古南海构造属性及其与特提斯和古太平洋构造域的关系

鲁宝亮，王璞珺，梁建设，孙晓猛，王万银

1.长安大学重磁方法技术研究所，西安 710054

2.吉林大学地球科学学院，长春 130061

3.中海石油（中国）有限公司北京研究中心，北京 100027

0 引言

晚古生代以来，南海地区经历了特提斯构造域和太平洋构造域，是两大构造域叠合影响的地区，具有特殊的大地构造环境，地质现象复杂［1］（图1）。西部和南部的印—澳板块向北漂移和俯冲，东部则是太平洋板块和菲律宾海板块向北西西漂移和俯冲，因此在欧亚板块、印度板块、澳大利亚板块、太平洋板块和菲律宾海等板块的相互作用之下，经历了复杂的地质演化过程，形成了裂谷、海盆、挤压、走滑等多种地质构造现象，以及陆壳、过渡壳、洋壳等多种不同性质的下伏地壳［2－3］。南海地区的地质构造形成演化受这些不同性质板块的运动制约，以及南海广泛发育的中生界均与已消亡的古南海密切相关［4］。因此，明确古南海的构造属性及演化对理解前新生代南海地区地质构造演化至关重要。前人已对古南海做了不少研究，主要有以下4种观点。

第一种观点：古南海是古太平洋的一个海湾，存在时限为中三叠世—白垩纪［2］，认为北巴拉望—礼乐滩—路科尼亚等微陆块均为此大陆边缘弧前地区。在晚白垩世—古近纪，中生代洋壳俯冲于西南婆罗洲之下导致古南海的消亡。

第二种观点：古南海是中特提斯洋的一部分［5］，认为南海在中生代时存在较大范围的特提斯海，并经历了早期（晚三叠—早侏罗世）与中期（晚侏罗—早白垩世）两次海水侵入和后期（晚白垩世）的隆起剥蚀几个阶段。印支运动后华南与中南半岛拼接隆升，海水从拉萨地块南北侧的“南中特提斯海”与“北中特提斯海”沿中南半岛南缘及印尼向东进入南海。又由于晚侏罗—早白垩世的动物具有太平洋动物群的特征，而认为古南海可能与太平洋沟通。另有学者认为古南海也是南沙中特提斯的一部分［6］，但不同点是，认为中特提斯是在古特提斯基础上发育起来的，在石炭纪或略早一点的时候就已经沿亚洲大陆东南边缘出现海盆，并推断晚二叠世古南海开始出现。

第三种观点：古南海是古太平洋板块向北俯冲形成的弧后盆地［7］，主要受太平洋的影响，认为古南海可能是古太平洋板块持续向北俯冲而形成的多扩张中心弧后盆地中的一个，至少在三叠纪古南海就已经存在。

第四种观点：古南海是发育在中特提斯洋和古太平洋过渡部位上的边缘海，存在于晚侏罗世—早白垩世，受特提斯和太平洋两大构造域的交替复合影响［8］。

综上所述，目前对古南海的构造属性争议较大。笔者拟从古南海消亡遗迹（蛇绿岩和增生带）入手，结合海域、陆地地层及古生物特征，探讨古南海的构造属性及其与特提斯和太平洋构造域的关系，建立古南海的构造演化史。

1 古南海遗迹——卢帕尔线蛇绿岩带及其增生带时空分布特征

1.1 卢帕尔线蛇绿岩带特征

蛇绿岩代表古大洋岩石圈的碎块，也标志着过去的洋壳和陆壳之间相互作用带的位置，即缝合带。卢帕尔线蛇绿岩及蛇绿混杂岩出露于纳土纳岛—加里曼丹岛北部—巴拉望岛南部一线（图2），自纳土纳群岛东北侧沿南东走向进入加里曼丹岛，沿卢帕尔河变为北东向，经沙巴一直延伸至巴拉望岛。该蛇绿岩带被认为是古南海向巽他大陆之下消亡的证据，具有明显的俯冲碰撞带的特征［9］，其时代西部为侏罗纪，向东变新至晚白垩世、早中新世（表1），说明了至少在侏罗纪古南海已存在。

