南海南部及陸緣區的區域斷裂體系特征及其形成機制

朱晨曦，唐武，尹永康，宋雙，何凱倫，唐華風

1.吉林大學 地球科學學院，長春 130061；2. 中海油研究總院，北京 100027

0 引言

前人在研究南海南部地區斷裂地質特點方面較為詳細，對斷裂的構造屬性分布特點等進行了較為詳盡的研究[1--6]，但是對于斷裂之間的關系以及斷裂與南海內部盆地的關系并沒有進行系統化的研究和梳理，筆者針對南海南部地區眾多的斷裂進行分類整理和研究，運用野外實地考察與地球物理資料相結合的方式對斷裂的分布特征、形成機制和斷裂與南海內部盆地的關系加以討論，對南海南部地區的斷裂研究和盆地的演化提供了一種較為清晰的思路。

1 區域構造背景

南海是東亞陸緣最大的邊緣海，位于歐亞大陸板塊、太平洋板塊、菲律賓板塊和印度—澳大利亞板塊4大板塊的夾持之下，是西太平洋活動大陸邊緣的一部分[1--2]，是現今構造活動最活躍的地區之一。此處多個板塊之間碰撞匯聚、拉伸裂離、地殼增生及減薄變形等作用強烈[3]，地幔隆坳起伏幅度較大，導致巖石圈斷裂、基底和蓋層斷裂分布廣、期次多，成為區內板塊活動體制發生、發展和演化的擴張邊界和活動中心，也是幔源物質對流和熔漿上涌的集中通道[4--5]。上述各種板塊的單獨運動加之板塊之間的拼貼分離運動造成了南海中部至南部地區產生大規模的斷裂活動，其斷裂數量多、分布廣、活動時間不一和規模不同等均為南海南部地區斷裂的特征，也因此形成了南海南部本研究區內的斷裂構造體系。

1.巴拉巴克斷裂；2.中央海盆東緣斷裂；3.越東—萬安斷裂；4.九章盆地西緣斷裂；5.北康盆地西緣斷裂；6.南沙海槽斷裂；7.廷賈斷裂；8.武吉米辛構造帶；9.盧帕爾構造帶；I.北巴拉望盆地; II.永登盆地；III.中業盆地；IV.康泰盆地；V.太平盆地；VI.南巴拉望盆地；VII.安渡北盆地；VIII.南薇東盆地。圖1 主要研究斷裂分布圖Fig.1 Distribution of main faults in study area

2 研究方法

本文重力資料為自由空間重力異常，范圍為：0°～14°N，105°～122°E。精度可以滿足研究需求。地球投影參數：采用墨卡托正軸等角投影，橢球體參數采用WGS--84，中央經線115°。地震資料主要采用覆蓋南海南部研究區的二維地震剖面進行分析，所涉及的地震剖面總長度累計達數千余公里，地震剖面道間距12.5 m。對南海南部科考地震剖面進行了詳細的層位和地質構造解釋，其中Tg為新生代底界面、T80為早漸新世底界面、T70為晚漸新世底界面、T60為早中新世底界面、T50為中中新世底界面、T40為晚中新世底界面、T30為上新世底界面。結合地震資料綜合分析了盆地層位特征、盆地邊界控制因素以及主干斷裂的構造樣式活動期次規律等情況。

3 南海南部斷裂體系

斷裂是地殼表層地質體順破裂面發生明顯位移的構造現象，是構造活動的產物。研究斷裂的展布規律、活動特征及其形成機制等，對認識地殼結構、構造格局、大地構造演化及成礦作用等都極其重要[6--7]。從新生代開始，南海經歷了多次構造運動，古南海的俯沖消亡、新南海的擴張拉開等地質運動形成了大量性質不同、規模不一和方向多樣的斷裂。按其活動性質可以分為正斷層和逆斷層，就南海地區而言，無論是從數量還是從空間分布范圍來看，正斷層占據著明顯的優勢，很多在地震剖面上呈現花狀構造，走滑斷裂其內部次一級斷裂也是正斷層斷裂。由于正斷層數量、空間及時間維度都占據絕大的優勢，所以，對南海南部地區的區域構造起著至關重要的作用[8]。

