现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (02): 259-269.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.033
收稿日期:
2022-03-30
修回日期:
2022-06-27
出版日期:
2023-04-10
发布日期:
2023-05-23
作者简介:
柳 晨,女,博士研究生,1997年出生,石油地质学专业,主要研究方向为石油地质学、含油气盆地构造等。Email:1901110609@pku.edu.cn。
基金资助:
LIU Chen1,2(), LI Jianghai1,2, WANG Zhichen1,2
Received:
2022-03-30
Revised:
2022-06-27
Online:
2023-04-10
Published:
2023-05-23
摘要:
南中国海位于三大板块的汇聚地带,分布范围广、地球动力学背景复杂,因此其成因及动力学模式仍然存在争议。根据南中国海的地质和重磁资料对南中国海进行平面和剖面构造特征分析,在此基础上进行了数值模拟。模拟结果表明较弱的下地壳使得壳幔脱耦,裂谷向一侧迁移,由于后续岩浆热供给不足,上涌地幔冷却而停滞;新的岩浆供给跃迁至相反方向,形成新的扩张中心,流变性弱的下地壳和区域高伸展速率共同控制了洋脊的向西迁移。结合构造解译和数值模拟结果分析,认为南中国海的形成主要受印澳板块与欧亚板块的碰撞、古南海的俯冲拖曳和深部地幔上涌3个因素的影响,印澳板块与欧亚板块的碰撞及古南海的俯冲拖曳控制了南中国海的构造应力场,深部地幔上涌控制岩浆迁移。
中图分类号:
柳晨, 李江海, 王志琛. 南中国海形成演化的动力学模式分析[J]. 现代地质, 2023, 37(02): 259-269.
LIU Chen, LI Jianghai, WANG Zhichen. Dynamic Model Analysis of Formation and Evolution of the South China Sea[J]. Geoscience, 2023, 37(02): 259-269.
图2 由卫星测高得到的南中国海海洋重力异常(a)、磁异常图(b)和南中国海及邻区沉积盆地分布及构造纲要图(c)(据文献[19]补充修改)
Fig.2 Marine gravity anomalies from satellite altimetry (a), magnetic anomaly map (b), and distribution and tectonic outline of sedimentary basins in the South China Sea and adjacent regions (c) (modified from ref.[19])
地壳 分层 | 密度 (kg/m3) | 幂律指数 | 活化能 (kJ/mol) | 热膨胀 (1/K) | 指数因子 (1·s-1·MPa-n) | 放射热 (μW·m-3) | 伸展速率 (mm/a) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
空气层 | 1 | 1 | 0 | 2×10-5 | 1.0×10-12 | 0 | 6 |
上地壳 | 2800 | 4 | 223 | 2×10-5 | 1.1×10-15 | 0.7 | |
下地壳 | 2800 | 3 | 356 | 2×10-5 | 5.6×10-17 | 0.7 | |
岩石圈地幔 | 3300 | 3.5 | 540 | 2×10-5 | 2.4×10-8 | 0.2×10-6 | |
地幔 | 3300 | 3.5 | 520 | 2×10-5 | 1.9×10-9 | 0.2×10-6 |
表1 数值模型参数设定(据文献[56,58-59])
Table 1 Numerical model parameter setting[56,58-59]
地壳 分层 | 密度 (kg/m3) | 幂律指数 | 活化能 (kJ/mol) | 热膨胀 (1/K) | 指数因子 (1·s-1·MPa-n) | 放射热 (μW·m-3) | 伸展速率 (mm/a) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
空气层 | 1 | 1 | 0 | 2×10-5 | 1.0×10-12 | 0 | 6 |
上地壳 | 2800 | 4 | 223 | 2×10-5 | 1.1×10-15 | 0.7 | |
下地壳 | 2800 | 3 | 356 | 2×10-5 | 5.6×10-17 | 0.7 | |
岩石圈地幔 | 3300 | 3.5 | 540 | 2×10-5 | 2.4×10-8 | 0.2×10-6 | |
地幔 | 3300 | 3.5 | 520 | 2×10-5 | 1.9×10-9 | 0.2×10-6 |
[1] | 汪品先. 南海深部过程的探索[J]. 科技导报, 2020, 38(18):6-20. |
[2] | 林间, 李家彪, 徐义刚, 等. 南海大洋钻探及海洋地质与地球物理前沿研究新突破[J]. 海洋学报, 2019, 41(10):125-140. |
[3] | WANG P C, LI S Z, SUO Y H, et al. Structural and kinematic analysis of Cenozoic rift basins in South China Sea: A synthesis[J]. Earth-Science Reviews, 2021, 216: 1-29. |
[4] |
WANG P X, HUANG C Y, LIN J, et al. The South China Sea is not a mini-Atlantic: plate-edge rifting vs intra-plate rifting[J]. National Science Review, 2019, 6(5) : 902-913.
