南海北部陸緣地殼結(jié)構(gòu)及其伸展破裂過(guò)程的差異性

鄭金云，代一丁，劉軍，龐雄，任建業(yè)，董明

1.中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518054 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)海洋學(xué)院，湖北 武漢 430074

南海是全球最大的邊緣海之一，位于歐亞、印度-澳大利亞及太平洋三大板塊的交匯處，夾于西部的特提斯構(gòu)造域和東部的太平洋構(gòu)造域之間，并經(jīng)歷了由中生代主動(dòng)大陸邊緣到新生代被動(dòng)大陸邊緣的轉(zhuǎn)換[1]。受新生代的陸緣張裂的控制，在其周緣形成了多個(gè)沉積盆地，但不同邊緣的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)制存在顯著差異，如南、北兩側(cè)為張裂(被動(dòng))型邊緣，而東側(cè)為俯沖(主動(dòng))型邊緣，西側(cè)為剪切(轉(zhuǎn)換)型邊緣，所形成的裂陷盆地的結(jié)構(gòu)、沉積充填特征各具特色，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究和爭(zhēng)論的熱點(diǎn)。其中，南海北部邊緣分布有瓊東南、珠江口、臺(tái)西南等沉積盆地，并獲得了大量的油氣發(fā)現(xiàn)，尤其是在珠江口盆地和瓊東南盆地的深水區(qū)(見圖1)。因此，研究其盆地的形成演化過(guò)程、成因機(jī)制，對(duì)于深刻認(rèn)識(shí)其石油地質(zhì)特征具有重要意義。

圖1 南海北部陸緣盆地分布圖Fig.1 Distribution map of continental margin basins in the northern South China Sea

近年來(lái)，基于大西洋兩岸被動(dòng)陸緣巖石圈結(jié)構(gòu)、伸展破裂過(guò)程等科學(xué)研究領(lǐng)域獲得重要進(jìn)展，建立貧巖漿型和富巖漿型伸展破裂模式，并認(rèn)識(shí)到延伸至地殼內(nèi)的低角度拆離斷層對(duì)巖石圈的伸展薄化具有重要作用，且?guī)r石圈結(jié)構(gòu)及其流變性質(zhì)從根本上控制了伸展過(guò)程中應(yīng)變的集中、變形的遷移和轉(zhuǎn)換，進(jìn)而控制著裂陷盆地的形成和演化[2-5]。珠江口、瓊東南盆地的研究和勘探實(shí)踐表明，陸架淺水區(qū)與深水區(qū)盆地的結(jié)構(gòu)、沉積充填、地溫梯度等基礎(chǔ)石油地質(zhì)條件均存在明顯差異[6-8]；陸架淺水區(qū)凹陷以高角度斷層控制的箕狀半地塹、對(duì)稱或不對(duì)稱地塹為主，與中國(guó)東部陸內(nèi)典型斷陷盆地具有可比性。然而深水區(qū)普遍發(fā)育大型拆離斷裂系統(tǒng)控制的大型寬深斷陷，部分具有拗陷的特征。顯然，兩者所經(jīng)歷的伸展破裂過(guò)程及其成因機(jī)制必然不同。因此，必須從陸緣巖石圈伸展破裂過(guò)程和成因機(jī)制的角度，深入分析深部構(gòu)造變形與沉積盆地形成演化的耦合關(guān)系，而陸緣巖石圈結(jié)構(gòu)及其耦合的構(gòu)造變形特征是關(guān)鍵，尤其是深水和超深水區(qū)盆地。

筆者以南海北部陸緣珠江口盆地積累的大量船測(cè)重力、磁力以及地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于重磁震聯(lián)合反演所獲得的地殼巖石圈結(jié)構(gòu)特征，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量地震數(shù)據(jù)所展示的構(gòu)造變形樣式、地層充填與改造特征，系統(tǒng)分析了該區(qū)地殼巖石圈結(jié)構(gòu)及其新生代伸展變形的差異性，并探討了其成因機(jī)制，為該區(qū)陸緣張裂特征的研究及深水區(qū)裂陷盆地成盆機(jī)制的研究提供了借鑒。

