南海北部大陆边缘初始扩张的原因探讨(神狐运动)
岩石圈解体是大陆动力学研究中的一个概念(Bird，1979；纳尔逊，1992).现代地球物理勘探资料揭示，一些显生宙造山带的地壳比盾区更薄，而喜马拉雅山、阿尔卑斯山等年轻造山带则有明显的山根，表明一些古老造山带已经崩塌。这种对山根的去除称为沉降，与造山晚期的张裂作用有关(Kay et al .，1993；豪斯曼，1996).大洋板块俯冲造成的碰撞造山或大陆边缘造山可引起大陆岩石圈增厚，造山岩石圈的局部增厚会使其根部不稳定。覆盖着巨大厚度的山脉会产生额外的向下的物理力，造山带两侧的压缩力会传递到加厚的岩石圈，也能产生向下的分力。然后，由于软流圈内的水平力遇到岩石圈根部时受阻，会向下弯曲，引起局部热流体扰动，可引起拆离沉降，使增厚的岩石圈地幔甚至部分下地壳剥离，沉入软流圈。还认为加厚造山带岩石圈底部的沉降主要是由于密度差引起的重力不稳定(Platt等，1994)，然后由于软流圈物质的上涌和平衡调整，造山带地壳被拉伸塌陷，转化为张性断裂带。
5.4.1南海北部大陆边缘在中生代晚期形成了一个具有厚陆壳和岩石圈根的造山带。
大量区域地质调查证实，中国东南沿海和北部大陆边缘在中生代晚期是一个造山带，或称华夏式后地台造山带(陈，1988)，或称碰撞造山带(卢华福等，1993)。根据现有资料，该区不仅在中生代晚期形成了一个造山带，而且形成了一个山系高大宽阔、大陆地壳厚、岩石圈根的造山带。证据如下。
(1)火成岩石学
燕山期高钾钙碱性火成岩广泛分布于南海北部大陆边缘。分布于闽粤沿海和海南岛的燕山期高钾钙碱性ⅰ型火山-侵入岩可分为早、晚两期:早期(JBOY3乐队-K1)为160 ~ 123 Ma前；晚期(K1-K2)为123 ~ 75 Ma前。在这些火成岩(特别是中酸性岩石)中，一个重要的特征是许多没有负的Eu异常，如闽东南的辉长岩-闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-火山岩系的δEu为0.96 ~ 1.16(王·等，1990)，粤东的，应时辉长岩-石英二长岩-花岗闪长岩的δEu为0.99 ~ 1.37(王晓峰等，1991)。这种稀土特征基本无负Eu异常的中酸性火成岩，反映了当时存在一个陆壳增厚的造山带(邓等，1996)。使用Condie(1976)提出的公式:
ckm = 18.2 k60+0.45(5.1)
其中c为大陆地壳厚度；K60为二氧化硅=60%时的K2O含量。计算结果表明，闽东南沿海早白垩世晚期地壳厚度约为54km(周君若等，1994)，粤东沿海晚侏罗世-早白垩世地壳厚度约为50km，海南侏罗纪-白垩纪地壳厚度约为60km(邹和平，1997)。
(2)岩相古地理
岩相古地理研究表明，早白垩世晚期至晚白垩世早期，浙闽粤东部(即所谓的“华夏古陆”地区)快速上升为海岸山系(陈丕基，1997)或华夏山系。沿海山系西坡山前位于干旱环境下形成的河湖相红色岩层上，其后为一套上白垩统山前洪积砾岩的粗碎屑堆积，如浙江方岩组、福建赤石组、粤北丹霞组。粤北丹霞组砂岩中可见大规模的风成层理。沿海山脉以西的江汉盆地、衡阳盆地和吉安盆地晚白垩世为热带亚热带干旱、炎热的半荒漠和盐渍化地区，上白垩统为红色碎屑沉积，含风成砂、风成三角沸石和石膏，局部形成岩盐。而在丽水-海丰断裂带以东，沿海山系主脊东侧地形相对缓慢，仅零星分布几个小型山间盆地，其中中酸性火山岩和沉积砂砾岩呈层状堆积，如粤东的官草湖组。在这些地层中产出的植物化石具有频繁出现的Weichseliα的特征，是干旱生境的指示植物(曹，1994)。这些事实表明，在早白垩世晚期-晚白垩世，中国东南沿海和东海北部及南海存在一个高大宽阔的山系，作为屏障完全阻挡了来自东部的暖湿气流。根据现代东南沿海山地的平均高度、剥蚀磨拉石的累积厚度、成岩作用时的体积压缩，推断当时这一山系的高度为3500 ~ 4000 m，东西宽近500km(陈丕基，1997)。根据平衡原理，如此壮丽的山系或高原有着非常厚的地壳。王(1998)进一步指出，中国(藏台省段)至少在古新世仍是东高西低，与今天的西高东低相反。
