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南 海 地 质 研 究 2003 GEOLOGICAL RESEARCH OF SOUTH CHINA SEA 2003 广州海洋地质调查局 编 北 京 内 容 提 要 南海 地质 研究 十五 一 书共收 集了 关于南 海地 区 的 16 篇研 究 论文 。分 别 从南 海 地区 的 构 造 运动 特 征,盆 地沉 降, 海域内 的油 气成藏 条 件, 以 及 天然 气 水 合 物 的识 别 方 法 和 赋 存 围岩 , 磷 的 累 积 量 对 大 气 CO2 的指示 意义 等方面 进行了 研究 。特别 是对 天然气 水合 物的研 究为未 来在 该地区 寻找 新的能 源提 供了 重 要的 参考价 值。 本 书可 供从事 海洋地 质、 油气 地质 专业的 生产、 科 研人员 及高校 师生 参考。 图书在版编目CIP数据 南海地质研究 .2003/ 国土资源部广州海洋地质调查局编 . 北京地质出版社,2004.6 ISBN 7-116-04140-0 Ⅰ. 南⋯ Ⅱ. 国⋯ Ⅲ. 海洋地质学丛刊 Ⅳ. P736 - 55 中国版本图书馆 CIP 数据核字2004第 059130 号 责 任编 辑 曾繁彩 白 铁 蔡秋 荣 梁 世容 李凯 明 责 任校 对 黄苏晔 出 版发 行 地质出 版社 社 址邮 编 北京海 淀区 学院路 31 号, 100083 电 话 01082324508邮 购部 网 址 http / / www .gph .com .cn 电 子邮 箱zbs gph .com .cn 传 真 01082310759 印 刷 北京印 刷学 院实习 工厂 开 本 787mm1092mm 1 / 16 印 张 8 字 数 190 千 字 印 数 1700 册 版 次 2004 年 6 月北 京第一 版 第一 次印刷 定 价 25. 00 元 ISBN 7-116-04140-0/ P 2487 凡购买地质出版社的图书,如有缺页、 倒页、 脱页者,本社出版处负责调换 目 录 南海北部陆坡 5 万年来沉积磷积累及其对大气 CO2变化的指示意义 吴能友 翁焕新 张兴茂 钟和贤 1 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 南沙海域新生代构造运动特征及成因探讨万 玲 吴能友 姚伯初 曾维军 8 ⋯⋯ 曾母盆地西部典型构造沉降史研究白志琳 高红芳 王后金 郭依群 17 ⋯⋯⋯⋯⋯ 南海万安盆地中部油气成藏特征梁金强 杨木壮 张光学 马胜中 27 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 南沙海域沉积盆地与油气地质条件刘振湖 35 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 天然气水合物稳定域热流场计算方法研究吴庐山 陈宏文 李文成 46 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ BSR 的反射波特征及其对天然气水合物识别的应用 沙志彬 杨木壮 梁金强 龚跃华 55 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 潮汕坳陷地壳结构探测初步成果王嘹亮 张志荣 阎 贫 罗文造 62 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 什么样的围岩更有利于天然气水合物赋存 砂 泥 王宏斌 蔡秋蓉 陈 弘 68 ⋯ 西太平洋 MF 海山磁异常特征及其地质解释梁 劲 沙志彬 陈 弘 74 ⋯⋯⋯⋯⋯ 沉积物粒度分析软件程序设计梁蓓雯 王金莲 朱美琼 82 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 地震资料在 FOCUS 系统中任意时间段输入/ 输出的实现钟政华 陈宏文 88 ⋯⋯⋯⋯ 海洋油气资源调查与评价数据库系统的设计与实现 王刚龙 李绍荣 陈泓君 曾繁彩 94 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 礼乐盆地中生界初探李文成 严俊嵩 王立飞 张 莉 102⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 大亚湾北部地区工程地质特征李植庭 钟广见 黄家坚 108⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 珠江口外伶仃防波堤堤址工程地质特征叶广惠115⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 南 海 北 部 陆 坡 5 万 年 来 沉 积 磷 积 累 及 其 对 大 气 CO 2 变 化 的 指 示 意 义 吴能友1 翁焕新2 张兴茂2 钟和贤1 1. 