基于能量耗散视角的红树林海岸沉积地貌学

李炎, 陈一宁

李炎,陈一宁. 基于能量耗散视角的红树林海岸沉积地貌学[J]. 海洋地质与第四纪地质,2023,43(6): 25-33. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2023091301
引用本文: 李炎,陈一宁. 基于能量耗散视角的红树林海岸沉积地貌学[J]. 海洋地质与第四纪地质,2023,43(6): 25-33. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2023091301
LI Yan,CHEN Yining. Sedimentary geomorphology of mangrove coasts in perspective of energy dissipation[J]. Marine Geology & Quaternary Geology,2023,43(6):25-33. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2023091301
Citation: LI Yan,CHEN Yining. Sedimentary geomorphology of mangrove coasts in perspective of energy dissipation[J]. Marine Geology & Quaternary Geology,2023,43(6):25-33. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2023091301

基于能量耗散视角的红树林海岸沉积地貌学

基金项目: 国家重点研发计划项目课题“滨海湿地固碳与生物多样性维持等协同提升技术研发”(2022YFC3105404);浙江省自然科学基金重点项目“潮沟地貌对浙江人工红树林抗寒的影响”(LZ21D060001);浙江省科技计划特殊支持项目(2022R52016)
详细信息
    作者简介:

    李炎(1954—),男,教授,研究方向为河口海岸学,E-mail:liyan@xmu.edu.cn

    通讯作者:

    陈一宁(1979—),女,研究员,研究方向为滨海湿地生物地貌学,E-mail:yiningchen@sio.org.cn

  • 中图分类号: P737.1

Sedimentary geomorphology of mangrove coasts in perspective of energy dissipation

  • 摘要:

    能量耗散是海岸带沉积地貌学的重要研究方向。地貌系统中的能量耗散往往存在极值,但是关于地貌演化的能量耗散趋向是最大值还是最小值,一直存在争议。本文试图从文献梳理入手,回顾海岸带地貌过程中的能量耗散问题,并用阻抗匹配概念来解释能量耗散的极值问题:当地貌系统的机械储能效率最大而热力学耗散最小时,表现为“共振阻抗匹配”,反之则表现为“梯度阻抗匹配”。基于无量纲沉降速度Ω的海滩地貌分类体系,正是表现从“共振阻抗匹配”到“梯度阻抗匹配”的典型谱系。在此基础上,从能量耗散的视角,对红树林生态系统的沉积地貌过程进行了文献综述,总结了潮沟-潮滩-红树林界面上的阻抗匹配和能量耗散问题,讨论了界面能量耗散行为如何通过水动力学和热力学过程反馈到红树林的生长过程,指出了红树林生态系统中潮沟-潮滩三维地形结构的重要性,并建议在红树林生态修复工程中应用这种结构来更好地维持系统的稳定性。

    Abstract:

    Energy dissipation has been widely studied in coastal sedimentary geomorphology. It has been assumed that thresholds in energy dissipation may exist in geomorphological evolution; however, whether energy dissipation evolves towards a minimum, maximum, or both, aroused a big debate in a long history. We summarized the previous publications to revisit the energy dissipation problem in coastal geomorphology, and proposed a concept of ‘impedance matching’ to explain the problem regarding minimum and maximum values of energy dissipation. Once the geomorphological system showed a maximal mechanical energy storage but a minimal thermal energy dissipation, it could be a ‘resonance impedance matching’ system. Otherwise, it could be a ‘gradience impedance matching’ system. The Ω classification of beaches obtained by dimensionless settling velocity was a typical example for these two ‘impedance matching’ systems. Based on the new concept, we reviewed geomorphological studies on mangrove ecosystems, and revealed the ‘impedance matching’ and the energy dissipation across the interfaces of tidal creek–tidal flat–mangrove systems. In addition, we discussed how the energy dissipation could affect the growth of mangroves through hydrodynamics and thermal dynamics, and pointed out that the three-dimensional structure of tidal creek–tidal flat is very important to maintain the stability of mangrove ecosystems and therefore should be considered in the future mangrove restoration projects.

