佳文赏析 | 汪品先院士：南海不是小大西洋

本文由汪品先院士撰写，介绍NSR“南海大洋钻探”专题及其中展示的南海海盆形成机制新假说。转载自中国科学杂志社，有删改。

海洋盆地的形成机制，是地球科学的一个基本问题。为什么原先的大陆，会裂开变成深海盆？答案藏在岩石圈的深处。依靠地球物理手段，我们可以进行间接推测、提出假设；但是如果真要验证这些假设，还是要靠大洋钻探，到深海下面钻取地质基底的岩石，才能得到岩石圈张裂的证据。南海有幸：近五年来（2014-2018）大洋钻探在南海完成了3个半航次，在水深三、四千米的深海底钻探12个站位，其中6个取到了火成岩的基底，揭示了南海形成的真相，使南海成为世界上基底研究最好的边缘海。最近一期《国家科学评论》 (National Science Review，NSR)中的专题“南海大洋钻探”，说的就是这一次的发现。   大陆张裂形成海盆，国际上对这一过程的研究基地在大西洋被动大陆边缘。大洋钻探50年来，用了22个航次探索大西洋，成功地分辨出富岩浆和贫岩浆两大类大陆边缘。西欧岸外的伊比利亚边缘，就是贫岩浆型的典型：不靠岩浆活动就能使大陆破裂，关键的机制在于大陆岩石圈拉薄和地幔橄榄岩的蛇纹岩化。这种贫岩浆型被动边缘的模型被广泛用于世界各地，包括南海在内。然而这种模型只在大西洋经过大洋钻探证实，是否适用于更多大陆边缘海，还需要有更多的实例检验。南海的时空尺度都比大西洋小一个量级，是检验大西洋模型的理想选择，而检验的焦点在于蛇纹岩化的地幔岩。出乎意料，在南海北部洋陆过渡带的基底中，并没有发现蛇纹岩化的地幔，钻到的是洋中脊型的玄武岩（图1）。也就是说，大洋钻探的结果并不支持原先的假说。    

图1 南海北部洋陆过渡带大洋钻探揭示的基底岩性

既然检验没有通过，南海的形成机制就不能继续套用大西洋模式。本专题的六篇论文，就是试图结合多年来积累的资料，重新探讨南海深海盆的形成过程。具体来说，大洋钻探表明南海的岩浆作用自始至终高度活跃，破裂过程十分迅速，地震剖面也显示出大量的岩浆底侵作用，岩浆活动的规模远远超出以前的想象(Sun等，2019）。地球物理的模型试验也同样表明: 板片俯冲就足以造成类似的岩浆上涌(Lin等，2019)。可见南海反映了西太平洋俯冲带的特色，不能套用大西洋的“贫岩浆型”模式。既然“南海不是小大西洋”，她的形成历史也就需要重新认识。根据大洋钻探的结果，本专题提出了沿走滑断层从东边打开的新假说。以往的假说认为南海张裂或者靠西边的“构造逃逸”，或者靠南边古南海的“板块俯冲”。但是大洋钻探和区域地质的新资料表明，南海最有可能是沿着原有的走滑断层从东边打开，然后扩张脊向西推进，最终形成尖角状的西南次海盆（图2；Huang等，2019）。至于东边最早形成的洋壳，已经沿马尼拉海沟俯冲消隐，因此中新世的南海洋盆比现在大得多(Zhao等，2019)。同时，南海北部的大洋钻探，还发现了始新世深海相地层的存在，说明现在的南海打开之前就曾经有深海发育(Jian等,2019)。

图2   南海成因的不同假设

以上大洋钻探的发现，其意义远远超出南海的范围。证据表明：南海和大西洋海盆，属于两类不同的大陆岩石圈，是在板块运动不同阶段破裂的产物。

在空间上，大西洋产生于超级大陆的内部，需要破裂的岩石圈早已经过造山运动加固；而南海产生在超级大陆的边缘，经过大洋板块两亿多年的俯冲，那里的岩石圈早已变弱，破裂的难度大为减低。在时间上，大西洋产生于中生代晚期，属于超级大陆的瓦解阶段；南海产生于新生代中期，属于超级大陆瓦解后的板块碰撞期。因此，前者是在岩石圈离散(divergence)背景下的产物，属于“板内破裂(inner-plate rifting)”；后者岩石圈汇聚(convergence)背景下发生的张裂，属于“板缘破裂(plate-edge rifting)”

图 3   太平洋周围若干“板缘破裂“的扩张脊推进

“板缘破裂”产生的海盆很多，比如太平洋周围的Woodlark海盆、Lau海盆、日本海、加里福尼亚湾等等（图3）。这些海盆和南海属于同一个大类，是研究南海时应当进行比较的对象。这些“板缘破裂”海盆由于地处俯冲带，在邻近板块的挤压、拉伸作用下身不由主，因此范围不大、寿命不长，还保留着扩张脊推进所产生的尖端形状。由于扩张过程发展迅速，大洋与大陆壳的分界清晰，因此这类海盆的洋陆过渡带相对狭窄。此外，这类海盆的地壳破裂和岩浆溢出都相对容易，大西洋的贫、富岩浆型的划分难以适用；而且海盆的水深偏大，深度远远超过大洋壳冷却沉降的幅度。这次南海专题提出了“板缘破裂”的概念，一方面指出南海研究不能再盲目套用大西洋模式，另一方面又强调相应的研究刚刚开始，其本身的研究任务十分繁重。“板缘破裂”海盆有着一系列不同于“板内破裂”的特色，但是其种类繁多，既有典型的弧后扩张盆地，又有沿走滑断层产生的海盆，有待通过大量的分析比较加以归纳。西太平洋区是地球上最大的俯冲带，全世界75%的边缘海盆地聚集在这里，因此南海所在的西太平洋是研究“板缘破裂”的理想海域，也赋予了我国科学界不容推诿的研究任务。只有认识了“板缘破裂”的机制，才能正确解释南海等边缘海的构造特色；只有理解了板内和板缘两种不同的破裂机制，才能最终为地球上海盆成因之谜提供正确的答案。  

图文编辑：许多

责任编辑：张敏

审核：王冠 王波涛 梁龙武

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