km,在漂移過程中,南沙地塊缺乏沉積物源補(bǔ)給,地層充填也很有限。在新南海洋殼擴(kuò)張的向南推力和古南海阻擋向北的阻力相向作用下,南沙地塊受到南北向擠壓,地層發(fā)生斷裂-褶皺,早期的盆地結(jié)構(gòu)遭受改造。古南海南部邊緣的盆地由于前期伸展作用導(dǎo)致地殼和巖石圈厚度小、熱流值高、塑性大,在擠壓階段地殼強(qiáng)烈向下彎曲,形成巨厚的漸新統(tǒng)—第四系。南沙地塊之上的盆地在裂離華南大陸后,沒有大的物源充注,處于饑餓狀態(tài),沉積較薄。新南海北部邊緣處于伸展?fàn)顟B(tài),在23.8Ma發(fā)生了斷陷向拗陷的轉(zhuǎn)變。在南沙地塊向南漂移的過程中,其東西兩側(cè)形成剪切性邊緣。(3)南?？焖俪两蹬c萎縮階段。自16.5MaB.P.至今(相當(dāng)于中中新世—現(xiàn)今),新南海海底南北向的擴(kuò)張?zhí)幱谕顟B(tài),新南海西、北邊緣處于快速熱沉降狀態(tài),由中央洋盆向陸架盆地沉降作用依次減小,在河流入海處形成巨厚的沉積(如南海北部自東向西發(fā)育的臺(tái)西南沉積體系、珠江三角洲體系、紅河三角洲體系)。新南海東部由于菲律賓島弧仰沖,新南海洋殼巖石圈向東被動(dòng)俯沖,形成俯沖邊緣。南海南部的大陸邊緣擠壓沖斷作用與三角洲沉積作用交織進(jìn)行,擠壓沖斷形成由南向北的沖斷褶皺帶,在靠近加里曼丹地塊北緣地區(qū),擠壓作用顯著,向陸坡方向逐漸演化為弱伸展作用。相鄰陸地上的河流注入南海陸架和陸坡區(qū),形成大型三角洲,沉積作用持續(xù)形成大型三角洲盆地,如巴蘭三角洲,在遠(yuǎn)離海岸的地方形成碳酸鹽臺(tái)地漸新世—早中新世,向南運(yùn)動(dòng)的南沙地塊與加里曼丹島俯沖碰撞,西部的文萊區(qū)先與加里曼丹島縫合,東部仍屬古南海范疇,發(fā)育殘留洋盆沉積。在約35Ma時(shí),南沙地塊與西南加里曼丹地塊發(fā)生碰撞,西南海盆的海底擴(kuò)張停止了。Longley3.1.1碰撞事件對(duì)南沙大現(xiàn)有地段的影響自16.5MaB.P.至今(相當(dāng)于中中新世末—現(xiàn)今),新南海海底南北向的擴(kuò)張?zhí)幱谕顟B(tài),發(fā)生由東南向西北的俯沖作用。大約在15Ma時(shí),菲律賓海板塊的呂宋島與歐亞板塊的卡加延脊(蘇祿海盆內(nèi))以及北巴拉望發(fā)生碰撞,引起蘇祿小洋盆向蘇祿弧的俯沖[36]。在13Ma時(shí),源自澳洲板塊的東南蘇拉威西地塊與西蘇拉威西(屬大巽他地塊)發(fā)生碰撞,此次碰撞加快了大巽他地塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)[50]。在11Ma時(shí),加里曼丹-蘇祿地塊與禮樂-東北巴拉望地塊發(fā)生碰撞,在西北婆羅