  • 南海扩张是研究南海被动大陆边缘地球动力学中重要的地质事件,而研究古南海的俯冲消亡对南海扩张的诱因及时间具有重要的指导意义。关于南海扩张的诱因多年来一直是众多学者关注或研究的重点问题。其中代表性的观点有以下两个:(1)板块拖曳拉张学说。白垩纪末期至古新世时,由于古南海洋壳向南部及东南部俯冲到婆罗洲、巴拉望岛及吕宋岛之下,俯冲板块的拖曳作用导致了华南陆缘的伸展和南海的张开[1-5];(2)印-藏碰撞和印支半岛南东向挤出学说。印度与欧亚大陆的碰撞导致印支半岛在古近纪沿红河断裂带发生了500~700 km的左行位移,在其末端由于左行拉分作用使南海张开[6-8]

    研究古南海的俯冲过程不仅对于南海扩张的诱因有更进一步的认识,并且对于南海局部地球动力学也有一定的指导意义。但是古南海的俯冲消亡过程仍然存在争议,其中主要的问题有以下两个:古南海的俯冲范围及俯冲时间。

    (1)目前大部分学者的观点认为古南海的俯冲始于始新世,西起婆罗洲北部的曾母盆地一带,随后蔓延到沙巴以及东部的巴拉望岛,于中中新世时期停止俯冲。在古南海向东南方向俯冲的过程中,由于俯冲时产生的拖曳力导致婆罗洲岛和巴拉望岛与曾母地块和南沙地块不断靠近。在晚始新世时期,婆罗洲岛与曾母地块发生碰撞,引发“沙捞越造山”。在中中新世时期,婆罗洲岛北部与南沙地块在沙巴地区发生碰撞,引起了“沙巴造山”,随后在晚中新世时期,南沙地块与巴拉望岛发生碰撞。“沙巴造山”标志着古南海完成了从西南向东北方向的剪刀式俯冲关闭过程。值得注意的是,始新世时期俯冲的古南海洋壳已经深入婆罗洲岛下方,而后两期的碰撞分别产生了南沙海槽与巴拉望海槽[1-2, 9-13]图1)。

    图  1  研究区构造单元图
    Figure  1.  Tectonic units of the study area

    (2)还有学者认为古南海的俯冲过程已经非常明确,但是对于俯冲产生的碰撞区位置却存在质疑。第一种观点中的南沙海槽以及巴拉望海槽在他们看来并非是所谓的俯冲带。前者是一种与新生代早期裂谷有关的伸展断层的深层作用,是对沙巴新近纪增生楔的重力驱动变形的响应,由于南沙大陆地体的推覆前端负载而产生的逆冲断层[14-16]。后者则是因为南海打开过程中对南部形成的挤压力,使得卡加延地区与南沙地块发生碰撞所形成的前渊地带。后期增生楔的形成导致巴拉望海槽发生强烈沉降,从而形成现今的巴拉望海槽[17-18]

    (3)最后一种观点则针对古南海的范围提出了异议。Hall[19]认为古南海的范围并没有像之前认识的从沙捞越盆地的西北部至巴拉望岛北部一带,而是指西起西巴拉姆线以东,东至菲律宾的卡加延地区的一片海(图2)。虽然晚白垩纪时期在沙捞越地区发生了碰撞造山事件,但他认为这是由于古太平洋的洋壳俯冲所致,与古南海的俯冲并无关系。古南海的俯冲应该是晚始新世在南沙地块与婆罗洲之间、西巴拉姆线以东开始,早中新世在菲律宾卡加延脊一带停止,而巴拉望海槽则代表了现今南海的洋陆转换带[20]。本文根据最近发表相关成果,如地震层析成像,新生物地层资料以及野外露头的观测,结合地震剖面资料,明确了古南海分布的西界范围及古南海俯冲消亡时限。

    图  2  南海地震层析成像(800 km深度)(A)及渐新世(30 Ma)时期古南海俯冲示意图 (B)(据文献[19]修改)
    Figure  2.  A: Seismic tomography of South China Sea; B: Reconstruction at 30 Ma (modified from reference [19])

