中國南海的形成演化及動力學(xué)機制研究綜述.doc

1、中國南海的形成演化及動力學(xué)機制研究綜述黎明碧 1, 2, 金翔龍 2( 1. 浙江大學(xué) 理學(xué)院, 杭州 310027; 2.國家海洋局 海底科學(xué)重點實驗室, 杭州 310012)摘要: 南海是西太平洋最大的邊緣海之一, 蘊藏著豐富的油氣等礦產(chǎn)資源, 同時又處于歐亞、太平洋、印- 澳三大板塊的交會處。南海的形成、演化和動力學(xué)機制一直是地學(xué)界的研究熱點之一。本文對國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于南海形成演化和動力學(xué)機制的主要觀點進行了綜述, 并指出了存在的問題。關(guān)鍵詞: 南海; 形成和演化; 動力學(xué)機制; 綜述中圖分類號: p548文獻標識碼: a文章編號: 1001- 7119( 2006) 01- 0016-

2、05review of resear ch on the for mation, evolution anddynamic mechanism of south china seali ming-bi1, 2, jin xiang-long2( 1.college of science, zhejiang university, hangzhou 310027, china;2. key lab of submarine geosciences, soa, hangzhou 310012, china)abstr act: south china sea is one of the bigge

3、st marginal seas, which locates on the interacting zone of euro-asian plate,pacific plate and indian-australia plate, and contains rich mineral resources such as oil and gas. the formation, evolu- tion and dynamic mechanism of south china sea have always been a hot topic in geological study. in this

4、 paper the main views of the topic have been summarized and the issues needed to be further studied have also been pointed out.key wor ds: south china sea; formation and evolution; dynamic mechanism; review南海是西太平洋最大的邊緣海之一, 面積約350 萬 km2, 整個海域幾乎被大陸、半島和島嶼所 包圍, 平均水深 1212 m, 最大水深 5377 m。南海 的構(gòu)造單元劃分由于不同學(xué)者、

5、不同的理論而有 所差異。一般認為, 南?？煞譃橐韵轮饕獑卧? 由 周圍陸架和陸坡組成的陸緣, 中央海盆( 可進一 步分為西南次海盆、西北次海盆和東部次海盆) ,西沙- 中沙地塊、南沙地塊及與地塊相鄰的西沙海槽和南沙海槽等。南海以其蘊藏的油氣等豐富 的礦產(chǎn)資源, 又處于歐亞、太平洋、印- 澳三大板塊的交會處, 歷來成為地學(xué)研究的熱點之一, 其成因和演化更是倍受關(guān)注?？v觀南海成因研究的 歷史, 不同學(xué)者、不同理論眾說紛紜, 幾乎地學(xué)界 不同時期的不同理論均在南海成因研究中得到收稿日期: 2004- 08- 14基金項目: 國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目資助( 編號: g20000467)作者簡介:

6、黎明碧( 1963- ) , 男, 廣西隆安縣人, 教授級高工, 主要從事海洋地質(zhì)地球物理研究。大陸邊緣的洋側(cè)優(yōu)地槽帶。新生代, 在區(qū)域拉張應(yīng)力場背景下, 陸殼斷裂解體, 陸塊分離漂移, 呈 多期、多軸向洋一側(cè)擴散, 地幔物質(zhì)上涌, 形成邊關(guān)于南海形成演化的主要觀點1緣海的新生洋殼, 局部完成陸殼向洋殼的演化。南海的地質(zhì)調(diào)查始于 20 世紀 20 年代, 當(dāng)時主要開展測深和淺海的底質(zhì)取樣, 較系統(tǒng)的地質(zhì) 地 球物理 調(diào)查開 始于 20 世 紀 60 年代 , 20 世 紀其過程大致可分為三個階段: ( 1) 晚白堊紀- 早漸新世的北東向陸緣斷裂解體階段; ( 2) 中漸新世-早中新世的南北向海

