菲律賓海板塊與南海協(xié)同構(gòu)造演化探討

劉偉, 趙西西, 林間, 趙明輝, 劉青松*

1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150006 2 南方科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程系，廣東 深圳 518055 3 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州)，廣州 511458 4 中國科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院南海海洋研究所，廣州 511458

0 引言

自早新生代，印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞，太平洋板塊向西俯沖，導(dǎo)致東南亞及西太平洋地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，其地形地貌及氣候系統(tǒng)也隨之發(fā)生重大改變(Zahirovic et al., 2014; Lallemand, 2016; Wu et al., 2016; Liu et al., 2017).除了板塊的整體剛性運(yùn)動(dòng)，東南亞及西太平洋地區(qū)還表現(xiàn)出更為復(fù)雜的剪切、塑性變形以及新盆地開啟與洋殼增生、俯沖過程，使得原有的一些島弧和一部分洋殼消失.因此，重構(gòu)該區(qū)的構(gòu)造演化歷史極具挑戰(zhàn).研究該區(qū)詳盡的構(gòu)造演化歷史，不但是全球板塊重建的重要前沿科學(xué)課題，更是深入理解該區(qū)礦產(chǎn)資源分布、邊緣海演化機(jī)制、氣候演化模型等重大地學(xué)問題的基礎(chǔ)(Hall, 2002; Tetley et al., 2019; Queao et al., 2020).

南海(South China Sea, SCS)與菲律賓海是位于東南亞與西太平洋交匯區(qū)域的兩個(gè)典型海盆.研究這兩個(gè)盆地的構(gòu)造演化，對(duì)東南亞與西太平洋的區(qū)域構(gòu)造乃至全球板塊重建具有重要意義.特別是近年來，隨著國際大洋鉆探計(jì)劃在這兩個(gè)盆地的開展，SCS與菲律賓海板塊(Philippine Sea Plate, PSP)的構(gòu)造演化受到廣泛關(guān)注(Li et al., 2014; Reagan et al., 2019; Hou et al.,2019; 林間等, 2019; 孫珍等, 2021).本文詳細(xì)總結(jié)了這兩個(gè)海盆的古地磁學(xué)和海底磁異常條帶研究進(jìn)展.結(jié)合地震層析成像結(jié)構(gòu)和其他地質(zhì)資料約束，進(jìn)一步對(duì)SCS與PSP的演化模式及其協(xié)同演化關(guān)系進(jìn)行了探討.

1 PSP與SCS地質(zhì)構(gòu)造背景

PSP北接日本島，南連卡洛琳板塊，西靠呂宋島弧，東鄰太平洋板塊；以九州—帕勞脊為界，PSP西部為年齡偏老的西菲律賓海盆地，東部為年輕的帕里西維拉盆地、四國盆地以及馬里亞納海槽(圖1).前人研究表明，西菲律賓海盆地于60 Ma (Hilde and Lee, 1984)、 54 Ma (Deschamps and Lallemand, 2002)或者52～51 Ma(Ishizuka et al., 2013)開始擴(kuò)張，36～34 Ma (Sasaki et al., 2014)或者33～30 Ma(Hilde and Lee, 1984; Deschamps and Lallemand, 2002)停止擴(kuò)張.而帕里西維拉盆地和四國盆地則形成于30～15 Ma(Okino et al., 1994, 1999; Sdrolias et al., 2004).在30 Ma之前，現(xiàn)今的九州—帕勞脊和伊豆—小笠原—馬里亞納 (IBM) 島弧為一個(gè)整體.30 Ma開始二者裂開，并逐步形成帕里西維拉盆地和四國盆地.馬里亞納海槽在7 Ma時(shí)才打開(Hussong and Uyeda, 1982; Yamazaki et al., 2003).在PSP中，還有大量的洋脊和海臺(tái)，包括沖大東脊、大東脊以及奄美海臺(tái)，這些地質(zhì)單元的年代屬于白堊紀(jì)(Hickey-Vargas, 2005).

圖1 PSP與SCS地理位置及古地磁巖心分布黃色圓圈代表DSDP(深海鉆探計(jì)劃)、ODP(大洋鉆探計(jì)劃)、IODP(綜合大洋鉆探計(jì)劃、大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃)鉆取的巖心，紫色圓圈代表海底鉆機(jī)取樣的巖心.紅色方塊代表采自陸上島嶼的定向巖心.①：伯寧島，②：塞班島，③：關(guān)島，④：帕勞島，⑤：Halmahera地區(qū)島嶼，⑥：北呂宋島.ODR:沖大東脊，DR:大東脊，AP:奄美海臺(tái).橙色實(shí)線代表洋陸轉(zhuǎn)換帶，黑色實(shí)線代表島弧(洋脊)的中心位置連線，紅色虛線代表殘留海底擴(kuò)張中心.Fig.1 Location of the Philippine Sea Plate (PSP) and South China Sea (SCS), and distribution of paleomagnetic sitesYellow circles denote sites in DSDP, ODP and IODP. Purple circles denote cores sampled by deep sea Boring Machine System. Red squares denote oriented cores of onshore islands. ①: Bonin, ②: Saipan, ③: Guam, ④: Palau, ⑤: Islands in the Halmahera area, ⑥: North Luzon. ODR: Oki-Daito Ridge, DR: Daito Ridge, AP: Amami Plateau. The solid orange lines denote ocean-continent transition, solid brown lines denote the central locations of oceanic arcs (ridges), and dotted red lines denote the remanent seafloor spreading centers.

PSP四周被俯沖帶圍繞，東邊是伊豆—小笠原—馬里亞納海溝，西邊是菲律賓海溝，南邊為雅浦海溝、帕勞海溝，北邊為琉球海溝與南海海槽.由于周邊俯沖帶的存在，PSP的古地理重建一直是研究的難點(diǎn)之一.

SCS北接華南板塊、南部為巴拉望地塊、西靠印支地塊，東與PSP相鄰.其周緣陸架上發(fā)育各類沉積盆地，中央發(fā)育洋殼，洋殼之上的海盆分為東部次海盆、西南次海盆和西北次海盆.東部次海盆與西南次海盆以中南斷裂為界.本文所說的SCS與PSP協(xié)同演化，指SCS的中央洋殼與PSP的洋殼協(xié)同演化過程.關(guān)于SCS中央洋殼形成，也就是海底擴(kuò)張的時(shí)間曾存在長期爭議，IODP 349航次的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)：SCS東部次海盆先于33～15 Ma擴(kuò)張，而SCS西南次海盆則在23～16 Ma后擴(kuò)張(Li et al., 2014).西北次海盆的擴(kuò)張時(shí)間短，展布范圍小，磁測(cè)資料多解性大，亦缺乏大洋鉆探資料支持，因此其準(zhǔn)確的擴(kuò)張時(shí)間還未定(Wang et al., 2020).

2 PSP古地磁研究

自1971年DSDP(深海鉆探計(jì)劃)第6航次的古地磁資料發(fā)表以來，不同的研究者在PSP和周緣地區(qū)開展了較為系統(tǒng)的古地磁研究.