    南海是西太平洋最大的边缘海之一,位于欧亚板块、太平洋板块、印-澳板块的交汇地带。东邻菲律宾群岛,南依婆罗洲和苏门答腊群岛,南北长约2 900 km,东西宽约1 600 km,总面积约3.5×106 km2图1)。其演化受控于洋、陆板块的相互作用,是全球构造运动最为活跃的地带之一,也是地球系统动力学研究的前沿与热点地区[2, 21-26]。其中,最为热门的研究就是探究南海扩张的过程及其控制因素,而古南海的俯冲作为南海扩张的潜在诱因[4.27]则更加需要进行深入的探究。

    古南海是晚白垩纪时期位于亚欧大陆南部的洋壳。随着南海扩张沿着东南方向俯冲,经过婆罗洲北缘、南沙地块并最后消逝于巴拉望的水域[28]。而古南海盆地是一个东西向展布、相对较窄的细长型边缘盆地。在婆罗洲北部大约有300~350 km宽,而在东部巴拉望一带的展布约有500 km[29]图2B)。古南海的岩石圈形成于中生代[1-2],中生代末期,各个地块拼合成统一的小型“联合古陆”,其中主要包括三大部分:①华南板块及亲华南板块的地块;②印支板块;③婆罗洲地块[30]。古南海一共经历了二期构造旋回:白垩纪末—始新世为扩张期,渐新世—第四纪为萎缩期,现今洋壳已基本消耗殆尽[31-32]。本文的研究区呈北东—南西向展布,位于曾母地块-南沙地块和婆罗洲岛-苏禄海之间(图1)。

    关于古南海的许多结论时至今日依旧存在很大的争议,甚至它的存在与否也受到了怀疑[6-8,21]。本文从古南海俯冲所引起南海南部的板块碰撞及造山运动着手,旨在借助于分析这些事件的发生时间以及形成背景来恢复古南海俯冲的时间线以及俯冲的路径。在古南海俯冲的过程中相继导致了3次碰撞事件[10]:(1)曾母地块南部与婆罗洲西北部碰撞(沙捞越运动);(2)南沙地块南部与婆罗洲北部碰撞(沙巴造山);(3)巴拉望岛北部地块与菲律宾岛弧碰撞(巴拉望碰撞)。

    在充分总结前人的研究成果之后,针对每一期运动进行独立分析。从而将古南海的俯冲过程与南海南部的碰撞事件及造山运动进行匹配(图3),以此来恢复古南海俯冲的时间以及路径,有助于对古南海的俯冲消亡史有更进一步的认识。

    图  3  南海南部主要构造事件
    Figure  3.  Major tectonic events in the southern South China Sea

    曾母地块作为巽他大陆的一部分,是一个具有陆壳性质的多地块拼合体(图4)。东部由早新生代的变质岩、沉积岩和火山岩组成。南部是低级变质作用和强烈变形作用的复理石浊积[33-34]。曾母盆地初期是由破裂的中国华南大陆与沙捞越碰撞产生的前陆盆地,在后期逐渐演变成由渐新世—中新世的厚层陆架-陆坡构成的被动陆缘盆地[32],而婆罗洲岛则是一个由3部分形成的板块拼合体,在晚白垩纪时期完成了主体的拼合(图5)。在前人的研究中认为古南海在晚白垩纪开始俯冲,沙捞越是古南海最早向南俯冲的地区[9-11],后续一直向婆罗洲岛下方俯冲,并且俯冲带由西北向东南方展布(图6A)。俯冲一直持续到晚始新世,曾母地块与婆罗洲岛相撞,随后在婆罗洲北部锡布区形成一条近东西向的褶皱冲断带(图7D8A)。这一事件被称为“沙捞越造山”运动[35-36],标志着古南海在沙捞越地区俯冲的终止。虽然该地区的古洋壳随着时间的推移已经完全进入到婆罗洲岛下方,并未在陆上留下类似于南沙海槽一样的俯冲带。但是婆罗洲岛西北部的陆上证据譬如绿岩套、火山岛弧以及增生楔等,表明该时期的俯冲带位于现今的卢帕尔线一带[10]图67)。

