婆罗洲晚中生代岩浆弧及陆缘俯冲汇聚体制

许长海, 朱伟林, 廖宗廷

(同济大学 海洋与地球科学学院，海洋地质国家重点实验室，上海 200092)

晚中生代无论在东特提斯域[1-3]还是古太平洋域[4-6]都是板块聚合演变的重要时期，相关岩浆活动从婆罗洲到越南南部及我国南海北部广泛发育(图1)，岩浆弧研究是重建大陆边缘汇聚格局及其构造过程的重要环节[2-3,7]。在中国南海南部，婆罗洲晚中生代显著的地质特征是Schwaner大规模岩浆活动及Meratus和Lupar俯冲杂岩分布，它们构成了大陆边缘聚合演变的沟—弧体系[8-12]。婆罗洲晚中生代地质面貌遭受了新生代强烈改造，例如南海扩张、印支地块挤出和旋转及菲律宾海俯冲和弧后扩张等，因此增加了中生代构造研究的难度。

图1 婆罗洲及中国南海周边构造轮廓Fig.1 Tectonic framework of the areas around Borneo and South China Sea

1 婆罗洲及邻区晚中生代弧岩浆岩

婆罗洲晚中生代弧岩浆岩以花岗岩类为主体(图2)，主要分布在加里曼丹地区，包括Meratus、Schwaner-Katapang-Singkawang和Sambas-Mangkaliat 3个岩浆岩带[13]。Meratus岩浆岩带位于加里曼丹南东呈NE-SW向分布，包括长英质、中性到基性岩浆岩，主要为准铝质、钙质到钙碱性和Ⅰ型岩石组分。Schwaner-Katapang-Singkawang岩浆岩带位于加里曼丹南西，主要由Schwaner、Katapang和Singkawang等巨大岩基组成。Schwaner和Singkawang岩基主要由英云闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和少量花岗岩组成，属于钙碱性、准铝质Ⅰ型岩石类型。Katapang岩基主要由二长花岗岩、正长花岗岩和碱性长石花岗岩和少量花岗闪长岩、英云闪长岩、石英闪长岩和闪长岩组成，绝大多数具有碱钙质和准铝质组分，少量为过碱性和过铝质组分；Katapang岩基多数具有Ⅰ型花岗岩特点，碱长花岗岩属于A型花岗岩。Sambas-Mangkaliat岩浆岩带位于加里曼丹北部近东西向分布，岩体小且零散侵入在俯冲杂岩内, 以花岗岩和花岗闪长岩为主, 具有长英质、钙碱性—碱性及准铝—过铝质和I型花岗岩组分特点。岩浆岩现有定年数据主要是K-Ar年龄，缺乏系统的锆石年代分析。受封闭温度影响, K-Ar年龄总体上低于锆石U-Pb年龄。 根据AMIRUDDIN[13], 加里曼丹岩浆岩主要形成于早、晚白垩世两期。Schwaner-Katapang-Singkawang岩浆岩的K-Ar年龄为86～129 Ma；Sambas-Mangkaliat岩浆岩的K-Ar年龄为74.9～80.6 Ma；Meratus岩浆岩的K-Ar年龄包括101.0～118.6 Ma和70.9～87.1 Ma。根据SETIAWAN等[14], Schwaner花岗岩基中黑云母和角闪石K-Ar年龄为77～157 Ma，加里曼丹北西的花岗岩年龄为204～320 Ma。不断积累的锆石U-Pb定年数据表明[15-16], 婆罗洲晚中生代岩浆活动主要是79～186 Ma。SETIAWAN等[14]获得了Schwaner花岗岩中(233±3) Ma的锆石年龄。