1 研究概況

越來(lái)越多的研究結(jié)果表明，南海北部陸緣地殼巖石圈結(jié)構(gòu)由陸到海、由東到西具有較大差異。根據(jù)地震層析反演結(jié)果，認(rèn)為以珠江口外一條NNW向巖石圈斷裂(推測(cè)為北衛(wèi)灘斷裂帶)為界，東部和西部巖石圈結(jié)構(gòu)差別很大[9]。多條主動(dòng)源海底地震儀(ocean bottom seismometer，OBS)深探測(cè)剖面的研究表明，東部陸緣發(fā)育下地殼高速層，而西部卻未發(fā)現(xiàn)[10，11]；基于深探測(cè)和重、磁資料的研究結(jié)果，依據(jù)中地殼低速層和下地殼高速層的分布特征，認(rèn)為濱海斷裂帶是華南正常陸殼與陸緣減薄陸殼的分界，并發(fā)現(xiàn)從東到西地殼拉張減薄的程度和模式存在較大的差異，發(fā)育不同類型地殼結(jié)構(gòu)(如正常陸殼、減薄陸殼、夭折裂谷型陸殼等)[12，13]。根據(jù)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、火山活動(dòng)、海底地形等差異，認(rèn)為南海北部陸緣的洋陸轉(zhuǎn)換帶存在鏟式斷塊和海山2種類型[14,15]。上述認(rèn)識(shí)充分說(shuō)明南海北部陸緣巖石圈結(jié)構(gòu)存在由北向南、由東向西的差異，但目前的認(rèn)識(shí)仍無(wú)法滿足盆地分析的要求，對(duì)其橫向差異性的界定及其成盆響應(yīng)關(guān)系的研究仍需深入。為獲得研究區(qū)更精細(xì)的地殼結(jié)構(gòu)橫向變化特征，以珠江口盆地以往的船測(cè)重力、磁力、地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，補(bǔ)充部分衛(wèi)星重力、磁力數(shù)據(jù)，采用重磁震三維聯(lián)合反演技術(shù)，獲得研究區(qū)Moho面深度和地殼厚度。

2 南海北部陸緣現(xiàn)今地殼結(jié)構(gòu)的空間差異

2.1 重磁震聯(lián)合反演數(shù)據(jù)和方法

1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以研究區(qū)以往船測(cè)重力、磁力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在船測(cè)資料相對(duì)缺乏區(qū)域，收集、補(bǔ)充了衛(wèi)星重力資料和東亞磁力數(shù)據(jù)，并對(duì)不同來(lái)源、不同精度數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、調(diào)整，編制了自由空間重力異常圖、布格重力異常圖、磁力異常圖、磁力化極異常圖等基礎(chǔ)圖件，作為聯(lián)合反演的輸出目標(biāo)。收集、整理了珠江口盆地鉆井、大洋鉆探鉆井資料和北部沿海陸上不同時(shí)代沉積地層的密度、磁性、速度等資料，以及上/下地殼、洋殼、下地殼高速體等密度、磁性、速度數(shù)據(jù)，并引入地震資料所確定的海底、新生代沉積基底作為界面約束，構(gòu)建重磁震聯(lián)合反演的初始地質(zhì)模型。

2)反演方法及結(jié)果。首先依據(jù)收集、統(tǒng)計(jì)的資料構(gòu)建三維巖石物性的初始模型，將模型按一定網(wǎng)格密度分為若干個(gè)立方體，每個(gè)立方體給定一個(gè)初始物性值；再利用正演公式分別計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格在觀測(cè)面上產(chǎn)生的異常場(chǎng)，得到一個(gè)計(jì)算場(chǎng)；然后通過(guò)建立觀測(cè)異常場(chǎng)與計(jì)算場(chǎng)的目標(biāo)函數(shù)關(guān)系式，反復(fù)迭代修正物性值，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小值，即觀測(cè)異常場(chǎng)與計(jì)算場(chǎng)充分?jǐn)M合，最終獲得研究區(qū)三維密度模型。以該密度模型中3.30g/cm3的密度界面作為Moho面，編制Moho面深度圖(見圖2)，以密度為2.67g/cm3作為沉積層底界面，計(jì)算地殼巖石圈的厚度。

