王維揚(yáng)，唐 勇*,,4,5，任建業(yè)，李 赫，趙陽(yáng)慧,,方銀霞,4

(1.自然資源部 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；2.自然資源部 海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)海洋地質(zhì)資源湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)，廣東 珠海 519080；5.上海交通大學(xué) 海洋學(xué)院，上海 200030)

0 引言

被動(dòng)陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶(Ocean-Continent Transition zone，OCT)一般認(rèn)為是被動(dòng)陸緣由陸向洋過渡的重要區(qū)域，是陸殼明顯減薄、洋殼出現(xiàn)的過渡地帶，也是極度伸展背景下大陸巖石圈和大洋巖石圈相互作用的關(guān)鍵區(qū)域[1-2]，對(duì)此區(qū)域的研究有利于探討大陸伸展減薄并最終破裂形成被動(dòng)大陸邊緣和洋盆這一重要的地球科學(xué)問題。

BOILLOT et al[3]在北大西洋的研究中首次提出陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶這一概念，根據(jù)火山活動(dòng)強(qiáng)弱和巖漿入侵時(shí)間，將被動(dòng)陸緣分為巖漿型和非巖漿型兩種，前者常發(fā)育有向海傾斜的反射體[4-5]、下地殼高速體等；后者的地殼與正常洋殼和陸殼均不相同[6]，常出露蛇紋石化地幔橄欖巖。但是對(duì)南海被動(dòng)陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶的類型和巖漿活動(dòng)機(jī)制等，科學(xué)家們尚未達(dá)成共識(shí)。一些研究發(fā)現(xiàn)在南海北部陸緣存在著下地殼高速體，認(rèn)為其可能為蛇紋石化地幔組成[7-10]，而在南海南部被動(dòng)陸緣未發(fā)現(xiàn)類似特征[11]。FRANKE[12]通過對(duì)高質(zhì)量多道地震、重力、磁力和地形等數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為南海東南陸緣的洋陸轉(zhuǎn)換帶有兩種形態(tài)，一種以外緣隆起為特征，另一種以鏟式正斷層控制的旋轉(zhuǎn)斷塊為特征，但這兩種形態(tài)均形成于非巖漿型被動(dòng)陸緣。2018年國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(International Ocean Discovery Program，IODP)367、368航次在南海北部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶鉆孔，未發(fā)現(xiàn)有剝露于巖石圈的地幔蛇紋石化橄欖巖，由此認(rèn)為南海北部陸緣的類型為介于巖漿型和非巖漿型之間的轉(zhuǎn)換型[10]，并認(rèn)為南海北部中央邊緣可能經(jīng)歷了兩個(gè)階段的巖漿作用[13]。

對(duì)于洋陸轉(zhuǎn)換帶演化模式的研究已取得了很大的進(jìn)展，例如在南海南部，DING et al[14]通過計(jì)算全地殼和上地殼伸展因子，認(rèn)為陸緣地殼拉張并非均一，而是與深度相關(guān)的伸展變形；丘學(xué)林 等[15]認(rèn)為陸緣為減薄陸殼，地殼內(nèi)部以純剪切拉張的均勻減薄為主。

