南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地發(fā)育動力學(xué)機制

雷 超，任建業(yè)，2，佟殿君

1 中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074

2 教育部含油氣盆地構(gòu)造研究中心，武漢 430074

3 中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，武漢 430074

1 引 言

大陸巖石圈如何伸展、變薄并最終破裂形成被動大陸邊緣和洋盆是當(dāng)今地球科學(xué)研究中前沿問題，而長期以來被動大陸邊緣一直是研究巖石圈伸展變形和機制的重要地區(qū)．自從McKenzie［1］提出一維伸展盆地模型以來，大陸裂谷盆地的動力學(xué)研究取得了巨大的進展．McKenzie模式探討了巖石圈拉伸、減薄、盆地沉降、軟流層上隆以及相應(yīng)的熱歷史之間的定量關(guān)系，其最主要的貢獻是將盆地的沉降區(qū)分出斷層控制的同裂陷期沉降（Synrift）和熱作用控制的裂后期（Postrift）沉降．同裂陷期沉降是瞬時性的，而裂后期的沉降主要受巖石圈熱收縮作用以及沉積負載作用的控制，其沉降速率隨時間呈冪指數(shù)率減?。?－2］．McKenzie模式實際是一個深度統(tǒng)一的均勻拉伸模型，描述的是巖石圈伸展的一級響應(yīng)結(jié)果，揭示了巖石圈裂陷作用所導(dǎo)致的盆地沉降的普遍特征．近十多年來，對世界上許多地區(qū)典型的大陸裂谷盆地的研究已經(jīng)證實［3］，通過上地殼斷層位移計算的伸展量與通過McKenzie模型計算的整個巖石圈的伸展量一致，因而，McKenzie模式以及以McKenzie模式為基礎(chǔ)而衍生出來的各類巖石圈伸展模式［2］在研究大陸裂谷盆地動力學(xué)方面得到了廣泛的應(yīng)用．

然而，在被動大陸邊緣，尤其是富含大型深水油氣藏和天然氣水合物的洋陸轉(zhuǎn)換帶，McKenzie模式的應(yīng)用遇到極大的挑戰(zhàn)．一般認為，被動大陸邊緣是大陸巖石圈遭受了極大的拉伸和薄化作用，最終導(dǎo)致了海底擴張作用的情形下而形成．Driscoll和Karner（1999）［3］通過計算上地殼斷裂作用伸展、地殼減薄系數(shù)和以裂后階段的熱沉降計算整個巖石圈的伸展得出，在澳大利亞西北被動大陸邊緣洋陸轉(zhuǎn)換帶附近或者洋脊擴張的末端，上地殼與整個巖石圈的拉伸減薄系數(shù)的差異性逐漸變大，顯示出在洋陸轉(zhuǎn)換帶這個特殊的巖石圈構(gòu)造帶及其附近，巖石圈的拉伸并非McKenzie模式所預(yù)示的均一伸展，而在很大程度上顯示出與深度密切相關(guān)的關(guān)系．同樣對位于大西洋被動大陸邊緣的挪威裂谷邊緣［4］、英格蘭西南的深水區(qū)和伊比利亞半島西海岸［5－7］以及中國南海珠江口盆地［5，8］和萬安盆地［9］的調(diào)查研究也得出類似的結(jié)果．

與經(jīng)典的大西洋被動大陸邊緣相比，我國南海洋盆規(guī)模較小，并且洋盆擴張史較年輕，因此，南海具有深海研究的一系列優(yōu)越性，為我國深海研究爭取突破性成果提供了最佳前景［10－11］．處于南海北部沉積盆地數(shù)量多且規(guī)模大（如圖1），如瓊東南和珠江口盆地，這些盆地的演化過程保存了與南海張裂和漂移的眾多信息，并且這些沉積盆地地質(zhì)和地球物理資料覆蓋率相比南海其它盆地群是最為全面的，因此開展對南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地研究提供了資料保障，對深入研究南海沉積盆地的發(fā)育動力學(xué)機制具有重要作用．本次研究詳細追蹤了近年來世界洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的研究進展，在分析了我國南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的地質(zhì)和地球物理特征的基礎(chǔ)上，選取南海北部研究較為薄弱的瓊東南和珠江口盆地的中間地帶，采取二維撓曲懸臂梁模式和撓曲回剝的計算方法，定量分析了洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地不同深度的拉伸程度，并探討了南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地形成的動力學(xué)機制．

