南海西南次海盆陆缘演化与幕式扩张的岩浆‒构造‒地层记录

Rift Evolution and Magmatic⁃Tectonic⁃Stratigraphic Records of Episodic Seafloor Spreading at Southwest Sub⁃Basin of South China Sea

摘要

目前对于边缘海背景下被动大陆边缘的形成演化机制仍存在争议，特别是对洋陆转换带的构造特征与形成过程的认识存在明显不足.为了深入探索边缘海背景下南海陆缘与洋陆转换带构造结构与形成演化特征，通过对横跨西南次海盆V型尖端地震剖面的解释与研究，识别出莫霍面（Moho）、基底和海底3个一级陆缘界面，划分出细颈化域、超伸展域、原洋域等构造单元； 进一步精细解释了共轭陆缘盆地充填层序和多期断裂系统，识别出破裂不整合界面Bi，将陆缘盆地同裂陷期层序（Tg-Bi）划分为S1-S5五个层序，建立了西南次海盆V型尖端区域共轭陆缘的构造‒地层格架.构造‒地层格架中S3/S4层序之间的界面CBi、S4/S5之间的界面POBi分别与陆壳破裂和原洋洋壳Ⅰ的破裂对应，记录了西南次海盆共轭陆缘岩石圈伸展破裂过程中发生的重要构造事件.结合断裂活动性和盆地原型的分析，将西南次海盆共轭陆缘同裂陷期的演化划分为伸展、细颈化、超伸展和原洋洋壳四个阶段，建立了西南次海盆共轭陆缘演化模式.还建立了西南次海盆V型尖端共轭陆缘地壳的“鳄鱼嘴”结构，识别出总宽度达231 km的两期原洋洋壳.结合外缘高地和同破裂层序（S4-S5）研究，提出两期原洋洋壳的发育与西南次海盆的两幕扩张过程相对应，由原洋洋壳构成了同期洋盆的洋陆转换带.揭示了西南次海盆张开过程中岩石圈的伸展破裂机制与洋脊传播过程中幕式扩张作用对陆缘构造、地层和岩浆作用的影响，对于深入研究南海岩石圈的伸展破裂过程、洋陆转换带的成因以及南海被动陆缘形成的动力学机制具有重要意义.

Abstract

The formation and evolution mechanism of the passive rift margin under the marginal sea background is still controversial, especially existing studies on the structural characteristics and formation process of the oceanic and continental transition zone are insufficient. In order to deeply explore the tectonic structure and evolution characteristics of the rift margin and oceanic transition zone of the South China Sea (SCS) under the background of marginal sea, this study presents an investigation of the seismic profiles across the V-shaped tip of the Southwest Sub-basin of the SCS, identifying three first order rift margin interfaces including the Moho, Top of basement, and seafloor. The tectonic units of the conjugate margin are subdivided into the necking domain, the hyper-extended domain, and the proto-oceanic domain. The study further refines the interpretation of the stratigraphic sequences and multi-phase fault systems at the conjugate margin as well as identifies the breakup unconformity surface Bi. We divide the syn-rift sequence (between Tg and Bi) into five sequence units (S1-S5), establishing a tectono-stratigraphic framework for the conjugate margin of the SW sub-basin of the SCS. The study indicates that the interface CBi between S3 and S4, as well as the interface POBi between S4 and S5, corresponds to the break-up of continental crust and proto-oceanic crustⅠ, respectively, recording important tectonic events during the rifting. Based on the analysis of fault activity and basin prototyping, we divide the evolution of the conjugate margin into four stages: stretching, necking, hyper-extending, and proto-oceanic crust developing, establishing the rift margin evolution model for the conjugate rift margin of the SW sub-basin of the SCS. This study also identifies a “crocodile-jaw” structure in the crust of the conjugate margin of the V-shaped tip at the SW sub-basin of the SCS, recognizing two phases of proto-oceanic crust with total width of 231 km. Based on the investigation of the outer high and syn-breakup sequence (S4 and S5),we propose that the two phases of proto-oceanic crust developing correspond to two episodes of the seafloor spreading at SW sub-basin of the SCS, and that the proto-oceanic crust constitutes the oceanic-continental transition zone between the continental margin and the synchronous oceanic crust. This study reveals the mechanism of the lithospheric thinning and break-up, and the influence of episodic seafloor spreading during the ridge propagation process on the tectonic structure, stratigraphic sequence and magmatic activity. The research will significant deepen our understanding of the rifting process at the SCS, causes of oceanic-continental transition zones, and dynamic mechanisms involved in the formation of passive continental margins at the SCS.

Graphical abstract

关键词

南海 / 西南次海盆 / 陆缘演化模式 / 幕式扩张 / 原洋洋壳 / 洋陆转换带 / 岩浆‒构造‒地层记录 / 海洋地质学.

Key words

South China Sea / Southwest Sub⁃basin / rift margin evolution model / episodic seafloor spreading / proto⁃oceanic crust / oceanic⁃continental transition / magmatic⁃tectono⁃stratigraphic records / marine geology

0 引言

南海位于欧亚大陆东南缘，太平洋西部海域，呈菱形，面积达350×10⁴ km²，是东南亚陆缘最大的边缘海之一（图1）.南海北部与华南陆缘相连，东侧向吕宋岛之下俯冲，南侧与中南巴拉望和婆罗洲之间以南沙海槽为界，西侧与印支地块以越东断裂和Lupar线相接（Pubellier and Meresse，2013； Franke et al.， 2014； 解习农等，2022）.区域大地构造上，处于特提斯俯冲汇聚构造带与环太平洋俯冲构造带的交会位置，周围环绕着欧亚板块，印度‒澳大利亚板块与太平洋板块，独特的大地构造位置决定了南海的北侧为被动陆缘、东侧为主动陆缘、南侧为伸展和碰撞复合陆缘、西侧为转换型陆缘等多种类型陆缘共存的特点，以及南海发育演化过程和动力学背景的复杂性（Li et al.， 2012； Pubellier and Meresse， 2013；丁巍伟， 2021）.南海的演化呈现多区域、多幕次的特征，并依次发育有西北、东部和西南三个次级海盆（李家彪等， 2011；丁巍伟，2021）.