圖2 南海北部陸緣Moho面深度圖及主要深大斷裂帶分布圖 Fig.2 Moho depth map and distribution map of main deep-seated fault zones in the northern continental margin of the South China Sea

2.2 現(xiàn)今地殼結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 地殼結(jié)構(gòu)的南北分帶差異

上述反演結(jié)果對(duì)地殼結(jié)構(gòu)橫向變化規(guī)律的刻畫較以往研究成果更為精細(xì)，可以看出研究區(qū)具有“南北分帶、東西分段”的橫向差異。宏觀上，陸緣Moho面深度由北向南抬升，與現(xiàn)今海底地貌呈鏡像對(duì)應(yīng)關(guān)系。相對(duì)應(yīng)的地殼厚度逐漸減薄，由北向南依次由華南正常陸殼(32～30km)過(guò)渡為陸架-陸坡區(qū)減薄陸殼(30～8km)，再過(guò)渡為海盆區(qū)的洋殼(8～6km)。這與該區(qū)地震層析[9]、長(zhǎng)電纜深反射地震剖面、OBS2006-1[10]與OBS2006-3[11]等深探測(cè)剖面的研究結(jié)果基本相符。依據(jù)地殼厚度由北向南呈階梯式減薄的特征，及其與海底的鏡像對(duì)應(yīng)關(guān)系，可將其分為3個(gè)帶：

1)陸架均勻薄化帶。鄰近華南大陸的陸架區(qū)，Moho面深度變化平緩(為29～30km)。地殼厚度變化較小，約為24～28km，地殼伸展系數(shù)β<1.2，其中珠一、珠三坳陷對(duì)應(yīng)區(qū)的地殼厚度相對(duì)較薄。

2)上陸坡楔形薄化帶。上陸坡區(qū)Moho面顯著抬升，由29km抬升至約20km，形成第1個(gè)梯級(jí)變化帶，地殼厚度呈楔形減薄，由24km減薄至約15km，1.2<β<2，顯著薄化區(qū)與盆地內(nèi)的珠二坳陷相對(duì)應(yīng)。其次，該薄化帶內(nèi)地殼薄化的快慢具有東西向的分段差異。珠江口盆地中段的白云凹陷、臺(tái)西南盆地、瓊東南盆地北側(cè)均在較窄的范圍(約50～70km)內(nèi)快速減薄，其間的兩段變化相對(duì)較緩(約120～170km)；與盆地西段較均勻的Moho面變化特征相比，東段較為凹凸不平(如東沙島區(qū))，地殼厚度上的這種差異更為明顯，表明東段地殼結(jié)構(gòu)的非均一性更強(qiáng)。

3)下陸坡異常薄化帶。靠近海盆的下陸坡區(qū)為Moho面顯著抬升的第2個(gè)梯級(jí)變化帶，由20km抬升至約13km，地殼厚度由15km減薄至約8km，β>2，強(qiáng)烈薄化區(qū)與盆地內(nèi)的珠四坳陷相對(duì)應(yīng)，而該薄化帶內(nèi)由東向西地殼薄化快慢的分段差異則與上陸坡楔形薄化帶相反。

2.2.2 陸坡深水區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的東西分段差異

相對(duì)于陸架區(qū)和海盆區(qū)，陸坡深水區(qū)(水深大于500m)Moho面顯著抬升，地殼厚度快速減薄，普遍小于20km(β>1.5)，并發(fā)育3個(gè)由海盆向陸緣延伸的強(qiáng)烈抬升區(qū)：①西沙海槽區(qū)，呈E-W向陸延伸至瓊東南盆地內(nèi)，最淺處位于盆地東部的長(zhǎng)昌凹陷；②珠江口盆地中部的深水區(qū)(白云-荔灣凹陷)，呈NNW向陸延伸，分別在白云凹陷中央和荔灣凹陷東部分布2個(gè)隆升中心；③臺(tái)西南盆地深水區(qū)，呈近S-N向陸延伸，最淺處位于盆地南部坳陷中央。3個(gè)強(qiáng)烈抬升區(qū)與上述3個(gè)地殼強(qiáng)烈減薄區(qū)相對(duì)應(yīng)，其間的東、西2個(gè)區(qū)域，Moho面在上陸坡的變化相對(duì)較緩，快速抬升的梯級(jí)帶分布在下陸坡區(qū)。

