南海北部深水区新生代岩浆岩分布规律及其与海底地质灾害的相关性

张丙坤，李三忠*，夏真，马云，余珊，王霄飞

（1.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100；2.海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛 266100；3.广州海洋地质调查局，广东广州 510075）

南海北部深水区新生代岩浆岩分布规律及其与海底地质灾害的相关性

张丙坤1，2，李三忠1，2*，夏真3，马云1，2，余珊1，2，王霄飞1，2

（1.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100；2.海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛 266100；3.广州海洋地质调查局，广东广州 510075）

前人对南海北部新生代陆缘盆地结构、构造样式和期次等做了大量的研究工作，但对于具体体现内动力过程的岩浆活动关注较少，尤其是北部深水区的研究鲜有涉及。本文基于二维地震剖面的解译分析，将南海北部新生代岩浆岩划分为3个集中分布区：琼东南－西沙区、神狐区和东沙区。各区域岩浆岩的产出状态有所差异，其中琼东南－西沙区岩浆岩的平面展布规律性极强，主要受右行右阶的走滑断裂控制；神狐区岩浆岩位于NW向与NE向断裂的交汇处，侵位空间受先存断裂制约；东沙区岩浆岩的产生与东沙运动期间区域伸展过程有直接关系。作为内动力的表征，岩浆作用对于海底地形地貌具有重要的改造作用，与活动断裂、海底滑坡、浅层气等海底地质灾害也具有成因上的关联。

南海北部；岩浆岩；活动断裂；海底滑坡；浅层气

1 引言

南海北部陆缘位于华南大陆向南海海盆过渡的位置，分布着盆地结构和构造特征差异的诸多盆地。目前的油气勘探表明，南海北部陆缘有着非常好的油气勘探远景［1—2］。前人对其盆地结构、构造样式和期次、沉积层序、石油地质等做了大量的研究工作［3—8］。但对于具体体现内部动力的新生代岩浆活动关注较少，尤其是北部深水区的研究鲜有涉及。本文基于大量二维地震剖面的解译分析，在南海北部深水区发现大量新生代岩浆岩的侵位构造，并发现其与海底地质灾害的相互关系密切，探讨其分布规律和成因，不仅有助于深入认识南海的形成和演化，而且可为该区深水区油气勘探平台的稳定性分析和天然气水合物勘探开发提供重要的科学依据。

2 地质背景

南海北部陆缘深水区指水深大于300 m的陆缘盆地区［9］（见图1），包括琼东南盆地中央坳陷带及其南部隆起区，珠江口盆地珠二坳陷、神狐隆起南侧及其南部的西沙－中沙隆起和一统暗沙隆起区，台西南盆地南部等，总面积超过12×104km2［10］。南海北部深水区处于特提斯构造域和太平洋构造域的叠置区，大地构造位置为晚新生代南海被动陆缘，东部为马尼拉俯冲带，西侧为印支地块，南部为南海中央海盆和西北次海盆。中生代以来，其盆地的形成和演化长期受到周边古太平洋板块俯冲、新特提斯洋消减等不同板块间相互作用的影响。特别是晚新生代以来，南海海盆扩张、马尼拉海沟俯冲、台湾造山带形成、青藏高原隆升、印支地块挤出等多种动力因素先后影响，使得这个新生代晚期的“被动陆缘”还具有强烈的活动性，体现在火山发育、地震活动等。这种活动性也体现在邻区的海南第四纪玄武岩喷发、台湾澎湖列岛的火山喷发、台湾频发大、强震等（图1）。

图1 研究区范围和测线位置（盆地范围据参考文献［11］）Fig.1 Structural units and the locations of seismic lines in the study area（the range of the basin is based on reference［11］）

由以上背景可知，南海北部大陆边缘新近纪期间依然具有较强的构造活动和岩浆活动，与被动大陆边缘相对稳定的特点相悖，这在某种程度上支持一些学者认为该区是“非典型被动大陆边缘”的观点［12—13］。但前人对于南海北部陆缘的活动构造和新生代岩浆活动研究较少，李平鲁等［14］认为，南海北部陆缘新生代构造岩浆活动频繁，其中深水区盆地中自形成以来至少发生了5次构造运动，与之相对应，至少存在规模不等的5期岩浆活动。林长松等［15］也报道了中中新世晚期—晚中新世是陆缘沉降幅度和沉积速率的高峰期，并伴有区域性的玄武质岩浆喷溢。

