古南海構(gòu)造屬性及其與特提斯和古太平洋構(gòu)造域的關(guān)系

魯寶亮，王璞珺，梁建設(shè)，孫曉猛，王萬銀

1.長安大學(xué)重磁方法技術(shù)研究所，西安 710054

2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

3.中海石油（中國）有限公司北京研究中心，北京 100027

0 引言

晚古生代以來，南海地區(qū)經(jīng)歷了特提斯構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域，是兩大構(gòu)造域疊合影響的地區(qū)，具有特殊的大地構(gòu)造環(huán)境，地質(zhì)現(xiàn)象復(fù)雜［1］（圖1）。西部和南部的印—澳板塊向北漂移和俯沖，東部則是太平洋板塊和菲律賓海板塊向北西西漂移和俯沖，因此在歐亞板塊、印度板塊、澳大利亞板塊、太平洋板塊和菲律賓海等板塊的相互作用之下，經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化過程，形成了裂谷、海盆、擠壓、走滑等多種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，以及陸殼、過渡殼、洋殼等多種不同性質(zhì)的下伏地殼［2－3］。南海地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造形成演化受這些不同性質(zhì)板塊的運(yùn)動(dòng)制約，以及南海廣泛發(fā)育的中生界均與已消亡的古南海密切相關(guān)［4］。因此，明確古南海的構(gòu)造屬性及演化對(duì)理解前新生代南海地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化至關(guān)重要。前人已對(duì)古南海做了不少研究，主要有以下4種觀點(diǎn)。

第一種觀點(diǎn)：古南海是古太平洋的一個(gè)海灣，存在時(shí)限為中三疊世—白堊紀(jì)［2］，認(rèn)為北巴拉望—禮樂灘—路科尼亞等微陸塊均為此大陸邊緣弧前地區(qū)。在晚白堊世—古近紀(jì)，中生代洋殼俯沖于西南婆羅洲之下導(dǎo)致古南海的消亡。

第二種觀點(diǎn)：古南海是中特提斯洋的一部分［5］，認(rèn)為南海在中生代時(shí)存在較大范圍的特提斯海，并經(jīng)歷了早期（晚三疊—早侏羅世）與中期（晚侏羅—早白堊世）兩次海水侵入和后期（晚白堊世）的隆起剝蝕幾個(gè)階段。印支運(yùn)動(dòng)后華南與中南半島拼接隆升，海水從拉薩地塊南北側(cè)的“南中特提斯?！迸c“北中特提斯?！毖刂心习雿u南緣及印尼向東進(jìn)入南海。又由于晚侏羅—早白堊世的動(dòng)物具有太平洋動(dòng)物群的特征，而認(rèn)為古南?？赡芘c太平洋溝通。另有學(xué)者認(rèn)為古南海也是南沙中特提斯的一部分［6］，但不同點(diǎn)是，認(rèn)為中特提斯是在古特提斯基礎(chǔ)上發(fā)育起來的，在石炭紀(jì)或略早一點(diǎn)的時(shí)候就已經(jīng)沿亞洲大陸東南邊緣出現(xiàn)海盆，并推斷晚二疊世古南海開始出現(xiàn)。

第三種觀點(diǎn)：古南海是古太平洋板塊向北俯沖形成的弧后盆地［7］，主要受太平洋的影響，認(rèn)為古南?？赡苁枪盘窖蟀鍓K持續(xù)向北俯沖而形成的多擴(kuò)張中心弧后盆地中的一個(gè)，至少在三疊紀(jì)古南海就已經(jīng)存在。

第四種觀點(diǎn)：古南海是發(fā)育在中特提斯洋和古太平洋過渡部位上的邊緣海，存在于晚侏羅世—早白堊世，受特提斯和太平洋兩大構(gòu)造域的交替復(fù)合影響［8］。

綜上所述，目前對(duì)古南海的構(gòu)造屬性爭議較大。筆者擬從古南海消亡遺跡（蛇綠巖和增生帶）入手，結(jié)合海域、陸地地層及古生物特征，探討古南海的構(gòu)造屬性及其與特提斯和太平洋構(gòu)造域的關(guān)系，建立古南海的構(gòu)造演化史。

