南海成因模式述评
2020-04-22关成尧赵国春张厚和高剑波廖宗宝
关成尧, 赵国春, 张厚和, 邱 磊, 高剑波, 廖宗宝
(1.防灾科技学院地球科学学院,三河 065201;2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083;3.中海油研究总院,北京 100028)
对于边缘海的成因,至今还没有哪一个模式能很完善地解释其形成机制,边缘海的形成机制主要取决于当时的边界条件及后期的物质与能量交换过程,具有多样性,需要深入探索[1-2]。南海是西太平洋构造域最大的边缘海,李四光[3]将南海归属于新华夏构造体系中的第一沉降带,认为鄂霍次克海、日本海、黄海、东海、南海皆属于这一次沉降带中的重要构造单元。多旋回学说[4]将南海划为“南海地台”,是太洋构造域与特提斯域交汇地带。地洼学说认为南海是一个新型陆缘海型地洼区,和东亚陆缘活化作用相关,活化的力源主要是上地幔物质隆升扩散和下降凝聚的作用[5]。唐鑫[6]认为,南海的形成是由于新生代早期在其西侧存在一个背离式的板块“三叉点”所致,“三叉点”的位置在海南岛南侧和中南半岛东侧。“三叉点”以东的地壳因局部海底扩张而被推向东,至菲律宾群岛一线,导致南海深海盆的张开和上地幔物质的上涌;南海海底扩张轴式NE向平行于大陆边缘。黄福林[7-8]认为,南海是在“南海地台”上发生发展而成,因地幔上拱隆升,在区域引张应力作用下裂谷发育,地壳减薄沉降,地幔熔融物取代原陆壳,形成新洋壳。Hall等[9-17]重建了东南亚的发展历史,表达了菲律宾海、苏禄海、东南亚南部等微板块逐渐向欧亚大陆挤压,古南海逐步消减的全过程,说明了整个东南亚整体形成的格局。Hall的系列文章被广泛引用,影响较大,成为东南亚区域研究以及主要研究依据的重要参考,但对南海如何扩张的问题没提供合适的证据,而是以运动学脉络来规定东南亚的整体演化布局,从一定程度上也限制了南海研究思路的进一步拓宽。
1 南海海盆扩张原因
地质学的研究主要涉及三个不同目的和角度:①几何学的研究,注重形貌特征;②运动学的研究,重在刻画演化过程;③动力学的研究,解释成因机制。对南海的成因动力学研究和总结可以分为两个大类:①地幔软流圈等影响的主动扩张类;②被动扩张类。概括总结立足于体现各种模式之间的关系和存在的问题。主动扩张类又有“地幔柱活动”“地幔上涌”“岩石圈拆沉诱发”“外围洋中脊扩张的传入”“俯冲带的弧后扩张”等诸多不同的模式分类。被动扩张类观点主要考虑了南海以外的外围条件。
1.1 主动扩张类观点
1.1.1 太平洋俯冲作用的弧后扩张模式
较早研究南海构造的当属Karig和Ben-Avrhama等[18-19],他们主要倾向认为南海是菲律宾弧的弧后扩张盆地,海底扩张自东向西呈剪刀状张开。郭令智等[20]提出南海是菲律宾弧的弧后扩张盆地。20世纪90年代,随着对西太平洋研究认识程度的提高,人们逐渐意识到菲律宾弧是局部扩张的“外来”地块,“弧后扩张”论者开始转向“古西太平洋的洋中脊俯冲”说[21-22]或“欧亚板块的东南部陆缘俯冲消减”说[23-25]。Aubouni[24]将边缘海地球动力学模式分为日本海型和中国南海型,中国南海特点是俯冲带向太平洋板块倾斜,具有反向和跃迁的特征,较好地总结了南海的特点[21-22]。20世纪末到21世纪初,由于俯冲带的后撤机制得到较多的研究,中国学者也引入这些机制,任建业等[26]认为欧亚大陆碰撞所形成的向东和东南的地幔流导致“俯冲带后退”,俯冲带后退导致南海弧后扩张,澳大利亚和东南亚诸地块的碰撞阻碍了俯冲带的后退,并进一步导致了南海的关闭。这一观点也得到了张亮[27]的支持。整体来说,“太平洋弧后说”得到普遍认可,当然,在这个学说论者内部也存在多种说法。然而,“太平洋弧后说”存在一个很难解释的问题:南海的东西向扩张中心和西太平洋近南北的岛弧呈现垂直关系,而非平行。朱炳泉等[28]的研究显示了南海及围区同印度洋地幔域相关性很强,这似乎暗示了南海的地幔岩石学性质同印度洋俯冲带的相关性。
