九州-帕勞海脊中段及兩側盆地構造沉積特征及俯沖起始：多道反射地震綜合研究

侯方輝，秦軻，陸凱，趙京濤，李攀峰，孟祥君，黃威，胡剛，孫軍，龔小晗

1.中國地質調(diào)查局青島海洋地質研究所，青島 266237

2.青島海洋科學與技術國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術功能實驗室，青島 266237

3.中國地質大學（北京）海洋學院，北京 100083

現(xiàn)今的菲律賓海板塊位于歐亞板塊、太平洋板塊和印澳板塊的匯聚地帶，周圍幾乎全部被深海溝所圍繞（圖1）。由于其所處的特殊構造位置，受板塊俯沖、海底擴張、地幔柱活動等多重構造因素的影響，菲律賓海一直是國際地學界研究的熱點地區(qū)，是進行板塊構造格局重建[1-6]、研究板塊俯沖起始機制[7-11]等地球前沿科學問題的天然實驗室，也是發(fā)展和完善板塊構造理論的最佳場所。

了解菲律賓海板塊新生代的構造沉積特征和構造演化過程對于理解西太平洋板塊運動歷史和東南亞的增長，以及歐亞大陸東部邊緣海的形成演化至關重要。前人在菲律賓海新生代構造演化和板塊重建方面已取得了豐碩的成果，但許多科學問題仍有待深入研究，如①西菲律賓海前新生代的構造屬性及起源仍存在爭論；②由于缺乏針對九州-帕勞海脊及兩側盆地的構造沉積特征及殼幔結構的精細刻畫，對從西菲律賓海盆打開-俯沖起始（發(fā)育島?。?島弧裂離（發(fā)育弧間盆地）-弧后伸展（發(fā)育弧后盆地）的完整過程尚缺乏系統(tǒng)認識，從而導致對菲律賓海板塊俯沖起始機制、動力學演化過程及控制因素的認識仍存在爭論。

2021年，青島海洋地質研究所利用大容量氣槍震源、長排列接收電纜在九州-帕勞海脊中段及兩側的海盆施工了5條共1700余千米的深反射地震剖面。反射地震數(shù)據(jù)清晰地揭示了九州-帕勞海脊中段和兩側盆地的淺部構造沉積特征及深部殼幔結構特征，這為開展板塊構造演化過程及俯沖起始機制研究奠定了基礎。

1 區(qū)域地質背景

菲律賓海板塊四周幾乎全被深海溝所圍繞，東部邊界由北向南依次為伊豆-博寧海溝、馬里亞納海溝、雅浦海溝、帕勞海溝和阿玉海槽；西部邊界自北向南依次為日本南海海槽、琉球海溝、馬尼拉海溝和菲律賓海溝。根據(jù)地質、地球物理等方面的差異，可以將菲律賓海板塊劃分為幾個具有不同構造特征和演化歷史的單元，包括大東盆嶺省、西菲律賓海盆、花東海盆、帕勞海盆、九州-帕勞海脊、四國海盆、帕里西維拉海盆、伊豆-博寧島弧、西馬里亞納島弧、馬里亞納海槽和東馬里亞納島弧[13]。

西菲律賓海盆：水深5500～6000 m，基于大洋鉆探和對稱于中央海盆斷裂的磁異常條帶（26—13號磁條帶）對比揭示西菲律賓海盆為古近紀的洋殼，年齡約為60～33 Ma[14-16]。其中26—20號磁條帶（59～43 Ma）走向NW，顯示NE-SW向擴張（現(xiàn)今方位，下同）；而19—13號磁條帶（43～33 Ma）走向近EW向，顯示近S-N向擴張[15]。20號磁條帶以后西菲律賓海盆擴張方向改變的時間與43 Ma熱點軌跡反映的皇帝-夏威夷海嶺彎折的時間基本一致，反映了該時間前后西太平洋板塊的重組和運動方向的改變。

DSDP58-445、446站位鉆遇古新世（59和57 Ma）蓋層；DSDP31-294站位鉆遇50 Ma的基底玄武巖，始新世含放射蟲的粉砂質黏土直接覆蓋在基底玄武 巖 之 上；DSDP31-291站 位 鉆 遇48 Ma基 底玄武巖，與附近識別的21號磁條帶的年齡大致一致；293站位鉆遇42 Ma基底玄武巖，與附近的20號磁條帶的年齡基本一致。