在南海西南次海盆，DING et al[16]通過對(duì)橫跨海盆的多條地震測(cè)線進(jìn)行解釋，將海盆區(qū)域劃分為洋陸轉(zhuǎn)換帶、大陸地幔剝露區(qū)和正常洋殼區(qū)域三個(gè)構(gòu)造單元。WU et al[17]以穿越南海西南次海盆內(nèi)的地震剖面數(shù)據(jù)和鉆井?dāng)?shù)據(jù)，計(jì)算得到西南次海盆沉積通量在不同地質(zhì)歷史時(shí)期具有不同變化特征，沉積過程也受到大型區(qū)域構(gòu)造事件的影響?？傮w而言，對(duì)于南海西南次海盆被動(dòng)陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶的構(gòu)造特征及演化模式的研究相對(duì)較少，本文通過對(duì)橫跨南海西南次海盆的多道地震剖面以及自由空間重力異常數(shù)據(jù)的分析，由陸向洋對(duì)陸緣進(jìn)行構(gòu)造帶劃分，研究其構(gòu)造特征和伸展演化過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南海是東南亞大陸邊緣最大的邊緣海之一，位于歐亞板塊、印澳板塊和太平洋板塊相互作用的交匯處，在三大板塊的相互作用下形成了獨(dú)特的大地構(gòu)造單元，構(gòu)造變形復(fù)雜，周圍包括了主動(dòng)型、被動(dòng)型和轉(zhuǎn)換型三種主要的大陸邊緣類型[18]。自新生代以來南海經(jīng)歷了陸緣張裂、海底擴(kuò)張到俯沖碰撞等構(gòu)造演化過程，是研究海盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)換的天然實(shí)驗(yàn)室[19]。南海海盆范圍與海域3 500 m水深線基本一致[20]，可分為西南次海盆、中央海盆和西北次海盆[21-22](圖1a)。西南次海盆位于南海海盆的西南部，西沙地塊、中沙地塊和南沙地塊之間(圖1b)。海盆呈“V”字型，方向?yàn)镹E—SW，寬度從東北向西南方向逐漸變窄，長(zhǎng)度約為600 km，面積近115 000 km2；區(qū)域水深在3 000～4 300 m之間，是南海海盆中水深最大的區(qū)域[18]；底部較平坦，部分區(qū)域零散分布有大小不等的海山。海盆中央存在NE向的殘留擴(kuò)張脊，磁異常條帶在擴(kuò)張中心兩側(cè)呈對(duì)稱分布[23]。

圖1 南海區(qū)域位置(a)以及西南次海盆地形和沉積盆地分布圖(b)Fig.1 Location map of the South China Sea(a)and topography and distribution of sedimentary basins in the southwestern subbasin of the South China Sea(b)(紅色數(shù)字代表鉆井；藍(lán)色虛線和白色實(shí)線為地震測(cè)線；紅色虛線為中央擴(kuò)張脊；灰色實(shí)線為磁異常條帶。)(The red numbers are wells;the blue dashed lines and the white solid line are seismic survey lines;the red dashed line is the central expansion ridge;the gray solid lines are the magnetic anomaly strips.)

在晚白堊世時(shí)期，古太平洋板塊俯沖帶發(fā)生遷移，南海陸緣巖石圈開始拉張減薄，軟流圈物質(zhì)上涌[24]。早漸新世以來，南部陸緣持續(xù)張裂導(dǎo)致南海海盆開始海底擴(kuò)張，南沙地塊和中沙地塊被擴(kuò)張中心分割分別向南北兩側(cè)運(yùn)動(dòng)。中中新世時(shí)期，南部陸緣與婆羅洲碰撞，南海西南次海盆擴(kuò)張停止[25-26]。根據(jù)南海海盆磁異常條帶的劃分，TAYLOR et al[27]認(rèn)為海底擴(kuò)張階段發(fā)生在32～17 Ma，擴(kuò)張中心在25 Ma左右向南跳躍。李家彪 等[19]對(duì)南海磁力資料進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析，認(rèn)為南海海盆在30～16 Ma期間發(fā)生漸進(jìn)式擴(kuò)張。根據(jù)IODP 349航次的鉆井和磁異常數(shù)據(jù)，LI et al[26]認(rèn)為西南次海盆擴(kuò)張起始年齡為 ～23.6 Ma，停止擴(kuò)張時(shí)間為～16 Ma。

2 數(shù)據(jù)與方法

本研究利用一條橫跨南海西南次海盆的高質(zhì)量多道地震剖面Z1剖面為基礎(chǔ)開展研究。Z1剖面呈NW—SE向展布(圖1)，于2004年采集，采集參數(shù)如表1所示。首先對(duì)多道地震剖面Z1數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：振幅補(bǔ)償、靜校正、增益分析、路徑分析、反褶積處理、去除多次波、速度分析、剩余靜校正及頻譜分析；對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移和濾波處理后得到高分辨率的偏移疊加剖面。重力異常數(shù)據(jù)來自于美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分?？死账购Ｑ笱芯克?，分辨率為1′×1′[30]。