陳漢宗等[16]等利用重、磁數(shù)據(jù)在南海北部識(shí)別了7條NW-SE向和多條NE向深大斷裂帶，展現(xiàn)出深部棋盤格式的構(gòu)造特征。其中，NW-SE向深大斷裂帶被認(rèn)為是晚中生代左行壓扭應(yīng)力場(chǎng)的產(chǎn)物，并切割NE走向的火山??；而NE向的深大斷裂帶可能為新生代裂陷盆地發(fā)育的邊界，如NW-SE向的神弧隆起西斷裂帶、南澳-臺(tái)灣淺灘西斷裂帶為珠江口盆地邊界；NE向的濱海斷裂帶為華南正常巖石圈與陸緣減薄巖石圈的分界[12](見圖2)。

陽(yáng)江-一統(tǒng)斷裂帶和北衛(wèi)灘斷裂帶為珠江口盆地內(nèi)的2條重要的隱伏深大斷裂帶，對(duì)應(yīng)于莫霍面、地殼厚度東西向變化帶，是地殼結(jié)構(gòu)東西分段的重要轉(zhuǎn)換邊界。姚伯初等[9]據(jù)地震層析反演所識(shí)別出的NNW走向巖石圈斷裂即為陽(yáng)江-一統(tǒng)斷裂帶，認(rèn)為其東部和西部陸緣巖石圈結(jié)構(gòu)差別很大。同時(shí)，沿該斷裂帶可在地震剖面上識(shí)別大量裂后期基性火山活動(dòng)，并被BY7-1構(gòu)造的鉆井所證實(shí)，即該斷裂帶深部巖漿向上運(yùn)動(dòng)的重要通道。此外，從盆地裂陷的展布特征來(lái)看，2條斷裂帶兩側(cè)，控洼斷層的走向及其洼陷展布方向均出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)換(見圖1)，表明這2條斷裂帶在陸緣張裂過(guò)程中具有動(dòng)力邊界的構(gòu)造屬性，控制了裂陷區(qū)的平面展布。因此，珠江口盆地所在的陸緣以陽(yáng)江-一統(tǒng)斷裂帶、北衛(wèi)灘斷裂帶為界，由東向西可分為東、中、西3段。

神弧隆起西斷裂帶為珠江口盆地與瓊東南盆地的分界，東、西兩側(cè)構(gòu)造線走向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以東為NE向(與珠江口盆地一致)，以西為NEE走向。在瓊東南盆地深水區(qū)，該斷裂帶上發(fā)育大型中央火山，且其西側(cè)控洼斷裂與東側(cè)控洼斷裂傾向相反(見圖1)，表明該斷裂帶也是一條隱伏深大斷裂帶?；谀虾＜捌溧弲^(qū)總磁異常特征，指明東沙隆起外側(cè)與臺(tái)西南盆地被NW-SE向的呂宋-琉球轉(zhuǎn)換邊界分隔，其向陸的延伸為南澳-臺(tái)灣淺灘西斷裂帶，也是珠江口盆地與臺(tái)西盆地的分界。

綜合上述Moho面與海底地形的起伏、地殼厚度的變化、深大斷裂帶的分布特征，可將南海北部陸緣由北到南分為3個(gè)帶：陸架均勻薄化帶、上陸坡楔形薄化帶、下陸坡強(qiáng)烈薄化帶；由東到西分為5段：臺(tái)西南盆地陸緣，珠江口盆地東段陸緣、中段陸緣、西段陸緣，瓊東南盆地陸緣。

3 陸緣盆地結(jié)構(gòu)的南北分帶差異

與南海北部陸緣地殼薄化程度的南北分帶差異相對(duì)應(yīng)，其沉積盆地結(jié)構(gòu)也具有明顯差異，其中以珠江口盆地中段最為典型。

3.1 陸架均勻薄化帶盆地結(jié)構(gòu)