这些岩浆活动受构造活动控制。前人的构造研究主要侧重南海北部新生代构造样式、盆地结构、演化序列分析等，而且不同的学者依据不同的资料和理论，提出了许多不同的观点［5，16—19］。尽管如此，基本公认的是南海北部经历了中生代末、渐新世末和中中新世末3次显著构造运动，其他划分尚存在较大分歧。但这些研究都没有重视新生代晚期的活动构造研究［20］。本文所依托的项目据基础勘探资料和前人研究成果［21—24］，将南海北部深水区新生代主要构造事件厘定为6期（见表1）：包括神狐运动（Tg）、珠琼运动一幕（T7）、珠琼运动二幕（T6）、南海运动（T5）、东沙运动（T3－T2）、蓬莱运动（T1）。

基于该区研究现状，本文侧重南海北部深水区新生代岩浆岩分布的研究，建立起活动构造、岩浆活动和地质灾害之间的联系，从而为深入探讨南海的演化提供进一步的参考。

表1 南海北部深水区新生代构造序列划分［21-24］Tab.1 Division of tectonic evolutionary sequence in the deepwater area of the northern South China Sea［21-24］

3 岩浆岩产出状态、侵入方式与时序

海底岩浆岩产出状态可以通过地震剖面揭示。本文通过100多条地震剖面的详细解释，发现这些岩浆岩侵入形态各异。本文按照侵入新生代地层层位及其侵入形态和出露海底程度，将南海北部深水区岩浆岩类型划分为：海底火山型（见图2a）、隐刺穿型（见图2b）和刺穿型（见图2b），分别对应着不同的能量大小。隐刺穿型上侵拱起的幅度较低，且未刺穿或基本上未刺穿上覆地层而被上覆巨厚地层覆盖。刺穿型底辟活动能量强，上侵拱起即底辟挤入的幅度较高，由于岩浆底辟活动时上侵挤入之垂向上拱作用力强，底辟拱起幅度高，其底辟能量及作用力已接近或达到上覆地层的破裂极限强度，但尚未完全刺穿上覆地层，故底辟顶部及上覆地层中拱张断裂有可能发育。海底火山型指的是直接刺穿海底并可能发生过海底溢流，火山口保存完整，可通过多波束资料详细揭示。

南海北部深水区海底火山在二维地震剖面上反射清晰，容易识别。它在外形上为出露海底的锥状或平顶锥状突起体，岩浆岩体几何轮廓在地震反射波组特征上不同于周边地层，其内部地震反射较弱－模糊、不连续，甚至出现空白反射，可辨别的地震同相轴常见向上牵引或收敛（见图2）；而周边地层多数为海相地层，波组特征明显。因此，在岩浆岩体和周边地层两者之间通常有一个明显的界线。密集的地震剖面揭示，南海北部陆缘深水区的海底火山主要分布于东沙隆起区及神狐区西南侧，其中尤以东沙隆起区海底火山分布最为广泛，数目大于20座。

南海北部深水区的地震剖面揭示，这些岩浆岩侵位过程导致了海底地形的响应。因此，通过地形和剖面的结合可揭示出该区岩浆岩的多种侵位方式，并反映其动态侵入过程。总体上，典型的两种不同演化方式是：一种模式为岩浆岩发生隐刺穿后，随着岩浆侵入量的大规模增加，上覆地层产生一系列调节性正断；地表最低洼处对应于上拱最高处，在剖面A1上可见典型的“缩颈作用”导致的洼地地形，是侵位后期热衰减的产物（见图2b）；第二种模式为岩浆发生隐刺穿后，随着岩浆的持续注入或内动力的增强，进一步发生明显刺穿，地层在底辟处发生牵引，使得坡度较大的上倾，进一步演化会发展成为典型的海底火山（见图2a）。

