2011, Vol. 54
2. 国家海洋局第二海洋研究所,杭州 310012
2. The Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012,China
南海位于太平洋板块、欧亚板块和印度洋-澳大利亚板块的结合带上，是西太平洋最大的边缘海之一.其特殊的位置决定了南海是研究大陆裂解-海底扩张过程及大陆边缘动力学的理想场所.在晚白垩世以来，南海经历了多期的陆缘裂解、海底扩张、部分洋壳向东侧的俯冲消减以及南侧与婆罗洲的碰撞，形成了目前北侧拉张、东侧俯冲、南侧前期拉张后期挤压以及西侧走滑的构造格局.
本次的研究区域主要为南海深海盆及婆罗洲/巴拉望之间的南部陆缘，包括南沙地区、礼乐滩区域以及洋陆过渡带.该区域前人根据已经获得的地质与地球物理资料进行了大量的研究，在包括沉积地层划分[1～5]，新生代构造与岩浆活动[6～8]，板块动力学背景[9～12]以及油气资源分布[13～16]等方面取得了重要的进展，极大的提高了对南海南部陆缘的认识.但是由于南沙海域中可收集的钻井数据较少，主要集中在礼乐滩及巴拉望西北滨海沿岸区域.南海ODP184航次在南沙区域布设了ODP1143井，但该井只钻至上中新统[17]，这些因素使得对南海南部陆缘区层序界面的划分、定年存在一定的不确定性.以往的研究也只局限于局部的盆地或区域，缺乏穿越整个研究区的高分辨率多道地震资料，这也阻碍了对研究区详细的构造变形、沉积样式和构造格架的认识.本文通过对两条NW-SE 向穿越南海南部陆缘东侧及西侧的多道地震剖面的解释，对该区构造与沉积特征以及伸展机制进行了分析，研究包括伸展与挤压活动的构造特征、分布与样式以及与新生代大陆张裂作用相关的伸展特征，以便为进一步研究南海的构造形成演化以及动力学特征提供参考.
2 地质背景研究区位于南海深海盆与婆罗洲/巴拉望之间，水深从数十米至3000 m，由南沙地块、礼乐滩等一系列的小地块组成，其上发育了一系列的新生代沉积盆地.南海南部陆缘的基底仍不是很清楚，根据有限的拖网样品资料表明其为古生代和中生代基底，与欧亚大陆东南缘类似[3]，表明包括南沙地块和礼乐滩在内的南部陆缘曾经是华南陆缘的一部分.现今的南部陆缘之下为强烈拉张减薄的陆壳，晚白垩世-晚古新世期间开始的大陆张裂作用在南部陆缘形成了一系列NE-SW 向的半地堑和旋转地块，最终通过海底扩张作用于华南大陆分离[4， 10， 18， 19].
由于海盆区缺乏钻井资料，现今关于南海海盆扩张的时代均是根据对磁异常条带的识别和对比得出.由Taylor和Hayes[20]以及Briais等[21]提出的南海拉张的时代获得了较为广泛的认可，即南海海底扩张的时期是在30～16 Ma之间(11-5c磁异常条带，年代根据Cande和Kent[22]的最新磁异常年代表进行了纠正)，海底扩张开始于东部与西北次海盆，在25 Ma左右扩张脊发生了向南跃迁，开始了西南次海盆的海底扩张，并向SW 方向延伸.根据最新获得的船测磁力资料，一些地质学家对扩张的年代进行了修正，Hsu等[23]认为南海的海底扩张最新开始于南海东北部，时代可以上溯到37 Ma.Barckhause and Roeser[24]则认为南海海盆扩张结束的时间为20 Ma左右.关于南海扩张另一个观点是海盆通过两期扩张形成，西南与西北次海盆首先在40～33 Ma 期间发生海底扩张，其后在30～16 Ma之间形成东部次海盆[25].
随着海底扩张的进行，包括南沙地块和礼乐滩在内的南部陆缘开始向南移动，并最终与婆罗洲地块发生碰撞[26].碰撞具有穿时性，首先与婆罗洲的西南侧发生碰撞，形成了沙捞越造山带，根据增生体获取岩石样品的年代其碰撞时间始于始新世[27]，其后在沙巴地区发生碰撞，时代为中中新世(～16 Ma)[10].在古近纪礼乐滩仍然是华南大陆的一部分，与中沙地块相接，随着海底扩张的进行其也随着向南移动，随着南沙地块与婆罗洲在中中新世的碰撞而停留在现今的位置[28].在南海南部陆缘未发生碰撞前，其南侧可能存在一个古南海(古新世-早中新世)[10， 29， 30].西北巴拉望海槽和婆罗洲推覆体曾被认为是和古南海俯冲相关的海沟和增生楔[31]，之后的研究表明古南海已经俯冲至婆罗洲之下，推覆体是由于南沙地块向婆罗洲的挤压推覆作用而导致的地壳缩短相关[32]，或者是西北婆罗洲第三纪三角洲前缘重力挤压推覆作用的结果[5， 33].现今的西北巴拉望海槽可能是推覆体的前渊构造[5， 10， 27].