中央海盆斷裂是一個粗糙、分段的線性地形帶，將西菲律賓海盆一分為二。對稱于中央海盆斷裂的磁異常條帶的識別表明，中央盆地斷裂是一個死亡的擴張中心，因此用“中央海盆擴張中心”來指代這一重要特征更為確切。

九州-帕勞海脊：水深2500～3000 m，被認為是古伊豆-博寧-馬里亞納弧盆系統(tǒng)的殘留島弧，在四國-帕里西維拉海盆和馬里亞納海槽打開之前，二者是一體的。一般認為該海脊形成于中晚始新世，但在不同的位置，年齡有較大差異，總體呈向中央海盆擴張中心交點逐漸年輕的趨勢。海脊北部DSDP31-296站位鉆遇始新世火山碎屑巖，年齡為48 Ma，但是直接覆蓋之上的沉積物中的化石年齡則為早漸新世（30 Ma），兩者之間相差約18 Ma，這個時間差被解釋為海脊露出水面的原因造成[17]。海脊中部DSDP59-448站位鉆遇早漸新世玄武巖、玄武安山巖，具洋內(nèi)弧火山巖特征，玄武巖年齡為34 Ma（40Ar/39Ar法）[18]，上覆凝灰?guī)r、火山角礫巖以及超微化石泥巖，往上火山物質減少，生物成分增加。另外，海脊北部的駒橋第二海山的半山腰，采集到多數(shù)具備花崗斑巖和閃長巖等陸緣弧特征的巖石，其K-Ar年齡約為37 Ma。在稍南邊的南高鵬海山上采集的花崗閃長巖的K-Ar年齡為43 Ma。位于兩個海山之間的駒橋海山上發(fā)現(xiàn)了安山巖及漸新世晚期或中新世中期的底棲有孔蟲。

圖1 菲律賓海構造簡圖底圖由Global Mapper軟件制作，高程數(shù)據(jù)來自http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html，磁條帶數(shù)據(jù)據(jù)文獻[12]。Fig.1 Tectonic setting of the Philippine SeaThe base map was drawn by Global Mapper software and elevation data was from http://www.ngdc.noaa.gov/mgg /global/global.html.Magnetic bands data are from reference [12].

帕里西維拉海盆：四國海盆和帕里西維拉海盆屬于典型的弧后擴張盆地，兩者以索夫干斷裂為界，已停止擴張。據(jù)推測，早漸新世，古伊豆-博寧-馬里亞納弧以東的西傾俯沖帶發(fā)生俯沖，該火山弧在大約30 Ma開始分裂，并在九州-帕勞弧和伊豆-博寧-馬里亞納弧之間發(fā)生弧間擴張，并逐漸發(fā)展為海底擴張，擴張首先從帕里西維拉海盆中部向北、向南傳播，同時從四國盆地北部向南傳播，大約在23 Ma，二者連為一體，擴張于17或15 Ma停止[19]。其中帕里西維拉盆地水深5000～7000 m，由中部的裂谷系分為東西兩個地形區(qū)，其中西部地形區(qū)沉積薄，地形粗糙，而東部地形區(qū)被來自西馬里亞納海脊的厚火山碎屑沉積物覆蓋。盆地中可識別出10（30 Ma）到5E或5D（18或17 Ma）的海底磁異常條帶，呈低振幅、近SN向對稱于中央裂谷展布[19]。受后擴張火山作用及洋脊躍遷的影響，最年輕磁異常條帶的不確定性較大。從帕里西維拉中央裂谷附近拖網(wǎng)獲得尖晶石二輝橄欖巖（洋底核雜巖），巖石具有糜棱結構和碎裂結構，說明帕里西維拉中央裂谷可能不是死亡的殘留擴張脊，而是受拆離斷層改造后的舊擴張中心。盆地西部的DSDP59-449站位鉆遇晚漸新世（26 Ma）基底玄武巖，位于磁異常7A附近。東部的DSDP6-53站位鉆遇漸新世/中新世的基底玄武巖；54站位鉆遇中中新世的基底玄武巖；DSDP59-450站位鉆遇中中新世基底玄武巖，上覆凝灰?guī)r、火山角礫巖和凝灰質火山碎屑巖。鉆探獲得的洋殼基底巖石的年齡大致與磁異常條帶數(shù)據(jù)一致。