西南次海盆是位于南海西南部的V型盆地，其东侧以中建断裂与东部次海盆为界，南部为礼乐浅滩、郑和浅滩、南沙群岛，西部为万安盆地、中建南盆地，北部为中建浅滩、中沙群岛.西南次海盆的形成受到南海洋脊自NE向SW传播的影响，海盆先后在32~23.5 Ma、23.5~20 Ma、20~15.5 Ma分别沿N175°、N165°、N145°三个方向扩张（Briais et al.， 1993； Sibuet et al.， 2016）.西南次海盆也自NE向SW张开，形成向NE开口的V字型其过程在南北两侧陆缘被破裂不整合所记录，并呈现出由NW向SW年代逐渐变新的穿时性（Briais et al.， 1993； Franke et al.， 2014； Ding et al.， 2016）.西南次海盆的V型尖端位置经历了扩张方向从N165°到N145°的转变，但缺少钻孔资料和清晰的磁异常条带，使得其洋陆转换带的性质和范围存在争议，而洋陆转换带作为研究陆缘结构与动力学机制的重要构造单元，是确定陆缘类型的重要依据.南海因缺少典型富岩浆型陆缘具有的向海倾斜反射层SDRs （Seaward Dipping Reflectors），并在地震剖面中解释有区域性的地幔剥露而被认为是贫岩浆型被动大陆边缘（Franke et al.， 2014；Ding et al.， 2016）.随着IODP井的钻探与研究的深入，发现南海缺少大范围的地幔剥露，不属于典型的贫岩浆型陆缘，并有学者提出南海是介于富岩浆型与贫岩浆型之间的“中间型”的陆缘（Larsen et al.， 2018； Lei et al.， 2018； Ding et al.， 2020）.对于南海洋陆转换带研究的不足使对其性质与范围的解释也存在不同方案.Taylor and Hayes.（1983）最早划定了南海海盆的洋陆边界；Song et al.（2019）综合地球物理资料划分出环绕海盆的窄带（<20 km）作为洋陆转换带；Chao et al.（2021）、Luo et al.（2021）则在西北次海盆与西南次海盆解释出上百千米的原洋洋壳作为洋陆转换带.原洋洋壳是对不同于如地幔剥露、SDRs等典型洋陆过渡带，也不同于正常洋壳的，在正常洋壳形成前发育的胚胎型洋壳的统称，作为洋陆转换带的一种，不同学者对其定义、特征与成因的解释也存在不同（Gillard et al.， 2015；Tugend et al.， 2020；Chao et al.， 2021； Luo et al.， 2021；任建业等， 2022）.由于难以确定南海洋陆转换带性质与范围，使得对其成因演化的研究也充满争议.而洋陆转换带的发育作为南海形成过程中的一部分，其形成演化也被记录在陆缘演化的过程中，可以通过岩浆‒构造‒地层对陆缘演化的记录完善对洋陆转换带的研究.西南次海盆V型尖端作为洋脊传播的末端，其岩石圈处于临界破裂状态，保存了被动陆缘演化各个时期的特征，是研究边缘海背景下岩石圈伸展破裂过程与洋陆转换带发育的理想场所.本文试图通过对穿过西南次海盆V型尖端的两条多道地震剖面的精细解释、时深转换和地质制图，在综合研究构造不整合界面、岩浆活动和构造‒地层格架的基础上，确定西南次海盆洋陆转换带特征、范围，揭示南海西南次海盆的陆缘演化过程和幕次扩张中岩浆、构造与地层对洋陆转换带形成演化的记录.

1 资料和方法

1.1　资料来源

本文中所用的两条多道地震剖面N9与N10位于西南次海盆的V型尖端位置，N9长约364 km横跨西南次海盆及两侧陆缘，N10长125 km，处于北部陆缘并深入海盆区域（图1）.资料来自中国自然资源部第二海洋研究所，于2004年由探宝号科考船采集，使用2.627×10⁷ Pa的气枪震源与6 km（480道，12.5 m道间距）的接收电缆，以50 m的炮间距进行炸测.所得数据的记录长度为12 s双程旅行时，采样间隔为2 ms，覆盖次数为30次.对于多道地震数据的处理步骤包括：道编辑，静校正，震幅补偿，滤波，去噪与噪声压制；叠前反褶积，动校正与速度分析，剩余静校正；叠加，叠后时间偏移，多次波压制，叠后反褶积，相关滤波等.

1.2　理论方法

以构造地层学、层序地层学和被动大陆边缘岩石圈伸展破裂的理论和方法为指导对地震剖面进行解释和分析（Sutra et al.， 2013； Tugend et al.， 2014； Gillard et al.， 2015）.通过对界面的识别和追踪，明确共轭陆缘的各类和各级界面，结合大型断裂系统的识别和分析确定共轭陆缘地壳结构、划分陆缘构造单元，建立陆缘表层裂谷盆地的构造地层格架，进而分析南海西南次海盆区域的形成演化机制.在地震剖面解释的基础上，将地震叠加速度与地壳平均速度（上地壳6 km/s、下地壳7 km/s、洋壳6.5 km/s）分别应用于沉积层与地壳的时深转换，以更好地反映地震剖面中观察到的各地质体的真实形态，实现对裂谷发育过程的恢复重建，建立西南次海盆的共轭被动陆缘的发育演化模式，深入研究西南次海盆的伸展破裂与扩张过程.

陆缘伸展破裂过程中会不断产生新的基底面（Top of basement， Tb），其地质属性的判断对于研究共轭陆缘发育演化过程至关重要.本文根据基底面Tb的成因与地质属性，将其分为地层基底面Tbs、构造/断层基底面Tbf、岩浆/原洋洋壳基底面Tbm （Chao et al.，2021）.在对断层的解释中，根据断层的规模、产状、断距大小、对地壳厚度和变形的影响等，划分出高角度伸展断层Fs、拆离断层/细颈化断层Fn、H块体上的超伸展断层Fh以及原洋洋壳上发育的断层Fo.

