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李家彪
（国家海洋局第二海洋研究所，杭州 310012）
摘要 由南海地球科学调查获得的地球物理数据，拖网岩石和沉积物柱样以及周边陆架勘探资料可知，南海存在中生代西北向地体拼合和新生代南东向地体裂离和碰撞。两条横贯南海南北的综合地质－地球物理剖面说明了南海的形成机制和构造动力学过程。南海地体系中，东沙地体、中沙－西沙地体、南沙地体和北巴拉望地体虽然各具特点，但在早白垩世期间却经历了相同的构造－岩浆事件，曾为一联合地体。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边缘拼贴、碰撞之后，新生代联合地体开始向南裂离，从而导致南海的形成。南海海盆东、西两区具有不同的构造形成机制，东区以海底扩张为特点，西区以地壳裂离为特征。裂离作用导致中沙－西沙地体、南沙地体和北巴拉望地体与北部大陆边缘分裂，并使其向南迁移。最终，南沙地体、北巴拉望地体在中中新世沿巴拉望海槽与卡加延火山弧和沙巴－沙捞越地体碰撞、固结。至此，地体的大规模水平运动宣告结束。
关键词 地体系 拼贴 裂离 碰撞
1 引言
南海作为西太平洋一个大型边缘海，具有独特的构造地位和复杂的演化历史，它由三个洋壳海盆（东部海盆、西南海盆和西北海盆）和一些减薄陆壳地体（中沙－西沙地体、南沙地体等）组成[1]（图1）。构造上南海东接马尼拉活动俯冲带，西濒越南大陆边缘平移断裂带（或称为“越南转换断层”），北邻中国华南被动大陆边缘，南与巴拉望休止俯冲带接壤[2～6]。
由于南海具有复杂的沉积系列、岩浆活动、构造样式、地壳组成和构造演化历史，因此在过去十多年中，各国（中国、美国、法国和德国等）相继在南海展开了大量地质、地球物理调查和国际合作研究[2.5～7]，其结果极大地提高了人们对南海的认识水平。
在众多地质问题中，南海的构造形成机制和动力学过程长期以来一直受到中外学者的普遍关注。为此，研究者从不同角度提出了一系列构造演化模式。其中，Taylor和Hayes[5,6]认为南海是由东南亚被动大陆边缘裂离而成，Taponnier等[8]认为印度板块对欧亚板块的挤入作用导致了南海的打开。另外一些学者[2,7,9,10]也提出了一系列相近或综合的观点，从而使南海构造演化的研究不断深入。然而，南海地体系裂离前的会聚过程及其特征，构造机制由会聚向裂离转化的确切时间及其原因，南海东、西两部分构造机制的差异，以及新生代南海地体系向南裂离、碰撞的构造过程等问题，目前依然认识不一，存在不少争议。
笔者根据中外南海地质、地球物理航次调查结果，结合周边陆架勘探资料，在建立两条贯穿南海南北的地质地球物理综合解释剖面的基础，运用地体构造分析方法，试图说明南海的形成和构造演化历史。
图1 南海构造略图
等深线单位：km；地形资料据G.Pautot[2]
2 南海地体系特征
地体作为一种构造演化分析方法，自80年代以来，已被广泛运用于大陆增生和地体的拼贴研究[11,12]。根据沉积系列、岩浆活动、变质作用、构造样式和地壳演化特点，南海及其南、北陆缘可识别出七大地体（图1）。它们是北部陆架－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。这些地体可进一步分成具有不同构造演化历史的三大系列。北部陆架－海南地体构成第一系列，东沙地体、中沙－西沙地体、南沙地体、北巴拉望地体构成第二系列，南巴拉望地体和沙巴－沙捞越地体构成第三系列（图2）。
北部陆架－海南地体位于华南大陆边缘南端，南侧以北东东向神狐－东沙构造带为界（图1）。该地体具有晚白垩世沉积－变质基底，并广泛发育晚白垩世花岗岩类。在海南省，褶皱的下白垩统被缺失上白垩统的沉积层不整合覆盖，广泛分布的中生代中酸性侵入岩和火山岩占全岛各时代岩浆岩总和的30%。这些中生代中酸性岩浆岩同位素年龄分布在151.9～70Ma之间，并主要落入110～70Ma区段之间[13]。另一方面，近年来陆架勘探揭示，南海北部陆架晚白垩世片岩至片麻岩组成的变质岩基底，已被老第三纪沉积层所覆盖，并普遍遭受同位素年龄在130～70Ma，主体年龄在100～70Ma的中酸性岩浆岩的侵入（图3）。两个地区共同经历了晚白垩世岩浆－变质事件。
