华南南缘晚白垩世晚期的构造反转及其机制——来自广西玉林盆地的证据

秦咏辉, 田云涛, 2*, 陈东旭, 张增杰

华南南缘晚白垩世晚期的构造反转及其机制——来自广西玉林盆地的证据

秦咏辉1, 田云涛1, 2*, 陈东旭3, 4, 张增杰1

(1. 中山大学 地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东 广州 510275; 2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519082; 3. 国土资源评价与利用湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410118; 4. 湖南省地震局, 湖南 长沙 410004)

中国东部自白垩纪以来在区域伸展的构造背景下经历了多期挤压构造反转, 其中华南地区晚白垩世晚期由伸展到挤压的构造反转直接证据较少。本文通过野外构造与锆石U-Pb定年分析, 对华南南缘广西玉林盆地白垩纪‒古近纪的盆地演化进行了系统梳理, 重点分析了盆地上白垩统与古近系之间角度不整合的构造特征、时限及变形机制。结果表明, 玉林盆地形成于晚白垩世早期的伸展裂陷, 发育上白垩统西垌组火山碎屑岩和罗文组河湖相沉积; 晚白垩世晚期, 研究区发生了NW-SE向挤压构造反转, 形成了白垩系罗文组与古近系邕宁群之间的角度不整合。该结果显示华南南缘晚白垩世晚期经历了挤压构造反转, 其时间与燕山运动最后一幕大致相近。关于这一构造反转的机制争议较大, 本文认为该反转的力源可能来自华南以东或以南地区的构造事件: ①同期存在古南海的扩张, 其洋脊的推力或许是一种可能的机制; ②如果不存在古南海,晚白垩世向西俯冲的古太平洋板块俯冲角度变小, 与上覆板块的耦合度增强, 也可能会驱使华南南缘发生构造反转。

华南; 晚白垩世晚期; 玉林盆地; 角度不整合; 构造变形

0 引 言

晚中生代以来, 受控于古太平洋板块的俯冲后撤, 中国东部发生强烈的地壳伸展减薄, 发育了大量中‒新生代NE向断陷盆地, 并伴随着一系列中酸性的火山活动, 形成了复杂的盆山格局(Li et al., 2012b, 2019; Wang and Shu, 2012; Zhou and Li, 2000)。近年来越来越多的研究表明, 中国东部自白垩纪以来并非始终处于伸展环境之中, 而是经历了多期伸展‒挤压的构造应力场反转(Dong et al., 2018; Suo et al., 2020), 包括但不限于早白垩世末‒晚白垩世初(Li et al., 2014b, 2020)、晚白垩世晚期(邢光福等, 2009; Ye et al., 2018)以及古近纪晚期(Yan et al., 2009; Suo et al., 2020)等多期伸展‒挤压转换。

华南板块位于太平洋板块西缘, 向北以秦岭‒大别造山带与华北板块相隔, 向西以龙门山‒横断山、哀牢山‒红河断裂分别与松潘‒甘孜和思茅‒印支地块相连(图1; 舒良树, 2012)。早/晚白垩世之交华南板块由伸展转为挤压的构造反转已被广泛证实, 如早‒晚白垩世NE向莲花山断裂带向南东逆冲(Li et al., 2020), 长乐‒南澳断裂带向北西逆冲(Wei et al., 2015), 沅麻盆地发生区域性NW-SE向转换挤压(Li et al., 2012a), 以及约118～107 Ma华南岩浆寂静期等(Li et al., 2014b)。然而, 晚白垩世晚期华南板块构造反转的证据相对较少, 且大多是间接推测, 如热年代学研究显示晚白垩世‒早古新世华南东南缘发生了快速冷却(Yan et al., 2009; Ding et al., 2019),沉积学研究表明该时期南雄盆地由扩张转向萎缩(张族坤等, 2019), 华南板块大范围缺失晚白垩世晚期地层(邢光福等, 2009), 以及80～60 Ma华南岩浆活动出现间隙等(Suo et al., 2020)。而Ye et al. (2018)在南海北缘珠江口盆地识别出的NEE向断裂系统在72～66 Ma由伸展转为逆冲, 是华南晚白垩世晚期构造反转的直接证据。