1.1.2 “地幔柱活动”和“地幔上涌”模式
文献[28-32]的岩石学及地球化学研究显示:东南沿海、台、澎、菲律宾等地的环南海地区存在一个Dupal型的异常地幔域,并且该区有存在地幔热柱的可能性。电子探针和幔源岩石包体研究表明,中国东部岩石圈在160~100 Ma时期发生了巨量的减薄[31-33]。古老的岩石圈地幔被年青的、较富集的岩石圈地幔所代替,具有大洋橄榄岩成分的演化特征,但不是俯冲至大陆边缘下方的大洋橄榄岩(亏损的岩石组合)[1,8,22,34],可能反映了大陆下方新生代岩石圈地幔作用的过程。一些学者对中国东南沿海陆内裂谷盆地的研究揭示了东南沿海和南海北缘火山喷出岩的存在[35-37]。随着岩石学研究文献的积累,似乎反映了南海深部地幔柱作用的分量是必然存在的。邓晋福等[38]指出,是东亚大陆下存在的三个地幔柱形成了南海、日本海、鄂霍茨克海这三个边缘海及其西部大陆内相应的大面积新生代裂谷玄武岩;李思田等[39]基于对北部湾盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地和珠江口盆地第三纪以来的构造-沉积充填、热及深部背景的认识,也指出南海为主动陆缘扩张,地幔柱及侧向地幔流是今后探讨南海及其边缘盆地的形成演化、深部背景时的首选。
根据地幔热活动的构造和力学来源,一些模型已经用于揭示这些盆地的构造演化史,这些模型大致可以分为如下几类。
(1)热点和地幔柱模型。
Castillo等[40]建立并被后来学者[41-45]发展的“热点和地幔柱模型”可以理解为热泡模型或者热区模型。热泡模型或者热区模型[46]的实质是地幔柱模型的一种变体,没有着重强调热物质的来源。鄢全树[47]依据地震层析成像结果,认为海南岛周围之下存在地幔柱,近垂直从浅部向下穿越660 km界面,并延伸到1 900 km。南海及周边地区分布有一定量的新生代碱性玄武岩都与这个地幔柱有关,南海的形成也和这个地幔柱有关。鄢全树[47]解释的地幔柱具有深源(非660 km来源)的特点,热泡模型或者热区模型[46]则隐含了热泡的来源可深可浅,这里有两个可能,可以描述为“深源热点论”和“浅源热点论”。地幔柱模型可以理解为剧烈的活动,而热区模型可以理解为相对缓慢的活动,把这些观点进行放大则可以出现“深源幔柱”“浅源幔柱”“深源热区热泡”“浅源热区热泡”四种理论组合。
(2)软流圈挤出牵引模型。
邓晋福等[33,38]认为东亚大陆下存在的三个地幔柱,即由于软流圈的侧向挤出牵引形成了南海、日本海、鄂霍茨克海这三个边缘海及其西部大陆内相应的大面积新生代裂谷玄武岩;青藏的碰撞导致软流圈物质向东南逃逸。Flower等[48]提出深部软流层向东挤出为主导,并带动了岩石圈块体向西太平洋方向的运动。Tamaki[49]进一步认为侧向挤出的软流层可推动俯冲板片的后退导致边缘海的扩张。龚再升等[50]和李思田等[51]认为南海诸盆地的形成与地幔柱及侧向地幔流有关,认为地幔柱引起的局部对流及底部摩擦力导致的大规模伸展可以解释南海诸盆地在早第三纪同期伸展的构造现象。谢建华等[52]应用数值模拟方法分析,认为青藏碰撞引起物质大量向南挤出,在南海产生了S-N向拉张,导致南海开裂。莫宣学[53]认为(6 Ma~近代),由于印度和欧亚碰撞诱发的软流圈地幔流及深部地壳流动,导致火山活动向着高原的北西、北东-东、南东三隅迁移,迁移“通道流”导致南海打开,这种“通道流”也必然有火山岩的活动作为指示和证据,如中国东部钠质和西部钾质岩省界限也到达了奠边府断裂带附近或与此有关。文献[26]的观点也属于此类。