2 构造单元划分

本研究参考前人对伸展陆缘各构造单元的定义与特征来划分构造单元（Sutra et al.， 2013； Tugend et al.， 2014； Gillard et al.， 2015；Chao et al.，2021；Luo et al.， 2021）.岩石圈伸展过程中各构造域被认为是在不同流变状态下由陆向海依次形成的，主要有伸展域、细颈化域、超伸展域、原洋域和洋壳域，按所处陆缘的位置称之为近端带、远端带、外带/洋陆转换带和洋壳带（Lavier and Manatschal， 2006； Peron⁃Pinvidic et al.， 2013； Sutra et al.， 2013； Chenin et al.， 2018）.构造单元的发育与陆缘岩石圈的伸展破裂阶段对应，依次为伸展阶段、细颈化阶段、超伸展阶段和原洋阶段（Chenin et al.， 2018； Chao et al.， 2021）.本研究中的测线并未经过正常洋壳，海盆的基底属性主要依据地震解释、区域构造分析和前人的认识，认定为原洋洋壳（Luo et al.， 2021； 任建业等， 2022）.

图2、图3展示了研究区两条测线的原始时间剖面、解释剖面及Wheeler图、时深转换剖面，观察到3条控制陆缘基本结构的一级界面，即海底、基底和Moho面.海底面为一连续性好的强振幅反射，海盆中于5 sTWT位置保持水平，靠近陆缘位置逐渐升高.基底面Tb为成层的地层反射与杂乱的基底反射之间的分界面，在剖面中位于杂乱反射与强反射之间.在一般情况下，杂乱反射的声学基底与结晶地壳的地质学基底相对应，声学基底面与地质学基底面重合.在陆壳尖端存在有岩浆充填形成的强反射，同时受其屏蔽作用影响，其下呈杂乱反射而构成声学基底Tbm； 被岩浆覆盖的地层与陆壳之间还存在地质意义上的基底面Tbs.由此声学基底与地质学基底分离形成独特的“双基底结构”，即陆壳与沉积物或岩浆充填接触的地质学基底Tbs，和杂乱反射的岩浆充填与上覆沉积物之间因物理性质差别形成的反射特征上的声学基底Tbm.在岩石学上，Moho面对应下地壳基性岩和地幔超基性岩转换形成的反射层，即成分Moho面；在地震学上， Moho面对应地震纵波速度从7 km/s向8 km/s转变形成的反射层，即地震Moho面（任建业等， 2022）.Moho面在陆缘处是统一的并较为清晰，显示为声学基底中一系列连续性差的强振幅反射，在海盆中Moho面反射缺失、难以识别，其成分Moho面难以确定，故参考“10 sTWT规则”（Warner， 1987）对海盆区域Moho面进行解释.考虑到南海作为年轻的新生代海盆，地壳还未实现完全的均衡，Moho面的位置小于10 sTWT.参考在荔湾凹陷、西沙海槽和东部次海盆等稍早发育的盆地中Moho面出现在9 sTWT附近（Lei et al.， 2020； Nirrengarten et al.， 2020），以及陆缘清晰的Moho反射与海盆中零星的Moho反射也在约9 sTWT位置，将海盆中的地震Moho面推定在9 sTWT附近.受地温影响，在长英质上地壳在其底部部分熔融程度最高，构成了地壳中的韧性层 （Lavier and Manatschal， 2006； 嵇少丞等， 2021），在地壳中将可能是韧性层的位置解释了康拉德面作为上下地壳的分界面.

根据上述一级陆缘界面的配置关系，结合大型断裂系统和表层盆地的发育样式，划分出伸展域、细颈化域、超伸展域、原洋域和洋壳域，并具有以下特征：伸展域中陆壳均一伸展，厚度减薄不明显，海底面、基底面与Moho面三者之间呈准平行关系.细颈化域是陆壳大幅减薄的区域，从近端带的华南陆缘到西南次海盆陆壳逐渐减薄到10 km，形成大规模的细颈化带（Sapin et al.， 2021），海底面、基底面与Moho面整体呈向海方向相汇的趋势特征.超伸展域是陆壳快速薄化的构造区域，陆壳在超伸展变形下减薄形成超伸展盆地乃至最终尖灭.海底面、基底面与Moho面向海或向着超伸展盆地中心汇聚.原洋域是正常洋壳形成前发育胚胎期洋壳的构造区域，其Moho面反射难以清晰识别，基底面Tbm向海倾斜并被断层错断.洋壳域是发育正常的Penrose洋壳的构造区域，其Moho面为清晰的强反射面，与基底面基本保持平行，相距约2 s TWT（Penrose， 1972）. 研究区的伸展域位于南海北部的近端带，洋壳域位于测线东北，在N9与N10两条测线并未经过伸展域与洋壳域，由此划分出细颈化域、超伸展域、原洋域3个构造单元.

2.1　细颈化域

细颈化域是在伸展阶段的弱伸展基础上，构造应力迁移、集中而形成的陆壳变形区域，因类似韧性材料拉伸过程中的颈缩效应而得名.由于陆壳中韧性层的存在，变形具有解耦的特征，细颈化域在南海陆缘广泛发育，南北深水区域均有分布（Sapin et al.， 2021； 任建业等， 2022）.细颈化域中陆壳发生大幅减薄，表现为细颈化断层Fn穿透脆性的上地壳深入中下地壳韧性层并控制规模较大的拆离盆地.

在N9与N10两条剖面中两侧陆缘厚度普遍小于20 km（图2、图3），属于陆壳遭受明显薄化后的特征.在N9剖面中，将0 km至Fn3和Fn4至Fn5的区段（图2）划分为细颈化域； 在N10剖面中，将Fs9至Fn7的区段划分为细颈化域.N9和N10剖面中的细颈化域的陆壳厚度为10~20 km，其陆壳呈现出向超伸展域减薄的趋势，符合细颈化域的特征.

2.2　超伸展域

超伸展域是在陆壳韧性层失效情况下，整个陆壳耦合变形形成的构造域（Sutra et al.， 2013； Masini et al.， 2013）.对于超伸展域的确定，许多学者将正常地温下韧性层存在的最小深度约 10 km作为标志，将陆壳厚度小于10 km的范围归为超伸展域（Lavier and Manatschal， 2006； 嵇少丞等， 2021）.韧性层失效使断层可以不受限制地穿透陆壳，应力也集中于韧性层失效区.当陆缘两侧出现得以贯穿地壳的细颈化拆离断层时，也意味着两条断层之间陆壳的韧性层已经失效.韧性层失效区便处于这两条细颈化断层所共同围成的上盘，这两条断层之间的陆块便被称作H块体（Hanging Block），故也有学者将H块体作为超伸展域（Sutra et al.， 2013）.超伸展域形成后构造应力迁移并集中在超伸展域，伸展阶段与细颈化阶段形成的Fs与Fn也得以发育成Fh，最终穿透陆壳并导致陆壳的裂解.