广州海洋地质调查局,广州,510075; 2. 浙江大学环境与生物地球化学研究所,杭州,310027 摘 要 南海北部陆坡 SZ2 大型重力活塞柱状沉积物岩心提供了 5 万年以来的沉积记录。沉 积物中陆源磷对海洋的供应量基本恒定 , 不同深度磷含量的变化受气候和环境变化的影响。根 据沉积磷的含量随深度的变化与碳酸钙含量变化的负相关性 ,以及通过化学平衡计算得到的海 水中 PCO2与 PO 3 - 4的消长关系 ,表明南海北部陆坡沉积磷的积累与大气 CO2的变化相关联 , 为 揭示导致冰期大气 CO2浓度降低的关键性因素提供了新的证据。 关键词 南海北部陆坡 沉积磷 碳酸钙 大气 CO2 1 前 言 自南极的冰心记录中发现末次冰期大气 CO2的浓度较全新世低80～10010 - 6 以来 Barnola et al ., 1987 , 许多学者从海洋物理、 化学和生物过程中去寻找控制大气 CO2浓度 变化的因素,并取得了一系列重要的成果Matin,1990; Watson et al .,2000; Lefever et al ., 1999; Morales et al .,2002 , 其中关于磷作为一个营养元素对海洋生产力起着重要的限制作 用,从而最终影 响到 大气 CO2和 气候 的问题 引起 了学 术 界的 高度 关注 Holland, 1994; Tyrrell,1999。然而,由于目前关于磷的生物地球化学循环对大气 CO2浓度的影响, 主要是 通过研究现代过程来推测过去的,而对地质时期磷的环境与生物地球化学与古气候变化相 关的记录,被揭示得还很少。因此, 迄今为止, 磷的生物地球化学过程对造成冰期大气 CO2 含量水平明显降低所带来的关键性影响,仍没取得一个满意的结论。 通过研究南海北部陆坡柱状沉积物岩心中磷含量随深度的变化, 及其与碳酸钙含量之 间的相互关系, 并通过不同结合态磷与海水中 CO2平衡关系的理论计算, 本文从海洋沉积 物中直接提取有关磷的环境地球化学信息,并从生物地球化学的角度, 讨论了沉积磷的积累 与大气 CO2变化的耦合关系,从而为揭示导致末次冰期大气 CO2浓度降低的关键性因素提 供新的论据。 本 项研 究得到 国家自 然科 学基金 资助 批 准号 49973032。 第 一作者 简介 吴 能友, 男 ,1965 年生 ,博 士, 现任广 州海 洋地 质调 查 局副 总 工程 师、 教 授 级高 工, 主要 从 事 海 洋构 造 地质、 第四 纪地 质与环 境调 查研究 。 1 2 样品与分析 本文研究的样品为 SZ2 大型重力活塞柱状沉积物岩心,采自南海北部陆坡水深 2903m 处,地理位置为 20 29′ 43.8″ N, 119 07′ 04.3″ E。沉积岩心长 7.54m, 沉积物类型基本一致, 为灰色粉砂质粘土。 本次研究取样间隔为 3cm, 共采集样品 251 个, 分辨率 为百年尺 度。沉 积物样品 在 40℃的恒温箱中烘干,研细。称取 1.0g 放于烧杯中, 加入 10mL70 的 HClO4, 在 120℃下 消化,直至溶液退色, 浓烈的 HClO4气烟出现, SiO2变成白色为止。冷却后, 用去离子水定 容至 250mL, 然后用分光光度计测定总磷,最低检出限为 0.01mg/ L。 磷的不同结合形态按 Weng 等1994提出的方法测定。用重复样品和标准样品 CR- MMESS-1 检测分析误差小于 5。 碳酸钙含量分析,称取样品 0.25g, 用 10的醋酸溶液 15mL 溶解碳酸钙,100℃水中加 热 30 分钟, 定容至 250mL, 离心过滤,然后用原子吸收分光光度法测定钙离子的含量。 在柱状沉积物岩心 143～160cm 处, 测得的 14 C 年龄为7500150a。 3 结果与讨论 图 1 为南海北部陆坡沉积物中总磷与碳酸钙含量随深度的变化曲线。