7、底擴張階段; ( 3)后的反向海溝及大規(guī)模斷陷階段。中新世以80 年代南海油氣資源勘探全面展開,南海的地質(zhì)地球物理調(diào)查也進入高潮。隨著南海地質(zhì)地球物理資料的不斷積累和研究的不斷深入, 國內(nèi)出 版了一系列的專著、圖集和論文16。國內(nèi)外不同 學(xué)者根據(jù)掌握的資料、從不同角度、依據(jù)不同的 理論對南海成因進行了研究, 提出了不同的成因 觀點, 大致可分為以下三類:20 世紀 80 年代后期劉昭蜀等12結(jié)合板塊理論并吸收了陳國達的地臺活化學(xué)說, 提出了南海 成因的“陸緣擴張”觀點, 認為南海是在華南安第斯山型活動大陸邊緣背景上, 區(qū)域應(yīng)力場從擠壓 轉(zhuǎn)為松弛, 地幔向洋一側(cè)蠕散, 陸緣斷裂解體, 海 底多期

8、多軸擴張, 陸( 島) 塊向洋擴散過程中形成的陸緣地塹系。該觀點雖引入了地幔流動、海底 擴張等新認識, 但基礎(chǔ)仍為陸殼洋化?；『髷U張觀點最早提出關(guān)于南海成因的觀點是 karig 的弧 后擴張說7, 在研究以日本海為代表的西太平洋 系列邊緣海時, 將南海列入與弧后擴張有關(guān)的邊 緣海。但該學(xué)說很快受到質(zhì)疑: ( 1) 1973 年 ben- avraham 和 uyeda8在南海中部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了近東 西走向的磁條帶, 走向和被視為南海的島弧組成 部分的菲律賓弧近乎垂直, 這些是弧后擴張說難 以解釋的。( 2) 如果南海屬弧后盆地, 則擴張過程 中南移的南沙、北巴拉望地塊至少在第三紀時應(yīng) 屬島弧性質(zhì),

9、 但北巴拉望的第三系由碳酸鹽巖組 成, 南沙禮樂灘上發(fā)育了早第三紀陸源砂頁巖地 層及漸新世以來的碳酸鹽沉積, 為半深海至淺 海、濱海環(huán)境的產(chǎn)物, 均缺乏島弧型火山巖9; ( 3) 南海海山上拖網(wǎng)獲得的樣品屬于堿性玄武巖和 介于拉斑玄武巖和堿性玄武巖之間的過渡型玄 武巖, 這些巖樣類似于大洋盆地中的海山巖石, 而弧后盆地中卻較少見到, 這一特征也支持南海 海盆并非弧后盆地9。1.1海底擴張說海底擴張說認為南海大陸邊緣屬于大西洋 型被動大陸邊緣, 南海海盆是經(jīng)過海底擴張形成 的, 海盆基底為完全的洋殼。該觀點目前已為大 多數(shù)學(xué)者所接受。1978 年 bowin 13 等 根 據(jù) 在 呂 宋 島 以

10、 西 的 海 域發(fā)現(xiàn)的磁異常帶, 推測南?？赡茉谥猩冉?jīng) 歷了一期海底擴張, 把加里曼丹從亞洲大陸分開 并推向南方; 然后在第三紀中期, 洋殼再次裂開, 形成新一期海底擴張, 方向為北東向。按照該模 式, 南?，F(xiàn)今的洋殼應(yīng)由兩側(cè)的中生代洋殼和中 間的新生代洋殼組成, 但中生代洋殼至今尚未證 實。1980 年 b taylor 和 d e hayes14首次把南海 的條帶磁異常與全球地磁反轉(zhuǎn)時間表進行了系 統(tǒng)對比, 在南海海盆中部識別出編號為 11- 5d 的一系列條帶磁異常, 代表年齡為 3217 ma, 這些磁條帶為近東西向, 在北緯 15°左右有一東西 向的海底山鏈與磁異常條帶