在N9测线中，Fn3断层到北侧陆壳尖端、Fn4断层到南侧陆壳尖端、Fn5断层控制的半地堑（图2）为超伸展域； 在N10测线中，Fn6断层控制的半地堑、Fn7断层到北侧陆壳尖端（图3）为超伸展域，其陆壳厚度普遍小于10 km.

2.3　原洋域

原洋域或原洋洋壳为洋陆转换带的一种，虽然对于原洋洋壳的具体成因与成分结构仍存在争议，但有越来越多的研究在被动陆缘洋陆转换带的解释框架中使用原洋洋壳的概念，如Tugend et al.（2020）将富岩浆型的乌拉圭陆缘的SDRs外缘与正常洋壳之间的区域与贫岩浆型的东南印度陆缘地幔剥露与正常洋壳之间的岩浆地壳解释为原洋洋壳；Gillard et al.（2015）将贫岩浆型南澳大利亚陆缘地幔剥露带最外缘受岩浆影响并与正常洋壳相接的区域划分为原洋洋壳.本文参考前人对于南海陆缘的研究，将原洋洋壳定义为岩石圈尚未完全破裂、洋中脊的对流系统建立并形成稳定的海底扩张之前，由底侵岩浆和喷出岩浆裹挟部分大陆岩石圈碎块或部分蛇纹石化地幔形成的结构和成分均非常复杂的胚胎期洋壳（Chao et al.， 2021； Luo et al.， 2021；任建业等， 2022）.正常的Penrose洋壳在地震剖面上具有三层结构以及清晰的强反射Moho面，基底面与Moho面基本保持平行，相距约2 sTWT（Penrose， 1972）；同时在平面上具有清晰的磁异常条带.在N9、N10测线中的海盆部分并未识别出正常的Penrose洋壳（Penrose， 1972），而是具有以下特征：（1）有一定的线性磁异常条带，但强度较小而难以清晰识别；（2）原洋洋壳成分与结构复杂，不具有三层结构且Moho面反射模糊乃至缺失（图2、图3）；（3）基底向陆倾斜并被向海倾斜的断层错断，形成多个断块，而非与Moho面相对平行（图2、图3）；（4）原洋洋壳伸展中心表现为受Fo断陷控制的盆地（图2、图3），缺少南海正常洋壳发育处洋脊两侧存在的海山链；（5）岩浆‒构 造‒地层记录表明，在南海洋脊扩张方向转变时其构造响应被S4与S5层序记录，其不同于裂后期的特征说明岩石圈尚未破裂形成正常洋壳，而是发育了两期原洋.

基于以上特征，N9与N10测线陆壳尖端之间的范围属于原洋域（图2、图3）.N9测线上的原洋洋壳规模巨大，宽达231 km.原洋洋壳之上发育一系列向海倾的陡倾断层，控制了基底面向陆倾斜的断块和以原洋洋壳Tbm为基底的断陷盆地.由陆向海方向，Tbm随着原洋洋壳发育不断形成，原洋洋壳之上的断层与沉积也不断变新.在本文中以外缘高地处为界将原洋域分成了原洋域Ⅰ与原洋域Ⅱ（图2、图3）.

3 构造地层格架

3.1　同裂陷层序划分及其特征

同裂陷层序由下至上划分为S1、S2、S3、S4、S5层序（图4~图6），这些层序的顶底界面由一系列不同级别的层序界面界定.

同裂陷层序S1的底界面为基底顶界面Tb，属性为裂前地层基底面Tbs，为本区的开裂不整合界面ROU（Rift Onset Unconformity），顶界面为一连续性较差的中强反射面.S1具有中强反射和杂乱反射特征，连续性差.S1整体呈现出等厚覆盖在Tbs之上的特征，并被一系列正断层切割.S1为裂谷早期沉积，但裂谷作用的起始时间难以确定，所以不排除S1中存在部分裂前沉积.在Fn5、Fn6断层控制的断陷中（图2、图3）S1呈现出向断层加厚的趋势，推测其为裂谷早期陆壳弱伸展时的沉积，沉积中心分散在多个小型半地堑中.

同裂陷层序S2的底界面为S1的顶界面和断层形成的新基底Tbf，而顶界面为一连续性较好的中强反射.S2以连续性较好的中弱反射为主，夹有连续性较好的中强反射，在陆缘尖端受岩浆屏蔽作用连续性变差，反射变弱，局部呈现一定的杂乱反射特征.S2在细颈化阶段沉积，其可容空间由Fn导致的上盘旋转和陆壳大幅减薄产生，S2也受Fn的控制在断层处加厚（图2、图3）.

同裂陷层序S3的顶界为一中强反射界面，向海方向与原洋洋壳基底Tbm相接.S4具有中等连续的高频中弱反射特征，在陆壳尖端连续性变差并出现杂乱反射，为H块体裂解过程中沉积与喷出岩浆交替充填形成的独特结构.S3向海倾斜，并向海快速增厚，为超伸展阶段沉积.陆壳在超伸展变形阶段快速减薄创造了巨大的可容空间，由减压熔融岩浆与碎屑沉积物共同充填可容空间.

同裂陷层序S4的底界面由S3的顶界面与原洋域Ⅰ基底Tbm构成，顶界面为一中强连续性的强反射面.S4为连续性好的中强反射，并表现为层厚基本保持不变，上超在S3与Tbm之上的被动充填特征，考虑其发育背景和前人认识（Luo et al.， 2021； Chang et al.， 2022）推测其为深水沉积.S4顶界面封闭了一系列贯穿S2、S3、S4的沉积层内断层（图4、图5中粉色断层），并在超伸展域由陆向海逐渐变密.在陆壳尖端S4受断层错断与构造变形，顶部被削截、剥蚀并由向海倾斜变为向陆倾斜（图4~图6）.在原洋域中S4上超尖灭在外缘高地，外缘高地基底Tbm向陆倾斜并有高角度正断层分布（图4~图6）.