1 古南海遺跡——盧帕爾線蛇綠巖帶及其增生帶時(shí)空分布特征

1.1 盧帕爾線蛇綠巖帶特征

蛇綠巖代表古大洋巖石圈的碎塊，也標(biāo)志著過去的洋殼和陸殼之間相互作用帶的位置，即縫合帶。盧帕爾線蛇綠巖及蛇綠混雜巖出露于納土納島—加里曼丹島北部—巴拉望島南部一線（圖2），自納土納群島東北側(cè)沿南東走向進(jìn)入加里曼丹島，沿盧帕爾河變?yōu)楸睎|向，經(jīng)沙巴一直延伸至巴拉望島。該蛇綠巖帶被認(rèn)為是古南海向巽他大陸之下消亡的證據(jù)，具有明顯的俯沖碰撞帶的特征［9］，其時(shí)代西部為侏羅紀(jì)，向東變新至晚白堊世、早中新世（表1），說明了至少在侏羅紀(jì)古南海已存在。

圖1 南海構(gòu)造背景圖［1］Fig.1 Tectonic setting of South China Sea

1.2 古南海俯沖增生帶特征

俯沖增生系時(shí)代是限定俯沖帶形成時(shí)代及增生閉合時(shí)代的直接依據(jù)。隨著古南海的消亡，南海南部形成了一列的俯沖增生帶，從南往北依次為錫布帶—米里帶—南沙海槽（圖3）。

盧帕爾線以南的古晉帶出露地層主要為上古生界淺變質(zhì)巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r，中生界復(fù)理石海相沉積巖與火山巖。古晉帶中侵入有晚白堊世堡圖—塞拉班（Pautu－Serbang）花崗巖體（79～77Ma）至中新世拉汶山（Gunung Rawan）巖體（16Ma）［17］。盧帕爾線北側(cè)為由晚白堊世—中新世巨厚濁積巖和蛇綠混雜巖組成的俯沖增生楔（表2），自東向西依次是錫布增生帶拉讓群蛇綠混雜巖、東北婆羅洲—南巴拉望的巴拉巴克群變質(zhì)濁積巖和巴拉望島—巴拉巴克島蛇綠混雜巖［9－16］。錫布帶主要為拉讓群，時(shí)代為晚白堊世—始新世，為一套硬砂巖、凝灰?guī)r、泥質(zhì)板巖、雜砂巖、灰?guī)r、放射蟲硅質(zhì)巖和基性、超基性噴發(fā)巖組成的蛇綠混雜巖建造。巴拉巴克群變質(zhì)濁積巖位于婆羅洲東北文萊—沙巴盆地至南巴拉望盆地，主要為一套克拉克群變質(zhì)濁積巖，時(shí)代為晚白堊世—漸新世。

在南海南部錫布增生帶中存在大量的蛇綠混雜巖，混雜巖中蛇綠巖測(cè)年時(shí)代和放射蟲的時(shí)代集中在侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)（表1），說明該時(shí)期為古南海的強(qiáng)烈擴(kuò)張時(shí)期。萬安—曾母—禮樂—巴拉望等地區(qū)廣泛分布J3—K砂巖、粉砂巖、頁巖及石灰?guī)r（表3），它們代表了古南海在南沙—巴拉望地塊中的沉積。從表2可以看出，古南海的消亡為自西向東，呈剪刀差閉合方式。南海俯沖增生系自西向東時(shí)代逐漸變新（K2→N1），指示了古南?！凹舻恫睢笔降淖晕飨驏|閉合的特征。

2 南沙海槽特征

南沙海槽位于南沙海區(qū)的東部（圖2），走向NE，是一條長約400km、寬100km的深海槽，水深可達(dá)2 800～2 900km。以南沙海槽南緣斷裂為東南邊界，從曾母盆地東北部一直到NE方向延伸至巴拉巴克斷裂。

南沙海槽是古南海最后俯沖的遺跡。但關(guān)于南沙海槽的構(gòu)造屬性卻有不同觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)認(rèn)為禮樂地塊是從華南大陸裂離漂移到今天的位置，南沙海槽過去是大陸邊緣，在它南面存在一個(gè)古南海，南沙海槽是古南海俯沖消亡的殘留洋殼［1，19］；第二種觀點(diǎn)認(rèn)為南沙海槽不是古俯沖帶，而是巴拉望仰沖楔狀體推覆前緣，南沙海槽下伏的是陸殼［24－25］；③第三種觀點(diǎn)認(rèn)為南沙海槽西南段為洋殼，東北段為陸殼［26－27］。

