红河断裂带海域延伸位置的地球物理证据及其与南海扩张的关系.pdf

热带海洋学报 JOURNAL OF TROPICAL OCEANOGRAPHY 2015 年 第 34 卷 第 5 期: 64 doi: 10.11978/2015013 收稿日期：2015-01-24; 修订日期: 2015-04-07。孙淑杰编辑 基金项目：国家科技重大专项 (2011ZX05025); 中央高校基本科研业务费专项(2014G3262010、310826151052) 作者简介： 鲁宝亮(1984), 男, 陕西省宝鸡市人, 博士, 讲师, 主要从事构造地质与勘探地球物理研究与教学工作。 E-mail: lusky333 *感谢审稿人提出的宝贵意见。 海洋地球物理学 红河断裂带海域延伸位置的地球物理证据及其与南海扩张的 关系* 鲁宝亮 1,2, 王万银1, 张功成3, 王璞珺2 1. 长安大学地质工程与测绘学院 长安大学重磁方法技术研究所, 陕西 西安 710054 2. 吉林大学地球科学学院, 吉林 长春 130061 3. 中海油研究总院, 北京 100027 摘要: 为了解红河断裂带入海后的延伸位置及其与南海扩张的关系, 基于南海地区地震、纵波速度、热流、重磁以及莫 霍面深度特征, 对红河断裂带入海后的延伸位置进行了综合地质与地球物理研究, 认为在南海西南次海盆扩张前, 红 河断裂向东南方向与中建南断裂相接, 并延伸至南沙中部地区。从红河流域陆区入海穿过莺歌海盆地往东南延伸至南 沙地区表现为一条明显的北西向的纵波低速带和低热流带, 在莫霍面、 重磁异常特征上也有明显的反映, 它们均与文章 所提出的红河断裂延伸位置有很好的吻合度。结合前人对红河断裂走滑时代和位移、南海北部中生代俯冲带以及南海 扩张时代的研究, 提出了它们三者的演化关系模式: 晚侏罗早白垩世末期, 南沙地块向华南大陆漂移、碰撞, 形成了 南海北部中生代俯冲带, 南海的破裂从此处开始。 在南海西南次海盆扩张前, 红河断裂大规模左行走滑运动将南海北部 中生代俯冲带左旋切割, 当扩张到达西南次海盆时, 红河断裂被分为南北两部分。 考虑红河断裂大规模走滑运动和南海 渐进式扩张的时间以及方向, 认为红河断裂大规模走滑运动不能导致南海扩张, 推测可能对扩张方向具有一定的制约, 导致了南海渐进式扩张的中央海盆近 S-N 向扩张逐渐转变为西南次海盆的 SE-NW 向扩张。 关键词: 南海; 红河断裂带; 延伸位置; 中生代俯冲带; 南海扩张; 纵波速度; 重磁异常 中图分类号: P738 文献标识码: A 文章编号: 1009-5470(2015)05-0064-11 Geophysical evidence of the Red River Fault extending position in the South China Sea and the relationship with seafloor spreading LU Bao-liang1, 2, WANG Wan-yin1, ZHANG Gong-cheng3, WANG Pu-jun2 1. School of Geology Engineering and Geomatics, Institute of Gravity and Magnetic Technology, Changan University, Xian 710054, China 2. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China 3. Exploration Department of China National Offshore Oil Corporation, Beijing 100027, China Abstract: In order to locate the Red River Fault zone (RRFZ) and study its relationship with the evolution of the South China Sea, we identified the RRFZ location in the South China Sea by comprehensive geological and geophysical studies. These studies were based on the characteristics of gravity and magnetic, heat flow, seismic P-wave velocity of different depths, and