图2 婆罗洲区域地质简图Fig.2 Simplified geological map of Borneo

有学者将婆罗洲岩浆岩与越南东南及南海北部岩浆岩连接为东亚安第斯型岩浆弧(图1)[2,11,17-19]。越南南部分布的花岗岩类和火山岩主要形成于大陆弧环境[20]，黑云母、角闪石和钾长石K-Ar定年结果为183～60 Ma[21-22]。位于Dalat地区的花岗岩类包括Dinhquan、Deoca和Ankroet 3组岩套, 属于高钾钙碱性I型花岗岩。Dinhquan岩套由角闪黑云母闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩组成；Deoca岩套由花岗闪长岩，二长花岗岩和花岗岩组成，其锆石U-Pb年龄为118～115 Ma, 它们形成于大陆弧环境(ISr=0.704 4～0.706 2; Ndt=-2.4～0.2)。Ankroet岩体(～87 Ma)由花岗岩和花岗闪长岩组成, 类似于造山后或板内岩浆岩，说明晚白垩世转为造山后塌陷环境[12]。越南东南海域钻遇了大量岩浆岩, 类似于Dinhquan、Deoca和Ankroet等岩石组合[23-24]。南海北部有超过120口井钻遇前新生代岩石, 以中酸性侵入岩(花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩)及火山岩为主，包括少量基性侵入岩、片岩和片麻岩等, 岩浆岩Rb-Sr等时线和K-Ar定年结果为150.0～70.5 Ma[25]。潮汕凹陷LF35-1-1井钻遇了侏罗系和白垩系[26]。西永1井钻遇了片麻岩和花岗片麻岩基底(矿物Rb-Sr等时线年龄为1 465 Ma[27])；西科1井钻遇了灰色片麻岩(锆石U-Pb年龄为152.9 Ma[28])。我们在南海北部取得了20多口井花岗岩类的195.0～198.2，148.2～161.6，101.7～136.5 Ma SIMS锆石U-Pb年龄记录[7,29], 它们具有岩浆弧构造特点。西科1井钻遇的碱长花岗岩和二长花岗岩(锆石U-Pb年龄150.3～152.2 Ma和107.8 Ma[28,30])、以及南沙石英闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩拖网样品(锆石U-Pb年龄153.6～159.1 Ma和127.2 Ma[31])同样具有岩浆弧特点。

2 SW婆罗洲前白垩纪构造归属

SW婆罗洲主体由腹地Schwaner岩基、Pinoh

变质基底(PMG)及北部Kuching构造带组成[32]，其北界为Lupar Line蛇绿岩带,东南界为Meratus和Luk Ulo缝合带[1]。PMG以Schwaner片岩为代表，时代上之前划归为古生代[33]，AMIRUDDIN和TRAIL[34]认为PMG原岩老于晚三叠世。锆石U-Pb及云母Ar-Ar定年结果属于白垩纪[16]。有关SW婆罗洲的构造归属认识不一，或认为亲缘于华夏地块，或属于巽他大陆的东延部分，或认为是冈瓦那大陆裂解而来的外来块体。

HALL[3]认为SW婆罗洲是侏罗纪从澳大利亚北部Banda湾裂离而来并于白垩纪(115～110 Ma)增生到巽他大陆上，主要依据是婆罗洲Pinoh基底中包含有大量白垩纪碎屑锆石[16]，婆罗洲冲积型金刚石也亲源于北澳大利亚[35]。Billiton凹陷带位于SW婆罗洲与巽他大陆之间，具有转换边界和缝合带性质[36-37]。ZAHIROVIC等[2]认为Billiton凹陷带与裂谷作用有关(35～17 Ma), 不具有缝合带性质。

ZAHIROVIC等[2]认为SW婆罗洲不是侏罗纪冈瓦那大陆的裂离块体, 至少在中侏罗世以来就是巽他大陆的一部分。HUTCHISON[38]根据沙捞越Sadong和Serian组古生物证据，认为SW婆罗洲三叠纪可能位于或靠近越南东部。新发现的印支期花岗岩(240～208 Ma)支持SW婆罗洲作为印支—东马来亚地块的东延部分[15]。根据FULLER等[39],婆罗洲30～10 Ma期间逆时针旋转了约50°, 这种强烈旋转在马来西亚半岛未见, 在Celebes海和巴拉望等地也很微弱。因此有学者认为，Schwaner岩基与越南南部岩浆岩应属于同一岩浆弧带[11,40]。

HUTCHISON[41]将SW婆罗洲作为东亚大陆的裂离块体，推测具有前三叠纪甚至前石炭纪基底[42]。SW婆罗洲北部的Kuching构造带内，Semitau地块出露有Terbat石灰岩(C-P1)、海相页岩(T)、Serian火山岩(T-J1)和白垩系, 其古生物组合(三叠纪—早白垩世)与华夏古陆亲缘性明显[38,43-44]。ZAHIROVIC等[2]认为Semitau地块是南沙地块的一部分, 这一地块在三叠纪到侏罗纪位于华南陆缘，后期由于俯冲带后撤及弧后伸展，促使它移离华南于始新世到达婆罗洲北部。西沙捞越Gading二云母花岗岩[(80±1) Ma]中，发现有2.56 Ga、1.78～1.83 Ga、754 Ma、421 Ma和231～278 Ma继承锆石组分[15]，这种年龄组分与南海北部和华夏地块形成演化的主要构造事件一致,包括元古代、晋宁期、加里东期和印支期等板块聚合事件[45-46]。