软流圈挤出类模型提供了一种软流圈大幅度水平运动作用于岩石圈的模式,有一定的启发意义,但并不是南海形成的主因,而是软流圈挤出也可能是重要的地球局域动力学模式。
(3)与板块俯冲有关的区域性地幔柱。
Fukao等[54]在南海深部发现低波速异常区,认为是源于400 km的地幔热物质上涌。Maruyama[55-56]将其解释为与板块俯冲有关的区域性地幔柱,认为俯冲物质在670 km处积累、物质倒转、放热,引起地幔柱形成。区域性地幔柱成因的解释往往存在着争议。关成尧[57]的模式考虑了区域性地幔柱的影响,该类地幔柱就属于与板块俯冲有关的区域性地幔柱。与板块俯冲有关的区域性地幔柱可以理解为是“浅源幔柱”,与板块俯冲无关的地幔柱可以理解为“深源幔柱”,这两种幔柱的存在性得到过论证甚至证实。
1.1.3 陆缘伸展扩张模式
Hamilton[58]认为在中白垩纪以前华南陆缘为安第斯型火山弧,晚白垩纪转为被动陆缘,南海南部的主要微陆块是从中国大陆裂离。李四光[3]认为地球自转扭动形成新华夏系第一沉降带(包括南海)。郭令智等[59]认为南海形成于燕山期,归属于东亚安第斯型陆缘地堑系。刘昭蜀等[60]和中国科学院南海研究所[61]提出的“陆缘扩张”观点认为南海是在总的区域挤压应力场下地幔向大洋方向蠕散导致陆缘断裂、解体形成的。陈国达[62]明确指出“陆缘扩张”是中国东部陆壳拉伸的主要构造作用,徐义刚等[63]认为南海的形成是岩石圈自北向南主动伸展扩张导致华南大陆边缘裂解的结果。
1.1.4 大西洋型海底扩张模式
Ben-Avraham等[19]、Taylor等[64-65]、姚伯初等[66-67]通过南海磁异常条带的研究,认为南海是海底扩张作用形成的“大西洋型”边缘海盆地。所谓“海底扩张作用形成的大西洋型边缘海盆地”,笔者认为可以理解为没有发生俯冲作用的海底扩张导致的盆地,这类观点的特点主要是“剔除”了俯冲带的影响,认为是非俯冲影响区的地幔活动导致的海盆扩张,或者进一步说南海的扩张中心是“大洋中脊”。
1.1.5 岩石圈延展模型
Chung等[37]提出“岩石圈延展模型”属于主动延展模型,延展过程中应力得以释放,应力释放导致盆地的形成。盆地的形成可以和应力释放相伴生,但是,究竟应力释放和盆地形成之间是什么样的因果关系还不好确定,并且,应力释放导致成盆的能力是非常有限的,一般是在造山带内存在巨大重力位能的条件下能够产生山间小型盆地,一般不会产生裂谷,更无法形成南海海盆这样大尺度的裂陷型盆地。关成尧等[68]提出了南沙海域火山侵入伸展幕,认为南沙海域岩石圈的火山侵入导致了盆地的伸展。可以认为文献[68]含有岩石圈主动延展的机理。当然,文献[68]的“延展”只是南沙海域盆地群体系内的延展作用,并不是西南次海盆的延展;同样,文献[68]的认识也可以用于南海北部的岩石圈延展,其讨论也涉及了南海北部的问题。火山侵入导致地壳延展进而导致盆地的延展也是值得重视的模型。Chung等[37]所提的岩石圈延展模型从某种意义上可以理解为大区域的应力释放(隐含大区域的高差和重力位能)导致的延展,否则就无法解释岩石圈延展的动力学属性。关成尧等[68]提出的南沙海域火山侵入在动力学上更好理解,但是并不适用于盆地群的尺度。