筆者在分析正逆斷層活動性質的同時，嘗試著將其活動性質與分布關系結合進行研究，根據其在地震資料、重力資料上的表現將其分成了4類斷裂，分別是北西向斷裂、北東向斷裂、南北向斷裂以及弧狀斷裂帶(圖1)。

3.1 北西向斷裂

從研究區地質圖(圖1)上可以看出，北西走向的主要斷裂有廷賈斷裂和巴拉巴克斷裂(圖1)，具有不同程度的走滑性質，在二維地震剖面上可以看出具有明顯的花狀構造，而且在主干斷裂的兩側往往具有不同的地震反射特征或沉積特征，反映出這一類斷裂是南海中大型盆地的邊界斷裂，對于南海南部板塊的分區具有明顯的指示作用。

3.1.1 廷賈斷裂

廷賈斷裂是位于北康盆地西部邊界的NW向的走滑斷裂(圖1)，該斷裂西起萬安盆地東部地區，向東與加里曼丹島上的廷賈斷裂相連[9]，在加里曼丹島上沿廷賈河發育，向海域延伸截止了南沙海槽向西南延伸，是北康盆地與曾母盆地的分界線，全長480 km[10]。從自由空間重力異常圖上看，廷賈斷裂帶附近表現出負異常且由西至東有由負異常向正異常過渡的趨勢，斷裂兩側的隆起區表現為正異常(圖2a)。從二維地震剖面上看廷賈斷裂伴生次一級斷層均呈現負花狀形式(圖2b，2c)，其斷裂性質為張性走滑斷裂。

圖2 廷賈斷裂Fig.2 Tinjar fault

廷賈斷裂活動時期較晚，最早活動的時間為漸新世，通過前人的研究可以發現，廷賈斷裂普遍錯斷始新世一些較老的斷裂，且斷裂附近至今有巖漿活動，可以證明斷裂至今仍在活動[11]。南沙海槽普遍認為是古南海的殘留洋殼，從晚白堊紀開始向加里曼丹島之下俯沖，直到早中新世俯沖停止[12--13]。北康盆地也隨之向南移動而曾母盆地此時相對于北康盆地向北運動，所以廷賈斷裂直至古南海俯沖停止之前其斷裂性質均為右旋走滑斷裂。從圖2中可以看出廷賈斷裂的斷面切割Tg反射面，切割深度很大，可以判定廷賈斷裂為地殼斷裂T50(中中新世)，T50之下地層產狀變化較大，T50之上產狀總體較為平穩，可以認為接受了較為穩定的沉積作用，而且從剖面斷裂兩側的沉積厚度可以看出具有明顯的不同，可以證明廷賈斷裂是曾母盆地和北康盆地的分界線。

3.1.2 巴拉巴克斷裂

巴拉巴克斷裂西起中央海盆，為南沙海槽盆地的東緣邊界斷裂，向東可延伸至蘇祿海之中(圖1)，是一條NW向的走滑斷裂。從二維地震剖面上看(圖3)，斷裂整體呈現“Y”字型花狀構造樣式，反映出該斷裂經歷了張性走滑運動，斷裂切割了盆地內的基底和新生代的地層，表明在新生代時斷裂仍有活動。

圖3 巴拉巴克斷裂Fig.3 Balabac fault

地震剖面上顯示出斷層面的兩側地震波具有明顯的差異，上盤地層層序整齊且較為平直，下盤地層被較高的角度掀斜，斷裂兩側地震反射特征也有所差異，在Tg反射層界面之下，西側多為較為連續的板狀、披覆狀，東側則多為不連續的丘狀，可以推測出巴拉巴克斷裂兩側塊體可能有不同的構造發育史。T50反射層(早--中新世)之上的地層成層性較好，連續性強，說明早中新世以后，斷裂雖然仍有活動，但活動規模并不大。

