南沙群岛区域地质地貌与古海洋[*]，本文主要内容关键词为：南沙群岛论文,地貌论文,地质论文,海洋论文,区域论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
提要 本文论述了南沙群岛海底地形、海底沉积物、区域地质、珊瑚礁地质地貌和区域古海洋。
关键词 南沙群岛 地质 地貌 古海洋
1 海底地形
南沙群岛海底地形总的特点为一由南向北级降的3级阶梯地形[1,2]（图1）。第1级为南海南部大陆架（巽他陆架），水深150m以浅。第2级为南沙台阶，水深1500～2500m，NW向宽500～520km，NE向长约1000km，台阶面上兀立众多高达2000m的珊瑚礁，礁间还有一系列水深2500～3000m的槽谷；台阶面内缘折线以上至大陆架外缘，为水深约150～2500m的上陆坡，台阶面外缘折线以下，为水深约2500～4000m的下陆坡，下连深海平原。第3级即南海中央海盆深海平原，水深4000m左右。区内地势反差很大。南沙群岛北缘双子群礁向西北水平距离32km，高差达4000m，可想像其极为雄伟壮观。南沙群岛主体所在的南沙台阶，是一座高出深海平原1500～2500m的海底高原。据统计，南沙海底的大陆架面积占17.2%，大陆坡（包括上陆坡、南沙台阶和下陆坡）面积逾60万km[2]，占77.6%，深海盆地面积占5.2%。区内海山、海丘和暗礁密布，地形复杂，我队在考察过程中常有新的发现。
南部大陆架宽广平坦，坡度1′～2′30＂，一般为1′30＂，外缘水深130～150m。陆架面上普遍有—20m，-42～-47m，-55～-60m和其他几级阶地，还有源于周围陆地的冰期低海面时期的古河谷系，中南半岛的湄公河、加里曼丹岛的卢帕尔河、拉让河和巴兰河等的古三角洲在陆架上复合。尚有一些未被完全充填的古河谷段落，相对深若干米[1]。水深50m，以深的外陆架为古海滨残留砂沉积和古海岸沙丘堆积[3]地形，略有起伏。还有几群水下礁丘。我国的北康暗沙、南康暗沙和曾母暗沙[4]等3群20多座水下珊瑚礁丘匍伏在那里。
图1 南海南部114°20′E地形断面
Fig.1 Bottom profile at 114°20′E in southern South China Sea
南部大陆坡的上陆坡沿南沙海槽南侧平行展布，走向NE，长达1200km。一般坡度2～3°。处在南沙海槽东北段巴拉望岛西侧岛架外的大陆坡，以20°的急坡从水深100m直下到2900m。上陆坡间有珊瑚礁地形。
南沙台阶面上林立着海山、暗礁、明礁和灰沙岛，为南沙群岛主体所在。明礁和灰沙岛均是现代珊瑚礁堆积。南沙台阶周围被大断裂围限，造成巨大的槽谷，其东南侧为南沙海槽，西北侧暂名为南沙西海槽。南沙海槽介于加里曼丹岛东北部和巴拉望岛岛架、南海南部上陆坡与南沙台阶之间，NE向展布，槽形规整，长约700km，宽60～90km，水深大部分为2800～2900m，槽底平坦，其东北端水深逐渐变浅至1650m，通过礼乐滩东北边的暂名南沙东海谷落入南海中央海盆。该海槽中有4处水深超过3000m的深潭，最深在中段司令礁东南，达3292m。槽底和槽边坡偶有海山，如海马滩东面25km的山顶水深为350m的海山，与海底相对高差为1130m，陡坡，重磁异常为尖峰状高值异常，可能是海底火山①。又如碎浪暗沙，水深82m，其西北坡直下3123m的深潭，高差达3041m[5]。南沙西海槽是南海中央海盆的西南海盆向西南延展和变浅部分，全长225km，水深1600～3700m。实测该海槽西南端以高差445m、坡度1°30′的陡坎与大陆坡连接。