1.1.6 印度洋俯冲带控制的弧后扩张成因
朱炳泉等[28]最初从地球化学的角度提出南海火山与印度洋有关,认为南海的打开同西太平洋板块的消减不相关,从某种程度上提示可能同印度洋俯冲带有关。Komiya等[69]研究了菲律宾海、南海一带俯冲带及地幔含水分布情况,认为含水地幔和消减带残片可能是南海地幔柱活动的证据。关成尧[57]总结古地磁数据,认为新生代华南大陆北移500 km,并根据前人地震层析成像结果,建立俯冲带前缘两层对流模式,认为俯冲带前缘两层对流导致俯冲带影响范围前伸达1 000 km,提出南海是爪哇俯冲带控制下的弧后扩张边缘海。该模式对地幔对流刻画不足,俯冲带解释具有一定的多解性,其正确性还需深入探讨,这种模式的好处是能够一定程度上解释朱炳泉等[28]所阐述的南海北缘、台湾、东南亚的南部和东部诸地区的新生代火山岩普遍亲冈瓦纳的问题,并且能够解释南海扩张中心与太平洋俯冲带相垂直的问题,这一点也值得关注。
1.1.7 亚丁湾式洋脊渐进式扩张模式
李家彪等[70-72]提出了亚丁湾式洋脊渐进式扩张模式,该模式隐含的观点是力源来源于西太平洋扩张脊扩张力,和大西洋型海底扩张模式及“三叉点”模式有些类似,但这里隐含的“三联点”观点的扩张解释能够化解与南海扩张方向的矛盾。主要难点是目前还难以找到南海扩张中心是大洋中脊的证据,更难以在西太平洋找到和南海扩张时间(32~17 Ma)[64-65]相近的古扩张中脊的证据,否则南海的局部扩张洋中脊就成为孤立的事件,因此,该模式主要作为在西太平洋17 Ma之前存在古洋中脊的证据。
1.1.8 山根拆沉导致的诱发海盆扩张
刘海龄等[73]提出“山根拆沉诱发海盆扩张”模式,该模式隐含的观点是力源在南海岩石圈自身,在南海中生代造山带存在山根,在新生代发生拆沉,该模式是基于对南海中生代造山带的认识基础上提出的,这和中国东部岩石圈在160~100 Ma时期发生了巨量的减薄,以及范蔚茗等[31]、邓晋福[33]的观点也有一定的一致性和关联性。目前山根拆沉的岩石学证据尚缺失,另外,在新生代早期南沙盆地的形成范围很大,而新南海的范畴相对较小,这种局部尺度的拆沉和整个南沙、西沙32 Ma前的相对稳定的沉积之间不容易契合,在时间上也不容易契合,并且,由于新生代早期,古南海可能存在着向南俯冲到加里曼丹岛之下的俯冲,而新南海的位置发生在俯冲带之后,这种没有地幔干扰的俯冲带后缘的山根拆沉模式并不常见。有矛盾并不是说该模式缺乏生命力,拆沉模式建立了中生代岩石圈禀赋对新生代南海的影响,这种联系是可贵的,广泛研究的岩石圈破坏观[33]也需要在南海探讨其可能性[28],也值得理论界展开系统研究,并对比南海岩石圈减薄破坏和克拉通区减薄的差异性。
刘海龄等[73]的“山根拆沉”是基于对南海中生代[74-76]的研究展开的,并和刘海龄等[77]提出中生代晚期“古双峰-笔架造山带”的概念有所联系。邱燕等[78]认为晚三叠纪-白垩纪华南大陆南缘发生了8次海侵,这些活动在南海的中生界应该会有反应,然而南海的中生界研究依然很薄弱,这些密集的海侵还有待于和周边盆地进行系统的对比。陈国达[79-80]认为中国东南沿海和南海北部陆缘在中生代晚期为一造山带,卢华复[81]则认为属于华夏型后地台造山带或燕山期闽台微大陆碰撞的碰撞造山带。姚伯初等[82]认为南海北部陆缘在中生代晚期曾形成具有巨厚陆壳和岩石圈根的造山带,而且曾形成一个具有高大而宽阔山系,并具有巨厚陆壳和岩石圈根的造山带。根据地球化学数据,230~190 Ma和165~150 Ma是华南大陆边缘的两期重要的陆内造山、岩石圈增厚时期[82-83]。近些年对南海,尤其南海北部中生代盆地结构资料迅速增多,结构认识也有所加强[84-85]。对于盆地结构的认识是了解南海盆地中生代造山带继承关系的关键要素,这些结构的揭示也是南海理论发展的重要保障。
