Question

南海新生代构造演化史的研究现状

Answer 1

南海是西北太平洋边缘海中最大的边缘海盆之一，新生代构造演化史有其独特的构造演化模式。从构造位置上看，从白令海、鄂霍次克海、日本海、东海冲绳海槽到南海，为一北东向边缘海盆链；从南海、苏禄海、苏拉威西海到班达海，为一近南北向边缘海盆链，南海正处于这两个边缘海盆链的交接部位(图6.1)。因此，南海的构造位置是非常特殊而又重要的。

图6.1 西太平洋边缘海的分布

南海位于欧亚板块南部，其东部是菲律宾海板块，西部紧接中南半岛与印度板块为邻，南部隔印度尼西亚群岛与澳大利亚板块相接。在中生代末至新生代早期，欧亚板块东南部的燕山期造山带发生岩石圈拆沉(邹和平，2001)，产生了一次张性构造运动，岩石圈板块向东南方向运动，引起岩石圈厚度减薄，在地表产生一系列北东向正断裂和地堑半地堑。新生代中期，菲律宾海板块从赤道附近向北漂移，在漂移过程中不断平移和旋转，最终于5Ma前在台湾地区与欧亚板块发生碰撞，在欧亚板块东部边缘上形成了台湾岛(Hall，1996)。印度板块于白垩纪(135Ma前)时与冈瓦纳大陆分离后向北漂移(Metcalfe，1993)，漂移距离约1300km(Powell，et al.，1988；Ramana et al.，1994)，大约于50.3～47.7Ma前与欧亚板块发生碰撞(Basse，et al.，1991)，在欧亚板块南部边缘上形成青藏高原和喜马拉雅山脉。澳大利亚板块与南极板块在始新世(43.5Ma前)发生分离后，向北运动，于25Ma前与菲律宾海板块发生碰撞，在5Ma前与欧亚板块发生碰撞。在这些周边板块的相互运动过程中，南海地区发生了新生代海底扩张，产生了南海新生代洋盆。关于南海海盆在新生代的构造演化史，目前众说纷纭，主要是海盆中磁异常条带计算的多解性和对南北陆缘地质构造在认识上的不同看法所引起的。下面简单介绍一下国内外科学家的一些主流看法。

1973年，D.E.Karig在研究西太平洋边缘海盆的弧后扩张模式时，提出南海海盆是在晚白垩世至古近纪期间由面向东的吕宋弧通过弧后扩张而形成的。他的这一模式很快被否定了，因为菲律宾和菲律宾海板块是在新生代晚期才达到今天的位置，在南海发生海底扩张时它们还在赤道附近。E.Ben-Auraban等(1973)在研究加里曼丹岛的中生代地质时，首先在南海中央海盆中对比出东西向的磁异常条带，但未鉴别出其时代，只是推测南海海盆是在晚白垩世至古近纪时婆罗洲和华南分离后通过海底扩张而形成之结论。C.Bowin等(1978)在研究台湾和吕宋碰撞时也发现南海存在磁异常条带，但没有识别出其时代。B.Taylor等(1980)分析了南海中央海盆的磁异常特征，第一次在这里对比出5d-11号磁异常条带；同时还研究了南海南北陆缘的新生代地层、断裂、构造运动和钻井资料，并将它们作综合对比分析，认为南海中央海盆是在晚渐新世至早中新世期间通过南北向海底扩张形成的。他们还认为，礼乐-东北巴拉望地块在南海新生代海底扩张之前位于南海北部陆缘的南部，在其南部存在一中生代古南海洋盆，在南海新生代海底扩张期间，该中生代古南海洋盆在巴拉望海槽处(南沙海槽)俯冲于婆罗-苏禄地块之下。对南海的另外两个洋盆(西北海盆和西南海盆)，当时由于资料不多，他们未做讨论。1983年，他们利用中美联合调查南海海洋地质第一阶段所采集的资料，进一步证实了中央海盆5d-11号磁异常条带之存在，并利用重力异常资料，推测南海西南海盆是与中央海盆同时产生的。