由于深反射地震资料的缺乏，对南部陆缘区域深部地壳结构和伸展因子认识比较欠缺，而在北部陆缘研究更为透彻.Su 等[34]通过对珠江口盆地断层、地壳减薄和裂后热沉降的研究得出该区域的伸展因子为1.8.Clift和Lin[35]通过对珠江口盆地钻井资料沉降率的研究认为该区域伸展因子为1.5左右.Zhang等[36]对南海北部陆缘地壳厚度、新生代沉积盆地基底深度以及断层水平拉张量进行了计算，其伸展因子在华南沿海为1.5，在陆架区为1.8～2.2之间，而在洋陆过渡带可以达到3.0～3.5，地壳发生强烈减薄.
3 数据来源及方法本次研究所使用的两条多道地震剖面(NH973-1及NH973-2)是通过“南海973航次”在2009年采集获得，使用了“探宝”号调查船.采集过程中采用了总长为6237.5 m 的480 道电缆，气枪总容量为5080立方英寸，记录长度12s，采样间隔2ms，炮间距为37.5m.所获取的数据以SEG-D 格式记录.数据进行了包括振幅补偿、静校正、增益处理、反褶积处理、去除多次波、速度分析、剩余静态校正及频谱分析在内的叠前处理，其后对叠加数据进行了叠后反褶积及高通滤波处理，从而获得了高质量的偏移叠加剖面.在本次研究中NH973-1剖面与SO27-04剖面进行了结合，从而获取了从西南次海盆一直延续到婆罗洲推覆带的区域性大剖面.SO27-04 剖面是德国联邦地球科学与资源研究所(BGR)在1983年通过“SONNE27”航次获得.NH973-2 剖面始于南海东部次海盆，穿越了礼乐滩的东北侧，止于巴拉望滨海区域.
南部陆缘区钻井资料匮乏，可收集到的资料主要包括礼乐滩和巴拉望西北滨海区的几口有限钻井(如Sampaguita-1井，Santiago-1 井，Nido-1 井等)以及ODP184航次钻井资料(ODP1143井，只钻至上中新统)(位置见图 1)，因此地震剖面解释中层位的标定在钻井资料的基础上，也利用了研究区已发表的拖网资料[3]以及前人文章对地层的解释及年代标定工作[2， 5， 7， 32， 33， 37].BGR 已经对SO27-04 剖面进行了较为精确的层位标定，也为与之相接的NH973-2剖面提供了解释依据.
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图 1 南海南部陆缘地貌特征及主要构造单元图．黑色实线为本文所用多道地震测线 Fig. 1 Morphological features and major tectonic units in the South Margin of the South China Sea.The location of the multi-channel seismic lines b shown as black lines |
研究区的地震剖面共划分出7个层序界面及5个地震反射层组(图 2).地质解释见图 3 及图 4.层序界面的反射特征，时代以及地震反射层组的地震反射特征见图 3a及b.因为井位资料的缺乏，未对层序进行进一步的细分.地层单元从下至上分别为前裂谷期层组、裂谷期层组、漂移期层组、后漂移期层组1 及后漂移期层组2.不同的地层单元对应了不同的构造事件，具有各自不同的反射特征、地质时代及内部结构.以下将由下至上对各层组的主要反射及沉积特征进行详述.
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图 2 研究区主要层序界面时代，岩性及主要构造事件 Fig. 2 Seismic stratigraphy，lithology and major tectonic events of the study area |
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图 3 穿越礼乐盆地的NH973-2多道地震剖面 (a)原始地震剖面 (b)主要地震反射特征 (c)地质解释图.断层水平断矩测量的区域见地质解释图.测线横向压缩了原来的1/5. Fig. 3 Multichannel seismic profile NPI973-2 running across the Reed Bank Basin (a) Original seismic profile; (b) Line drawing of the main reflectors； (c) A geological interpretation. The area where fault heaves were measured is indicated. The vertical exaggeration is nearly 5x. |
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图 4 穿越南沙地区的NH973-1+SO27-04联合多道地震剖面 (a)原始地震剖面；(b)主要地震反射特征；(c)地质解释图。断层水平断矩测量的区域见地质解释图。测线横向压缩了原来的1/5 Fig. 4 Multichannel seismic profile NH973-1+ SO27-04 across the Nansha region (a) Original seismic profile; (b) Line drawing of the main reflectors; (c) A geological interpretation. The area where fault heaves were measured is indicated. The vertical exaggeration is nearly 5x. |
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图 5a 南海南部陆缘区层序地震反射特征 Fig. 5a Seismic facies and sequences with tentative ages in the South Margin of the South China Sea |
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图 5b 南海南部陆缘区层序界面的时代及地震反射特征 Fig. 5b Reflection pattern with tentative ages of the main horizons acting as sequence boundaries |
Tb为整个研究区的声学基底，其年代并不唯一.Yan和liu[7]认为南部陆缘的Tb以下的部分基底可能为中侏罗世-中白垩世钙质喷出岩及中-酸性喷出岩.Tg为前裂谷期沉积的顶界，振幅中-强，连续性好，部分地区发散.在NH973-1 剖面中该层组主要断续的出现在新生代半地堑之下，地震反射特征表现为平行-亚平行，中-高连续性.图 6中展示了该层组的一个典型例子，其位于断层上盘的翘倾断块上，部分已经出露海底.该层组内部的地震反射大致平行于Tg，与上部的地层之间为明显的角度不整合接触.在部分区域该层组会发生强烈变形，形成逆冲断层及断层相关褶皱(图 7).部分背斜的顶部已经发生剥蚀缺失，表明Tg 是一个重要的地层间断面.