南海北部陆缘迄今已有30余口井钻遇中－新生代火山岩［25］。从时代来看，中生代火山岩以酸性岩为主，古新统和始新统中基性组分渐增但总体以成分多样为特征，渐新统及以后均为单一成分玄武岩［25］。从已有地震剖面来看，南海北部深水区岩浆岩的侵入在T3（中中新世末）期达到高峰，且岩体规模较大，且该岩浆岩应以钻井揭示的渐新世以后的玄武岩为主。而且，依据地震剖面上侵入层位在空间上的差异发现，由浅水至深水区其侵入层位越来越新，因而推断侵入时间具有向深水区逐渐变晚的规律，且根据其形态和周边地层牵引幅度，认为其侵入强度向深水区有逐渐加强的趋势。

4 岩浆岩分布规律与成因

平面上岩浆岩的分布可以分析其空间展布，揭示其与活动断裂的关系，从而可以从构造角度探讨其成因。本文通过地震剖面解译后，选取南海北部深水区T5界面来圈定该区岩浆岩在平面上的分布范围和排列方式。从平面上来看，南海北部深水区岩浆岩可分为3个密集发育区：琼东南－西沙区、神狐区和东沙区（见图3）。岩浆岩平面展布有明显的规律性，琼东南－西沙区两个子区域的岩浆岩呈NE向排列，神狐区岩浆岩呈NW向排布，东沙区岩浆岩呈NEE向排列（图3）。

图2 测线A1岩浆岩与海山和海底洼地Fig.2 The relation between seafloor topography of seamounts，submarine valleys and igneous rocks in the line A1

图3 南海北部深水区岩浆岩展布与主干断裂关系Fig.3 The relation between distribution of igneous rocks and the major faults in the deepwatter area of the northern South China Sea

琼东南－西沙区两个子区域岩浆岩被长乐－南澳断裂、政和－大埔断裂和邵武－河源－阳江断裂的海上延伸部分所夹持［26］（见图4）。长乐－南澳断裂带是东南沿海滨岸的一条NE－NNE向的中生代强烈活动的变质带和深断裂带，亦是一条地震活动性较强的断裂带［27］。地球物理资料显示，对应于长乐－南澳断裂带的是一条极为显著的重力梯度带和磁异常带。金门、龙海、漳浦、佛昙一带沿海则有新第三纪至第四纪玄武岩多次喷发，说明断裂为深大断裂带［28］。政和－大埔断裂带经历多期构造变形和变质作用和不同地段的时空差异演化，加里东期以来总体上经历了5个演化阶段，陆地上在喜山期为右行张扭性断裂和小型山间拉分盆地［29］。程世秀等［26］通过综合分析，将这些陆地断裂延伸到了海域，而且也得到大量地震剖面证实。

图4 琼东南－西沙区右行走滑拉分控制的岩浆岩展布模式Fig.4 The dextral right-step pull-apart tectonic model to explain distribution of igneous rocks in the Qiongdongnan-Xisha Region

神狐运动发生在白垩纪晚期－古新世早期，地震剖面上相当于Tg，NNE－NE向深大断裂切割该界面，这些断裂带控制一系列串珠状断陷盆地，且伴有中酸性－中基性岩浆活动。南海北部大陆边缘逐渐发育NNE－NE向走滑断裂和伸展构造，派生了一系列近EW－NEE向帚状次级断裂［30］（见图3），联合控制了紧密相间的地堑和半地堑。

始新世中期，欧亚板块和印度板块在喜马拉雅地带发生碰撞，同时太平洋板块由NNW向转为NWW向运动，但前者运动速率大于后者，区域上致使南海北部地壳再次处于右行走滑－伸展状态，导致岩浆侵入和强烈的岩浆活动，使地壳抬升剥蚀，形成地层的不整合和断裂活动，与典型被动大陆边缘观点产生矛盾的北倾断裂，正是在NNE－NE向右行右阶断裂形成的这个时期［26］。在古新世和始新世期间南海北部以西南部的琼东南和珠三坳陷沉降幅度最大［31］，说明此时期南海北部运动主要发生在西南部。这种应力场一直持续到新生代晚期，正是在这种右行右阶的走滑拉分作用下，西南部岩浆岩空间上局限在所形成的拉分盆地中［32］。因此，本文推断这个地区的岩浆岩分布是受走滑－拉分作用所控制（见图4）。