Ke Ru等(1986)根据区域地质构造和地热资料模拟的结果，提出南海地区自晚白垩世以来经历了三次张裂事件(晚白垩世、晚始新世和早中新世)和两次海底扩张，认为南海中央海盆的形成时代与Taylor和Hayes的估算相同，西北海盆的年龄为35～36Ma或32Ma，西南海盆的年龄为55Ma，从而他们提出南海经历幕式张裂和幕式扩张的演化模式。陈圣源(1987)利用我们在南海西南海盆采集的地磁资料，鉴别出M1-M11(126～119Ma)的磁异常条带。由此，何廉声(1987)提出南海发生过两次海底扩张：第一次发生在白垩纪早期，第二次发生在晚渐新世至早中新世。吕文正(1987)在南海西南海盆对比出32-27号磁异常条带，由此他提出南海第一次海底扩张发生在晚白垩世至早古新世。姚伯初(1991)根据南海海盆磁异常条带的走向、区域构造走向、沉积构造层组合等资料，推测南海西南海盆和西北海盆是在始新世形成的，由此提出南海第一次海底扩张发生在始新世。姚伯初等(1994)利用中美联合调查南海地质项目第二阶段(1985)所采集的磁力资料，采用低通滤波方法，去掉洋壳下部磁性体(层2B和层3)对观测磁异常的影响，用层2 A产生的磁异常，在西南海盆中对比和鉴别出18-13号磁异常条带，推测其形成时代为晚始新世至早渐新世(42～35Ma)。此后，姚伯初(1999)根据海底地形地貌特征、地壳厚度及地壳等厚线之走向、穿过西北海盆-中央海盆及西南海盆-中央海盆的地震剖面之解释，发现西北海盆与西南海盆比中央海盆多一套新生代沉积，由此更确信西北海盆与西南海盆的形成时代比中央海盆早。

Briais等(1989，1993)根据印度板块与欧亚板块碰撞的模型实验之结果和在南海海盆中对比的磁异常条带，认为南海地区在32～30Ma期间发生NW—SE方向的张裂；30～26Ma期间发生N—S向海底扩张，形成中央海盆南北部洋壳；23～16Ma期间发生第二次NW—SE向海底扩张，形成南海西南海盆和中央海盆的中间部分。Hutchison(1996)研究了婆罗洲上拉姜群(Rajiang Group)和克拉克组(Croker Formation)的地层组成、结构、年代和分布特征，认为Taylor等(1980，1982)、Ke Ru等(1986)、Tapponnier(1989)和Briais(1993)关于南海新生代构造演化的模式与婆罗洲上的地质相抵触；因为拉姜群是古南海洋壳在新生代向加里曼丹俯冲时的增生楔沉积，其年代为早白垩世至晚始新世，说明南沙地块(Hutchison称做Luconia地块)是在晚始新世至早渐新世时与加里曼丹地块发生碰撞的，即南海海盆西部(西北海盆和西南海盆)在新生代海底扩张之停止时间为晚始新世至早渐新世。而婆罗洲东北部的克拉克组之时代为渐新世至早中新世，也是一增生楔沉积，表明礼乐-东北巴拉望地块与加里曼丹地块的碰撞时间是在早中中新世，这与南海中央海盆新生代海底扩张的停止时间一致。

