南海是西太平洋面積最大的邊緣海,中生代以來受特提斯構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域的聯(lián)合影響,經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)作用,演化歷史復(fù)雜。南海海盆周緣為不同性質(zhì)的斷裂和構(gòu)造邊界所圍限,形成不同性質(zhì)的構(gòu)造邊緣。其中,北部陸緣是南海地區(qū)四大構(gòu)造邊界之一,新生代屬于離散型大陸邊緣,其內(nèi)部蘊含著大陸張裂到海底擴張的豐富地質(zhì)信息,是進行邊緣海構(gòu)造演化研究的理想場所。由于,新生代處于歐亞板塊、印度-澳大利亞板塊和菲律賓海板塊三大板塊交匯接合、復(fù)合影響的特殊構(gòu)造位置,南海北部形成了構(gòu)造隆起、斷陷盆地、海底峽谷、海山和海山鏈、海盆和海溝的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造和豐富地貌現(xiàn)象以及陸殼、過渡地殼和洋殼的三重地殼結(jié)構(gòu),陸與洋交互作用,地質(zhì)內(nèi)涵豐富,一直以來深受國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界的廣泛關(guān)注。前人對南海北部的研究已取得許多優(yōu)秀的成果,但是由于南海地質(zhì)問題的復(fù)雜性及受到調(diào)查手段、研究思路、研究程度等限制,許多地質(zhì)問題仍存在爭議。例如,南海北部陸緣新生代基底構(gòu)造,主動大陸邊緣向被動大陸邊緣轉(zhuǎn)變的應(yīng)力機制,新生代陸緣張裂和海底擴張的多期次、多方向轉(zhuǎn)換方式,以及裂后新構(gòu)造運動特征及其地貌響應(yīng)、資源環(huán)境效應(yīng)等一系列問題,都有待進一步深入研究。海底地貌是構(gòu)造的最直接、最準確的形態(tài)標志,可指示大地構(gòu)造屬性和地球動力特征。論文利用近期的高精度全覆蓋多波束海底地形資料,開展南海北部構(gòu)造地貌研究,通過地貌的分區(qū)、分級和小波多尺度分解,分析南海北部新生代海底多期次、多方向擴張?zhí)卣?厘定斷裂構(gòu)造、構(gòu)造沉降、火山巖漿活動和熱事件、擠壓作用等不同類型構(gòu)造運動在海底地貌形成和演變過程中扮演的角色和作用方式,揭示地貌變化背后隱藏的構(gòu)造信息,闡述南海北部新生代構(gòu)造應(yīng)力場轉(zhuǎn)換機制及其控制下的地殼運動特征。論文具體開展了以下幾方面的研究,取得了相應(yīng)的進展：第一,對20世紀90年代以來國家專項在南海北部采集的多波束全覆蓋海底地形資料進行了系統(tǒng)的梳理,對該批寶貴歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)校正和整編基礎(chǔ)上,采用總傳播誤差濾波算法對測量噪聲進行自動剔除,通過誤差限定與距離限定、水深與誤差聯(lián)合估計、密度大原則或鄰域原則網(wǎng)格節(jié)點最佳估計等一系列技術(shù)環(huán)節(jié),構(gòu)建了南海北部高分辨率海底地形模型。與傳統(tǒng)方法相比,多波束數(shù)據(jù)處理效率提高4倍,海底地形細節(jié)特征刻畫效果明顯改善。例如,在東沙陸坡識別出圓錐形海底火山及火山口結(jié)構(gòu),依據(jù)最新國際海底地名命名規(guī)則將其命名為鶴立海山；精確地刻畫了東沙島西側(cè)惠東一北衛(wèi)灘斷裂帶活動特征、九龍海底峽谷、九龍海山、下陸坡海山鏈等一系列海底地貌。第二,利用最新構(gòu)建的高分辨率海底地形模型以及新生代沉積厚度、Moho面深度等資料,求取了南海北部簡單剩余地形、結(jié)晶地殼厚度,進行新生代地殼拉張因子分析。