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图 6 南沙区域典型地震剖面(a)及地质解释(b).伸展期的沉积(Tg-T5)呈楔状充于半地堑中，其上为显著的角度不整合面(T60)，同时该面也代表了台地相碳酸盐岩的顶界.测线位置见图 4 Fig. 6 Seismic example section (a) and interpretation (b) in the Nansha region showing the main interpreted horizons and sequences. The syn-rift succession s wedge shaped with a distinct angular unconformity on top (T60) , which represents the top of platform carbonates. See Fig. 4 for location. |
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图 7 南沙地区典型地震剖面(a)及地质解释(b).伸展期的沉积(Tg-T60)呈楔状充于半地堑中，其上为显著的角度不整 合面(T60)，同时该面也代表了台地相碳酸盐岩的顶界.在断层上盘发育了无数的次级断层.在裂谷沉积之下的层序发 育了强烈的逆冲和挤压构造，不同的构造特征显示其为前裂谷期沉积.测线位置见图 4 Fig. 7 Seismic example section (a) and interpretation (b) m the Dangerous Grounds showing the main interpreted horizons and sequences. The syn-rift succession (Tg-T60) s wedge shaped with a distinct angular unconformity on top (T60)，which represents the top of platform carbonates. Numerous secondary faults developed in the hanging wall. The layered succession beneath the rift infill is clearly thrusted，validating the interpretation as pre-rift succession. See Fig. 4 for location |
拖网工作的数据表明在南部陆缘具有中生代的沉积[3]，其中SO27-24取样点取样发现深海相硅质页岩，其岩性可以与北巴拉望地区放射虫硅质岩对比，为中三叠纪沉积.在SO23-31 取样点发现了包括晚三叠纪-早侏罗纪富含羊齿植物化石的粉砂岩、砂岩及暗绿色粘土岩，沉积属于三角洲-开阔浅海相[4].同时也发现有部分变质岩，如黑云母-白云母-长石-石英混杂岩等.
4.2 裂谷期层组(Tg-T70，古新世-早渐新世)该层组在南部陆缘广泛发育，主要表现为裂谷期的碎屑岩沉积，充填了地堑及半地堑.地震反射主要表现为低频、中等-强振幅、连续性中-杂乱反射，在裂谷的底部地区可能有部分古新世和始新世深水相泥灰岩及页岩沉积，这些沉积富含有机质，有利于生烃.该层组顶界为T70，在两条地震剖面中T70均表现为中-强振幅，连续性较好，局部地区下削上超，为一个区域性的不整合面.该面与南海海盆开始拉张的时间相对应，代表了裂谷期-漂移期的转换.
4.3 漂移期层组(T70-T60，晚渐新世-早中新世)该层组是在南海扩张期间沉积形成，和裂谷期沉积类似，漂移期层组也主要充填于半地堑中，但是其厚度比裂谷期沉积明显减薄，内部表现为亚平行状、中-高连续性的反射，振幅中等(图 5a).在礼乐滩南部及西南部23个拖网取样点中均获取了包括粒状灰岩、粒泥状灰岩及泥粒状灰岩在内的台地相碳酸盐岩沉积，沉积环境为礁湖相或者开阔浅海相，年代从晚渐新世至早中新世(表 1，拖网取样点位置见图 1).因此我们认为该层组主要为碳酸盐岩沉积.
T60为该层台地相碳酸盐的顶界，从南沙地区一直延伸到西北婆罗洲海槽之下.该层序界面在地震剖面中非常醒目，表现为强振幅及强连续性，下部地层有削截.在不同的区域碳酸盐岩沉积结束的时期并不一致，在一些地形较高的地区会形成礁体构造，时代要在中中新世之后，而在一些区域可能在晚渐新世末期(如西北巴拉望滨海区域[38])或者早中新世(南沙地区[4])，导致该界面的时代并不确定.Hinz和Schlueter[2]，Hinz等[32]认为该层序界面的时代基本上为早中新世晚期.本文中我们认为T60的时代在19～16.5 Ma之间，由于南海西南次海盆的海底拉张具有由NE向SW发展的趋势[39]，因此T60面的年代可能也具有穿时性，往SW 方向时代会更新一些.
4.4 后漂移期层组1(T60-T40，早中新世末期)后漂移期层组1的地震反射特征在南沙地区及礼乐盆地地区都比较类似，基本为平行状，连续性好，振幅低-中，局部空白.该层组的顶界为T40不整合面，本次解释中时代为中中新世.该界面标示着漂移期浅水相向沉降期深水相沉积环境的转化，而该层组也对应于巴拉望地区的Pagasa组[2].西北巴拉望陆架区的钻井资料证实Pagasa 组整合覆盖于Nido组的碳酸盐之上，岩性为硅质-钙质页岩，泥灰岩和钙质砂岩，沉积于半深水相环境[4](图 2).在局部地区碳酸盐礁体会一直生长至T40不整合面，尤其是地形高地及南沙群岛区.