图1 华南板块及周缘地区大地构造简要图(据Li et al., 2014b修改)

此外, 关于华南板块晚白垩世晚期构造反转的机制也存在争议。有学者认为该构造反转仅局限于华南南缘以及南海北缘, 并将其与古南海的扩张相联系(Ye et al., 2018)。然而, 也有学者认为这期构造反转广布于整个东亚东缘, 提出古太平洋俯冲板片年轻化是造成中国东部此时发生构造反转的原因(Suo et al., 2020)。因此, 检验晚白垩世晚期华南南缘构造应力场的反转尚需更多直接证据, 对其研究将有助于进一步认识华南南缘的构造演化及其动力机制。

玉林盆地位于广西东部, 处于华南板块的南缘, 东接云开大山, 西临十万大山, 长约100 km, 宽约25 km, 呈NE走向(图1、2b)。盆地内发育晚白垩世‒古近纪地层(广西壮族自治区地质矿产局, 2004), 可能记录了华南南缘中‒新生代构造应力场的变化。为此本次在玉林盆地开展构造变形分析, 并结合锆石U-Pb定年结果, 旨在厘清玉林盆地晚白垩世‒古近纪的地层格架与构造变形序列, 为华南南缘晚白垩世晚期的构造反转提供依据。

1 地质背景

1.1 区域地质背景

华南板块由扬子地块和华夏地块于新元古代拼合而成(图1; Zhao and Cawood, 2012), 随后经历了多期构造热事件的改造, 发育大量不同性质的断层及岩浆岩, 形成了丰富的W、Sb等金属矿床(Wang et al., 2007, 2012b; Sun et al., 2012; 张国伟等, 2013)。研究表明, 中生代以来华南板块变形主要受控于古太平洋板块的俯冲(张岳桥等, 2012; Dong et al., 2018); 中‒晚侏罗世, 华南板块地壳发生缩短、加厚, 自东部沿海地区向内陆发育约1300 km的褶皱冲断带及弧后前陆系统(Li and Li, 2007; 舒良树, 2012; Li et al., 2018); 白垩纪以来, 华南板块岩石圈伸展减薄, 广泛发育近NE向断陷盆地, 形成面积约26×104km2的东部火成岩省(Zhou and Li, 2000; Zhou et al., 2006; 舒良树和王德滋, 2006); 新生代, 华南板块伸展裂陷进一步加剧, 最终沿东部陆缘形成了一系列边缘海盆地(任建业和李思田, 2000; 索艳慧等, 2012)。最近研究表明, 华南板块中‒新生代经历了数次短暂的伸展‒挤压转换(Li et al., 2014b), 可能与微陆块和东亚大陆的碰撞或古太平洋板块俯冲过程的复杂性有关(Yang, 2013; Li et al., 2020)。

1.2 玉林盆地地质概况

玉林盆地位于华夏地块与扬子地块交界处, 是一个被十万大山构造带与云开大山围陷的中‒新生代断陷盆地, 构造上受控于合浦‒北流断裂带(即为岑溪‒博白断裂带)(图2b)(罗璋, 1990; 王明明等, 2009)。晚白垩世玉林盆地发生伸展裂陷, 在前白垩系基底之上发育白垩系‒古近系沉积, 自下而上可分为上白垩统西垌组(K2)、罗文组(K2)与古近系邕宁群(E)(图2a)。

上白垩统西垌组主要出露于盆地边缘, 总体上为火山爆发、喷发溢流和堆积的产物, 在火山喷发间隙发育河流相和湖相沉积。该组岩性复杂, 横向变化大, 底部为紫红色砾岩, 呈角度不整合覆盖于下伏地层之上, 上部主要为灰白色熔结凝灰岩、碎斑熔岩, 以安山质为主, 局部夹泥质粉砂岩等, 被霏细斑岩、闪长玢岩岩脉侵入, 未见化石(广西壮族自治区地质矿产局, 2004)。依据玉林盆地北东侧约50 km处水汶盆地中西垌组碎斑熔岩的Rb-Sr全岩等时线年龄(87.4±15.4 Ma), 将该组时代定为晚白垩世(广西壮族自治区地质矿产局, 2004)。