神狐区岩浆岩分布受控于NW向断裂（见图5），主要位于下陆坡断裂带、神狐暗沙断裂带和惠州凹陷西缘断裂带，下陆坡断裂带和阳江一统东断裂带的交汇处。惠州凹陷西缘断裂带是一条基底断裂，北段表现为重力梯度峰值带的右行错动，南段表现为南海北部陆架高磁异常带的左行错动，可能是一条在中生代和新生代长期活动的断裂，穿过白云凹陷的中部。下陆坡断裂带推测该断裂带为至今仍具活动性的岩石圈断裂，它的长期活动可能加速洋－陆热传导的速度，成为陆坡带特别不稳定和热沉降的可能动因之一。阳江－一统东断裂带为横切珠江口盆地重要的基底或岩石圈断裂，从中生代（或更早）到新近纪都有强烈活动，导致珠江口盆地东西两侧构造形态和基底岩性有较大差异［33］，也控制了新生代晚期的岩浆活动。

图5 神狐地区活动断裂作用对岩浆作用空间的控制（断裂据文献［32］）Fig.5 Control of active faulting to the magmatism in the Shenhu Region（the fault is based on reference［32］）

东沙区岩浆岩分布呈NEE向（见图6）。根据地震剖面分析结果，自西南向东北，呈现出一定的排列规律性。自西南向东北岩浆岩最终侵入的层位逐渐变新，而岩浆体侵入强度逐渐变低，从刺穿型向隐刺穿型过渡（见图6）。这种变化与东沙运动有密切的关系。东沙运动可能与新近纪以来菲律宾海板块持续向北西西方向运动导致的吕宋岛－台湾岛弧与欧亚大陆在距今9～6 Ma期间开始发生的弧陆碰撞有关［34］。弧陆碰撞的前缘挤压早而强，后缘挤压晚而弱。同时，由于南海向马尼拉海沟下的俯冲及洋壳的冷却沉降作用，使得南海北部陆缘处于近南北向拉张环境，岩浆底侵到下地壳底部形成高速层，破坏了该区域的地壳均衡，从而造成上部地壳的隆升［34］。大量岩浆沿近东西向张性断裂上侵形成海底火山。

5 岩浆活动与海底地质灾害关系

岩浆活动与活动断裂具有密切的联系，同时，岩浆活动也常导致海底刺穿、滑坡等，与浅层气的成藏也具有紧密联系。本文试图建立起岩浆活动和活动断裂、海底地质灾害的联系。

5.1 活动断裂与岩浆活动关系

活动断裂是一种常见的海底地质灾害，对海洋勘探平台的稳定性具有重要影响。当石油钻探钻遇活动断层时，在外力作用的触发下，断层上下盘地层极易错动，轻则造成斜井，重则折断钻杆，是一种必须避让的地质灾害［35］。本区有大量活动断层分布，这些断层大部分形成于第四纪之前［20，26］，但第四纪以来仍有活动，也有小部分是第四系沉积物不均匀压实作用形成的，是一种具有破坏性的潜在的地质灾害［36］。断层的空间分布有一定的成带性，延伸方向有NEE，近EW和NWW组，以NWW向占主导，南海北部每个海区都具有一定的差异，这与区域构造背景有关，如靠近东部受东沙运动影响更为明显［37］。

岩浆作用与活动断裂的相互关系可分为两种：一种为岩浆沿先存深大断裂侵入上部地层，为被动侵入形式；深大断裂是岩浆上侵的通道，控制了岩浆的上侵程度和分布。另一种为岩浆主动侵入，产生伴生的新生断裂（图7）；岩浆侵入后会对上覆岩层产生上拱，形成宽缓的褶皱，受重力失稳影响而产生正断层和滑坡。后期的热衰减效应则进一步加剧了正断的形成。从测线B1（图7）可以看出，该区无先存深大断裂，从T2、T3形态看，岩浆先侵入，导致一个宽缓的褶皱，这种褶皱岩层达到破裂强度后，发生正断，其根本动力是岩浆的侵入作用。