表1 多道地震測(cè)線采集參數(shù)Tab.1 Multi-channel seismic line acquisition parameters

在南海西南次海盆的深海海盆中，公開鉆井資料較少，僅有IODP349航次U1433、U1434鉆井；在南部陸緣有三口鉆井(Sampaguita-1井、Santiago-1井、Nido-1井)以及ODP184航次1143井(圖1a)。根據(jù)上述鉆井資料在南海西南次海盆區(qū)域自下而上可以識(shí)別出Tg、T7、T6、T4、T3、T2六個(gè)地震反射界面(圖2)。結(jié)合南海南部區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)歷史，新生代層序內(nèi)存在兩個(gè)重要的不整合界面：裂陷不整合界面(Tg)和破裂不整合界面(T6)，分別代表陸緣裂陷作用和西南次海盆擴(kuò)張的開始。Tg界面為新生代沉積地層的基底界面，T6界面代表洋盆中的基底界面，根據(jù)不整合面將新生代地層劃分為裂陷期和裂后期兩個(gè)層序。裂陷期的沉積層序(Tg～T6)，僅發(fā)育在南北兩側(cè)陸緣的沉積凹陷，呈現(xiàn)典型的楔形地塹或半地塹充填樣式，地震反射特征明顯；裂后期的沉積層序(T6～T4)代表海底擴(kuò)張時(shí)期的沉積地層，T4界面代表南海西南次海盆海底擴(kuò)張停止。

圖2 南海西南次海盆層序界面劃分[11,28-29]Fig.2 Sequence boundary division of the southwest subbasin of the South China Sea[11,28-29]

3 南海西南次海盆被動(dòng)陸緣特征及構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h2>

DEAN et al[31]通過廣角地震資料研究穿過伊比利亞大陸邊緣的結(jié)構(gòu)特征，將陸緣分為陸殼區(qū)、轉(zhuǎn)換帶和洋殼區(qū)。GWENN et al[32]通過對(duì)大西洋共軛陸緣的研究，將大陸邊緣的構(gòu)造單元?jiǎng)澐譃榻藥?、?xì)頸化帶、遠(yuǎn)端帶、外緣高地、洋盆區(qū)。SUTRA et al[33]根據(jù)地殼巖石圈特征，認(rèn)為地殼向海方向減薄會(huì)形成一個(gè)楔形體，楔形體尖端一般認(rèn)為是耦合點(diǎn)，耦合點(diǎn)向海方向由于地殼減薄而使得變形在地殼范圍內(nèi)耦合。任建業(yè) 等[34]認(rèn)為南海北部陸緣區(qū)域也可以劃分出近端帶、細(xì)頸化帶、遠(yuǎn)端帶、邊緣高地和正常洋殼等多個(gè)構(gòu)造單元。本文中西南次海盆被動(dòng)陸緣構(gòu)造單元的劃分主要依據(jù)洋陸轉(zhuǎn)換帶范圍的厘定。

前人對(duì)南海洋陸轉(zhuǎn)換帶曾提出過不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，如TAYLOR et al[25]根據(jù)重磁資料對(duì)南海陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶特征進(jìn)行了描述，認(rèn)為洋陸轉(zhuǎn)換帶位于地殼厚度急劇變化的地方，并伴隨著重磁異常特征的變化，以負(fù)空間重力異常為標(biāo)志。TRUNG et al[35]認(rèn)為洋陸轉(zhuǎn)換帶應(yīng)以自由空間重力異常梯度急劇變化的地方為標(biāo)志。BRAITENBERG et al[36]根據(jù)南海南部重力反演提出-20 mGal的重力異常值為洋陸轉(zhuǎn)換帶的邊界之一。SCHLüTER et al[37]將洋殼莫霍面反射消失的地方或者向海傾斜的掀斜斷塊帶邊緣定為南部洋陸轉(zhuǎn)換帶的邊界。FRANKE et al[11]則認(rèn)為應(yīng)結(jié)合向海傾斜的掀斜斷塊、小尺度的地磁變化和破裂不整合面等特征來識(shí)別南海南部巴拉望地區(qū)洋陸轉(zhuǎn)換邊界，從而劃分出了兩類洋陸轉(zhuǎn)換邊界。因此，南海西南次海盆被動(dòng)陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶范圍的厘定需要結(jié)合幾個(gè)方面的特征：(1)地殼厚度由陸向洋方向發(fā)生變化；(2)重力異常梯度的變化；(3)火山或者埋藏火山帶的發(fā)育；(4)向海傾斜的掀斜斷塊帶；(5)莫霍面的變化；(6)破裂不整合界面的尖滅。