2 構造沉積特征

2.1 研究方法

2021年，青島海洋地質研究所在九州-帕勞海脊中段及兩側的西菲律賓海盆和帕里西維拉海盆采集了5條共1700余千米的深反射地震（圖1，粉紅線），本次地震采集接收道數(shù)648道，電纜長度8100 m，道間距12.5 m，覆蓋次數(shù)81次，炮間距50 m，記錄長度15 s，震源容量8000 in3。從處理效果來看，數(shù)據(jù)信噪比和分辨率較高，剖面質量較以往資料有突破性提高，新生界地層反射頻率高，連續(xù)性好，能清晰顯示其內(nèi)部的層序結構和構造變形特征，并在地震剖面上識別出清晰的莫霍面反射波。在前人的研究基礎上，通過對深反射地震揭示的九州-帕勞海脊與兩側盆地的淺部構造沉積特征及深部殼幔結構的解析，并結合鉆孔巖心獲取的九州-帕勞海脊的巖漿活動和沉積建造時限，探討了西菲律賓海的起源及板塊俯沖起始的動力學，建立了海盆擴張、俯沖起始、巖漿活動、島弧裂離、弧后擴張的連續(xù)過程。

2.2 層位標定

利用DSDP59-447、448、449井，并參考DSDP31-290井的鉆井分層數(shù)據(jù)，結合地震波反射特征，在分別過鉆井的MCS01線、MCS02線和MCS03線地震剖面上進行層位標定（圖2—4）。鉆井分層數(shù)據(jù)和地震剖面反射特征描述見2.4節(jié)。

2.3 速度分析及時深轉換

通常，對于不同的精度要求，地震剖面解釋所采用的速度方法是不一樣的。對于速度變化大、精度要求高的地區(qū)，最好采用變速度成圖方法；對于范圍小、速度變化不大、精度要求低的地區(qū)，一般采用統(tǒng)一速度作圖即可。

本次地震解釋工作的主要目標是宏觀上的認識，采用統(tǒng)一速度完全可以滿足要求。因此，主要采用西菲律賓海盆和帕里西維拉海盆的DSDP59-447、449井，計算得出研究區(qū)的時深轉換關系（圖5）。

圖3 DSDP59-448井層位標定圖（MCS03線）Fig.3 Seismic interpretation in stratigraphy and structural geology for Well DSDP59-448 (Line MCS03)

圖4 DSDP59-449井層位標定圖（MCS02線）Fig.4 Seismic interpretation in stratigraphy for Well DSDP59-449 (Line MCS02)

2.4 構造沉積特征

（1）MCS01穿過西菲律賓海盆的DSDP59-447井、九州-帕勞海脊和帕里西維拉海盆的DSDP59-449井（圖6），MCS03線 穿 過 西 菲 律 賓 海 盆的447井、290井、九州-帕勞海脊上的448井進入帕里西維拉海盆（圖7），兩條剖面的反射特征類似。以MCS01線為例，在西菲律賓海盆段，地震剖面大致顯現(xiàn)兩套截然不同的層序（圖2），下層序外部總體呈楔狀，內(nèi)部為高能低頻的反射波組，反映整體為一套近源或受斷裂控制的粗粒沉積物；而上層序總體呈席狀，內(nèi)部為近空白的低能高頻反射波組，反映整體為一套遠源的不受斷裂控制的深水細粒沉積物。

位于西菲律賓海盆的447井在113 m處鉆遇洋殼基底玄武巖，其上的113～85 m為兩層火山碎屑巖和凝灰?guī)r的互層，85～47 m為一套復成分礫巖，大部分碎屑為沉積成因，向上火山物質逐漸減少，時代為中漸新世早期。該套地層對應于解釋的Tg和T1反射波之間的粗碎屑層序，認為113～85 m的火山碎屑巖和凝灰?guī)r與其東側九州-帕勞海脊弧火山的多期次噴發(fā)有關，粗粒的火山碎屑角礫來源于火山活動期，細粒的凝灰?guī)r來源于火山靜默期火山灰的緩慢沉降。85～47 m的復成分礫巖來源于九州-帕勞海脊上的重力滑塌或濁流沉積物，上部火山物質的減少說明火山逐漸停止活動。MCS01過井剖面也顯示這套沉積有向東靠近九州-帕勞海脊增厚的現(xiàn)象（圖8），說明物源多來自于東側的九州-帕勞海脊；地震剖面上還顯示有多個火山噴發(fā)不整合形成的波阻抗界面（圖8），這也與447井所顯示的九州-帕勞海脊弧火山的多次噴發(fā)吻合。在447井東南側的290井也同樣鉆遇了該時期的火山碎屑巖裙，但厚度更大，這也與290井更靠近物源吻合。447井47 m以上為遠洋黏土，時代為中漸新世晚期—晚漸新世早期，說明該時期研究區(qū)已經(jīng)不受九州-帕勞海脊弧火山物源的影響（弧火山停止活動），僅接收遠洋細粒沉積物。