筆者通過對(duì)地質(zhì)地球物理資料的解釋和前人資料的綜合分析，認(rèn)為南沙海槽的東北部為陸殼，其西南端為古南海殘留洋殼。主要依據(jù)如下：

第一，南沙海槽的平均熱流值為47mW/m2，是南沙海域中的低值區(qū)。而鄰近的南海西南陸架區(qū)（曾母盆地）熱流平均值為106mW/m2，最高值可達(dá)145mW/m2。南沙海槽的熱流特征與曾母盆地明顯不同。洋殼俯沖消減地區(qū)往往是熱流值比較低的地區(qū)，南沙海槽低熱流值可能與古南海的俯沖有關(guān)［27］。

第二，南沙海槽的西南段基底反射波多為圓弧狀反射，圓弧下面發(fā)射特征散亂（圖4）。推測(cè)在這段海槽中，基底可能是由玄武巖構(gòu)成，可能為洋殼［26］。在化極磁力異常上也表現(xiàn)為明顯的NE向高磁異常帶，與海槽形態(tài)非常吻合，并且西南段和東北段具有明顯不同的磁異常特征，西南端較東北段具有明顯的高磁異常特征（圖5）。

圖2 南沙地區(qū)構(gòu)造及蛇綠巖分布特征Fig.2 Distribution characteristics of structure and ophiolite in Nansha area

表1 古南海蛇綠巖、蛇綠混雜巖時(shí)空分布特征對(duì)比表Table 1 Age and spatial distribution correlation table of ophiolite，ophiolitic melange of Paleo－South China Sea

圖3 古南海俯沖消亡示意圖［17］Fig.3 Paleo－South China Sea subduction diagram

表2 古南海俯沖增生帶分布、時(shí)代及主要特征Table 2 Location，age and main features of subduction－accretion of Paleo－South China Sea

表3 南沙地區(qū)晚侏羅世—白堊紀(jì)地層及古生物特征Table 3 Late Jurassic－Cretaceous stratigraphic and paleontological features in Nansha area

第三，SO27－007多道地震剖面顯示，一套早中新世碳酸鹽臺(tái)地自西北穿過南沙海槽北段一直延伸至巴拉望陸坡之下［24－26］（圖6），表明南沙海槽東北段下伏地殼性質(zhì)為陸殼，而非洋殼。因此，古南海的俯沖帶殘留洋殼僅存在于南沙海槽的西南段。

3 古南海構(gòu)造演化

通過與古南海消亡有關(guān)的蛇綠巖、蛇綠混雜巖、增生帶、殘留洋殼以及圍區(qū)地層、古生物的研究，筆者將古南海劃分為以下4個(gè)演化階段。

3.1 古特提斯殘留海階段（T1—T2）

圖4 南沙海槽西南段地震剖面（NS93－06）解釋結(jié)果［26］（位置見圖2）Fig.4 Interpretation of NS93－06line of Nansha Trough（See Fig.2for location）

圖5 南沙地區(qū)化極磁異常圖Fig.5 RTP magnetic anomalies of Nansha area in South China Sea

早—中三疊世，雖然在滇、緬、馬、蘇地區(qū)古特提斯洋已經(jīng)關(guān)閉，但由于南沙—巴拉望地塊位于向東開口的喇叭狀古特提斯的東端，向東鄰接太平洋，該區(qū)古特提斯并沒有關(guān)閉。建立在C—P洋殼基礎(chǔ)之上的理明南康層含豐富的晚二疊—晚侏羅世幾乎所有層位的放射蟲化石（表3），是一種深海連續(xù)沉積，沒有缺失晚三疊世沉積，而且該地塊其他地區(qū)還有較多的中晚三疊世深海—半深海相沉積［21－23］，說明古南海是在三疊紀(jì)古特提斯殘余海的基礎(chǔ)上拉張形成的，在早—中三疊世屬于古特提斯殘留海階段。

3.2 古太平洋邊緣海階段（T3）

圖6 南沙海槽SO－27－007地震剖面解釋結(jié)果［24，28］（位置見圖2）Fig.6 Interpretaion of SO－27－007line of Nansha trough（see Fig.2for location）

晚三疊世，印支運(yùn)動(dòng)達(dá)到高峰，印支地塊與華南地塊之間沿黑水河斷裂帶一線縫合。在南海東部的民都洛島、南沙地區(qū)以及加里曼丹島的西北部發(fā)育晚三疊世—早侏羅世的海相沉積，上三疊統(tǒng)為淺海相，下侏羅統(tǒng)則出現(xiàn)了深海相的濁積巖［9，29］。南沙地區(qū)美濟(jì)礁東側(cè)拖網(wǎng)SO23－23獲得了富含晚三疊—早侏羅世蕨類Clathropteris（格脈蕨）和Podozamites（蘇鐵杉）的三角洲相粉砂巖和砂巖，同處還獲得了晚三疊世海相暗灰色黏土巖，含雙殼類Halobia和Daonella［20］。另外，加里曼丹島西北部Sadong組中含有的晚三疊世Carnian晚期純粹的西南太平洋成羽植物群都顯示環(huán)太平洋區(qū)系特征［9］，而且南沙—北巴拉望地塊分布有晚三疊世的硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖，從放射蟲的親源性來看，主要屬西太平洋邊緣型，為深海大洋型［21－22］。因此，在晚三疊世，古南海主要受古太平洋的影響。