4.5 后漂移期层组2(T40-海底，中中新世-今)该层组地震反射特征表现为连续性较好的平行-亚平行反射，振幅低-中，局部为嘈杂相或波状(图 5a).ODP1143 井钻透代表后漂移期沉积的上中新统，岩性为500 m 厚的泥灰岩、砂岩和富含有孔虫的钙质软泥，沉积环境为近岸半深海相或远滨冲积相至开阔海相[17].T40 界面近似平行于海底，表现为中-强振幅的连续反射，局部地区下部地层有削截.该层组部分区域被下切谷切割，表明具有较强的底流作用(图 6).T32和T20是裂后沉积中另外两个不整合面，T32分隔了下Matinloc和上Matinloc组，时代为～10.5Ma，T20 是Matinloc组的顶界，时代为～5.5Ma(图 2).
5 南部陆缘的变形特征整个南部陆缘在新生代发生拉张减薄，形成了一系列由正断层控制的半地堑及掀斜断块.在南沙地区部分区域新生代沉积之下以及婆罗洲推覆体区也有压性构造发育.以下将针对不同的构造单元进行详述.
5.1 礼乐滩东侧(NH973-2剖面)NH973-2剖面中可以识别出三个构造沉积单元，从SE 至NW 依次为礼乐盆地断陷盆地区、礼乐盆地礼乐滩区和东部次海盆.
5.1.1 礼乐盆地断陷盆地区礼乐盆地断陷盆地区以伸展活动为主，从剖面上可以看出表现为一系列多米诺状半地堑，伸展活动从裂谷期一直持续到漂移期(Tg-T60).其边界断层均为海倾.部分正断层甚至切至海底，表明其活动一直持续至今(图 8).裂谷充填沉积为典型的楔状，为铲式断层所控制，在断层的上盘会发育一些次生断层，断距均不大.裂后期的沉积(T60之后)掩埋了这些半地堑，变形较弱.在图 3中约220km 处发育了一个巨大的地垒状构造，其上发育碳酸盐礁体.在沉积基底中具有一些断续但是明显的反射(图 9)，连接这些较强的反射会形成一个铲式断层，在大约8s(双程走时)处开始变得平缓，显示了在基底存在的拆离构造，该拆离构造的主拆离面为前面所述的地垒构造NW 侧半地堑的边界断层(200～220km，图 3)，向海方向的一系列半地堑及掀斜断块均受到此拆离面的控制.
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图 8 礼乐盆地区典型地震剖面(a)及解释(b)，显示连续发育的半地堑系统.伸展期的沉积(Tg-T60)呈楔状充于半地堑中， 其上为显著的角度不整合面(T60)，同时该面也代表了台地相碳酸盐岩的顶界.位置见图 3 Fig. 8 Seismic example section (a) and interpretation (b) in the Reed Bank Basin showing a consecutively developed half-graben system. The syn-rilt succession (Tg-T60) is wedge shaped with a distinct angular unconlormity on top (T60) , which represents the top ol platlorm carbonates. See Fig. 3 lor location |
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图 9 南沙及礼乐盆地区基底之下深部显示的断续但明显的内部反射，将这些内部发射与其上的正断层连接可以形成大型的拆离系统。位置见图 3和图 4 Fig. 9 Blow-ups ol the deeper parts ol the seismic sections showing some lragmentary but distinct reflector elements beneath the rilt grabens ol the study area. By aligning the tndividual reflector elements a deeply rooted detachment system may be inferred. See Fig. 3&4 lor locations |
礼乐滩被认为是和中沙地块，西沙地块等类似的刚性地块，新生代变形作用较弱[28， 40].其上的沉积中唯一可以连续追踪的界面为T60界面，海底发育了大量的碳酸岩礁体和冲沟-水道等，形成了崎岖复杂的地貌特征.Tg不整合面均可识别，其下可能会有中生代的沉积，在礼乐滩的Sampaguita-1井即钻遇了600 m 厚的早白垩世海相砂岩和页岩(图 1)[20].岩性分析表明这些中生代沉积源自华南大陆，表明在海底扩张前礼乐滩为华南陆缘的一部分[41].但由于礼乐滩上大量发育的碳酸岩礁体对地震反射能量的削弱作用，中生界在地震剖面中没有很好的反射特征，无法确定底界.
5.1.3 COT 及东部次海盆区在地震剖面中很难确定洋陆过渡带(COT)的确切位置.从礼乐滩向洋盆具有一系列的向海倾斜正断层，向下切穿基底，向上切至T40界面(中中新世)，并形成了半地堑和一些小的地垒构造(图 3).这些构造表明其下为拉张减薄的地壳.地震剖面中在大约8s(双程走时)处有明显的反射界面，并向着礼乐滩方向加深(图 10)，该界面很可能为莫霍面，在图 3 中0～40km 的壳体厚度表现为典型的洋壳.在剖面的最NE 侧Tg之下具有嘈杂相的反射，这可能是海底扩张早期所形成的熔岩流.T40之后的沉积基本为水平状，平行于海底.