上白垩统罗文组不整合覆盖于西垌组之上, 主要由砾岩、砂岩、泥岩组成, 下部以河流相沉积为主, 向上逐渐转为湖泊相沉积。根据岩性组合、沉积旋回特征等, 可将罗文组划分为两个岩性段。下段: 底部为厚层块状砾岩, 向上经中厚层状含砾砂岩过渡为中薄层状粉砂岩、粉砂质泥岩, 发育粒序层理、交错层理; 上段: 底部为紫红色厚层块状砾岩、砂岩, 往上为紫红色中薄层状粉砂岩、粉砂质泥岩。该组中含有丰富的动植物化石, 如孢粉(,,)、介形虫(sp.,sp.,sp.,sp.)、轮藻(sp.,sp.)及硅化木等, 且被含紫苏石英二长斑岩等岩浆岩侵入, 沉积时代为晚白垩世(广西壮族自治区地质矿产局, 2004)。

图2 玉林盆地地层柱状图(a)与地质简图(b; 据广西壮族自治区地质矿产局, 2004)

古近系邕宁群整体为山麓‒河流、湖泊相沉积(广西壮族自治区地质矿产局, 2004; 张沥元等, 2016), 其下部为紫红色厚层块状砾岩夹泥质粉砂岩, 砾石成分较为复杂, 磨圆度及分选性一般, 具正粒序层理; 中部为钙质砂岩、粉砂岩; 上部为粉砂岩、粉砂质泥岩; 含植物化石(sp.、s sp.、sp.等; 广西壮族自治区地质矿产局, 2004)。关于邕宁群的时代存在争议, 一般认为是始新世‒渐新世或古新世‒始新世(广西壮族自治区地质矿产局, 1985, 2004)。

2 玉林盆地中‒新生代构造特征

2.1 上白垩统/古近系不整合面的识别

通过野外地质调查, 本次在盆地不同位置识别出古近系邕宁群与下伏上白垩统罗文组、西垌组之间的角度不整合面, 详述如下。

上白垩统罗文组/古近系邕宁群不整合: 邕宁群紫红色或黄色砾岩、含砾砂岩角度不整合覆盖于下伏罗文组紫红色薄层粉砂质泥岩之上(图3a、b)。其中罗文组以薄层粉砂质泥岩等细粒沉积为主, 产状较平缓(倾角10°～15°); 邕宁群则以砾岩、含砾砂岩等粗粒沉积为特征, 地层产状近水平, 倾角约为5°。

上白垩统西垌组/古近系邕宁群不整合: 邕宁群直接覆盖于西垌组火山碎屑岩之上, 二者之间为不整合接触关系(图3c)。其中西垌组为厚层熔结凝灰岩, 地层倾向为250°～270°, 倾角为30°～40°; 邕宁群为红灰色厚层砂岩与砾石磨圆度较高的砾岩互层, 地层倾向为290°～315°, 倾角为15°～30°。

2.2 盆地构造变形

盆缘正断层: 在盆地东缘可见上白垩统西垌组与志留系基底呈正断层接触(图3d), 断层面倾向300°～310°, 倾角为30°～40°。断层下盘为志留系紫红色粉砂岩夹页岩, 上盘为西垌组灰白色凝灰质角砾岩, 断层的活动时间可能与西垌组的火山喷发时间相近。因此, 盆缘正断层为该火山‒断陷盆地的控盆构造。