3.2 北東向斷裂

在南海南部地區，NE向的主要斷裂有：南沙海槽北南緣斷裂、九章盆地西緣斷裂、北康盆地西緣斷裂以及中央海盆東緣斷裂(圖1)。這一類北東走向的斷裂及盆地組合特征多半具有半地塹盆地構造或者拆離斷層的性質，反映出是拉張板塊邊界的特點。

3.2.1 南沙海槽北、南緣斷裂

南沙海槽位于南中國海海域的東南端毗鄰文萊—沙巴盆地，走向NE，是一條長約400 km、寬約100 km的深海槽(圖1)，水深可達2 800～2 900 m，其兩側在地球物理和地震剖面上均有不同的響應。

自由空間重力異常表現為顯著的NE走向的重力梯度帶，整個海槽為負值異常，地形上海槽形態與負值異常基本對應，海槽兩側的重力異常急劇變大形成明顯的重力梯度帶(圖4a)，北緣斷裂的重力異常值高于南段。晚白堊世太平洋俯沖帶大幅度向東后撤，中國東南部普遍處于拉張環境，發生引張裂谷作用[14--15]，南沙海槽北緣斷裂形成于該期，表現為正斷層。古南海自晚白堊世向南俯沖，在早漸新世新南海繼續擴張[16--17]，古南海進一步向南俯沖，使早古近紀的錫布帶拉姜群向北推覆到南沙地塊之上；南沙海槽南緣斷裂表現為疊瓦狀逆沖斷層的組合，南沙海槽南緣斷裂自此時形成，處于擠壓環境，持續至今(圖4b，4c)。南沙海槽南緣斷裂表現為大傾角逆斷層，斷裂的西側為板狀、平行--亞平行反射、連續性好、中高頻、強振幅，地層傾角較小；斷裂東側為丘狀--透鏡狀、波狀反射，連續性好、中高頻、強振幅，地層發生褶皺(圖4c)。

圖4 南沙海槽Fig.4 Borneo trough

3.2.2 九章盆地西緣斷裂

九章盆地西緣斷裂是位于九章盆地西部的一條控制盆地邊界切穿基底的中型規模斷裂(圖1)。其自由空間重力異常表現為顯著的NE走向的負--低異常帶，自由空間重力異常的走向與斷裂的走向一致(圖5a)。從二維地震剖面上來看(圖5b)，斷裂樣式為單斷面正斷層，為箕狀盆地邊界斷裂，反映斷裂形成為拉張條件且斷面切割中生代基底(Tg)，所以為基底斷裂(圖5b，5c)。斷面附近地震反射呈異常的平行斷裂面方向成層的特征，指示斷裂拉張運動造成斷面附近地層破壞并沿著斷面發生韌性流動變形。

圖5 九章盆地西緣斷裂Fig.5 West fault of Jiuzhang Basin

3.2.3 北康盆地西緣斷裂

北康盆地西緣斷裂西起廷賈斷裂東至中南—禮樂斷裂，總體呈NE走向(圖1)。北康盆地北緣斷裂在自由空間重力異常上總體呈負異常--低正異常(圖6a)。從二維地震剖面及示意圖上看(圖6b，6c)，斷裂為一套連續正斷層，反映了斷裂形成為拉張條件之下，斷面可以切割Tg反射界面，從而可知該斷裂為基底斷裂。從構造屬性上分析，上新統(T30)及以下地層受斷裂活動影響較大，而上新統(T30)及以上地層并未遭受明顯切割未產生較大斷距，沉積穩定，反應斷裂在上新世已經停止運動。

圖6 北康盆地西緣斷裂Fig.6 West fault of Beikang Basin

3.2.4 中央海盆東緣斷裂

中央海盆東緣斷裂帶分割了南沙塊體與新南海海盆，劉昭蜀[18]在前人的研究基礎之上，綜合南海海盆及周緣的重磁異常和地質--地球物理資料推測出該斷裂，其在性質上屬于南海洋殼與陸殼(過渡殼)的分界，屬于巖石圈斷裂。前人對這條斷裂的形成過程及時代討論較少。