2.1 海底巖心古地磁結(jié)果

DSDP、ODP(大洋鉆探計(jì)劃)、IODP(綜合大洋鉆探計(jì)劃、大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃)等在PSP海底獲取了較為豐富的古地磁資料(圖2，表1).Louden(1977)基于西菲律賓海DSDP 290、292、294孔的古地磁數(shù)據(jù)，提出PSP起源于靠近赤道附近的南半球5°—10°位置，之后向北移動(dòng)到現(xiàn)今地點(diǎn).Kinoshita(1980)根據(jù)位于PSP北部的DSDP 442、443、444、445、446孔的古地磁結(jié)果，認(rèn)為在42 Ma以來其古緯度向北漂移了約20°，指示該區(qū)以至少5 cm·a-1的速度向北漂移約2000 km.Keating(1981)以及Keating和Herrero(1981)對(duì)位于PSP中南部的DSDP 447、448、450孔進(jìn)行古地磁學(xué)研究，顯示33 Ma以來板塊向北移動(dòng)了約8.5°～12°.Bleil(1982)根據(jù)分布于馬里亞納海槽的DSDP 453、454、456、458、459孔的古地磁傾角，也同樣指出PSP經(jīng)歷了北向運(yùn)動(dòng).Haston等(1992)基于PSP東北部伊豆—小笠原島大洋鉆探的ODP 782、784、786孔的研究，認(rèn)為PSP自始新世以來古緯度向北移動(dòng)了約20°.隨著巖心定向技術(shù)的發(fā)展，Koyama等(1992)根據(jù)伊豆—小笠原區(qū)域ODP 787、792、793孔的古地磁資料，利用微電阻率成像測(cè)井和現(xiàn)代地磁場的黏滯剩磁方向?qū)r心定向，顯示30 Ma以來，該區(qū)域旋轉(zhuǎn)了約80°，向北移動(dòng)約14°.由于該區(qū)位于PSP邊緣，80°的旋轉(zhuǎn)作用可能既包含了整個(gè)PSP的旋轉(zhuǎn)，也包含了局部構(gòu)造導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn).

圖2 PSP鉆孔的緯度變化隨時(shí)間演化.緯度變化=現(xiàn)今緯度-古緯度Fig.2 Change in latitude versus age for sites from the PSP. Change in latitude=Current latitude-Paleolatitude

表1 PSP各鉆孔古地磁結(jié)果Table 1 The paleomagnetic resultsfor sites from the PSP

續(xù)表1

除了大洋鉆探的古地磁資料外，為了更好地限定PSP北部的古緯度演化，Yamazaki等(2010)沿著九州—帕勞脊北部及鄰區(qū)，利用海底鉆機(jī)系統(tǒng)地采集了古地磁樣品.古地磁結(jié)果顯示在50 Ma時(shí)，該區(qū)古緯度位于赤道附近.在50～25 Ma之間，該區(qū)快速向北移動(dòng)，速度約為8 cm·a-1，15 Ma之后PSP趨向穩(wěn)定，只向北運(yùn)動(dòng)了約2°.

近年來，在前期對(duì)大洋鉆探古地磁研究的基礎(chǔ)上，研究人員主要對(duì)PSP內(nèi)部的長巖心序列進(jìn)行古地磁研究，以期獲得PSP自形成以來的演化細(xì)節(jié).Richter和Ali(2015)選取西菲律賓海最完整的長巖心序列ODP 1201孔進(jìn)行系統(tǒng)的古地磁學(xué)研究，認(rèn)為始新世PSP位于南半球，并一直北向運(yùn)動(dòng)，其中50～20 Ma期間，PSP以較慢的速度北移，在20 Ma時(shí)北移速度最低；同時(shí)其利用現(xiàn)代地磁場的黏滯剩磁方向?qū)r心進(jìn)行定向，也得出PSP發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的結(jié)論.Liu等(2021)則對(duì)四國盆地內(nèi)部最老的大洋鉆探巖心ODP1177孔進(jìn)行古地磁研究，得到～20 Ma時(shí)其古緯度為16.0°±4.5°N，與SCS的擴(kuò)張中心在～20 Ma時(shí)的古緯度基本一致，并結(jié)合物源演化特征，提出SCS與PSP四國盆地在早中新世時(shí)為同一構(gòu)造動(dòng)力學(xué)演化系統(tǒng).

以往的古地磁研究由于大多缺乏巖心的原位精準(zhǔn)定向，導(dǎo)致對(duì)PSP的旋轉(zhuǎn)模式還存在爭議.最近Yamazaki等(2021)利用ROV(Remote Operated Vehicle)巖心定向取心系統(tǒng)，在九州—帕勞脊北部首次獲得PSP海底原位定向古地磁偏角數(shù)據(jù)，顯示PSP自中晚漸新世以來順時(shí)針旋轉(zhuǎn)～50°，向北移動(dòng)了約5°.這一古地磁旋轉(zhuǎn)結(jié)果與前人的PSP旋轉(zhuǎn)模型具有較好的一致性 (Hall et al.,1995b; Sdrolias et al., 2004; Liu et al.,2021).

受到取樣技術(shù)限制，已發(fā)表的海底古地磁學(xué)數(shù)據(jù)大多缺乏定向，不能確定板塊的古地磁極，也無法受到野外剩磁穩(wěn)定性檢驗(yàn)的約束.因此，海洋古地磁數(shù)據(jù)質(zhì)量不能完全滿足Van der Voo(1990)和Meert 等(2020)提出的7條判別標(biāo)準(zhǔn).但海底巖心樣品也具有自己的優(yōu)勢(shì)，其年齡均有可靠的磁性地層學(xué)和微體古生物學(xué)年齡的約束，也不需要地層校正，退磁步驟和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法都較明確.本文依據(jù)Van der Voo(1990)提出的α95≤16.0°的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上述海底巖心的古地磁數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判.舍去α95過大的數(shù)據(jù)和沒有完全退磁的數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)趨勢(shì)更為一致(圖2)，顯示出PSP自始新世以來主要為北向移動(dòng).

2.2 板塊周緣陸上島嶼古地磁結(jié)果

PSP周邊出露于水面的島嶼，為直接進(jìn)行古地磁偏角研究提供了便利.這些采樣地區(qū)(圖1中①—⑥紅色方塊)包括PSP東北部的伯寧島(Kodama et al., 1983)、東南部的塞班島、關(guān)島、帕勞島(Haston et al., 1988; Haston and Fuller, 1991)、南部Halmahera地區(qū)島嶼(Hall et al., 1995a,b,c)以及西部的北呂宋島(Queano et al., 2007).下面從PSP東北緣開始，按照順時(shí)針方向綜述古地磁結(jié)果.

古地磁樣品采樣地區(qū)①伯寧島處于PSP的東北邊緣，島上火成巖(熔巖流和巖墻)屬于始新世.Kodama等(1983)在該島獲得兩組古地磁結(jié)果，其中一組數(shù)據(jù)顯示正負(fù)極性：I=7°，D=110°，α95=14°；I=-10°，D=273°，α95=32°(I:磁傾角，D:磁偏角).在95%置信區(qū)間，該組數(shù)據(jù)可以通過地磁極性倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn).這說明伯寧島在始新世時(shí)位于赤道偏北的地方，自始新世發(fā)生了差不多90°的順時(shí)針偏轉(zhuǎn)(圖3a).雖然該組數(shù)據(jù)處于負(fù)極性時(shí)的α95大于16°，但該組數(shù)據(jù)的品質(zhì)因子Q=5，符合Van der Voo(1990)提出的Q≥4的標(biāo)準(zhǔn)，考慮到PSP陸上島嶼古地磁數(shù)據(jù)的稀少，以及正極性數(shù)據(jù)的α95小于16°，我們認(rèn)為該組數(shù)據(jù)具有一定的可靠度，可做參考.將這組數(shù)據(jù)的負(fù)極性轉(zhuǎn)成正極性后平均，得到平均值為：I=7.7°，D=107.7°，α95=12.5°.另一組古地磁數(shù)據(jù)為I=3°，D=213°，α95=19°，但該組數(shù)據(jù)的地質(zhì)構(gòu)造背景不明確，相對(duì)前一組數(shù)據(jù)，可靠度較差(Kodama et al., 1983).