    图  4  婆罗洲地块拼合过程(据文献[40])
    Figure  4.  The evolution of the amalgamation of the blocks in Borneo (after reference [40])
    图  5  南海南部被动陆缘的形成演化(据文献[41])
    Figure  5.  Evolution of passive continental margins in the Southern South China Sea (after reference [41])
    图  6  婆罗洲岛构造单元(A)及婆罗洲地块构成与蛇绿岩、火山等出露(B)(据文献[12, 40])
    ①:<210 Ma;②:晚白垩纪;③:始新世;④:198 Ma
    Figure  6.  A: Tectonic units of the Borneo Island, B: Blocks of the Borneo Island (after reference [12, 40])
    ①: <210 Ma; ②: Late Cretaceous; ③: Eocene; ④: 198 Ma
    图  7  南海南部板块碰撞及造山运动(据文献[12])
    Figure  7.  Plates collision and orogenic movement in the Southern South China Sea (after reference [12])
    图  8  始新世晚期沙捞越地区俯冲带示意图[41](A)及南海南部的主要构造[10](B)
    Figure  8.  A: The Late Eocene subduction zone in the Sarawak region ; B: The main structures in the southern South China Sea

    有学者认为该运动在渐新世—中新世之间[37],甚至古近纪[38]。随后Cullen[39]通过克罗克组(图6A)的新生物地层数据及古地磁数据认为,“沙捞越造山”应该发生在晚始新世(37 Ma),同时指出,在沙捞越造山时造成的不整合带,贯穿了婆罗洲的北部,并且延伸到东北部的沙巴地区,甚至到达更远的巴拉望地区。

    但是,Hall[42]认为Hutchison[35]提出这一概念时并没有解释这一碰撞事件,也没有解释是什么条件引起了碰撞。相反,造山运动的提出是由于在沙捞越地区观察到的不整合面所推断的。他认为Hutchison所观察到的不整合面特征事实上代表着白垩纪晚期碰撞所带来的一系列地块拼合变形事件的最后一期,并将这一不整合面命名为拉让不整合面(40 Ma)[14]。同时他认为卢帕尔线只是一条走滑断层,代表地块拼合变形的具体位置(图6B)。

    不过,从现有卢帕尔线附近出露的蛇绿岩的形成时间(图6B)来看,晚白垩纪是最晚的时间,并且该地区的火山活动也一直持续到了白垩纪晚期[43],这些证据都标志着俯冲活动在晚白垩纪时期就已经结束[44]

    在之前的研究中,很多学者都将古南海开始俯冲的西部边界定义在婆罗洲西北部的沙捞越一带,即认为沙捞越下方洋壳的活动代表着古南海俯冲的开始。从而将沙捞越造山运动看作是得益于古南海俯冲于婆罗洲岛之下,所产生的拖曳力导致两个地块不断靠近,从而引起碰撞造山[1-2, 9-13]。然而,近年来越来越多的证据表明,“沙捞越造山”的诱因可能并非是古南海俯冲导致的,并且该运动是否引起造山也存在争议,原因主要有以下两个方面:

    (1)随着技术手段的不断更新,越来越多的新证据被提供来进行深入的研究,其中一项技术就是地震层析成像。Hall 和 Spakman[19]运用地震层析成像技术在婆罗洲岛沙巴至菲律宾地块下方均发现了古南海的岩石圈残留,图6B中出现的埃达克岩也证实了该地区的岩浆活动。但是在西巴拉姆线以西的沙捞越地区下方并没有发现古南海的残余洋壳,并且已经做到了深部区域(800 km),排除了古南海的洋壳已经俯冲进入地幔深部的可能(图2A)。图中蓝色部分的P波速度异常值显示出较高的正异常,代表着较冷的俯冲板块。Hutchison[10]指出西巴拉姆线是一条分界线,东部是一条汇聚边界,同时也是中中新世的碰撞边界,而西部则是巽他大陆的被动消亡边界(图8)。