图6 东沙海域逃逸构造与区域岩浆岩展布的动力学模式Fig.6 Tectonic model showing the relation between the escape tectonics and distribution of igneous rocks in the Dongsha Region

图7 测线B1岩浆侵入与活动断裂Fig.7 The relation between magma eruption and active faulting in line B1

5.2 海底滑坡与活动断裂和岩浆侵入关系

国际上常把海底滑坡、滑塌和沉积物流动作为一个不稳定因素系统进行研究，其共同特征是在一定的外界应力触发下能够产生大块的地层滑动或大量的沉积物群体运动，造成海洋平台的滑移倒塌、海底管道、电缆光缆的折断等毁灭性灾难［38］。岩浆作用可导致两种类型的滑坡，一种是岩浆侵入模式，因其过程类似于海洋核杂岩［39］的形成，故又称为海洋核杂岩模式，另一种是双层顺层滑脱模式。

经典的海洋核杂岩形成可分为3个阶段［40］：（1）初始阶段，多米诺式正断层控制的半地堑系深层近水平的拆离断层形成；（2）浅层的伸展作用集中在多米诺式地堑内部及斜坡，导致正断层的旋转和新生正断层的形成；（3）伸展作用相对强烈的构造部位发生岩浆侵入，产生地壳隆升，使深层原近水平的拆离断层发生拱曲，拱曲左翼的拆离断层被遗弃不再活动，新的拆离断层在拱曲右翼形成（图8）。在海底滑坡的海洋核杂岩模式中具有类似的形成过程，不过第三个阶段是岩浆主动侵入，而非经典模式中的构造诱导下的岩浆活动。滑坡形成的初期，滑移微弱，上部只有少量的拉张正断，随着岩浆侵入的影响越来越深，诱导了滑移面和张性正断的规模性发育。自岩浆的侵入，造成滑移面的局部上隆，导致上部地层向下的运动受阻，从而形成逆冲和褶皱现象，而在岩浆体的下缘则拉张增强。

第二种模式为双层顺层滑脱模式。伴随岩浆侵入，岩浆上部隆起。上部两侧岩层在重力及不均衡差异压实下产生滑动，形成双侧滑坡。下部岩层起调节作用，形成众多调节正断层（图9）。

图8 测线B2海底滑坡与经典海洋核杂岩形成模式Fig.8 The model of oceanic core complexes in the line B2

图9 测线B3宽缓弯滑褶皱的双层顺层滑脱模式Fig.9 The double-layer detatchment model related to open burkling folding and opposite normal faulting in the line B3

5.3 浅层气与岩浆活动的关系

南海浅层气主要分布于陆架区，而且甚为广泛，如万安盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地、珠江口盆地等。据调查，浅层气以3种形态存在［41—42］：层状或团块状浅层气、高压气囊和气底辟。

浅层气在南海北部深水区分布极为广泛。浅层气与岩浆底辟共生的关系在东沙隆起区体现的最为明显。岩浆岩油气藏的储层分布十分复杂，不同岩相带分布不同的岩浆岩，储集空间的类型及其发育程度差别也很大。总体来讲，岩浆岩，尤其是火山岩具有较发育的原生储集空间和次生储集空间。因此，岩浆岩特别是火山岩可作为良好的储层［43］。深部油气在压力差条件下可沿岩浆作用形成的岩浆底辟逐步积聚而成高压气囊（图10）。浅层气沿地层之孔隙、裂隙向上运移（图11），溢出海底，进人水层。若存在足够大的气体通量，会悬浮起海底的沉积物从而形成海底麻坑［44—45］。

图10 测线A2高压气囊与岩浆侵入的关系Fig.10 The relation between magma eruption and high-pressure ballonet in the line A2

图11 测线A3气底辟与岩浆侵入关系Fig.11 The relation between magma eruption and gas diapirs in the line A3

