朱晨曦，唐武，尹永康，宋双，何凯伦，唐华风

1.吉林大学 地球科学学院，长春 130061；2. 中海油研究总院，北京 100027

0 引言

前人在研究南海南部地区断裂地质特点方面较为详细，对断裂的构造属性分布特点等进行了较为详尽的研究[1--6]，但是对于断裂之间的关系以及断裂与南海内部盆地的关系并没有进行系统化的研究和梳理，笔者针对南海南部地区众多的断裂进行分类整理和研究，运用野外实地考察与地球物理资料相结合的方式对断裂的分布特征、形成机制和断裂与南海内部盆地的关系加以讨论，对南海南部地区的断裂研究和盆地的演化提供了一种较为清晰的思路。

1 区域构造背景

南海是东亚陆缘最大的边缘海，位于欧亚大陆板块、太平洋板块、菲律宾板块和印度—澳大利亚板块4大板块的夹持之下，是西太平洋活动大陆边缘的一部分[1--2]，是现今构造活动最活跃的地区之一。此处多个板块之间碰撞汇聚、拉伸裂离、地壳增生及减薄变形等作用强烈[3]，地幔隆坳起伏幅度较大，导致岩石圈断裂、基底和盖层断裂分布广、期次多，成为区内板块活动体制发生、发展和演化的扩张边界和活动中心，也是幔源物质对流和熔浆上涌的集中通道[4--5]。上述各种板块的单独运动加之板块之间的拼贴分离运动造成了南海中部至南部地区产生大规模的断裂活动，其断裂数量多、分布广、活动时间不一和规模不同等均为南海南部地区断裂的特征，也因此形成了南海南部本研究区内的断裂构造体系。

1.巴拉巴克断裂；2.中央海盆东缘断裂；3.越东—万安断裂；4.九章盆地西缘断裂；5.北康盆地西缘断裂；6.南沙海槽断裂；7.廷贾断裂；8.武吉米辛构造带；9.卢帕尔构造带；I.北巴拉望盆地; II.永登盆地；III.中业盆地；IV.康泰盆地；V.太平盆地；VI.南巴拉望盆地；VII.安渡北盆地；VIII.南薇东盆地。图1 主要研究断裂分布图Fig.1 Distribution of main faults in study area

2 研究方法

本文重力资料为自由空间重力异常，范围为：0°～14°N，105°～122°E。精度可以满足研究需求。地球投影参数：采用墨卡托正轴等角投影，椭球体参数采用WGS--84，中央经线115°。地震资料主要采用覆盖南海南部研究区的二维地震剖面进行分析，所涉及的地震剖面总长度累计达数千余公里，地震剖面道间距12.5 m。对南海南部科考地震剖面进行了详细的层位和地质构造解释，其中Tg为新生代底界面、T80为早渐新世底界面、T70为晚渐新世底界面、T60为早中新世底界面、T50为中中新世底界面、T40为晚中新世底界面、T30为上新世底界面。结合地震资料综合分析了盆地层位特征、盆地边界控制因素以及主干断裂的构造样式活动期次规律等情况。

3 南海南部断裂体系

断裂是地壳表层地质体顺破裂面发生明显位移的构造现象，是构造活动的产物。研究断裂的展布规律、活动特征及其形成机制等，对认识地壳结构、构造格局、大地构造演化及成矿作用等都极其重要[6--7]。从新生代开始，南海经历了多次构造运动，古南海的俯冲消亡、新南海的扩张拉开等地质运动形成了大量性质不同、规模不一和方向多样的断裂。按其活动性质可以分为正断层和逆断层，就南海地区而言，无论是从数量还是从空间分布范围来看，正断层占据着明显的优势，很多在地震剖面上呈现花状构造，走滑断裂其内部次一级断裂也是正断层断裂。由于正断层数量、空间及时间维度都占据绝大的优势，所以，对南海南部地区的区域构造起着至关重要的作用[8]。

笔者在分析正逆断层活动性质的同时，尝试着将其活动性质与分布关系结合进行研究，根据其在地震资料、重力资料上的表现将其分成了4类断裂，分别是北西向断裂、北东向断裂、南北向断裂以及弧状断裂带(图1)。

3.1 北西向断裂

从研究区地质图(图1)上可以看出，北西走向的主要断裂有廷贾断裂和巴拉巴克断裂(图1)，具有不同程度的走滑性质，在二维地震剖面上可以看出具有明显的花状构造，而且在主干断裂的两侧往往具有不同的地震反射特征或沉积特征，反映出这一类断裂是南海中大型盆地的边界断裂，对于南海南部板块的分区具有明显的指示作用。