上白垩统罗文组挤压褶皱: 在盆地西北端观察到罗文组发生了宽缓、开阔的褶皱变形(图3e), 南翼倾向130°～150°, 倾角为5°～10°; 北翼倾向25°～30°, 倾角为2°～5°。为进一步探明盆地的整体变形特征, 本研究沿垂直于盆地主要构造走向选取了良好的露头进行了地层产状测量工作(图4a), 并综合地质调查报告中的产状数据(广西壮族自治区地质矿产局, 2004), 绘制了横贯玉林盆地的构造剖面图(图4b)。构造变形分析表明, 晚白垩世以来玉林盆地可能遭受了两期挤压事件, 形成了上白垩统罗文组和古近系邕宁群的挤压褶皱, 及其两套地层间的角度不整合。其中第一期褶皱地层为上白垩统罗文组, 褶皱轴线走向约为NE50°, 全长约100 km, 宽约15 km。褶皱北西翼地层倾向290°～300°, 倾角15°～20°; 南东翼地层倾向100°～120°, 倾角10°～20°。经统计分析, 罗文组层面产状极点为NW-SE方向(图4c), 指示该地层在沉积之后受到的构造挤压方向为NW-SE向。第二期褶皱变形记录主要分布于盆地边缘, 如在盆地东缘, 不整合覆盖于罗文组之上的古近系邕宁群出现了褶皱变形。褶皱北西翼地层倾向290°, 倾角40°～60°; 南东翼地层倾向20°～120°, 倾角5°～40°。由于该期挤压可能形成于古近纪晚期, 不在本文研究的时间范围之内, 在此不做详细研究。

3 锆石U-Pb年代学

3.1 样品采集

为厘定玉林盆地的地层年代学格架, 并限定盆地晚白垩世‒古近纪的构造变形历史, 本次在盆地上白垩统西垌组、罗文组和古近系邕宁群中共采集了5件样品进行锆石U-Pb年代学研究, 其中沉积岩样品2个, 岩浆岩样品3个, 具体采样位置见图2。其中样品YL34(N22°15′26″, E109°55′06″)采自西垌组上段的灰白色凝灰岩, 样品YL9-1(N22°12′15″, E109°52′52″)、YL10(N22°06′26″, E109°47′31″)采自侵入于罗文组下段的含紫苏石英二长斑岩, 样品YL6(N22°19′39″, E110°00'27″)采自罗文组下段暗红色砾岩的杂基, 样品YL5(N22°23′26″, E110°03′04″)采自邕宁群的紫红色砂岩。

3.2 样品测试

锆石经分选、制靶及阴极发光(CL)图像拍摄之后, 在武汉上谱分析科技有限责任公司LA-ICP-MS实验室进行锆石U-Pb年龄的测定, 激光剥蚀系统为GeolasPro, ICP-MS的型号为Agilent7700e。测试采用束斑大小为32 μm, 频率为5 Hz, 实验信号由20～25 s的背景信号和50 s的样品信号组成。采用锆石标样91500进行同位素分馏的校正(Jackson et al., 2004), 锆石标样91500的U-Th-Pb同位素比值依据Wiedenbeck et al. (2004)。分析中, 每测5个样品锆石便测试两次91500标样。数据处理采用ICPMSDataCal11.8软件(Liu et al., 2008, 2010), 岩浆锆石样品的年龄谐和图、加权平均年龄图和碎屑锆石样品的年龄谱的绘制(包括最年轻年龄峰的计算)使用IsoplotR代码(Ludwig, 1998; Vermeesch, 2018)。本文讨论的锆石年龄谐和度均≥90%。此外, 对于锆石年龄>1000 Ma的样品, 选择207Pb/206Pb年龄作为其形成年龄(Compston et al., 1992), 其余样品均采用206Pb/238U年龄(误差为1σ), 详细的测试结果见附表1(正文略, 具体见网络电子版: http: //www.ddgzyckx.com/)。

(a、b) 罗文组和邕宁群之间的角度不整合接触, 曲线表示不整合面, 白色虚线指示地层层面。不整合面上部为古近系邕宁群, 下部为上白垩统罗文组; (c) 邕宁群不整合覆盖于上白垩统西垌组之上; (d) 盆地东缘西垌组与志留系基底岩石间的正断层接触; (e) 罗文组的宽缓褶皱变形。