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图 10 洋陆过渡带区基底深部显示的莫霍面反射.莫霍面深度在洋盆之下均在8 s(双程走时)左右，向陆一侧下倾 Fig. 10 Blow-ups of the deeper parts of the seismic sections showing possible Moho reflections in the area of the continent-ocean transition (COT). The reflections are close to 8 s (TWT) depth beneath the oceanic basin in both seismic sections and are dipping bending down landward |
NH973-1和SO27-04 的联合剖面形成了穿越整个南沙地区的区域性剖面，构造变形特征更为复杂，蕴含了大陆张裂、海底扩张以及碰撞的综合信息.从SE 侧向NW 侧一共可以划分出4 个构造沉积单元：婆罗洲推覆体，南沙海槽，南沙地区及西南次海盆(图 4).
5.2.1 婆罗洲推覆体和南沙海槽图 11 显示了南沙海槽的形态，宽度约40km(图 4).在后裂谷期沉积之下具有很明显的包括地垒和地堑在内的拉张构造.T60界面为台地相碳酸岩的顶界，一直延伸至婆罗洲推覆体之下，厚度也增加至5～6s(双程走时)，形成了推覆体的主滑脱面.在地垒的顶部发育有礁体构造.T40界面之上的沉积为水平或近似水平，连续性好，厚度向着推覆体方向加大.
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图 11 西北婆罗洲海槽及婆罗洲推覆体区的地震剖面(a)及地质解释(b).在该剖面的西侧为明显的拉伸构造.T60界面延至婆罗洲推覆体之下，而T40界面向上覆盖于推覆体之下，将其封裹.位置见图 4 Fig. 11 Seismic example section (a) and interpretation (b) in the area of the NW Borneo Trough and the Borneo Nappe. In the western part of the example section rift related features are distinct. While horizon T60 (Early Lower Miocene) is likely buried by thewedge，the younger successions are not incorporated into the Borneo Nappe. Horizon T40 (M dldle M ocene) Hkely seals the thrusted sediments of the nappe. See Fig. 4 for location |
婆罗洲推覆体内部地震反射嘈杂相，并发生强烈的褶曲变形，变形受到向陆倾斜的逆冲断层的控制(图 11).和向下一直延伸至推覆体之下的T60相反，T40向上延伸形成了推覆体的顶界.婆罗洲滨海钻井资料表明推覆体的岩性主要包括渐新世-早中新世的含砂浊积岩，源自婆罗洲西侧[42].推覆体最上部的沉积基本和海底平行，靠近南沙海槽处会有一些褶皱变形，表明具有时代较新的逆冲作用发生.
5.2.2 南沙地区南沙地区的主体均表现为拉张构造，包括半地堑和掀斜断块，但是和礼乐盆地或者南海北部陆缘盆地平坦的海底地形相比，这些半地堑和掀斜断块未被完全掩埋，使得南沙地区海底地形复杂(图 4).掀斜断块突出海底，形成海底高地，其上往往发育碳酸盐礁体.半地堑中的伸展阶段充填沉积形成楔状构造，而伸展结束后的沉积近似平行海底.与NH973-2剖面类似，在NH973-1剖面的基底中也可识别出断续却很明显的反射(图 9)，将这些反射连接也标示出拆离系统(图 4)，半地堑的铲式断裂向下延伸后变平缓，并汇入主拆离面，深度在8～9s(双程走时)之间.但和礼乐盆地地区不同，主拆离断层向陆倾斜.
图 6显示了NH973-1 地震剖面中厚度最大的半地堑，其NW 一侧为规模巨大的单面山，其SE 一侧则为一个规模略小的海底高地，有部分的前裂谷期沉积出露，但很可能其上会覆盖碳酸盐礁体.做为半地堑边界断层的铲式正断层主要在古近纪活动，切入基底，在断层的上盘发育若干的次生断层.位于T60角度不整合面以下的裂谷期沉积为楔状并发生掀斜，其上的后裂谷期沉积为水平状，近似平行海底，厚度也变化不大.在T60 和T40 之间沉积也呈现为楔状，这表明拉张作用可能一直延续中新世早期.
在前裂谷期地层中具有很明显的包括逆冲断层及褶皱的挤压构造.图 6 中前裂谷期地层位于掀斜断块上，在其下端发育了一个逆冲断层和位于其上的褶皱构造.更为明显的挤压构造如图 7 所示.在Tg之下的地层发生强烈的褶皱变形，其厚度由下至上增加，和新生代的断陷充填完全不同.在这些地层中或者下侧发育了大量的高角度逆冲断层，形成了复杂的褶皱构造.这些背斜构造的顶部具有很明显的削截，表明经历了剥蚀作用.
5.2.3 COT图 12显示了NH973-1剖面经过洋陆过渡带的部分，并包括了大约10km 左右西南次海盆.在剖面NE 边缘接近8s(双程走时)深度具有不连续的反射界面，并向SE 侧南沙地区边缘逐渐加深(图 10b).该反射界面的深度和形态均和在NH973-2东部次海盆区观测到的类似，很可能也代表了莫霍面.