DOI URL |
[5] |
漆家福, 吴景富, 马兵山, 等. 南海北部珠江口盆地中段伸展构造模型及其动力学[J]. 地学前缘, 2019, 26(2):203-221.
DOI |
[6] | RAMBERG I B, MORGAN P. Physical characteristics and evolutionary trends of continental rifts[J]. Tectonics, 1984, 5(2):280-301. |
[7] |
TAPPONNIER P, LACASSIN R, LELOUP R H, et al. The Ailao-shan red river metamorphic belt: tertiary left-lateral shear between Indo China and South China[J]. Nature, 1990, 343(2): 431-437.
DOI |
[8] |
HUANG C Y, WANG P X, YU M M, et al. Potential role of strike-slip faults in opening up the South China Sea[J]. National Science Review, 2019, 6(5): 891-901.
DOI |
[9] |
SHI H S, LI C F. Mesozoic and Early Cenozoic tectonic convergence-to-rifting transition prior to opening of the South China Sea[J]. International Geology Review, 2012, 54(15):1801-1828.
DOI URL |
[10] |
SUN W. Initiation and evolution of the South China Sea: an overview[J]. Acta Geochimica, 2016, 35(3): 215-225.
DOI URL |
[11] | LEBEDEV S, NOLET G. Upper mantle beneath Southeast Asia from S velocity tomography[J]. Journal of Geophysical Research, 2003, 108(1): 2048-2073. |
[12] |
CHEN L, HU J W, YANG D H, et al. Kinematic models for the opening of the South China Sea: An upwelling divergent flow origin[J]. Journal of Geodynamics, 2017, 107:20-33.
DOI URL |
[13] |
LIN J, XU Y G, SUN Z, et al. Mantle upwelling beneath the South China Sea and links to surrounding subduction systems[J]. National Science Review, 2019, 6(5): 877-881.
DOI URL |
[14] | QIAN S P, ESTEBAN G, NICHOL A R L, et al. The origin of Late Cenozoic magmatism in the south China Sea and Southeast Asia[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2021, 22(8): 1-23. |
[15] |
王鹏程, 李三忠, 郭玲莉, 等. 南海打开模式:右行走滑拉分与古南海俯冲拖曳[J]. 地学前缘, 2017, 24(4):294-319.
DOI |
[16] |
MAI H A, CHAN Y L, MENG W Y, et al. Tectonic implications of Mesozoic magmatism to initiation of Cenozoic basin development within the passive South China Sea margin[J]. International Journal of Earth Sciences, 2018, 107(3) : 1153-1174.
DOI URL |
[17] | 栾锡武, 张亮. 南海构造演化模式:综合作用下的被动扩张[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2009, 29(6): 59-74. |
[18] | 吴鲁林. 南中国海地壳热均衡研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2019. |
[19] |
张功成, 谢晓军, 王万银, 等. 中国南海含油气盆地构造类型及勘探潜力[J]. 石油学报, 2013, 34(4):611-627.
DOI |
[20] |
DING W, LI J, CLIFT P D. Spreading dynamics and sedimentary process of the Southwest Sub-basin, South China Sea: Constraints from multi-channel seismic data and IODP Expedition 349[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2016, 115:97-113.
DOI URL |
[21] | 程子华, 丁巍伟, 方银霞, 等. 南海大陆边缘动力学研究进展:从陆缘裂解到海底扩张[J]. 海洋地质前沿, 2013, 29(1):1-10. |
[22] | 洪文涛, 余明刚, 杨祝良, 等. 西太平洋南段新生代构造单元划分、地层特征及其对喜马拉雅造山运动的指示[J]. 地质通报, 2020, 39(6):839-860. |
[23] |
陈建军, 马艳萍, 陈建中, 等. 南海北部陆缘盆地形成的构造动力学背景[J]. 地学前缘, 2015, 22(3):38-47.