圖1 南海區(qū)域構(gòu)造格架和新生代沉積盆地分布圖中沉積盆地格架據(jù)龔再升等（1997）［12］，A、B和C表示為橫跨洋陸轉(zhuǎn)換帶沉積盆地的地震測線．虛線為現(xiàn)在已存在的OBS測線位置．Fig．1 Map showing tectonics and basins in the South China SeaPatterns of basins are from Gong et al．（1997）［12］．A，B，and C are seismic survey lines crossing the ocean－continent transition zone．Dashed line denotes previous OBS survey line．

2 洋陸轉(zhuǎn)換帶的特征

一般認為洋陸轉(zhuǎn)換帶（Ocean－Continent Transition zone，簡寫為OCT）是指具有明顯減薄的陸殼到洋殼開始出現(xiàn)的區(qū)域，該概念首先是由20世紀80年代ODP103 和104 次航次分別在位于葡萄牙大陸邊緣的Galicia Bank和挪威大陸邊緣的V?ring盆地鉆探后，在Galicia Bank 發(fā)現(xiàn)大量火山巖的存在［13］，而在V?ring發(fā)現(xiàn)大量剝露地幔巖［13］，該研究與McKenzie經(jīng)典大陸邊緣模型中描述的大陸與大洋地殼直接鑲嵌鏈接在一起不一致，人們于是意識到在大洋地殼和大陸地殼之間，存在一個過渡性的地殼．隨后，洋陸轉(zhuǎn)換帶在世界眾多被動大陸邊緣大量被揭示出，如Newfoundland［14－15］，Iberia［16－17］，Labrador Sea［18］和南大西洋［19］．但現(xiàn)有研究共識主要體現(xiàn)在，在地球物理方面，洋陸轉(zhuǎn)換帶被揭示為低振幅、非連續(xù)的磁異常，廣角地震采集方法獲得的地殼P波速度結(jié)構(gòu)與大洋或大陸地殼結(jié)構(gòu)明顯不同，一般認為速度從基底5．0km/s增加到5km 處8．0km/s，并且速度在Moho面沒有明顯的增加或者變化，科學(xué)家們將這歸結(jié)于洋殼形成過程中剝露地幔巖石的蛇紋巖化［20－21］，同時，洋陸轉(zhuǎn)換帶在平面上一般在50～200km寬的范圍，且有明顯的橫波速度結(jié)構(gòu)、密度和磁性變化［20］，同時，對洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地進行的動力學(xué)方面研究表明，該處盆地巖石圈的變形隨深度呈現(xiàn)差異變形的特征［3－5］，如，在研究較為詳細的Iberia大陸邊緣洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地，獲得的地震資料揭示該地區(qū)洋陸轉(zhuǎn)換帶約170km 寬，過渡帶磁異常和少量巖漿的侵入特征明顯，而且還發(fā)育大量剝露地幔巖，洋陸轉(zhuǎn)換帶深部Moho面地震反射信號較弱或者缺失［23］，盆地的巖石圈不同深度拉伸系數(shù)呈現(xiàn)顯著的差異，上地殼拉伸系數(shù)比整個巖石圈的小很多［7］．