陸架均勻薄化帶主要發(fā)育于珠一坳陷和珠三坳陷，裂陷期盆地具有典型斷陷盆地的基本特征，均以高角度斷層控制的一系列箕狀半地塹或?qū)ΨQ、不對(duì)稱地塹為主要特征，湖盆一般窄而深，橫向分隔性強(qiáng)，而裂后期地層多為凹陷中心向周緣減薄的碟形，是較為穩(wěn)定的裂后熱沉降響應(yīng)。

3.2 上陸坡楔形薄化帶盆地結(jié)構(gòu)

該區(qū)帶對(duì)應(yīng)于地殼快速薄化帶，通常發(fā)育傾向陸或傾向洋的大型拆離斷裂系統(tǒng)，由多條上陡下緩的犁式斷層向下匯聚至同一拆離面而構(gòu)成。拆離面一般向下延伸較大，最深可達(dá)Moho面附近。正是由于大型拆離斷裂系統(tǒng)的發(fā)育，導(dǎo)致地殼在伸展過(guò)程中強(qiáng)烈減薄。而由該拆離斷裂系統(tǒng)控制的裂陷盆地，整體表現(xiàn)為早斷晚拗的寬深斷陷，湖盆規(guī)模大，分隔性較弱，裂后沉降強(qiáng)，通常形成深水區(qū)，具有單邊梭形充填特征，以白云凹陷最為典型(見圖3)。

注：Tg為新生代基底；T83為文昌組下段頂界；T80為文昌組上段頂界；T70為恩平組頂界；T60為珠海組頂界；T32為韓江組頂界。圖3 珠江口盆地白云凹陷典型地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Typical seismic profiles of Baiyun Sag in Pearl River Mouth Basin (The location of the profile is shown in Figure 1)

3.3 下陸坡強(qiáng)烈薄化帶盆地結(jié)構(gòu)

下陸坡強(qiáng)烈薄化帶靠近洋盆區(qū)，地殼強(qiáng)烈薄化，地殼厚度可小于10km，通常發(fā)育較為典型的低角度拆離斷層，拆離面位于上、下地殼分界面附近，并伴有強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)。受該拆離斷裂系統(tǒng)控制，裂陷期盆地結(jié)構(gòu)斷控顯著減弱，而拗陷特征更為明顯，通常被巖漿作用強(qiáng)烈改造，造成局部隆升剝蝕、重力滑脫改造等，盆地原型難以恢復(fù)；裂后沉降量最大，以饑餓沉積為主，地層厚度相對(duì)較薄，以荔灣凹陷最為典型。

4 陸緣深水盆地結(jié)構(gòu)的東西分段差異

4.1 臺(tái)西南深水盆地典型結(jié)構(gòu)特征

位于陸緣東部的臺(tái)西南盆地深水區(qū)，盆地結(jié)構(gòu)較為特殊，裂陷期盆地規(guī)模小，為箕狀半地塹，拆離作用不明顯。但裂后期沉降量巨大，沉積巨厚裂后期地層，且以深水沉積為主，表明盆地裂陷期地殼薄化強(qiáng)烈，但以韌性薄化為主，拆離薄化貢獻(xiàn)小(見圖4)。

注：Tg為新生代基底；T80為文昌組頂界；T70為恩平組頂界。圖4 臺(tái)西南盆地南部深水區(qū)典型地震結(jié)構(gòu)剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Typical seismic structural profile in deep water area of the Southwest Taiwan Basin (The location of the profile is shown in Figure 1)

4.2 珠江口盆地深水區(qū)盆地結(jié)構(gòu)

1)陸緣東段。陸緣東段沿東沙隆起南緣發(fā)育靖海凹陷、揭陽(yáng)凹陷等深水盆地，發(fā)育傾向陸和傾向洋的拆離斷裂系統(tǒng)，并被后期巖漿作用所改造，造成南側(cè)陡坡帶被抬深剝蝕。從裂陷盆地的充填特征來(lái)看，裂陷早期主要為雙斷式地塹結(jié)構(gòu)，地層以近平行充填為主，表明控凹斷層傾角較陡；裂陷晚期斷層活動(dòng)具有顯著拆離旋轉(zhuǎn)特征，形成半地塹沉積充填；但與典型拆離伸展盆地相比，盆地橫向伸展量相對(duì)較小，反映地殼依賴拆離斷層的伸展薄化作用較弱。裂后期單邊饑餓沉積充填特征較典型，裂后沉降量較大，且很快進(jìn)入深水沉積環(huán)境，表明地殼整體薄化程度較大，在較窄的距離內(nèi)快速薄化，且韌性減薄的貢獻(xiàn)大于拆離薄化(見圖5(a))。