11、平行, 且海山鏈兩側(cè)的磁異常條帶具有明顯的對稱性, 因此海山鏈被推測為已停止的擴張軸, 南海海盆被認為是在晚 漸 新 世 - 早 中 新 世 由 海 底 擴 張 形 成 。 1982 年 holloway15根據(jù)菲律賓的巴拉望斷塊的地層研究 及其與亞洲大陸的關(guān)系, 特別是南海及周緣地區(qū) 中新生代區(qū)域不整合的對比研究, 提出了南海形1.31.2陸殼洋化觀點認為南海海盆是在原南海地臺或斷塊的基礎(chǔ)上經(jīng)地殼拉張、減薄洋化而成。早期主要代表有黃汲清10的“南海地臺”說和張文佑11的“南海 斷塊”說等。斷塊學(xué)說認為南海斷塊經(jīng)晉寧運動 后, 可能成為中國古陸的組成部分。雖經(jīng)古生代 至中生代的多次古陸的解體與

12、拼合, 仍長期處于 隆起剝蝕狀態(tài)。燕山旋回晚期, 地處活動大陸邊 緣的南海斷塊發(fā)生斷裂和塊斷活動, 成為活動大科 技通 報第 22 卷18成擴張的階段劃分和重建圖。1983 年, b taylor和 d e hayes16在“維瑪號”調(diào)查船南海調(diào)查所獲 得的新資料的基礎(chǔ)上, 總結(jié)前人的研究成果, 提出了南海擴張演化的基本模式。至此, 南海海底 擴張成因及其演化歷史的基本框架得以確立并廣為接受。根據(jù)這個模式, 南海的形成演化可分 為如下幾個階段: ( 1) 中侏羅紀- 中白堊紀, 原始東南亞邊緣是一個安第斯山型的島弧。北巴拉望- 禮樂灘- 北康暗沙微陸塊是這一邊緣的弧前 地區(qū)。沿原始中國邊緣發(fā)生

13、的島弧火山活動于85 ma 停止。( 2) 白堊紀末或古新世初期- 早漸新 世, 原始中國邊緣發(fā)生斷裂活動。( 3) 晚漸新世-早中新世, 南海盆地東部發(fā)生海底擴張活動, 盆 地西部的張開推測是海底擴張和地殼拉張綜合作用的結(jié)果。南海盆地的張開, 使北巴拉望- 禮樂 灘- 北康暗沙從亞洲大陸分離出來。( 4) 晚中新世以后, 南海盆地及邊緣地區(qū)以大幅度沉降為主,推測是由連續(xù)的熱收縮引起。中新世( 2617 ma) , 呈近南北向擴張。并認為東區(qū)擴張脊的南移可能與不對稱擴張有關(guān)。姚伯初等19,20認為南海海盆受周緣大陸運動 制約, 具有多擴張中心和多期海底擴張?zhí)攸c。海 盆中有三個殘留的海底擴張中心

14、, 并發(fā)生過兩次 海底擴張。第一次海底擴張發(fā)生在晚始新世- 早 漸新世, 擴張方向為北西- 南東向, 產(chǎn)生了南海西 北次海盆和西南次海盆; 第二次在晚漸新世- 早 中新世, 擴張方向近南北向, 形成南海中央海盆。( 2) 先南北向擴張, 后北西- 南東向擴張1992 年吳金龍等21根據(jù)中法合作南海海洋 調(diào)查結(jié)果, 利用實測的地質(zhì)、地球物理資料, 較詳 細地研究了南海古擴張脊的地貌- 構(gòu)造特征及與 磁異常條帶的關(guān)系等, 認為南海經(jīng)歷了兩期海底 擴張過程, 并提出了海底擴張的兩種可能模式。 第一期擴張始于中漸新世( 32 ma) , 南海東部發(fā) 生南北向擴張, 形成南海東部東西向磁條帶和東 西向脊

15、。第二次大約在早中新世( 20 ma) , 為北 西- 南東向擴張。( 3) 南海經(jīng)歷了三期次生擴張金翔龍22通過對西太平洋三個主要邊緣海:日本海、東海和南海的形成和演化史的研究, 認 為邊緣海的歷史就是那些組構(gòu)邊緣海的邊緣海 盆地的演化史。邊緣海盆生成于次生擴張, 而次 生擴張又源于板塊碰撞時大洋板塊俯沖過程中 摩擦- 生熱所產(chǎn)生的次生對流。邊緣海盆的形成 演化始終伴隨著地殼的轉(zhuǎn)化。南海有三期次生擴 張: 最早的擴張( 白堊紀) 發(fā)生于南海的北部陸架 盆地, 走向 ne85°的次生擴張形成西北次海盆 ( 約為漸新世) , 走向 ne85°和走向 ne48°的次生