同裂陷层序S5的底界面为S4的顶界面和原洋域Ⅱ的基底Tbm，顶界面为一连续性好的、中等振幅的反射面.S5具有中等到好的连续性、弱到中等反射强度的特征，夹有连续性好的、向上部变密的中到强振幅反射.S5表现为披覆式被动充填特征，为深水沉积.原洋域Ⅱ中，S5下超在原洋洋壳Tbm上，向海逐渐年轻.

3.2　层序界面属性和断层活动分析

裂谷初期的伸展阶段变形量和范围小，加上对于裂谷作用开始的定义与识别标志存在争议，对于ROU的确定也存在不同的方案.本文将ROU大致对应S1的底部，将S1划归同裂陷层序，认为其底部界面是南海裂谷作用开始的标志.

S3的顶界面/S4的底界面在陆壳尖端最为明显，表现为被动充填的S4层序上超在S3层序之上.该界面与原洋洋壳的顶界面Tbm相连，对应陆壳H块体裂解裂解分离、原洋洋壳开始发育的陆壳破裂界面CBi （Continental crust Breakup interface），也是新生基底由Tbf向Tbm转变、岩石圈伸展从构造作用主导转向岩浆作用主导的界面.

S4的顶界面/S5的底界面是研究区最为关键的不整合面，在陆壳尖端表现为S4层序在剥蚀、削截后被S5层序披覆，在外缘高地表现为S4上超尖灭于其之上（图4~图6）.在S4层序沉积末期存在构造活动使早期形成的原洋洋壳Ⅰ破裂，原洋洋壳Ⅱ开始形成，该界面为原洋洋壳破裂界面POBi （Proto Oceanic crust Breakup interface）.

S5与裂后层序之间由破裂不整合面Bi （Breakup interface）分开.洋壳的形成意味着岩石圈完全裂解分离，洋壳开始形成的年龄便对应破裂不整合面的年龄.西南次海盆V型尖端作为岩石圈未破裂的夭折裂谷区域，没有发育正常洋壳并经历漂移期，其Bi则对应邻区洋壳的开始形成的时间.在N9、N10测线中岩石圈没有完全破裂，而是处于临界破裂状态下发育了原洋洋壳，故其Bi对应于邻近的洋脊传播末端的洋壳开始形成的年龄.因南海扩张与洋脊向西南传播的过程一直持续到约15.5 Ma停止（Briais et al.， 1993； Li et al.， 2012），而洋脊传播末端的洋壳最晚形成，故其年龄为15.5 Ma，再对比Ding and Li （2016）、Ding et al.（2016）和Chang et al. （2022）对西南次海盆中中新世不整合MMU界面的解释，将洋壳停止扩张的界面作为破裂不整合界面Bi（相当于MMU），年龄为15.5 Ma.

陆缘层序的发育受到不同类型断层的控制.陆壳初期的伸展断层为Fs，规模小、倾角陡、断距小、且只错断上陆壳上部，在早期陆壳的弱伸展变形中形成.本研究测线上仅留存部分这类断层，考虑到测线上的陆壳厚度已经薄化到小于20 km，Fs将会在构造应力集中的情况下继续发育成Fn与Fh断层.拆离/细颈化断层Fn形态以铲式为主，倾角上陡下缓、断距大.这类断层由Fs发育而来，能深入到中下陆壳的韧性层中，使陆壳大幅减薄并形成大范围的Tbf.Fh断层分布在H块体上，由Fs与Fn断层发育而来.H块体中韧性层在变形过程中的逐渐失效，使其陆壳由解耦变形转变为耦合变形，断层也得以有机会切穿陆壳（Lavier and Manatschal， 2006； Sutra et al.， 2013）.H块体在伸展破裂过程中呈现出不同于细颈化域的纯剪对称模型的特征，而展现出单剪不对称模型的特性.北部陆缘为上盘，断层陡倾并切穿陆壳形成“叠瓦状”排列，如Fh1~Fh9、Fh12~Fh18断层（图4、图6），由Fs断层在超伸展阶段发育而来.南部陆缘为下盘，断层为倾角较缓的Fh10、Fh11断层（图5），由Fn断层在超伸展阶段发育而来.Fo断层分布在原洋域中，在原洋洋壳发育阶段活动.Fo错断Tbm，大部分为断距小的陡倾断层.规模较大的Fo断层倾角更缓，可以切至壳幔边界处或深入蛇纹石化地幔的韧性层，并伴有Tbm界面的旋转.沉积层内断层（图4、图5中粉色断层）见于N9测线，其形成与原洋洋壳破裂的构造活动相关，主要发育在超伸展域的S2~S4内，并呈现向海方向逐渐密集的规律，S4层序形成之后停止活动.

3.3　岩浆活动

西南次海盆V型尖端，并非典型的富岩浆型陆缘，不存在明显的SDRs （Franke et al.， 2014；丁巍伟，2021），其岩浆活动与原洋洋壳的形成关系密切.S3记录了陆壳破裂与原洋洋壳的形成，S3在N9测线南侧和北侧的陆壳尖端位置，受岩浆屏蔽呈杂乱反射，局部出现短轴或长轴的层状岩床强反射（图4、图5）； 在N10测线北侧表现为覆盖在超伸展断块上的杂乱反射与其内的倾斜的短轴强反射（图6）.该特征是在H块体的陆壳强烈薄化、裂解过程中，减压熔融的岩浆沿着断层或薄弱带喷出地表并与沉积交互充填所形成.喷出的岩浆在地质学基底Tbs之上形成新的声学基底Tbm.陆壳底部存在底侵岩浆，其与陆壳和喷出岩浆接触并在Moho面之上形成一层强反射界面，即底侵岩浆顶界面.深部侵入岩和表层喷出岩共同夹持陆壳，使Tbs、Tbm、底侵岩浆顶界面、Moho面构成了所谓的“鳄鱼嘴”结构，为原洋洋壳的典型特征（图4~图6）.