东沙地体与北部陆架－海南地体不同，它位于神狐－东沙构造带以南的南海北部陆坡，岩浆活动以中基性为主，陆坡坡脚KD17拖网站位取得的辉长岩为早白垩世，钐－钕年龄为134Ma（图4）。地震剖面上，在水平的新生代盖层之下，基底具有反映褶皱冲断的反射结构（图5a），显示出东沙地体具有早白垩世岩浆－褶皱基底的特点。
中沙－西沙地体地球物理资料表明为一减薄的大陆地壳。西沙西永一井在晚第三纪沉积层下钻遇了前寒武纪高变质的花岗片麻岩。其钕－锶全岩年龄为627Ma，后期改造钾－氩年龄为68.9Ma[14]。1987年中德SO-49航次拖网获得了片麻岩（KD21）、闪长岩（KD35）和花岗岩（KD27）等基底岩石。中沙东坡拖得的花岗岩其云母和长石的钾－氩年龄分别为126.6Ma和119Ma（图4）。综上所述，中沙－西沙地体的基底为早白垩世岩浆－变质基底，后期又经历了晚白垩世构造的作用，从地层缺失情况看，其北部为强烈的基底剥蚀区。
南沙地体具有与中沙－西沙地体类似的特征。1982～1983年德国SO-23和SO-27航次已获得了大量岩浆岩和变质岩拖网资料。出露于礼乐滩西南翼的片麻岩的白云母和黑云母钾－氩年龄分别为122Ma和116Ma，而千枚岩的白云母和黑云母的钾－氩年龄分别为113Ma和104Ma。从礼乐滩北翼获得的变质岩其白云母钾－氩年龄为113Ma，角闪石钾－氩年龄为146Ma[15]（图4）。上述年龄资料表明，南沙拖网获得的基底岩石应属中侏罗世至早白垩世，而主体为早白垩世。结合桑普及塔一井（Sampaguita-1）资料，该地体具有早白垩世变质－沉积基底，并且北部以岩浆－变质基底为主，南部以沉积基底为主。
北巴拉望地体与南沙地体有类似的中生代构造演化特征。其东部和西部陆架浅海已钻遇了侏罗纪和白垩纪岩石[6,9]。在东部陆架浅海区，超基性岩被可能是晚白垩世的弱分选的与粘土石英岩所覆盖；而西部陆架浅海区，上侏罗统至下白垩统的页岩和碳酸盐岩建造具有与礼乐滩相似的沉积环境（图2）。
图2 南海地体演化关系图
南巴拉望地体和沙巴－沙捞越地体具有相似的中、新生代构造演化历史，但又明显不同于上述其它地体。这两个地体具有类似的早白垩世蛇绿岩和晚白垩世—早第三纪破碎建造。两区域中始新世早期（有可能为晚渐新世）至早中新世的克罗克（Crocker Formation）碎屑岩系已遭受褶被，并向北西逆冲，与年代可能为晚白垩世—早始新世的破碎沉积岩系构造混杂，肢解了已部分变质为角闪岩的早白垩世蛇绿岩[10]（图2）。
图3 神狐－东沙构造带及其以北陆架钻井取得的岩浆岩和变质岩的同位素年龄分布图
3 中生代地体系的拼贴和增生
中生代南海北部大陆边缘构造演化是追溯南海地体系早期演化历史的关键，因此长期以来一直是地质界关注的焦点。一般认为晚中生代以来南海北部大陆边缘属安第斯型活动大陆边缘[5,6,9]，但该大陆边缘俯冲带的确切位置和休止时间目前仍然意见不一[1,4～6]。近年来陆架的地质勘探和海南的地质研究为这些问题的解决提供了思路。
详细的花岗岩类地质研究表明，中生代海南岛花岗岩类明显形成于活动大陆边缘。这些主要由花岗闪长岩和二长花岗岩组成的花岗岩类的年龄变化区间为110Ma至70Ma[13]。化学分析表明，SiO2含量为59.62%～77.24%,A/KNC值小于1.1（一般小于1.0），KNA值变化在0.90～0.50之间，因此具有典型的钾钙系列演化趋势。AFM和R1—R2三角图上，岩浆演化趋势与美洲西岸大陆边缘岩浆演化趋势一致[13]。上述资料表明，南海北部安第斯型大陆边缘不仅存在，而且一直活动至晚白垩世。