2)陸緣中段。陸緣中段深水盆地的顯著特點(diǎn)是拆離斷裂系統(tǒng)的規(guī)模和活動(dòng)強(qiáng)度最大，發(fā)育多排犁式斷裂共同構(gòu)成大型向洋和向陸拆離斷裂系統(tǒng)，控制大型寬深斷陷的發(fā)育，表明橫向伸展量大。巖漿活動(dòng)由陸向洋增強(qiáng)，以地殼內(nèi)的侵位為主，導(dǎo)致地層的隆升剝蝕。裂后沉降量大，沉積巨厚地層，表明地殼薄化較強(qiáng)烈且發(fā)生在較寬的范圍內(nèi)，形成寬廣的陸坡深水區(qū)。該段變形特征與大西洋典型貧巖漿型陸緣較為相似，但巖漿作用相對(duì)較強(qiáng)(見圖5(b))。

3)陸緣西段。與陸緣東段相似，西段地殼的薄化也發(fā)生在較短距離內(nèi)(約50km)，發(fā)育傾向洋的拆離斷裂系統(tǒng)，但拆離旋轉(zhuǎn)作用顯著增強(qiáng)，造成早期裂陷地層近乎垂直，同時(shí)伴有較為強(qiáng)烈的巖漿作用，裂后期沉降較大，陸坡坡度較陡，與較短距離內(nèi)快速薄化有關(guān)。該段裂陷盆地總體表現(xiàn)為垂向隆升作用較強(qiáng)，類似與純剪切破裂模式(見圖5(c))。

注：Tm為中生代基底；Tg為新生代基底；T80為文昌組頂界；T70為恩平組頂界；T60為珠海組頂界。圖5 珠江口盆地陸坡深水區(qū)東段、中段、西段典型地震反射結(jié)構(gòu)特征(剖面位置見圖1)Fig.5 Characteristics of typical seismic reflection structures in the east, middle and west of the deep-water area on the continental slope of the Pearl River Mouth Basin (The location of the profile is shown in Figure 1)

4.3 瓊東南深水盆地典型結(jié)構(gòu)特征

瓊東南盆地位于陸緣西部，裂陷期盆地東部發(fā)育傾向北的拆離斷裂系統(tǒng)，而中西部發(fā)育傾向南的拆離斷裂系統(tǒng)，拆離面均延伸至Moho面附近，呈斜向?qū)χ茫刂拼笮蛯捝顢嘞莸陌l(fā)育，裂后沉降量較大，尤其是裂后晚期，沉降區(qū)分布在相對(duì)較窄的范圍，與地殼的強(qiáng)烈薄化區(qū)一致，不發(fā)育寬廣陸架，并伴有較強(qiáng)的巖漿作用，長(zhǎng)昌凹陷的中央發(fā)育大規(guī)模的火山。由于瓊東南盆地未臨近洋盆，處于西北次海盆向西的夭折裂谷區(qū)，且靠近海南地幔柱，裂后晚期的強(qiáng)烈沉降可能與地幔的再次上涌有關(guān)。因此，其薄化過(guò)程較為復(fù)雜，從拆離斷裂、巖漿活動(dòng)、裂后沉降特征來(lái)看，可能與鄰近的珠江口盆地西段類似(見圖6)。

注：T100為新生代底界；T80為始新統(tǒng)嶺頭組頂界；T70為下漸新統(tǒng)崖城組頂界；T60為上漸新統(tǒng)陵水組頂界；T50為下中新統(tǒng)三亞組頂界；T40為中中新統(tǒng)梅山組頂界；T30為上中新統(tǒng)黃流組頂界；T20為上新統(tǒng)鶯歌海組頂界。圖6 瓊東南盆地中部典型凹陷結(jié)構(gòu)剖面(據(jù)文獻(xiàn)[17]，有修改)Profile of typical sag structure in the middle of Qiongdongnan Basin (Revised according to literature[17] )