有關(guān)南海洋陸轉(zhuǎn)換帶的研究，近年來研究成果相繼出現(xiàn)在各類學(xué)術(shù)期刊，如Trung等（2004）［24］通過南海大量自由空間重力資料和海底地貌數(shù)據(jù)，認為洋陸轉(zhuǎn)換帶以自由空間異常變化梯度最快的地方為特征；Franke等（2011）［25］以多道地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并參考了重力、磁力和地形數(shù)據(jù)，研究了南海東南緣的OCT，劃分了兩種類型的OCT，一種是以具有外緣隆起，并具有陡直的現(xiàn)今海底地形，另一種類型以具有鏟式正斷層的旋轉(zhuǎn)的斷塊為特征，并向深部與基底滑脫斷層收攏合并，且現(xiàn)今海底地形地貌平緩，而且他們根據(jù)南海東南部最新獲得的重力數(shù)據(jù)進行了二維重力模型反演，表明在西北巴拉望濱海區(qū)具有減薄強烈的地殼；與丁巍偉等（2011）［26］通過計算獲得的南海東南部全地殼和上地殼伸展因子結(jié)果一致，表明南海南部陸緣的拉張在縱向上并非是均一的，而是取決于地殼不同深度變形．Wang等（2006）［27］通過對獲得的南海東北部OBS地震資料研究后，認為洋陸轉(zhuǎn)換帶由于陸殼的拉伸減薄導(dǎo)致在下地殼存在異常高速體，該高速度體是由于上地幔的蛇紋巖化或巖漿巖的部分熔融導(dǎo)致的，其次，他們指出南海東北部洋陸轉(zhuǎn)換帶以下陸坡為界到明顯有洋殼出露的海盆的范圍內(nèi)；Yan等（2001）［28］使用采集的OBS數(shù)據(jù)和火山資料，厘定了南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶開始界限為下陸坡，因為在這個部位地殼厚度急劇減薄，其資料顯示地殼厚度從22km 減薄到8km，并且估算了洋陸轉(zhuǎn)換帶范圍大約100km；Nissen 等（1995）［29］通 過 研 究ESP（Expanding Spread Profiles）長排列地震資料數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)南海北部下地殼存在異常高速體，從南海東部到西沙海槽厚度逐漸減小，認為下地殼高速體的出現(xiàn)是洋陸轉(zhuǎn)換帶出現(xiàn)的標(biāo)志．因此，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)、地球物理等資料以及海底地貌特征，瓊東南盆地，包括其東部的珠江口盆地、臺西南盆地，筆者認為洋陸轉(zhuǎn)換帶應(yīng)以地形地貌上為陸架坡折的地區(qū)開始，至具有洋殼出露的地方結(jié)束為洋陸轉(zhuǎn)換帶的范圍，這些地方的地質(zhì)和地球物理特征與大西洋北部洋陸轉(zhuǎn)換帶特征較為一致［5，20］，如，在南海北部陸架坡折地區(qū)是地球物理資料梯度帶變化最快的部位，如地幔迅速隆升，Moho界面迅速從陸架區(qū)域30km 減小到陸坡區(qū)域20km，地殼明顯減薄，重力梯度從負值急速變?yōu)檎担?0－31］，而前人認為應(yīng)以高速異常體為識別標(biāo)志，作者認為高速異常體不能作為洋陸轉(zhuǎn)換帶識別的標(biāo)志，目前僅在珠江口盆地東部地區(qū)揭示到高速異常體，而其它地方并未揭示，同時世界公認的洋陸轉(zhuǎn)換帶地區(qū)也并未全都具有高速異常體特征，如，處于洋陸轉(zhuǎn)換帶的西班牙Valencia 海槽［32］、Goban Spur margin［22，33］和East Newfoundland邊緣海［14］．因此，南海北部珠江口盆地和瓊東南盆地下陸坡深水區(qū)都應(yīng)歸于洋陸轉(zhuǎn)換帶范圍之內(nèi)．下面將重點從洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地動力學(xué)計算方面分析南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地是否具有公認的洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地巖石圈隨深度差異變形的特征．

3 陸內(nèi)裂谷盆地和洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地

近年來，通過對比陸內(nèi)裂谷盆地和大陸邊緣洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地上地殼、整個地殼和整個巖石圈變形特征［5，7，34］，表明陸內(nèi)裂谷主要以純剪切拉伸，與通過McKenzie模型計算的結(jié)果一致，而洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地被揭示為巖石圈隨深度拉伸系數(shù)增大的減薄過程，如圖2a，陸內(nèi)裂谷上地殼薄化因子約在0～0．3之間，與洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的差不多，而陸內(nèi)裂谷的整個巖石圈的薄化因子也在0～0．3之間，與其上地殼薄化因子相同，但比洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地巖石圈的薄化因子0．5～0．95要?。硗?，通過收集和對比目前世界洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地上地殼和整個地殼拉伸系數(shù)，如圖2b，可以得出洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地上地殼拉伸量比整個地殼拉伸量小很多．