3.1 南海西南次海盆陸緣構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h3>

南海西南次海盆北部陸緣構(gòu)造特征顯示從半地塹盆地(20 km處)開始，整個(gè)地殼厚度呈楔形逐漸變薄。根據(jù)BRAITENBERG et al[36]對(duì)莫霍面深度和基底深度的研究，地殼厚度由陸向洋方向呈楔狀減薄，相對(duì)于厚約35 km左右的典型陸殼，地殼從半地塹盆地(20 km 處)向洋方向開始被強(qiáng)烈拉伸減薄(圖3)。半地塹盆地(20 km處)位于自由空間重力異常低值區(qū)域；埋藏火山(32 km處)處對(duì)應(yīng)重力低異常值向高異常值的變化，并且火山活動(dòng)影響的地層為裂后期地層(T6界面以上)。火山活動(dòng)主要發(fā)生于西南次海盆開始擴(kuò)張(23 Ma)以后，巖漿侵入或噴發(fā)作用沿巖石圈強(qiáng)烈減薄的先存構(gòu)造薄弱帶處，因此將埋藏火山(32 km 處)作為西南次海盆北部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶的陸側(cè)邊界。在靠近海盆一側(cè)，莫霍面深度逐漸減小，自由空間重力異常由低異常值向高異常值變化，伴隨裂陷期沉積地層(80 km 處)變薄并逐漸尖滅(圖4c)，因此西南次海盆北部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶的洋側(cè)邊界為海底火山(98 km處)。

圖4 南海西南次海盆北部陸緣區(qū)域自由空間重力異常曲線(a)、原始地震剖面(b)和地震剖面解釋圖(c)Fig.4 Free-air gravity anomaly profile(a),original seismic profile(b)and the interpretation of the seismic profile(c)in the northern continental margin of the southwest subbasin of the South China Sea

與北部陸緣相比，南部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶以埋藏火山帶為典型特征(圖3和圖5)。在地震剖面上，洋盆區(qū)域的莫霍面平緩，延伸至埋藏火山帶處出現(xiàn)波動(dòng)，地殼厚度發(fā)生改變。自由空間重力異常值也由低值向高值劇烈變化，與此對(duì)應(yīng)的海底地形也劇烈變化(圖3b)并發(fā)育有一個(gè)小型海底火山(335 km處)，是西南次海盆南部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶靠陸一側(cè)的邊界。地形和自由空間重力異常的劇烈變化表明，陸架坡折帶(290 km處)可能是洋陸轉(zhuǎn)換帶靠洋一側(cè)邊界，但在地震剖面260～280 km處，發(fā)育由低角度正斷層控制的裂陷期地層，因此南部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶靠洋一側(cè)邊界為258 km處斷層。

西南次海盆陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶分隔了南北兩側(cè)的近端帶和中部的洋盆區(qū)域。近端帶位于中建南盆地和南沙地塊所在的陸架區(qū)域，受到正斷層的控制，形成了一系列地塹、半地塹盆地，盆地內(nèi)發(fā)育了典型的楔形同張裂沉積地層，部分區(qū)域受到火山活動(dòng)影響。地震剖面顯示，近端帶內(nèi)地層界面地震反射特征具有高振幅特點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜混亂，莫霍面反射界面不明顯，存在影響基底形態(tài)和上覆沉積地層分布的結(jié)構(gòu)，例如斷陷和裂谷盆地；在南沙地塊的部分區(qū)域，T7界面的連續(xù)性較低，僅在一些地塹和半地塹中可被識(shí)別。洋盆區(qū)域位于98～260 km之間，根據(jù)BRAITENBERG et al[36]研究認(rèn)為洋殼厚度在1～4 km 之間(圖6a)，比正常洋殼薄。正常洋殼具有典型的三層結(jié)構(gòu)，從下至上依次為層狀堆晶輝長(zhǎng)巖、席狀巖墻和枕狀玄武巖[30]，洋殼的厚度相對(duì)穩(wěn)定，一般為6～7 km。HOPPER et al[38]通過對(duì)伊比利亞-紐芬蘭的共軛陸緣研究發(fā)現(xiàn)，洋殼形成主要受主控?cái)鄬拥目刂?，由于海底擴(kuò)張過程中的巖漿供給不足，新生洋殼明顯減薄(3～4 km)。因此，西南次海盆南部和北部被動(dòng)陸緣由陸到洋方向沉積地層和地殼結(jié)構(gòu)特征具有明顯的分帶性，依次為近端帶、洋陸轉(zhuǎn)換帶和洋盆區(qū)域(圖3)。