depth of Moho in the South China Sea. The RRFZ is connected with the southeast Zhongjiannan Fault, and extends to the Nansha area before the expansion of the southwestern sub-basin of the South China Sea. There is an apparent geophysical anomaly zone, with low velocity and low density from the Red River Valley land area to the southeast across the Yinggehai Basin and extending to the Xisha and Nansha areas. The two sides of the fracture have significantly different gravity and magnetic characteristics. Combined with previous research on the Red River strike-slip displacement and times, the Mesozoic subduction zone in northern South China Sea and the South China Sea expansion era, we propose an evolution model: in Late 鲁宝亮等: 红河断裂带海域延伸位置的地球物理证据及其与南海扩张的关系 65 Jurassic-Early Cretaceous, the Nansha block drifted to the north, and collided with the South China continent. Before the expansion of the southwestern sub-basin of the South China Sea, the sinistral strike-slip events of the RRFZ cut the Mesozoic subduction zone in the northern South China Sea. When the Southwest sub-basin began to expand, the RRFZ was divided into two parts by the ocean crust. Taking consideration of the large-scale strike-slip movement of the RRFZ and the direction and time of the propagation expansion of the South China Sea, we do not think that the large-scale strike-slip movement of the RRFZ could lead to the expansion of the South China Sea, and speculate the movement may alter the expansion direction of the South China Sea. And the strike-slip movement of the RRFZ led to the S-N trending expansion of the Central sub-basin gradually turning to the SE-NW trending expansion of the Southwestern sub-basin. Key words: South China Sea; Red River Fault zone (RRFZ); Mesozoic subduction zone; extending position; South China Sea spreading; P-wave velocity; gravity and magnetic anomalies 红河断裂带(RRFZ)又称哀牢山-红河剪切带(图 1 中 F1), 是印度-欧亚板块碰撞与演化过程中发育 的大型走滑断裂带, 其作为印支地块与华南大陆的 边界断裂, 是一条大型的构造混杂岩带, 受到了国 内外学者的长期关注 (Tapponnier et al, 1982, 1986, 1990; Guo et al, 1986; Zhong et al, 1990; Harrison et al, 1992, 1996; Leloup et al, 1993a, 1993b, 1995, 2001, 2006, 2007; 任纪舜 等, 1996; Searle, 2006; Cao et al, 2011; Liu et al, 2012)。 