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1、中国南海的形成演化及动力学机制研究综述黎明碧 1, 2, 金翔龙 2( 1. 浙江大学 理学院, 杭州 310027; 2.国家海洋局 海底科学重点实验室, 杭州 310012)摘要: 南海是西太平洋最大的边缘海之一, 蕴藏着丰富的油气等矿产资源, 同时又处于欧亚、太平洋、印- 澳三大板块的交会处。南海的形成、演化和动力学机制一直是地学界的研究热点之一。本文对国内外学者关于南海形成演化和动力学机制的主要观点进行了综述, 并指出了存在的问题。关键词: 南海; 形成和演化; 动力学机制; 综述中图分类号: P548文献标识码: A文章编号: 1001- 7119( 2006) 01- 0016-
2、05Review of Resear ch on the For mation, Evolution andDynamic Mechanism of South China SeaLI Ming-bi1, 2, JIN Xiang-long2( 1.College of Science, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2. Key Lab of Submarine Geosciences, SOA, Hangzhou 310012, China)Abstr act: South China Sea is one of the bigge
3、st marginal seas, which locates on the interacting zone of Euro-Asian plate,Pacific plate and Indian-Australia plate, and contains rich mineral resources such as oil and gas. The formation, evolu- tion and dynamic mechanism of South China Sea have always been a hot topic in geological study. In this
4、 paper the main views of the topic have been summarized and the issues needed to be further studied have also been pointed out.Key wor ds: South China Sea; formation and evolution; dynamic mechanism; review南海是西太平洋最大的边缘海之一, 面积约350 万 km2, 整个海域几乎被大陆、半岛和岛屿所 包围, 平均水深 1212 m, 最大水深 5377 m。南海 的构造单元划分由于不同学者、
5、不同的理论而有 所差异。一般认为, 南海可分为以下主要单元: 由 周围陆架和陆坡组成的陆缘, 中央海盆( 可进一 步分为西南次海盆、西北次海盆和东部次海盆) ,西沙- 中沙地块、南沙地块及与地块相邻的西沙海槽和南沙海槽等。南海以其蕴藏的油气等丰富 的矿产资源, 又处于欧亚、太平洋、印- 澳三大板块的交会处, 历来成为地学研究的热点之一, 其成因和演化更是倍受关注。纵观南海成因研究的 历史, 不同学者、不同理论众说纷纭, 几乎地学界 不同时期的不同理论均在南海成因研究中得到收稿日期: 2004- 08- 14基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目资助( 编号: G20000467)作者简介:
6、黎明碧( 1963- ) , 男, 广西隆安县人, 教授级高工, 主要从事海洋地质地球物理研究。大陆边缘的洋侧优地槽带。新生代, 在区域拉张应力场背景下, 陆壳断裂解体, 陆块分离漂移, 呈 多期、多轴向洋一侧扩散, 地幔物质上涌, 形成边关于南海形成演化的主要观点1缘海的新生洋壳, 局部完成陆壳向洋壳的演化。南海的地质调查始于 20 世纪 20 年代, 当时主要开展测深和浅海的底质取样, 较系统的地质 地 球物理 调查开 始于 20 世 纪 60 年代 , 20 世 纪其过程大致可分为三个阶段: ( 1) 晚白垩纪- 早渐新世的北东向陆缘断裂解体阶段; ( 2) 中渐新世-早中新世的南北向海