图a中黑色产状为野外实测产状, 红色产状源自1∶25万玉林市幅地质图(广西壮族自治区地质矿产局, 2004)。

3.3 分析结果

岩浆岩样品的锆石绝大多数为自形‒半自形, 具有明显的振荡环带, Th/U>0.2(其中YL34: 0.4～5.3; YL9-1: 0.2～1.5; YL10: 0.5～0.9), 表明它们为岩浆成因锆石(Hoskin and Schaltegger, 2003)。样品YL34获得8个测试点, 其中1个锆石点的206Pb/238U年龄为234 Ma, 可能为捕获锆石; 另去除1个年龄偏差较大点之外, 其余6个点加权平均年龄为97.0±0.9 Ma (MSWD=1.9)(图5a)。样品YL9-1共获得12个测试点, 去除2个为捕获锆石点和2个偏离点之外,其余8个测试点的加权平均年龄为87.3±1.7 Ma (MSWD=3.2)(图5b)。样品YL10获得7个谐和的数据点, 除1个继承锆石的年龄为～235 Ma外, 其余6个测点的206Pb/238U加权平均年龄为82.1±2.0 Ma (MSWD=3.2)(图5c)。

沉积岩样品的锆石大部分为半自形‒它形, 表明经历了一定程度的搬运和分选。其中样品YL6获得68个有效测试点, 年龄主要集中在130～80 Ma(约9%)与300～220 Ma(约46%)两个区间, 其余年龄基本落在1200～600 Ma, 该样品中最年轻的年龄峰约为96.1±1.5 Ma(图5d)。样品YL5也获得68个有效年龄值, U-Pb年龄谱显示该样品具有300～220 Ma的主峰(57%), 同时还有～100 Ma、～460 Ma、1000～600 Ma、1600～1200 Ma、2000～1800 Ma、2800～2200 Ma等小峰, 其最年轻的锆石年龄峰为100.3±1.5 Ma(图5e)。

4 讨 论

4.1 玉林盆地中‒新生代地层年代学格架

锆石U-Pb年代学结果为玉林盆地的地层时代提供了约束。西垌组凝灰岩样品YL34年龄为97.0±0.9 Ma, 限定了西垌组时代为晚白垩世早期。侵入罗文组下段的含紫苏石英二长斑岩(YL9-1、YL10)的年龄分别为87.3±1.7 Ma和82.1±2.0 Ma, 指示罗文组沉积时代不早于87 Ma。两个沉积岩样品(YL6、YL5)最年轻碎屑锆石U-Pb年龄峰分别为～96 Ma和～100 Ma, 指示罗文组和邕宁群沉积均晚于早白垩世。这些结果与前人在玉林盆地开展的地质调查结果一致(广西壮族自治区地质矿产局, 2004), 证实了西垌组和罗文组均形成于晚白垩世早期。

由于邕宁群样品中缺乏更为年轻的碎屑锆石组分, 因此无法对邕宁群年龄给予进一步约束。前人研究显示, 广西地区古新统‒始新统的沉积岩以紫红色厚层块状砾岩为主, 局部含钙质, 含植物化石sp.、sp.、sp. (广西壮族自治区地质矿产局, 1985), 与玉林盆地的邕宁群岩性及含有的化石种类一致(广西壮族自治区地质矿产局, 2004)。因此, 我们推断邕宁群应该为古新世‒始新世。

4.2 玉林盆地晚白垩世‒古近纪构造演化

本次研究结合玉林盆地晚白垩世‒古近纪的构造变形特征与锆石U-Pb年龄, 揭示了该盆地晚白垩世以来先后经历了早期的裂陷成盆与晚期的构造反转。

(1) 晚白垩世早期: 伸展裂陷

晚白垩世早期, 西垌组岩浆‒火山作用与其同期的正断层活动(图3d)表明玉林盆地处于伸展的环境; 而且侵入于罗文组中的含紫苏石英二长斑岩属于后造山‒非造山花岗岩类, 揭示为拉伸环境下岩浆活动的产物(广西壮族自治区地质矿产局, 2004)。因此, 晚白垩世早期玉林盆地处于伸展裂陷环境, 该期裂陷使得玉林盆地发育以中基性凝灰岩为主的西垌组和以河湖相沉积为主的罗文组(100～87 Ma), 与区域上(东亚)的构造伸展相同步(Li et al., 2014b; Dong et al., 2018)。