沉积物中总磷含量 的变化具有两种明显不同的变化趋势。在 1m 深度根据实测的 14 C 年龄推测, 大约为 5000a B. P.以下, 尽管在不同的深度, 沉积磷的含量存在较大幅度的高低变化, 最大极差可达 224.3310 - 6 但随深度变化平缓,仅在420～45010 - 6 之间波动。现有的研究成果认为,在 人类活动之前,大陆风化物是海洋磷最主要的来源Froelich et al .,1982 ,南海沉积磷大约 70 是来自亚洲南部和附近岛屿提供的陆源物质Milliman et al .,1983。南海沉积磷主要含量在 如此小的幅度范围内变化,说明了在没有人为因素影响的自然环境下,由周围陆源供给海洋的 磷,总体数量上保持基本恒定。因此不难理解,在不同深度的沉积物中,出现总磷含量变化偏 离主要含量的现象,是由于受气候和环境变化导致磷的生物地球化学过程发生变化而引起的。 在 1m 深度以上, 沉积物中总磷的含量变化呈现出明显增高的趋势。从自然的因素考 虑,这一方面说明了由于气候的自然转暖, 各种环境条件有利于沉积磷的积累;另一方面, 特 别在 0.3m 深度以上,沉积磷的含量陡然增高, 这可能与沉积物中氧化铁对磷的吸附有关 Feel et al .,1998 ,同时也反映了人类活动增加了磷向海洋的排放。因此, 南海陆坡近现代 沉积物中磷含量的增加,是自然过程与人为因素综合作用的结果。 对比 1m 深度以上和以下沉积物中磷含量的变化, 在 5000 年前后南海沉积磷在沉积和 积累过程中存在明显差异。 南海北部陆坡沉积物中碳酸钙的含量变化与沉积磷的含量变化呈负相关性图 1。从 图 1 中可以看到,几乎每一个总磷的峰值都对应一个碳酸钙的谷值, 而每一个总磷的谷值对 应一个碳酸钙的峰值, w TP/ w CaCO3的比值也表明了两者之间存在明显的负相关性。 大量柱状沉积物岩心样的分析已经证明汪品先,1995;钱建兴,1999南海存在两种碳酸盐 旋回在溶跃面以上, 碳酸钙含量主要受陆源碎屑沉积物的稀释作用控制,为 “大西洋型” ; 溶 2 图 1 南海北部陆坡沉积物中总磷与碳酸钙含量随深度变化的负相关性 Fig.1 Relationship between the total phosphorus and CaCO3in sediments from the north slope of South China Sea 跃面以下,碳酸钙含量主要受深海溶解作用控制, 为 “太平洋型” ,即在冰期时含量高, 在间冰 期时含量低。南海现代碳酸钙溶跃面CLD大约为 2900m汪品先,1995 ,本文研究的柱状 沉积物岩心样采自 2900m 以下,碳酸钙的含量变化曲线呈 “太平洋型” , 与 δ 18 O 第 3 期以来 南海同类型 CaCO3曲线的变化相一致Thunell et al .,1992 , 即沉积物中碳酸钙含量在冰期 增加,而间冰期减少。南海北部陆坡沉积物中磷含量与碳酸钙含量呈负相关, 说明了冰期时 当碳酸钙在沉积物中富集时,磷的积累量是减少的, 而在间冰期当碳酸钙在沉积物中的积累 量减少时,沉积磷却得到了富集。 南海陆坡沉积物中可以被稀酸提取的不同结合态磷Ca-P、 Fe-P、 Al-P , 约占无机磷的 70 ,其中 Ca-P 占 95以上图 2 , 这说明了来自陆源的磷,主要以钙磷酸盐的形式存在于 图 2 沉积物中不同结合态磷Ca-P, Fe-P, Al-P的三角相图 Fig. 2 Tri-diagram of different kinds of phosphorus Ca-P, Fe-P and Al-P in sediments 3 沉积物中。在风化溶液中, 有相当数量的磷矿物[如 Ca5PO43OH]粉末以悬浮物, 或钙磷 酸盐[Ca3PO42]以胶体的形式被带入海洋中如赵其渊,1989。由于钙磷酸盐的浓度积很 小[p Ksp Ca3 PO42 28.7;p Ksp Ca5P O4 3OH 55.6] , 因此, 来自陆源的磷只有很小一部分, 大约 5可以被海洋生物利用,其余直接进入海洋沉积物LcElroy,1983。 但是,钙磷酸盐可溶于富含 CO2的水中钱建兴,1999。海水中 CO2、 CaCO3和钙磷酸 盐之间存在以下反应系列赵其渊,1989;Schulz et al .,1982 根据上列各反应的浓度积 Ksp , 计算 Ca3PO42与 CO2、 Ca5PO43OH 与 CO2的化学平衡 关系式分别为 1[PO4] 3 - 10 - 5 . 