圖6 南海西南次海盆被動(dòng)陸緣結(jié)構(gòu)構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.6 Division of passive continental margin structure and tectonic units in the southwest subbasin of the South China Sea

3.2 南海西南次海盆北部陸緣

3.2.1 近端帶

南海西南次海盆北部陸緣近端帶位于0～32 km之間(圖4)，新生代沉積最厚處位于18 km處，厚度約為3.5 s(雙程反射時(shí)間TWT，下同)，其中裂陷期沉積地層最厚約為2.0 s，呈楔狀結(jié)構(gòu)。半地塹盆地主要位于近端帶區(qū)域，北側(cè)的深大斷裂控制了半地塹盆地的發(fā)育，斷層向下延伸形成了貫穿斷層。半地塹盆地內(nèi)由下而上識(shí)別出Tg、T7、T6、T4、T3這五個(gè)層序界面(圖4c)，其中新生代沉積基底界面(Tg)反射比較崎嶇，反射特征為反射軸中等-強(qiáng)振幅，連續(xù)性一般，可能被次級(jí)斷裂強(qiáng)烈改造，同時(shí)也受到巖漿侵入的影響。Tg界面下方還發(fā)育有中生代沉積地層，具有雜亂反射特征，無(wú)法進(jìn)行地層界面識(shí)別。T7界面反射特征為反射軸中等-強(qiáng)振幅，連續(xù)性中等；T6界面反射特征為反射軸頻率低，中等-低振幅；T4界面反射特征為反射軸連續(xù)性好，中等-低振幅，上超于基底界面；T3界面幾乎平行于海底，反射特征為反射軸強(qiáng)振幅，連續(xù)性好，頻率低。在近端帶區(qū)域內(nèi)8～10 s(TWT)識(shí)別出強(qiáng)振幅且連續(xù)性較好的反射軸，可能為莫霍面反射。半地塹沉積盆地重力異常特征為低異常(-17 mGal)，向洋方向由低異常值逐漸向高異常值過渡(圖4a)。

3.2.2 洋陸轉(zhuǎn)換帶

北部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶區(qū)域范圍是32～98 km(圖4)，靠近洋盆處發(fā)育有裂陷盆地，分布范圍約為33 km，其中裂陷期沉積最厚約為1.8 s，新生代沉積最厚位于70 km處，約為3.1 s。在Z1剖面的32 km處，可見強(qiáng)烈的火山作用，火山內(nèi)部呈雜亂反射；在38～50 km處，發(fā)育有向海傾斜的掀斜斷塊帶，由若干個(gè)半地塹構(gòu)成，向海傾斜的正斷層向上終止于破裂不整合界面(T6)，向下切穿基底界面(Tg)；50～65 km 處也發(fā)育有火山，火山活動(dòng)的范圍約為 15 km，分割了陸坡上的掀斜斷塊帶和靠近洋盆發(fā)育的裂陷盆地。區(qū)域內(nèi)可以識(shí)別出Tg、T7、T6、T4、T3五個(gè)層序界面(圖4c)，受火山活動(dòng)影響，部分區(qū)域沉積地層缺失，新生代基底界面Tg界面連續(xù)性較好；T7界面反射特征為反射軸中等-強(qiáng)振幅，連續(xù)性中等；T6界面反射特征為反射軸中等-低振幅，低頻率；T4界面反射特征為反射軸連續(xù)性好，中等-低振幅，上超于基底界面；T3界面與海底近乎平行，反射特征為強(qiáng)振幅，連續(xù)性好，頻率低。在區(qū)域內(nèi)的TWT 7～9 s處可識(shí)別出一段連續(xù)性一般、強(qiáng)振幅的反射軸，可能為莫霍面反射。在掀斜斷塊處，重力異常表現(xiàn)為高異常特征，在海底火山區(qū)域也具有高異常特征，靠近洋盆區(qū)域，重力異常由低異常向高異常(18 mGal)過渡(圖4a)。