上述反射特征也出现在原洋洋壳的断陷盆地中.测线N9中受Fo4与Fo5断层控制的断陷（157~182 km）为原洋洋壳的扩张中心（图2），断陷盆地的Tbm之下的杂乱反射中，可以看到层状或短轴状的强反射，为原洋洋壳形成同期产生的熔岩流与沉积交互形成.在受Fo7断层控制的半地堑（223~245 km）中也有类似的反射特征，并且在沉积速率快的断陷中心最厚，特征也最明显.在裂后层序中观察到层状强反射的侵入岩床，以及N9测线57~364 km处还发现有穿刺裂后沉积层的海山（图2），表明南海西南次海盆停止扩张后依然存在岩浆活动.

4 讨论

4.1　西南次海盆V型尖端的构造单元和两期原洋洋壳的识别

外缘高地（Outer high）在被动大陆边缘普遍发育，且具有不同的地质属性.前人常常以外缘高地作为被动大陆边缘洋陆过渡带的边界 （Peron⁃Pinvidic et al.， 2013； Sutra et al.， 2013； Gillard et al.， 2015）.大洋钻探证实，IODP1277在伊比利亚‒纽芬兰被动陆缘地幔剥露带与正常洋壳间的外缘高地钻遇了蛇纹石化橄榄岩、碱性岩浆岩脉、侵入辉长岩（Sutra et al.， 2013）.Gillard et al. （2015）发现澳大利亚‒南极洲被动陆缘的外缘高地将地幔剥露域与原洋域分开.Chao et al. （2023）在南海西北次海盆发现原洋洋壳与正常洋壳间也存在一个外缘高地.虽然外缘高地内部地质结构复杂，但是在地震剖面上最显著的特征为基底向陆倾斜的高地.

在N9与N10测线上，外缘高地两侧呈现不同的沉积反射特征（图4~图6）.S4层序上超在外缘高地之上，向海方向逐渐升高，并在高地顶部尖灭消失； S5层序越过外缘高地，下超在原洋洋壳之上，向海方向不断变新.外缘高地普遍都受到一系列Fo断层的切割错断，向海的边缘均发育一条规模较大的、倾向扩张中心的Fo断层，如N9测线的Fo2和Fo8断层、N10测线上的Fo10.这表明外缘高地处于这些切割早期原洋洋壳断层的下盘，并向陆方向旋转掀斜，构成了中央裂谷肩部.以外缘高地为界，可以划分出两期原洋洋壳，即原洋域Ⅰ和原洋域Ⅱ，S4与S5被外缘高地所分隔，并分别与这两期原洋洋壳同期发育.

根据沉积和构造变形特征来推测对应的构造事件和区域应力场变迁，是构造分析的常用手段，通过对同破裂层序S4分析，推断在S4沉积末期存在一期构造事件.在图4~ 图6中，S4呈等厚的被动充填特征，上超在陆缘的S3与外缘高地之上，展现出陆壳破裂后构造应力释放并快速沉降的深水沉积特征，构造活动也由陆缘超伸展域迁移至原洋域Ⅰ.在陆壳尖端位置，S4被大型的Fo断层错断（如N9测线中的Fo1、Fo9），并带有构造变形与剥蚀特征.N9测线中沉积层内断层（图4、图5中粉色断层）断至S4顶界面并被S5封盖，有向原洋域方向变密集的趋势.上述特征表明S4仍受到构造运动影响并非裂后期沉积，并且在其沉积末期，在陆壳尖端存在一次构造活动，使S4产生构造变形并从原本的深水沉积环境转变为剥蚀，或可能与构造影响的区域海平面变化有关；Pang et al. （2007）根据南海北部珠江口盆地的沉积分析认为，在约20.5 Ma南海存在一次大规模的海退.考虑到最晚的S4层序终止在外缘高地之上，表明外缘高地作为裂谷肩部形成于S4沉积末期，外缘高地的形成与S4抬升剥蚀的构造事件存在时间上的耦合性.由此推断在陆壳破裂后构造应力迁移至原洋域Ⅰ，形成了和原洋洋壳Ⅰ同期的S4层序，由于岩石圈尚未破裂，构造应力得以在S4层序末期的构造事件中重新集中并形成了外缘高地和S4层序的抬升剥蚀.S4受该次构造事件影响产生变形与剥蚀的特征也表明，此时陆缘并未进入裂后期，岩石圈尚未破裂而是发育了原洋洋壳.

磁异常条带是识别洋壳、研究海底扩张过程的重要依据，但是原洋洋壳中难以形成规则的、易于辨识的条带.前人依据南海磁异常条带的解释（Briais et al.， 1993； Li et al.， 2012；Sibuet et al.， 2016），提出南海整体由早到晚分别沿N175°、N165°、N145°三个方向扩张，其中在西南次海盆发生了从N165°到N145°的扩张方向转变，这与Chang et al.（2022）在西南次海盆的解释类似.结合本文的解释与认识，特别是构造活动与两期扩张方向良好的匹配关系，以及发育时期上的可对比性，认为发生在S4层序与S5层序沉积之间的构造事件与南海扩张方向变化引起的构造应力场的转变有关.由此推断，南海西南次海盆V型尖端共轭陆缘发育的外缘高地是西南次海盆洋脊扩张方向转变前后发育的两期原洋洋壳的分界.陆壳尖端与原洋域Ⅰ的扩张中心陆壳厚度相对较薄，构成了天然的构造薄弱带.在扩张方向改变中，应力场的转变致使应力重新集中在作为薄弱带的陆壳尖端位置和原洋域Ⅰ的扩张中心，形成了Fo1、Fo2和Fo8、Fo9、Fo10等正断层.上述断层最终切穿原洋洋壳Ⅰ使其破裂，并在新的应力场下形成原洋洋壳Ⅱ，断层下盘则在陆壳均衡的作用下抬升形成了外缘高地并导致了S4层序的变形与剥蚀.