在PSP東南部分布著一系列島嶼，與伯寧群島相比，這里的地層相對(duì)廣泛，時(shí)代分布從早始新世到早中新世，剛好可以用來研究始新世以來PSP的旋轉(zhuǎn)細(xì)節(jié).Haston和Fuller(1991)在塞班島、關(guān)島、帕勞島開展了古地磁學(xué)工作，獲取的古地磁數(shù)據(jù)均顯示品質(zhì)因子Q≥4，具有較好的可信度.在采樣地區(qū)②塞班島獲得兩個(gè)可靠的古地磁數(shù)據(jù)，一個(gè)在早始新世(I=-12.0°，D=43.0°，α95=12.5°)，一個(gè)在中中新世(I=30.7°,D=28.1°,α95=8.4°).這說明塞班島在早始新世位于赤道以南，而到了中中新世，塞班島已經(jīng)大幅度向北漂移.在采樣地區(qū)③關(guān)島亦獲得一個(gè)中漸新世的古地磁數(shù)據(jù)(I=15.1°，D=66.1°，α95=11.1°)，說明中漸新世這個(gè)地點(diǎn)位于赤道以北.結(jié)合前期大洋鉆探獲得的古緯度數(shù)據(jù)，Haston和Fuller(1991)提出自始新世以來，PSP經(jīng)歷了約80°順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(圖3a)，且古緯度向北漂移了至少20°.但Hall(2002)認(rèn)為這80° 的旋轉(zhuǎn)可能既包含了板塊整體的旋轉(zhuǎn)，也包含了局部的旋轉(zhuǎn).在采樣地區(qū)④帕勞島，古地磁偏角數(shù)據(jù)顯示中漸新世以來該島經(jīng)歷了60°～70°的旋轉(zhuǎn)(圖3a)(Haston et al., 1988; Haston and Fuller, 1991).

在PSP的南部，Hall等(1995a,b,c)根據(jù)Halmahera地區(qū)(采樣地區(qū)⑤)的古地磁結(jié)果，提出PSP南部的旋轉(zhuǎn)歷史表現(xiàn)為不連續(xù)的旋轉(zhuǎn).在50～40 Ma，該區(qū)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)將近50°；在40～25 Ma，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)；而在25 Ma之后，該區(qū)再次發(fā)生將近40°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和10°～20°的北向移動(dòng)(圖3b，3c).在漸新世和中新世之交的25/23 Ma前后，澳大利亞板塊與PSP相撞 (Hall et al., 1995b; Hall, 2011)，可以解釋PSP在25/23 Ma之后的旋轉(zhuǎn)事件，亦能解釋區(qū)域廣泛存在的早中新世不整合.

圖3 PSP陸上島嶼鉆孔的磁偏角(a，b)和緯度變化(c，d)隨時(shí)間演化. 緯度變化=現(xiàn)今緯度-古緯度.(a)中的偏角數(shù)據(jù)經(jīng)由Haston和Fuller(1991)校正，消除了海底擴(kuò)張的影響Fig.3 Magnetic declination (a,b) and change in latitude (c,d) versus age for land sites from the PSP. Change in latitude=Current latitude-Paleolatitude. The declination data (a) were corrected by Haston and Fuller (1991) to eliminate the effect of seafloor spreading

在PSP西部，古地磁采樣地區(qū)⑥北呂宋島處于非常獨(dú)特的位置，Queano等(2007)認(rèn)為自新生代以來的主要時(shí)間段內(nèi)，北呂宋島是PSP的一部分.其古地磁結(jié)果表明，該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，古地磁偏角數(shù)據(jù)較為分散，可能反映了局部塊體的構(gòu)造旋轉(zhuǎn)，無法討論整個(gè)板塊構(gòu)造旋轉(zhuǎn)問題.但是，古地磁傾角數(shù)據(jù)較為合理地記錄了呂宋島的古緯度演化特征.在晚始新世至漸新世，呂宋島相對(duì)穩(wěn)定地處在赤道附近.晚漸新世以來，呂宋向北移動(dòng)了約15°，與PSP的整體運(yùn)動(dòng)特征相當(dāng)(圖3d).趙西西等(2021)報(bào)道了菲律賓呂宋島始新世—漸新世的古地磁學(xué)及鋯石U-Pb年代學(xué)結(jié)果，提出晚始新世—早漸新世呂宋島北部地區(qū)的古緯度運(yùn)動(dòng)軌跡與PSP類似.特別是古地磁數(shù)據(jù)展示的～35°順時(shí)針旋轉(zhuǎn)與已知的PSP旋轉(zhuǎn)歷史較為一致，表明呂宋島和PSP在新生代的古地理位置上具有一定的親緣性.

需要指出的是，雖然PSP南部的Halmahera地區(qū)(采樣地區(qū)⑤)和西部的北呂宋島(采樣地區(qū)⑥)獲取的古地磁資料的品質(zhì)因子均大于等于4，古地磁結(jié)果也顯示這兩個(gè)地區(qū)和PSP具有親緣性，但也有學(xué)者認(rèn)為北呂宋島(Hall, 2002)和Halmahera地區(qū)(Yamazaki et al., 2010)構(gòu)造活躍，可能并不屬于PSP.盡管對(duì)這兩個(gè)地區(qū)的構(gòu)造屬性存在爭議，但綜合其他地方的海底巖心和陸上島嶼的古地磁資料，經(jīng)過近50年的努力，大家基本達(dá)成一致意見，認(rèn)為PSP自形成以來發(fā)生了將約90°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn).同時(shí)，PSP從赤道附近逐漸向北漂移至現(xiàn)今位置(Hall, 2002；Yamazaki et al., 2010；Richter and Ali, 2015; Wu et al., 2016).

3 PSP磁異常條帶

雖然PSP的一級(jí)構(gòu)造演化模型已經(jīng)建立，但是進(jìn)一步研究會(huì)發(fā)現(xiàn)，在不同區(qū)域，其構(gòu)造模式并不完全一致.這是因?yàn)镻SP在運(yùn)動(dòng)過程中，除了整體漂移和旋轉(zhuǎn)以外，其內(nèi)部還發(fā)生了海底擴(kuò)張而形成盆地，比如帕里西維拉盆地、四國盆地等.因此，只有確定板內(nèi)盆地的形成演化歷史，才能深化對(duì)整個(gè)板塊演化的認(rèn)識(shí).

3.1 西菲律賓海盆地

西菲律賓海盆地是構(gòu)成PSP的最大盆地.其西邊界是活動(dòng)的琉球—臺(tái)灣—菲律賓溝弧體系，而東邊則是不活躍的九州—帕勞脊.自20世紀(jì)70年代以來，前人對(duì)該區(qū)的磁異常條帶做了大量工作.

Louden(1976)和Mrozowski等(1982)在西菲律賓海盆地鑒定出磁異常條帶C21—C17.Shih(1980)在西菲律賓海盆地中心斷裂帶鑒定出最年輕的磁異常條帶C7a，在西菲律賓海盆地北部鑒定出最老磁異常條帶C21，在西菲律賓海盆地南部鑒定出最老磁異常條帶C25，并認(rèn)為西菲律賓海盆地經(jīng)歷了持續(xù)的NE-SW向擴(kuò)張.

Hilde和Lee(1984)則在西菲律賓海盆地鑒定出磁異常條帶C26—C13(圖4)，認(rèn)為其經(jīng)歷了兩期擴(kuò)張，并被廣泛引用(Hall, 2002; Deschamps and Lallemand, 2002; Seton et al., 2012).具體而言，其在中心擴(kuò)張區(qū)識(shí)別出磁異常條帶C13—C20.其中磁異常條帶C13—C19區(qū)域?qū)儆诼贁U(kuò)張?zhí)卣?，而在磁異常條帶C19—C20之間的區(qū)域，西菲律賓海盆地?cái)U(kuò)張速率和擴(kuò)張方向都發(fā)生重大變化.在中心擴(kuò)張區(qū)南北兩側(cè)，磁異常間距變寬，說明此時(shí)的擴(kuò)張速率要快得多.在北部區(qū)域，識(shí)別出磁異常條帶C20—C24，而南部則識(shí)別出磁異常條帶C20—C26，年齡顯得稍老一些.