7、底扩张阶段; ( 3)后的反向海沟及大规模断陷阶段。中新世以80 年代南海油气资源勘探全面展开,南海的地质地球物理调查也进入高潮。随着南海地质地球物理资料的不断积累和研究的不断深入, 国内出 版了一系列的专著、图集和论文16。国内外不同 学者根据掌握的资料、从不同角度、依据不同的 理论对南海成因进行了研究, 提出了不同的成因 观点, 大致可分为以下三类:20 世纪 80 年代后期刘昭蜀等12结合板块理论并吸收了陈国达的地台活化学说, 提出了南海 成因的“陆缘扩张”观点, 认为南海是在华南安第斯山型活动大陆边缘背景上, 区域应力场从挤压 转为松弛, 地幔向洋一侧蠕散, 陆缘断裂解体, 海 底多期
8、多轴扩张, 陆( 岛) 块向洋扩散过程中形成的陆缘地堑系。该观点虽引入了地幔流动、海底 扩张等新认识, 但基础仍为陆壳洋化。弧后扩张观点最早提出关于南海成因的观点是 Karig 的弧 后扩张说7, 在研究以日本海为代表的西太平洋 系列边缘海时, 将南海列入与弧后扩张有关的边 缘海。但该学说很快受到质疑: ( 1) 1973 年 Ben- Avraham 和 Uyeda8在南海中部地区发现了近东 西走向的磁条带, 走向和被视为南海的岛弧组成 部分的菲律宾弧近乎垂直, 这些是弧后扩张说难 以解释的。( 2) 如果南海属弧后盆地, 则扩张过程 中南移的南沙、北巴拉望地块至少在第三纪时应 属岛弧性质,
9、 但北巴拉望的第三系由碳酸盐岩组 成, 南沙礼乐滩上发育了早第三纪陆源砂页岩地 层及渐新世以来的碳酸盐沉积, 为半深海至浅 海、滨海环境的产物, 均缺乏岛弧型火山岩9; ( 3) 南海海山上拖网获得的样品属于碱性玄武岩和 介于拉斑玄武岩和碱性玄武岩之间的过渡型玄 武岩, 这些岩样类似于大洋盆地中的海山岩石, 而弧后盆地中却较少见到, 这一特征也支持南海 海盆并非弧后盆地9。1.1海底扩张说海底扩张说认为南海大陆边缘属于大西洋 型被动大陆边缘, 南海海盆是经过海底扩张形成 的, 海盆基底为完全的洋壳。该观点目前已为大 多数学者所接受。1978 年 Bowin 13 等 根 据 在 吕 宋 岛 以
10、 西 的 海 域发现的磁异常带, 推测南海可能在中生代先经 历了一期海底扩张, 把加里曼丹从亚洲大陆分开 并推向南方; 然后在第三纪中期, 洋壳再次裂开, 形成新一期海底扩张, 方向为北东向。按照该模 式, 南海现今的洋壳应由两侧的中生代洋壳和中 间的新生代洋壳组成, 但中生代洋壳至今尚未证 实。1980 年 B Taylor 和 D E Hayes14首次把南海 的条带磁异常与全球地磁反转时间表进行了系 统对比, 在南海海盆中部识别出编号为 11- 5D 的一系列条带磁异常, 代表年龄为 3217 Ma, 这些磁条带为近东西向, 在北纬 15左右有一东西 向的海底山链与磁异常条带平行, 且海
11、山链两侧的磁异常条带具有明显的对称性, 因此海山链被推测为已停止的扩张轴, 南海海盆被认为是在晚 渐 新 世 - 早 中 新 世 由 海 底 扩 张 形 成 。 1982 年 Holloway15根据菲律宾的巴拉望断块的地层研究 及其与亚洲大陆的关系, 特别是南海及周缘地区 中新生代区域不整合的对比研究, 提出了南海形1.31.2陆壳洋化观点认为南海海盆是在原南海地台或断块的基础上经地壳拉张、减薄洋化而成。早期主要代表有黄汲清10的“南海地台”说和张文佑11的“南海 断块”说等。断块学说认为南海断块经晋宁运动 后, 可能成为中国古陆的组成部分。虽经古生代 至中生代的多次古陆的解体与拼合, 仍长