3.1.1 廷贾断裂

廷贾断裂是位于北康盆地西部边界的NW向的走滑断裂(图1)，该断裂西起万安盆地东部地区，向东与加里曼丹岛上的廷贾断裂相连[9]，在加里曼丹岛上沿廷贾河发育，向海域延伸截止了南沙海槽向西南延伸，是北康盆地与曾母盆地的分界线，全长480 km[10]。从自由空间重力异常图上看，廷贾断裂带附近表现出负异常且由西至东有由负异常向正异常过渡的趋势，断裂两侧的隆起区表现为正异常(图2a)。从二维地震剖面上看廷贾断裂伴生次一级断层均呈现负花状形式(图2b，2c)，其断裂性质为张性走滑断裂。

图2 廷贾断裂Fig.2 Tinjar fault

廷贾断裂活动时期较晚，最早活动的时间为渐新世，通过前人的研究可以发现，廷贾断裂普遍错断始新世一些较老的断裂，且断裂附近至今有岩浆活动，可以证明断裂至今仍在活动[11]。南沙海槽普遍认为是古南海的残留洋壳，从晚白垩纪开始向加里曼丹岛之下俯冲，直到早中新世俯冲停止[12--13]。北康盆地也随之向南移动而曾母盆地此时相对于北康盆地向北运动，所以廷贾断裂直至古南海俯冲停止之前其断裂性质均为右旋走滑断裂。从图2中可以看出廷贾断裂的断面切割Tg反射面，切割深度很大，可以判定廷贾断裂为地壳断裂T50(中中新世)，T50之下地层产状变化较大，T50之上产状总体较为平稳，可以认为接受了较为稳定的沉积作用，而且从剖面断裂两侧的沉积厚度可以看出具有明显的不同，可以证明廷贾断裂是曾母盆地和北康盆地的分界线。

3.1.2 巴拉巴克断裂

巴拉巴克断裂西起中央海盆，为南沙海槽盆地的东缘边界断裂，向东可延伸至苏禄海之中(图1)，是一条NW向的走滑断裂。从二维地震剖面上看(图3)，断裂整体呈现“Y”字型花状构造样式，反映出该断裂经历了张性走滑运动，断裂切割了盆地内的基底和新生代的地层，表明在新生代时断裂仍有活动。

图3 巴拉巴克断裂Fig.3 Balabac fault

地震剖面上显示出断层面的两侧地震波具有明显的差异，上盘地层层序整齐且较为平直，下盘地层被较高的角度掀斜，断裂两侧地震反射特征也有所差异，在Tg反射层界面之下，西侧多为较为连续的板状、披覆状，东侧则多为不连续的丘状，可以推测出巴拉巴克断裂两侧块体可能有不同的构造发育史。T50反射层(早--中新世)之上的地层成层性较好，连续性强，说明早中新世以后，断裂虽然仍有活动，但活动规模并不大。

3.2 北东向断裂

在南海南部地区，NE向的主要断裂有：南沙海槽北南缘断裂、九章盆地西缘断裂、北康盆地西缘断裂以及中央海盆东缘断裂(图1)。这一类北东走向的断裂及盆地组合特征多半具有半地堑盆地构造或者拆离断层的性质，反映出是拉张板块边界的特点。

3.2.1 南沙海槽北、南缘断裂

南沙海槽位于南中国海海域的东南端毗邻文莱—沙巴盆地，走向NE，是一条长约400 km、宽约100 km的深海槽(图1)，水深可达2 800～2 900 m，其两侧在地球物理和地震剖面上均有不同的响应。

自由空间重力异常表现为显著的NE走向的重力梯度带，整个海槽为负值异常，地形上海槽形态与负值异常基本对应，海槽两侧的重力异常急剧变大形成明显的重力梯度带(图4a)，北缘断裂的重力异常值高于南段。晚白垩世太平洋俯冲带大幅度向东后撤，中国东南部普遍处于拉张环境，发生引张裂谷作用[14--15]，南沙海槽北缘断裂形成于该期，表现为正断层。古南海自晚白垩世向南俯冲，在早渐新世新南海继续扩张[16--17]，古南海进一步向南俯冲，使早古近纪的锡布带拉姜群向北推覆到南沙地块之上；南沙海槽南缘断裂表现为叠瓦状逆冲断层的组合，南沙海槽南缘断裂自此时形成，处于挤压环境，持续至今(图4b，4c)。南沙海槽南缘断裂表现为大倾角逆断层，断裂的西侧为板状、平行--亚平行反射、连续性好、中高频、强振幅，地层倾角较小；断裂东侧为丘状--透镜状、波状反射，连续性好、中高频、强振幅，地层发生褶皱(图4c)。