DOI |
[24] | 孙卫东, 林秋婷, 张丽鹏, 等. 跳出南海看南海——新特提斯洋闭合与南海的形成演化[J]. 岩石学报, 2018, 34(12):3467-3478. |
[25] | 任建业, 庞雄, 于鹏, 等. 南海北部陆缘深水-超深水盆地成因机制分析[J]. 地球物理学报, 2018, 61(12):4901-4920. |
[26] | 徐俊杰, 徐宏根, 刘道涵, 等. 南海南部曾母盆地的原型盆地划分及其形成演化过程[J]. 华南地质, 2020, 36(3):221-231. |
[27] |
WESSEL P, LUIS J, UIEDA L, et al. The generic mapping tools version 6[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2019, 20(11):5556-5564.
DOI |
[28] |
GOZZARD S, KUSZNIR N, FRANKE D, et al. South China Sea crustal thickness and oceanic lithosphere distribution from satellite gravity inversion[J]. Petroleum Geoscience, 2019, 25(1): 112-128.
DOI URL |
[29] | 董冬冬, 吴时国, 李家彪, 等. 南海共轭大陆边缘的构造对比及差异伸展模式[J]. 中国科学(地球科学), 2014, 44(5):1059-1070. |
[30] |
SANDWELL D T, MÜLLER R D, SMITH W, et al. New global marine gravity model from CryoSat-2 and Jason-1 reveals buried tectonic structure[J]. Science, 2014, 346: 65-67.
DOI URL |
[31] | MAUS S, BARCKHAUSEN U, BERKENBOSCH H, et al. EMAG2: A 2-arc min resolution Earth Magnetic Anomaly Grid compiled from satellite, airborne, and marine magnetic measurements[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2009, 10(8): 1-12. |
[32] | 卢丽娟, 蔡周荣, 黄强太, 等. 南海及邻区新构造运动表现特征及其主控因素[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(1):206-217. |
[33] | 张功成, 贾庆军, 王万银, 等. 南海构造格局及其演化[J]. 地球物理学报, 2018, 61(10):4194-4215. |
[34] | 李家彪, 丁巍伟, 高金耀, 等. 南海新生代海底扩张的构造演化模式:来自高分辨率地球物理数据的新认识[J]. 地球物理学报, 2011, 54(12):3004-3015. |
[35] | 武粤, 孟小红, 刘国峰. 南海北部缘重力异常的多尺度分析及其构造讨论[J]. 现代地质, 2012, 26(6):1162-1167. |
[36] | 李淑玲, 孟小红, 郭良辉, 等. 南海重力异常特征及其显著的构造意义[J]. 现代地质, 2012, 26(6):1154-1161. |
[37] | 冯旭亮, 张功成, 王万银, 等. 基于重磁震资料的南海新生代盆地分布综合研究[J]. 地球物理学报, 2018, 61(10):4242-4254. |
[38] | 李学杰, 王哲, 姚永坚, 等. 南海成因及其演化模式探讨[J]. 中国地质, 2020, 47(5):1310-1322. |
[39] | 李文勇, 李东旭. 中国南海不同板块边缘沉积盆地构造特征[J]. 现代地质, 2006, 20(1):19-29. |
[40] |
JIAN Z, JIN H, KAMINSKI M A, et al. Discovery of the marine Eocene in the northern South China Sea[J]. National Science Review, 2019, 6(5):881-885.
DOI |
[41] | SUN Z, DING W W, ZHAO X X, et al. The latest spreading periods of the South China Sea: New constraints from macrostructure analysis of IODP Expedition 349 cores and geophysical data[J]. Journal of Geophysical Research (Solid Earth), 2019, 124(10): 9980-9998. |
[42] |
LI C F, XU X, LIN J, et al. Ages and magnetic structures of the South China Sea constrained by deep tow magnetic surveys and IODP Expedition 349[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2014, 15(12):4958-4983.