從重力異常圖可以看出(圖7a)，南海中央海盆內部的重力異常主要呈現NE至NNE向展布，走向特征明顯與海盆的分布特征具有相關性，海盆內部主要為負異常特征，斷裂的東南側即南沙地塊之內，總體的自由空間重力異常特征為低正異常，可以看出南海中央海盆東緣斷裂是一條明顯的盆地控制邊界邊緣斷裂。

圖7 中央海盆東緣斷裂Fig.7 East fault of central sea basin

通過采集的過中央海盆東緣斷裂的地震剖面可以看出(圖7b，7c)，該斷裂左右兩側地震反射特征具有顯著的差異性，其西側為中央海盆盆內接受了海底平穩的沉積，地層產狀總體變化不大，地震相分布特征多為席狀和板狀，中生代基底(Tg)為海底以下的一反射強軸，具有低頻和連續性強的特點。

3.3 南北向斷裂帶

在南海南部區域內，斷裂的走向多呈北西向或者北東向，這兩種走向的斷裂在前文中已經從地震特征、地球物理特征上進行詳細描述，而在南海南部地區的西部邊界控制斷裂為越東—萬安斷裂帶，該斷裂帶是由多條走向一致的斷裂組合而成，故稱之為越東—萬安斷裂帶。

越東—萬安斷裂帶位于越南東北部海岸陸架與陸坡的轉折處，走向SN，主體位于越南東北部至南部海岸，北端始于海南島南部，南部與盧帕爾構造帶相連，全長>1 000 km。越東—萬安斷裂帶分為南北兩個部分，北段稱為越東濱外斷裂[18--20](圖1)。

從自由空間重力異常上來看(圖8a)，沿越東—萬安斷裂帶重力異常呈南北向串珠狀分布，而且斷裂的東西兩側自由空間重力異常具有明顯的走向差異性特征，斷裂西側重力異常的走向為SN向而斷裂東側重力異常的走向為近NE向，這種重力異常的特點可以反映出該斷裂為兩個不同板塊的分界面，西側為印支板塊，東側為南海板塊。

圖8 越東—萬安斷裂Fig.8 Yuedong--Wan’an fault

從二維地震剖面上看越東—萬安斷裂同樣伴生著次一級斷裂，斷裂在早中新世(T50)之前為拉張性質，在中中新世末期(T60)有一次壓扭性質的運動，從而形成了一些逆斷層。斷裂的深部斷面可以切穿中生代基底反射面(Tg)，切割深度較大，可以判定越東—萬安斷裂為地殼斷裂，其主干斷裂附近地層均被錯動，而且該斷裂活動可以影響到最上面的地層，證明該斷裂帶至今仍有活動。在走滑斷裂的北側，地震剖面上還顯示出了一些具有斷階狀特征的斷裂(圖8b，8c)，也反映出該斷裂帶具有走滑--拉分的性質。

前人通過地質、古地磁和地震資料，進行斷裂對沉積作用的控制和不同方向斷裂之間的切割關系研究，認為越東—萬安斷裂帶從早白堊世一直持續活動至今[21--23]。早白堊世至中中新世的強烈右行走滑拉張，從圖8d，8e可知該斷裂表現為張扭性質。根據北部區域的馬尾平面形態可知該時期斷裂為右行走滑的特征[24](圖8f)。中中新世末，受萬安運動影響，越東—萬安斷裂帶由早期的張扭性斷裂發生不同程度的構造反轉，形成走滑斷裂，由右行張扭性走滑斷裂轉變為左行壓扭性走滑斷裂[24]。

3.4 弧形斷裂帶

無論是前文提到的NE向斷裂帶還是NW向斷裂帶，基本上都是海域斷裂，而南海南部弧形斷裂帶是一種貫穿海陸與古南海俯沖息息相關的大型縫合帶，該斷裂帶以武吉米辛構造帶和盧帕爾構造帶為主。