图4 南沙海槽Fig.4 Borneo trough

3.2.2 九章盆地西缘断裂

九章盆地西缘断裂是位于九章盆地西部的一条控制盆地边界切穿基底的中型规模断裂(图1)。其自由空间重力异常表现为显著的NE走向的负--低异常带，自由空间重力异常的走向与断裂的走向一致(图5a)。从二维地震剖面上来看(图5b)，断裂样式为单断面正断层，为箕状盆地边界断裂，反映断裂形成为拉张条件且断面切割中生代基底(Tg)，所以为基底断裂(图5b，5c)。断面附近地震反射呈异常的平行断裂面方向成层的特征，指示断裂拉张运动造成断面附近地层破坏并沿着断面发生韧性流动变形。

图5 九章盆地西缘断裂Fig.5 West fault of Jiuzhang Basin

3.2.3 北康盆地西缘断裂

北康盆地西缘断裂西起廷贾断裂东至中南—礼乐断裂，总体呈NE走向(图1)。北康盆地北缘断裂在自由空间重力异常上总体呈负异常--低正异常(图6a)。从二维地震剖面及示意图上看(图6b，6c)，断裂为一套连续正断层，反映了断裂形成为拉张条件之下，断面可以切割Tg反射界面，从而可知该断裂为基底断裂。从构造属性上分析，上新统(T30)及以下地层受断裂活动影响较大，而上新统(T30)及以上地层并未遭受明显切割未产生较大断距，沉积稳定，反应断裂在上新世已经停止运动。

图6 北康盆地西缘断裂Fig.6 West fault of Beikang Basin

3.2.4 中央海盆东缘断裂

中央海盆东缘断裂带分割了南沙块体与新南海海盆，刘昭蜀[18]在前人的研究基础之上，综合南海海盆及周缘的重磁异常和地质--地球物理资料推测出该断裂，其在性质上属于南海洋壳与陆壳(过渡壳)的分界，属于岩石圈断裂。前人对这条断裂的形成过程及时代讨论较少。

从重力异常图可以看出(图7a)，南海中央海盆内部的重力异常主要呈现NE至NNE向展布，走向特征明显与海盆的分布特征具有相关性，海盆内部主要为负异常特征，断裂的东南侧即南沙地块之内，总体的自由空间重力异常特征为低正异常，可以看出南海中央海盆东缘断裂是一条明显的盆地控制边界边缘断裂。

图7 中央海盆东缘断裂Fig.7 East fault of central sea basin

通过采集的过中央海盆东缘断裂的地震剖面可以看出(图7b，7c)，该断裂左右两侧地震反射特征具有显著的差异性，其西侧为中央海盆盆内接受了海底平稳的沉积，地层产状总体变化不大，地震相分布特征多为席状和板状，中生代基底(Tg)为海底以下的一反射强轴，具有低频和连续性强的特点。

3.3 南北向断裂带

在南海南部区域内，断裂的走向多呈北西向或者北东向，这两种走向的断裂在前文中已经从地震特征、地球物理特征上进行详细描述，而在南海南部地区的西部边界控制断裂为越东—万安断裂带，该断裂带是由多条走向一致的断裂组合而成，故称之为越东—万安断裂带。

越东—万安断裂带位于越南东北部海岸陆架与陆坡的转折处，走向SN，主体位于越南东北部至南部海岸，北端始于海南岛南部，南部与卢帕尔构造带相连，全长>1 000 km。越东—万安断裂带分为南北两个部分，北段称为越东滨外断裂[18--20](图1)。

从自由空间重力异常上来看(图8a)，沿越东—万安断裂带重力异常呈南北向串珠状分布，而且断裂的东西两侧自由空间重力异常具有明显的走向差异性特征，断裂西侧重力异常的走向为SN向而断裂东侧重力异常的走向为近NE向，这种重力异常的特点可以反映出该断裂为两个不同板块的分界面，西侧为印支板块，东侧为南海板块。

图8 越东—万安断裂Fig.8 Yuedong--Wan’an fault

从二维地震剖面上看越东—万安断裂同样伴生着次一级断裂，断裂在早中新世(T50)之前为拉张性质，在中中新世末期(T60)有一次压扭性质的运动，从而形成了一些逆断层。断裂的深部断面可以切穿中生代基底反射面(Tg)，切割深度较大，可以判定越东—万安断裂为地壳断裂，其主干断裂附近地层均被错动，而且该断裂活动可以影响到最上面的地层，证明该断裂带至今仍有活动。在走滑断裂的北侧，地震剖面上还显示出了一些具有断阶状特征的断裂(图8b，8c)，也反映出该断裂带具有走滑--拉分的性质。