海槽坡上有少数海丘，相对高度超过600m[5]。岛礁间纵横交错的槽谷切割南沙台阶。南沙群岛中部主要有3条海谷：1条从永暑礁北边起呈NW-SE方向横贯中部的南华水道，长400km，宽60～100km，深2000～2900m；1条自大渊滩西边大体沿115°E纵穿北部的中央水道，长250km以上，宽60～100km，深2200～3000m；1条自永暑礁东边大体沿113°E呈NNE向纵穿南部的暂名华阳水道，长300km，宽30～60km，深2000～2500m。这些水道槽底崎岖不平，散布着由礁灰岩或火山岩构成的海山和海丘。由于它深宽，是航海上“危险地带”中的安全水道，船只白天通行无阻，晚上还可漂泊。这3条水道把南沙群岛分为4组：东北组（仙娥礁、马欢岛、费信岛和礼乐滩等）、西北组（双子群礁、中业群礁、西月岛、郑和群礁和九章群礁等）、东南组（六门礁、安波沙洲、安渡滩、南通礁等）和西南组（永暑礁、尹庆群礁、南威岛、南薇滩和万安滩等）。
南海南部大陆坡的下陆坡即南沙台阶的外缘，它从南沙群岛向北面深海平原方向短距离内急剧下降，坡度很陡，一般为5°～17°。
深海平原深3800～4200m，散布一些不很高的海山。据地球物理探测和采样，海山和海丘由晚中新世和上新世玄武岩构成，部分可能附有古生物礁。
2 海底表层沉积物
海底不同地貌单元的陆源碎屑、生物和化学的沉积作用及沉积物有差异，概括如下（表1）：
陆源碎屑成因的近岸现代陆源泥以及近岸现代陆源粉砂和泥，分布在水深0～50m的内陆架。陆源浅海（古海滨）残留砂则分布在水深50～200m的外陆架。生物源成因的浅水造礁石珊瑚、钙质藻和软体动物骨壳及其碎屑砂砾，分布在水深0～400m的岛礁与暗沙坡面上。生物源成因的半深海—深海钙质泥，主要为有孔虫碎屑，分布于水深1000～3000m的陆坡、台阶和槽谷中。生物源成因的深海硅质泥，为硅质生物遗壳，分布于水深＞4000的深海盆中。
表1 南沙群岛海底表层沉积
Tab.1 Bottom sediments of Nansha Islands scas
注：据文献[3]资料编制。
3 区域地质
本区地处太平洋板块、印度—澳大利亚板块和欧亚板块的交汇带。区内各种断裂构造很发育，有岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂，大多呈NE或NW向展布，部分纬向或经向断续延伸。区域构造区划（图2），自北而南分为南海中央海盆断扩区，南沙断阶区和曾母地堑带，海底地形的3级台阶正是这3个构造区的反映。南沙群岛主体的地质构造是南沙断阶，南部陆架和部分上陆坡的地质构造是曾母地堑带[1]。
图2 南沙群岛及其邻近区域的构造区划
Fig.2 Tectonic division in southern South China Sea
南沙断阶是新生代从南海北部的中沙群岛和西沙群岛附近的华南陆块中拉张出来的微陆块的重要部分。该陆块称为南沙地块，周边大部分被大的断裂所围限，但南边是与加里曼丹晚古生代地块的聚敛边界。南沙地块包括北部岛礁（南沙群岛主体）隆起区、中部差异沉降带（南沙海槽和曾母拗陷）和南部碰撞推覆带（加里曼丹岛拉姜—克罗碰撞带）。南沙海槽为加里曼丹地块向南沙地块的主动推覆。南沙地块地壳厚度17～26km，是个自北向南减薄的陆壳②南沙断阶展布长轴为NE向，基底为古生代和中生代的变质岩和沉积岩，以及中生代的岩浆岩，还可能有更晚的岩浆活动。NW向南华水道断裂将南沙断阶分割成东北和西南两块，近经向的中央水道和华阳水道的断裂又分别将这两块再一分为二，结果南沙断阶分为东北部礼乐断块盆地、西北部太平断隆、东南部南华断块盆地和西南部尹庆断隆等4个次级构造单元。