红河断裂带从中国云南经越南北部至红河口入 海后, 沿莺歌海盆地向东南延伸到海南岛南部海域, 这一段海域延伸已无争议。但是关于红河断裂带接 图 1 南海地区主要区域断裂分布图 F1红河断裂; F2西沙海槽断裂; F3南海西缘断裂; F4中建南断裂; F5南沙中断裂(本文推测); F6卢帕尔线; F7南海北部中 生代俯冲增生带; F8廷贾断裂; F9沙巴北线; F10中南-礼乐断裂。 F2、F3、F6、F8及F9断裂据姚伯初等(2006); F7断裂据Zhou 等(2006); F10断裂据姚伯初(1995). Fig. 1 Locations of major regional faults in the South China Sea 66 热 带 海 洋 学 报 Vol. 34, No. 5/Sep., 2015 下来在海中的延伸就存在着几种不同观点。1)红河 断裂带与西沙海槽断裂带(图 1 中断裂 F2)相连。姚 伯初等(1994)通过重力异常、磁异常特征研究认为, 西沙海槽是一条向北倾的地壳断裂, 同时西沙海槽 的南北两侧地壳结构差异明显, 并且西沙群岛西永 1 井钻遇的前寒武纪变质岩可以与昆嵩块体中深变 质基底对比, 认为中-西沙块体与昆嵩块体属同一块 体, 具有统一的前寒武纪变质基底, 认为红河断裂 带向东延伸为西沙海槽断裂带, 构成了与华南的构 造边界断裂。2)红河断裂带与南海西缘断裂带(图 1 中断裂 F3)相连。吴进民(1997)在南海地质调查工作 中提出南海西缘断裂是印支地块的东部边界, 认为 红河断裂带向南延伸为南海西缘断裂带, 统一构成 了印支地块的南部及东部边界。Liu 等(2006)通过盆 地模拟技术认为, 红河断裂带向南延伸至南海西缘 断裂带, 在越南南部海域进一步分为卢帕尔线和廷 贾断裂(图 1 中断裂 F8)。3)红河断裂带与中建南断 裂(图 1 中断裂 F4)相连。万玲等(2000)综合该地区 的地形地貌特征、重磁场特征、地震特征、莫霍面 特征及地质构造特征认为, 中建南盆地存在的中建 南断裂就是红河断裂向南东的延伸。4)“Y”字两支 延伸模式。刘昭蜀等(1988)提出红河断裂的一支为 向东延伸, 指的是红河断裂经海南岛南部与西沙海 槽相连; 另一支是向南延伸, 与近南北向展布的南 海西缘断裂相连。姚伯初等(2006, 2010)根据层析成 像研究得出南海地区存在一条从红河流域到海南岛、 西沙中沙群岛地区, 再到南部巴拉望岛和加里曼 丹岛的NW向的地震纵波低速带, 认为NW向的低速 带就是红河断裂带的反映, 该断裂带到海南岛南部 后转为南海西缘断裂和东西走向的西沙海槽断裂。 南海的形成和演化机制一直被国内外地质学家 所关注, 对于南海形成演化的动力学机制, 许多学 者提出了不同的模式。根据 Sun 等(2006)统计主要 有以下模式。1)弧后扩张模式(Karig, 1971; Ben- Avraham et al, 1973; 郭令智 等, 1983)。2)古南海俯 冲拖曳模式(Holloway, 1982; Taylor et al, 1983; Hall, 1996, 2002)。 3)碰撞挤出拉张模式(Tapponnier et al, 1982, 1986, 1990), 认为印度与欧亚大陆的碰撞 导致印支半岛在古近纪沿红河断裂带发生了大规模 左行位移, 在其末端的左行拉分作用导致海底扩 张。 4)地幔柱活动和地幔上涌模式: 与地幔流有关的 扩张模式(Flower et al, 1998), 认为在南海之下存在 地幔柱和侧向地幔流, 可能引起海底扩张。 5)东亚陆 缘右行裂解模式(周蒂 等, 2002), 认为南海的张开 是在太平洋俯冲带后撤、印度地块向北俯冲碰撞引 起地幔舌南东向流动和澳大利亚 NNW 向俯冲和碰 撞的共同驱动下, 东亚陆缘发生右行张裂作用的产 物。6)Morley 模式(Morley, 2002), 任何南海扩张的 模式都必须考虑古南海俯冲和印支半岛的挤出作用, 并指出印支半岛挤出作用与古南海俯冲通过红河断 裂相连, 红河断裂沿走向转化为右旋走滑断裂, 辅 助完成印支半岛的挤出, 推动古南海的俯冲, 而古 南海的俯冲导致了海底扩张。 