18 pCO1 . 5 2 2[PO4] 3 - 10 - 4 . 23 pCO1 . 67 2 图 3 给出了海水中 pCO2和 PO 3 - 4之间的相互关系。图中曲线说明了当海水中 CO2的 含量升高,无论是磷矿物碎屑[Ca5PO43OH] ,还是钙磷酸盐[Ca3PO42] , 均会使部分磷被 释放出来进入海水,从而增加海水中 PO3 - 4的含量。 图 3 海水中 pCO2与 PO 3 - 4之间的消长关系 Fig. 3 Relationship between pCO2and PO3 - 4in sea water 1 Ca5 PO43OH; 2 Ca3 PO42 二氧化碳在海水中的溶解度与温度成反比赵其渊,1989。因此, 在冰期, 由于水温较 低,使海水中含有较多的 CO2,这有利于来自陆源的磷从固相中析出, 使海水中 PO 3 - 4的浓 度增加。磷是海洋生物最终的限制性营养物质Tyrrell,1999 , 海水中溶解态磷可以被有机 体反复吸收利用,海水中 PO3 - 4的浓度提高会大大刺激海洋初级生产力。这样, 一方面海洋 植物的光合作用,需要大量地吸收 CO2; 另一方面, 海水中的 CO2 - 3又被浮游生物转变为碳 4 酸钙壳体, 并以生物遗骸的形式被固定在沉积物中, 从而使更多的大气 CO2溶入海洋,这必 然导致大气 CO2的浓度降低。在这个生物地球化学过程中, 由于钙磷酸盐的溶解度增加, 使一部分磷溶入海水而被生物所吸收利用,直接导致了磷沉积量的减少。尽管被生物消耗, 加入到有机体中的磷会随着生物碎屑自表层水向下沉淀, 但是在深层水中, 因有机质被分 解,磷又重新进入海水中;即使已经沉积的钙磷酸盐, 也会因为深层 CO2含量的增加, 使部 分磷从沉积物中析出。冰期时冷而密度大的表层水,或咸而密度大的表层水, 促使表层水和 深层水的对流循环,上升流可以将磷从深层水中被再次带入表层水, 为生物重新利用。而在 深层水中得到富集的是不分解的生物遗骸部分, 则加入了海底沉积物。我们所揭示的南海 陆坡柱状沉积物岩心中沉积磷的减少与碳酸钙增加,正是记录了这个生物地球化学过程所 产生的最终结果图 1。 南海生源沉积以 CaCO3为主, 蛋白石为次,沉积物中碳酸钙主要来自浮游生物壳体, 浮 游有孔虫的丰度与 CaCO3含量基本平行图 4 卞云华等,1992 ,这进一步说明了冰期时, 海水中 CO2和 PO 3 - 4浓度的增加, 促进了浮游生物大量繁殖。 图 4 南海北部陆坡沉积物中碳酸钙与浮游有孔虫的丰度相对应 据 卞云华 等, 1992 Fig.4 Relationship between δ 18 OPDB , CaCO3and content of planktonic foraminifera in sediments from the north slope of South China Sea after Bian et al ., 1992 在间冰期, 陆源磷按正常沉积作用被积累在沉积物中, 因此, 生源碳酸钙不仅因为受磷 营养物质供应量的限制,在产量上较冰期时有所降低, 而且又因海平面上升, 原来所给定的 海底位置下降到溶跃面以下的深度,使碳酸钙受深海溶解作用控制, 这时, 沉积物中磷含量 增加而碳酸钙含量降低,这个过程的结果导致了海洋不仅不会像在冰期时因深海 CO 2 - 3增 多,而使大气 CO2减少, 而是由于海水中 CO 2 - 3减少而 HCO - 3增多, 使大气 CO2增多。 Levin1994对赤道太平洋 250 万年来的沉积纪录中, 总磷含量在垂直方向上的变化与 5 氧同位素δ 18 O的变化进行比较, 同样显示了沉积磷在冰期的积累速率较低,而在间冰期有 较高积累速率的结果Levin et al .,1994。这说明了我们的研究所揭示的现象, 在更大的空 间尺度和更长的时间跨度里普遍存在。 4 结 论 南海陆坡柱状沉积物岩心中总磷含量变化与碳酸钙含量的变化呈负相关关系, 记录了 冰期与间冰期沉积磷的积累与大气 CO2变化的相互影响。冰期时, 由于海洋表层温度降 低,可以增加海水中 CO2的含量, 这使得进入海洋的陆源风化物中钙磷酸盐[ Ca5PO43OH 或 Ca3PO42]的溶解度增加, 从而导致海水中 PO 3 - 4的含量增高, 这将大大刺激海洋生产 力。