推算礼乐断块盆地新生代沉积层厚度为4000m[6]。礼乐滩东南盆地发育于前上新世，有上新统、下更新统、中上更新统和全新统4套沉积层[3]。礼乐滩从晚渐新世中期至现在为生物礁灰岩，其下为夹褐色煤层砂页岩和粉砂岩、砂岩、集块岩和砾岩，下伏古生界地层。下始新统三角洲砂岩含天然气[7]。太平断隆有一系列雁行式排列的NE向弧形断裂等距分布，弧形凸向东南，形成一系列NE向断凸和断凹相间排列的构造格局。大型环礁（群礁）和岛屿分布受断凸构造制约，按NE向雁行排列，整齐有序，自北而南依次为双子群礁、中业群礁、道明群礁、郑和群礁和九章群礁等。磁性基底埋深不大于2km，第三系沉积层厚约2km。南华断块盆地也有一系列NE向相间排列的断凸和断凹，盆地等三系沉积厚度3～4km，其中毕生礁、南华礁和司令礁的基底为火山岩。尹庆断隆里的NE向相间排列的断凸和断凹，使以断凸为基础的岛（南威岛）和礁（如尹庆群礁、永暑礁等）亦呈NE向排列。南薇滩附近磁性基底埋深2～3km，新生界沉积厚度1～3km[2]。
曾母地堑带向南弧形弯曲，新生界最大厚度可达8～9km，主要为三角洲相和海陆交互相的砂页岩，以及浅海相的碳酸盐沉积，富含烃类物质。该带在陆架上分多个次级构造的断隆和断堑，其中分布在南康暗沙至曾母暗沙一带的曾母断堑盆地，呈向南突出马蹄形，第三系沉积厚度达8km，主要生油层为中新世早期与渐新世的含煤砂泥岩，富含有机质的粘土岩，储油气层主要是中新世中期的砂岩与礁灰岩，盖层是上新世泥岩[1]。处于曾母地堑带西翼的万安西盆地，也储藏油气资源。
4 珊瑚礁地质地貌
南沙群岛尚未发现非生物岛礁。低潮时可出露的明礁均已见诸海图和地形图上了，水下暗礁尚未查清。卫片解译指出东北部五方礁西北面和西南面各有1处疑存礁体[2]，忠孝滩和棕滩之间有2处未被命名的礁体[5]，南部南康暗沙尚有4个礁体，北康暗沙也有多个礁体均未予命名[5]。我们以一个环礁或台礁为一个统计单位，初步统计有明礁51座，暗礁60多座，明礁上还有灰沙岛23个。区内珊瑚礁大部分兀立在南沙台阶上，小部分匍伏在陆架上，还有一些分布在上陆坡和槽谷坡上。
前已述及，曾母断堑盆地有埋藏的中新世中期礁灰岩，裸露的珊瑚礁以礼乐滩Sampaguita-1井揭示的礁史最长久，井深0～2164m全是生物礁灰岩，从现在追溯到晚渐新世中期，距今约27Ma。永暑礁礁坪“南永1井”全采芯钻探，总进尺152.07m，建立了早更新世晚期以来的地层表[8,9]。1994年我队在永暑礁人工岛实施了“南永2井”全采芯钻探工程，总进尺413.69m，已钻入第三系，岩芯除顶部为松散的珊瑚骨壳碎屑外，全是生物礁灰岩，正在进行分析研究。
南沙群岛的珊瑚礁类型，主要为环礁，其次为台礁和水下礁丘。若干礁镯（小环礁）按一定的几何形态共同围圈一个深水潟湖，组成一个有统一礁座的大环礁（群礁），如太平岛、南薰礁、鸿庥岛和安达礁等组成的郑和群礁，面积超过1000km[2]。暗礁中有一部分为水下环礁，如礼乐滩。礼乐滩NNE向长143km，NWW向宽62km，礁顶面积7000km[2]，礁缘有水深18～27m、宽约1km的礁坪，礁湖水深70～90m，内有无数深浅不一的点礁[2]。其走向、面积和沉溺形态堪与隔海盆的中沙群岛对称。我们采用环礁发育指数[1]将环礁划分为开放型（如永暑礁）、半开放型（如五方礁）、准封闭型（如美济礁）、封闭型（如渚碧礁）和台礁化型（如华阳礁）[10]。这些类型也反映了礁顶上潟湖衰亡过程的几个阶段。台礁可看作是台礁化的环礁（又如半路礁）。水下台礁如石盘仔。礁丘匍伏在陆架和上陆坡，如曾母暗沙。陆架礁丘高程（水深）在第四纪海面振荡范围内，该是冰后期海侵时形成的。此外，上陆坡和谷坡上可能存在塔礁。