综上所述, 红河断裂在海域延伸位置范围富有 争议, 而它对南海新生代构造演化具有重要的作用, 其在海域中的延伸问题直接影响南海扩张模式建 立。因此, 本文利用近年来的地震剖面、纵波速度、 密度结构以及重磁数据对红河断裂带在海上的延伸问 题进行了研究, 认为红河断裂带穿过莺歌海盆地继续 向东南延伸, 与中建南断裂以及南沙中断裂(F5断裂) 相连, 后由于南海扩张的原因, 将该断裂带在海域分 为南北两部分; 通过对南海北部俯冲增生带、红河断 裂带以及南海扩张的位置及时代综合研究,明确三者 在时空上的耦合关系, 并从它们时空演化的角度认为 红河断裂可能对南海扩张方向具有一定的制约作用。 1 红河断裂入海后延伸的地球物理证据 1.1 速度结构特征 红河断裂入海后延伸的主要证据是来自地震相 速度结构。相关结果显示,存在一条由越南红河流域 入海后向东南方向延伸至中、西沙群岛海域的速度 梯级带(姚伯初 等, 2006, 2010; Yang et al, 2015), 并 且低速带宽度随深度变宽(图2), 表明为一条深度巨 大的构造活动带, 可能深达地幔；而且低速带一直 延伸至南沙群岛中部, 直到加里曼丹岛上。北西向 等值线切割了其他走向的等值线, 说明北西向构造 活动的时间最晚, 这与地表断裂构造活动所反映的 活动时间是一致的(姚伯初 等, 2006, 2010), 可能指 示了红河断裂大规模走滑活动的特征。 姚伯初等(2006)根据 PREM 模型、 AK135 模型、 IMP1大陆模型以及OCEAN海域模型得到了密度和 速度之间的统计关系曲线, 计算了南海地区的地壳 和上地幔的密度结构, 密度分布走向以 NW 向为 主。从红河流域经过莺歌海盆地向东南延伸至加里 曼丹岛存在一个明显的低密度带, 这也是红河断裂 带在海域延伸位置的一个佐证。另外, 纵波速度平 面图上所显示的低速带的分段性主要位于西南次海 盆洋壳区, 推测可能是由于海底扩张所引起的岩石 鲁宝亮等: 红河断裂带海域延伸位置的地球物理证据及其与南海扩张的关系 67 圈横向密度变化导致的。在深度 50km 的纵波速度 图上, 在该主要低速带的西侧也存在一条 NW 向的 低速带, 该带的位置与廷贾断裂具有很好的吻合度, 推测是由于廷贾断裂所导致的低速带。 图 2 南海地震纵波速度(据姚伯初等, 2006; 单位: kms1)平面图与红河断裂带(红线所示) a. 深度50km; b. 深度60km Fig. 2 P-wave velocity (units: kms1) of the South China Sea and RRFZ. a) Depth: 50 km; b) depth: 60 km 1.2 热流特征 南海具有较高的热流值, 呈现明显的分块性, 各地区的差异较大。中央海盆和西南次海盆热流值 较高, 但两者之间存在一个显著的低值过渡区(姚伯 初 等, 2006), 该热流低值带与速度低值带位置恰好 重合, 这与推断的红河断裂在海域的延伸位置具有 较高的吻合度, 也显示了红河断裂所表现出的热流 地球物理特征。 1.3 莫霍面特征 采用双界面模型重力场快速正、反演方法(王万 银 等, 1993)计算了南海地区的莫霍面深度(图3), 可以看出, 沿着红河中建南南沙中断裂(F5断 裂), 莫霍面深度具有明显的异常特征, 与纵波速度 具有一致的特征(图2), 其表现为一个超壳断裂异常 特征, 可影响至上地幔。在莺歌海盆地部分表现为 地壳厚度急剧变化的梯级带, 此段地壳类型为陆壳, 由南西至北东莫霍面深度从16km迅速下降至30km。 而沿着中建南断裂, 莫霍面深度从北西向南东由 22km抬升至12km, 逐渐变浅, 表现为凸向南东方向 的弧形特征, 此段地壳类型为洋陆过渡壳。再往东 南方向断裂延伸进入洋壳, 莫霍面深度也有异常变 化, 但不明显。 出了洋壳进入南沙地区, 沿南沙中断 图 3 南海莫霍面深度特征与红河断裂带(红线所示) Fig. 3 Crustal structures of the South China Sea and RRFZ 68 热 带 海 洋 学 报 Vol. 34, No. 5/Sep., 2015 裂(F5断裂)莫霍面则呈现出明显的异常特征, 发生 同向扭曲, 并表现为一些圈闭异常, 具有左行走滑 特征, 与红河断裂具有相同的走滑方向特征。因此, 沿着红河中建南南沙中断裂在地壳结构上具有 明显的异常特征。 1.4 重磁异常特征 重力为卫星测高重力异常数据, 其受海底地形 影响较大, 在红河断裂的延伸海域并没有表现出良 好的连续性。