在北部陆架－海南地体和东沙地体之间，存在着一条十分重要的地质界线，即神狐－东沙构造带，它沿着南海北部大陆边缘上一条大型构造隆起带延伸[1,13]（图1）。在该隆起带上，大量分布中生代逆掩断层、逆冲断层和大型褶皱等压性构造和基性、超基性岩浆岩。构造带两侧的岩浆、变质作用截然不同。北侧，中酸性岩浆系列被认为形成于晚白垩世安第斯型大陆边缘，同期的变质岩类也被钻探所证实；而南侧，在东沙地体中拖网取得了早白垩世的中基性岩浆系列，东沙东部、台湾附近的北港和通良一井（Beigang和Tongliang-1）揭示的变质地层中含有早白垩世的Ammonoidea和Mollusca动物群化石[1,16]。该构造带同时对应一大型基底剥蚀带，地震剖面上，基底和沉积盖层之间清晰地存在一个高角度的不整合面；声纳浮标剖面上，遭受减薄甚至完全缺失上地壳的异常地壳被沉积盖层直接覆盖[17]。因此有理由认为该构造带先前是一条沿着华南沿海的安第斯型俯冲带，至晚白垩世，由于地体拼贴而转化为一条构造碰撞带。
图4 东沙地体、中沙－西沙地体和南沙地体拖网取得的岩浆岩和变质岩的同位素年龄分布图
事实上，自加里东运动以来，华南大陆经历了构造地体向东南复杂增生的历史。燕山运动期间，一系列岩浆岩带沿华南大陆边缘逐步形成，并随时间的推移向东南迁移。分布于浙江、福建、广东沿海的一条晚侏罗世至早白垩世安第斯型岩浆岩带巍巍壮观，其同位素年龄主要为150～125Ma。此后，岩浆演化发生变化，一条早白垩世（125～100Ma）地壳重熔型花岗岩带在其东南形成。近年来，陆架钻探表明，在北部陆架－海南地体和神狐－东沙构造带中存在一条晚白垩世（110～70Ma）的地壳重熔型岩浆岩带（图3）。构造作用和岩浆活动的时空变化表明华南大陆向东南的地体增生一直持续到晚白垩世。
图5 南海地震剖面图（位置见图1）
a—北部陆坡；b—东部海盆；c—西南海盆
在神狐－东沙构造带南侧，东沙地体、中沙－西沙地体、南沙地体和北巴拉望地体虽然目前彼此分离，但都经历了相同的晚白垩世岩浆－变质构造事件。地体中拖网或钻探所获得的岩浆岩和变质岩的同位素年龄分布在146～104Ma之间，主体区间为125～110Ma（图4）。上述4个地体的中基性岩浆活动与同期华南及北部陆架－海南地体中的中酸性岩浆活动形成鲜明的对照，从而揭示了上述四个地体至少当时与华南大陆无关，而可能在早白垩世是一个联合地体（图2），晚白垩世沿神狐－东沙构造带俯冲，并最后拼贴、增生于华南大陆边缘。
4 新生代地体系的裂离和碰撞
伴随中生代联合地体北西向拼贴的结束，新生代开创了南海地体系向东南裂离和碰撞的新纪元。至始新世印度板块向亚洲大陆挤入之后[8]，华南大陆边缘由会聚转而沿越南陆缘平移断裂这一西界向南进行大规模平移、分裂。越南陆缘平移断裂自始新世以来表现为大型右行平移断裂，并且仅在28Ma至20Ma之间就错位160km[3]。北部大陆边缘相继形成大量地堑、地垒，并最终分裂，导致南海三个海盆的形成（图5a）。为了更好地说明南海地体系新生代演化，利用中德“南海地球科学联合研究”航次调查和其它有关资料，选择两条穿切南海主要构造单元的北北西向剖面（图6），结果表明南海东、西两部分存在不同的裂离机制。
西北海盆具有洋壳的特征，由于存在渐新世沉积层，因此是3个海盆中最老的一个海盆。然而根据下地壳或上地幔存在低密度异常体（重力莫霍面较声纳浮标莫霍面深1.3～1.5km）和中至偏高的热流（78～98mW·m-2，平均88.5mW·m-2），表明该海盆晚期存在强烈的构造运动。
图6 南海综合地质－地球物理解释图（位置见图1）
Moho—莫霍面（实线为重力莫霍面，点划线为地震莫霍面）；SP—地震炮点号；剖面Ⅰ（上图）和剖面Ⅱ（下图）显示了南海沉积盖层、基底、断裂和莫霍面的分布特征
东部海盆也具有洋壳的特征，磁异常条带对称分布并呈东西走向。重力和声纳浮标获得的莫霍面中部浅（12～13km），向南、北变深（15～16km）。与西南海盆不同，该海盆基底十分平坦（图5b）。上述特征和高热流说明东部海盆具有更新的扩张历史（32～17Ma）[5,6]。