前人通过地质、古地磁和地震资料，进行断裂对沉积作用的控制和不同方向断裂之间的切割关系研究，认为越东—万安断裂带从早白垩世一直持续活动至今[21--23]。早白垩世至中中新世的强烈右行走滑拉张，从图8d，8e可知该断裂表现为张扭性质。根据北部区域的马尾平面形态可知该时期断裂为右行走滑的特征[24](图8f)。中中新世末，受万安运动影响，越东—万安断裂带由早期的张扭性断裂发生不同程度的构造反转，形成走滑断裂，由右行张扭性走滑断裂转变为左行压扭性走滑断裂[24]。

3.4 弧形断裂带

无论是前文提到的NE向断裂带还是NW向断裂带，基本上都是海域断裂，而南海南部弧形断裂带是一种贯穿海陆与古南海俯冲息息相关的大型缝合带，该断裂带以武吉米辛构造带和卢帕尔构造带为主。

3.4.1 武吉米辛构造带

武吉米辛构造带总体呈向南东突出的弧形走向，埋深约为5.8 km。该断裂位于曾母盆地的南侧，与卢帕尔断裂同属于缝合线[25]。武吉米辛线俯冲活动发生于中始新世之后，普遍被认为是古南海俯冲的印证，笔者在马来西亚沙捞越野外露头区域也发现了一些武吉米辛构造带的直接证据(图9a，9b)，剖面中整体地层的产状大致为180°∠60°，野外露头剖面的中间处发育一系列的透镜体(图9c，9d)，而在每个透镜体之中填充的硅质脉也呈现小的透镜体形状，岩性上普遍发育糜棱岩化千枚岩(图9e，9f)，在野外的露头处可以看到劈理构造(图9g)，证明该地区经历过后期构造运动的改造作用。武吉米辛构造带两侧的岩性多以沉积砂岩为主，而武吉米辛构造带附近以糜棱岩化千枚岩为主(图9e，9f)，由此反映出该处武吉米辛构造带遭受过动力变质作用，结合前人研究以及野外露头现象可以推断出，武吉米辛构造带大致经历过以下3个期次的活动：①古南海板块俯冲至婆罗洲板块之下，受动力变质作用岩性由砂泥岩转变为糜棱岩化千枚岩；②伴随着板块的运动在武吉米辛线处发生过一次拉张运动，使硅质液体充填入岩石的裂缝中形成硅质脉；③后期地壳抬升伴随着一些张扭形成了一些透镜体并将岩层和硅质脉一同改造形成了如图9b，d，g的地质特征。

图9 武吉米辛断裂Fig.9 Mersing fault

3.4.2 卢帕尔构造带

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卢帕尔构造带位于研究区南部，分为陆域和海域两部分，其陆域部分北侧与武吉米辛构造带所围成的区域被称为锡布带，其南侧区域被称为古晋带，东部可以一直延伸至印支地块之上。在婆罗洲陆域区域卢帕尔构造带附近呈串珠状分布着一系列蛇绿岩套(图10)，卢帕尔构造带和武吉米辛构造带一样也被视为古南海俯冲至婆罗洲板块之下的有力证据，其形成与古南海的俯冲消亡有关。近代活动微弱，无火山活动，地震活动平静，是一条弱活动断裂带[26]。卢帕尔构造带以南的古晋带出露地层主要为上古生界浅变质岩、硅质岩及灰岩，中生界复理石海相沉积岩。古晋带中侵入有晚白垩世花岗岩体(79～77 Ma)至中新世岩体(16 Ma)[27]。卢帕尔构造带北侧为由晚白垩世—中新世巨厚浊积岩和蛇绿混杂岩组成的俯冲增生楔，增生楔包括锡布增生带、拉让群是蛇绿混杂岩带、东北婆罗洲—南巴拉望的巴拉巴克群变质浊积岩和巴拉望岛—巴拉巴克岛蛇绿混杂岩[28--31]。卢帕尔构造带南北两侧的岩性差异也可以反映出古南海俯冲的一种特征，卢帕尔构造带以南多为以沉积环境为主的岩石，变质岩也是一些浅变质岩，有可能为后期运动造成的一些小范围部分区域的动力变质岩；而卢帕尔构造带北部地区的岩性多为海相岩石或者是动力变质成因的岩石，很可能为古南海板块由北向南俯冲至婆罗洲陆地之下与陆块发生挤压碰撞而产生的岩性组合[32]。蛇绿岩时代主要是晚白垩世—早中新世，表明古南海存在于晚白垩世—早中新世，卢帕尔构造带为古南海的南缘边界。