圖4 PSP與SCS磁異常條帶分布圖中黑線代表磁異常條帶，紅線代表磁異常條帶6a(～20 Ma).磁異常數(shù)據(jù)來源于Briais等(1989, 1993)，Hilde和Lee(1984)以及Sdrolias等(2004).AA′為SCS東部次海盆長度，BB′為四國盆地北部寬度.Fig.4 Distribution of magnetic anomaly in the PSP and the SCSBlack lines denote magnetic anomaly and red lines denote the magnetic anomaly 6a (～20 Ma). The magnetic anomaly data are from Briais et al. (1989, 1993), Hilde and Lee (1984), and Sdrolias et al. (2004). AA′ denotes the length of the East sub-basin in the SCS, and BB′ denotes the width of the northern Shikoku Basin.

很明顯，磁異常條帶特征暗示著西菲律賓海盆地經(jīng)歷了兩期不同的擴(kuò)張.在45 Ma(磁異常條帶C20附近)之前，西菲律賓海盆地的擴(kuò)張方向?yàn)镹E-SW，半擴(kuò)張速率為4.4 cm·a-1，此次擴(kuò)張形成北部磁異常條帶C20—C24(45～56 Ma)以及南部磁異常條帶C20—C26(45～60 Ma).45 Ma之后，擴(kuò)張方向變?yōu)榻麼-S，相應(yīng)的半擴(kuò)張速率縮減到1.8 cm·a-1，此次擴(kuò)張形成中心區(qū)域磁異常條帶C13—C19(45～35 Ma).需要說明的是磁異常條帶顯示的擴(kuò)張方向是現(xiàn)今觀察到的方向，并不是地質(zhì)歷史時(shí)期的方向.但45 Ma前后的擴(kuò)張方向的變化，顯然應(yīng)與構(gòu)造事件有關(guān)，可能對(duì)應(yīng)了古IBM弧區(qū)域的初始俯沖活動(dòng) (Hilde and Lee, 1984).

雖然西菲律賓海盆地最老的磁異常條帶只有60 Ma，但是這并不是說這部分板塊只有60 Ma的歷史.有很大的可能在60 Ma之前，它早已存在，只不過老于60 Ma 的部分已經(jīng)淹沒在周邊的俯沖帶內(nèi).比如西菲律賓海盆地的西北部明顯已經(jīng)俯沖到琉球海溝之下.而到了30 Ma時(shí)，西菲律賓海盆地則停止了擴(kuò)張.

Hilde和Lee(1984)的海底擴(kuò)張模型在很長的時(shí)間里占據(jù)主導(dǎo)地位.但Deschamps和Lallemand(2002)根據(jù)新采集的磁異常數(shù)據(jù)，結(jié)合海底地形地貌，認(rèn)為西菲律賓海盆地在54 Ma開始擴(kuò)張，在33/30 Ma停止擴(kuò)張.Sasaki等(2014)基于三分量磁探頭獲得的海底磁異常數(shù)據(jù)，亦支持Hilde和Lee(1984)提出的兩階段擴(kuò)張模型，但認(rèn)為海底擴(kuò)張的停止時(shí)間約為36 Ma，比通常認(rèn)為的30 Ma要早.Doo等(2015)則將視角放在西菲律賓海盆地西北角，識(shí)別出呂宋島沖繩斷裂帶與加瓜海脊之間的磁異常條帶年齡為54～47.5 Ma，與西菲律賓海盆地的第一期擴(kuò)張有關(guān)；花東海盆的磁異常條帶年齡為42～33 Ma，與西菲律賓海盆地的第二期擴(kuò)張有關(guān).

3.2 東菲律賓海盆地

東菲律賓海盆地主要包括帕里西維拉盆地、四國盆地、馬里亞納海槽(圖1，4).由于馬里亞納海槽展布范圍較窄，磁異常不是特別明顯，現(xiàn)主要論述帕里西維拉盆地和四國盆地的磁異常條帶特征.

Mrozowski和Hayes(1979)對(duì)帕里西維拉盆地的磁異常條帶進(jìn)行了研究.磁異常條帶總體上呈N-S向分布，與盆地?cái)U(kuò)張中心平行.在盆地東部，磁異常條帶的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于西部，且模式更為復(fù)雜，比如，存在局部的E-W走向的異常.因此，帕里西維拉盆地的演化模式主要靠其西部磁異常條帶模式建立.大體上，可以識(shí)別出磁異常條帶C10—C5e/C5d，對(duì)應(yīng)的時(shí)間約為30～18/17 Ma.也就是說，該盆地從30 Ma起向兩翼開始出現(xiàn)擴(kuò)張，直到18/17 Ma 結(jié)束.在停止擴(kuò)張前，巖漿供應(yīng)不足，噴發(fā)呈現(xiàn)間歇式，造成年齡較小磁異常條帶的模式不易識(shí)別.隨后，Kasuga和Ohara(1997)以及Okino等(1998)根據(jù)新的水深、磁異常和大洋鉆探等資料，提出了帕里西維拉盆地的演化經(jīng)歷了五個(gè)演化階段：島弧裂解與地殼減薄期(29～26 Ma)，E-W向擴(kuò)張與擴(kuò)張中心向北傳播期(26～23 Ma)，與四國盆地一道E-W向協(xié)同擴(kuò)張期(23～21 Ma)，NE-WS向擴(kuò)張期(20～15 Ma)，擴(kuò)張后火山作用和變形期.

Watts和Weissel(1975)在四國盆地西部識(shí)別出平行于九州—帕勞脊的磁異常條帶C7—C5e(27～20 Ma)，而東部條帶則顯雜亂，這可能與伊豆—小笠原島弧與日本碰撞后導(dǎo)致盆地東部的基底地形崎嶇不平有關(guān).Kobayashi和Nakada(1978)根據(jù)四國盆地的地形、磁異常和地震反射特征，提出了四國盆地的對(duì)稱擴(kuò)張模式.認(rèn)為四國盆地在最北端于30 Ma開始裂陷，并以10 cm·a-1的速度向南傳播.從25 Ma到22 Ma，盆地沿中央擴(kuò)張軸以4 cm·a-1的半擴(kuò)張速率開始兩側(cè)對(duì)稱擴(kuò)張，22 Ma開始半擴(kuò)張速率減慢至2.2 cm·a-1，至16/17 Ma時(shí)盆地停止擴(kuò)張.Okino等(1994)則通過精細(xì)的磁異常和地形特征，提出了四國盆地30～15 Ma的演化模式，即島弧裂解期(30～27 Ma)、NEE-SWW向擴(kuò)張期(27～23 Ma)、E-W向擴(kuò)張期(23～20 Ma)、NE-SW向擴(kuò)張期(20～15 Ma)和擴(kuò)張后火山活動(dòng)與變形期5個(gè)階段.

Sdrolias等(2004)全面系統(tǒng)地總結(jié)了前人的資料，將四國盆地與帕里西維拉盆地作為一個(gè)整體來研究(圖4)，鑒定出四國盆地與帕里西維拉盆地現(xiàn)存的最老磁異常條帶分別是C7o(25.2 Ma)和C9o(28 Ma)，同時(shí)推測(cè)四國盆地和帕里西維拉盆地初始擴(kuò)張時(shí)間約為30 Ma，只是四國盆地北部已經(jīng)俯沖到日本之下，而導(dǎo)致目前鑒定的條帶偏年輕.其將四國盆地與帕里西維拉盆地的構(gòu)造演化分為5個(gè)階段：島弧裂解(30～28 Ma)，四國盆地?cái)U(kuò)張中心南移與帕里西維拉盆地?cái)U(kuò)張中心北移(28～23 Ma)，四國盆地與帕里西維拉盆地共享一個(gè)擴(kuò)張中心，但各自擴(kuò)張方向有所不同(23～20 Ma)，四國盆地與帕里西維拉盆地?cái)U(kuò)張中心與擴(kuò)張方向皆一致的統(tǒng)一擴(kuò)張(20～15 Ma)，以及擴(kuò)張后的巖漿作用階段.