    (2)通过对婆罗洲西北部及西部的陆上证据,比如火山岩及蛇绿岩套进行分析发现,并没有新生代的物质,相反这些证据都显示沙捞越下方的俯冲结束于晚白垩纪[43-46]图46)。而此时的古南海尚未开始扩张[30-31],因此,该地区下方的洋壳应该属于古太平洋而非古南海.俯冲不仅促使了婆罗洲的聚合,也导致白垩纪末期曾母-南沙地块与西南婆罗洲发生了“碰撞造山事件”[47]图4),卢帕尔线附近的晚白垩纪花岗岩就是最直接的证据。虽然Hutchison[35]开始认为“沙捞越造山”发生的时间应该为中始新世(45 Ma),但是通过对婆罗洲克罗克组的新生物地层数据以及古地磁数据的研究结果发现,“沙捞越造山”的时间应该是晚始新世(37 Ma)[10,39]。这说明俯冲作用与“沙捞越造山”之间并没有直接关系,并且最主要的是并未有直接的证据显示这是一次造山运动,这一切是Hutchison[35]在沙捞越地区根据观测到的不整合面所推测的。最初的古太平洋俯冲带位于沙捞越南部的卢帕尔线一带,但是之后由于古太平洋板块在俯冲到婆罗洲岛下方时发生了板块回转,所以现今的俯冲带应该位于卢帕尔线以北的位置[42]图6A),并且在卢帕尔线以南的地区发现了很多形成时间不一的花岗岩,这表明在白垩纪晚期碰撞造山之后,在该地区还发生了多期的地块之间的重新拼合变形事件。

    综合以上证据表明,传统观点认为古南海俯冲的西部边界位于卢帕尔线附近[10]是不准确的,沙捞越下方的俯冲洋壳已经证实来自古太平洋,而非古南海[42]。Hall[19]所做的地震层析成像结果显示,只在西巴拉姆线以东的地区发现古南海的残余洋壳,且Hutchison[10]也指出西巴拉姆线是一条分界线,那么可以确定的是西巴拉姆线就是古南海开始俯冲的起点,换句话说这就是古南海俯冲的西部边界[13]。这样也可以解释Hall[42]指出沙捞越下方的俯冲发生在早白垩纪,并终止于晚白垩纪,因为该阶段俯冲并非来自古南海。

    根据婆罗洲岛的陆上证据来看,蛇绿岩的出露时间多为白垩纪时期(图6B),并且婆罗洲西北部的火山活动一直持续到了86~88 Ma[43]。这就表明,在晚白垩纪时期,古太平洋的俯冲已经停止[44]图57),而古南海的俯冲此时并未开始,因此,在晚始新世时期(37 Ma)发生的“沙捞越造山”运动(37 Ma)与这两期俯冲事件都没有明显的关系。从早白垩纪到晚白垩纪,古太平洋的洋壳俯冲到婆罗洲岛下方,俯冲带位于现今卢帕尔线一带,引起了曾母-南沙地块不断向西南婆罗洲靠近,并于晚白垩纪引发了碰撞造山运动。

    结合(图4)所示的婆罗洲地块拼合过程来看,婆罗洲的主体部分在白垩纪末期就已经完成了拼合。由于婆罗洲自身是由众多地块拼合而成,在始新世时期围绕婆罗洲卢帕尔线形成的多期变形重组事件,应该是针对晚白垩纪时期发生的碰撞造山事件的后续响应。所谓的“沙捞越造山”事件的分析只是基于在沙捞越地区观测到的不整合面,并没有证据表明它与两次俯冲事件有直接关系,或者是一次造山运动,唯一的解释就是它本身就只是一系列变形事件的最后一期,因此,在此建议将该运动重新命名为“沙捞越运动”。

    在之前的很多研究中,都将沙捞越与沙巴、巴拉望岛一同划分到古南海俯冲带[1-2,9-13]。但是上述证据显示,沙捞越的俯冲与古南海之间并无关系,真正的古南海俯冲开始于西巴拉姆线以东的地区。

    与沙捞越地区不同的是,对于古南海在沙巴地区的俯冲,学者们都是普遍承认的。无论是地震层析成像(图2A)或是沙巴地区的陆上证据(蛇绿岩套,火山岛弧等)(图6B)都显示了该地区下方古南海岩石圈的活动痕迹[47]。但是对于古南海何时形成及开始俯冲,依旧存在很多的争议。Hall[19]认为古南海形成于白垩纪,并且在晚白垩纪时期开始进行俯冲,当然也有学者认为古南海形成于始新世时期[11]。不过可以确定的是,由于古南海岩石圈在该地区的俯冲产生的拖曳力,导致婆罗洲与南沙地块不断靠近[27, 39]。虽然对于古南海俯冲的确切时间存在争议,但是Zheng[13]通过对古南海的西部边界—西巴拉姆线,性质改变的研究,认为西巴拉姆线经历了3个阶段,而它在始新世末(35 Ma)开始了右旋走滑阶段,这一时期对应着南沙海槽下方俯冲的时间。也就是说西巴拉姆线的性质改变时间很可能就是古南海开始俯冲的时间,这一点也得到了沙巴地区蛇绿岩等证据的支持(图6B)。