图1 南海构造背景图［1］Fig.1 Tectonic setting of South China Sea

1.2 古南海俯冲增生带特征

俯冲增生系时代是限定俯冲带形成时代及增生闭合时代的直接依据。随着古南海的消亡，南海南部形成了一列的俯冲增生带，从南往北依次为锡布带—米里带—南沙海槽（图3）。

卢帕尔线以南的古晋带出露地层主要为上古生界浅变质岩、硅质岩、灰岩，中生界复理石海相沉积岩与火山岩。古晋带中侵入有晚白垩世堡图—塞拉班（Pautu－Serbang）花岗岩体（79～77Ma）至中新世拉汶山（Gunung Rawan）岩体（16Ma）［17］。卢帕尔线北侧为由晚白垩世—中新世巨厚浊积岩和蛇绿混杂岩组成的俯冲增生楔（表2），自东向西依次是锡布增生带拉让群蛇绿混杂岩、东北婆罗洲—南巴拉望的巴拉巴克群变质浊积岩和巴拉望岛—巴拉巴克岛蛇绿混杂岩［9－16］。锡布带主要为拉让群，时代为晚白垩世—始新世，为一套硬砂岩、凝灰岩、泥质板岩、杂砂岩、灰岩、放射虫硅质岩和基性、超基性喷发岩组成的蛇绿混杂岩建造。巴拉巴克群变质浊积岩位于婆罗洲东北文莱—沙巴盆地至南巴拉望盆地，主要为一套克拉克群变质浊积岩，时代为晚白垩世—渐新世。

在南海南部锡布增生带中存在大量的蛇绿混杂岩，混杂岩中蛇绿岩测年时代和放射虫的时代集中在侏罗纪—白垩纪（表1），说明该时期为古南海的强烈扩张时期。万安—曾母—礼乐—巴拉望等地区广泛分布J3—K砂岩、粉砂岩、页岩及石灰岩（表3），它们代表了古南海在南沙—巴拉望地块中的沉积。从表2可以看出，古南海的消亡为自西向东，呈剪刀差闭合方式。南海俯冲增生系自西向东时代逐渐变新（K2→N1），指示了古南海“剪刀差”式的自西向东闭合的特征。

2 南沙海槽特征

南沙海槽位于南沙海区的东部（图2），走向NE，是一条长约400km、宽100km的深海槽，水深可达2 800～2 900km。以南沙海槽南缘断裂为东南边界，从曾母盆地东北部一直到NE方向延伸至巴拉巴克断裂。

南沙海槽是古南海最后俯冲的遗迹。但关于南沙海槽的构造属性却有不同观点：第一种观点认为礼乐地块是从华南大陆裂离漂移到今天的位置，南沙海槽过去是大陆边缘，在它南面存在一个古南海，南沙海槽是古南海俯冲消亡的残留洋壳［1，19］；第二种观点认为南沙海槽不是古俯冲带，而是巴拉望仰冲楔状体推覆前缘，南沙海槽下伏的是陆壳［24－25］；③第三种观点认为南沙海槽西南段为洋壳，东北段为陆壳［26－27］。

笔者通过对地质地球物理资料的解释和前人资料的综合分析，认为南沙海槽的东北部为陆壳，其西南端为古南海残留洋壳。主要依据如下：

第一，南沙海槽的平均热流值为47mW/m2，是南沙海域中的低值区。而邻近的南海西南陆架区（曾母盆地）热流平均值为106mW/m2，最高值可达145mW/m2。南沙海槽的热流特征与曾母盆地明显不同。洋壳俯冲消减地区往往是热流值比较低的地区，南沙海槽低热流值可能与古南海的俯冲有关［27］。

第二，南沙海槽的西南段基底反射波多为圆弧状反射，圆弧下面发射特征散乱（图4）。推测在这段海槽中，基底可能是由玄武岩构成，可能为洋壳［26］。在化极磁力异常上也表现为明显的NE向高磁异常带，与海槽形态非常吻合，并且西南段和东北段具有明显不同的磁异常特征，西南端较东北段具有明显的高磁异常特征（图5）。

图2 南沙地区构造及蛇绿岩分布特征Fig.2 Distribution characteristics of structure and ophiolite in Nansha area

表1 古南海蛇绿岩、蛇绿混杂岩时空分布特征对比表Table 1 Age and spatial distribution correlation table of ophiolite，ophiolitic melange of Paleo－South China Sea