DOI URL |
[43] |
GUAN Q S, ZHANG T, TAYLOR B, et al. Ridge jump reorientation of the South China Sea revealed by high-resolution magnetic data[J]. Terra Nova, 2021, 33(5): 475-482.
DOI URL |
[44] |
SIBUET J C, YEH Y C, LEE C S. Geodynamics of the South China Sea[J]. Tectonophysics, 2016, 692:98-119.
DOI URL |
[45] | 丁航航, 丁巍伟, 张帆, 等. 南海海盆区深部结构的不对称性及控制因素[J]. 地球科学, 2021, 46(3):929-941. |
[46] | 鲁宝亮, 王万银, 赵志刚, 等. 南海深部构造特征及其地质意义:来自重磁位场反演的认识[J]. 地球物理学报, 2018, 61(10):4231-4241. |
[47] |
LARSEN H C, MOHN G, NIRRENGARTEN M, et al. Rapid transition from continental breakup to igneous oceanic crust in the South China Sea[J]. Nature Geoscience, 2018, 11(10): 782-789.
DOI |
[48] | LI J B, DING W W, LIN J, et al. Dynamic processes of the curved subduction system in Southeast Asia: A review and future perspective[J]. Earth-Science Reviews, 2021, 217: 1-15. |
[49] | 丁巍伟. 南海大陆边缘动力学:从陆缘破裂到海底扩张[J]. 地球科学, 2021, 46(3):790-800. |
[50] |
SUN Z, LIN J, QIU N, et al. The role of magmatism in thinning and breakup of the South China Sea continental margin[J]. National Science Review, 2019, 6(5):871-876.
DOI URL |
[51] |
BRUNE S, HEINE C, PETER D, et al. Rifted margin architecture and crustal rheology: Reviewing Iberia-Newfoundland, Central South Atlantic, and South China Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2017, 79: 257-281.
DOI URL |
[52] |
SONG T R, LI C F, WU S G, et al. Extensional styles of the conjugate rifted margins of the South China Sea[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2019, 177: 117-128.
DOI URL |
[53] |
ZHANG N, LI Z X. Formation of mantle “lone plumes” in the global downwelling zone—A multiscale modelling of subduction-controlled plume generation beneath the South China Sea[J]. Tectonophysics, 2018, 723: 1-13.
DOI URL |
[54] |
FRANKE D, SAVVA D, PUBELLIER M, et al. The final rifting evolution in the South China Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2014, 58: 704-720.
DOI URL |
[55] | BAI Y L, WANG X Y, DONG D D, et al. Symmetry of the South China Sea conjugate margins in a rifting, drifting and collision context[J]. Marine and Petroleum Geology, 2020, 117:1-13. |
[56] |
LI F C, SUN Z, PANG X, et al. Low-viscosity crustal layer controls the crustal architecture and thermal distribution at hyperextended margins: modeling insight and application to the Northern South China Sea margin[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2019, 20(7): 3248-3267.
DOI URL |
[57] |
MORESI L, DUFOUR F, MÜHLHAUS H B. A Lagrangian integration point finite element method for large deformation modeling of viscoelastic geomaterials[J]. Journal of Computational Physics, 2003, 184(2):476-497.
DOI URL |
[58] |
BEUCHER R, MORESI L, GIORDANI J, et al. UW Geodynamics: A teaching and research tool for numerical geodynamic modelling[J]. The Journal of Open Source Software, 2019, 4:1136.
DOI URL |
[59] | LI Y Q, ABBAS A, LI C F, et al. Numerical modeling of failed rifts in the northern South China Sea margin: implications for continental rifting and breakup[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2020, 199: 1-15. |
[60] |
刘见宝, 孙珍, 王振峰, 等. 南海北部新生代构造应力反演及其动力学背景探讨[J]. 热带海洋学报, 2018, 37(2):63-71.
DOI |
[61] | 孙珍, 孙龙涛, 周蒂, 等. 南海岩石圈破裂方式与扩张过程的三维物理模拟[J]. 地球科学, 2009, 34(3):435-447. |
[62] |
HUANG H B, QIU X L, PICHOT T, et al. Seismic structure of the northwestern margin of the South China Sea: implication for asymmetric continental extension[J]. Geophysical Journal International, 2019, 218(2):1246-1261.