6 结论

通过以上研究，本文得出以下几点新认识：

（1）南海北部深水区岩浆岩可划分为3个密集发育区域：琼东南－西沙区、神狐区和东沙区。琼东南－西沙区岩浆岩呈NE向展布，神狐区岩浆岩呈NW向展布，东沙区岩浆岩呈NEE向。

（2）造成南海北部深水区各区域岩浆岩平面展布特征各异的成因有所差异。琼东南－西沙区岩浆在平面上的规律性极强，主要受右行右阶的走滑断裂控制，走滑断裂的伸展分量形成的断陷盆地引起了岩浆的上涌。神狐区岩浆岩位于NW与NE向断裂的交汇处，它的产生受先存断裂影响较大，从现有剖面来看，尤其以NW向断裂为主控断裂。

（3）作为内动力的体现形式，岩浆作用对于海底地形塑造具有重要作用。岩浆活动与活动断裂、海底滑坡、浅层气具有成因上的相互联系。一些活动断裂是岩浆作用后期褶皱岩层达到破裂强度后的结果。与岩浆作用有关的海底滑坡在成因上可分为两种：海洋核杂岩型和顺层滑脱型。岩浆岩可作为良好的储集层，有利于浅层气的储集。浅层气沿地层之孔隙、裂隙向上运移至上部地层，在海底表面可形成麻坑群。

致谢：本文全体作者非常感谢匿名审稿人所提出的宝贵修改意见，这些意见使本文思路更加清晰，观点更为明确，特此致谢！

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Distribution of Cenozoic igneous rocks and its relation to submarine geological hazards in the deepwater area of the northern South China Sea

Zhang Bingkun1，2，Li Sanzhong1，2，Xia Zhen3，Ma Yun1，2，Yu Shan1，2，Wang Xiaofei1，2
（1.College of Marine Geosciences，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.Key Lab of Submarine Geosciences and Exploration Techniques，Ministry of Education，Qingdao 266100，China；3.Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou 510075，China）

The previous studies mainly focused on the structure of the basin，structural style and evolution in the northern margin of the South China Sea.Cenzoic magmatism in this region is less known，especially for the deepwater area.Based on the analysis and interpretation of many 2D seismic profiles，the igneous rocks can be divided into three regions，including the Qiongdongnan-Xisha Region，the Shenhu Region，the Dongsha Region.The occurrences in different regions have distinct differences.The igneous rocks of the Qiongdongnan-Xisha Region have an obvious rule of distribution controlled by the dextral Right-step pull-apart basin.The igneous rocks of the Shenhu Region are mainly located in the intersection of the NE and NW faults.There is a high correlation between the extensional stress field caused by the Dongsha Movement and the igneous rocks in the Dongsha Region.As a form of manifestation of internal geodynamics，the magmatism plays an important role in re-moulding the submarine surface topography.There is also an obvious relation among the magmatism，active faults，submarine landslides and shallow gas.

northern South China Sea；igneous rock；active fault；submarine landslide；shallow gas

P736.1

A

0253-4193（2014）06-0090-11

2013-11-26；

2014-07-15。

国家自然科学基金（41190072）；中央高校基本科研业务费中国海洋大学专项基金项目；国土资源部专项项目（GZH201100311－03－06）；国家杰出青年基金项目（41325009）。

张丙坤（1986—），男，山东省无棣县人，博士研究生，海洋地质专业。E-mail：zbk108＠126.com

*通信作者：李三忠（1968—），男，江西省高安市人，博士，教授，博导，从事构造地质学及海洋地质学研究工作。E-mail：sanzhong＠ouc.edu.cn

张丙坤，李三忠，夏真，等.南海北部深水区新生代岩浆岩分布规律及其与海底地质灾害的相关性［J］.海洋学报，2014，36（11）：90 －100，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.011

Zhang Bingkun，Li Sanzhong，Xia Zhen，et al.Distribution of Cenozoic igneous rocks and its relation to submarine geological hazards in the deepwater area of the northern South China Sea［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（11）：90－100，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.011