綜上所述，由于最老的磁異常條帶在盆地邊緣附近，不易鑒定，且部分條帶已經(jīng)俯沖，導(dǎo)致PSP的最老磁異常條帶還不明確，盆地演化細(xì)節(jié)還存在爭議.但PSP海底擴(kuò)張的共識(shí)是西菲律賓海盆地的擴(kuò)張期在漸新世以前，東菲律賓海盆地的擴(kuò)張期則在漸新世之后.考慮到SCS也在漸新世開始擴(kuò)張，東菲律賓海盆地的擴(kuò)張與SCS的擴(kuò)張之間的地理親緣性和動(dòng)力學(xué)聯(lián)系是一個(gè)前沿科學(xué)問題.

4 SCS古地磁與磁異常條帶

目前在SCS的大洋鉆探巖心中只有有關(guān)磁性地層學(xué)的報(bào)道，還未見基于巖心的構(gòu)造古地磁學(xué)報(bào)道.金鐘等(2002,2004)對(duì)SCS的16座海山進(jìn)行磁性反演，獲得了海山的古地磁數(shù)據(jù)，認(rèn)為東部次海盆的9座海山向北移動(dòng)了2.90°～11.06°，西南次海盆的7座海山向南移動(dòng)了0.40°～9.00°.但由于是反演數(shù)據(jù)，反演精度尚存疑，且并沒有獲得確定時(shí)代的古緯度信息.Lee和Lawver(1995)基于Taylor和Hayes(1983)識(shí)別的海底磁異常條帶數(shù)據(jù)，給出了禮樂灘的古緯度演化信息，認(rèn)為禮樂灘從32 Ma的～17.5°N逐漸向南運(yùn)動(dòng)到現(xiàn)今位置(圖5)，進(jìn)而能對(duì)SCS西南次海盆的古地理位置做出約束.依據(jù)這一思路，可基于SCS周緣板塊的古緯度信息來約束SCS的古緯度.SCS北接華南地塊，而華南地塊自漸新世以來基本保持穩(wěn)定(黃寶春等，2008)或者輕微向北運(yùn)動(dòng)(Cogné et al., 2013)，故SCS的古擴(kuò)張中心位置可由海底磁異常條帶的位置來約束，即SCS北部的磁異常條帶的位置可大致認(rèn)為是地質(zhì)歷史時(shí)期的擴(kuò)張中心.

圖5 禮樂灘古地理位置隨時(shí)間變化圖(修改自Lee和Lawver, 1995)Fig.5 Paleogeographic location versus age for the Reed Bank (Modified after Lee and Lawver, 1995)

關(guān)于SCS的磁異常條帶，前人做了大量的研究.Ben-Avraham和Uyeda(1973)首次在東部次海盆識(shí)別出近東西走向的線性磁異常條帶，說明SCS的擴(kuò)張方向偏南北向，但其未給出磁異常條帶的年齡信息.Taylor和Hayes(1980，1983)結(jié)合新的磁異常資料，認(rèn)為東部次海盆的擴(kuò)張年代為32～17 Ma(C11—C5d磁異常條帶)，但其未能識(shí)別西南次海盆的磁異常條帶，而是根據(jù)重力資料，推測(cè)西南次海盆和東部次海盆的形成年代大致相同.中國學(xué)者隨后獲取了SCS西南次海盆的磁異常資料，但存在不同的海底擴(kuò)張年齡解釋：126～119 Ma(陳圣源，1987)、70～63 Ma(呂文正等，1987)、42～35 Ma(姚伯初和曾維軍，1994).Briais等(1993)和Hayes等(1995)綜合研究了整個(gè)SCS的磁異常和水深資料，在西南次海盆識(shí)別出C6b—C5c磁異常條帶，在東部次海盆識(shí)別C11—C5c磁異常條帶，據(jù)此提出了頗具影響的SCS擴(kuò)張年齡模型：SCS東部次海盆的擴(kuò)張年齡為32～15.5 Ma，西南次海盆的擴(kuò)張年齡為23～15.5 Ma.

進(jìn)入21世紀(jì)，Hsu等(2004)根據(jù)在SCS北部新獲取的磁異常資料和磁異常模擬，認(rèn)為SCS最古老洋殼的磁異常條帶為C17，從而認(rèn)為SCS的擴(kuò)張不晚于37 Ma.Li等(2007)基于地震反射特征，認(rèn)為Hsu等(2004)提出的37 Ma對(duì)應(yīng)的地殼并非洋殼，SCS北部陸緣最老的磁異常條帶應(yīng)為C12(～32 Ma), 而南部陸緣最古老的磁異常條帶還不明確(Li and Song, 2012).Barckhausen等(2014)則將SCS的磁異常條帶年齡解釋為32～20.5 Ma.Chang等(2015)基于K-Ar 測(cè)年、化石組合等對(duì)Barckhausen等(2014)解釋的磁異常條帶所指示的SCS停止擴(kuò)張年齡提出了質(zhì)疑，認(rèn)為海盆的停止擴(kuò)張時(shí)間在15 Ma.Barckhausen等(2015)則回復(fù)稱K-Ar定年誤差較大，還需要更多的資料加以佐證.

由此可見，關(guān)于SCS海盆的擴(kuò)張時(shí)代還存在較大爭議.主要表現(xiàn)為兩點(diǎn)：一是SCS東部次海盆擴(kuò)張時(shí)間為漸新世-中新世，但起止擴(kuò)張的具體時(shí)間還不確定.二是西南次海盆擴(kuò)張時(shí)間到底是在東部次海盆擴(kuò)張之前還是存在同步擴(kuò)張.這些爭議主要是因?yàn)榇女惓l帶的解釋具有非唯一性，且以前的磁測(cè)資料主要為船載磁測(cè)和航空磁測(cè)，離海底磁源較遠(yuǎn)，造成測(cè)量的磁異常精度不高(Li et al. 2014).另外需要說明的是，1995年之前使用的磁異常條帶年齡是來自老的地磁極性年代表，但根據(jù)新的地磁極性年代表(Cande and Kent, 1995; Ogg, 2020)，識(shí)別的SCS擴(kuò)張的磁異常條帶年齡應(yīng)有所改正，為與原文保持一致，本文引用時(shí)并未根據(jù)新的地磁極性年代表做校正.雖然關(guān)于SCS磁異常條帶的識(shí)別存在較多爭議，但I(xiàn)ODP 349航次結(jié)束后，Li等(2014)結(jié)合最新采集的深拖磁異常資料，同時(shí)進(jìn)行磁異常模擬，與IODP 1433、1435孔巖心年齡相互標(biāo)定，綜合認(rèn)為SCS最先于東部次海盆開始擴(kuò)張，初始擴(kuò)張約為33 Ma，在15 Ma時(shí)東部次海盆停止擴(kuò)張.東部次海盆擴(kuò)張過程中發(fā)生洋中脊躍遷事件，23.6 Ma左右發(fā)生向南的躍遷，躍遷后擴(kuò)張方向改變，從近N-S變?yōu)镹NW-SSE.23.6 Ma也是西南次海盆初始打開的時(shí)間，并于16 Ma停止擴(kuò)張.這一SCS擴(kuò)張演化的年齡目前普遍為學(xué)界所接受.但最近Guan等(2021)發(fā)表的磁異常資料則顯示SCS的擴(kuò)張年齡可能略有變化，東部次海盆的擴(kuò)張年齡在29.7～15.6 Ma.另一方面，近年的研究則顯示SCS的初始擴(kuò)張年齡可能更老.Zhong等(2018)基于在SCS獲取的斜長花崗巖的Ar-Ar定年結(jié)果，認(rèn)為SCS的初始擴(kuò)張年齡應(yīng)早于～32 Ma.Jian等(2019) 則在SCS北部發(fā)現(xiàn)了晚始新世的深海相沉積，可能是SCS盆地的最早沉積，也可能是古南海北緣的殘余沉積.