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图 12 南沙地区洋陆过渡带(COT)的地震剖面(a)及解释(b).显示为具明显的拆离结构的半地堑.铲式边界断层向下变 缓，并可能延至莫霍面.在断层上盘发育了大量的正断层，这些正断层主要在漂移期活动(T70-T60).海盆区的阻塞沉积可能代表了通过洋流搬运的浊积岩.位置见图 4 Fig. 12 Seismic example section (a) and interpretation (b) in the in the Continental-Oceanic Transition (COT) area of the Nansha region showing a half-graben with remarkable detachment structure. The listric detachment fautt flattens and joins the supposedly Mo ho reflection. Numerous normal faults developed in the hanging wall being active during drift (between horizon T70 and T60). Ponded sediments in the oceanic basin may represent turbidites carried by ocean bottom currents. See Fig. 4 for location |
在靠近COT 区域发育了一个很显着的具拆离构造的半地堑.铲式主拆离断层随着深度的加大逐渐变缓，并有可能和莫霍面汇合，在断层的上盘发育了大量的次生断层，倾向类似，但是倾角更大.这些次生断层主要在T70-T60(漂移期)之间活动，沿这些断层地层发生明显的错断，形成了一系列的向海盆渐次掉落的狭窄的断块，这些断块内部的沉积仍然保持平行，表明这些较新的断裂作用并未使得沉积发生变形.拆离构造的上部具有很清晰的剥蚀现象，表明在T60之后存在地层间断.很可能T60 之后该区域的剥蚀作用为海盆的沉积提供了物源.
我们认为在拉张作用的初期(古近纪的裂谷期)，除了在一些如礼乐滩的刚性地块，拆离断层在整个南部陆缘均有发育.随着海底扩张的开始，陆缘区的张裂作用强度减弱，并开始主要集中于洋陆过渡带区，使得在南沙地区洋陆过渡带开始发育新的拆离构造(图 12).拆离面向下延伸变平，和莫霍面相接.而在礼乐滩区域，由于其刚性地块的性质，拆离构造很难在该区域的洋陆过渡带发育，因此在NH973-2 剖面的洋陆过渡带区并未发现类似的拆离构造.
T60界面以上的沉积呈席状披覆，不受断层控制，并向海盆方向加厚.值得注意的是水平状披覆的沉积(T2-海底)只局限于海盆中，而在陆坡区没有该套沉积，这套沉积可能为深海底流从侧向搬运的浊积岩，这些洋流同时也形成了大量与海盆扩张轴平行的峡谷水道(图 4的55～65km 处)，并使得表层沉积被搬运剥蚀(图 4中55～65km 处，T70之上的大部分沉积已经被搬运消失).
6 伸展特征岩石圈拉张形成的张裂盆地或者张裂陆缘不仅表现为上地壳的正断作用所表现的脆性拉张，同时也包括地壳和岩石圈的减薄[43]，而地壳的脆性拉张可以通过对正断层水平断距的计算获得[42].在本次研究中我们对两条多道地震剖面中南部陆缘部分的正断层水平断距进行了计算(测量的区域见图 3 和图 4)，测量的方法见图 13，从而得出了总伸展量(Lt)，总伸展率(E=L/Lt，L为测量区域现今总长度)，以及伸展因子(βf=L/(L-Lt)).根据层序的划分我们对不同时期的伸展量及伸展率也进行了计算(表 2).拉张量的测量利用了Paradigm 公司的GeoSec软件.
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图 13 南海南部陆缘区根据断层水平断距获得的不同阶段的拉张系数 Fig. 13 Extension rates for different periods as derived from the estimation of fault heaves |
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表 2 南海南部陆缘区根据断层水平间距计算的相关伸展参数 Table 2 Extension factors caused by normal faulting in the South Margin of the South China Sea |
对伸展率的研究在南部陆缘区识别出两期的拉张(图 14)，其中第一期主要的拉张发生在古近纪大陆裂谷阶段(Tg-T70).在礼乐滩地区在该时期的伸展率为～9%，几乎为总伸展率(～14%)的三分之二.在南沙地区该时期的伸展率也近似为～15%，也占据总伸展率(～22%)的主体.第二期拉张发生在漂移阶段(T70-T60)，但是伸展强度明显减弱.在礼乐滩地区及南沙地区该期的伸展率均只到第一期伸展率的三分之一.拉张作用在T60 之后，即漂移阶段结束后，基本停止，局部地区由于一些正断层的重新活动而仍体现出拉张作用，部分正断层的活动甚至一直持续至今(如图 8中切穿至海底的正断层).
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图 14 礼乐盆地(a)及南沙地区(b)伸展因子曲线图，实线为全地壳伸展因子，虚线为根据断层水平断距 获得的上地壳伸展因子 Fig. 14 Curves show stretching factors in the Reed Bank Basin (a) and the Nansha region (b). The black line is the whole crustal stretching factor. The broken line is the upper-crust stretching factor |
至目前为止对南海南部陆缘减薄地壳伸展因子的研究仍然比较少.Holt[45]通过重力反演得出了南沙地区的地壳厚度，初始地壳厚度根据婆罗洲滨海地区的厚度设定为30km，他得出的全地壳伸展因子在婆罗洲滨海区域为1.3 左右，逐渐增加到洋陆过渡带区的3.0.Franke等[40]根据最新获得的重力数据进行了二维重力模型反演，表明在西北巴拉望滨海区具有减薄强烈的地壳，而全地壳伸展因子在该区域可以达到2.0，在洋陆过渡带区可以达到3.0.