3.3 南海西南次海盆南部陸緣

3.3.1 近端帶

南海西南次海盆南部陸緣近端帶位于剖面335～425 km之間(圖5)，區(qū)域內(nèi)發(fā)育有兩個(gè)規(guī)模較大的火山，分別位于390 km和410 km處，內(nèi)部呈雜亂反射，火山甚至刺穿所有地層出露于海底，其分布范圍為20 km左右，兩個(gè)火山之間發(fā)育有一個(gè)由向海傾斜的正斷層控制的斷陷盆地，盆地內(nèi)沉積地層發(fā)育完整。在未受火山活動(dòng)影響的區(qū)域內(nèi)由下而上識(shí)別出Tg、T7、T6、T4、T3五個(gè)層序界面(圖5c)，其中Tg界面反射特征明顯不同，具有低頻、低振幅、連續(xù)性差特征；T7界面具有中、高振幅和中等連續(xù)性的反射特征；T6界面地震反射特征表現(xiàn)為低頻、中低振幅和中等連續(xù)性；T4界面地震反射特征為中等振幅、低頻、連續(xù)性差；T3界面與海底近乎平行，地震反射特征為連續(xù)性較好、強(qiáng)振幅。對(duì)于新生代沉積基底界面(Tg)下方發(fā)育的中生代沉積地層，YAN et al[28]認(rèn)為是中侏羅世-中白堊世鈣質(zhì)噴出巖及中酸性噴出巖，KUDRASS et al[39]通過對(duì)海底巖石的研究表明南部陸緣也存在中生代沉積。區(qū)域內(nèi)TWT 8～10 s處存在連續(xù)性較好的反射層，可能為莫霍面反射。重力異常顯示區(qū)域受巖漿活動(dòng)影響變化明顯，火山活動(dòng)區(qū)域表現(xiàn)為高異常值，最高值約為40 mGal，裂陷盆地表現(xiàn)為低異常值(圖5a)。

3.3.2 洋陸轉(zhuǎn)換帶

南部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶位于剖面258～335 km之間(圖5)，在283 km處的火山將區(qū)域分割成兩個(gè)部分，火山范圍約為10 km，該火山穿過全部地層出露于海底。在280～325 km處，可識(shí)別出Tg界面，具有強(qiáng)振幅、低頻率、連續(xù)性好的反射特征。由于受到大型正斷層的控制，Tg界面下方無(wú)連續(xù)反射層，判斷可能為分布廣泛的埋藏海山帶。在258～280 km處發(fā)育有南部陸緣最厚的新生代沉積地層，約為2.1 s，其中裂陷期沉積約為0.9 s，有一個(gè)向海傾斜的低角度正斷層。區(qū)域內(nèi)由下而上可識(shí)別出Tg、T7、T6、T4、T3五個(gè)層序界面(圖5c)，其中Tg界面地震反射特征為強(qiáng)振幅、低頻率、連續(xù)性好；T7界面具有中、高振幅和中等連續(xù)性的反射特征；T6界面地震反射特征為中高振幅、低頻率、連續(xù)性一般；T4界面地震反射特征為強(qiáng)振幅、高頻率、連續(xù)性好，斷層發(fā)育終止于此界面；T3界面與海底近乎平行，地震反射特征為低振幅、連續(xù)性好、低頻率。區(qū)域內(nèi)深部地層的反射不明顯，無(wú)法對(duì)莫霍面反射地層進(jìn)行識(shí)別。從洋盆區(qū)域向洋陸轉(zhuǎn)換帶區(qū)域，自由空間重力異常具有明顯的變化趨勢(shì)：從高異常值向低異常值過渡，再變?yōu)楦弋惓Ｖ?，?75～325 km處的埋藏火山帶整體表現(xiàn)為高異常值，最高達(dá)到21 mGal(圖5a)。