在越南陆区以及莺歌海海域, 红河断 裂两侧具有明显不同的异常特征(图 4), 断裂东侧分 布局部高正值异常, 而西侧则是大面积的低负值异 常。在红河断裂的北部延伸段, 即中建南断裂两侧, 重力异常也有明显的不同, 断裂东侧多表现为局部 圈闭的低幅值正异常, 而断裂西侧则表现为大面积 的低值异常, 较为平缓。而由于南沙地块与巽他地 块碰撞导致红河断裂在南沙地区并没有很好的异常 反映, 更多表现为 NE 走向的异常特征。 图 4 南海地区卫星重力异常特征 红线为红河断裂在海域的延伸位置; 白线为洋壳边界; 灰线为 陆地边界 Fig. 4 Satellite gravity anomalies of the South China Sea 南海区域处于中、低纬度, 尤其南沙地区完全 处于低纬度地区, 受斜磁化影响非常大, 使得磁异 常规律复杂。为了减少斜磁化的影响, 采用变磁化 方向自适应滤波化极技术对磁异常数据进行了处 理。 为了减小局部异常的影响, 突出区域异常, 采用 迭代滑动平均法进行化极区域磁力异常的计算。经 过多次试算, 最终选择窗口边长 30km 的迭代滑动 平均法计算结果(图 5)。 在区域化极磁力异常上红河 断裂的延伸位置则比在重力异常图上表现得更为清 晰, 在南沙地区近洋壳区, 分布明显的北西向高值 磁异常, 并且南沙地块在断裂两侧表现出了不同的 异常特征, 断裂西侧高值, 而东侧则大面积低负值 区, 这表明断裂两侧的磁性基底具有巨大差异。因 此从重磁异常所反映的深部构造特点, 也说明了 红河断裂的延伸位置。 图 5 南海地区区域化极磁力异常特征 线型说明同图 4; 空白部分为无数据区域 Fig. 5 Regional RTP magnetic anomalies of the South China Sea 1.5 地震剖面特征 红河断裂带从红河口进入莺歌海, 继续向东南 延伸。地震剖面上可见明显的走滑断裂特征花 状构造(图 6)。以红河断裂为界, 断裂西南莺歌海盆 地基底埋深巨大, 沿红河断裂带地层厚度变化快, 基底起伏大; 断裂东北部北部湾盆地基底埋深较浅, 断裂两侧基底埋深厚度差巨大(图 7), 暗示了红河断 裂带的华南与印支构造分界线的特征。由于在莺歌 海盆地内部巨大的垂直断距, 导致了地震剖面上没 有很明显的花状构造特征。 另外, 通过地质地球物理资料的解释研究以及 对前人资料的综合分析(鲁宝亮 等, 2014), 本次提 出的南沙中断裂(F5)将南沙海槽分为东北段和西南 段, 两个分段具有明显不同的地质属性: 东北段为 陆壳性质, 而西南段则为洋壳性质, 这也说明了南 沙中断裂作为区域性大断裂的控制作用。 鲁宝亮等: 红河断裂带海域延伸位置的地球物理证据及其与南海扩张的关系 69 图 6 红河断裂花状构造(位置见图 1; 据 Rangin et al, 1995) Fig. 6 Flower structure of RRFZ. After Rangin et al (1995) 图 7 莺歌海盆地中红河断裂巨大的垂直断距(位置见图 1) Fig. 7 Huge vertical fault throw of RRFZ 不同的地球物理资料所推断的断裂位置可能在 平面上稍有偏差, 但基本上都显示出该区域存在这 样一条深大断裂。 从南海岩石圈的速度与热流结构、 莫霍面、重磁异常以及地震剖面特征, 推测红河断 裂入海后沿着莺歌海盆地向东南延伸, 与中建南断 裂以及南沙中断裂相连。下面将结合南海北部中生 代俯冲带、红河断裂活动时代与走滑位移以与南海 扩张历史, 进一步阐明它们之间的时空耦合关系。 2 红河断裂带走滑活动时间及性质 红河断裂带是在早期形成的古俯冲带(哀牢山 构造带)的构造薄弱部位重新活动的大型走滑断裂 带, 自形成以来经历了长期的走滑活动。形成初始 阶段为右行走滑, 后又经历了长期的大规模左行走 滑, 近期构造反转为右行走滑。 1)早期右行走滑阶段: 晚中生代至新生代早期 红河断裂带形成。该时期南海地区发生了神狐运动, 走向为 NE-SW, 拉张方向为 NW-SE。 以红河断裂为 界, 断裂东北部拉张强烈, 西南部较弱, 红河断裂 发生右行走滑(姚伯初 等, 2010)。 2)大规模的左行走滑阶段: 近20年来, 红河断 裂带左旋运动时代积累了大量的同位素年龄。沿哀 牢山-红河断裂带内与剪切伴生的部分熔融形成了 大量浅色长英质脉体, 其中较高封闭温度的锆石、 独居石和榍石的U-Pb年龄测定值为2623Ma BP (Schrer et al, 1994; Zhang et al, 1999)。