这时,一方面, 海洋植物的光合作用需要大量的 CO2; 另一方面, 浮游生物需要大量的 CO 2 - 3构建壳体,并以 CaCO3的形式积累在沉积物中, 在这个生物地球化学作用过程的双重 作用下,促使更多的 CO2溶入海洋, 最终导致大气中 CO2的含量减少。间冰期时, 磷在沉积 物中的正常积累,致使海洋中 PO 3 - 4含量大幅度降低,从而使生物量骤减和沉积物中碳酸钙 的含量减少,这导致海洋对 CO2的吸收比冰期时明显减少, 使大气 CO2的含量得到回升。 根据南海北部陆坡沉积物中所揭示的磷含量减少与碳酸钙含量增加的纪录,以及海水 中 CO2与 PO 3 - 4之间的耦合关系,沉积磷积累量减少和碳酸钙积累量的增加, 可能是引起冰 期大气圈 CO2降低的一个关键性原因。 参 考 文 献 卞云华 ,汪 品先 ,郑 连福 .1992 .南海北 部晚 第四纪 浮游 有孔虫 的溶解 作用 旋回 .南 海晚 第 四纪 古 海洋 学 研究 , 青岛 海 洋大 学出 版社 ,261～273 钱建兴 .1999 .晚第 四纪以 来南 海古海 洋学 研究 .北京 科学出 版社 汪品先 .1995 .十五 万年来 的南 海 .上海 同 济大学 出版 社 赵其渊 .1989 .海洋 地球化 学 .北京 地 质出 版社, 14～15, 188～192 Barnola J M, Raynaud E, Korolkevich Y S, Lorius C . 1987 . Vostok ice core provides 160, 000-year record of atmospheric CO2. Nature, 329 408～414 Broecker , W S.1982 . Glacial to interglacial changes in ocean chemistry . Prog. Oceanog. , 11 151～197 Feel R A . 1998 . Geophysical Research letters, 2513 Froelich D N . et al . 1982 . The marine phosphorus cycle, American Journal of Science, 282 474～511 Holland H D. 1994 .The phosphours-oxgen connection, Ocean Sciences Meeting Huanxin W, B J Presley, D . 1994 . Armstrong, Distribution of sedimentary phosphorus in Gulf of Mexico estuaries, Marine Environmental Research , 374 , 375～392 Lefever N, Watson A J.1999 . Modelling the geochemical cycle of iron in the oceans and its impact on atmospheric carbon diox- ide concentrations, Glob. Biogeochem. Cycles 13 727～736 Levin, A L et al. 1994 . Glacial/ interglacial variation in phosphorus accumulation rates in equatorial Pacific sediments . Ocean Sciences Meeting Martin J H. 1990 . Glacial-interglacial CO2change; the iron hypothesis . Paleoceanography, 5 1～13 McElroy M B.1983 . Marin biological controls on atmospheric CO2and climate . Nature, 302 329～329 Milliman J D, Meade R H . 1983 . World-wide delivery of river sediment to the ocean , Jour . Geology, 911 1～21 6 Morales Maqueda M A, Rahmetorf S. 2002 .Did Antarctic sea-ice expansion cause glacial CO2decline Geophysical Research Letters, 29 1 Schulz H D, Zabel M . 