4 計算方法和實驗過程

目前，有關(guān)巖石圈變形的動力學(xué)模型主要有Wernicke模 型［36］、撓曲旋轉(zhuǎn)模型［37］、McKenzie模型［1］和彈性梁模型［38］．本次研究對新采集的二維長電纜深反射地震剖面所揭示的洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地伸展變形特征進行研究，定量計算上地殼、地殼和整個巖石圈拉伸系數(shù)．前人對珠江口盆地［8，39］和瓊東南盆地西部［40－41］進行了地殼或巖石圈尺度的變形研究，而位于珠江口盆地和瓊東南盆地過渡地帶，即南海西北洋盆擴張脊走向延伸方向地區(qū)，對其動力學(xué)研究稍顯不足，因此，本次研究對該特殊構(gòu)造位置開展研究，并結(jié)合前 人［8，41－43］對南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地研究成果，力圖從整體上認識南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地發(fā)育的動力學(xué)機制．本次研究中采用的二維長電纜深反射地震剖面A（位置見圖1），剖面橫跨南海西北部的陸架淺水區(qū)至東南深水區(qū)．研究區(qū)盆地演化特征雷超等（2011）［40］進行了較為詳細的描述，盆地從下往上發(fā)育斷陷、斷坳、裂后熱沉降和裂后加速沉降四個地層序列，其中裂陷階段為50～23 Ma，裂后階段為23 Ma直至現(xiàn)今．

4．1 上地殼拉伸系數(shù)

通常情況下，上地殼的脆性變形主要體現(xiàn)在斷塊沿斷面滑移和斷塊的旋轉(zhuǎn)兩個方面，但Westaway和Kusznir（1993）［43］通過數(shù)次研究認為相對于斷塊旋轉(zhuǎn)外，斷層更容易產(chǎn)生垂向上的變形，因此，本次研究本次研究設(shè)置x＝0 位于區(qū)域剖面靠近陸架一端．為簡化模型，上地殼的拉伸因子β可用正弦方程β＝1＋Csin2（πx/W）表示，其中1＋C是最大伸展因子，W是拉伸前巖石圈長度．而上地殼由于斷裂作用形成的伸展量E由深部巖石圈的純剪切作用所平衡，所以，當(dāng)W?E時，可得C＝2E/（W－E），所以總的伸展因子βt（x）是每個斷層伸展因子β的乘積，即βt（x）＝β1（x）β2（x）β3（x）…βn（x）．

4．2 整個地殼拉伸系數(shù)

洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地地殼厚度是地殼的拉張和減薄的結(jié)果．模型中設(shè)置地殼厚度（t0）為32km，此參數(shù)參考金文山等（1997）［45］，而現(xiàn)今的地殼厚度tc可以通過重力資料計算獲得莫霍面數(shù)據(jù)，本文中采用的現(xiàn)今地殼厚度主要參考了陳潔等（2010）［46］資料，同時也參考了南海北部的OBS數(shù)據(jù)資料，尤其本次研究深反射地震剖面周圍的數(shù)據(jù)應(yīng)用公式β＝t0/tc，計算整個地殼的拉伸系數(shù)，然后應(yīng)用該方法，計算了剖面A 整個地殼的從NW 至SE的拉伸系數(shù)β變化情況（圖4），在研究剖面NW 方向，β值較小，為1．5，進入下陸坡區(qū)后（即OCB位置靠近洋殼一側(cè)），β值逐漸增大，在盆地深水區(qū)拉伸系數(shù)最大值可達3．7，向南部隆起區(qū)，β值逐漸變小，最后逐漸穩(wěn)定在β為1．8左右．

圖4 基于撓曲懸臂模型和撓曲回剝方法計算南海北部過洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的地質(zhì)剖面A（a）裂陷階段剖面；（b）裂陷階段的拉伸系數(shù)β剖面；（c）撓曲回剝反演恢復(fù)的現(xiàn)今剖面形態(tài)；（d）反演到裂后熱沉降階段初始時期的剖面形態(tài)；（e）裂后熱沉降階段的巖石圈拉伸系數(shù)β剖面．Fig．4 Geological profile A and extension coefficient profiles deprived from calculation using the flexural cantilever model and flexural decompaction（a）Geological morphology at the end of rift stage；（b）Extension coefficient profile at rift stage；（c）Current morphology simulated by flexural cantilever model and flexural decompaction；（d）Geological profile at beginning of post－rift stage calculated by flexural cantilever model and flexural decompaction；（e）Extension coefficient profile of lithosphere at post－rift thermal subsidence stage．