    上述的拖曳力不止作用于此,它使得南海的地壳持续减薄(图10),并且于33 Ma时期南海打开,南海扩张正式开始[4]。这一事件加剧了南部的挤压环境,使得南沙地块与婆罗洲岛最终在中中新世(15.5 Ma)发生碰撞,这一过程也被称为“沙巴造山”[10,35]

    在20~10 Ma期间,婆罗洲岛发生了逆时针旋转50°[48],从地块形状上来看,这次旋转对沙巴地带的碰撞产生了积极的影响。虽然古南海的俯冲作用在此时仍未停止,有证据表明,俯冲带继续向东部的巴拉望扩散[39],但是一般认为,“沙巴造山”标志着南海扩张的停止[10, 35, 49-52]

    但是Hutchison[10]指出,现今的南沙海槽也未必是真正的俯冲带,只是由于不断地逆冲推覆将俯冲带的前渊挤压到了现今的位置(图6),并且该逆冲推覆构造系统直到现在仍在活动[15-16]。Hall[14]也指出现今南沙海槽只是对沙巴新近纪增生楔的重力驱动变形的响应。而真正的俯冲带海槽可能存在于现今海槽以南的西科迪勒拉下面,因此真正的碰撞边界的产生时间可能要早于15.5 Ma。并且他也认为南海停止扩张的时间应该早于15.5 Ma。通过对俯冲带的高精度地震剖面进行分析后认为地震剖面上广泛存在的中中新世不整合之前还存在一条早中新世不整合(20.5 Ma)[11, 53-54],而这条不整合面则代表着南海扩张停止的时间。

    这些观点也从侧面反映出新南海的扩张与古南海的俯冲之间存在着紧密的联系。尽管对于南海停止扩张的时间依旧存在一些争议,但是广泛存在于南海南部地区的中中新世不整合面在南海南部区域内的地震资料中都清晰可见,因此该事件应该发生在中中新世时期,准确地说应该是15.5 Ma左右。

    位于南中国海东南边缘的巴拉望岛,由2个构造地体组成,北半部的底部来自于亚洲大陆漂移出来的一部分,在中新世时期与菲律宾岛弧相撞[1-2, 55-57](巴拉望碰撞),南半部由蛇绿岩构成,被认为是源于白垩纪时期开始形成的洋盆[58-60]。虽然Shao Lei[61]通过对该地区沉积物变化的分析后认为,白垩纪时期古南海打开,随后的巴拉望地块并未开始漂移。但大多数人认为,由礼乐盆地、巴拉望北部和民都洛岛组成的大陆碎片曾是中国大陆的一部分,随后随着洋盆的张裂向南迁移[20],漂移到了现今的位置。

    随着在沙巴地区引起碰撞,古南海的俯冲并未结束,它一直向东到达了巴拉望地区,并且使得礼乐盆地—巴拉望盆地与婆罗洲—卡加延地块在中新世末期发生碰撞(图10)。不可否认的是,由于其形成的巴拉望海槽与南沙海槽具有高度的相似性,所以经常将其作为与南沙海槽一样的古南海俯冲带进行讨论[62-64],部分学者认为它们代表了俯冲前渊,分别标志着巴拉望岛和婆罗洲岛下方的古南海洋壳向东南方俯冲[3, 65-67]。还有一部分人则认为,巴拉望海槽与南沙海槽的位置上的相似性仅仅是一种巧合,实际上是一个沉积物供给不充足的前陆槽,后期增生楔的形成导致巴拉望海槽发生强烈沉降[17-18]。最后一种观点认为,巴拉望海槽代表了现今南海东南边缘的洋陆过渡带,在渐新世通过裂谷形成,而非古南海俯冲所致[14,20]