Zhong等 (1990)对糜棱岩中黑云母、角闪石、白云母以及剪 切带中低应变的斜长花岗片麻岩、斜长角闪片麻岩 进 行 K-Ar和 40Ar-39Ar年 龄 测 定 , 年 龄 值 均 落 在 2030Ma BP区间。Wang等(1998)在越南北部对哀牢 山红河剪切带延伸部分进行研究, 根据40Ar-39Ar 同位素测试, 确定了剪切带发生的时间为2517Ma BP。Leloup等(1995)进行的40Ar-39Ar年代学研究表明, 3425Ma BP之间为一缓慢冷却作用时期, 之后在 2517Ma BP之间经历了快速隆升, 并且在抬升过程 中存在左旋走滑的运动分量。Gilley等(2003)对变质 岩内石榴子石包体独居石与基质独居石的Th-Pb进 行测年, 获得的结晶年龄介于3517Ma BP之间, 并 解释为左行剪切作用的年龄。曹淑云等(2009)对哀 牢山剪切带似斑状花岗岩与侵入其中的弱或未变形 的脉体中的锆石进行定年分析, 分别获得31Ma BP 与24MaBP的岩浆结晶年龄, 并认为左旋剪切的时 间发生在 3124Ma BP。 3)缓慢左行走滑逐渐停止并构造反转阶段: Rangin等(1995)根据浅层地震解释, 认为哀牢山 红河断裂带左行走滑停止的时间为5.5Ma BP。Zhu 等(2009)根据地震剖面研究认为, 红河断裂带在大 规模左行走滑之后, 5.5Ma BP之前发生了一次构造 反转, 由左行走滑断裂转换为右行走滑断裂(图8)。 图 8 红河断裂带 5.5Ma BP 遭受构造反转地震剖面特征 位置见图1(Zhu et al, 2009) Fig. 8 Tectonic inversion of RRFZ on 5.5Ma BP. After Zhu et al (2009) 4)后期右行走滑阶段: Leloup等(1995)根据第四 纪地貌及近代地震震源研究解释, 认为红河断裂带 右行走滑的时间为5Ma BP左右。Sun等(2003)根据薄 板和厚板模型对莺歌海盆地的构造演化模拟研究结 果显示, 在5Ma BP之前红河断裂表现为左行特征, 而在5Ma BP之后则表现为右行特征。Zhu等(2009)根 70 热 带 海 洋 学 报 Vol. 34, No. 5/Sep., 2015 据地震剖面反转构造、 区域构造应力及莺歌海盆内构 造分析研究, 认为哀牢山-红河断裂带右行走滑的高 峰时限为5.53.6Ma BP, 并一直持续至今。 3 红河断裂带走滑位移 对红河断裂的左行运动位移到底多大、引起 了多大的位移存在很大的争议。Tapponnier等(1986) 根据平面应变缩进实验和区域分析, 认为印度板块 与亚洲板块碰撞造成印支地块东南挤出位移800 1000km, 并顺时针旋转25, 这些位移大部分由红 河断裂带的左行走滑和南海的拉开抵消。之后 Tapponnier等(1990)通过应变测量得出印度板块与 亚洲板块碰撞造成印支地块相对于华南地块产生至 少500km的位移。Leloup等(2006)通过大量独立数据 的综合研究, 包括地质体错断、构造带内岩石学和 年代学研究、华南地块和印支地块古地磁测量、南 海磁异常、莺歌海盆地沉降年代学和构造研究, 得 出红河断裂带的左行错断位移大于500km, 平均走 滑速度35cma1。Sun等(2003)测量得到莺歌海盆地 最老和最新的相对左行的沉积中心间的位移为 200km, 推测地块间的位移大约为200km。任纪舜等 (1996)据对越南马江下游的地质观察, 确定越南境 内马江古生代地层特征和构造位置与中国云南东南 部马关相一致, 红河断裂的左行滑动最少达400km (现在遗留的左行走滑距离)。Zhang等(2006)根据野 外测量的布丁构造错移求得其剪切应变量为1 20150, 估计剪切带最大宽度(元江嘎洒段)错 移距大致为100250km, 根据断裂两侧对应的扬子 地块古生代台缘沉积地层体的错移, 视滑距为 320km。 综上所述, 红河断裂带的左行位移争议很大, 测试方法不同, 结论不同, 但总体看来, 根据测量 部位的不同, 断距存在一定规律。其中断裂中部位 移最大, 大于500km, 两侧位移较小, 呈现向两侧逐 渐减小的趋势。 红河断裂带的后期右行走滑位移同样存在很多 争议。Allen等(1984)根据大型河流的错断距离, 认 为红河断裂带的右行滑移位移为69km。Leloup等 (1995)根据对第四纪地貌研究及近代地震震源机制 的解释, 认为右旋走滑运动可能开始在5Ma BP 左 右, 右旋走滑位移量约2050km, 滑移速率为7 3mma1。