SCS擴(kuò)張結(jié)束后，運(yùn)動(dòng)并沒有停止，而是向PSP發(fā)生了俯沖.關(guān)于俯沖開始的時(shí)代，根據(jù)臺(tái)灣和呂宋島弧發(fā)育的蛇綠巖、巖漿巖等定年數(shù)據(jù)和相關(guān)推測(cè)，認(rèn)為SCS向東的俯沖起始時(shí)間可能發(fā)生在早中新世-中中新世(Yang et al., 1995; Shao et al., 2015; Yu et al., 2022).顯然由于俯沖的穿時(shí)性，不同地點(diǎn)的俯沖起始時(shí)間不一樣，但與SCS停止擴(kuò)張的時(shí)間出入不大.

5 PSP與SCS協(xié)同演化關(guān)系探討

5.1 PSP與SCS的古地理位置

前人對(duì)整個(gè)東亞的重建中提出了很多模型，由于SCS緊靠華南，所以對(duì)其古地理的爭議不大，但PSP存在旋轉(zhuǎn)和俯沖作用，其古地理重建則有較大爭議，從而導(dǎo)致PSP與SCS的相對(duì)古地理位置存在不確定性.比如，Hall(2002)和Queano等(2007)認(rèn)為在～20 Ma時(shí)四國盆地與SCS靠的很近，Isozaki等(2010)和Raimbourg等(2017)則認(rèn)為～20 Ma時(shí)四國盆地與SCS離得較遠(yuǎn)，而離日本較近.這一方面是因?yàn)槿鄙賹?duì)PSP精細(xì)的古地磁約束(即以前板塊重建利用的正演的古地磁資料精度不夠).另一方面通過PSP周緣地塊如日本的構(gòu)造事件來反演推測(cè)PSP構(gòu)造演化(Isozaki et al., 2010; Raimbourg et al., 2017)可能存在多解性，構(gòu)造事件的精確年齡亦存在不確定性.

那么SCS與PSP在空間上到底是什么關(guān)系？

通過上述古地磁和磁異常條帶分析，可以建立SCS和PSP各自的一級(jí)演化模型：PSP在52 Ma時(shí)位于赤道附近，52～30 Ma，西菲律賓海盆地向北運(yùn)動(dòng)的過程中邊擴(kuò)張、邊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，30 Ma時(shí)四國盆地和帕里西維拉盆地開始裂陷和擴(kuò)張，至15 Ma時(shí)海底擴(kuò)張停止.而SCS則于33/29.7 Ma開始海底擴(kuò)張，在15/15.6 Ma時(shí)海底擴(kuò)張停止.考慮到整個(gè)PSP的旋轉(zhuǎn)，在從赤道附近的低緯度旋轉(zhuǎn)到現(xiàn)今板塊位置的高緯度的過程中，必存在一個(gè)時(shí)間段，其古緯度和SCS的古緯度相當(dāng).這個(gè)時(shí)間段是什么時(shí)候？

Liu等(2021)系統(tǒng)地研究了四國盆地內(nèi)部最老的鉆孔ODP 1177孔的古地磁和物源信息，發(fā)現(xiàn)四國盆地和SCS在～20 Ma(磁異常6a對(duì)應(yīng)的年代，圖4)時(shí)的古緯度是基本一致的，在四國盆地也發(fā)現(xiàn)了和SCS一致的鋯石物源.由此提出四國盆地和SCS至少在20 Ma時(shí)就曾連接在一起(圖6a).考慮到澳大利亞板塊與東南亞地塊在～23 Ma(Hall, 2011)或者～20 Ma(Sdrolias et al., 2004)開始碰撞，其導(dǎo)致了PSP的旋轉(zhuǎn)和北移，進(jìn)而促使～15 Ma時(shí)四國盆地已經(jīng)與SCS分離(圖6b)，并發(fā)現(xiàn)有來自長江等地的沉積物(Clift et al., 2013).盡管現(xiàn)今ODP 1177孔的位置離珠江和長江有一定距離，和長江之間還隔著沖繩海槽，但沖繩海槽在～15 Ma 之前還沒形成(Clift et al., 2013)，而且濁流可以長距離搬運(yùn)沉積物，搬運(yùn)距離甚至超過1500 km(Talling et al., 2007)，在ODP 1177孔分別發(fā)現(xiàn)來自珠江和長江的物源是合理的，且與PSP的旋轉(zhuǎn)過程有很好的對(duì)應(yīng).

SCS與PSP四國盆地協(xié)同擴(kuò)張模型一方面能很好地解釋“SCS東部次海盆先形成，西南次海盆后形成(SCS東寬西窄)；四國盆地北部先形成，南部后形成(四國盆地北寬南窄)”這一盆地演化過程.另一方面，這一模型亦能很好地解釋SCS的擴(kuò)張方向在～23 Ma洋脊躍遷后由近N-S向轉(zhuǎn)變?yōu)镹NW-SSE方向(磁異常條帶上表現(xiàn)為走向由近E-W向轉(zhuǎn)變?yōu)镹EE-SWW向)：由于SCS與四國盆地形成之初即連在一起，磁異常條帶近E-W走向，海底擴(kuò)張方向近N-S向；～23 Ma澳大利亞板塊與東南亞地塊發(fā)生碰撞，使四國盆地與SCS發(fā)生分離，分離時(shí)北向運(yùn)動(dòng)的四國盆地對(duì)SCS側(cè)向拖曳牽引，使得原本E-W走向的SCS轉(zhuǎn)變?yōu)镹EE-SWW走向.

5.2 PSP與SCS的俯沖板片恢復(fù)

古地磁和磁異常條帶數(shù)據(jù)可以用來恢復(fù)SCS與四國盆地的運(yùn)動(dòng)軌跡，而地震層析成像結(jié)果從地震學(xué)的角度為SCS與四國盆地的板塊邊界、空間展布形態(tài)及板塊構(gòu)造恢復(fù)提供空間上約束.隨著全球和區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)的地震數(shù)據(jù)的不斷增加，為精細(xì)刻畫與恢復(fù)已經(jīng)俯沖下去的板片形態(tài)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和極為重要的約束.

通過開展縱波速度結(jié)構(gòu)及天然地震層析成像方面研究(Liu et al., 2018)，發(fā)現(xiàn)SCS已經(jīng)沿馬尼拉海溝俯沖到地下深處400～500 km(Wu et al., 2016;Zhao et al., 2019)；如果將沿馬尼拉海溝俯沖下去的SCS洋殼部分恢復(fù)到地球表面上來，可獲得SCS停止擴(kuò)張時(shí)的整個(gè)洋殼范圍(圖7a)；說明在SCS擴(kuò)張結(jié)束時(shí)的洋殼面積比現(xiàn)今大約一倍，此處的SCS東部洋殼邊界就是后來馬尼拉俯沖起始的地方(Zhao et al., 2019).同樣，根據(jù)地震層析成像研究結(jié)果(Wu et al., 2016)，獲得了四國盆地沿著南海海槽向北俯沖下去的部分(圖7b).四國盆地以殘余擴(kuò)張脊為界，分為東部和西部兩個(gè)海盆的俯沖板片，四國盆地東部板片達(dá)到920 km，西部板片達(dá)到720 km(圖7b).將SCS向東俯沖下去的部分和四國盆地向北俯沖下去的部分全部恢復(fù)出來，SCS與四國盆地應(yīng)該可以連接在一起，連接處可能就是當(dāng)時(shí)SCS與四國盆地統(tǒng)一的擴(kuò)張中心(圖6a).