4．3 整個巖石圈拉伸系數(shù)

大陸邊緣盆地是巨量沉積物堆積的主要場所，沉積物的加載將使具有剛性的巖石圈撓曲變形，因此，計算巖石圈的拉伸系數(shù)需在去壓實地層厚度的基礎(chǔ)上采用撓曲均衡和回剝的方法［2，44］，沉積物作為加載量L（x）是隨著橫坐標(biāo)x變化的，而縱坐標(biāo)撓曲均衡偏移量w（x）是由加載量L（x）控制的差分方程：＋（ρm－ρi）gw＝L（x），其中ρm 為巖石圈底部地幔密度，ρi為沉積盆地充填物密度，g為重力加速度，D為巖石圈撓曲強度，D＝，其中Y為楊氏模量，ν為泊松比，Te為巖石圈有效彈性厚度．同時，垂向偏移量w（x）可用加載量L（x）和撓曲均衡響應(yīng)方程R（x）表示，即w（x）＝×eikxdk，其中R（k）＝1/［ （ρm－ρi）g＋Dk4］，k為波數(shù)；與此同時，還需對下伏地層進行去壓實校正，采用的方法為孔隙度－深度關(guān)系［47］，φ＝φ0e－cy，其中φ是深度為y時的孔隙度，φ0為地表孔隙度，c為壓實系數(shù)．因此，地層頂?shù)咨疃确謩e為y1和y2，其限定的地層厚度為H＝dy．

通過以上控制方程，對剖面進行二維撓曲回剝和去壓實校正等實驗過程，分別獲取了剖面A 整個巖石圈的拉伸系數(shù)（圖4e）．為了使模擬的結(jié)果與實際地質(zhì)情況相吻合，研究過程中進行了巖石圈有效彈性厚度Te和模型的熱控制β值的靈敏度測試，經(jīng)過反復(fù)的驗證，Te＝3km 是與地質(zhì)比較吻合的取值，該關(guān)鍵值與前人［8，42］采用的Te參數(shù)一致，而β值則將模擬現(xiàn)今剖面結(jié)果（圖4c）逐層回剝到裂后熱沉降階段初期23 Ma，在此過程需詳細觀測回剝到23 Ma時，反演獲得的古水深深度是否與通過盆地基于鉆井和巖芯獲得的沉積環(huán)境相一致，通過計算剖面不同位置的拉伸系數(shù)β，最終確定了與裂后熱沉降初期階段實際地質(zhì)情況相吻合的盆地形態(tài)（圖4d），最終獲得整個巖石圈的拉伸系數(shù)β剖面（圖4e）．

5 實驗結(jié)果

綜合以上計算結(jié)果以及區(qū)域重力、OBS 資料，分別建立了剖面A 整個巖石圈范圍內(nèi)的深度剖面（圖5a）以及相應(yīng)的上地殼、整個地殼和整個巖石圈的拉伸系數(shù)隨剖面走向的變化的剖面（圖5b）．整個地殼的厚度從南海西北次海盆擴張脊走向延伸方向兩側(cè)的隆起區(qū)向盆地中央的沉降區(qū)逐漸變小，相應(yīng)的地幔隆起區(qū)與盆地沉降區(qū)形成很好的鏡像關(guān)系（圖5a）．而對上地殼拉伸系數(shù)β計算結(jié)果表明，如圖4b，上地殼拉伸程度相對較小，在整個剖面揭示的盆地范圍內(nèi)沒有較大變化，而從盆地兩端的隆起區(qū)向盆地下陸坡深水區(qū)，整個地殼和整個巖石圈的拉伸系數(shù)計算結(jié)果表明逐漸增大，并且在剖面A 中央地帶達到了最大，其拉伸系數(shù)β的數(shù)值范圍也遠大于上地殼，表明處于洋盆擴張方向延伸方向的洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地從盆地的邊緣向盆地的下陸坡靠近洋盆一側(cè)，整個地殼和整個巖石圈的拉伸變形規(guī)模逐漸增大，這與處于洋殼出露一側(cè)的珠江口盆地不同，其巖石圈拉伸系數(shù)從陸架區(qū)到深水區(qū)是逐漸增大的［8］．