Replumaz等(2001)在多谱段的SPOT图 (卫星图)和110万地形图的基础上, 通过对大型 河 流 的 错 断 位 移 研 究 , 认 为 右 行 错 断 位 移 为 250.5km。Schoenbohm等(2006)根据详细的地质 填图, 认为红河断裂的右行错断位移至少40km, 位移的证据从北向南减弱, 并最终消失。Zhu等 (2009)通过对沉积的研究, 认为莺歌海盆地内的主 断裂有几十千米的右行走滑位移。综上可以看出, 红河断裂带的后期右行走滑位移存在争议, 但多 集中在2050km。 另外, 结合莫霍面深度图(图4)和自由空间重力 异常, 我们可以发现沿越东海岸有一个明显的弧形 异常, 越东海岸的弧形异常与300m水深和断崖式下 落的陆架坡折带具有重要的密切关系。虽然红河断 裂与南海西缘断裂(F3)相连, 但两者形成时代、 构造 属性及走滑位移截然不同(表1), 为两条不同时期不 同性质的断裂。并且根据最新的研究结果, 在印支 地块北部存在一个明显的NW向速度异常带, 该异 常带入海后一直向东南方向延伸(Yang et al, 2015), 这恰好说明了红河断裂在海域的延伸为东南方向, 与南海西缘断裂不是同一条断裂。 表 1 红河断裂带与南海西缘断裂带特征对比 Tab. 1 Comparison of geological features of RRFZ and western margin fault of the South China Sea 红河断裂带 南海西缘断裂带 活动时代 晚三叠世(T3)为俯冲带; 新生代为左行走滑运动; 近期为右行走滑运动 K2至今(高红芳, 2011) 构造属性 晚三叠世(T3)为古俯冲 带; 新生代则为走滑断裂 走滑断裂 走滑位移 中部最大(500km), 向两边减小 规模小; 在南段最大走滑距 离为 7.5km(林长松 等, 2009) 4 红河断裂带发育史与南海扩张演化关系 讨论 南海扩张洋中脊的出现是自东向西, 南海中央 海盆扩张始于 37Ma BP(Barckhausen et al, 2004; Hsu et al, 2004; Cullen et al, 2010)或者 32Ma BP(Taylor et al, 1983; Li et al, 2012)。近期的研究表明, 南海西南 次海盆具有渐进式的扩张模式(Li J B et al, 2012), 扩张从北东向西南逐渐推进, 其时代为 23.5 16.6Ma BP。本文在洋壳区所识别的红河断裂延伸 穿过 Li J B 等(2012)指的 B 区, 该区扩张年代为 22.818.5Ma BP, 这表明红河断裂大规模走滑运 动的时代(3117Ma BP)是早于西南次海盆的扩 张。 另外, 在重磁异常图上可以明显看出扩张脊在 中央海盆为近 E-W 向, 而在西南次海盆为 NE 向 (图 4、5)。 鲁宝亮等: 红河断裂带海域延伸位置的地球物理证据及其与南海扩张的关系 71 要正确理解南海新生代演化的历史, 需考虑 南海北部中生代俯冲带的深刻影响(图 1 中的 F7 断裂)。 不少学者已从地学断面(姚伯初 等, 2006)、布 格重力异常水平总梯度峰值、高磁异常、深反射剖 面(Zhou et al, 2006)以及 OBS 剖面 P 波速度结构 (Wang et al, 2006)等数据证实了南海北部中生代俯 冲带的存在, 它是在晚侏罗世南沙地块向华南大陆 漂移, 其间残留洋向北俯冲消亡 (Zhou et al, 2006), 在早白垩世末期南沙地块与华南大陆完成拼贴, 从 而形成了南海北部中生代俯冲带(李伍志 等, 2011), 而且该俯冲带被认为是南海最初张裂的位置(闵慧 等, 2010)。 另外, 前人根据重磁梯度峰值特征, 在南海东 北部地区识别出了中生代俯冲带的位置, 即珠江口 盆地南缘地区, 但往西南方向却没有明显的重、磁 异常特征显示(Zhou et al, 2006)。我们推测在西南次 海盆处, 可能由于海底扩张被改造, 中生代俯冲带 已难觅其踪。 基于以上研究, 本文提出如下演化关系模式: 晚侏罗早白垩世末期, 南沙地块向华南大陆漂移 并连为一体, 形成了南海北部中生代俯冲带(李伍志 等, 2011)。 在南海扩张之前, 尤其是西南次海盆扩张 前, 红河断裂带向东南方向与中建南断裂相连, 并 延伸至南沙海域中部地区(图 9a)。红河断裂大规模 左行走滑阶段将南海北部中生代俯冲带左旋切割 (图 9b), 同时在南海北部中生代俯冲带处发生南海 东部海盆扩张, 当扩张到达西南次海盆时, 红河断 裂被分隔在洋壳两侧, 即分为南海北部莺歌海中 建南断裂和南沙中断裂, 并由于南沙地块的顺时针 旋转, 南沙中断裂方向变为 NNW 向(图 9c)。 