圖6 PSP與SCS在～20 Ma和～15 Ma時(shí)的構(gòu)造重建(Liu et al., 2021)(a)四國盆地與SCS連在一起，在四國盆地ODP 1177孔發(fā)現(xiàn)與SCS X28孔一致的鋯石物源；(b)四國盆地與SCS分離，在四國盆地ODP 1177孔發(fā)現(xiàn)來自長江的物源.Fig.6 Tectonic reconstruction of the PSP and the SCS at ～20 Ma and ～15 Ma (Liu et al., 2021)(a) The Shikoku Basin was connected to the SCS, and the zircons of ODP Site 1177 were consistent with that of Site X28；(b) The Shikoku Basin was separated from the SCS, and the materials of the Yangtze River were detected in ODP Site 1177.

圖7 地震層析成像恢復(fù)的俯沖板片(a) SCS東向俯沖板片恢復(fù)(Zhao et al., 2019); (b) PSP北向俯沖板片恢復(fù)(Wu et al., 2016).Fig.7 Subduction slabs recovered by seismic tomography(a) Eastward subduction slab recovered in the SCS (Zhao et al., 2019); (b) Northward subduction slab recovered in the PSP (Wu et al., 2016).

我們認(rèn)為SCS與四國盆地在～20 Ma具有地質(zhì)上的親緣性是合理的，并進(jìn)一步認(rèn)為它們?cè)谛纬芍蹙蛯儆谕粋€(gè)海底擴(kuò)張系統(tǒng).理由如下：(1)從時(shí)間上看，四國盆地的形成時(shí)間(30～15 Ma)與SCS的擴(kuò)張時(shí)間(33/29.7～15 Ma)基本重合；(2)從空間上看，SCS東部海盆洋殼的長度(A-A′，圖4)與四國盆地北部的寬度大體一致(B-B′，圖4)；(3)從兩個(gè)盆地的基底看，SCS洋中脊玄武巖來源于印度洋型地幔源區(qū) (Zhang et al., 2018)，而四國盆地的洋中脊玄武巖同樣為印度洋型地幔源區(qū)(Hickey-Vargas, 1998)；(4)從PSP旋轉(zhuǎn)過程看，Hall等(1995a,b,c)認(rèn)為PSP在40～25 Ma古緯度相對(duì)比較穩(wěn)定，無明顯的旋轉(zhuǎn)，而四國盆地在20 Ma與SCS連在一起(Liu et al., 2021)，說明SCS與四國盆地在形成之初的33/30 Ma也應(yīng)該離得很近；(5)從SCS與四國盆地形成之前的鄰區(qū)構(gòu)造背景看，45～33 Ma期間，蘇拉威西海與西菲律賓海連在一起 (Nichols and Hall, 1999)，則在33/30 Ma時(shí)，處于蘇拉威西海北部的SCS與處于西菲律賓海北部的四國盆地也很可能連在一起.

5.3 PSP與SCS的動(dòng)力學(xué)聯(lián)系

要厘定SCS與PSP的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，首先需要確定SCS打開的動(dòng)力學(xué)機(jī)制.關(guān)于SCS初始擴(kuò)張打開的動(dòng)力來源前人提出了不同的觀點(diǎn)，如碰撞側(cè)向擠出逃逸模型 (Tapponnier et al., 1982; Briais et al., 1993)、 古南海俯沖拖曳模型(Holloway, 1982; Hall, 2002)、弧后擴(kuò)張模型(Karig, 1971; Ben-Avraham and Uyeda, 1973)、地幔柱模型(Flower et al., 1998; Zhang et al., 2018)，以及新特提斯洋俯沖模型等(孫衛(wèi)東等，2018).其中最為流行的是碰撞側(cè)向擠出逃逸模型(動(dòng)力來源于西邊)和古南海俯沖拖曳模型(動(dòng)力來源于南邊).碰撞側(cè)向擠出逃逸模型認(rèn)為印度板塊與歐亞板塊的碰撞導(dǎo)致印支地塊沿紅河—哀牢山斷裂向南走滑逃逸，進(jìn)而導(dǎo)致了SCS的形成.這一模型與構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)具有很好的一致性，也與SCS西緣印支地塊的擠出構(gòu)造特征一致.但SCS若是由于青藏高原的碰撞擠出產(chǎn)生，則SCS最先應(yīng)該在西部次海盆開始擴(kuò)張，可事實(shí)恰好與之相反，故這種模型引起了不少爭議.古南海俯沖拖曳模型認(rèn)為地質(zhì)歷史時(shí)期在現(xiàn)今SCS南部存在一個(gè)古南海，古南海向南的俯沖在現(xiàn)今SCS處產(chǎn)生的伸展拉張使SCS打開.該模型能很好地解釋SCS的擴(kuò)張方向，也能解釋SCS南部婆羅洲、巴拉望地區(qū)發(fā)育的蛇綠巖.但古南海周緣地塊的碰撞作用，導(dǎo)致古南海俯沖拖曳的速度逐漸減慢，在早中新世，僅靠古南海的拖曳拉張，可能不能導(dǎo)致SCS的持續(xù)打開(Huang et al., 2019).

顯然，單靠來源于西邊或者南邊的動(dòng)力，都不足以解釋SCS的打開.近年來，Wang等(2019)和林間等(2019)提出了南海破裂的“板緣張裂”新模式，表明南海的張裂與傳統(tǒng)的大西洋型“板內(nèi)張裂”模式明顯不同.Huang等(2019)提出SCS東邊的走滑斷裂在SCS打開的過程中扮演了重要作用.而東邊的走滑斷裂顯然與PSP的運(yùn)動(dòng)有關(guān).這就將“PSP與SCS的動(dòng)力學(xué)關(guān)系”這一課題擺在了前所未有的重要位置.

前人對(duì)PSP與SCS的動(dòng)力學(xué)聯(lián)系有過為數(shù)不多的探討.Zhao等(2019)認(rèn)為二者之間由大型的左旋走滑斷裂相連接，在區(qū)域動(dòng)力學(xué)上存在緊密聯(lián)系.在西菲律賓海擴(kuò)張的第一階段(60～45 Ma, Hilde and Lee,1984) 正是SCS陸緣發(fā)生第一期裂谷作用的階段(56～40 Ma, Lei et al., 2019).西菲律賓海擴(kuò)張的第二階段(45～35 Ma, Hilde and Lee,1984) 正是SCS陸緣發(fā)生第二期裂谷作用的階段(40～33 Ma, Lei et al., 2019).在SCS停止擴(kuò)張后，SCS與PSP的邊界由左旋走滑轉(zhuǎn)變成俯沖.Wu等(2016)認(rèn)為西菲律賓海北部的琉球海溝俯沖帶會(huì)向西傳遞到SCS南部，伴隨著古南海的向北俯沖，導(dǎo)致SCS的弧后擴(kuò)張打開.這一弧后擴(kuò)張模型在目前的地表還缺少巖漿弧存在的證據(jù)，遭到了不少反對(duì) (Zahirovic et al., 2014).但Wu等(2016)認(rèn)為在地表上缺乏保留或識(shí)別的弧并不能完全拒絕這一SCS打開模型，而且這一模型與SCS及鄰區(qū)的地殼、地幔結(jié)構(gòu)能很好的對(duì)應(yīng).