1.2 被动扩张类观点
被动扩张类观点也可分为两类:与印度板块-欧亚板块碰撞相关;与太平洋板块相对欧亚板块的切向运动相关。
1.2.1 碰撞—挤出—逃逸模式
文献[86]、文献[87-89],以及文献[90-93]倾向认为岩石圈板块本质上是刚性板块,变形集中在板缘,南海是位于滑移带(红河断裂带)末端的拉分盆地,其形成与印度和欧亚板块碰撞所造成的印支地块侧向滑出有关。Tapponnier[87-89]的“碰撞—挤出—逃逸模式”一度影响很大,甚至有些学者认为这种模式解决了青藏的所有主要模式问题。与Tapponnier[87-89]的“碰撞—挤出—逃逸模式”相对的是以England等为代表的学者[94-99]强调青藏及围区变形是一种薄的黏性席体,内部变形均匀,青藏高原汇聚主要由内部收缩和地壳增厚所吸收,地壳物质向东逃逸所占汇聚量不大,向东挤出的物质流很少影响到东南亚和中国东部。
England等[94-98]的黏性席体模型和Tapponnier[87-89]的“碰撞—挤出—逃逸”模式形成明显的理论“对峙”。笔者认为England抓住了岩石圈的黏性性质,而Tapponnier抓住了岩石圈的运动性质,两者的理论“对峙”并不意味着两者是“零和”的和“互斥”的;Tapponnier的挤出—逃逸图景提供了丰富的动力想象,而England的黏性席体则在Tapponnier的整体运动图式下吸收了相当数量的变形;England的黏性席模型是对Tapponnier整体运动图式的局部微调和补充,两者都有可取之处。如何应用Tapponnier宏观图景和England模型加以协调修正值得学界考量。
1.2.2 “东亚陆缘超级剪切”动力学模式
周蒂等[100]提出“东亚陆缘超级剪切”动力学模式,将特提斯域分为西段(印度部分)、东段(澳大利业部分)两部分,这两段连同西太平洋构造域形成竞争的三大体系,三大体系竞争、联合影响变换使得东亚陆缘岩石圈交替承受“左行压扭”和“右行张扭”超级剪切应力场的作用,导致南海等边缘海的张开或关闭。笔者认为周蒂的“东亚陆缘超级剪切”模式是对Tapponnier“碰撞—挤出—逃逸”模式的一种系统的应用和发展,超级剪切就是“超大剪切”之意。
1.2.3 马尼拉走滑断层触发
Tamaki[49]认为马尼拉海沟大约在5 Ma以来才变为俯冲带,之前为大型的走滑断层,该条断层的走滑作用可能触发了南海的扩张。笔者认为,如果要实现该条断层的走滑作用触发南海扩张,就需要走滑断层的各个作用位置有很大的差异,并且走滑断层的尺度应该远大于被动拉张的裂陷本身的尺度。
1.2.4 欧亚板块东缘新生代右行走滑拉分
许浚远等[101]、栾锡武等[102]认为南海是欧亚板块东缘新生代右行走滑拉分盆地,其动力来源于太平洋板块的相对运动。许浚远[101]的走滑剪切提供了较为丰富的欧亚板块东缘新生代右行走滑信息及断裂模式,从几何学的角度讲是值得重视的,从运动学的角度讲,这种剪切行为也不排除曾经发生过类似的运动,但这些运动历程和太平洋的整体板块运动的序列并不能很好地对应。由于夏威夷—帝王海山链43 Ma发生改向[103],从动力学的角度来讲,这种大规模的剪切似乎在夏威夷—帝王海山链43 Ma之前更加偏北向的运动,而43 Ma之后这种趋势可能难以继续存在了,南海的扩张主要在32 Ma之后,在时间方面和南海的扩张不对应,这似乎暗示:许浚远的右行走滑拉分行为如成立,或者可以和“古南海”的扩张相关性更好一些,这一点也值得深入地思考。