圖5 DSDP59-447、449井時深轉換擬合圖Fig.5 Time-depth conversion fitting of Wells DSDP59-447 and 449

圖6 MCS01線地震剖面Fig.6 Seismic profile of Line MCS01

圖7 MCS03線地震剖面Fig.7 Seismic profile of Line MCS03

圖8 MCS01線地震剖面局部放大圖Fig.8 Enlarged partial seismic profile of Line MCS01

需要指出的是，447井的洋殼基底年齡存在爭議，鉆井報告認為是中漸新世。而447井東南側不遠的290井基底之上的火山碎屑巖為晚始新世—早漸新世，洋殼基底的年齡老于晚始新世。447井和290井均位于20號磁異常條帶（約45 Ma）附近，據(jù)此推斷447井的洋殼基底也老于晚始新世。另外，447井洋殼基底之上最早的蓋層（5C亞單元）為角礫狀玄武巖碎屑沉積物，是下伏洋殼基底玄武巖的剝蝕物質（類似于底礫巖），說明基底與之上的碎屑沉積物存在一定時間的沉積間斷和構造擠壓，并發(fā)生抬升剝蝕。而這種擠壓抬升剝蝕現(xiàn)象并非偶然，在西菲律賓海北部的大東海嶺的鉆孔中也發(fā)現(xiàn)了始新世的擠壓[20]和快速隆升（其意義在3.2節(jié)討論），擠壓與俯沖起始同步[21]。

從地震剖面反射特征來看，火山碎屑物質都是奠基于先成洋殼基底之上的，說明洋殼老于九州-帕勞海脊的火山作用時間。在447井東南側不遠，位于九州-帕勞海脊之上的448號井鉆遇晚始新世末期（34 Ma）的弧火山巖[18]，更證實了我們推斷的447井洋殼基底年齡老于晚始新世的結論。

我們在九州-帕勞海脊與中央海盆擴張中心交界處的海脊上實施了一個淺鉆（圖1，黃色星號），淺鉆巖心揭示在鐵錳氧化物之下為一套含豐富古生物化石和火山角礫的鈣質膠結的滑塌礫巖，與447井85～47 m處的巖性特征完全一致。碎屑鋯石新生代的年齡有40.8、36.4、35.7和30.9 Ma（前新生代的年齡及其地質意義另文發(fā)表），其記錄了九州-帕勞海脊約41、36和31 Ma的至少3次不連續(xù)的弧火山活動，這些年齡與其北側448井年齡（約34 Ma）大致一致，也與地震剖面顯示的多個火山噴發(fā)不整合現(xiàn)象吻合。30.9 Ma的最年輕鋯石年齡，表明九州-帕勞海脊的弧火山活動在約31 Ma停止，而這套滑塌礫巖沉積于約31 Ma（中漸新世）之后。在帕里西維拉海盆識別的最老的10號磁條帶對應的年齡約為30 Ma，說明該時期九州-帕勞海脊的弧火山作用已經(jīng)停止，隨之發(fā)生了海脊（?。┑姆至眩▓D3）。隨著海脊分裂的進行，與俯沖有關的弧巖漿向東遷移。

從大約30 Ma開始，帕里西維拉海盆的南部首先發(fā)生海底擴張，并向北擴展傳播，直到4～5 Ma之后，盆地的北部才發(fā)生海底擴張。MCS01地震剖面顯示，穿過九州-帕勞海脊向東進入帕里西維拉海盆，地形變得崎嶇不平（圖6），沉積物較?。▓D4）。剖面的最東段穿過449井，449井在111 m之下鉆遇洋殼基底，年齡約為26 Ma，位于磁異常條帶7A附近。111 m之上的沉積物基本都為細粒的遠洋沉積物，其中111～97.2 m為含鈣質超微化石軟泥，97.2～58.5 m為含火山灰夾層的遠洋黏土，而該時期九州-帕勞海脊的火山已停止，火山物質只能來自于同時期帕里西維拉海盆東部的古馬里亞納弧的火山作用（該時期馬里亞納海槽尚未打開）。58.5 m以上為含鈣質超微化石軟泥和含放射蟲遠洋黏土，反映洋殼有變冷沉降、水體加深并逐漸沉入碳酸鹽巖補償界面之下的趨勢。