在前文中我们已经对根据正断层水平断距获得的上地壳脆性伸展因子(βf)进行了计算，以下将对其与全地壳伸展因子(βc)进行比较.全地壳伸展因子可以根据公式βc = To/Te 进行计算，其中To 为地壳初始厚度，Te 为拉张后地壳的厚度[43].由于南部陆缘在海底扩张前为华南陆缘的一部分，因此地壳初始厚度以参考华南陆缘的地壳厚度为最佳.最新的研究表明华南陆缘滨海区域的莫霍面深度为30km[46～48]，因此地壳初始厚度设定为30km.计算的第二步是获取对拉张后地壳厚度.Holt[45]根据卫星重力异常的反演获得了南海南部区域的莫霍面深度图，在南部陆缘区莫霍面的深度在20～21km 之间.Braitenberg等[49]同样根据卫星重力异常的反演获得了整个南海区域的莫霍面深度图，并对水深和沉积厚度进行了校正，在南部陆缘区地壳厚度为14km左右，在礼乐滩及巴拉望滨海区可以达到约20km.Franke等[40]认为在西北巴拉望陆坡区厚度在10～12km 之间，在巴拉望岛之下为20km 左右.由于本次研究中的多道地震剖面未能识别研究区的莫霍面，因此我们根据上述研究者根据重力反演获得的地壳厚度得出了沿测线的地壳厚度变化情况，并根据前述公式计算了沿两条测线的全地壳的伸展因子(图 14).
我们可以发现不论在南部陆缘的南沙地区或者礼乐滩地区全地壳伸展因子与研究区的上地壳脆性伸展因子之间均存在较大的差异(图 14).在NH973-2测线所穿的礼乐滩区域，新生代伸展变形极小，表现为刚性地块，上地壳的脆性伸展因子均小于1.1，而该区域全地壳的伸展因子均在1.5以上，在COT区甚至可以达到3.3 左右.即便是在礼乐盆地的伸展构造发育的断陷盆地区，上地壳伸展因子在1.3左右，也与全地壳伸展因子(约为2)之间存在差异.在NH973-1测线所穿越的南沙地区上地壳伸展因子在1.3 左右，而该区的全地壳伸展因子大致在2左右，在靠近洋盆区更高.这表明南海南部陆缘的拉张是不均一的过程，在不同深度上伸展率并不一致.
以往很多关于岩石圈拉张的经典模型，包括McKenzie[43]的纯剪模型，Wernicke的单剪模型[50]以及Lister等[51]的双层剪切模型(上层脆性拉张，下层韧性拉张)均设定拉张作用在纵向上是均一的，而近些年的研究表明在很多被动陆缘，拉张在纵向上是非均一的，不仅在地壳伸展因子与岩石圈伸展因子之间存在差异，同时上地壳脆性伸展因子和全地壳伸展因子之间也存在差异[33， 42， 52～58].对这种差异的解释目前具有两种观点，其一是认为在地震解释中未能对所有的断层进行解释，或者因为存在多期断层，使得有很大一部分的拉张并不能通过地震剖面被观察到，从而使得根据断层水平断距获得的上地壳脆性伸展因子被低估[59， 60].另外一种被广泛接受的观点是断层的几何学特征涵盖了全部或者接近全部的上地壳脆性拉张，差异的存在和岩石圈的非均一拉张相关，在纵向上不同的层位可能具不同的伸展量，因此这种差异用与深度相关拉张模式(Depth-Dependentstretching)进行解释[35， 44， 58， 61].
不论是在礼乐盆地的礼乐滩区域，或者是南沙地块靠近海盆的隆起区，上地壳的伸展构造均比较弱，脆性变形的强度低，基本可以排除该区如Reston[59， 60]所述的对一些正断层未能解释而使得伸展被大大低估的情况，这些区域较大的全地壳伸展因子很可能是与韧性的下地壳伸展相关.而在脆性变形发育的断陷盆地区，上地壳伸展因子和全地壳伸展因子的差异依然达到了35%.我们对地震剖面的解释中识别出了位于上地壳中的大型拆离面，而且在两条剖面中作为张裂作用基底的不整合面(Tg)均清晰可见，剖面中的基底拆离构造很明显.研究区在新生代虽然经历了若干期的挤压运动，但这些挤压运动只是在局部的区域(如隆起区及周缘)形成地层的剥蚀而形成不整合面，未见有明显的挤压反转构造，对与断层相关的脆性伸展因子的影响也较小.Davis和Kusznir[44]通过对全球一些典型被动陆缘(澳大利亚西北陆缘、挪威陆缘以及伊比利亚陆缘等)陆壳伸展的研究认为，即便因为解释的原因而被低估的伸展量可以达到50%，该数值也只会导致比较少的差异.我们不能否认在南沙地区新生代会因为一些断层未被解释或者挤压运动而导致伸展量被低估，但很难完全用所谓上地壳脆性伸展因子被低估来解释伸展因子之间的差异.