結(jié)果表明,南海北部由陸架向海盆方向基底呈現(xiàn)隆-凹相間結(jié)構(gòu)；地殼厚度階梯狀減薄、Moho面逐漸抬升,地殼減薄與Moho面上涌呈現(xiàn)鏡像關(guān)系；地殼拉張因子值由陸架邊緣的1.5增加至海盆邊緣的3.5,呈現(xiàn)由NW向SE逐漸增大的趨勢。上述結(jié)果支持,在區(qū)域整體構(gòu)造背景下,南海北部陸緣在碰撞拼貼之后的中生代末期,構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生松弛,陸緣伸展張裂、地殼強烈拉張減薄,陸緣裂解、離散、漂移呈現(xiàn)由NW向SE單向流動趨勢的認識。第三,在總傳播誤差法對多波束地形資料精細處理和海底地形模型構(gòu)建基礎(chǔ)上,采用小波進行海底地貌多尺度分解,逐級實現(xiàn)了5階逼近與細節(jié)分析。大尺度地貌分界線和構(gòu)造線追蹤、走向統(tǒng)計結(jié)果顯示,南海北部地貌走向集中在三個優(yōu)勢方向上,分別為EW向、NE向和NW向。其中,EW走向地貌占26.7%,主要分布在白云凹陷、西北海盆、西沙海槽及南北兩側(cè)地區(qū),表現(xiàn)為EW向線性排列的地貌單元和結(jié)構(gòu)；NE走向地貌占30.3%,主要分布在東沙陸坡,表現(xiàn)為NE走向的中、下陸坡及其上的海底山脈,在東部海盆則主要表現(xiàn)為由海底擴張而形成的NE向海山鏈；NW走向地貌占43.0%,主要分布在白云陸坡和九龍礁陸坡,主要地貌類型為海底峽谷,一系列斷裂構(gòu)造亦呈NW向展布。應(yīng)力分析表明,南海北部在中生代末期陸緣伸展張裂、地殼拉張減薄基礎(chǔ)上,新生代經(jīng)歷3期構(gòu)造應(yīng)力場作用,產(chǎn)生3次不同方向的地殼運動。其中,新生代早期經(jīng)歷一次SN向張性構(gòu)造應(yīng)力場的作用,引起SN向的海底擴張,形成西北海盆及附近地區(qū)EW走向的地貌單元；晚期海底擴張方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),由初次擴張的SN向轉(zhuǎn)變?yōu)镹W-SE向,形成東沙陸坡及東部海盆NE(NEE)走向的地貌;中中新世南海北部陸緣遭受階段性的擠壓作用,地層中形成褶皺、逆斷層、背斜等一系列壓性構(gòu)造,高屏斜坡、馬尼拉海溝一側(cè)海底表面形成拱起、擠壓堆疊狀地貌,構(gòu)造應(yīng)力場方向為NW向,其動力來源于菲律賓海板塊相對于歐亞板塊的NW向擠壓運動�？傮w上,南海北部新生代構(gòu)造應(yīng)力場先后歷經(jīng)SN向、NW-SE向、NW向三個方向的遞次轉(zhuǎn)換,應(yīng)力軸方向發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn),應(yīng)力性質(zhì)由拉張轉(zhuǎn)換為階段性擠壓。第四,中尺度將南海北部陸坡劃分為白云陸坡、東沙陸坡和九龍礁陸坡三段。開展地貌走向、寬度、高度、坡度等定量分析,結(jié)合地震剖面進行地質(zhì)界面識別、斷裂和巖漿活動分析。結(jié)果表明,受斷裂構(gòu)造、構(gòu)造沉降、火山巖漿活動和熱事件等不同類型構(gòu)造運動影響,白云陸坡、東沙陸坡、九龍礁陸坡在地貌走向、類型、海底地勢方面存在顯著差異。白云陸坡走向近EW,東沙陸坡和九龍礁陸坡走向NE;白云陸坡和九龍礁陸坡海底峽谷系統(tǒng)發(fā)育,東沙陸坡海底峽谷不發(fā)育,但東沙中、下陸坡發(fā)育大規(guī)模海山和海山鏈；東沙地區(qū)地勢高,白云凹陷和九龍海底峽谷地區(qū)構(gòu)造沉降顯著。受不同類型新構(gòu)造活動的主導(dǎo),南海北部三段陸坡形成各異的海底地貌,地殼運動的差異性決定了白云陸坡、東沙陸坡和九龍礁陸坡三段地貌形態(tài)和類型的差異性。