环礁地貌——现代沉积相带自海向潟湖可划分为：(1)向海坡相带，陡峻，由原生礁构成，水深30m以浅珊瑚丛生；(2)礁坪相带，凹凸不平，相对平坦，低潮部分出露，各种生物碎屑大小混杂，但粒径大体由海向潟湖变细，多被藻类粘结；潟湖相带沉积生物碎屑粒径由湖坡向湖心变细；(4)潟湖口潮汐通道，流急，一般无碎屑沉积，周界为礁岩和活珊瑚丛，无潮汐三角洲[1,10]。
冰后期永暑礁海平面上涨平均速度为10.2mm/a，同礁格架支柱珊瑚的实测的一般成长率相当，所以发育成明礁。许多明礁上的巨砾的[14]C年龄都在距今5000a内，尤以距今1000a的为多[2]，未发现矿物转化现象。明礁礁坪是全新世中期海面上涨至最高以来形成的。一些礁坪上已陆续被风暴潮和大浪堆积成砂砾洲，处于潮上带，但沙体小，堆积物粗，缺地下淡水和植物，地形易变，为裸沙洲，如信义礁东部礁坪上的小砂砾洲[5]。待沙洲规模变大，可积存少量地下水，始长草类和灌木，地形相对稳定，为草被灌丛沙洲，如敦谦沙洲。风力加积的风沙层增厚，形成较高爽的沙堤和堤内较低的洼地，由于季风交替和四面受风，形成周高中低的碟形洼地，并在海滩上形成海滩岩，而沙堤和洼地下形成淡水透镜体，乔木生长，地形稳定，终于成为灰沙岛，如太平岛[11]等。南沙群岛灰沙岛的各个阶段岛洲地貌，皆形成于全新世中期以后。这些岛洲只见于北部和中部，南部缺，盖因北部和中部常有季风潮和热带气旋活动，风暴潮较多较强之故。
5 区域古海洋
本区古地理的脉络是古南海的消减、华南陆缘扩散、现代南海的多期、多轴扩张[12]。三叠纪晚期至侏罗世早期，印支运动以后，NE向的华南大陆与近经向的马来亚—加里曼丹之间为残留的特提斯海，它和西太平洋地槽海交汇。侏罗世中期至白垩世早期，太平洋板块向NW俯冲，俯冲带位于东沙群岛至纳土纳群岛一带，南沙地块与华南大陆拼贴。纵贯南海的反射地震剖面资料表明，南海南、北陆缘区沉积盖层主要由中、新生界构成，均以白垩纪中期及始新世晚期形成的两个构造不整合面为界，分为下（中三叠世—早白垩世）、中（晚白垩世—中始新世）和上（晚始新世—现代）等3套构造层系，中、上两套都具有二元结构，下部为半地堑充填层，中—上部为超覆披盖层。它们代表两个裂谷构造演化旋回。反射地震剖面见南海海盆洋壳区形成于渐新世中期以后，只发育晚渐新世至现代沉积；中构造层在南海北部主要是陆相沉积，而礼乐滩及其以南是海相沉积，说明南沙地块与加里曼丹地块之间在晚中生代至晚始新世期间存在一个古南海[5]。白垩世晚期至始新世中期，南海中央海盆第一次NW向扩张，出现现代南海雏形，南沙地块开始脱离大陆，使古南海向南消减。加里曼丹开始逆时针旋转，沿卢帕尔—纳土纳断裂以北形成沙捞越早喜马拉雅陆缘增生带，构成曾母盆地基底。始新世晚期至渐新世早期，南沙地块相对抬升，由深海沉积转为浅海沉积至沉积间断。渐新世中期至中新世早期，印度板块和欧亚板块碰撞，造成青藏高原的强烈隆起；太平洋板块NWW和W向运动，与东亚陆缘的向SE扩张相遇于菲律宾东部，导致大陆边缘海（南海）及与之伴生的岛孤（台湾—菲律宾）—海沟系的形成，奠定了亚洲东南海陆大势现状的基础。南海海盆经向扩张，南沙地块与西沙、中沙分离，其东北与巴拉望陆坡拼贴。南沙地块脱离华南大陆后，沉积碳酸盐。曾母盆地是渐新世以来通过拉张形成巨型的开阔盆地[5]，接受碎屑沉积和碳酸盐沉积。中新世中期，南海中央海盆底扩张最后结束于西南部NW-SE向扩张，南沙西海槽形成。中新世晚期，南海中央海盆冷却，南海进入转老期。上新世至第四纪，古南海消减停止。