与深度相关拉张模式的另外一个特点是裂离型被动大陆边缘在大陆张裂阶段沉降较少，而在后裂谷期开始发生大规模的沉降.如前所述南海南部陆缘发育了大量的台地相碳酸岩，年代从晚渐新世至早中新世，这表明自海底扩张运动开始以后的长时期内(超过10 Ma)南海南部陆缘一直处于浅海相的沉积环境，这与在远离海底扩张中心的陆缘岩石圈地幔的活动并未发生减弱，而一直在底部支撑减薄的陆壳相关[40].而裂谷期结束，覆盖于Nido组碳酸盐之上的Pagasa组显示了半深海-开阔海相的沉积环境，表明后裂谷期南部陆缘区大规模快速的沉降.该现象也和与深度相关拉张模式一致.
因此我们认为与深度相关拉张模式来解释南海南部陆缘全地壳拉张和上地壳脆性拉张之间的差异更为合适.
7.2 区域构造事件在南部陆缘的响应中生代期间，现今的南海南部陆缘与北部陆缘均位于北侧，为华南陆缘的一部分.晚白垩世以来，由于古太平洋板块俯冲带发生后撤[62].在后撤过程中，紧邻海沟的大洋板块随着海沟后撤，使得该区由挤压环境转变为拉张环境，陆缘区开始裂离减薄，并形成了一系列的被动陆缘盆地.古近纪以来礼乐滩与中沙地块相接，拉张活动主要集中在断陷盆地区，并受到低角度拆离系统的控制，形成了该区半地堑-地堑以及掀斜断块构造.并沉积了裂谷期沉积(Tg-T70).T70面为区域性不整合面，与南海海底扩张开始时间相对应.
30 Ma拉张应力的积累最终导致南海开始海底扩张，先前与中沙地块相接的礼乐滩及南沙地块随着海底扩张的进行其也随着向南移动.在漂移期间南海南部陆缘仍有伸展活动，但拉张强度大为减弱.漂移期间南部陆缘长期处于浅海相的沉积环境，沉积了一套大范围分布的台地相碳酸盐岩(T70-T60).随着南部陆缘与婆罗洲在中中新世期间(约16 Ma)的碰撞，南海海底扩张运动停止，南沙地区和礼乐盆地的伸展运动也停止，T60界面不仅标示着碳酸盐岩的顶界面，也是一个区域性的不整合面.而礼乐滩也最终停止向南漂移，止于现今的位置.
中中新世之后伸展活动基本停止，局部的区域可能还有部分断层的活动，并持续至今.南部陆缘开始进入热沉降阶段，沉积环境开始由浅海相向半深海相-深海相的沉积环境转化，沉积了后漂移期沉积(T60-今).
8 结 论(1) 对南海南部陆缘穿越南沙地区和礼乐滩地区的两条多道地震剖面进行了解释，共解释出5 个层序地层单元及7 个层序界面(T20，T32，T40，T60，T70，Tg和Tb).大陆张裂期(Tg-T70)和漂移期段(T70-T60)的沉积均显示为楔状，收到正断作用的控制.T60以上为后漂移期沉积，基本不受构造运动的控制.T70和T60是新生代沉积中两个重要的不整合面：前者为裂离不整合面，标示着海底扩张运动的开始；后者是研究区广泛分布的晚渐新世-早中新世台地相碳酸岩的顶界，标志着陆缘区拉张活动的结束和快速沉降作用的开始.
(2) 南部陆缘区有中生界发育.在南沙地区中生界分布比较断续，局限在若干个新生代断陷之下，其构造变形特征与上覆新生界明显不同，主要表现为逆冲断层和反转褶皱，显示中生界经历了强烈的挤压运动.礼乐滩侧中生界已经得到钻井的证实，但本次的地震剖面中未见有明显的中生界反射特征，可能与该区碳酸岩礁体发育，削弱了地震反射能量相关.
(3) 南沙地区和礼乐盆地在新生代发生强烈的伸展活动，形成了一系列的半地堑及旋转断块.通过对地震剖面解释中断层水平断距的测量计算了与伸展相关的一些要素，包括总伸展量及总伸展率、不同时期的伸展量及伸展率以及伸展因子.对这些要素的研究发现新生代的伸展活动可以分为两期，主伸展期发生在古近纪大陆裂谷，漂移期之后南部陆缘依然有伸展活动，但强度大为减弱.大部分的伸展构造都受到低角度拆离系统的控制.
(4) 在南部陆缘南沙地区和礼乐滩地区上地壳脆性伸展因子与全地壳伸展因子存在较大差异.强烈减薄的地壳以及伸展因子差异的存在表明南海南部陆缘区经历了与深度相关的拉张，在纵向上拉张是非均一的.
致谢感谢广州海洋地质调查局“探宝号”调查船全体船员在资料收集过程中做出的贡献.成文过程中得到了德国联邦地球科学与资源研究所FrankeDieter博士及中国科学院南海海洋研究所孙珍博士的无私帮助，在此一并致谢！感谢论文评审专家提供的宝贵意见和建议！
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