16、 擴張形成東部次海盆和西南次海盆 ( 漸新世- 中 新世) 。南海擴張和演化的幾個新模式20 世紀 80 年代以來, 隨著南海海洋調(diào)查和 研究的不斷深入, 我國學(xué)者應(yīng)用新資料, 就南海 擴張方式、期次提出了新的認識, 提出了南海擴 張和演化的新模式。但在南海多期擴張及時間關(guān) 系上引起了較大爭議, 提出了不同的認識。主要 包括以下幾種觀點:( 1) 先北西- 南東向擴張, 后南北向擴張1986 年茹克等17從南海北部及周緣沉積盆 地和區(qū)域斷裂的發(fā)育入手, 揭示了南海自晚白堊紀以來曾發(fā)生了三次陸殼張裂活動, 分別始于晚白堊世、晚始新世和中中新世。其中后兩次與海 底擴張有關(guān), 同時利用大量地磁、熱流

17、和基底深 度等資料對洋殼年齡進行估算, 認為西南部( 約55 ma) 比東部和西北部( 3632 ma) 老, 是不同期 擴張的產(chǎn)物, 據(jù)此推斷, 南海至少經(jīng)歷了三次張 裂和兩期海底擴張。1.4南海擴張及其動力學(xué)機制2呂文正等 根據(jù)對 60000 km 新資料的分18雖然不同研究者根據(jù)不同資料得出關(guān)于南海擴張時間和期次上存在不同的認識, 但在南海 擴張成因這點上是一致的。關(guān)于南海擴張的起因 和動力學(xué)機制的研究也取得了較大進展, 一般認 為, 南海的擴張和演化是太平洋板塊俯沖和印度 板塊與亞洲板塊碰撞共同作用的結(jié)果, 但在具體 的機制和演化階段劃分上仍存在較大爭議。其中影響較大的是 tappon

18、nier 等2325的解釋析, 認為南海中央海盆磁異常是一種新的邊緣海條帶磁異常類型, 并提出了南海中央海盆擴張的 新模式, 對南海海盆的構(gòu)造發(fā)展史劃分了三個擴 張期: 第 一期擴 張發(fā)生 于 晚 白 堊 紀- 早 古 新 世 ( 7063 ma? ) , 擴張方向為北西- 南東向; 第二期 擴張于中漸新世- 漸新世末( 32? 26 ma) , 呈北北 西- 南南東向擴張; 第三期擴張發(fā)生于漸新世- 早致印支地塊向南東方向的長距離滑移 ( 700 km或更大) , 紅河斷裂為左旋走滑。印支地塊向南東 滑移的同時, 促使加里曼丹地塊南移、南海擴張。根據(jù)這一模式, 南海是被動成因, 深部地幔隆起

19、 是由地殼拉張、巖石圈減薄引起的。該模式存在的主要問題是物理模擬未考慮垂向變形, 與實際 情況即碰撞后青藏高原大規(guī)模隆升不符, 導(dǎo)致模式中認為紅河斷裂的長距離滑移。另外, 據(jù)龔再生等20研究, 沿紅河裂谷的鶯歌海盆地及印支地 塊東側(cè)的歸仁- 萬安北盆地等早第三紀均以伸展 性裂陷和右旋走滑為主, 也與該模式不符。李思田等26,27根據(jù)天然地震層析研究成果, 結(jié)合衛(wèi)星重力和區(qū)域地質(zhì)特征, 提出用地幔柱為 主導(dǎo)因素的模式來解釋南海及其邊緣盆地的成 因, 認為地幔柱引起的局部對流, 加之與巖石圈 底部的摩擦導(dǎo)致大面積的伸展, 但關(guān)于南海地幔 柱的形成需要尋找更多的證據(jù)。姚伯初等19,20認為印度板塊和