12、期处于 隆起剥蚀状态。燕山旋回晚期, 地处活动大陆边 缘的南海断块发生断裂和块断活动, 成为活动大科 技通 报第 22 卷18成扩张的阶段划分和重建图。1983 年, B Taylor和 D E Hayes16在“维玛号”调查船南海调查所获 得的新资料的基础上, 总结前人的研究成果, 提出了南海扩张演化的基本模式。至此, 南海海底 扩张成因及其演化历史的基本框架得以确立并广为接受。根据这个模式, 南海的形成演化可分 为如下几个阶段: ( 1) 中侏罗纪- 中白垩纪, 原始东南亚边缘是一个安第斯山型的岛弧。北巴拉望- 礼乐滩- 北康暗沙微陆块是这一边缘的弧前 地区。沿原始中国边缘发生的岛弧火山活
13、动于85 Ma 停止。( 2) 白垩纪末或古新世初期- 早渐新 世, 原始中国边缘发生断裂活动。( 3) 晚渐新世-早中新世, 南海盆地东部发生海底扩张活动, 盆 地西部的张开推测是海底扩张和地壳拉张综合作用的结果。南海盆地的张开, 使北巴拉望- 礼乐 滩- 北康暗沙从亚洲大陆分离出来。( 4) 晚中新世以后, 南海盆地及边缘地区以大幅度沉降为主,推测是由连续的热收缩引起。中新世( 2617 Ma) , 呈近南北向扩张。并认为东区扩张脊的南移可能与不对称扩张有关。姚伯初等19,20认为南海海盆受周缘大陆运动 制约, 具有多扩张中心和多期海底扩张特点。海 盆中有三个残留的海底扩张中心, 并发生过
14、两次 海底扩张。第一次海底扩张发生在晚始新世- 早 渐新世, 扩张方向为北西- 南东向, 产生了南海西 北次海盆和西南次海盆; 第二次在晚渐新世- 早 中新世, 扩张方向近南北向, 形成南海中央海盆。( 2) 先南北向扩张, 后北西- 南东向扩张1992 年吴金龙等21根据中法合作南海海洋 调查结果, 利用实测的地质、地球物理资料, 较详 细地研究了南海古扩张脊的地貌- 构造特征及与 磁异常条带的关系等, 认为南海经历了两期海底 扩张过程, 并提出了海底扩张的两种可能模式。 第一期扩张始于中渐新世( 32 Ma) , 南海东部发 生南北向扩张, 形成南海东部东西向磁条带和东 西向脊。第二次大约
15、在早中新世( 20 Ma) , 为北 西- 南东向扩张。( 3) 南海经历了三期次生扩张金翔龙22通过对西太平洋三个主要边缘海:日本海、东海和南海的形成和演化史的研究, 认 为边缘海的历史就是那些组构边缘海的边缘海 盆地的演化史。边缘海盆生成于次生扩张, 而次 生扩张又源于板块碰撞时大洋板块俯冲过程中 摩擦- 生热所产生的次生对流。边缘海盆的形成 演化始终伴随着地壳的转化。南海有三期次生扩 张: 最早的扩张( 白垩纪) 发生于南海的北部陆架 盆地, 走向 NE85的次生扩张形成西北次海盆 ( 约为渐新世) , 走向 NE85和走向 NE48的次生 扩张形成东部次海盆和西南次海盆 ( 渐新世-
16、中 新世) 。南海扩张和演化的几个新模式20 世纪 80 年代以来, 随着南海海洋调查和 研究的不断深入, 我国学者应用新资料, 就南海 扩张方式、期次提出了新的认识, 提出了南海扩 张和演化的新模式。但在南海多期扩张及时间关 系上引起了较大争议, 提出了不同的认识。主要 包括以下几种观点:( 1) 先北西- 南东向扩张, 后南北向扩张1986 年茹克等17从南海北部及周缘沉积盆 地和区域断裂的发育入手, 揭示了南海自晚白垩纪以来曾发生了三次陆壳张裂活动, 分别始于晚白垩世、晚始新世和中中新世。其中后两次与海 底扩张有关, 同时利用大量地磁、热流和基底深 度等资料对洋壳年龄进行估算, 认为西南
17、部( 约55 Ma) 比东部和西北部( 3632 Ma) 老, 是不同期 扩张的产物, 据此推断, 南海至少经历了三次张 裂和两期海底扩张。1.4南海扩张及其动力学机制2吕文正等 根据对 60000 km 新资料的分18虽然不同研究者根据不同资料得出关于南海扩张时间和期次上存在不同的认识, 但在南海 扩张成因这点上是一致的。关于南海扩张的起因 和动力学机制的研究也取得了较大进展, 一般认 为, 南海的扩张和演化是太平洋板块俯冲和印度 板块与亚洲板块碰撞共同作用的结果, 但在具体 的机制和演化阶段划分上仍存在较大争议。其中影响较大的是 Tapponnier 等2325的解释析, 认为南海中央海盆