在南海 扩张前, 南沙地块与华南地块已为连为一体, 这说 明红河断裂的走滑运动将影响至南沙地块。 另外, 从红河断裂大规模走滑和南海扩张时间 上讲, 两者似乎具有紧密的联系, 但从众多的前人 研究结果看红河断裂带的走滑运动似乎不太可能成 为南海扩张的主要动力来源。但我们推测红河断裂 的走滑运动可能对南海扩张方向具有一定的改造作 用, 因为红河断裂影响深至地幔, 走滑运动在水平 方向上大规模移动并旋转了南海北部中生代俯冲带 的位置, 而南海的破裂恰好俯冲带处开始。因此红 河断裂的走滑运动制约了南海海底扩张的方向, 导 致了南海中央海盆近 S-N 向的扩张转变为西南次海 盆 SE-NW 向的扩张。 图 9 红河断裂带与南海扩张演化关系模式图 a. 早始新世; b. 早渐新世; c. 上新世; 陆块及俯冲带位置据 Hall(1996) Fig. 9 Schematic evolution diagram of relationship between RRFZ and expansion of the South China Sea 5 结论 红河断裂入海后穿过莺歌海海域向东南方向与 中建南断裂相连, 并延伸至南沙群岛海域中部。该区 72 热 带 海 洋 学 报 Vol. 34, No. 5/Sep., 2015 表现为一条明显的 NWNNW 向的地球物理异常带。 红河断裂大规模左行走滑运动将南海北部中生代俯 冲带左旋切割, 同时在南海北部中生代俯冲带处发 生自东向西的渐进式海底扩张。 西南次海盆开始扩张 后, 红河断裂分为南海北部莺歌海中建南断裂和 南沙中断裂。 从南海渐进式海底扩张与红河断裂的时 空演化关系出发, 认为红河断裂大规模走滑运动不 能导致南海扩张, 推测其可能对南海扩张方向具有 一定的制约, 导致了南海渐进式扩张的中央海盆近 S-N 向扩张逐渐转变为西南次海盆的 SE-NW 向扩张。 参考文献 曹淑云, 刘俊来, LEISS B, 等. 2009. 哀牢山红河剪切带左行 走滑作用起始时间约束-点苍山高温糜棱岩的显微构造与 热年代学证据J. 地质学报, 83(10): 13891400. 高红芳. 2011. 南海西缘断裂带走滑特征及其形成机理初步研 究J. 中国地质, 38(3): 537543. 郭令智, 施央申, 马瑞士. 1983. 西太平洋中新生代活动大陆边 缘和岛弧构造的形成和演化J. 地质学报, 57(1): 1112. 李伍志, 珺王璞, 吴景富, 等. 2011. 南海南、 北陆缘中生代构造 层序及其沉积环境J. 世界地质, 30(4): 567572. 林长松, 高金耀, 赵俐红, 等. 2009. 南海西缘断裂带的地球物 理特征及其构造地质意义J. 海洋学报, 31(2): 97103. 刘昭蜀, 杨树康, 陈森强, 等. 1988. 南海地质构造与陆缘扩 张M. 北京: 科学出版社: 170181. 鲁宝亮, 珺王璞, 梁建设, 等. 2014. 古南海构造属性及其与特 提斯和古太平洋构造域的关系J. 吉林大学学报: 地球科 学版, 44(5): 14411450. 闵慧, 任建业, 高金耀, 等. 2010. 南海北部古俯冲带的位置 及其对南海扩张的控制J. 大地构造与成矿学, 34(4): 599605. 任纪舜, 金小赤. 1996. 红河断裂的新观察J. 地质论评, 42(5): 440443. 万玲, 姚伯初, 吴能友. 2000. 红河断裂带入海后的延伸及其构 造意义J. 南海地质研究, 12: 2232. 王万银, 潘作枢. 1993. 双界面模型重力场快速正反演问题J. 石油物探, 32(2): 8187. 吴进民. 1997. 南海西南部人字形走滑断裂体系和曾母盆地的 旋转构造J. 南海地质研究, 9: 5466. 姚伯初, 曾维军, 陈艺中, 等. 1994. 南海西沙海槽, 一条古缝 合线J. 海洋地质与第四纪地质, 14(1): 19. 姚伯初. 1995. 中南一礼乐断裂的特征及其构造意义J. 南海地 质研究, 7: 114. 姚伯初, 万玲, 曾维军, 等. 2006. 中国南海海域岩石圈三维结 构及演化M. 北京: 地质出版社: 65100. 姚伯初, 万玲. 2010. 南海岩石圈厚度变化特征及其构造意义J. 中国地质, 37(4): 888899. 周蒂, 陈汉宗, 吴世敏, 等. 2002. 南海的右行陆缘裂解成因J. 地质学报, 76(2): 180190. 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