圖5 南海北部過洋陸轉(zhuǎn)換帶剖面A 地殼結(jié)構(gòu)及巖石圈不同深度的拉伸系數(shù)（a）剖面A 的地殼結(jié)構(gòu)；（b）整個巖石圈、整個地殼以及上地殼的拉伸系數(shù)β變化剖面．Fig．5 Crust structure and depth－dependent extension coefficients derived from seismic section A（location shown in Fig．1）（a）Crust structure of seismic profile A；（b）Extension coefficients of upper crust，whole crust and whole lithosphere．

對比整個南海北部巖石圈不同深度的巖石圈變形特征，可以發(fā)現(xiàn)洋陸轉(zhuǎn)換帶上地殼的伸展構(gòu)造均比較弱，脆性變形的強度低，同時，本次研究采用的是反射資料較好的深反射長電纜資料，斷層斷面反射較為清晰，可以排除該區(qū)如Reston（2007）［48］所述的在地震剖面上對一些正斷層未能識別而使得洋陸過渡帶拉伸系數(shù)被大大低估的情況．假使傳統(tǒng)地震剖面成像精度限制了一些上地殼小規(guī)模斷層在地震剖面上無法識別，Walsh等（1991）［49］定量研究表明僅僅約35%的拉伸量被忽略了，實際上，一些作者［50－51］基于熱沉降和斷裂作用得出實際伸展因子和地震剖面觀察的伸展因子之間的關(guān)系：βr＝，其中βr是實際的伸展因子，βa是觀察獲得的伸展因子，f是被低估的伸展量部分．當(dāng)Walsh等（1991）［49］根據(jù)地震剖面采用統(tǒng)計方法計算上地殼伸展率，約35%的拉伸量被忽略時，f＝1．35，根據(jù)文獻圖譜［5］本次計算所獲得的βa在1．3～1．5之間，則βr在1．2～1．8之間．因此，通過校正后得到的拉伸系數(shù)也遠遠小于本次研究中所獲得的整個地殼和整個巖石圈的拉伸系數(shù)．同時，比較南海北部深反射長電纜地震反射剖面A 和先前研究剖面B和C的上地殼、整個地殼和整個巖石圈的拉伸系數(shù)計算結(jié)果表明，盆地巖石圈不同深度拉伸系數(shù)大小是不一樣的，很可能是與深度相關(guān)的拉伸作用有關(guān)，即巖石圈地殼發(fā)生了塑性變形［5］．

6 洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地動力學(xué)機制

對于南海北部大陸邊緣與深度相關(guān)的巖石圈拉伸，國外的學(xué)者也曾作過相關(guān)的研究［5，7］，選取了橫跨珠江口盆地陸架和洋陸轉(zhuǎn)換帶剖面（如圖1中C剖面位置），計算得出上地殼的拉伸系數(shù)β為1．3，基本沒有變化，而整個地殼的拉伸系數(shù)在剖面C 的北西方向較小，β＜1．5，向東南方向的洋陸轉(zhuǎn)換帶拉伸系數(shù)β逐漸增大到2．4，并且在深水盆地區(qū)β最大達到4．同時，張云帆等（2007）［52］經(jīng)數(shù)值模擬計算珠江口盆地白云凹陷深反射地震剖面，獲得白云凹陷上地殼拉張因子為1．4～1．9，下地殼拉張因子為3．5～4，曲線與地形起伏對應(yīng)，推測白云凹陷初始地殼應(yīng)為熱減薄地殼．以上對珠江口盆地巖石圈尺度不同深度拉張系數(shù)的數(shù)值模擬計算研究表明珠江口盆地洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地地區(qū)在發(fā)育過程中巖石圈發(fā)生了與深度相關(guān)的拉伸變形．結(jié)合對瓊東南盆地西部研究結(jié)果［42］，在整個南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶深水盆地，皆發(fā)生了不同深度差異的巖石圈拉伸，整個地殼或整個巖石圈的拉伸減薄程度遠大于上地殼．