1.2.5 古南海向南俯冲的拖曳力模式
栾锡武等[102]经过综述南海主要动力模式之后,提出了地幔流流动和古南海向南俯冲的拖曳力双重作用下导致新南海的打开,这里面含有“古南海向南俯冲的拖曳力导致南海海盆打开”的思想,该模式最近几年逐渐得到关注。俯冲带拖曳力是否是板块驱动力目前尚存在较多争议,更不能解释古南海俯冲带为何不在加里曼丹及巴拉望岛下部断离或者拉张,而是在南海北部拉张,也无法解释南海扩张中心向南跳跃的现象。
1.2.6 基于构造物理模拟的岩石圈旋转拉张模型
文献[104-107]基于构造物理模拟建立了岩石圈旋转拉张模型,岩石圈的旋转拉张模型产生的断裂及地貌与南海的几何学实际情况较为接近,在运动学上也是接近的,但是这种模式在岩石圈的动力方面解释遇到了问题,尤其旋转动力的来源还不能作出很好的解释。
1.2.7 继承性NNE向走滑断层控制的斜向扩张
文献[108-110]等关注到南海存在NNE向走滑断层,并建立后续扩张和NNE向走滑断层之间的联系,这种模式从某种角度来理解也有一定的特别之处,虽然并未系统讨论斜向扩张的力学机理,但这种斜向扩张还是比较新颖的思路和理念,需要引起重视,这个问题也涉及南海南北各个地质体在扩张前的连接关系,还需要根据盆地的解析关系系统地解析对比明确后方能确定南海的扩张方向,文献[108-110]观点的拓展性价值在于进一步引出一系列问题,即南海南北地体对比的“南北正对”“北西向斜对”“北东向斜对”等问题,同时也需要研究南海地体群之间在南海扩张发展的各个阶段是否存在伸展方向的变化。是三个对接关系“三选一”还是存在各种关系“轮流值班”的问题尚待进一步研究。
1.3 南海海盆扩张模式评述
传统的南海研究[8,22,111]等都未对以上模式在动力方面的逻辑关系进行全面总结。文献[22,52,112]认为南海成因争议的焦点主要集中在其形成演化动力学机制上,主要有三种观点:①印度与欧亚板块碰撞挤出成因说;②地幔上涌成因说;③太平洋板块俯冲成因说。根据侧重动力来源还可以细分。合理的动力学模式应该建立在充分考虑周边板块相互作用的地质过程及对南海地质结构有正确的认识之上。笔者认为,这些研究中,有一些观点有明确动力学倾向性,可以作为代表性的观点,南海研究的动力学研究之逻辑分类及关系如表1所示。
南海扩张的动力学过程可分为主动扩张和被动扩张两大类观点,主动成因主要是10种,被动成因有7种,涉及代表性观点20个,这是南海研究日趋成熟的表现,未来将会逐渐观点融合发展,被动类观点也可分为与印度板块—欧亚板块碰撞相关以及与太平洋板块相对欧亚板块的切向运动相关两大类。从此观点可见,南海究竟是主动成因还是被动成因这一问题还没有解决,从发展的脉络来看,主动成因有占优势的趋势。纵观这些主力观点,每一观点都能合理解释一些宏观地质现象,也都与另一些地质现象相悖,还需要进一步修正、发展或用新的资料来验证。
表1 南海研究的动力学研究之逻辑分类及关系
2 “南海观点”的演变分析
2.1 “南海观点”之演变
综上,可以隐约地感受到不同时代南海研究的主要思想及其运动变化。
2.1.1 “中生代”扩张到“新生代”扩张的演变