（2）MCS04地震剖面近EW走向，大致沿西菲律賓中央海盆擴張中心向東穿過九州-帕勞海脊進入帕里西維拉海盆（圖9）。MCS05線大致沿九州-帕勞海脊走向，自南向北經(jīng)西菲律賓海盆進入九州-帕勞海脊（圖10）。

該兩條剖面雖沒有鉆井標定，但根據(jù)MCS01—MCS03剖面的反射特征可類比解釋。MCS04剖面顯示西菲律賓海盆側，除緊靠九州-帕勞海脊的山腳處接受少量的滑塌沉積物外，向西沉積物較薄且厚度穩(wěn)定，根據(jù)反射特征可判斷大致為一套遠洋細粒沉積物，而缺乏類似于447井和290井揭示的洋殼基底之上早期的粗碎屑火山物質。MCS05剖面同樣顯示了九州-帕勞海脊西側海盆發(fā)育較厚的火山碎屑物質，向北靠近中央海盆擴張中心，火山碎屑物質逐漸減少。這說明西菲律賓海中央擴張脊的擴張停止不久后，九州-帕勞海脊的火山便隨之停止，隨后發(fā)生海脊分裂。上文提到的在九州-帕勞海脊與中央海盆擴張中心交界處淺鉆巖心的最年輕的年齡為30.9 Ma，為該處火山活動的停止時間，這個年齡稍晚于西菲律賓海盆海底擴張停止的時間（33 Ma），同樣也解釋了04線顯示的中央海盆擴張中心與九州-帕勞海脊交界處山腳下缺乏火山碎屑物質的現(xiàn)象。

2.5 地殼結構

Murauchi等[22]、Rodnikov等[23]的地殼結構測定認為西菲律賓海盆具有正常的海洋地殼結構。莫霍面深度約為10～12 km，去掉水深，地殼厚度約為5.5～8 km。巖石圈非常薄，在西菲律賓海盆，軟流圈頂部深度約50～80 km，帕里西維拉海盆深度約30 km。Nashizawa等[24]研究了15°～21°N之間的九州-帕勞海脊沿走向的地殼結構，厚度在8～20 km之間變化，但始終比東西兩側海盆的地殼厚，并認為海脊地殼厚度的增加主要是通過下地殼的增厚來實現(xiàn)。

圖9 MCS04線地震剖面Fig.9 Seismic profile of Line MCS04

圖10 MCS05線地震剖面Fig.10 Seismic profile of Line MCS05

本次調(diào)查由于采用大容量氣槍震源，深反射地震獲得了部分莫霍面的反射波（圖6、7、9、10）。沿MCS01線和MCS03線西菲律賓海盆的莫霍面的深度約為9.5 s（雙程反射時，下同），呈寬緩的褶皺狀，與沉積物之下的洋殼基底基本同步起伏，去掉沉積物的地殼厚度大致均一，向東靠近九州-帕勞海脊，由于火山物質的增加，地殼厚度明顯增加。去掉水深后地殼厚度約6～8 km，接近全球平均洋殼厚度，與前人的研究結果基本一致。沿MCS04線帕里西維拉海盆西翼的莫霍面深度大致為9.0～9.5 s，地殼厚度約6～7 km，相比較于西菲律賓海盆的地殼厚度略薄。MCS05線顯示的西菲律賓海盆的莫霍面深度與MCS01線和MCS03線大致一致。

需要特別指出的是，我們的反射地震剖面雖沒有獲得九州-帕勞海脊下方莫霍面的反射波，但都基本顯示了地殼的增厚現(xiàn)象，且沿海脊走向上，無論是地形、沉積物蓋層，還是地殼內(nèi)部結構均呈現(xiàn)明顯的不連續(xù)性（圖10），中間被多個裂谷切割，平面上形成雁行式排列的次級海脊，海脊之間有的充填沉積物，有的沒有沉積物蓋層，地殼厚度差異較大，這種現(xiàn)象可能與KPR分裂形成帕里西維拉海盆過程中的斜列式轉換斷層的切割有關。