國外學(xué)者較早注意到了上述被動大陸邊緣洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地巖石圈隨深度增加，拉伸變形存在差異的動力學(xué)特征，并提出了各種機制來解釋．一些學(xué)者將其歸因于與深度相關(guān)的伸展作用，并認為巖石圈的伸展隨深度而增加［5，7－8，34］；另一些學(xué)者強調(diào)地殼的強烈減薄而引起的非均勻拉伸作用［53］；Chian等（1999）［23］則通過板底巖漿的墊托作用來解釋Labrador海域被動邊緣的伸展作用；Louden 等（1999）［18］和Whitmarsh等（2001）［54］證實了典型的非火山型被動大陸邊緣Iberia海的強烈的非均一拉伸作用，并認為是由于地幔的耗損所致；Morley等（2006）［9］認為盆地周緣的物源區(qū)強力剝蝕卸載作用產(chǎn)生的巨量沉積物堆積在Pattani和Malay盆地，導(dǎo)致盆地深部下地殼流被動流出盆地區(qū)，導(dǎo)致盆地加速沉降．

近年來，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)南海北部裂后階段盆地基底發(fā)生加速沉降，該時期加速沉降機制一直以來爭論不休，但是普遍的共識認為該時期對于沉積物可容納空間的突然增大，可能與盆地深部動力學(xué)機制有關(guān)［56］，而本文通過不同計算方法揭示的洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地巖石圈隨深度差異變形的現(xiàn)象表明，巖石圈深部下地殼和地幔巖石圈極有可能拉伸抽空流出盆地區(qū)，導(dǎo)致盆地基底沉降速率的突然增大．該動力學(xué)機制與近年來有關(guān)南海北部巖石圈結(jié)構(gòu)的研究成果提供的巖石圈深部結(jié)構(gòu)特征一致（如圖6），南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的下地殼處于強烈減薄的狀態(tài)，表明該地區(qū)下地殼物質(zhì)發(fā)生了流出，一些學(xué)者［8，39，43，57］建議了動力地幔和由于沉積物的堆積導(dǎo)致下地殼物質(zhì)的被動流動機制，但這些機制導(dǎo)致的洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的理論變形規(guī)模尺度與南海北部盆地實際地質(zhì)情況存在的差異性還需進一步研究．本文認為南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地隨深度相關(guān)的巖石圈不均一變形，可能原因是下地殼和地幔巖石圈物質(zhì)的主動流出，如野外露頭觀察以及鉆井巖芯揭示表明印支地塊、華南地塊及其周緣地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量該時期形成的火成巖［58－60］，因此，墊托盆地上地殼的物質(zhì)的缺少，盆地基底沉降速率加快，導(dǎo)致沉積物可容納空間增大，容納了來自南海北緣如青藏高原之類的物源區(qū)提供的巨量沉積物［61］，根據(jù)南海周緣動力學(xué)事件分析，認為可能在陸緣裂離－洋盆初始擴張的時候，下地殼流可能會向洋一側(cè)流動，導(dǎo)致盆地區(qū)下地殼物質(zhì)的主動流出．

圖6 下地殼流出導(dǎo)致盆地巖石圈隨深度差異伸展示意圖（其中南海不同地質(zhì)構(gòu)造單元地震波速（km/s）速度結(jié)構(gòu)圖據(jù)文獻［55］）Fig．6 Sketch of depth－dependent extension of lithosphere caused by lower crust flow in the South China Sea

綜合南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地發(fā)育過程存在的差異性，本文將南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的演化劃分為三個階段：

（1）陸內(nèi)裂陷階段：Kusznir等（2005）［34］通過對北大西洋Lofoten和V?ring洋陸轉(zhuǎn)換帶深水盆地巖石圈沉降和上地殼斷層的系統(tǒng)研究，證實與深度相關(guān)的拉伸并非發(fā)生在與盆地相連的洋盆出現(xiàn)以前，也就是說與深度相關(guān)的洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的變形發(fā)生在盆地?zé)岢两惦A段，而不是發(fā)生于裂陷階段．裂陷階段洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的巖石圈變形是一種與陸內(nèi)裂陷盆地巖石圈變形相一致的變形機制，即McKenzie模型［1］預(yù)測的巖石圈均一變形機制，如圖2所示，陸內(nèi)裂陷盆地在整個盆地演化過程中上地殼和整個巖石圈發(fā)生的是一種均一的變形，其拉伸系數(shù)一般大于1、小于1．5，該數(shù)值與洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地上地殼的拉伸系數(shù)范圍基本一致，需注意的是該時期洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地處于熱沉降階段之前，即洋殼未出露或剛開始出現(xiàn)．據(jù)此，根據(jù)南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地實際地質(zhì)情況可知［40，62］，與基底相關(guān)的斷層在斷坳期32～23 Ma后基本停止活動，因此，南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地的陸內(nèi)裂陷階段應(yīng)該在23 Ma之前，隨后盆地進入了熱沉降階段．