图3 古南海俯冲消亡示意图［17］Fig.3 Paleo－South China Sea subduction diagram

表2 古南海俯冲增生带分布、时代及主要特征Table 2 Location，age and main features of subduction－accretion of Paleo－South China Sea

表3 南沙地区晚侏罗世—白垩纪地层及古生物特征Table 3 Late Jurassic－Cretaceous stratigraphic and paleontological features in Nansha area

第三，SO27－007多道地震剖面显示，一套早中新世碳酸盐台地自西北穿过南沙海槽北段一直延伸至巴拉望陆坡之下［24－26］（图6），表明南沙海槽东北段下伏地壳性质为陆壳，而非洋壳。因此，古南海的俯冲带残留洋壳仅存在于南沙海槽的西南段。

3 古南海构造演化

通过与古南海消亡有关的蛇绿岩、蛇绿混杂岩、增生带、残留洋壳以及围区地层、古生物的研究，笔者将古南海划分为以下4个演化阶段。

3.1 古特提斯残留海阶段（T1—T2）

图4 南沙海槽西南段地震剖面（NS93－06）解释结果［26］（位置见图2）Fig.4 Interpretation of NS93－06line of Nansha Trough（See Fig.2for location）

图5 南沙地区化极磁异常图Fig.5 RTP magnetic anomalies of Nansha area in South China Sea

早—中三叠世，虽然在滇、缅、马、苏地区古特提斯洋已经关闭，但由于南沙—巴拉望地块位于向东开口的喇叭状古特提斯的东端，向东邻接太平洋，该区古特提斯并没有关闭。建立在C—P洋壳基础之上的理明南康层含丰富的晚二叠—晚侏罗世几乎所有层位的放射虫化石（表3），是一种深海连续沉积，没有缺失晚三叠世沉积，而且该地块其他地区还有较多的中晚三叠世深海—半深海相沉积［21－23］，说明古南海是在三叠纪古特提斯残余海的基础上拉张形成的，在早—中三叠世属于古特提斯残留海阶段。

3.2 古太平洋边缘海阶段（T3）

图6 南沙海槽SO－27－007地震剖面解释结果［24，28］（位置见图2）Fig.6 Interpretaion of SO－27－007line of Nansha trough（see Fig.2for location）

晚三叠世，印支运动达到高峰，印支地块与华南地块之间沿黑水河断裂带一线缝合。在南海东部的民都洛岛、南沙地区以及加里曼丹岛的西北部发育晚三叠世—早侏罗世的海相沉积，上三叠统为浅海相，下侏罗统则出现了深海相的浊积岩［9，29］。南沙地区美济礁东侧拖网SO23－23获得了富含晚三叠—早侏罗世蕨类Clathropteris（格脉蕨）和Podozamites（苏铁杉）的三角洲相粉砂岩和砂岩，同处还获得了晚三叠世海相暗灰色黏土岩，含双壳类Halobia和Daonella［20］。另外，加里曼丹岛西北部Sadong组中含有的晚三叠世Carnian晚期纯粹的西南太平洋成羽植物群都显示环太平洋区系特征［9］，而且南沙—北巴拉望地块分布有晚三叠世的硅质岩、硅质页岩，从放射虫的亲源性来看，主要属西太平洋边缘型，为深海大洋型［21－22］。因此，在晚三叠世，古南海主要受古太平洋的影响。

3.3 中特提斯与古太平洋叠加影响阶段（J－K1）

南海南部加里曼丹岛西北地区的早侏罗世Toarcian期菊石与特提斯动物群相似［30］。在民都洛、卡拉绵及马来半岛，下侏罗统广泛存在具明显特提斯动物群特征的双壳类与腹足类化石［29，31］，这说明早侏罗世的中特提斯已经进入研究区及其邻区。而放射虫的亲源性主要属西太平洋边缘型［21－23，32］，为深海大洋型，这就说明了南海南部地区也受中特提斯海侵和古太平洋的叠加影响。在锡布增生带中蛇绿岩和放射虫的时代集中在侏罗纪—白垩纪（表1），代表该时期为古南海的强烈扩张期，南沙地块向华南大陆漂移。早白垩世末，南沙地块对南海北缘地块完成了俯冲拼贴，形成了南海北部俯冲增生带，南海北缘与南沙地块具有统一的构造－沉积环境［33］。此时，古南海规模达到最大。