3 婆罗洲晚中生代板块汇聚体制

关于婆罗洲晚中生代岩浆弧[9-10,41-42,47-48]，或强调与特提斯洋向北西俯冲婆罗洲有关，或认为古南海向南俯冲婆罗洲有关，或作为两者联合俯冲的产物(图3)。

图3 婆罗洲形成演化的板块聚合模式Fig.3 Slab subduction models related to the growth of Borneo

3.1 中特提斯洋俯冲婆罗洲模式

一种观点是，婆罗洲岩浆弧和Meratus俯冲杂岩一道，被认为与中特提斯洋俯冲、SW婆罗洲与东爪哇—西苏拉威西地块聚合有关(图4a)，这一俯冲从侏罗纪到白垩纪均有记录。

图4 婆罗洲白垩纪两类代表性陆缘汇聚模式Fig.4 Typical models of slab subduction in Borneo continental margin during the Cretaceous

东爪哇—西苏拉威西地块[3]包括东爪哇、Bawean、Paternoster、Mangkalihat和西苏拉威西等地，具有NW澳大利亚克拉通基底组成特点，其锆石U-Pb年龄[36,49-50]及侏罗纪菊石、双壳类化石[51]与NW澳大利亚一致。中特提斯洋向巽他大陆之下俯冲，促使这一地块于约155 Ma从冈瓦那北部分离出来[2]。分布在西苏拉威西的基性岩和枕状熔岩(158～137 Ma[52])及 Bantimala浅海相砂岩(上侏罗统[53])均与这一裂解作用有关，新几内亚北部裂谷启动时间接近187 Ma[2]。Meratus和Luk-Ulo缝合带是东爪哇—西苏拉威西地块与SW婆罗洲(或巽他大陆)俯冲聚合的产物，伴有蛇绿岩仰冲和超高压变质作用[8,53]，相关岩浆弧以婆罗洲Schwaner复式岩浆岩为代表。

加里曼丹区域上包括Schwaner-Katapang-Singkawang、Sambas-Mangkaliat和Meratus 3个岩浆弧带[13]，岩性有花岗岩、钾长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩及闪长岩等，锆石U-Pb年龄208～80 Ma[15-16]。SOESILO等[9]认为Schwaner和Meratus岩浆弧分别与侏罗纪—早白垩世和白垩纪特提斯2期俯冲有关，代表了SW婆罗洲、Paternoster及南苏拉威西3个块体间的聚合作用。分布在西沙捞越、加里曼丹乃至越南南部的A型侵入体(77～80 Ma)表明晚白垩世由俯冲汇聚转变为伸展环境。

相关俯冲杂岩由混杂岩、枕状玄武岩、蛇绿岩、高压—超高压变质岩(蓝片岩和榴辉岩)和硅质岩等组成。高压—超高压变质作用主要发生在140～95 Ma[8]；ZAHIROVIC等[2]将峰变质年龄(115～110 Ma)作为东爪哇—西苏拉威西地块与SW婆罗洲(巽他大陆)碰撞的时间，约80 Ma时完成最终拼合。区域上，超高压变质岩包括Bantimala榴辉岩、石榴石—蓝闪石岩(18～24kbar, 580～620℃；K-Ar年龄111～114 Ma)和硬玉—石榴石—石英岩(>27 kbar, 720～760 ℃), 西苏拉威西榴辉岩和石榴石麻粒岩, Luk Ulo榴辉岩和硬玉—蓝闪石石英岩(～22 kbar,～530 ℃；白云母K-Ar年龄117～124 Ma)以及Meratus白片岩(～18 kbar,白云母K-Ar年龄103～119 Ma和165～180 Ma)，二辉橄榄岩和辉石岩残留在苏拉威西中部和Sabah等地[8]。Meratus和Luk-Ulo缝合带代表特提斯洋俯冲SW婆罗洲并与东爪哇—西苏拉威西地块聚合的作用。俯冲杂岩被上白垩统深水沉积和火山岩不整合覆盖[8,54-55]。

3.2 古南海俯冲巽他大陆模式

另一种观点强调Schwaner岩浆弧形成与古南海向南俯冲巽他大陆有关(图4b)，俯冲洋壳以Lupar Line蛇绿岩和Sibu复理石下伏洋壳为代表，认为婆罗洲北部Sambas-Mangkaliat岩浆弧形成与俯冲带后撤有关。