5 成因機(jī)制與陸緣巖石圈伸展破裂模式

研究表明，被動(dòng)陸緣地殼的伸展-薄化-破裂過(guò)程顯著控制了之上沉積盆地的發(fā)育和演化[5，6,8,17]。大西洋型典型被動(dòng)陸緣有貧巖漿型和富巖漿型2種伸展破裂模式[18-20]，而南海北部陸緣珠江口盆地的中段與貧巖漿型較為相似。為了驗(yàn)證該模式是否適用于南海北部陸緣，2017—2018年在珠江口盆地的中段洋陸過(guò)渡區(qū)，開展了367/368/368X兩個(gè)航次的大洋鉆探?；诖笱筱@探的研究結(jié)果表明，有別于經(jīng)典的大西洋貧巖漿型陸緣，研究區(qū)兼具貧巖漿和富巖漿的雙重特征，表現(xiàn)出“先貧后富”的特征。在張裂早期，地殼強(qiáng)烈薄化，表現(xiàn)為貧巖漿型；而在張裂晚期高速下地殼巖漿底侵豐富，表現(xiàn)出富巖漿型特征[21]。然而，現(xiàn)今地殼結(jié)構(gòu)和深水區(qū)盆地結(jié)構(gòu)的“南北分帶、東西分段”差異性表明，南海北部陸緣難以用一種模式來(lái)解釋整個(gè)陸緣區(qū)域的地殼伸展破裂過(guò)程。由于南海北部陸緣地殼是在中生代主動(dòng)陸緣的基礎(chǔ)上經(jīng)歷了新生代的伸展-薄化-破裂，因此要研究其破裂過(guò)程的橫向差異性，必須回到新生代伸展前構(gòu)造格局所控制的地殼結(jié)構(gòu)差異性上。

研究表明，中生代中晚期，(古)太平洋板塊持續(xù)向歐亞板塊俯沖消減，在南海北部陸緣形成壯觀的陸緣巖漿弧和弧前盆地，呈NE-SW向展布，因此其地殼結(jié)構(gòu)(如地殼厚度、流變性質(zhì)等)必然具有北東向的分帶差異。且在中生代晚期左行壓扭應(yīng)力場(chǎng)下形成的NW-SE向走滑斷裂，構(gòu)成伸展期的動(dòng)力邊界和深部巖漿大量底侵的通道，而巖漿的大量底侵所帶來(lái)的熱效應(yīng)將導(dǎo)致地殼流變性質(zhì)的變化，從而形成東西向的分段差異性。如，東沙隆起及其以東的東部陸緣發(fā)育下地殼高速體，且發(fā)育巨厚的中生代殘留地層，最大厚度超過(guò)8km[11]，表明該區(qū)伸展前初始地殼更熱、更薄，韌性占主導(dǎo)；珠江口盆地中段兩側(cè)陽(yáng)江-一統(tǒng)斷裂帶、惠東-北衛(wèi)灘斷裂帶在裂陷期發(fā)生大量巖漿底侵，導(dǎo)致地殼韌性增強(qiáng)，因此裂陷早期地殼經(jīng)歷了大型拆離斷裂系統(tǒng)導(dǎo)致的薄化，而裂后晚期則以韌性伸展為主，并伴有較強(qiáng)的巖漿活動(dòng)；珠江口盆地西段則表現(xiàn)為類似純剪切的快速破裂特征，吳振利等[10]基于OBS2006-1剖面的分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)西北次海盆南、北共軛邊緣的構(gòu)造形態(tài)和速度結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱分布特征，認(rèn)為其巖石圈的伸展破裂可能為純剪切張裂模式。依據(jù)上述地殼巖石圈初始結(jié)構(gòu)的橫向差異性，結(jié)合盆地結(jié)構(gòu)樣式、巖漿活動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系，將南海北部陸緣巖石圈伸展破裂過(guò)程總結(jié)為3種模式：