3 討論

3.1 西菲律賓海起源

菲律賓海是世界上最大的邊緣海，研究最為廣泛，盡管如此，它的起源，尤其是西菲律賓海的起源仍存在眾多爭議。

基于大洋鉆探和對稱于中央海盆擴張中心的磁異常條帶對比揭示西菲律賓海大部分地區(qū)為古近紀的洋殼，年齡約為60～33 Ma[14-15]。Uyeda和Ben Avraham[25]、Hilde等[15]提出，該盆地最初是太平洋板塊的一部分，二者以轉換斷層聯(lián)接，在大約43 Ma前太平洋板塊改變其運動時（即43 Ma彎折事件），轉換斷層變?yōu)楦_帶，從而捕獲圈閉而成為邊緣海。Karig[26]則提出，該盆地是始新世沿著沖大東海脊之南（即沖大東斷崖）的俯沖引發(fā)的弧后擴張形成的。

然而，海底拖網(wǎng)揭示西菲律賓海北部的奄美-大東-沖大東海脊區(qū)有侏羅紀或白堊紀的英云閃長巖、花崗閃長巖、安山巖和沉積巖[27-30]，在博寧弧前深處也發(fā)現(xiàn)有中生代巖石碎片[28]。部分學者認為奄美-大東-沖大東海脊具有島弧性質[22，31]，也有學者認為其具大陸塊性質[32]。

西菲律賓海最西部的花東海盆，拖網(wǎng)獲得的輝長巖也同樣得到了早白堊世的年齡（131～115 Ma），與來自臺灣蘭嶼島的含放射蟲硅質巖提供的117～113 Ma的年齡一致[33]。Qian等[34]利用加瓜海脊獲得的玄武安山巖的鋯石U-Pb年齡和Hf同位素系統(tǒng)，與華夏地塊進行了對比，認為加瓜海脊下有華夏地塊的大陸碎片，花東海盆是早白堊世華夏地塊大陸邊緣的弧后盆地。

西菲律賓海南部的帕勞海盆信息較少，拖網(wǎng)獲得的巖石有枕狀熔巖、含橄欖石的輝綠巖、橄欖石玄武巖等，雖未有年齡數(shù)據(jù)，但按照其南部相鄰的哈馬黑拉島、衛(wèi)古島的巖石推斷可能有中生代的基底。Hall等[35]認為哈馬黑拉島、衛(wèi)古島及周邊一些小島嶼是菲律賓海板塊的一部分，哈馬黑拉島東部的基底由與弧前火山巖和沉積巖相關的前晚白堊紀肢解的蛇綠巖組成，晚白堊世至始新世火山巖和沉積巖不整合覆蓋在蛇綠巖基底上。蛇綠巖的研究表明其大部分形成于與俯沖相關的弧環(huán)境，類似的蛇綠巖也在衛(wèi)古島上發(fā)現(xiàn)[2，35]。

菲律賓北部呂宋島（Isabela、Rapu-Rapu）、中部薩馬爾島（Samar、Tacloban、Malitbog）和棉蘭老島東部（Dinagat、Pujada）等地出露中生代上俯沖帶型（SSZ）蛇綠巖[36]。Lewis 等[37]認為，菲律賓中、東部的大部分地區(qū)在晚白堊世形成于弧環(huán)境中，古近紀早期的弧間伸展將大東盆嶺省與東棉蘭老-薩馬爾弧隔開。

菲律賓海溝是新近紀晚期（10 Ma以后）才形成的（對應的弧巖漿的年齡是8 Ma以來），東棉蘭老-薩馬爾弧地體與西菲律賓海的碰撞（早中新世，約10 Ma）引起了俯沖帶的躍遷[8]，從而在目前的菲律賓海溝形成了一個新的俯沖帶。東棉蘭老-薩馬爾地體、大東盆嶺省、部分博寧弧、哈馬黑拉-衛(wèi)古島等地的巖石在年齡和巖性上的相似性，使我們相信這些區(qū)域在白堊紀時是位于南半球親澳大利亞北緣（淺鉆巖心的碎屑鋯石年齡譜顯示與澳大利亞的親緣性，另文發(fā)表）的上俯沖帶陸緣?。ò糠执箨懰槠┑囊徊糠?，因古近紀弧間伸展和海底擴張而分離。