3.4 俯冲消亡阶段（K2末期—E）

根据前文对古南海俯冲增生带的研究，古南海呈现出“剪刀差”式的自西向东的闭合特征，在南海南部形成了一系列的俯冲增生带、缝合线及海槽。古南海于晚白垩世末期开始向南俯冲，导致南沙地块首先与巽他地块西部碰撞。

始新世，新南海开始扩张［34－35］，古南海加速向南俯冲，南沙地块与加里曼丹地块在沙巴等地碰撞。早渐新世，新南海继续扩张［34－36］，古南海进一步向南俯冲，使早古近纪的拉让群浊积岩向北推覆到南沙地块之上，形成南沙海槽前陆盆地。晚渐新世，加里曼丹岛发生逆时针旋转［8，37］，南沙海槽东北段俯冲先结束，从而导致西南巴拉望岛仰冲至原俯冲带之上，为陆壳性质；而西南段则为古南海残留洋壳（图3—6）。同时，这也反映了古南海残余洋东部较西部俯冲作用更加强烈。

4 结论

通过对古南海遗迹（蛇绿岩、蛇绿混杂岩以及俯冲增生带）的研究，结合周围陆区地质及古生物资料，将古南海的构造演化划分为4个阶段：①古特提斯残留海阶段（T1—T2）；②古太平洋边缘海阶段（T3）；③中特提斯与古太平洋叠加影响阶段（J—K1）；④俯冲消亡阶段（K2末期—E）。古南海是在早—中三叠世的古特提斯残余海基础上发展而来，并与古特提斯残余海是一个连续的演化过程。晚三叠世，印支运动达到高峰，导致古特提斯洋全面关闭，古南海主要受古太平洋的影响。早侏罗世，古南海开始扩张，并受中特提斯和古太平洋叠加影响。晚侏罗世，南沙地块向华南大陆开始漂移，古南海进一步强烈扩张。早白垩世末，南沙地块完成了对华南大陆的俯冲拼贴，形成南海北部中生代俯冲增生带。晚白垩世，南沙地块开始裂离华南大陆，古南海开始向南俯冲。至始新世，伴随着新南海的扩张，古南海加速消亡于巽他地块之下，并在南海南部地区形成卢帕尔线蛇绿岩带以及一系列的俯冲增生带。

（References）：

［1］Hall R，Reconstructing Cenozoic SE Asia［C］//Hall R Blundell.Tectonic Evolution of Southeast Asia.London：Geological Society of London Special Publication，1996：153－184.

［2］Taylor B，Hayes D E.Origin and History of the South China Sea［C］//Hay D E.The Tectonics and Geological Evolution of Southeast Asia Seas and Islands：Part 2.Washington：American Geophysical Union Monograph，1983：23－56.

［3］Briais A，Patriat P，Tapponnier P.Updated Interpretation of Magnetic Anomalies and Seafloor Spreading in the South China Sea：Implications for the Tertiary Tectonics of Southeast Asia［J］.J of Geophy Res，1993，98（B4）：6299－6328.

［4］魏喜，邓晋福，陈亦寒.南海盆地中生代海相沉积地层分布特征及勘探潜力分析［J］.吉林大学学报：地球科学版，2005，35（4）：456－461.Wei Xi， Deng Jinfu， Chen Yihan.Distribution Characters and Exploration Potential of Mesozoic Sea Facies Sedimentary Strata in the South China Sea Basin［J］.Journal of Jilin University： Earth Science Edition，2005，35（4）：456－461.

［5］夏戡原，黄慈流.南海中生代特提斯期沉积盆地的发现与找寻中生代含油气盆地的前景［J］.地学前缘，2000，7（3）：227－238.Xia Kanyuan，Huang Ciliu.The Discovery of Meso－Tethys Sedimentary Basins in the South China Sea and Their Oil and Gas Perspective［J］.Earth Science Frontiers，2000，7（3）：227－238.