基于剖面上对构造域的划分，结合前人对地震剖面资料与解释的收集汇总（Franke et al.， 2014； Ding et al.， 2016； Song et al.， 2019； Zhang et al.， 2020； Luo et al.， 2021；Chang et al.， 2022）以及地形、重力、磁异常条带（Briais et al.，1993）的综合分析，编制了南海西南次海盆V型尖端构造单元分布图（图7），表示了各个构造域的平面分布.在有多道地震测线的位置，主要依据本文的定义与前人的解释限定各构造域的位置，在缺少地震测线的位置则依靠各构造域的地形、重力、磁异常特征进行划分.由图7可见，超伸展域与细颈化域的界线对应陆壳开始快速减薄的位置，在地形上表现为水深开始快速增加，布格重力上表现为重力值开始快速升高.陆壳尖端位置对应的超伸展域与原洋域的界线，地形与布格重力表现为水深和重力值停止快速增大并趋于平稳的位置.原洋域Ⅰ与原洋域Ⅱ的界线主要依靠在地震剖面中对外缘高地的识别，但在地形上，特别是北部陆缘，可以观察到在地形上外缘高地位置形成了一条高于周围海底的脊.在原洋域中，伸展中心表现为裂谷盆地，而在洋壳域中扩张中心两侧分布有岩浆形成的海山链，对比这种地形的差异，加上磁异常条带的解释和地震剖面的约束，可以确定原洋域与洋壳域的界线.

西南次海盆在随着洋脊向西南传播的扩张过程中存在明显的多期性、分段性（Briais et al.， 1993；李家彪等，2011；Li et al.， 2012； Sibuet et al.， 2016）.在结合前人认识与对各构造域划分的基础上，还原了两期原洋洋壳的形成过程（图8）.在原洋域Ⅰ发育阶段（23.5~20 Ma）南海沿N165°方向扩张，研究区发育原洋洋壳Ⅰ，中建浅滩与郑和浅滩两个微陆块的岩石圈尚未破裂，隔开了原洋洋壳Ⅰ与东北侧的洋壳.在原洋域Ⅱ发育阶段（20~15.5 Ma），扩张方向的转变为N145°，中建浅滩与郑和浅滩这两个微陆块之间的岩石圈破裂，洋脊向西南方向传播并致使原洋域Ⅰ破裂，环绕洋壳形成了形成与之同期的原洋域Ⅱ.

4.2　伸展破裂过程重建

构造重建需要确定重要界面年龄和重要构造事件发生的时间，对于缺少钻井来限定各界面年龄的研究区来说存在不小的困难.不少学者也就相关的问题做过研究，为研究区陆缘构造演化过程的重建提供了重要的基础（图9） （Ding and Li， 2016；Ding et al.， 2016； Luo et al.， 2021； Chang et al.， 2022； 任建业等， 2022）.

对于南海新生代裂谷开始时间存在争议，前人认为南海裂陷作用始于古新世，甚至晚白垩世，与太平洋板块的俯冲有关（Taylor and Hayes，1983； Lee and Lawver， 1994； Hall， 2000）.在南海的油气勘探中，将地震剖面解释确定的声波基底界面Tg作为南海伸展作用开始的时间，确定为约65 Ma （Huang， 2005； Pang et al.， 2007，2018； Xie et al.， 2019）.本文将测线N9与N10解释中的基底面Tbs与油气勘探中解释的声波基底Tg面对应，在构造重建中该界面的年龄拟定为65 Ma（图9）.

也有不少学者认为南海裂陷的起始时间应该对应于古南海俯冲的时间（Halland Spakman， 2015），或与西太平洋弧后伸展作用的时间对应（Morley， 2016），为42~45 Ma.中建南盆地临近研究区，位于研究区的北部，晚始新世早期西卫运动产生的不整合将其早期断陷期与断坳期沉积分隔（高红芳和陈玲， 2006； 赵卫等， 2013）.朱荣伟等（2020）对西南次海盆周缘盆地的沉积演化过程进行了研究，也将晚始新世作为研究区周缘盆地断陷进入强烈期的标志.本文中的细颈化阶段对应Fn断层发育时期，可容空间开始大量产生.考虑到临近区域的构造运动与沉积特征上的可对比性，将周缘盆地断陷开始与细颈化阶段开始对应，推定S2层序的底界面为42 Ma（图9）.

S3在超伸展阶段发育，年龄难以确定.Ding et al. （2013）对研究区南部南沙地块剖面的解释中，在同裂陷中层序中解释出明显不整合界面，并将年龄定在约31 Ma.考虑到南海海盆打开这一重要事件的时间大致限定在32~34 Ma（Briais et al.， 1993； Li et al.，2012； Sibuet et al.，2016），相关的南海运动及重要地质界面年龄也被定在其间（Larsen et al.， 2018； Xie et al.， 2019； Nirrengarten et al.， 2020）.参考西北次海盆（Chao et al.， 2021）进入超伸展阶段的时间为34 Ma，认为西南次海盆结束细颈化阶段进入超伸展阶段的时间在32~34 Ma，推定S3的底界面约32 Ma（图9）.

原洋域Ⅰ的形成发生在23.5~20 Ma南海洋脊跃迁并向西南次海盆传播时期，原洋域Ⅱ的形成发生在20~15.5 Ma洋脊分开中建陆块与郑和陆块，并改变扩张方向的时期.S4底界面与原洋域Ⅰ的基底Tbm相接，推断其对应陆壳破裂、原洋域Ⅰ形成的时间，即23.5 Ma； S5直接覆盖在原洋域Ⅱ之上，其底界面对应原洋洋壳Ⅰ破裂、原洋洋壳Ⅱ开始形成的时间，即20 Ma.S5的顶界面为前文所述的破裂不整合面Bi，对应中中新世不整合MMU，即15.5 Ma（图9）.

根据磁异常条带对海盆扩张过程的重建，N10北部陆缘与N9南部陆缘为一组共轭陆缘（Briais et al.， 1993； Li et al.， 2012； Sibuet et al.， 2016）.通过对共轭陆缘剖面的解释，并绘制Wheeler图反映构造与沉积变化（图2、图3），进而重建了西南次海盆V型尖端的构造演化模式（图10）.从图10可以看出，在南海西南次海盆V型尖端岩石圈的伸展破裂过程中，构造变形的迁移和集中是导致岩石圈薄化、裂谷盆地发育和原洋洋壳形成的关键.

伸展阶段（65~42 Ma）：如图10a，陆壳变形受韧性层调节呈现的弱伸展状态，陆壳厚度减薄不明显，在上地壳发育陡倾的Fs断层，可容空间主要产生在Fs控制的断陷盆地.