    事实上,随着近年来对该地区的深入研究,诸多证据表明,古南海俯冲带应该位于巴拉望岛的南部(图9),而非北部[14,18,68-73],因此它的俯冲带不可能位于礼乐盆地与巴拉望岛之间,换句话说就是现今巴拉望海槽与古南海俯冲并无关系,并且礼乐盆地与卡拉棉群岛之间伸展带的地层年代与北巴拉望岛一致。因为后者是由欧亚大陆的一部分漂移而来,可以追溯到二叠纪[2,18,74-80]

    图  9  古南海俯冲与南海扩张演化图
    1:礼乐盆地;2:中建南盆地;3:北康盆地;4:万安盆地;5:曾母地块;6:南沙海槽;7:文莱-沙巴盆地
    Figure  9.  The Proto South China Sea subduction and the expansion of the South China Sea
    1: Reed Bank; 2: Zhong Jian Nan Basin; 3: Bei Kang Basin; 4: Wan An Basin; 5: Zeng Mu Basin; 6 Nan Sha Trough; 7: Brunei-Shaba Basin

    同时有研究证明,南沙海槽地区并未受到东南方俯冲洋壳的影响,相反其下盘由大陆地壳组成,其结构类型与南沙地区大陆地体相似[76]。而巴拉望海槽与南沙海槽的形态以及位置上的相似只是一种巧合,实际上是因为南海打开过程中对南部形成的挤压力使得巴拉望岛与礼乐盆地发生碰撞,所形成的半地堑盆地。后期增生楔的形成导致巴拉望海槽发生强烈沉降(图10),从而形成现今的巴拉望海槽[17]。它的大部分位于南巴拉望岛与礼乐盆地之间,南北巴拉望岛之间的转换断层限制了它的东部边界。通过巴拉望海槽的地震剖面也可以看出,巴拉望海槽具有铲状断层以及半地堑的伸展结构,但并未出现任何汇聚特征(图11)。

    图  10  巴拉望地块地区古南海俯冲与南海扩张示意图[68]
    Figure  10.  Subduction of the Proto South China Sea and expansion of the South China Sea in the Palawan block
    图  11  礼乐盆地过巴拉望海槽地震剖面A-A’(剖面位置见图1
    Figure  11.  The seismic profile of the Palawan Trench in the Reed bank A-A’ (see Figure 1 for the location of the section)

    在近年来的研究中,也有很多学者提出了各自的观点。古南海向北东方向俯冲所保留下来的古南海地壳存在于菲律宾的西部中心地壳下方,并且在地震层析成像图上也清晰可见[45]图2),这也可以解释东部民都洛岛的第四纪火山成因[81]。在古南海俯冲时,根据层析成像可以看到,古南海的洋壳板块随着深度的增加逐渐向东南方向偏移(图12),展布方向与现今巴拉望岛一致。

    图  12  菲律宾活动带下方地震层析成像(据文献[69])
    PSP:菲律宾海洋壳;PSCSs:古南海洋壳;SCSs:南海洋壳;SSs:苏禄海洋壳
    Figure  12.  Seismic tomography below the Philippine slab (after reference [69])
    PSP: Philippine Sea Plate; PSCs: Proto South China Sea slab; SCSs:South China Sea slab; SSS: Sulu Sea slab

    通过上述对巴拉望碰撞时间的研究认为,虽然碰撞始于中中新世,但是碰撞过程从南到北依次发生,民都洛岛上晚中新世—早上新世(11~3 Ma)的沉积物证明碰撞止于上新世[57]。同时Jianke Fan[69]认为,碰撞带的南部得益于古南海的俯冲,而北部与马尼拉海沟的末端相连接,并且地震层析成像下方未见古南海洋壳(图12),因此将其归因于南海的俯冲作用。由于俯冲带的闭合时间从南到北逐渐变晚,所以推测古南海的俯冲关闭时间应该为10 Ma之前。

    针对古南海俯冲过程的各种争议,实际上很大一部分原因来自于对古南海展布范围的不确定性。因此研究古南海的俯冲起止时间,很重要的一点是确定古南海的形成范围,但是如今的古南海展布范围在现有的资料下仍然有待进一步研究。

