南海西北部西沙隆起区地壳结构与演化及其对深部岩浆作用的启示

The Xisha uplift region, which located in the confluence of northern rifted continental margin and western strike-slipped continental margin of the South China Sea (SCS), experienced interaction of rifting and seafloor spreading of the SCS and strike-slipping of the Ailao Shan-Red River Fault zone and recorded key information on tectonic evolution of the SCS margins. Therefore, the evolution of Xisha uplift region is not only important for studying the tectonic evolution and magmatic activities of the SCS and extending of the Ailao Shan-Red River Fault zone, but also it is very practical to explore oil and gas resources in Xisha sea area. However, the crustal structures and detailed structural deformation characteristics in this region are still not completely uncovered. The deep magmatism and failed formation of the lower crust high velocity layer here have not deeply studied yet. Based on seismic reflection data, combining drilled well and logging data and gravity anomaly, this study will well depict the detailed structural deformation through seismic interpretation and clearly detect extending downward of basin-bounding faults and deep magmatic activities according to deep multi-channel seismic reflection information. Besides, the tectonic evolution, lithospheric structures and extensional characteristics of Xisha uplift region will be quantitatively and deeply analyzed by using quantitative modeling and gravity-seismic integrated modeling techniques. And then, this study will discuss the dynamics of faulting and magmatism, find why there is no lower crust high velocity layer developed and finally establish the evolution mode of Xisha uplift region.

西沙隆起区位于南海北部张裂陆缘与西部走滑陆缘的交汇区域，经历了南海张裂、海底扩张和哀牢山-红河断裂带走滑等多重作用影响，记录了南海陆缘构造演化的关键信息。因此，其形成演化对于研究南海构造演化、岩浆活动和哀牢山-红河断裂带的延伸等具有重要的科学意义，对于西沙海域油气勘探也具有重要的应用价值。但是目前对研究区地壳结构和构造特征的精细刻画还不详细，对研究区深部岩浆作用机制以及未发育下地壳高速层等科学问题尚未进行深入研究。本项目基于覆盖西沙隆起区的地震反射资料，结合钻测井资料和重力异常数据，通过地震资料解释，精细刻画研究区构造变形特征；根据地震剖面深部反射信息，查明深大断裂向下延伸和深部岩浆活动情况；运用定量模拟和重震联合模拟技术，定量描述研究区的构造演化，剖析其岩石圈结构和伸展特征，探讨研究区断裂构造和岩浆活动的动力学机制，建立西沙隆起区的形成演化模式。

西沙隆起区位于南海西北部被动陆缘与西部走滑陆缘交汇区域，位置十分特殊，与位于南海东北部被动陆缘的东沙隆起有着迥异的地壳结构和构造、岩浆活动特征。本项目主要基于多道地震反射剖面、重力异常和多波束地形数据，结合钻测井资料，厘定出了Tg、T70、T60、T50、T40、T30和T20等7个代表研究区地层发育的关键层位，系统分析了研究区的断裂展布、岩浆活动、地壳结构与构造演化。结果表明，在剖面上基底铲式正断层主要在T60或者T50附近终止，少量在T30附近终止，在平面上基底断裂以东西向和北东-南西向为主延伸；新生代岩浆岩体以火山为主，也囊括了大量的侵入体和火成岩席，主要沿断裂展布，主活动期在5.5−2.6Ma。西沙隆起与邻区凹陷的构造沉降量存在很大的差异，裂陷期强烈的基底块断作用形成了隆凹格局的雏形，西沙隆起区构造沉降量较小，中新世（23.3Ma）以后开始热沉降从而进入了较为稳定的沉降和沉积状态，上新世（5.5Ma）以来构造沉降再次加速，对应了哀牢山-红河走滑断裂带左旋转右旋活动。重震联合模拟表明西沙隆起区莫霍面的位置为20−25km，地壳拉伸系数主要在1.2−1.6之间。层析成像结果显示西沙隆起区及邻区地壳之下不存在地幔柱形态的低速异常体，而是隆起周边地壳之下100−400km深的上地幔中存在明显的团状或条带状低速异常。通过与东沙隆起对比研究，本项目认为西沙隆起区深部岩浆源于岩石圈和软流圈地幔的减压熔融，南海地区的张裂和哀牢山-红河断裂带及南海西缘断裂（越东断裂）的走滑双重作用于研究区，导致了该地区基底的破碎和深大断裂的形成，这些破碎带和深大断裂一起为上涌的岩浆物质提供了充足的、便利的通道，从而在海底扩张之后造成西沙隆起区及邻区发生强烈的岩浆活动特别是火山活动，从而没有在地壳之下形成下地壳高速层。本项目的成果对研究整个南海的形成演化具有重要的科学价值，对西沙海域常规油气和水合物的资源勘探也具有重要的社会经济意义。