(2) 晚白垩世晚期: 挤压反转

晚白垩世晚期, 玉林盆地内的罗文组发生宽缓褶皱变形(图3e、4), 与上覆邕宁群之间呈角度不整合接触关系(图3a、b), 罗文组层面产状极点指示该地层在沉积之后受到的构造挤压方向为NW-SE向。除此之外, 局部地区还可见邕宁群直接覆盖于西垌组火山碎屑岩之上(图3c), 表明晚白垩世晚期盆地发生强烈的剥蚀, 使得部分地区缺失了罗文组。本次研究中获得侵入罗文组内部最年轻的含紫苏石英二长斑岩年龄为82 Ma(图5c), 指示盆地的伸展活动至少持续到约82 Ma, 进一步暗示构造反转事件发生在晚白垩世晚期。综上, 晚白垩世晚期玉林盆地存在一期构造反转, 这一事件使整个盆地发生了一定程度的褶皱变形、沉积间断、剥蚀作用与火山作用的终止。

图5 锆石U-Pb年代学分析结果

4.3 华南南缘晚白垩世晚期的构造反转与机制

4.3.1 区域总结与对比

玉林盆地中‒新生代的构造演化揭示了华南板块南缘在晚白垩世晚期发生了构造反转, 这与近年来在华南南缘(包括南海北缘)开展的一系列研究结果一致。例如Ye et al. (2018)基于三维地震反射资料对南海北部珠江口盆地前新生代构造进行了综合解析, 识别出了3期断裂系统。其中第一期为NWW走向的高角度逆冲断裂系统; 第二期为NEE走向的正断层系统; 第三期为NEE走向的低角度逆冲断裂系统, 断层向南倾。综合已报道的基底花岗岩类U-Pb年龄, Ye et al. (2018)认为南海北缘在早/晚白垩世之交(～100 Ma)与晚白垩世晚期均发生了由伸展到挤压的构造反转。Li et al. (2014b)整理了华南地区白垩纪岩浆岩锆石U-Pb年龄数据, 指出在～86 Ma之后华南陆内的岩浆活动基本处于寂静期, 暗示华南板块在86 Ma之后处于挤压的构造背景; 结合台湾澎湖列岛的玄武岩年龄(65～38 Ma)(Chen et al., 2010; Wang et al., 2012a), 说明该期构造挤压事件应结束于65 Ma之前。此外, 华南板块南缘晚白垩世晚期的构造反转还可以合理解释该地区80～60 Ma的快速剥蚀(Yan et al., 2009; Li and Zou, 2017)、珠江口盆地潮汕凹陷新生代地层与上白垩统之间的角度不整合接触关系(张素芳等, 2015), 以及华南南缘‒南海北缘上白垩统上部‒古新统下部的大范围缺失(邢光福等, 2009; Zhang et al., 2019, 2020)。

从更大尺度上看, 华南南缘这期构造反转与前人提出的燕山运动最后一幕的时间相近。Dong et al. (2018)认为中国在80 Ma左右经历了一期弱挤压事件, 该事件代表了燕山运动的尾幕, 主要证据为金衢盆地上白垩统金衢群(<91 Ma)与永康群之间的角度不整合接触关系(Li et al., 2014a)。中国东北部的海拉尔、三江和松辽等盆地也记录了上白垩统与古近系之间的角度不整合接触关系(Wang et al., 2016; Zhang et al., 2017)。周良仁和蔡厚维(1990)认为晚白垩世‒早古近纪为燕山运动的尾幕, 该运动导致中国西北部的克拉玛依和乌伦古河地区古近系与上白垩统艾里克湖组之间的不整合接触。