    虽然在地震层析成像的结果下可以清晰地看到现今古南海俯冲到岩石圈下的位置,但是对于真正的古南海俯冲边界却依然缺乏相应的证据。值得注意的是在南海东北角台湾岛附近获得的较新资料中,识别了一个年代较老的磁异常(C17),表明南海扩张可能在37.8 Ma的时候就开始了[82],这与“沙捞越运动”的时间高度吻合。正是由于第一阶段古太平洋的残余洋壳俯冲导致了新南海的扩张,所以才能在后期由于第二阶段的古南海俯冲持续使新南海进行扩张。近年来也有很多学者对于南海停止俯冲的时间存在质疑,有些人主张这一时间应该由中中新世改为早中新世,Hall[14]在最近的研究中也主张古南海俯冲时间应该是始新世到早中新世之间,这与南海扩张的时间高度重合,而印度与欧亚大陆碰撞时间明显晚于古太平洋的俯冲时间。因此在新南海扩张的诱因方面,至少在时间尺度上,古太平洋的残余板块俯冲与古南海板块俯冲叠加成因更加匹配。

    需要说明的是,虽然古南海的俯冲一直持续到了晚中新世,但是南海的扩张却在15.5 Ma的时候就已经停止。原因在于古南海向着婆罗洲下方俯冲时,同时导致了南海的扩张,并且其扩张方向同样为北西—南东向,所以才能使得南海持续地打开。但是在中中新世时期(15.5 Ma)发生沙巴造山运动后,由于古南海在该地区的俯冲停止,进而导致了南海扩张的结束,而随后发生在菲律宾下方的俯冲虽然证明古南海的俯冲在晚中新世之前并未停止,但是这一时期的俯冲方向为北东东向,与南海的扩张方向并不一致,所以未能造成南海的进一步扩张。

    (1)古南海形成于晚白垩纪,展布范围从西巴拉姆线以东到菲律宾卡加延一带。始新世末期(35 Ma)开始沿着东南方向向着婆罗洲和巴拉望等地的下方俯冲,并导致南海在早渐新世(33 Ma)开始扩张。一直持续到中新世末期(10 Ma)在民都洛岛的北部,古南海洋壳消耗殆尽,完成了整个古南海的闭合。现今的南沙海槽与巴拉望海槽并非是古南海的俯冲带,前者是对沙巴新近纪增生楔的重力驱动变形的响应,后者则是在巴拉望岛北侧的伸展背景下产生的半地堑盆地,在后期增生楔的作用下发生强烈沉降而形成。真正的俯冲带则分别位于南沙海槽东南部以及巴拉望海槽东南部。

    (2)南海南部从白垩纪到中新世总共经历了二期重大的构造运动,第一期运动从早白垩纪到晚白垩纪,古太平洋的洋壳俯冲到婆罗洲岛下方,俯冲带位于现今卢帕尔线一带,引起了曾母-南沙地块不断向西南婆罗洲靠近,并于晚白垩纪引发了碰撞造山运动。由于婆罗洲自身是由众多地块拼合而成,所以在始新世期间发生了多期碰撞之后的变形重组事件,最终在晚始新世(37 Ma)完成最后一期变形(沙捞越运动)。第二期运动从始新世末期到中中新世(35~15.5 Ma)。古南海洋壳向着婆罗洲岛下方俯冲,使得南沙地块与婆罗洲岛不断靠近,在中中新世发生碰撞(15.5 Ma),并引发了造山运动(沙巴造山)。古南海的俯冲一直延伸到了巴拉望岛以及东北部菲律宾一带,使得巴拉望北部地块与菲律宾岛弧在中新世发生碰撞。据现有证据推测,最少在10 Ma之前,古南海就在菲律宾民都洛岛一带停止俯冲,从而完成了整个古南海的封闭。

  • 图  1   海滩Ω分类概念模式图[7]

    Figure  1.   The Ω classification and conceptual models for beaches[7]

    图  2   河口湾成因-地貌分类概念模式图[8]

    Figure  2.   The geomorphologic classification of estuaries[8]

    图  3   不同尺度上的红树林生态系统能量耗散过程示意图

    Figure  3.   The schematic diagram of energy dissipation processes in mangrove ecosystems at different scales

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-12
  • 修回日期:  2023-11-20
  • 录用日期:  2023-11-20
  • 网络出版日期:  2024-01-08
  • 刊出日期:  2023-12-27

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