20、歐亞大陸碰撞 后, 改變了亞洲大陸下的上地幔流場, 而俯沖的 太平洋巖石圈則阻擋了上地幔流場向東流動。這 樣, 在南海地區(qū), 西部的上地幔流場是向東南方 向的, 而東部的流場是向南的。這可能是南海海 盆的多擴張中心及多次海底擴張的原因。張訓(xùn)華等28,29也認為南海海盆是在歐亞、太 平洋和印澳三大板塊共同作用過程中, 由于巖石 圈的碰撞、擠壓和下部軟流圈地幔物質(zhì)在南海地 區(qū)運動方向改變所致。并認為南海海盆范圍內(nèi)不 具備地幔對流形成海底擴張的條件, 提出南海海 盆是在區(qū)域內(nèi)地幔單向流動所形成的統(tǒng)一應(yīng)力 場下形成的, 其被動大陸邊緣南北兩邊的不對稱 是必然的。深部動力學(xué)研究3032表明, 南海地幔具

21、有明 顯的不均一性, 出現(xiàn)對流環(huán)和局部柱狀對流上升 區(qū), 這兩種不同對流方式的共同作用, 形成南海 的多期擴張和擴張?zhí)攸c的多樣性。另外, 李家彪33等嘗試用地體學(xué)說解釋南海 的擴張和演化, 提出了關(guān)于南海成因和演化的新 認識。認為南海及南、北陸緣可識別出七大地體: 北部陸架- 海南地體、東沙地體、西沙- 中沙地體、 南沙地體、北巴拉望地體、南巴拉望地體和沙巴- 沙撈越地體。其中東沙地體、西沙- 中沙地體、南一聯(lián)合地體。親緣性分析表明它們與南巴拉望和婆羅洲無關(guān)。在晚白堊世完成向北西與華南大陸 的拼接、碰撞后, 新生代聯(lián)合地體開始向南裂離, 導(dǎo)致南海形成, 東區(qū)以海底擴張為主, 西區(qū)以地 殼裂離為

22、特征。結(jié)語3綜上所述, 關(guān)于南海成因的觀點不盡相同,根據(jù)其理論基礎(chǔ)和成因模式特征, 主要觀點大致 可分為兩個大類型: 一類是以槽臺說為基礎(chǔ), 另 一類是以板塊理論為基礎(chǔ)。后期雖有融合槽臺說 和板塊理論的成因解釋, 但其槽臺說的根基仍依 稀可見。相比之下, 槽臺說為基礎(chǔ)的似乎更宏觀, 以海底擴張為基礎(chǔ)的更具體些, 易于得到地球物 理等調(diào)查資料的驗證。總體上, 南海形成演化方面仍存在一些問 題, 有待于進一步深入研究, 主要包括( 1) 南海的磁異常條帶及與全球的對比; ( 2) 南海擴張方式、期次, 以及東部次海盆、西北次海盆和西南次海盆的成因關(guān)系; ( 3) 南海擴張在陸緣的表現(xiàn); ( 4)太

23、平洋板塊俯沖和印度板塊與亞洲板塊之間的作用與南海演化的關(guān)系; ( 5)部邊緣的對比等。南海北部邊緣和南針對上述問題, 下一步研究應(yīng)重點加強南海海盆擴張方式和南、北部邊緣構(gòu)造和沉積演化對 比研究; 通過對東部次海盆、西北次海盆和西南 次海盆的成因和對比分析, 結(jié)合西太平洋邊緣海 構(gòu)造演化研究, 全面揭示南海擴張歷史及其動力學(xué)機制。隨著南海調(diào)查的不斷深入, 以及新技術(shù)、新手段和新理論的應(yīng)用, 特別是深海鉆探 184 航次的完成34, 為南海研究提供了新的資料 , 南海 的地形地貌勘測也為南海海盆的擴張?zhí)峁┝诵碌淖C據(jù)35,36。相信隨著資料的不斷積累, 一定會給 南海的形成演化研究帶來新的思路, 提