细颈化阶段（42~32 Ma）：如图10b，进入细颈化阶段，应变的迁移与集中作用开始显现，陆壳变形进入韧性层大幅减薄的细颈化阶段.上地壳的部分Fs进一步发育成细颈化拆离断层Fn，并深入中下地壳的韧性层之中，使上地壳脆性的断块强烈旋转，陆壳大幅减薄.在细颈化域中可容空间的产生由Fn控制，可容空间一部分来自断层活动导致的上盘断块下降与旋转；另一部分来自断层深入韧性层后控制的陆壳减薄.细颈化阶段S2的沉积中心分布在Fn断控的半地堑中，形成有生长特征的同构造沉积.

超伸展阶段（32~23.5 Ma）：如图10c，在超伸展阶段，随着应力应变进一步集中，细颈化域中韧性层逐渐失效，陆壳变形由解耦变形转向耦合变形，并形成超伸展域.在超伸展阶段，应力应变集中至超伸展域中，使在细颈化域中的断层停止活动，S3呈现后构造沉积特征；在超伸展域的断层仍继续活动，S3呈现同构造沉积特征.H块体上的Fn与Fs因为韧性层的失效，发育成能够切穿陆壳的超伸展断层Fh.H块体的陆壳在Fh的影响下快速减薄，并在中心产生了大量可容空间，使沉积层具有向海倾斜加厚的特征.H块体的陆壳裂解过程中，减压熔融的岩浆沿陆壳薄弱处或断层喷出，与S3层序的沉积共同充填了陆壳尖端的可容空间.最终在岩浆与构造的共同作用下陆壳破裂、原洋洋壳Ⅰ形成.

原洋域Ⅰ发育阶段（23.5~20 Ma）：如图10d，在陆壳破裂后原洋洋壳形成，岩浆作用形成的Tbm占据了伸展过程中新生基底的主体，构造作用也迁移并集中在原洋域Ⅰ.陆壳破裂后，陆缘处的应力得到释放并进入快速沉降.沉积充填不再受可容空间限制，超伸展域与原洋域进入深水沉积环境，形成一套等厚的被动充填沉积层序S4并超覆在原洋洋壳之上.原洋域Ⅰ发育时期，中建浅滩与郑和浅滩两个微陆块之间岩石圈尚未破裂，应力场尚未因洋脊扩张方向变化而改变，直至原洋域Ⅱ开始发育.

原洋域Ⅱ发育阶段（20~15.5 Ma）：如图10e、10f，在20 Ma，中建浅滩与郑和浅滩两个微陆块之间岩石圈破裂，洋脊扩张方向的改变带来的应力场转变得以随洋脊传播至研究区域.新生的应力集中在原洋域Ⅰ及其与超伸展域交界的薄弱位置，造成了大幅的构造抬升.S4层序受构造作用影响被抬升至地表，并受到剥蚀.新生应力场下，发育了切穿原洋洋壳的Fo断层，致使原洋洋壳Ⅰ破裂，原洋域Ⅱ开始形成.原洋域Ⅱ发育期间，应力由原洋域Ⅰ迁移至原洋域Ⅱ，原洋域Ⅰ与原洋域Ⅱ之间形成了作为裂谷肩部的外缘高地.原洋域Ⅰ与原洋域Ⅱ快速沉降，S5层序呈现被动沉降特征下超在原洋域Ⅱ新生的原洋洋壳之上.

裂后阶段（15.5~0 Ma）：如图10g，在15.5 Ma，南海停止扩张，进入裂后阶段.

岩石圈伸展变形过程中形成了不同类型的新生基底，反映了裂谷作用过程中不同发育阶段构造作用与岩浆作用对伸展量贡献变化的特征.在伸展阶段与细颈化阶段，Tbs受Fs与Fn错断，由断层面构成了新生基底Tbf，而岩浆发育较少，构造作用占据主导控制裂谷的伸展变形.在超伸展阶段，构造作用呈现不对称的特征，北侧上盘陆缘新生的Tbf要小于下盘，同时岩浆作用逐渐增强，在陆壳尖端形成Tbm构成了“双基底”与“鳄鱼嘴”的结构，构造与岩浆作用共同控制了新生基底的形成与岩石圈伸展变形.在原洋域Ⅰ与原洋域Ⅱ发育阶段，虽然仍有一系列Fo断层的发育，但基底以Tbm为主，岩石圈伸展呈现以岩浆为主、构造为辅的特征.

5 结论

（1）以多道地震剖面的精细解释为基础，识别出南海西南次海盆V型尖端共轭陆缘发育的海底、基底和Moho三条一级界面；通过这些界面之间的关系分析陆壳形态、厚度变化特征，结合其大型断裂样式及其所控制的盆地结构分析，划分出细颈化域、超伸展域、原洋域3个构造单元.

（2）确定了破裂不整合面的特征及其在地震剖面上的发育分布，详细识别并描述了陆缘盆地充填序列中的各级不整合界面的反射结构特征，在同裂陷地层内由下而上划分出S1~S5五套层序.研究了这些层序的主要结构、沉积特征和控制这些层序发育的构造样式，并与各构造事件对应，建立了南海西南次海盆V型尖端共轭陆缘的构造‒地层格架.

（3）在南海西南次海盆V型尖端识别出有别于正常的Penrose型的洋壳的宽达

231 km、发育范围广泛的原洋洋壳并具有独特的“鳄鱼嘴”结构.通过对原洋洋壳发育阶段形成的同破裂S4~S5层序与外缘高地的解析，结合西南次海盆洋脊传播扩张过程中方向转变的构造‒地层响应，划分出研究区发育的两期原洋洋壳.

（4）建立了南海西南次海盆V型尖端共轭陆缘地壳岩石圈结构模式，明确了上盘和下盘边缘的结构构造特征.划分出岩石圈伸展破裂过程中伸展、细颈化、超伸展、原洋洋壳发育四个阶段.通过Wheeler图编绘，还原了各个阶段的岩石圈伸展与地层沉积过程，建立南海西南次海盆共轭陆缘的发育演化模式.

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基金资助

国家重点研发计划项目(2023YFC2808803)

国家重点研发计划项目(2023YFE0126100)

国家自然科学基金项目(41830537)

国家自然科学基金项目(42206074)

浙江省科技创新领军人才项目(2021R52058)