婆罗洲Schwaner岩浆弧以北，主要构造单元依次为Boyan俯冲杂岩、Semitau地块、Lupar Line蛇绿岩与Lubok Antu俯冲杂岩带、Sibu复理石带和南沙地块[2,10]。HALL等[36]依据上三叠统Dictyophyllum-Clathropteris植物群及白垩系变质岩[56]，认为南沙地块亲缘于华夏地块，或属于印支—东马来亚地块一部分[1]。刘海龄等[57]认为古南海是中特提斯洋一部分，南沙地块上的海相中生界是中特提斯洋北部减薄陆缘地壳上的中特提斯海相沉积。Sibu复理石带属于古南海洋壳上的浊流沉积(白垩系—始新统)，包括沙捞越Rajang群(低级变质)和加里曼丹Embaluh群(未变质)。Boyan Mélange作为上白垩统俯冲杂岩[58]位于Sibu复理石带以南，分布在早—中白垩世浅海沉积盆地中(Selangkai组[10])。Lupar Line蛇绿岩带位于Sibu复理石带和Boyan俯冲杂岩之间，兼有走滑断裂性质[36]。ZAHIROVIC等[2]认为Semitau地块属于南沙地块一部分，这一地块在三叠纪到侏罗纪位于华南陆缘。

HUTCHISON[10,59]将婆罗洲Schwaner岩浆弧作为古南海(Proto SCS)白垩纪(130～80 Ma)俯冲巽他大陆的产物；之后由于俯冲板块后撤导致婆罗洲北部Sambas-Mangkaliat又一岩浆弧带形成(80～63 Ma)。随着板块俯冲结束(～60 Ma)，南沙陆块与SW婆罗洲碰撞造山(沙捞越造山作用，～45 Ma)，促使婆罗洲以北的Rajang群(白垩系—始新统[60])深水沉积强烈变形。HALL等[36]认为这类变形与碰撞造山无关，而与澳大利亚约45 Ma时向北漂移促使沙巴—巴拉望向南俯冲以及爪哇南部向北俯冲有关。FYHN等[11]将Schwaner岩浆弧延伸到越南南部并与古太平洋板块俯冲巽他大陆关联，认为存在一个外来地块随大洋俯冲并于古近纪早期碰撞到巽他大陆上，即沙捞越造山作用。

3.3 两大构造域联合俯冲模式

有学者强调不同构造域联合俯冲汇聚作用，包括东部特提斯域和北部古太平洋域，促使婆罗洲于白垩纪拼接到巽他大陆上，形成了岩浆弧、蛇绿岩和俯冲杂岩组合。

根据HALL[3]，巽他大陆不具有克拉通的典型特点，其下伏存在一个厚度较小和温度较高的非刚性岩石圈，这与巽他大陆之下长期遭受板块俯冲有关，包括中生代和新生代俯冲作用。巽他大陆整体上表现出由众多块体拼接而成不均一的马赛克图案。印支—东马来地块泥盆纪从冈瓦那大陆裂解出来并在石炭纪接近华南大陆；滇缅泰马地块二叠纪从冈瓦那大陆裂离并于三叠纪与印支—东马来地块碰撞拼合，形成巽他大陆的主体。Song Ma缝合带及Jinghong、Nan-Uttaradit、Sra Kaeo和Bentong-Raub缝合带是三叠纪主要拼合带[1]。

SW婆罗洲向巽他大陆拼贴通过两类俯冲来完成。HALL[3]认为SW婆罗洲、东爪哇—西苏拉威西地块都是侏罗纪从NW澳大利亚裂离的地块，它们于早白垩世和晚白垩世先后增生到巽他大陆东部边缘，Meratus蛇绿岩带和Billiton凹陷带是2条重要的块体拼接界线。BREITFELD 等[32]将加里曼丹北部包括Boyan俯冲杂岩、Semitau地块(Kuching带)、Lupar Line蛇绿岩与Lubok Antu俯冲杂岩以及Sibu复理石所在区域划归为中生代俯冲增生杂岩区，其中含有三叠纪和白垩纪增生而来的华夏裂离块体。这一俯冲杂岩是古太平洋构造域晚中生代汇聚巽他大陆的产物。根据AMIRUDDIN[13]，婆罗洲Schwaner-Katapang-Singkawang岩浆岩带与古南海板块向南俯冲巽他大陆有关(早白垩世)，Sambas-Mangkaliat岩浆岩带与古南海陆块碰撞巽他大陆有关(晚白垩世)。Meratus早期岩浆岩形成与印度板块俯冲东南亚大陆(早白垩世)有关，同时加剧了Schwaner和Katapang岩浆活动；印度陆块碰撞东南亚大陆形成Meratus晚期岩浆岩(晚白垩世)。加里曼丹3个岩浆岩带形成与古南海和印度板块两构造域从俯冲到碰撞巽他大陆有关。