4.3.2 动力机制

晚白垩世晚期构造反转从华北到华南均有发育, 不同地区的动力机制可能不甚相同。根据前人研究, 华南南缘晚白垩世晚期的构造反转动力机制主要有以下三种观点。

第一种观点认为构造反转产生于晚白垩世微陆块与华南南缘的碰撞。依据微陆块的不同, 又可分为南沙地块碰撞模型(Luconia-Dangerous Grounds) (Moss, 1998; Hall, 2012)与西菲律宾块体碰撞模型(Faure et al., 1989; Charvet et al., 1994)。Moss (1998)基于西南婆罗洲沙捞越‒加里曼丹地区俯冲相关的花岗岩和晚白垩世‒古新世基性‒超基性岩及混杂岩(Rajang-Embaluh群), 认为南沙‒礼乐微陆块与华南南缘在80～65 Ma左右发生了碰撞(图6a), 并对华南南缘产生了NW-SE向挤压。然而, 近年来古地磁、碎屑锆石U-Pb年代学以及重矿物分析结果显示, 南沙‒礼乐地块东南部的巴拉望地块在侏罗纪‒渐新世属于华南板块的一部分(Almasco et al., 2000; Shao et al., 2017; Cao et al., 2020), 暗示可能不存在南沙‒礼乐地块与华南板块的碰撞事件。Faure et al. (1989)基于出露于西南日本、台湾、巴拉望和民都洛前始新世蛇绿岩推覆体、重力滑动沉积、蓝闪石片岩以及动力学分析所揭示的自北向南的逆冲, 提出西菲律宾块体与华南东南缘在晚白垩世晚期发生了碰撞(图6b)。值得一提的是, 由于证据较少, 目前仍难以准确限定该碰撞的时间, 也有一些学者认为该碰撞发生于早/晚白垩世之交(Charvet et al., 1994; Li et al., 2014b)。然而, 最近的研究表明菲律宾洋盆在55～50 Ma才开始发生洋底扩张(Deschamps and Lallemand, 2002; Ishizuka et al., 2013), 如果西菲律宾块体与华南南缘的碰撞是菲律宾洋盆扩张导致的, 那么该碰撞发生的时间应更晚, 与本文在玉林盆地识别出的构造反转时间不吻合。

第二种观点认为这期构造应力场的转换可能与古太平洋俯冲板片的年轻化及其所导致的俯冲角度变缓有关(Suo et al., 2020)。板块重建结果显示, ～55 Ma古太平洋板块与太平洋板块之间的洋脊与亚欧大陆边缘近平行, 并向西发生俯冲(图6c)(Seton et al., 2012; Wu and Wu, 2019); 80～50 Ma, 古太平洋俯冲板片与洋脊间的距离逐渐变小, 即板片年龄逐渐变年轻(其温度相对更高、密度相对更小), 这使得俯冲板片浮力增大、俯冲角度变小、与上覆板块间的耦合度增大, 进而导致上覆板块内产生水平挤压。该模型可以解释华南南缘晚白垩世晚期的盆地反转、岩石快速剥蚀和岩浆作用的停歇等。类似的模型还被用以解释华南早、晚白垩世之交的构造反转(Li et al., 2020), 以及安第斯山脉在中‒新生代的伸展‒挤压反转(Horton and Fuentes, 2016; Horton et al., 2016)。

第三种观点认为华南南缘晚白垩世晚期的变形受控于古南海的扩张(图6d)(Morley, 2012; Ye et al., 2018)。近年来, 古南海俯冲的残片被地震层析成像等研究所论证(Hall and Spakman, 2015; Wu and Suppe, 2018)。前人推测古南海位置与现代南海相似, 具有中生代洋壳; 始新世‒早中新世古南海俯冲于婆罗洲之下(Holloway, 1982; Taylor and Hayes, 1983)。据此, Ye et al. (2018)认为晚白垩世‒早古新世华南南缘直接与古南海而非古太平洋板块毗邻, 提出古南海的洋脊扩张对陆缘产生了挤压, 导致南海北缘发生同期的构造反转。这一模型也可以解释玉林盆地晚白垩世晚期NW-SE向的挤压和区域上的抬升与剥蚀。另外, 类似的洋脊推力模型还被用于解释大西洋边缘的挤压变形和抬升等(Boldreel and Andersen, 1993; Cobbold et al., 2007)。因此, 晚白垩世晚期古南海的洋脊扩张可能是华南南缘构造反转的原因。

(a) 南沙地块与华南板块碰撞模型(据Hall et al., 2012); (b) 西菲律宾块体与华南板块碰撞模型(据Li et al., 2014b), 箭头为板块运动方向; (c) 古太平洋板块俯冲模型(据Suo et al., 2020)。白线为洋中脊, 箭头的方向表示板块运动方向, 箭头长度表示相对速率; (d) 古南海扩张模型(据Ye et al., 2018), 黑色虚线为古南海扩张脊, 箭头表示扩张方向。