（2）裂后熱沉降階段：由于在陸內(nèi)裂陷階段，巖石圈拉伸變薄，軟流圈的上隆導(dǎo)致了南海北部較高的熱異常，進入裂后熱沉降階段，上地殼的斷層活動減弱或不活動，與基底有關(guān)的斷層停止活動，巖石圈由于熱冷卻，密度加大而均衡沉降，與現(xiàn)代洋中脊兩側(cè)的洋殼冷卻過程可以類比．拉伸的大小主要與拉伸程度引起的熱異常和隨后的冷卻時間有關(guān)［2］，沉降曲線變化和McKenzie模型預(yù)測曲線一樣．

（3）裂后加速沉降階段：盆地基底加速沉降是南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地引起科學(xué)家重視的現(xiàn)象．近年來通過Airy均衡原理和回剝技術(shù)揭示的洋陸轉(zhuǎn)換帶深水區(qū)發(fā)生的加速沉降，如上文本文作者建議的可用與深度相關(guān)巖石圈變形機制來解釋，下地殼和巖石圈地幔物質(zhì)主動流出，導(dǎo)致盆地基底的加速沉降變形．而且通過與周緣板塊強力活動和火山巖時間比對，從上新世以來，印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊強力碰撞的另一個高峰期，南海東部菲律賓板塊向北西西方向推擠，臺灣地塊與東海陸架碰撞拼貼，臺灣中央山脈發(fā)生區(qū)域性隆升和逆沖，并有強烈的褶皺和巖漿等活動［56］，都可導(dǎo)致這種現(xiàn)象的產(chǎn)生．

圖7 南海北部大陸邊緣盆地發(fā)育模式圖Fig．7 Model for evolution of basins on OCT of the northern continental margin of the South China Sea

7 結(jié) 論

（1）通過收集世界被動大陸邊緣洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地研究成果，結(jié)合南海北部的地質(zhì)、地球物理和海底地貌特征等資料，認為南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶應(yīng)在陸架坡折到剛好出現(xiàn)洋殼的范圍較為合適，南海北部下陸坡區(qū)是地球物理資料梯度帶變化最快的部位，并且?guī)r石圈發(fā)生了與深度相關(guān)的拉伸變形．

（2）以撓曲懸臂梁模型和撓曲回剝計算方法，對南海北部洋陸轉(zhuǎn)換帶盆地巖石圈伸展變形進行計算，結(jié)果表明，上地殼的拉伸系數(shù)β為1．3～1．5之間，基本沒有較大變化，而整個巖石圈的拉伸系數(shù)在研究剖面A 的東北方向較小，β＜1．7，向東南方向的洋陸轉(zhuǎn)換帶拉伸系數(shù)β逐漸增大，在深水盆地區(qū)β最大達到4，該研究結(jié)果表明瓊東南盆地東部深水區(qū)在發(fā)育過程中巖石圈發(fā)生了與深度相關(guān)的拉伸變形，可能在陸緣裂離－洋盆初始擴張的時候，下地殼流可能會向洋一側(cè)流動，導(dǎo)致盆地區(qū)下地殼物質(zhì)的主動流出．在此基礎(chǔ)上，結(jié)合盆地周緣動力學(xué)事件和盆地動力學(xué)研究成果，本文將南海北部盆地的演化劃分為三個階段：陸內(nèi)裂陷階段、裂后熱沉降階段和裂后加速沉降階段．

致 謝 本研究過程中數(shù)值模擬得到了Sean Willett和Pietro Sternai指導(dǎo)，審稿專家提出了寶貴意見，在此一并表示感謝．

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