3.4.1 武吉米辛構造帶

武吉米辛構造帶總體呈向南東突出的弧形走向，埋深約為5.8 km。該斷裂位于曾母盆地的南側，與盧帕爾斷裂同屬于縫合線[25]。武吉米辛線俯沖活動發生于中始新世之后，普遍被認為是古南海俯沖的印證，筆者在馬來西亞沙撈越野外露頭區域也發現了一些武吉米辛構造帶的直接證據(圖9a，9b)，剖面中整體地層的產狀大致為180°∠60°，野外露頭剖面的中間處發育一系列的透鏡體(圖9c，9d)，而在每個透鏡體之中填充的硅質脈也呈現小的透鏡體形狀，巖性上普遍發育糜棱巖化千枚巖(圖9e，9f)，在野外的露頭處可以看到劈理構造(圖9g)，證明該地區經歷過后期構造運動的改造作用。武吉米辛構造帶兩側的巖性多以沉積砂巖為主，而武吉米辛構造帶附近以糜棱巖化千枚巖為主(圖9e，9f)，由此反映出該處武吉米辛構造帶遭受過動力變質作用，結合前人研究以及野外露頭現象可以推斷出，武吉米辛構造帶大致經歷過以下3個期次的活動：①古南海板塊俯沖至婆羅洲板塊之下，受動力變質作用巖性由砂泥巖轉變為糜棱巖化千枚巖；②伴隨著板塊的運動在武吉米辛線處發生過一次拉張運動，使硅質液體充填入巖石的裂縫中形成硅質脈；③后期地殼抬升伴隨著一些張扭形成了一些透鏡體并將巖層和硅質脈一同改造形成了如圖9b，d，g的地質特征。

圖9 武吉米辛斷裂Fig.9 Mersing fault

3.4.2 盧帕爾構造帶

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盧帕爾構造帶位于研究區南部，分為陸域和海域兩部分，其陸域部分北側與武吉米辛構造帶所圍成的區域被稱為錫布帶，其南側區域被稱為古晉帶，東部可以一直延伸至印支地塊之上。在婆羅洲陸域區域盧帕爾構造帶附近呈串珠狀分布著一系列蛇綠巖套(圖10)，盧帕爾構造帶和武吉米辛構造帶一樣也被視為古南海俯沖至婆羅洲板塊之下的有力證據，其形成與古南海的俯沖消亡有關。近代活動微弱，無火山活動，地震活動平靜，是一條弱活動斷裂帶[26]。盧帕爾構造帶以南的古晉帶出露地層主要為上古生界淺變質巖、硅質巖及灰巖，中生界復理石海相沉積巖。古晉帶中侵入有晚白堊世花崗巖體(79～77 Ma)至中新世巖體(16 Ma)[27]。盧帕爾構造帶北側為由晚白堊世—中新世巨厚濁積巖和蛇綠混雜巖組成的俯沖增生楔，增生楔包括錫布增生帶、拉讓群是蛇綠混雜巖帶、東北婆羅洲—南巴拉望的巴拉巴克群變質濁積巖和巴拉望島—巴拉巴克島蛇綠混雜巖[28--31]。盧帕爾構造帶南北兩側的巖性差異也可以反映出古南海俯沖的一種特征，盧帕爾構造帶以南多為以沉積環境為主的巖石，變質巖也是一些淺變質巖，有可能為后期運動造成的一些小范圍部分區域的動力變質巖；而盧帕爾構造帶北部地區的巖性多為海相巖石或者是動力變質成因的巖石，很可能為古南海板塊由北向南俯沖至婆羅洲陸地之下與陸塊發生擠壓碰撞而產生的巖性組合[32]。蛇綠巖時代主要是晚白堊世—早中新世，表明古南海存在于晚白堊世—早中新世，盧帕爾構造帶為古南海的南緣邊界。

圖10 婆羅洲中生代蛇綠巖套分布圖Fig.10 Distribution of Mesozoic ophiolite in Borneo

4 南海南部斷裂形成機制

南海南部斷裂錯綜復雜，但就其形成演化的總體機制來看應該與古南海的俯沖閉合，新南海的擴張形成有著密不可分的關系。

古南海位于北部的華夏古陸、南沙地塊以及南部的加里曼丹之間[33]。在中生代期間，古南海裂谷帶在加里曼丹地塊和華南地塊之間逐漸拉張、伸展、減薄，隨之發生了陸地內部的裂谷期等階段，并最終在新生代時期形成了洋殼[32]。晚始新世—漸新世，隨著華夏陸塊廣泛的裂陷作用后，南沙地塊逐步裂離中西沙地塊并開始向加里曼丹地塊靠攏，古南海開始向南海俯沖萎縮，在加里曼丹北部形成了文萊—沙巴前陸盆地。始新世期間結束了消減作用，形成了錫布增生系拉讓群、克拉克群巨厚增生楔，古南海洋殼消失殆盡[34]。