2000 . Marine geochemistry . Springer-Verlay Berlin, 289～292 Tyrrell T . 1999 . The relative influences of nitrogen and phosphorus on oceanic primary production, Nature, 400 525～531 Thunell R C, Miao Q , Calvert S T, Pedersen T F. 1992 . Glacial-Holocene biogenic sedimentation patterns in the South China Sea productivity variations and surface water pCO2. Paleooceanography, 7 143～162 Watson A J, Bakker D C E, Ridgwell A J, Boyd P W, Law C S .2000 . Effect of iron supply on southern ocean CO2uptake and implications for glacial atmospheric CO2. Nature, 407 730～733 Phosphorus Accumulation in Sediments from the North Slope, South China Sea Since 50 ka BP. and Its Indicating Significances on Changes of Atmospheric CO2 Wu Nengyou 1 Weng Huanxin 2 Zhang Xingmao 2 Zhong Hexian 1 1.Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou, 510760; 2.Department of Earth Sciences, Zhejiang University, Hangzhou, 310027 AbstractThe piston core SZ2 7.54m long from the north slope of South China Sea 2903 m WD, 20 29′ 43.8″ N,119 07′ 04.3″ E provides the Sedimentary records since 50 ka BP. The deposited phosphorus accumulation in sediments of SZ2 at the scale of 100 years and its relation to the atmospheric CO2change have been discussed in this paper. The of phosphorus from the continent to the sea is basically constant under the natu- ral environmental condition. The phosphorus content changes in different depths are controlled by the climatic and environmental changes and are of the negative correlation to those of calcium carbonate. The chemical equilibrium calculation shows that the contents of pCO 2 and PO3 - 4in the sea water have the negative relationship. Therefore, the deposited phosphorus accumulation in sediments from the north slope of South China Sea is