3.2 沿九州-帕勞海脊的板塊俯沖起始機制

板塊俯沖起始機制是板塊構造理論發(fā)展的關鍵和新方向，九州-帕勞海脊與現(xiàn)代伊豆-博寧-馬里亞納島弧在漸新世（約30 Ma）四國-帕里西維拉海盆打開之前連為一體，二者組成了古伊豆-博寧-馬里亞納島弧，是太平洋板塊向西菲律賓海俯沖的產(chǎn)物，記錄了板塊俯沖起始的信息，是了解板塊如何起始俯沖的典型地區(qū)[9]。

Hilde等[15]最早提出古伊豆-博寧-馬里亞納島弧的形成是由一條近南北向轉換斷層轉為俯沖帶。Stern等[8]提出了俯沖起始的兩種方式：自發(fā)俯沖和誘導俯沖。自發(fā)俯沖需要密度差，一般是一個洋殼對一個陸殼，或者一個老的洋殼對一個年輕的洋殼。然而這種因重力垮塌而引發(fā)的自發(fā)俯沖幾乎沒有新生代的實例[38]。數(shù)值模擬表明，所有沒有強制匯聚（即擠壓）的模型都不能發(fā)展出巖石圈范圍的不穩(wěn)定性，這表明在斷裂帶的整個巖石圈因密度差異自發(fā)地垮塌是非常不可能的，斷層流變學或幾何形態(tài)的組合在沒有應用強制匯聚的情況下不會產(chǎn)生自我維持的俯沖作用[21]。數(shù)值模擬還表明，如果斷裂帶被適度擠壓（強制匯聚），就會發(fā)生被動俯沖（誘導俯沖），并在大約匯聚100 km后（約5 Ma）實現(xiàn)俯沖的自我維持。穿過斷裂帶的初始匯聚傳遞到上覆板塊，從而使上覆板塊彎曲來適應擠壓[39]。在壓縮應力下，巖石圈的撓曲是匯聚環(huán)境中巖石圈破壞之前最常見的構造序列[40]。這種擠壓應力導致的抬升和變形在本文2.4節(jié)中提到的大東海脊、447井洋殼基底晚始新世之前的擠壓抬升剝蝕，以及在過447井的MCS01線深反射地震上見到的洋殼的整體同步性的彎曲變形（圖6）都有顯示。因此本文更傾向于認為沿九州-帕勞海脊的俯沖起始是受擠壓而引起的誘導俯沖。

對于強制匯聚的起因，由皇帝-夏威夷熱點軌跡43 Ma前后的轉向所指示的太平洋板塊運動方向的改變似乎是一個理想的解釋。43 Ma之前太平洋板塊NNW向運動，相對于歐亞大陸有利于形成走滑或轉換；而43Ma以后轉為NW向運動，相對于歐亞大陸有利于形成正向或斜向俯沖。然而對代表俯沖起始的博寧海脊前弧玄武巖的大洋鉆探和海底拖網(wǎng)的研究表明，沿古伊豆-博寧-馬里亞納弧的俯沖起始時間可能于52～49 Ma完成[28]，之后進入了自我維持俯沖階段。這個年齡顯然早于皇帝-夏威夷熱點軌跡43 Ma轉向的時間，該時期俯沖已經(jīng)進入自我維持階段，因此似乎是俯沖改變了運動方向，而不是運動方向的改變引起了俯沖。

始新世印度與歐亞大陸初始碰撞的遠場效應可能是沿古伊豆-博寧-馬里亞納弧俯沖起始的另一個合理解釋。印亞碰撞導致了大范圍的變形，包括喜馬拉雅的逆沖、西藏下方的地殼增厚以及東南亞的構造逃逸。Sun等[10]認為西太平洋的俯沖起始具有同步性，俯沖幾乎在約52 Ma同步開始，印度板塊的漂移速率在55～52 Ma急劇下降，表明二者之間發(fā)生了硬碰撞，從而引起了西太平洋板塊幾乎同時發(fā)生俯沖起始（誘導俯沖）。Li等[11]基于IODP351航次鉆孔中的49 Ma玄武巖中礦物形成的壓力研究表明，沿古伊豆-博寧-馬里亞納弧的起始俯沖存在擠壓環(huán)境，為被動的誘導俯沖。