其中,惠東-北衛(wèi)灘斷裂帶(F6)、汕頭-臺西南斷裂帶(F10)和陽江-一統(tǒng)暗沙斷裂帶(F11)等NW向斷裂構(gòu)造在陸緣張裂之后的T2期間強烈活動,造就典型的斷層構(gòu)造地貌,包括斷層崖、斷階、海底峽谷等：同時,斷裂活動造成兩側(cè)塊體差異升降,其中F6和F10斷裂帶夾持的東沙地區(qū)構(gòu)造抬升,形成隆起,F6和F11斷裂帶限制的白云凹陷進一步斷陷沉降,F10斷裂帶所控的九龍地區(qū)沉降明顯,陸坡形成大型海底峽谷。構(gòu)造沉降作用在白云地區(qū)形成構(gòu)造臺地、階地和斷陷盆地在內(nèi)的地貌組合。白云凹陷南北兩側(cè)深大斷裂自張裂初期(Tg)至裂陷期末(T6)多次強烈活動,造成白云凹陷多幕式沉降。白云凹陷東西兩側(cè)的F6和F11斷裂帶在晚新生代T2期間的強烈活動則引起白云凹陷進一步構(gòu)造沉降。白云凹陷四周為斷裂帶所圍限,成為斷陷盆地的中心。南海北部陸坡分布眾多海山和海山鏈,部分海山和頂部火山口形態(tài)完整,時代較新。其中,東沙陸坡發(fā)育鶴立海山和NE(NEE)向線性排列的海山鏈,惠東-北衛(wèi)灘斷裂帶(F6)上發(fā)育南、北衛(wèi)灘和團島山,汕頭-臺西南斷裂帶(F1O)上發(fā)育九龍海山,陽江-一統(tǒng)暗沙斷裂帶(F11)上發(fā)育一統(tǒng)暗沙隆起(火山),地震剖面和地?zé)岱治霰砻魃鲜龌鹕綆r漿構(gòu)造形成于晚中新世(T2),南海北部陸緣裂后火山巖漿活動和熱事件發(fā)育。從空間位置看,南海北部新生代晚期火山巖漿活動與NW向斷裂構(gòu)造具有相互伴生的現(xiàn)象。同時,NW向斷裂構(gòu)造的強烈活動造成兩側(cè)塊體差異升降,另外在NW向斷裂帶上海底侵蝕、切割,形成峽谷系統(tǒng)。NW向斷裂構(gòu)造成為晚新生代控制南海北部隆起與凹陷分布和地貌演變的重要因素。第五,通過小尺度海底地貌指紋識別和精細地層剖面判讀,在南海北部白云陸坡發(fā)現(xiàn)一系列異常地貌和地層結(jié)構(gòu)。其中,在淺地層剖面PO上發(fā)現(xiàn)丘狀體、淺部斷層以及由連續(xù)強反射層、聲空白補丁、局部增強反射和聲空白帶組成的淺部含氣帶；單道地震剖面P2上發(fā)現(xiàn)海底麻坑、氣體滲漏柱、褶皺、模擬海底反射(BSR,Bottom Simulating Reflector)等結(jié)構(gòu)。BSR位于我國首次在此地區(qū)鉆取的天然氣水合物樣品之下,判斷其為水合物穩(wěn)定帶底界。大范圍海底麻坑、氣體滲漏柱、丘狀體表明白云陸坡存在海底流體滲漏作用。長距離BSR、褶皺、淺部含氣帶證實沉積層中蘊藏著天然氣水合物。依據(jù)ODP1148站地層厚度、沉積速率、測年資料進行地層年代劃分,識別出漸新世、中新世等界面。BSR、褶皺、淺部含氣帶位于晚中新世至上新世地層,時間為12-2.6Ma,上述地層成為天然氣水合物成藏的有利層位。中生代末期南海北部陸緣性質(zhì)轉(zhuǎn)變,巖石圈伸展張裂,晚始新世至早漸新世白云地區(qū)進入裂陷期,開始斷陷沉降,南海事件、白云事件形成發(fā)達的斷裂體系,白云凹陷南北兩側(cè)深大斷裂多次強烈活動,引起多幕沉降,白云凹陷成為斷陷盆地中心,沉積厚度大,特別是中新世至上新世沉積速率高,鉆井資料顯示沉積速率達400-1400m/Ma,構(gòu)造沉降和快速沉積成為天然氣水合物形成的有利條件。中中新世菲律賓海板塊相對于歐亞板塊的NW向運動,又促使南海北部陸緣遭受階段性擠壓,形成褶皺、逆斷層、背斜等一系列壓性構(gòu)造,同時NW向斷裂構(gòu)造強烈活動,例如白云凹陷兩側(cè)的F6、F11斷裂帶,斷裂和擠壓褶皺構(gòu)造成為良好的流體疏導(dǎo)體系和儲集結(jié)構(gòu),南海北部白云陸坡具備了天然氣水合物形成和儲藏的有利條件。斷裂活動、熱事件等局部構(gòu)造運動引起水合物分解、排泄,在海底表面形成特有的地貌和地層結(jié)構(gòu),成為水合物識別的重要標志。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P737.2;P618.13