从以上讨论可见，目前关于南海海盆在新生代的构造演化史，大多数科学家都认为发生过两次海底扩张，但两次扩张的内容和时间有很大的分歧。Briais等(1993)、Taylor等(1982)认为南海海盆新生代第一次海底扩张是南北向的，发生在晚渐新世至早中新世(32～25Ma)，产生了南海中央海盆的南北两部分洋壳；第二次海底扩张为NW—SE方向，时代为早中新世至中中新世(24～16Ma)，产生了中央海盆中部洋壳和西南海盆洋壳。他们的模式之问题在于未了解清楚南部边缘(婆罗洲)的地质情况而硬下结论。中国科学家大多认为南海新生代第一次海底扩张是NW—SE向，产生南海西北海盆和西南海盆，但对扩张时代的看法却分歧很大：何廉声认为是白垩纪，吕文正认为是晚白垩世至早古新世，只有姚伯初等认为是晚始新世至早渐新世，与Hutchison研究婆罗洲地质的结果基本一致。关于南海海盆新生代海底扩张及其演化史存在的第二个问题是深部动力学问题，Briais和Tappannier认为和印度板块与欧亚板块碰撞有直接联系。她(他)们认为印度板块与欧亚板块在42Ma前发生碰撞，在亚洲大陆上地幔中产生向东南方向的蠕动，引起南海地区发生张裂和海底扩张。这种看法并未得到大多数地球科学家的认可，因为地壳张裂和随后的大陆分离、海底扩张是统一的构造系列，它们是一系列构造事件影响的结果，决不是单一因素造成的。从南海地区看，新生代张裂事件发生在晚白垩世至古近纪，这是为南海北部大多数新生代沉积盆地的产生时间所证明了的，已是不容置疑的事实。随后的大陆分离和海底扩张是这一构造循环事件的一部分，两次构造事件是不可分离的，应是密切相关的。我们认为，印度板块与欧亚大陆的碰撞引起亚洲大陆之下的软流层发生向东南方向之流动，对南海新生代海底扩张起到推波助澜的作用，而不是决定性作用。关于南海新生代构造演化史研究方面存在的第三个问题是婆罗洲地质问题，这是大多数科学家忽视的问题，也可能是在婆罗洲上做地质调查很困难而不能顾及之故。Hutchison的工作有非常重要的意义，他对婆罗洲的区域地质做了详细研究，其结果对研究南海新生代构造演化史有决定意义。姚伯初等(2004)在研究了从澳大利亚北部到亚洲南部的区域地球物理场特征和新生代地质构造演化历史之后，提出了大南海的演化模式，指出在新生代澳大利亚板块和欧亚板块之间的大洋中，存在一些地块(微板块)；同时，澳大利亚板块北部边缘的一些地块先后从澳大利亚板块分离，并向北运动，与一些和欧亚板块分离出来的地块先后发生碰撞缝合。在此期间，由于地块分离而发生海底扩张，产生许多小洋盆，如南海、苏禄海、苏拉威西海、安达曼海等，最后形成了东南亚地区今日的构造景观。本文从大南海地区新生代的构造演化史之框架来研究南海地区新生代的构造演化历史，认为南海地区新生代的构造活动既与印度板块和欧亚板块的碰撞有关，也与太平洋板块向欧亚板块的俯冲活动有联系；同时，还受到澳大利亚板块向北运动之影响。南海地区在新生代发生过两次海底扩张，第一次海底扩张发生在42～35Ma前，可能是受印度板块和欧亚板块碰撞而引起欧亚大陆之下向东南方向之地幔流的影响而发生的，其海底扩张方向为NW—SE向，产生了南海西南海盆和西北海盆；第二次海底扩张发生于32～17Ma前。可能是由于太平洋板块向欧亚板块俯冲，俯冲的大洋岩石圈已达700km深处，阻挡了欧亚大陆的上地幔向东南方向之流动，从而转向南流动，引起南海地区南北向海底扩张，即新生代第二次海底扩张，产生了南海中央海盆。南海新生代洋盆诞生之后，由于大南海地区继续有地块碰撞和边缘海海底扩张，对南海南部地区产生挤压，从而使这里的沉积发生变形，这就引起万安运动(南海南部)。在5Ma时，菲律宾海板块的菲律宾弧和巴拉望地块发生过碰撞(Hutchison，1989)，引起吕宋岛边缘的俯冲带从西边跳到东边。这次碰撞对西北巴拉望盆地和沙巴盆地产生影响，对南沙地区也产生一定影响。这两次时间相隔很短的碰撞事件在南沙海域新生代沉积中产生了中新统上新统之间的不整合面。在5Ma前，向北运动的菲律宾海板块在台湾地区与欧亚板块发生碰撞，台湾岛开始出现并逐渐形成。