related to the atmospheric CO2, and this may provide the new evidence that reveal the key factors causing the glacial CO2decline. Key Words Deposited phosphorus Calcium carbonate Atmospheric CO2 North slope of South China Sea 7 南 沙 海 域 新 生 代 构 造 运 动 特 征 及 成 因 探 讨 万 玲 吴能友 姚伯初 曾维军 广州海洋地质调查局,广州,510760 摘 要 根据海区地震反射界面、 地震层序、 断裂和褶皱等方面的不同特征 ,结合已有钻井资料 和围区陆地地质 , 南沙地区新生代期间大致可划分出四次重要的构造运动 礼乐运动、 西卫 运动、 南海运动和南沙运动。频繁的构造运动反映了南沙地区新生代构造的活动性 , 也造成了 这一地区构造样式的多样性。这一系列运动的产生与南海周缘太平洋板块、 菲律宾海板块和印 度-澳大利亚板块在新生代期间与欧亚板块间的相对运动和相互作用有密切关系。 关键词 南沙 构造运动 新生代 地震反射 地震层序 1 前 言 南沙海域位于南海南部地区, 在大地构造位置上南海属欧亚板块、 太平洋板块、 菲律宾 海板块和印度-澳大利亚板块衔接部位, 新生代期间, 太平洋板块对欧亚大陆的俯冲、 印度- 澳大利亚板块与欧亚大陆在西藏的碰撞和沿苏门答腊海沟和爪哇海沟与东南亚板块之间的 汇聚、 菲律宾海板块向北漂移并伴随的逆时针转动, 及至上新世时在台湾与欧亚板块发生碰 撞。在这一区域构造背景下,南海在新生代期间产生裂解和离散, 形成了西南次海盆和东部 次海盆,在其南北陆缘地层中留下了多次构造运动的痕迹。本文通过钻井所揭示的地层接 触关系、 地震反射层特征以及围区陆地地质资料, 综合反映了南沙海域新生代期间构造运动 特征, 可划分出四次构造运动表 1 , 即发生在中生代末至新生代初的礼乐运动、 中晚始新 世的西卫运动、 晚渐新世的南海运动和中中新世的南沙运动, 并与南沙邻区进行对比, 探讨 了南沙海域四次区域性构造运动产生的原因。 2 南沙海域新生代构造运动特征 2.1 礼乐运动 礼乐运动始于晚白垩世,部分地区一直延续到始新世, 在南沙海域因礼乐地区表现较为 突出,故命名为礼乐运动。在地震剖面上图 1以 Tg界面为特征, 相当于基底不整合面, 但 该界面具有穿时性,不同发育时期的新生代地层覆盖在该剥蚀面之上。 礼乐滩的桑帕吉塔 1 井钻遇了该不整合面, 古新世河流-三角洲相地层覆盖在早白垩世 第 一作 者 简介 万玲 , 女, 1998 年 毕 业于 南 京大 学 地球 科 学系 , 博 士, 高 级工 程 师, 现 主 要从 事 海洋 地 质研 究 及调 查 工作。 8 表 1 南沙海域及邻区新生代构造运动 Table 1 Cenozoic tectonic movement in Nansha and adjacent area 图 1 南沙中北部海域礼乐滩地震剖面选段 Fig. 1 Seismic profile in Reed Bank of middle-northern Nansha area 边缘海相地层之上;在西北巴拉望陆架, 晚始新世碎屑岩盖在早白垩世及以前地层之上; 这 一区域性不整合面也见于南海北部地区,如台西南盆地钻井揭示, 渐新世内浅海地层不整合 于早中白垩世河流-浅海相地层之上。不整合面上下沉积相以及地层岩性的明显改变反映 了这是一次十分强烈的构造运动,波及范围较大。 这次构造运动在南沙海域不同地区的表现形式有所不同, 在南沙中北部广大地区以张 性断裂为特征,形成一系列北东向和北北东向裂陷槽。而在南部及西北婆罗洲表现为俯冲 造山特征,形成古晋造山带。该期构造运动使前新生代大部分地层发生了不同程度的变质 和岩浆岩侵位,礼乐滩拖网采集到晚侏罗世早白垩世变质岩, 在台西南钻井中钻遇早中白 垩世浅变质页岩,在珠江口、 万安盆地以及曾母盆地中有大量钻遇时代为802.4 Ma～ 1297Ma 的中生代花岗岩、 花岗闪长岩以及火山碎屑岩, 其岩石化学、 稀土元素特征等 分析表明属减薄大陆边缘活动带产物李平鲁,1999。 9 2.2 西卫运动 西卫运动始于中晚始新世之间,在地震剖面上以 T5界面为代表。此次构造运动在南沙 地区形成一个区域性不整合面,但运动的发生在各地区不是一个等时面, 层位上下时代略有 变化。