［6］刘海龄，谢国发，阎贫，等.南沙海区中生界岩相分布及构造特征［J］.海洋与湖沼，2007，38（3）：272－278.Liu Hailing，Xie Gongfa，Yan Pin，et al.Tectonic Implication of Mesozoic Marine Deposits in the Nansha Islands of the South China Sea［J］.Oceanologia et Limnologia Sinica，2007，38（3）：272－278.

［7］吴世敏，周蒂，刘海龄.南沙地块构造格局及其演化特征［J］.大地构造与成矿学，2004，28（1）：23－28.Wu Shimin， Zhou Di， Liu Hailing.Tectonic Framework and Evolutionary Characteristics of Nansha Block，South China Sea［J］.Geotectonica et Metallogenia，2004，28（1）：23－28.

［8］周蒂，吴世敏，陈汉宗.南沙海区及邻区构造演化动力学的若干问题［J］.大地构造与成矿学，2005，29（3）：339－345.Zhou Di，Wu Shimin，Chen Hanzong.Some Remarks on the Tectonic Evolution of Nansha and Its Adjacent Regions in Southern South China Sea［J］.Geotectonica et Metallogenia，2005，29（3）：339－345.

［9］Hutchinson C S.Geological Evolution of Southeast Asia：Oxford Monographs on Geology and Geophysics［M］.Oxford：Oxford University Press，1989.

［10］William P R，Johnston C R，Almond R A，et al.Late Cretaceous to Early Tertiary Structural Elements of West Kalimantan［J］.Tectonophysics，1988，148：279－297.

［11］Haile N S.Notes on the Geology of the Tambelam，Anambas and Bungumn（Natuna）Islands，Sunda Shelf， Indonesia， Including Radiometric Age Determinations［J］.CCOP Technical Bulletin，1970，3：55－90.

［12］Hutchison C S.Oroclines and Paleomagnetism in Borneo and South－East Asia［J］.Tectonophysics，2010，496：53－67.

［13］周蒂，陈汉宗，孙珍，等.南海中生代三期海盆及其与特提斯和古太平洋的关系［J］.热带海洋学报，2005，24（2）：16－25.Zhou Di，Chen Hanzong，Sun Zhen，et al.Three Mesozoic Sea Basins in Eastern and Southern South China Sea and Their Relation to Tethys and Paleo－Pacific Domains［J］.Journal of Tropical Oceanography，2005，24（2）：16－25.

［14］Hamilton W.Tectonics of the Indonesian Region［M］.Washington： U S Government Printing Office，1979.

［15］Kirk H J C.The Igneous Rocks of Sarawak and Sabah［M］.Washington：U S Government Printing Office，1968.

［16］Rangin G，Bellon H，Benard F，et al.Neogene Arc－Continent Collision in Sabah，Northern Borneo（Malaysia）［J］.Tectonophysics，1990，183：305－319.

［17］龚铭，李唐根，吴亚军.南沙海域构造特征与盆地演化［M］.武汉：中国地质大学出版社，2001.Gong Ming，Li Tanggen，Wu Yajun.The Structural Characteristics of the Nansha Sea Basin Evolution［M］.Wuhan：China University of Geosciences Press，2001.

［18］刘海龄，阎贫，张伯友，等.南海前新生代基底与东特提斯构造域［J］.海洋地质与第四纪地质，2004，24（1）：15－28.Liu Hailing，Yan Pin，Zhang Boyou，et al.Pre－Cenozoic Basements of the South China Sea and Eastern Tethyan Realm［J］.Marine Geology ＆Quaternary Geology，2004，24（1）：15－28.

［19］Taylor B，Hayes D E.The Tectonic Evolution of the South China Sea［C］//Hay D E.The Tectonics and Geological Evolution of Southeast Asia Seas and Islands.Washington：American Geophysical Union Monograph，1980：89－104.

［20］Kudrass H R，Wiedicke M，Capek P，et al.Mesozoic and Cenozoic Rocks Dredged from the South China Sea（Reed Bank Area）and Sulu Sea and Their Significance for Plate Tectonic Reconstructions［J］.Marine and Petroleum Geology，1986，3：19－30.

［21］Cheng Y N.Upper Paleozoic and Lower Mesozoic Radiolarian Assemblages from the Busuanga Islands，North Palawan Block，Philippines［J］.Bull National Museum Nat Sci，1989，1：129－176.