图10 婆罗洲中生代蛇绿岩套分布图Fig.10 Distribution of Mesozoic ophiolite in Borneo

4 南海南部断裂形成机制

南海南部断裂错综复杂，但就其形成演化的总体机制来看应该与古南海的俯冲闭合，新南海的扩张形成有着密不可分的关系。

古南海位于北部的华夏古陆、南沙地块以及南部的加里曼丹之间[33]。在中生代期间，古南海裂谷带在加里曼丹地块和华南地块之间逐渐拉张、伸展、减薄，随之发生了陆地内部的裂谷期等阶段，并最终在新生代时期形成了洋壳[32]。晚始新世—渐新世，随着华夏陆块广泛的裂陷作用后，南沙地块逐步裂离中西沙地块并开始向加里曼丹地块靠拢，古南海开始向南海俯冲萎缩，在加里曼丹北部形成了文莱—沙巴前陆盆地。始新世期间结束了消减作用，形成了锡布增生系拉让群、克拉克群巨厚增生楔，古南海洋壳消失殆尽[34]。

新南海主要经历了两次的扩张运动。中--晚始新世，太平洋板块的运动方向由NNW转变为NWW，加之华南板块的继续向南运动，加里曼丹岛逆时针旋转，华南板块NW边缘出现NE--SW向的挤压应力场，断陷盆地外侧的块体向洋一侧扩张，形成串珠状或者带状洋壳，致使出现扩张轴为NE向的南海第一期扩张[35]。中渐新世—早中新世，华南板块的运动方向已经由南转向北，太平洋板块继续沿NW向挤压，因此在相对坳陷的南海地区牵就NEE和NWW向断裂形成了近EW向断裂扩张轴，于是出现了SN向扩张的南海第二次扩张活动[19]。

图11 南海南部二维地震剖面(位置见图2)Fig.11 2D seismic section in southern South China Sea

古南海俯冲于婆罗洲板块之下受变质作用形成了两个大型构造带即武吉米辛构造带和卢帕尔构造带，露头地区发育动力变质岩，在岩层中有透镜体出现。新南海的两次扩张运动直接导致了海域内的各级断裂的发育。第一次扩张轴的方向为NE向，即板块分别向NW向和SE向拉张运动，所以在南海南部地区会形成一系列NW向走滑断裂，而且切割深度大，作用效果强，这与南海第一次的拉张具有密不可分的关系。在扩张的过程中板块会逐渐拉张形成中间薄边缘厚的盆地构造，而NE向的断裂正是控制这些盆地边界的重要断裂，所以会形成与拉张盆地相关的地质构造如拆离构造等。在南海地区科考大剖面中明显看出断裂的组合样式多为拆离构造(图11)，断裂切割较深，多为地壳断裂，主干断裂的活动时间大约在早中新世末期截止(T50)，由此可以证明新南海地区整体上处于拉张的环境，新南海大致在早中新世末期停止扩张。

5 结论

(1)南海南部地区的断裂系统主要可以分为NW向走滑断裂类、NE向拉张构造伴生断裂类、SN向走滑断裂类及南部弧形断裂带类。该4类分别代表了不同时期的不同地质作用。

(2)NW向走滑断裂主要表现为花状构造的特征，对南海南部板块的分区具有明显的指示作用。

(3)NE向的断裂多为拆离构造伴生断裂，在地震剖面上也多见拉张盆地边缘构造特征，该走向断裂多为半地堑盆地构造的边界控制断裂，与盆地形成时盆地边缘拉张作用相关。

(4)SN向的断裂在研究区内最具典型代表性的有越东—万安断裂带，该断裂具有走滑--拉分性质，早白垩世至中中新世为右行走滑拉张性质，到中中新世末期由于受到万安运动影响转变为左行走滑断裂，其主干断裂切割深度大、断距明显，故可认为越东—万安断裂是南海板块的西侧边界线。

(5)在研究区的南部地区有两条最为明显的弧状俯冲缝合线，即武吉米辛构造带和卢帕尔构造带，武吉米辛构造带和卢帕尔构造带的两侧均有发现蛇绿岩套等典型俯冲性质的岩性组合特征，蛇绿岩套在地表露头连线的指示方向正好为古南海俯冲至婆罗洲板块的方向。在武吉米辛构造带附近的露头处可见由于抬升作用产生的千枚岩和透镜体，为古南海俯冲于婆罗洲之下随后又抬升至地表的有力证据。