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何義斌,吳書幫,謝洪燕,趙建虎;多波束異常測深數(shù)據(jù)檢測方法實踐[J];測繪科學(xué);2004年01期

2 邵磊;龐雄;喬培軍;陳長民;李前裕;苗衛(wèi)良;;珠江口盆地的沉積充填與珠江的形成演變[J];沉積學(xué)報;2008年02期

3 葛倩;王家生;向華;胡高偉;;南海天然氣水合物穩(wěn)定帶厚度及資源量估算[J];地球科學(xué);2006年02期

4 邵磊;龐雄;張功成;喬培軍;李前裕;韋剛健;吳夢霜;;南海北部漸新世末的構(gòu)造事件[J];地球科學(xué)(中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報);2009年05期

5 吳招才;高金耀;趙俐紅;張濤;楊春國;王健;;南海北部陸緣的磁異常特征及居里面深度[J];地球科學(xué)(中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報);2010年06期

6 孫珍,龐雄,鐘志洪,周蒂,陳長民,郝滬軍,何敏,黃春菊,許鶴華;珠江口盆地白云凹陷新生代構(gòu)造演化動力學(xué)[J];地學(xué)前緣;2005年04期

7 楊宇山,李媛媛,劉天佑,林家輝,付家燦,張建新;小波細節(jié)的微分特征及其在重力場斷裂分析中的應(yīng)用[J];地質(zhì)與勘探;2003年01期

8 劉安;武國忠;吳世敏;;南海東北部下地殼高速層的成因探討[J];地質(zhì)論評;2008年05期

9 丁巍偉;黎明碧;何敏;唐勇;方銀霞;;南海中北部陸架-陸坡區(qū)新生代構(gòu)造-沉積演化[J];高校地質(zhì)學(xué)報;2009年03期

10 王慮遠;徐振中;陳世悅;楊淑卿;馬在田;;天然氣水合物的識別標志及研究進展[J];海洋通報;2006年02期

本文編號：2821426