在万安盆地和南沙中北部地区, 隆起区上, T5往往与 Tg界面重合,在坳陷部位, T5界 面表现出削截、 上超等现象; 礼乐滩桑帕吉塔1 井, E22为半深海相的泥岩、 粉砂岩, E32为 浅海相的粗碎屑岩,上下两套地层所反映的沉积环境和沉积建造均有较大差别。该不整合 面为半深海相与边缘海相的分界面;在沙捞越地区, 拉让群内部贝加拉组与上覆塔陶组之间 表现为明显的角度不整合,在沙巴克罗克组晚中始新世沉积物中发现改造过的晚白垩早 始新世超微化石,表明有一次活跃的抬升剥蚀期, 在地震剖面上, 该不整合面相当于沙巴和 沙捞越的深部不整合;在曾母盆地, 该不整合面分隔了晚白垩世中始新世褶皱变质岩与晚 始新世渐新世非变质岩系。在吕宋地区,晚始新世以前地层皱褶隆起, 强烈的剥蚀作用使 早、 中渐新世地层缺失。 在地震剖面上图 2 , T5与 Tg之间的沉积表现为楔状充填,其边界往往为断裂所控制, 厚度变化大,局部有不同程度的褶皱变形, 其特征相当于同张裂沉积系。 图 2 南沙海域地震剖面选段 据 姚永坚 等, 1998 Fig.2 Seismic profile in Nansha area after Yao Yongjian et al. , 1998 2.3 南海运动 南海运动始于渐新世晚期,最早由何廉声等1979命名, 在地震剖面上以 T4界面为代 表,在南沙地区可全区追踪对比, 相当于南海东部次海盆扩张前的破裂不整合面,但这一界 面的形成具有穿时性。在万安盆地、 曾母盆地, T4界面位于渐新统与中新统之间, 在南薇西 盆地、 北康盆地、 礼乐盆地以及南沙东南部海域,其时间定位在早晚渐新世之间, 表明此次运 动在南沙海域东部发生时间早,而西部发生晚。该界面在南海不同地区表现形式不一样, 在 北康盆地、 曾母盆地、 南薇西盆地和万安盆地图 3 , 界面上下地层反射特征明显不同,下部 为弱振幅、 断续反射, 上部为中强振幅、 中高频、 较连续反射, 反映自下而上沉积物由粗变细 的变化规律;在南薇东盆地、 九章盆地和安渡北盆地则为上超充填沉积;礼乐滩桑帕吉塔 - 1 井揭示,该界面上下为两套全然不同的沉积, 其下为边缘海相砂岩夹泥岩、 粉砂岩, 其上为灰 01 岩;在曾母盆地表现为东巴林坚坳陷中旋回Ⅱ与旋回Ⅰ之间为明显的角度不整合; 在南沙海 槽地区,相当于德国 “SONNE” 号在南沙海槽地震剖面上所表示的蓝色不整合, 该界面之下 地层有明显剥蚀现象, 上、 下两套地震层序具截然不同的特征。但在构造格局上,除万安盆 地可以见到 T4以上沉积、 沉降中心与 T4以下沉积、 沉降中心不重合, 其余盆地中界面上下 构造具有一定的继承性,表现为断陷进一步陷落加深, 盆地沉积范围逐渐扩大。 图 3 南薇西盆地地震剖面选段 据白志琳等, 2000 Fig.3 Seismic profile in West Nanwei Basin after Bai Zhilin et al. , 2000 2.4 南沙运动 南沙运动是发生在南沙地区的一次强烈的构造运动, 在地震剖面上表现为 T 1 3与 T3的 不整合面图 4。该不整合面因最初在万安盆地进行调查时发现, 曾命名为万安运动,后调 查范围扩大至整个南沙海域,代表这次运动的不整合面可全区连续追踪, 表明这是一次影响 范围广泛的构造运动,故而重新命名为南沙运动。 图 4 南沙海域 ZML312 剖面 T 1 3和 T3的不整合界面特征 Fig.4 Seismic profile showing the T13and T3unconity surfaces along line ZML312 in Nansha area 11 南沙运动由两幕组成,第一幕发生在早、 中中新世之间, 在地震剖面上为 T 1 3界面, 以万 安盆地、 曾母盆地、 北康盆地表现最为显著,在南薇西、 礼乐盆地因构造变形强烈,难以追踪。 第二幕发生在中、 晚中新世, 是这次构造运动的主幕, 地震剖面上为 T3界面, 表现为可以连 续追踪的区域性不整合面,最为显著的特征是 T3界面以下地层发生广泛的褶皱变形, 而上 覆地层呈水平近水平未变形状态, 不整合面上下构造格局截然不同。先期张性断裂转变 为压性、 压扭性, 表明区域构造应力场已由前期的拉张转为挤压。 南沙运动在南沙不同地区影响程度和表现形式有所差异, 以南沙西部和南部地区最为 强烈,在北康盆地、 南薇西盆地