(3)地球物理学
图5.16闽南岩石圈等厚性图(等厚性单位为km)(王培宗等，1994)。
地球物理资料揭示，北部及其沿海地区的地壳(厚度一般小于30km)和岩石圈(厚度一般小于100km)总体上明显变薄(吴等，1999)，但在福建南部沿海地区软流圈顶部有一深凹(最大深度为180km)。用残留的岩石圈根来解释这种局部岩石圈很厚的现象比较合理。部分地区保存有岩石圈根的遗迹，表明其形成时间不是很老，极有可能是燕山期闽台碰撞的产物(卢华福等，1993)，进一步表明该区中生代晚期形成的造山带不仅具有非常厚的大陆地壳，而且具有非常厚的岩石圈根。
5.4.2南海北部大陆边缘的伸展始于华夏大陆边缘造山带的伸展和塌陷。
根据上述资料，南海北部大陆边缘在中生代晚期形成了一个雄伟的造山带。因为它主要分布在所谓的“华夏古陆”地区，所以可以称为华夏大陆边缘造山带。在南海珠江口盆地，钻探揭示盆地内大量基岩为燕山期花岗岩，这些花岗岩的化学成分变化与粤东相同(图5.17)。在东沙群岛附近，新生界之下有一套褶皱变形的中生代陆相沉积反射层，推断为侏罗系(姚伯初等，1995)。这表明今天南海北部大部分地区在燕山期也经历了强烈的褶皱造山作用，是华夏大陆边缘造山带的组成部分。根据南海北部裂谷盆地早期陆相沉积可以不整合地直接覆盖包括白垩纪花岗岩在内的古地质体，结合闽粤沿海中生代断裂变质带广泛出露各种韧性剪切痕迹、流动褶皱和混合岩的事实，反映出伸展造盆是在大陆边缘造山带的基础上，在广泛隆升的背景下开始的，大陆边缘在裂谷前后被拉张。南海北缘裂谷盆地的发育特征如下(图5.18)。伸展初期是一个相对分散、多中心伸展的盆脊构造带，盆地面积有限，脊为一片。初始裂谷盆地的分布主要遵循燕山期断裂构造的方向，除莺歌海盆地为北西向外，其余盆地主要为北东向，表明初始张裂明显受燕山造山带地壳结构非均质性的控制。经过多次拉张断裂，小裂谷盆地逐渐连成裂谷带。裂谷带一般呈ne向至NEE方向分布，宽数百公里，与造山后张性构造带一样具有宽、散、多中心裂谷的特征(Gaudemer et al .，1988)。a型碱长洞穴花岗岩形成于福建和广东沿海，形成时间约为90 ~ 97 Ma，标志着造山后拉塌的初始阶段。
图5.17珠江口盆地燕山期侵入岩图解及其与粤东侵入岩的对比
1-珠江口盆地样本；2 ~ 4—粤东样品的投影范围，其中:2—燕山早期；3-燕山中期；4-燕山晚期
理论计算证明，增厚的地壳与正常厚度的相邻地壳之间岩石静压的明显差异，会在增厚的地壳一侧产生拉应力，地壳会尽力在水平方向上溢出，以减少其厚度不均一性和相关的势能变化(Arthyushkov，1973)。用刘等(1998)计算地壳增厚造山带高程的公式和计算地壳增厚拉张力的公式:
H=(ρm-ρc)(Ht-Hr)/ρm(5.2)其中H为标高；Ht和Hr分别是加厚地壳和参考(正常)地壳的厚度；ρm和ρc分别是地幔和地壳的密度。
f =ρCGH[Hr+(H+δH)/2](5.3)其中f为拉力；g是重力加速度；δH为增厚地壳的山根厚度，δH = ht-HR-H .δH = Hρc/(ρmρc)进行Airy模型均衡补偿。若燕山晚期华夏大陆边缘造山带平均地壳厚度为55km，邻区参考地壳厚度为35km，地壳和地幔密度分别为2800kg/m3和3000kg/m3，则华夏山系相对于邻区当时的高程可用式(5.2)计算，造山带地壳增厚所引起的相应张性构造力可用式(5.3)计算。
5.4.3岩石圈拆沉是南海北部大陆边缘张力的重要触发机制。
与造山后拉塌有关的一个重要深部构造作用是岩石圈底部增厚的沉降作用。现有资料表明，岩石圈拆沉是南海北部大陆边缘张力的重要触发机制。证据如下。