2.1.2 “地台”“古地块”观点向“裂陷盆地”观点的演变
多旋回学说[4]对“南海地台”的划分,将整个南海化为地台的解释,考虑了南海相关地块的陆壳属性,南海地台并非新生代的地台,最近数十年的研究,逐渐深化认识到南海主要是新生代为主的盆地,其主要的物质是新生代的产物,而中生代的物质研究因为难度大而逐渐被淡化,“南海地台”的划分是槽台学说指导下的理论产物,有更大的历史穿透度。总体来说,“五大学派”时期的研究方法基本是粗线条的构造单元划分为主要考量,历史穿透度很大,而现代的研究多以盆地内部的变形、基底、岩石年代为主要手段,研究细化,以能够研究和证实的东西作为主要依据,在历史上弱化了中生代的问题。
2.1.3 被动为主向主动为主的演变
综合上文所提文献,主动被动成因在历史各个阶段均有不少阐述,但是,这些年逐渐出现了对被动模式质疑[57,116]增多的现象。虽然南海成因模式在整体上存在被动为主向主动为主的演变,但就被动模式本身对于外围环境与南海形成之间的联系还是需要继续加深研究。这种主被动关系,既涉及印支半岛和南海的主被动关系,也涉及南海主动因素和外围区的主被动关系,南海及围区有几十个盆地,其研究要充分考虑相关盆地形成过程的动力学联系[117]。
2.1.4 弧后扩张观点演变
随着俯冲带研究的深化,俯冲带的太平洋弧后扩张也经历了“菲律宾海俯冲带弧后扩张”“西太平洋弧后扩张”“西太平洋俯冲带的后退扩张”等几个主要的发展时期,并且“印度洋弧后”的观点也在发展之中。
2.2 前人工作的启示
(1)主动的观点主要关注南海区域下部岩石圈的先天禀赋,在资料不足的基础上提出一些“假说性”模型,这类观点未来的方向在于岩石圈本身的结构和岩石学的继续研究。
(2)被动类观点主要关注南海和外围环境之间的联系,这是这类模式的主要优点。
(3)从这些观点来看,前人的假说大致考虑了南海海域研究的地幔软流圈属性、俯冲带相关属性、岩石圈物质属性、岩石圈破裂属性、地球化学的亲缘属性,并在扩张中心的几何形态方面考虑了和俯冲带之间的关系,并从槽台学说逐渐进化为板块构造观点。在外围环境方面则考虑的外围区域走滑对南海地区的牵引问题以及和青藏之间的关系问题。
2.3 未来发展趋向
2.3.1 历史穿透度应加大
随着对南海深部研究的加强,对深部构造层可能存在联系方面近年来有一些可参考的大地构造条件或模式[118-121],对南海北部中生代研究得到加强,并且积累了数量可观的文献,南沙海域中生代研究则依然比较薄弱,中生代属性方面的认识会逐渐加深。
2.3.2 研究方法多元化、精细化
随着中国近些年对海洋关注的加大,随着南海研究的逐渐深入,研究方法会逐渐完善而趋于多元化,研究内容会逐渐趋于精细化。
2.3.3 继续争议,并逐渐走向学说融合
虽然,从南海的观点系列及其发展来看,南海的相关观点逐渐走向了成熟,但整体来说还处于学说逐渐增多,各个学说之间缺乏融合的早中期阶段,目前还没到随意否定某类学说存在价值的阶段,未来各类学说的数量还会进一步增多,争议还会进一步加大,而各个观点之间的融合发展和证据还期待进一步的发展。南海的扩张涉及的每一观点都能合理解释一些宏观地质现象,也都与另一些地质现象相悖,还需要进一步修正、发展或用新的资料来验证,这是南海研究日趋成熟的表现,未来将会逐渐观点融合发展。
2.3.4 与周围地块之间关系、盆地之间关系的响应事件序列之间展开研究
南海构造演化事件序列还缺乏深入的研究,需要确定东特提斯新生代的重大事件和响应中心,需要以事件为中心,加强构造、沉积方面的对比,确定主要构造“变动”期的事件及传播方向。中生代的事件序列也需要逐渐关注。