18、磁异常是一种新的边缘海条带磁异常类型, 并提出了南海中央海盆扩张的 新模式, 对南海海盆的构造发展史划分了三个扩 张期: 第 一期扩 张发生 于 晚 白 垩 纪- 早 古 新 世 ( 7063 Ma? ) , 扩张方向为北西- 南东向; 第二期 扩张于中渐新世- 渐新世末( 32? 26 Ma) , 呈北北 西- 南南东向扩张; 第三期扩张发生于渐新世- 早致印支地块向南东方向的长距离滑移 ( 700 km或更大) , 红河断裂为左旋走滑。印支地块向南东 滑移的同时, 促使加里曼丹地块南移、南海扩张。根据这一模式, 南海是被动成因, 深部地幔隆起 是由地壳拉张、岩石圈减薄引起的。该模式存在的主
19、要问题是物理模拟未考虑垂向变形, 与实际 情况即碰撞后青藏高原大规模隆升不符, 导致模式中认为红河断裂的长距离滑移。另外, 据龚再生等20研究, 沿红河裂谷的莺歌海盆地及印支地 块东侧的归仁- 万安北盆地等早第三纪均以伸展 性裂陷和右旋走滑为主, 也与该模式不符。李思田等26,27根据天然地震层析研究成果, 结合卫星重力和区域地质特征, 提出用地幔柱为 主导因素的模式来解释南海及其边缘盆地的成 因, 认为地幔柱引起的局部对流, 加之与岩石圈 底部的摩擦导致大面积的伸展, 但关于南海地幔 柱的形成需要寻找更多的证据。姚伯初等19,20认为印度板块和欧亚大陆碰撞 后, 改变了亚洲大陆下的上地幔流场
20、, 而俯冲的 太平洋岩石圈则阻挡了上地幔流场向东流动。这 样, 在南海地区, 西部的上地幔流场是向东南方 向的, 而东部的流场是向南的。这可能是南海海 盆的多扩张中心及多次海底扩张的原因。张训华等28,29也认为南海海盆是在欧亚、太 平洋和印澳三大板块共同作用过程中, 由于岩石 圈的碰撞、挤压和下部软流圈地幔物质在南海地 区运动方向改变所致。并认为南海海盆范围内不 具备地幔对流形成海底扩张的条件, 提出南海海 盆是在区域内地幔单向流动所形成的统一应力 场下形成的, 其被动大陆边缘南北两边的不对称 是必然的。深部动力学研究3032表明, 南海地幔具有明 显的不均一性, 出现对流环和局部柱状对流上
21、升 区, 这两种不同对流方式的共同作用, 形成南海 的多期扩张和扩张特点的多样性。另外, 李家彪33等尝试用地体学说解释南海 的扩张和演化, 提出了关于南海成因和演化的新 认识。认为南海及南、北陆缘可识别出七大地体: 北部陆架- 海南地体、东沙地体、西沙- 中沙地体、 南沙地体、北巴拉望地体、南巴拉望地体和沙巴- 沙捞越地体。其中东沙地体、西沙- 中沙地体、南一联合地体。亲缘性分析表明它们与南巴拉望和婆罗洲无关。在晚白垩世完成向北西与华南大陆 的拼接、碰撞后, 新生代联合地体开始向南裂离, 导致南海形成, 东区以海底扩张为主, 西区以地 壳裂离为特征。结语3综上所述, 关于南海成因的观点不尽相
22、同,根据其理论基础和成因模式特征, 主要观点大致 可分为两个大类型: 一类是以槽台说为基础, 另 一类是以板块理论为基础。后期虽有融合槽台说 和板块理论的成因解释, 但其槽台说的根基仍依 稀可见。相比之下, 槽台说为基础的似乎更宏观, 以海底扩张为基础的更具体些, 易于得到地球物 理等调查资料的验证。总体上, 南海形成演化方面仍存在一些问 题, 有待于进一步深入研究, 主要包括( 1) 南海的磁异常条带及与全球的对比; ( 2) 南海扩张方式、期次, 以及东部次海盆、西北次海盆和西南次海盆的成因关系; ( 3) 南海扩张在陆缘的表现; ( 4)太平洋板块俯冲和印度板块与亚洲板块之间的作用与南海
23、演化的关系; ( 5)部边缘的对比等。南海北部边缘和南针对上述问题, 下一步研究应重点加强南海海盆扩张方式和南、北部边缘构造和沉积演化对 比研究; 通过对东部次海盆、西北次海盆和西南 次海盆的成因和对比分析, 结合西太平洋边缘海 构造演化研究, 全面揭示南海扩张历史及其动力学机制。随着南海调查的不断深入, 以及新技术、新手段和新理论的应用, 特别是深海钻探 184 航次的完成34, 为南海研究提供了新的资料 , 南海 的地形地貌勘测也为南海海盆的扩张提供了新的证据35,36。相信随着资料的不断积累, 一定会给 南海的形成演化研究带来新的思路, 提出新的认识。参考文献: 1 金庆焕 主编. 南海
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