5 结 论

本文对华南南缘玉林盆地进行的构造分析和地层年代学研究, 得到了以下认识:

(1) 玉林盆地经历了晚白垩世早期的裂陷和晚期的构造挤压, 表明华南南缘晚白垩世晚期构造应力场由伸展转为挤压, 该构造反转在时间上与燕山运动的最后一幕相近。

(2) 华南南缘晚白垩世晚期的构造反转可能反映了古太平洋俯冲的几何学调整导致上覆板块内发生水平挤压, 也可能是晚白垩世晚期古南海洋脊扩张对陆缘产生挤压的记录。

致谢:感谢东华理工大学颜照坤老师、中山大学孙习林、田野、唐苑、屠艳艳、周启明以及中国地质大学(武汉)郭汝军博士等同学在野外工作及实验中提供的帮助。感谢中国地质科学院地质力学研究所李建华研究员和另一名匿名审稿人对论文提出的宝贵意见！

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Latest Cretaceous Structural Inversion in Southeast Part of the South China and its Mechanism: Evidence from the Yulin Basin, Guangxi

QIN Yonghui1, TIAN Yuntao1, 2*, CHEN Dongxu3, 4, ZHANG Zengjie1

(1. Guangdong Provincial Key Laboratory of Geodynamics and Geohazards, School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, Guangdong, China; 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519082, Guangdong, China; 3. Hunan Key Laboratory of Land Resources Evaluation and Utilization, Changsha 410118, Hunan, China; 4. Seismological Bureau of Hunan Province, Changsha 410004, Hunan, China)

Thepost-Cretaceous deformation of eastern China is dominated by crustal extension, accompanied by phases of compression. However, direct evidence for the latest Cretaceous tectonic inversion from extension remains elusive. To improve the understanding of the Mesozoic-Cenozoic evolution of South China, we carried out a systematic structural and zircon U-Pb study of the Late Cretaceous-Early Cenozoic Yulin Basin in Guangxi province, located in the southern margin of South China. This study focused on the structural characteristics, time limits, and deformation mechanism of the angular unconformity between the Upper Cretaceous and the Paleogene strata. The results showed that the Yulin Basin formed during the early Late Cretaceous rifting, developed pyroclastic rocks (the Xidong Formation) and fluvial-lacustrine siliciclastic deposits (the Luowen Formation) in the lower and the upper members of the Upper Cretaceous, respectively. The NW-SE compressional inversion occurred in the late Late Cretaceous, as shown by the angular unconformity between the Upper Cretaceous Luowen Formation and the Paleogene Yongning Group. This result attests to the late Late Cretaceous compressional structural inversion in the southern margin of South China. Such an inversion is synchronous with the last episode of the “Yanshan Movement” which is common in North China, even though their underlying geodynamic mechanisms may differ. The mechanism of the structural inversion in the southern margin of South China has been controversial. We suggest that the tectonic inversion is likely related to the influence from regions to the southeast. If there existed the late Late Cretaceous spreading of a proto-South China Sea, the ridge push might result in a coeval compressional stress regime in the southern part of South China. Otherwise, the deformation was possibly controlled by the paleo-Pacific subduction, which would have involved the subduction of the younger and hotter slab beneath the eastern margin of the South China Block. Buoyancy of the young and hot subducting plate would have reduce the subduction angle of the slab therefore enhanced the coupling between the underlying and overlying plates, and resulted in a compressional stress regime in the hinterland of the overlying southern part of the South China.

South China; the latest Cretaceous; Yulin Basin; angular unconformity; structural deformation

2021-03-26;

2021-05-29;

2022-07-06

国家自然科学基金项目(41772211、U1701641)、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)自主科研项目(SML2021SP315)和广东省引进人才创新创业团队项目(2016ZT06N331)联合资助。

秦咏辉(1997–), 女, 硕士研究生, 构造地质学专业。E-mail: qinyh7@mail2.sysu.edu.cn

田云涛(1984–), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事构造地质与热年代学研究。E-mail: tianyuntao@mail.sysu.edu.cn

P542

A

1001-1552(2022)05-0911-013

10.16539/j.ddgzyckx.2022.03.017