南海中央海盆形成时，距今约27Ma前，分别在海盆两侧的西沙群岛[13]和南沙群岛礼乐滩[7]等地开始发生生物礁堆积。中新世末（距今13～10.5Ma）至晚中新世（距今5.2Ma），由于南极冰盖扩大导致大洋海面降低。本区中中新世不整合事件表示了大规模的海退。巽他古陆中新世时海面在现今海面下1000m，此后至今，海面变化总的趋势是上升的[14]。中新世末时南海是一个几乎封闭的海湾，只在东北边巴士海峡留下一条通道连结太平洋，海湾中散布南海诸岛；巽他陆地成为亚洲大陆的一部分，晚第三纪时，形成热带稀树草原和热带草原砖红壤景观。
第四纪全球气候冷暖变化频繁，冰川进退和地壳垂直运动引起海岸线升降。南海南部陆架存在-2，-8，-10，-13，-18，-20～-22，-30～-33，-36，-45，-50～-51，-60，-67和-82～-90m等13条水下古海岸线，在海岸存在着0.5～0.7，1，1.5，2～3，5，6，9，12～13，25，30～32，34～36和50m等12条上升海岸线[15]。第四纪气候比上新世冷，加里曼丹岛北岸基纳巴卢山(4101m)的雪线在更新世下降了760～1070m。推测（冰期）巽他沿海陆地气温平均下降的最大值为5℃，并可以解释为赤道山岳雪线下降大约为770m。推论当时海平面相应在现代海平面下数百米，今沿海陆地当时距海略远和地势较高，为热带稀树草原和热带草原砖红壤景观[16]。而发生地形雨的山坡、河谷则发育热带雨林、季雨林。
南部陆架海平均深度仅50m，冰期时出露成为陆桥。营生热带草原的印度Sivalikian动物群于早更新世大量迁入本区。中更新世时，当时印度、缅甸和华南一带的剑齿象Stegodon—大熊猫Ailuropoda动物群也分布到本区。到晚更新世时海面有过间歇性上升，陆桥断了，热带雨林广泛发育，食草类动物衰落。南部陆架第四纪沉积划分出3个沉积旋回及1个亚旋回，代表4次海退与海侵[17]，可与马来半岛东岸外海底资料[18]对照。在外陆架浅层地震测线上都见到古河道[17]。Kuenen,Ph.H(1950)指出巽他陆架上水深110m的海底溺谷系之河源在西加里曼丹、苏门答腊和马来半岛。更新世低海面时，河流冲积物使陆架前缘快速向前推进，中更新世时推进约20km，晚更新世时推进约10km。
南沙海槽两个沉积柱样[1]和南沙台阶NS88-11柱样[17]的测年、微体古生物及氧同位素分析资料表明，中更新世晚期距今235～209ka温暖期，距今209～185ka炎热期，距今185～128ka偏凉期（同里斯冰期对应）；晚更新世时期距今128～72ka炎热期，距今72～50ka偏凉期，距今50～22ka温暖期，距今22～10.5ka偏凉期（同玉木冰期对应），后4期同Shackleton,N.J.(1977)的5e，5d，5c和5b[19]相对应，太平岛附近南沙台阶的SCS-15B及SCS-15A两个柱样的Globigerinoides Sacculifer的氧、碳同位素分析资料指明，末次冰期鼎盛期的表层水温比现在只低约3℃[20]。南永1井氧碳同位素分析的气候变化曲线[8]，也同全球性古温度变化曲线[19]和相应的冰期、间冰期变化规律基本一致。永暑礁在早更新世晚期以来的气候一直是暖热的，尽管期间多次偏凉，但水温适宜，浅水造礁石珊瑚不断生长。