圖5 南海西南次海盆南部陸緣區(qū)域自由空間重力異常曲線(a)、原始地震剖面(b)和地震剖面解釋圖(c)Fig.5 Free-air gravity anomaly profile(a)，original seismic profile(b)and the interpretation of the seismic profile(c)in the southern continental margin of the southwestern subbasin of the South China Sea

4 南海西南次海盆被動(dòng)陸緣的伸展演化過程

從板塊構(gòu)造理論建立以來，大陸邊緣巖石圈的伸展演化過程和洋盆的發(fā)育演化被認(rèn)為是威爾遜旋回的重要階段。對(duì)伊比利亞-紐芬蘭共軛陸緣伸展演化模式的研究最為成熟，研究認(rèn)為縱向上巖石圈破裂、突出陸殼的過程是非瞬時(shí)的，是幕式的，包括巖石圈伸展、薄化、剝露和最終裂解四個(gè)幕次[40]；而橫向上的非瞬時(shí)伸展過程則表現(xiàn)為向洋方向應(yīng)變的集中和變形，發(fā)育出不同的構(gòu)造單元。朱榮偉 等[41]對(duì)多道地震剖面資料的研究表明，南海地區(qū)中生代地層曾遭受過不同程度的擠壓變形。丁巍偉 等[42]通過對(duì)地震剖面伸展特征分析表明，南海西南次海盆南部陸緣伸展過程在縱向上不是均一的，而是隨深度變化不同。由此，依據(jù)伊比利亞-紐芬蘭共軛陸緣的伸展演化模式，將南海西南次海盆被動(dòng)陸緣的伸展演化過程分為三個(gè)階段：前裂谷階段、陸緣裂陷階段和海底擴(kuò)張階段。

(1)前裂谷階段(～65 Ma)

在中生代晚期，南海的南部與北部陸緣均位于華南大陸邊緣[43]，由于古太平洋板塊俯沖帶發(fā)生遷移，南海陸緣巖石圈開始拉張減薄，軟流圈物質(zhì)上涌，區(qū)域伸展形成一系列小型正斷層。其中南海南部中生代地層廣泛分布在南沙地塊的禮樂盆地、南薇盆地、北巴拉望與西巴拉望盆地中，中生代地層的特征與古太平洋板塊向北俯沖形成的弧后盆地相關(guān)[44]。受到巖漿作用的影響，在地震剖面上只能識(shí)別出Tg(65 Ma)界面以上的地層，Tg界面以下均呈雜亂反射，無(wú)法識(shí)別出前裂谷期沉積地層。

(2)陸緣裂陷階段(65～23 Ma)

新生代早期，隨著古南海板塊向南俯沖，南海南部陸緣逐漸從華南陸緣裂離[45-46]。由于太平洋板塊俯沖方向轉(zhuǎn)變以及印度板塊與歐亞板塊的碰撞，南海南部陸緣巖石圈在中始新世被進(jìn)一步拉伸減薄[47-48]，在純剪切伸展變形作用下，位于南沙地塊和中建南盆地的近端帶形成一系列地塹或半地塹盆地，并發(fā)育有早期高角度正斷層和一套同裂陷期沉積地層(圖7a)。在持續(xù)拉張應(yīng)力作用下，地殼伸展減薄最終導(dǎo)致巖石圈破裂，南海東部次海盆在30 Ma開始海底擴(kuò)張，對(duì)應(yīng)地震剖面中的T7界面具有中等-強(qiáng)振幅、連續(xù)性中等的地震反射特征，與中沙地塊共軛的禮樂灘隨著南海東部次海盆海底擴(kuò)張向南漂移[49]，而南海西南次海盆仍處于陸緣裂陷階段，尚未形成新生洋殼。隨著陸緣拉伸作用的持續(xù)，應(yīng)力作用從近端帶區(qū)域向洋陸轉(zhuǎn)換帶遷移，在地震剖面上表現(xiàn)為地殼變形開始集中到幾條大型邊界斷層之上，邊界斷層控制了地殼的伸展變形(圖7b)，這些斷層向下延伸，斷層角度在流變性突變的界面發(fā)生改變產(chǎn)生位移，形成中期低角度正斷層。在典型的非巖漿型被動(dòng)陸緣，莫霍面作為主拆離斷層面，使得其下盤的地幔橄欖巖或下地殼被沿拆離斷層的大規(guī)模位移“抽拉”而出露到海底，由此形成洋陸轉(zhuǎn)換帶[34]。