DOI URL |
[63] | 关成尧, 赵国春, 张厚和, 等. 南海成因模式述评[J]. 科学技术与工程, 2020, 20(7):2515-2527. |
[64] | 方念乔. 关于“海陆对比”研究的若干实践和思考[J]. 现代地质, 2022, 36(1):1-13. |
[65] | 林间, 孙珍, 李家彪, 等. 南海成因:岩石圈破裂与俯冲带相互作用新认识[J]. 科技导报, 2020, 38(18):35-39. |
[66] | MI Q, LEI J, DU M, et al. Pn anisotropic tomography and mantle dynamics underneath the South China Sea and surrounding areas[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2021, 214(1):1-13. |
[67] | 冯常茂, 王后金, 解习农, 等. 南海南、北大陆边缘盆地烃源岩热演化差异及成因分析[J]. 现代地质, 2015, 29(1):97-108. |
[1] | 宋清, 孙盼科, 相金元, 田发金, 吕凤清, 贾浪波, 姜世一, 沈宇豪, 徐怀民, 张林, 何太洪, 方向阳. 鄂尔多斯盆地苏里格东二区走滑断裂结构特征及其对流体分布的控制作用[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1110-1122. |
[2] | 彭红明, 王占巍, 罗银飞, 袁有靖, 王万平. 基于地下水数值模拟的布哈河流域地下水可开采资源量评价[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 943-953. |
[3] | 聂琼, 聂治豹, 陈剑, 丁士君, 吴赛儿, 李多, 葛润泽, 陈瑞琛. 北京市门头沟区达摩沟泥石流发育特征与危险性评价[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 1013-1022. |
[4] | 王鹏, 张宇飞, 杨丽丽, 杨双涛, 王芳, 万照飞, 贾昔东, 魏一冰, 姜宏宇, 王永君. 冀中坳陷束鹿凹陷潜山分类与成藏模式[J]. 现代地质, 2022, 36(05): 1230-1241. |
[5] | 南天, 曹文庚, 王卓然, 张娟娟, 张栋. 利用趋势化随机参数场的地下水流数值模拟优化方法[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 591-601. |
[6] | 杨峰田, 石宇佳, 李文庆. 基于水文地球化学特征的辽宁丹东地区地热水成因模式研究[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 474-483. |
[7] | 胡景宏, 陈琦, 余国义, 吕杨. 致密油藏压裂双水平井参数优化研究[J]. 现代地质, 2021, 35(06): 1880-1890. |
[8] | 卢丽, 陈余道, 代俊鸽, 王喆, 邹胜章, 樊连杰, 林永生, 周长松. 四川昭觉竹核温泉水文地球化学特征及成因[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 703-710. |
[9] | 张卢明, 杨东, 周勇, 刘鹏. 震后深切拉槽型泥石流成因模式、暴发特点与防治:以四川九寨沟牙扎沟为例[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 744-752. |
[10] | 雷涵, 黄文辉, 孙启隆, 车青松. 鄂尔多斯盆地南部奥陶系马五段去白云石化成因及模式[J]. 现代地质, 2021, 35(02): 378-387. |
[11] | 权雪瑞, 黄靥欢, 刘春, 郭长宝. 川藏铁路线V形深切河谷地形地震放大效应数值模拟[J]. 现代地质, 2021, 35(01): 38-46. |
[12] | 赵志宏, 徐浩然, 刘峰, 魏帅超, 张薇, 王贵玲. 川藏铁路折多山段隧道温度场与热害初步预测[J]. 现代地质, 2021, 35(01): 180-187. |
[13] | 张春潮, 李向全, 马剑飞, 付昌昌, 白占学. 基于水化学及稳定同位素的西藏察雅地下热水成因研究[J]. 现代地质, 2021, 35(01): 199-208. |
[14] | 王欢, 马立元, 罗清清, 陈纯芳, 韩波, 李超, 郑晓薇. 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区上古生界地层压力演化研究[J]. 现代地质, 2020, 34(06): 1166-1180. |
[15] | 张超, 张宇飞, 孙莹洁, 姚亚辉. 山西阳泉矿区刘村采煤塌陷机理及数值模拟[J]. 现代地质, 2020, 34(02): 289-296. |
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