根据南永1井的沉积旋回、侵蚀面、成岩变化、埋藏溶洞和测年资料，以及礁外坡测深显示的水下阶地等海平面变化证据，得出永暑礁90多万年以来海平面变化过程（图3），分为4次上升及期间的3次下降：①早更新世晚期，海面上升，形成了第Ⅰ沉积旋回，然后下降；②早更新世末—中更新世初，海面上升，暂时的停顿将第Ⅰ旋回沉积削出—142m侵蚀面，继续上升形成了第Ⅱ沉积旋回；③中更新世中期，海平面下降，再次陆露，第Ⅱ旋回礁灰岩中形成大溶洞，第Ⅰ旋回沉积发生白云岩化，大溶洞的底板和白云岩面合一，为—142m，代表一期古海平面；④中更新世末—晚更新世初，海面上升，暂时的停顿将第Ⅱ沉积旋回削出—89.8m侵蚀面，继续上升形成了第Ⅲ沉积旋回；⑤晚更新世末，海面下降，第3次陆露成岛，岛外披被海水冲蚀成—140m的水下阶地；⑥全新世，海面上升，估计距今约12～11ka时一度停顿，于外坡形成—50m级阶地，距今8ka时形成—25m阶地和南永1井下—17.3m的侵蚀面，全新世中期以来继续上升到达目前的海面，形成第Ⅳ沉积旋回。本区的海面变化主要受全球性气候变化制约，在全球几次大冰期低海面时，南沙群岛的海面几次停顿在约—140m，珊瑚礁曾几次出露成陆。看来南沙群岛主体的新构造运动性质属下降的，推算冰后期以来永暑礁平均相对沉降率为0.65mm/a，大大低于一般珊瑚生长率和珊瑚礁沉积率[8]。
末次冰期鼎盛时，本区海面下降至约—140m，大陆架陆露，南海西南边通往印度洋和爪哇海的水道完全断了，东北边的台湾海峡也断了，南海再次成为半封闭的大海湾，湾口在东北边的巴士海峡，向太平洋敞开。东边还有两条通太平洋的小水道民都洛水道和克拉克海峡。南海表层流场发生变化，太平洋的黑潮暖水和从台湾东岸来的温带水通过该湾口进入南海。据南海沉积柱样的浮游有孔虫FP-12E转换函数古温度及再造晚第四纪表层水古温度场变化，260ka以来本区北部夏季为25.3～29.8℃，冬季为17.5～27.6℃之间[21]。南部上陆坡表层水温，末次冰期平均，夏季28.8℃，冬季24.5℃，季节温差4.3℃；冰期极盛时，夏季28.0℃，冬季22.2℃，季节温差5.8℃；全新世平均，夏季29.2℃，冬季26.4℃，季节温差2.8℃；冰期／冰后期差值，夏季1.7℃，冬季5.3℃，季节温差3.6℃。参照南海北部陆坡资料，南海冬季表层水温从南向北略递降，季节温差略递增。冰期表层水温的下降幅度和冬夏季节温差均大大超过同纬度太平洋区，反映出边缘海对气候变化的放大效应[22]。南海表层流场的格局，由间冰期（类似现在）的冬夏转换的纵贯南海的单向海流变成冰期时围绕南沙群岛的冬季逆时针、夏季顺时针环流[22]。冰期时，因南部陆架陆露，河流延长，如湄公河距今14～18ka时河口东延至卡特威克列岛附近现今水深100～200m区域③，泥沙输入，上陆坡沉积速率竟高达20.7～31.0cm/ka，而南沙台阶北部为1.3～5.2cm/ka；冰后期河口海岸后退，沉积速率较小，上陆坡为3.8～15.0cm/ka，而南沙台阶北部为0.7～1.5cm/ka[22]。
图3 永暑礁90多万年以来海平面变化曲线
Fig.3 Change of sea level of Yongshu Reef since 900000 a B.P.
(*)中国科学院南沙考察队调查研究报告D-0060号。
来稿日期：1994年7月。
注释：
①谢以窅，南沙海区地貌考察十年若干进展，1994。
②夏勘源，南沙地质、地球物理、油气资源调查研究的进展与主要成果.1994。
③O A.MapkoB（齐云彩译），越南东南陆架、陆坡的表层沉积物特征，海洋地质，1992，(2):52-74.
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