24、出新的認識。參考文獻: 1 金慶煥 主編. 南海地質(zhì)與油氣 資 源 m. 北 京 : 地 質(zhì) 出版社, 1989. 2 jin xianglong, h r kudrass, guy pautot. marine geolo-科 技通 報第 22 卷20與第四紀地質(zhì) 1996, 16(2): 1- 12.gy and geophysics of the south china sea m. beijing,china ocean press, 1992.金翔龍 主編. 南海地球科學(xué)研究報告 j 東海海洋,1989, 7( 4) : 1- 92. 21吳金龍, 韓樹橋, 李恒修, 等.南海中部古

25、擴張脊的構(gòu) 3造特征及南海海盆的兩次擴張 j. 海洋學(xué)報, 1992,14(1): 82- 96.金翔龍. 中國及鄰區(qū)邊緣海的演化a. 見: 30 屆國 際地質(zhì)大會文集 第 13 卷 c. 北京: 地質(zhì)出版社,1997, 35- 43.tapponier p, peltzer g, le dain a y, et al. propagat- ing extrusion tectonics in asian: new insights from simple experiments with plasticine j. geology, 1982,10: 611- 616.tapponier p

26、, peltzer g , armijo r. on the mechanics of collision between india and asia a. in: coward m. p. (ed.) collision tectonicsc. ries. geol. soc. spec. publ. 19, 1986, 115- 157.tapponnier p, lacassin r, leloup p h, et al. the ailao shan/red river metamorphic belt: tertiary left- lateral shear between in

27、dochina and south china j. nature, 1990 ,343(1): 431- 437.龔再生, 李思田, 謝泰俊, 等. 南海北部大陸邊緣盆地分析與油氣聚集m. 北京: 科學(xué)出版社, 1997, 111-126.任建業(yè), 李思田. 西太平洋邊緣海盆地的擴張過程和 動力學(xué)背景 j. 地學(xué)前緣, 2000, 7( 3) : 203- 212.地質(zhì)礦產(chǎn)部第二海洋地質(zhì)調(diào)查大隊.南海地質(zhì)地球物 4 22理圖集1987.( 1: 200 萬) m.廣州: 廣東省地圖出版社, 5劉光鼎 主編. 1:5000,000 中國海區(qū)及鄰域地質(zhì)- 地球物理系列圖m. 北京: 地質(zhì)出版社,

28、 1992.劉光鼎 主編. 中國海區(qū)及鄰域地質(zhì)地球物理特征m.北京: 地質(zhì)出版社, 1992.karig d e. origin and development of marginal basins in the western pacific j. j. geophy. res., 1971, 76:2542- 2561.ben-avraham, z s uyeda. the evolution of china basin and the mesozoic paleogeography of borneo j. earth planet sci. lett. 1973, 18: 365-

29、376. 23 6 7 24 8 25金性春, 周祖翼 , 汪 品 先.大 洋 鉆 探 與 中 國 地 球 科 學(xué) 9m. 上海: 同濟大學(xué)出版社, 1995, 216- 222.黃汲清. 中國大地構(gòu)造及其演化 m. 北京: 科學(xué)出 版社, 1980, 80- 104. 10 26張文佑. 中國及鄰區(qū)海陸大地構(gòu)造 m.出版社, 1986, 344- 356.北京: 科學(xué) 11 27中國科學(xué)院南海海洋研究所地質(zhì)構(gòu)造研究室.南海 12地質(zhì)構(gòu)造與陸緣擴張 m. 北京: 科學(xué)出版社, 1983.bowin c o , lu r c , lee c s et al. plate conver- genc

30、e and accretion in taiwan-luzon region j. aapg bull. 1978, 62: 1645- 1762.b taylor, d e hayes. the tectonic evolution of south china sea basin (a). in d e hayes(ed.) : tectonic and geologic evolution of southeast asian seas and islands c. geophys.monogr. 23, washington d.c. agu, 1980,89- 104.hollowa

31、y n h. north palawan block, philippines-its re- lation to asian mainland and role in evolution of south china sea j. aapg bull. 1982, 66: 1355- 1383.b taylor, d e hayes. origin and history of south chi- na sea basin (a). in d.e.hayes(ed.) : tectonic and ge- ologic evolution of southeast asian seas and islands, part 2c. geophys.monogr. 27, washington d.c. agu,1983, 23- 56.ru k, pigott j d. episodic rifti