新南海主要經歷了兩次的擴張運動。中--晚始新世，太平洋板塊的運動方向由NNW轉變為NWW，加之華南板塊的繼續向南運動，加里曼丹島逆時針旋轉，華南板塊NW邊緣出現NE--SW向的擠壓應力場，斷陷盆地外側的塊體向洋一側擴張，形成串珠狀或者帶狀洋殼，致使出現擴張軸為NE向的南海第一期擴張[35]。中漸新世—早中新世，華南板塊的運動方向已經由南轉向北，太平洋板塊繼續沿NW向擠壓，因此在相對坳陷的南海地區牽就NEE和NWW向斷裂形成了近EW向斷裂擴張軸，于是出現了SN向擴張的南海第二次擴張活動[19]。

圖11 南海南部二維地震剖面(位置見圖2)Fig.11 2D seismic section in southern South China Sea

古南海俯沖于婆羅洲板塊之下受變質作用形成了兩個大型構造帶即武吉米辛構造帶和盧帕爾構造帶，露頭地區發育動力變質巖，在巖層中有透鏡體出現。新南海的兩次擴張運動直接導致了海域內的各級斷裂的發育。第一次擴張軸的方向為NE向，即板塊分別向NW向和SE向拉張運動，所以在南海南部地區會形成一系列NW向走滑斷裂，而且切割深度大，作用效果強，這與南海第一次的拉張具有密不可分的關系。在擴張的過程中板塊會逐漸拉張形成中間薄邊緣厚的盆地構造，而NE向的斷裂正是控制這些盆地邊界的重要斷裂，所以會形成與拉張盆地相關的地質構造如拆離構造等。在南海地區科考大剖面中明顯看出斷裂的組合樣式多為拆離構造(圖11)，斷裂切割較深，多為地殼斷裂，主干斷裂的活動時間大約在早中新世末期截止(T50)，由此可以證明新南海地區整體上處于拉張的環境，新南海大致在早中新世末期停止擴張。

5 結論

(1)南海南部地區的斷裂系統主要可以分為NW向走滑斷裂類、NE向拉張構造伴生斷裂類、SN向走滑斷裂類及南部弧形斷裂帶類。該4類分別代表了不同時期的不同地質作用。

(2)NW向走滑斷裂主要表現為花狀構造的特征，對南海南部板塊的分區具有明顯的指示作用。

(3)NE向的斷裂多為拆離構造伴生斷裂，在地震剖面上也多見拉張盆地邊緣構造特征，該走向斷裂多為半地塹盆地構造的邊界控制斷裂，與盆地形成時盆地邊緣拉張作用相關。

(4)SN向的斷裂在研究區內最具典型代表性的有越東—萬安斷裂帶，該斷裂具有走滑--拉分性質，早白堊世至中中新世為右行走滑拉張性質，到中中新世末期由于受到萬安運動影響轉變為左行走滑斷裂，其主干斷裂切割深度大、斷距明顯，故可認為越東—萬安斷裂是南海板塊的西側邊界線。

(5)在研究區的南部地區有兩條最為明顯的弧狀俯沖縫合線，即武吉米辛構造帶和盧帕爾構造帶，武吉米辛構造帶和盧帕爾構造帶的兩側均有發現蛇綠巖套等典型俯沖性質的巖性組合特征，蛇綠巖套在地表露頭連線的指示方向正好為古南海俯沖至婆羅洲板塊的方向。在武吉米辛構造帶附近的露頭處可見由于抬升作用產生的千枚巖和透鏡體，為古南海俯沖于婆羅洲之下隨后又抬升至地表的有力證據。