(1)在北部的许多地区，下地壳(曾，1991)底部有高速密集的壳幔混合层。广东普宁麒麟和雷州迎风岭新生代玄武质火山岩中含有辉石和石榴石麻粒岩相捕虏体。这些岩石被认为是软流圈物质、岩浆和流体因沉降而俯冲的结果，当它们到达莫霍面底部时，由于其密度大于地壳岩石，所以它们停留在地壳底部。麒麟辉长岩麻粒岩捕虏体中辉石和斜长石的Sm-Nd等时线年龄为112.3ma 17.8ma，Rb-Sr等时线年龄为79.1ma 1.1ma(徐喜生等，后者可能指示后期热扰动时代。根据矿物温度和压力的计算，雷州迎风岭石榴石麻粒岩捕虏体的形成深度超过35公里，甚至超过50公里(于金海等，1998)，这从另一方面说明当时的地壳比现在厚。
图5.18北部新生代早期裂谷盆地分布图(周等，1995)
(2)深部地球物理勘探资料表明，北部大陆边缘大部分地区的地幔岩石圈厚度甚至比中南部地区薄25 ~ 33 km(吴等，1999)，表明该区除了地壳变薄外，还发生了岩石圈的不均匀减薄。
(3)南海北缘(包括闽粤沿海和珠江口盆地)，白垩纪至第三纪的岩浆岩一般由早期的钙碱性系列和双峰式系列演化为晚期的OIB拉斑玄武岩和碱性玄武岩系列，Ti、Nb等HFSE含量逐渐增加，Sr、nd同位素组成由富集向亏损发展。岩浆作用的这种发展趋势被认为是岩石圈解体过程或岩石圈地幔热边界层被软流圈取代的反映(England，1993；普拉特等人，1993；刘等，1998).
(4)岩石圈解体的结果之一是地壳快速抬升，对地壳的剥蚀加剧，上地壳厚度减小，这与南海北缘的伸展是在广泛而强烈的隆升背景下开始的，该区上地壳明显减薄的特征是一致的。利用Lachenbruch等人(1990)给出的岩石圈地幔厚度变化对地表高程影响的公式:
hm=α(θa-θc)Lm/2 (5.4)
其中hm为岩石圈地幔厚度变化引起的地表高程变化；α是体积热膨胀系数；θa为软流圈温度；θc是地壳底部的温度；Lm是岩石圈地幔的厚度。方程(5.4)表明，岩石圈地幔增厚会引起地表下沉，而岩石圈地幔变薄会引起地表抬升。若α= 3.5×10-5/℃,θa = 1350℃，θc=640℃，减薄后的岩石圈厚度为100km，闽南沿海剩余岩石圈根的底界深度为(180km)。结合上述公式(5.2)计算的地表隆起(约3000m)，很好地解释了从地质证据推断华夏山脉高达3500 ~ 4000 m的原因。
(5)岩石圈解体是岩石圈的快速减薄。据研究(邓等，1996)，岩石圈快速减薄模型显示的过程是:伴随着快速减薄，首先有一次快速的区域性地壳抬升事件，此时没有区域性的热流异常，只有伴随岩浆活动的局部热异常；快速减薄停止后，伴随着热松弛发生了第二次区域隆升事件，热松弛的完成停止了区域隆升，此时形成了区域热流异常。岩石圈拆离导致软流圈物质上涌，诱发地幔柱上升。这一过程是与南海北部大陆边缘的幕式隆张断裂，形成盆-脊构造带和断裂后的热松弛-冷却沉降(Ru et al .，1986；李思田等，1998)，最终形成了大陆边缘海盆体系的演化史。
总结
综上所述，我们可以得出以下结论。
1)火成岩地球化学、岩相古地理和地球物理资料表明，晚中生代在中国东南沿海和南海北缘形成了陆壳和岩石圈根极厚的华夏陆缘造山带，地形上形成了高大宽阔的华夏山系。
2)盆地的发展历史、地壳和岩石圈的深部结构状态、火成岩的地球化学演化特征和理论计算结果均表明，南海北缘的伸展始于华夏大陆边缘造山带的拉塌(约90 ~ 97 Ma b.p .)，岩石圈拆离[约112Ma(B.P.)]为陆地。
3)南海北部的大陆边缘扩张既不同于弧后扩张，也不受大西洋海底扩张的控制，而是该区大陆构造演化和深部壳幔相互作用影响下的大陆边缘扩张的结果(南海海洋研究所，1988)。伸展作用前的构造演化历史及其引起的岩石圈成分、结构和热状态的非均质性对该区裂谷盆地的形成和发展具有重要影响。地幔动力学系统是该区地壳浅部形变和现今活动的重要制约因素。