5.1 自上而下的伸展破裂模式

該模式以珠江口盆地中段陸緣區(qū)最為典型，初始地殼結(jié)構(gòu)脆性較強(qiáng)時(shí)，裂陷早期在上地殼發(fā)生的伸展破裂。隨著地殼的進(jìn)一步拉伸，發(fā)育大型拆離斷裂系統(tǒng)，使得地殼強(qiáng)烈薄化，并發(fā)育大型裂陷盆地。隨著地殼薄化，巖漿被動(dòng)上涌，或沿先存深大斷裂大量底侵至下地殼，導(dǎo)致下地殼韌性增強(qiáng)。裂陷晚期上地殼脆性薄化減弱，而下地殼韌性薄化增強(qiáng)，凹陷結(jié)構(gòu)逐漸由斷轉(zhuǎn)拗。隨著地殼的進(jìn)一步薄化，巖漿作用顯著增強(qiáng)，最后導(dǎo)致地殼快速破裂，然后地幔巖石圈破裂、洋殼開始發(fā)育(見圖7(a))。

5.2 自下而上的伸展破裂模式

該模式以臺(tái)西南盆地陸緣區(qū)最為典型，整個(gè)巖石圈的韌性較強(qiáng)，在伸展薄化的初期以韌性薄化為主，地幔巖石圈優(yōu)先破裂或尖滅，然后是韌性下地殼。裂陷晚期在地幔物質(zhì)上涌的驅(qū)動(dòng)下，伴隨著較強(qiáng)的巖漿作用，上地殼發(fā)生脆性破裂，即裂陷作用，隨后整個(gè)巖石圈破裂、洋殼開始發(fā)育(見圖7(b))。

5.3 似純剪切快速伸展破裂模式

該模式以珠江口盆地西段陸緣區(qū)最為典型，初始地殼結(jié)構(gòu)脆性較強(qiáng)，地殼在伸展薄化的初期以脆性破裂為主，但隨后橫向伸展相對(duì)受限，而幔源物質(zhì)上涌占主導(dǎo)，導(dǎo)致陸緣發(fā)生被動(dòng)拆離薄化，發(fā)育大型拆離斷層，拆離旋轉(zhuǎn)作用導(dǎo)致早期裂陷地層被強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)改造，并伴隨較強(qiáng)的巖漿作用，最后整個(gè)巖石圈快速破裂、洋殼開始發(fā)育(見圖7(c))。該模式與純剪切伸展較類似，但橫向伸展量相對(duì)較大。

圖7 南海北部陸緣巖石圈3種伸展破裂模式Fig.7 Three extensional fracture models of continental margin lithosphere in the northern South China Sea

6 結(jié)論

1)南海北部陸緣現(xiàn)今地殼結(jié)構(gòu)的橫向差異較大，具有“南北分帶，東西分段”的特征。依據(jù)Moho面及海底地形的起伏、地殼厚度的變化、深大斷裂的分布，可將其分為由北到南的陸架、上陸坡、下陸坡3帶，以及由西到東的瓊東南盆地陸緣，珠江口盆地西段陸緣、中段陸緣、東段陸緣，臺(tái)西南盆地陸緣5段。

2)南海北部陸緣裂陷盆地結(jié)構(gòu)與地殼的伸展-薄化-破裂過(guò)程密切相關(guān)，在南海漸進(jìn)式擴(kuò)張背景下，受先存構(gòu)造格局的約束及巖漿作用的參與，地殼伸展薄化的方式和程度有差異，裂陷盆地的結(jié)構(gòu)樣式和規(guī)模隨之不同。

3)結(jié)合地殼現(xiàn)今的結(jié)構(gòu)及其沉積盆地的耦合特征，提出了自上而下伸展破裂模式、自下而上伸展破裂模式、似純剪切快速伸展破裂模式的3種典型陸緣地殼伸展破裂模式，不同模式下深水盆地的結(jié)構(gòu)樣式、規(guī)模、改造程度均有不同。地殼深部結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造過(guò)程的研究對(duì)于深入認(rèn)識(shí)深水盆地的成盆演化過(guò)程和勘探潛力至關(guān)重要。