［22］Yeh K Y，Cheng Y N.Jurassic Radiolarians from the Northwest Coast of Busuanga Island，North Palawan Block，Philippines［J］.Micropaleontology，1996，42（2）：93－124.

［23］Faure M，Ishida K.The Mid－Upper Jurassic Olistostrome of the West Philippines：A Distinctive Key－Marker for the North Palawan Block［J］.Journal of Southeast Asian Earth Sciences，1990，4（1）：61－67.

［24］Hinz K，Schlüter H U.Geology of the Dangerous Grounds，South China Sea，and the Continental Margin off Southwest Palawan：Results of SONNE Cruises SO－23and SO－27［J］.Energy，1985，10（3/4）：297－315.

［25］Hinz K，Fritsh J，Kempter E H K，et al.Thrust Tectonics Along the Northwestern Continental Margin of Sabah/Borneo［J］.Geologische Rundschau，1989，78（3）：705－730.

［26］姚伯初.南沙海槽的构造特征及其构造演化史［M］//南海地质研究：八.北京：地质出版社，1996：1－13.Yao Bochu.Tectonic Characteristics and Evolution of the Nansha Trough［M］//Geological Research of South China Sea：8.Beijing：Geological Publishing House，1996：1－13.

［27］苏达全，黄慈流，夏戡原.论南沙海槽的地壳性质［J］.地质科学，1996，31（4）：409－415.Su Daquan，Huang Ciliu，Xia Kanyuan.The Crust in the Nansha Trough［J］.Scientia Geologica Sinica，1996，31（4）：409－415.

［28］张殿广，詹文欢，姚衍桃，等.南沙海槽断裂带活动性初步分析［J］.海洋学报，2009，28（6）：70－77.Zhang Dianguang，Zhan Wenhuan，Yao Yantao，et al.Preliminary Analysis of the Activity of the Nansha Trough Fault Zone［J］.Marine Science Bulletin，2009，28（6）：70－77.

［29］Fontaine H ，David P，Pardede R，et al.The Jurassic in Southeast Asia［J］.United Nations ESCAP，CCOP Technical Bulletin，1983，16：1－28.

［30］Tate R B.Cross－Border Correlation of Geological Formation in Sarawak and Kalimantan［J］.Geological Society of Malaysia Bulletin，1991，28：63－95.

［31］Fontaine H.Note on the Geology of the Calamian Islands，North Palawan，Philippines［J］.ESCAPCCOP Newsl，1979，6：40－47.

［32］Isozaki Y，Amiscaray E，Rillion A.Permian，Triassic and Jurassic Bedded Radiolarian Cherts in North Palawan Block， Philippines： Evidence for Late Mesozoic Subduction－Accretion［C］//Report No.3of the IGCP Project 224：Pre－Jurassic Evolution of Eastern Asia.Osaka：［s.n.］，1988：99－115.

［33］李伍志，王璞珺，吴景富，等.南海南、北陆缘中生代构造层序及其沉积环境［J］.世界地质，2011，30（4）：567－572.Li Wuzhi，Wang Pujun，Wu Jingfu，et al.Mesozoic Tectonic Sequence of Southern and Northern Continental Margins of South China Sea and Their Depositional Environment［J］.Global Geology，2011，30（4）：567－572.

［34］Hsu S K，Yeh Y C，Doo W B，et al.New Bathymetry and Magnetic Lineations Identifications in the Northernmost South China Sea and Their Tectonic Implications［J］.Marine Geophysical Researches，2004，25：29－44.

［35］Barckhausen U，Roeser H A.Seafloor Spreading Anomalies in the South China Sea Revisited［C］//Clift P，Wang P， Kuhnt W， et al.Continent－Ocean Interactions with East Asian Marginal Seas.Washington：American Geophysical Union，2004：121－125.

［36］Cullen A，Reemst P，Henstra G ，et al.Rifting of the South China Sea New Perspectives［J］.Petroleum Geoscience，2010，16：273－282.

［37］Hall R，Cenozoic Geological and Plate Tectonic Evolution of SE Asia and the SW Pacific Computer－Based Reconstructions，Model and Animations［J］.Journal of Asian Earth Sci，2002，20：353－431.