然而52～49 Ma的起始俯沖時間既晚于西菲律賓海盆的初始擴張時間（約60 Ma），又早于大部分西菲律賓海海底擴張時間（48～33 Ma）[41]，前者說明沿古伊豆-博寧-馬里亞納的俯沖不是西菲律賓海盆早期擴張的原因，西菲律賓海盆的早期擴張是古伊豆-博寧-馬里亞納弧西側另外一個可能在中生代（如3.1節(jié)中提到的中生代上俯沖帶蛇綠巖）就已經(jīng)存在的俯沖系統(tǒng)造成。后者說明沿古伊豆-博寧-馬里亞納弧俯沖起始以后，隨著西菲律賓海盆的持續(xù)擴張，起始俯沖具有側向傳播性[38]，但擠壓應力仍是必不可少的條件，這就確定了沿中生代蛇綠巖地體俯沖起始的潛在位置，這些中生代地體現(xiàn)在位于西菲律賓盆地的邊緣（奄美-大東-沖大東海脊、花東海盆、東棉蘭老、哈馬黑拉、衛(wèi)古等）。而新生板塊邊界與殘留弧的緊密并列是新俯沖帶起源的關鍵因素[42]，這些中生代島弧地體通過轉換斷層與西太平洋連接，由于印亞碰撞的遠場效應，遭受擠壓逆沖作用從而引發(fā)約52 Ma的起始俯沖，當匯聚超過100 km（需要約5 Ma）后，俯沖進入自維持階段，從而形成了DSDP296站位揭示的早期（約48 Ma）的成熟弧巖漿作用，同時也驅動了西太平洋板塊運動方向的改變。目前在馬里亞納弧前的南部地區(qū)觀察到了與弧垂直的活動裂谷和巖漿作用[43]，即在一個方向的匯聚可以與在垂直方向的伸展共存。隨著西菲律賓海盆的持續(xù)擴張，在印亞碰撞持續(xù)的遠場擠壓效應以及自維持俯沖階段俯沖板塊的負浮力的聯(lián)合作用下，俯沖沿古伊豆-博寧-馬里亞納弧側向傳播，直到約33 Ma結束?；r漿可能在31 Ma結束，隨即發(fā)生弧的裂離，最終發(fā)展為海底擴張形成帕里西維拉海盆。這種側向傳播并不是連續(xù)的過程，更可能是脈動式的，這也與海底淺鉆碎屑鋯石以及反射地震剖面上看到的弧火山呈脈動式多期次噴發(fā)的特征相吻合。

應該指出的是，西菲律濱海的初始擴張是由哪個板塊（如消失了的伊澤奈岐板塊、東亞海板塊等）俯沖引起的，以及這些板塊之間的歷史配置關系仍存在不確定性。另外，從沿古伊豆-博寧-馬里亞納弧的俯沖起始，到西菲律濱海的持續(xù)擴張以及俯沖的側向傳播，再到弧的分裂和弧后擴張，這些過程的細節(jié)仍缺乏進一步的約束。

4 結論

（1）地震剖面揭示研究區(qū)所在的西菲律賓海盆發(fā)育上、下兩套不同粗細、不同來源的沉積物蓋層，下層序厚度差別大，多為火山物質，來源于九州-帕勞海脊的島弧火山作用，表現(xiàn)為向海脊方向的持續(xù)增厚；上層序厚度較為穩(wěn)定，為一套大洋的深水細粒沉積物。

（2）研究區(qū)西菲律賓海盆的莫霍面呈寬緩的褶皺狀，與沉積物之下的洋殼基底基本同步起伏，地殼厚度約6～8 km，接近全球平均洋殼厚度。帕里西維拉海盆西側的莫霍面深度大致在9.5 s以淺，地殼厚度約6～7 km，接近全球平均洋殼厚度。

（3）西菲律賓海盆是在中生代位于南半球親澳大利亞北緣的上俯沖帶陸緣?。ò糠执箨懰槠┑幕A上，因古近紀弧間伸展和海底擴張而逐步發(fā)展起來的。

（4）地震剖面和鉆井的綜合研究揭示沿古伊豆-博寧-馬里亞納弧的俯沖起始是印亞碰撞的遠場效應引起的誘導俯沖，俯沖過程伴隨著側向傳播和持續(xù)的擠壓應力場，直到約30 Ma開始島弧裂離。