3.3 中特提斯與古太平洋疊加影響階段（J－K1）

南海南部加里曼丹島西北地區(qū)的早侏羅世Toarcian期菊石與特提斯動(dòng)物群相似［30］。在民都洛、卡拉綿及馬來半島，下侏羅統(tǒng)廣泛存在具明顯特提斯動(dòng)物群特征的雙殼類與腹足類化石［29，31］，這說明早侏羅世的中特提斯已經(jīng)進(jìn)入研究區(qū)及其鄰區(qū)。而放射蟲的親源性主要屬西太平洋邊緣型［21－23，32］，為深海大洋型，這就說明了南海南部地區(qū)也受中特提斯海侵和古太平洋的疊加影響。在錫布增生帶中蛇綠巖和放射蟲的時(shí)代集中在侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)（表1），代表該時(shí)期為古南海的強(qiáng)烈擴(kuò)張期，南沙地塊向華南大陸漂移。早白堊世末，南沙地塊對(duì)南海北緣地塊完成了俯沖拼貼，形成了南海北部俯沖增生帶，南海北緣與南沙地塊具有統(tǒng)一的構(gòu)造－沉積環(huán)境［33］。此時(shí)，古南海規(guī)模達(dá)到最大。

3.4 俯沖消亡階段（K2末期—E）

根據(jù)前文對(duì)古南海俯沖增生帶的研究，古南海呈現(xiàn)出“剪刀差”式的自西向東的閉合特征，在南海南部形成了一系列的俯沖增生帶、縫合線及海槽。古南海于晚白堊世末期開始向南俯沖，導(dǎo)致南沙地塊首先與巽他地塊西部碰撞。

始新世，新南海開始擴(kuò)張［34－35］，古南海加速向南俯沖，南沙地塊與加里曼丹地塊在沙巴等地碰撞。早漸新世，新南海繼續(xù)擴(kuò)張［34－36］，古南海進(jìn)一步向南俯沖，使早古近紀(jì)的拉讓群濁積巖向北推覆到南沙地塊之上，形成南沙海槽前陸盆地。晚漸新世，加里曼丹島發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)［8，37］，南沙海槽東北段俯沖先結(jié)束，從而導(dǎo)致西南巴拉望島仰沖至原俯沖帶之上，為陸殼性質(zhì)；而西南段則為古南海殘留洋殼（圖3—6）。同時(shí)，這也反映了古南海殘余洋東部較西部俯沖作用更加強(qiáng)烈。

4 結(jié)論

通過對(duì)古南海遺跡（蛇綠巖、蛇綠混雜巖以及俯沖增生帶）的研究，結(jié)合周圍陸區(qū)地質(zhì)及古生物資料，將古南海的構(gòu)造演化劃分為4個(gè)階段：①古特提斯殘留海階段（T1—T2）；②古太平洋邊緣海階段（T3）；③中特提斯與古太平洋疊加影響階段（J—K1）；④俯沖消亡階段（K2末期—E）。古南海是在早—中三疊世的古特提斯殘余?；A(chǔ)上發(fā)展而來，并與古特提斯殘余海是一個(gè)連續(xù)的演化過程。晚三疊世，印支運(yùn)動(dòng)達(dá)到高峰，導(dǎo)致古特提斯洋全面關(guān)閉，古南海主要受古太平洋的影響。早侏羅世，古南海開始擴(kuò)張，并受中特提斯和古太平洋疊加影響。晚侏羅世，南沙地塊向華南大陸開始漂移，古南海進(jìn)一步強(qiáng)烈擴(kuò)張。早白堊世末，南沙地塊完成了對(duì)華南大陸的俯沖拼貼，形成南海北部中生代俯沖增生帶。晚白堊世，南沙地塊開始裂離華南大陸，古南海開始向南俯沖。至始新世，伴隨著新南海的擴(kuò)張，古南海加速消亡于巽他地塊之下，并在南海南部地區(qū)形成盧帕爾線蛇綠巖帶以及一系列的俯沖增生帶。

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