我們認(rèn)為由于SCS從東部先打開，且東部的PSP擴(kuò)張期次和SCS裂陷和擴(kuò)張期次有如此好的對(duì)應(yīng)性，SCS的打開一定不能忽略東部的動(dòng)力來源.但僅僅依靠東部的走滑斷裂，顯然不足以將SCS打開.東部的走滑斷裂和南部的俯沖拖曳的聯(lián)合作用可能更有利于SCS的初始打開.雖然這還需要進(jìn)一步的地球動(dòng)力學(xué)模擬來加以驗(yàn)證，但該模型表明了SCS與PSP四國盆地協(xié)同演化的特點(diǎn)，暗示了SCS與PSP四國盆地的洋殼結(jié)構(gòu)和深部地幔地球化學(xué)性質(zhì)應(yīng)具有相關(guān)性，能很好地協(xié)調(diào)SCS從東部擴(kuò)張到西部和四國盆地從北部擴(kuò)張到南部的動(dòng)力學(xué)過程，并為未來更進(jìn)一步的地球動(dòng)力學(xué)模擬奠定了古地理基礎(chǔ).

5.4 PSP與SCS協(xié)同擴(kuò)張模型

Liu等(2021)提出了SCS與PSP四國盆地協(xié)同演化模型，目前主要證據(jù)來源于20 Ma時(shí)的古地理重建.但是這一模型還需進(jìn)一步研究.

就現(xiàn)有的板塊重建而言，在一級(jí)演化模型之下，新生代以來，特別是漸新世以來，東亞的古地理重建基本都將SCS北部的歐亞大陸固定不動(dòng).這就導(dǎo)致SCS的擴(kuò)張中心在向南運(yùn)動(dòng).而古地磁數(shù)據(jù)則顯示PSP的一級(jí)演化模型為北向運(yùn)動(dòng).SCS的南向運(yùn)動(dòng)與PSP的北向運(yùn)動(dòng)似乎不支持兩者之間的協(xié)同演化和共享一個(gè)擴(kuò)張中心.

但歐亞板塊漸新世以來真的是一直不動(dòng)的嗎？Cogné等(2013)的古地理重建顯示歐亞板塊漸新世以來存在北移，能很好地解釋SCS與四國盆地?cái)U(kuò)張中心的一致性.另一方面，PSP北向運(yùn)動(dòng)的一級(jí)演化模型中是否可能在某一時(shí)間段存在南移？結(jié)合現(xiàn)有的古地磁數(shù)據(jù)(表1，圖2)，我們發(fā)現(xiàn)30～20 Ma之間并不能排除PSP內(nèi)的部分塊體存在南向移動(dòng).這是因?yàn)镻SP并非完全是一個(gè)剛體，由于俯沖帶以及海底擴(kuò)張等的存在，板塊內(nèi)部各塊體的演化細(xì)節(jié)絕非單純的北向移動(dòng).四國盆地?cái)U(kuò)張中心西側(cè)塊體在30～20 Ma之間的南向運(yùn)動(dòng)能很好地和PSP四國盆地與SCS協(xié)同演化模型相契合.

由此可見，SCS北部的歐亞板塊和PSP內(nèi)部塊體的運(yùn)動(dòng)方式還不太明確.我們提出PSP四國盆地與SCS初始擴(kuò)張時(shí)的三種可能模型(圖8).一是協(xié)同擴(kuò)張中心的古緯度基本保持不動(dòng)，這就要求歐亞板塊在漸新世以來存在向北的運(yùn)動(dòng)分量(圖8a).二是協(xié)同擴(kuò)張中心的古緯度向南運(yùn)動(dòng)，這就要求地質(zhì)歷史上四國盆地?cái)U(kuò)張中心以南的塊體(即現(xiàn)今擴(kuò)張中心西側(cè)的塊體)在30～20 Ma之間存在南向運(yùn)動(dòng)分量，而歐亞板塊的古地理位置可以固定不動(dòng)(圖8b).三是協(xié)同擴(kuò)張中心的古緯度向北運(yùn)動(dòng)，這就要求歐亞板塊具有相當(dāng)大的北向運(yùn)動(dòng)分量(圖8c).以上模式還有待于對(duì)歐亞板塊和PSP更精細(xì)的古地磁學(xué)研究.

6 結(jié)論與展望

根據(jù)前人獲取的PSP和SCS的古地磁數(shù)據(jù)、海底磁異常條帶資料，并結(jié)合其它地質(zhì)證據(jù)，本文系統(tǒng)綜述了SCS和PSP的演化歷史以及協(xié)同演化過程.PSP四國盆地與SCS在漸新世開始就連在一起，共享一個(gè)海底擴(kuò)張中心；早中新世澳大利亞板塊的北向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致四國盆地逐漸與SCS發(fā)生走滑分離.但PSP與SCS的協(xié)同演化模型還不完善，需要加強(qiáng)以下方面的研究：

(1)四國盆地與SCS在～20 Ma同處一個(gè)構(gòu)造演化單元，其擴(kuò)張中心以南的塊體(即現(xiàn)今擴(kuò)張中心西側(cè)的塊體)是否在30～20 Ma存在向南的運(yùn)動(dòng)分量，還有待高分辨率的古地磁學(xué)研究.在四國盆地西部的九州—帕勞脊以及西菲律賓海獲取的沉積年齡超過30 Ma的大洋鉆探巖心，是后續(xù)進(jìn)行古地磁研究的理想材料.

(2)SCS的古緯度主要根據(jù)SCS磁異常條帶的位置來確定，缺少古地磁學(xué)數(shù)據(jù)支持.同時(shí)需要確定歐亞板塊漸新世以來的演化模式，加強(qiáng)對(duì)SCS古緯度的精細(xì)約束.

(3)PSP旋轉(zhuǎn)過程主要依賴于盆地邊緣島嶼的古地磁偏角測(cè)量，這可能既包含了整個(gè)板塊的旋轉(zhuǎn)，也包含了局部旋轉(zhuǎn).如果想進(jìn)一步精確厘定PSP的旋轉(zhuǎn)過程，由于海盆中央不受盆地邊緣構(gòu)造影響，其巖心的古地磁偏角更具代表性.在后續(xù)的大洋鉆探中，對(duì)該區(qū)域的長序列巖心進(jìn)行原位定向至關(guān)重要.

圖8 PSP四國盆地和SCS協(xié)同擴(kuò)張的三種可能模型黃色虛線為擴(kuò)張中心初始擴(kuò)張時(shí)的古緯度，紅色方框指示擴(kuò)張中心.Fig.8 Three possible spreading models for the co-evolution of the Shikoku Basin and SCSThe yellow dotted lines denote the paleolatitudes of the initial spreading center. The red squares denote the spreading centers.

(4)SCS與PSP四國盆地的協(xié)同演化過程主要基于古地磁、海底磁異常條帶和洋殼地震層析成像的約束，目前缺乏更加詳細(xì)的地質(zhì)記錄驗(yàn)證.因此，需要加強(qiáng)SCS與PSP的構(gòu)造演化與其周緣塊體構(gòu)造響應(yīng)特征對(duì)比研究.在未來的地球動(dòng)力學(xué)的模擬中，需要“跳出南海看南?！保诟蟮摹皷|南亞環(huán)形俯沖帶”的視野范圍內(nèi)，關(guān)注SCS與PSP協(xié)同演化的動(dòng)力學(xué)過程，將西太平洋板塊的俯沖、澳大利亞板塊與東南亞地塊的碰撞、印度洋板塊的俯沖過程與SCS與PSP的演化聯(lián)系在一起.

致謝感謝四位審稿人對(duì)本文提出的詳細(xì)而中肯的意見.感謝蓋聰聰博士、張強(qiáng)博士、仲義博士、馮婉儀博士、郭來銀博士、張偉杰博士生和王浩森博士生在前期資料準(zhǔn)備過程中的貢獻(xiàn).與南科大海洋磁學(xué)中心各成員的探討受益匪淺！