(3)海底擴(kuò)張階段(23～16 Ma)

從中新世開始，巖石圈的熱動(dòng)力作用增強(qiáng)，巖漿作用頻繁，南海西南次海盆開始擴(kuò)張，新生洋殼沿?cái)U(kuò)張中心兩側(cè)開始發(fā)育，并且西南次海盆擴(kuò)張?zhí)幱跐u進(jìn)式擴(kuò)張階段，西南次海盆的伸展變形最終集中在擴(kuò)張中心(圖7c)。根據(jù)磁異常條帶的識(shí)別，西南次海盆屬于漸進(jìn)式擴(kuò)張，從東北向西南逐步推進(jìn)[19]。從地震剖面上表現(xiàn)為T6穿時(shí)界面的識(shí)別，年齡大約在 23 Ma 左右，在南沙地塊中心有數(shù)百萬(wàn)年變化[50]。在中中新世(16 Ma)，南海擴(kuò)張停止，T4界面以上地層連續(xù)性好，近乎平行于海底，西南次海盆進(jìn)入穩(wěn)定沉積階段。

5 結(jié)論

對(duì)橫跨南海西南次海盆的多道地震剖面Z1進(jìn)行解釋，由下至上共識(shí)別出6個(gè)層序地層界面(Tg、T7、T6、T4、T3、T2)。Tg和T6界面是新生代以來兩個(gè)重要的不整合界面，Tg代表裂陷不整合界面，T6代表破裂不整合界面。在前裂谷階段(～65 Ma)受應(yīng)力作用，陸緣發(fā)育有小型斷層，切割新生代Tg基底界面，巖石圈伸展變形集中在近端帶；陸緣裂陷階段(65～23 Ma)，巖石圈強(qiáng)烈伸展減薄，Tg～T6階段呈楔狀沉積，受到正斷層的控制，形成地塹或半地塹盆地，整個(gè)陸緣的伸展拉張作用集中在洋陸轉(zhuǎn)換帶；海底擴(kuò)張階段(23～16 Ma)，西南次海盆開始漸進(jìn)式擴(kuò)張，軟流圈物質(zhì)上涌，巖漿活動(dòng)頻繁。中中新世以來，隨著西南次海盆海底擴(kuò)張，新生洋殼沿?cái)U(kuò)張中心兩側(cè)開始發(fā)育，巖石圈的伸展變形主要集中在擴(kuò)張中心，巖石圈的變形再次恢復(fù)到伸展初期對(duì)稱變形狀態(tài)。

本次研究發(fā)現(xiàn)，南海西南次海盆被動(dòng)陸緣具有地殼拉張非均一和伸展演化非瞬時(shí)的特點(diǎn)，南北兩側(cè)共軛陸緣伸展演化過程經(jīng)歷了前裂谷階段、陸緣裂陷階段和海底擴(kuò)張階段，對(duì)應(yīng)形成了南海西南次海盆被動(dòng)陸緣近端帶、洋陸轉(zhuǎn)換帶和洋盆三個(gè)構(gòu)造單元。西南次海盆被動(dòng)陸緣的洋陸轉(zhuǎn)換帶受后期火山作用改造明顯，是由于洋陸轉(zhuǎn)換帶區(qū)域發(fā)生了強(qiáng)烈的巖漿侵入和噴發(fā)作用，裂后期巖漿沿著先存的地殼薄弱帶向淺部運(yùn)移，形成出露海底火山或者侵入火山。