2.3.5 定量化研究
未来的研究,定量化会成为一种趋势,要研究南海扩张主被动成因模式及与周围地体之间关系,确定围区地体群和南海之间的关系,确定各种被动关系所起到的作用,定量化研究手段的引入是必要的,这种定量化既包含解析构造学领域的过程描述定量化,也包括定量的力学计算,各类模式的定量化力学可行性研究有必要开展。
2.3.6 和岩石圈结构的契合
李家彪团队[70-71,122]和任建业等[123]近些年的工作加强了对南海岩石圈结构的研究。其中,董东东等[122]提出了“伸展拆离”模式,任建业等[123]的研究也突出了“伸展拆离”结构,“伸展拆离模式”虽然不能成为南海形成的独立动力学模式,但其大规模的伸展拆离模式似乎说明南海原有岩石圈结构,未来这种岩石圈的结构和动力学模式之间的关系是值得深度重视的,在这方面理论界还较少关注。
2.3.7 和南海演化过程的契合
和南海演化过程的契合也是重要的关注点,如关成尧等[68]提出的“伸展幕”似乎在总体上可以支持刘海龄等[73]的“山根拆沉说”,岩石学证据[33]还需要与此相联系。每个学说大致都可以和自己关注的部分南海演化特征契合,但对于能够总结历史文献并概括南海整个演化过程的文献仍属于缺乏状态,未来更加能够解释南海形成要素的模式需要和南海的全过程契合。并且,南海的打开可能涉及主动和被动的多要素甚至多模式参与,需要根据全过程确定一套解释能力更强的“(动力学)模式序列”。
2.3.8 未来模式需要解释的问题
一个更加合理的解释模式需要至少能够解释以下一些南海相关的基本现象:①扩张中心的近WE向与西太平洋俯冲方向的矛盾;②朱炳泉提出的东南亚岩石43Ma转亲冈瓦纳[33,124]的问题;③董东东等[122]提出的“伸展拆离”的岩石圈结构属性,需要从岩石圈结构的研究对南海成因模式进行深化。这三个容易产生矛盾的问题分别是扩张脊几何学和俯冲几何学关系、岩石学属性变化与外围环境关系、岩石圈及上载盆地的几何学与动力模式及外围环境的关系。
2.3.9 主动模式和被动模式的契合是未来研究的重要目标
主动模式大多考虑本区的历史,而被动模式考虑外围条件[125],外围条件也是随着时间的推移而运动变化的,需要根据“中新生代南海演化全过程”确定一套解释能力更强的联系主被动关系的“(动力学)模式序列”,这是一套更加综合的目标,这套综合解释的出现必将以前人有代表性观点的融合为基本的支撑。
从前述讨论来看,南海与周围地块之间主被动关系研究、东南亚盆地群响应序列之间对比、岩石圈与盆地过程描述定量化研究是未来的主要趋向和必由之路。以这些细节的定量研究支撑动力学成因的认识,以诸多成因解释的综合指导细节研究,各种模式的动力学对比与定量评价检验也是非常必要的。
3 结论
(1)每一个重要区域的研究都会产生至少十数种重要的学说,南海也是如此。
(2)南海扩张的动力学过程可分为主动扩张和被动扩张两大类观点,主动成因主要是10种,被动成类主要有7种,涉及代表性观点20个,这是南海研究日趋成熟的表现。
(3)每一观点都能合理解释一些宏观地质现象,也都与另一些地质现象相悖,还需要进一步修正、发展或用新的资料来验证,这是南海研究日趋成熟的表现,未来将会逐渐各类观点融合发展。
(4)主动被动的契合是未来研究的重要目标,应加大岩石圈结构学和岩石发展史的研究,并充分考虑外围被动因素,融合南海的发育历史,以盆地解析的定量化为基本依托,展开南海及围区数十个盆地的系统对比,并将中生代南海的岩石圈禀赋及历史融于其中是南海成因模式研究的重要方向。