4 弧盆系统与南海中生界油气勘探

南海作为我国重要的油气战略选区，开展婆罗洲及邻区岩浆弧及俯冲体制研究，有助于深化认识南海南部弧盆体系、中生界残留盆地及油气勘探潜力等。

南海陆缘广泛残留中生界地层[61-63]。南海南部礼乐滩SO23-23井钻遇了上三叠统—下侏罗统三角洲碎屑岩及中三叠统大洋硅质页岩[54]，Kalamansi-1和Sampaguita-1井钻遇了海相到海陆过渡相碎屑岩及煤层[64-65]；巴拉望陆架Destacado A-1x, Cadlao-1, Guntao-1和Penascosa-1井钻遇了上侏罗统石灰岩、页岩、泥岩和凝灰岩及下白垩统粉砂岩、泥岩和灰质页岩[65]。南海北部LF35-1-1钻遇了侏罗系和白垩系[26]，由碎屑岩、硅质岩、火山岩夹鲕粒灰岩等组成，包括侏罗系滨浅海相、深海相到白垩系海陆过渡相及潟湖相。根据孙晓猛等[66]，南海北部晚中生代地层和沉积环境具有东西差异性：珠江口盆地东部以海相及海陆过渡相为主，火山活动明显；珠江口盆地西部至琼东南盆地以早白垩世陆相火山—沉积为主；北港隆起及台西南盆地以海相、海陆交互相沉积为主。

鲁宝亮等[67-68]依据钻井及地球物理资料，认为珠江口盆地东部至台西南盆地地层残留厚度约2～8 km，潮汕凹陷残留厚度最大；礼乐到巴拉望地层残留厚度约2～5 km，礼乐南部残留厚度最大；中建南—万安—南薇盆地残留厚度约2～3 km。潮汕坳陷及东沙隆起带中生界沉积巨厚，烃源岩条件较好，油气勘探前景良好。区域上，李伍志等[69]分析了南海陆缘中生界层序及沉积环境，认为: (1)三叠纪—早侏罗世，礼乐区为半深海—浅海相沉积环境，南海北部形成浅海碳酸盐岩—碎屑岩和海陆交互相含煤碎屑岩建造，粤东为半深海环境；(2)中晚侏罗世，礼乐区处于浅海相环境，珠江口盆地由中侏罗世滨浅海相砂岩、灰岩及鲕粒灰岩转为晚侏罗世深海相硅质岩；(3)早白垩世，礼乐区为浅海相到滨海相沉积环境，珠江口盆地转为海陆过渡相至陆相环境。通过国家科技重大专项的工作，我们建立了LF35-1-1中生界地层格架，认为南海晚中生代沉积以弧前盆地为主[29,56]。南海作为重要的油气战略选区，由于受勘探技术和复杂地质条件等限制，其中生界分布规律、盆地属性及构造环境等还有待于深入研究。开展婆罗洲岩浆弧和俯冲体制研究，有助于深化认识南海中生界弧盆结构及其油气勘探潜力。

5 结语

婆罗洲所处的构造部位，有助于深入分析东南亚晚中生代陆缘汇聚体制以及特提斯和古太平洋2大域的构造关系。就现有资料而言，婆罗洲中生代地质研究程度不高，包括岩浆弧、俯冲杂岩、区域断裂及沉积盆地等，其陆缘汇聚模式认识不一。今后应突出地质、地球化学和地球物理方面的综合研究，突出婆罗洲与越南、南海北部和华南等地的区域对比研究，突出婆罗洲与华夏地块、巽他大陆和NW澳大利亚构造归属的对比研究，以便形成婆罗洲及邻区陆缘汇聚体制和2大域构造关系的系统认识。南海作为国家重要的油气战略选区,婆罗洲及邻区中生代地质研究有助于深化认识南海弧盆结构、盆地原型及中生界油气勘探潜力等。

致谢：感谢审稿专家和杂志编辑提出的宝贵修改意见。