西南海盆根据重力、磁力和声纳浮标资料虽具有洋壳性质，但和典型洋壳相比又有显著的差异。虽然其热流（88～152mW·m-2，平均108mW·m-2）和水深明显高于东部海盆，而重、磁异常又低于东部海盆。地震剖面反映基底十分“粗糙”（图5c），并由大量西南走向的断块组成。重力反演莫霍面中部浅（10km），向两侧变深（16km），但磁异常条带却很难识别。这种矛盾现象正好说明西南海盆与东部海盆具有不同的构造动力机制。
重、磁异常以及地层、构造和地形地貌研究表明南海中部存在一条北北西向大型平移断层，它南起巴拉望的乌鲁根（Ulugan），向北经礼乐滩和中沙东侧斜坡一直向北部陆架延伸。该断层造成了两侧不同地层、构造、重磁异常的直接对接，控制了地形和火山喷发，是南海东、西两个构造区域的分野。它的存在导致了南海海盆东、西两侧的不同构造机制，即东侧的海底微扩张，西侧的地壳减薄和裂离。
新生界地震层序对比和地震相分析表明，南海又可以礼乐滩西北端为界分为构造形式明显不同但又密切相关的南、北两段。北段构造以陆缘裂离造成的箕状断陷和地堑为特征（图5），多道地震对比表明，划分下部断陷扰动层序与上部水平披盖层序的不整合面十分醒目，而且由北向南层位越来越新，与南端巴拉望陆架钻井进行联井（ABOABO-1）对比表明其时代为中中新世中期，说明南海地体系大规模向南裂离中止于中中新世晚期。
南段构造以碰撞、前陆褶皱、冲断为特征（图7）。多道地震表明，在水平披盖层之下，存在大量前中中新世地层和基底的冲断推覆。这些逆冲推覆断层大多沿不整合面或间断面发育，并将地层分隔成一系列叠瓦式的冲断岩片，从而造成地层的重复、增厚。该逆冲推覆层序与南沙减薄陆壳一起下插于巴拉望海槽之下。多道地震剖面上，前中中新世碳酸盐岩相地层顶面的低频强振幅反射结构在巴拉望海槽之下可连续追踪。上述特点表明，北巴拉望地体和南沙地体在向南裂离的过程中，曾与卡加延火山弧、南巴拉望地体和沙巴－沙捞越地体发生俯冲、碰撞，并最终于中中新世（14～15Ma）固结[10]。
图7 南沙地体的地震剖面及其地质解释（位置见图1）
T1—晚中新世末；T2—中中新世中期；T4—早中新世末；SP—地震炮点号
南海的新生代地壳演化是在向南陆缘裂离的机制下形成的，这种陆缘裂离作用自始新世开始，并造成中沙－西沙地体、南沙地体和北巴拉望地体与北部陆缘分离，向南迁移。最终，代表裂离前锋的南沙地体和北巴拉望地体与卡加延火山弧、南巴拉望地体和沙巴－沙捞越地体在中中新世碰撞、固结，从而导致卡加延火山弧的休止和巴拉望、Bukit Mersing蛇绿岩带的形成[10,18]。
5 结论
根据沉积系列、岩浆活动、变质作用、构造样式和地壳演化特点，南海及其南、北陆缘可识别出七大地体，并可分成具有不同构造演化历史的三大系列。北部陆架－海南地体构成第一系列，东沙地体、中沙－西沙地体、南沙地体、北巴拉望地体构成第二系列，南巴拉望地体和沙巴－沙捞越地体构成第三系列。
第二系列地体虽然目前彼此分离，但在早白垩世期间经历了相同的构造事件，曾为一联合地体。亲缘性分析表明它们与南巴拉望和婆罗洲无关。
自加里东运动以来，华南大陆经历了构造地体向东南复杂增生的历史。燕山运动期间，一系列安第斯型岩浆岩带沿中国东南大陆边缘形成，并随时间向东南迁移。在联合地体晚白垩世完成向北西与华南大陆边缘拼贴、碰撞之后，新生代开始了向南裂离，从而导致南海海盆的形成。
新生界南海海盆东、西两侧存在不同构造机制，即东侧的海底微扩张，西侧的地壳减薄和裂离。
裂离作用导致中沙－西沙地体、南沙地体和北巴拉望地体与北部大陆边缘的分裂，并向南迁移。最终，南沙地体、北巴拉望地体在中中新世晚期沿巴拉望海槽与卡加延火山弧，南巴拉望地体和沙巴－沙捞越地体碰撞、固结。至此，地体的大规模水平运动宣告结束。
致谢 本文是国家自然科学基金“南海地体系演化”课题的一个组成部分；研究过程中承蒙金翔龙教授的大力支持和指导，在此深表感谢。
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