中国南海南部的生物礁区分布在4°~12°N、108°~120°E之间的海域。研究区(图 1)位于太平洋板块、欧亚板块和印澳板块三大板块的结合部，是东亚陆缘地壳运动最为活跃的地区之一，地形起伏大^{[13, 27]}。南海南部珊瑚礁区的中新生代构造演化与古南海密切相关^[6]，如中生代发育广泛的海相沉积就与古南海有关^[5]，三叠系与下伏层呈不整合接触，由复理石建造和火山岩系组成。晚三叠世由于印支运动，欧亚大陆东南边缘形成了稳定的巽他陆块，其边界在南沙地块的东缘^[6]。三叠系之上是侏罗纪—白垩纪的不整合地层，下部岩性复杂，有灰岩、泥岩、砂岩等，厚度可达3000m。南沙地块自三叠纪到早白垩世都处于海相环境，在晚白垩世初突然上升成陆，形成了一个区域不整合^[6]。白垩纪末，年龄约101~76Ma的花岗岩大规模侵入^[28]。始新世时南沙地块与加里曼丹发生碰撞。早中新世末，澳大利亚陆块与巽他弧沟系碰撞^[29]和菲律宾岛弧沿NW走向的断裂左行滑动到达南海东部^[30]，这都使研究区域应力场由张性重新变为压性，并持续至今^[6]。研究区新生代以来发生的区域构造运动可划分为4次主要的构造运动，即中生代末至新生代初的礼乐运动、中晚始新世的西卫运动、早渐新世的南海运动和中晚中新世的南沙运动^{[20, 21]}，4次运动塑造了该区复杂的地质现象。在中、新生代地层中普遍存在两个区域性的不整合面，把沉积层分为上、中、下三组建造系列或构造层。下构造层主要是中生界，据礼乐滩的钻孔和拖网取样分析为滨海—沼泽相含煤建造，代表稳定克拉通沉积；中构造层为古新统—始新统，具有断陷特征，礼乐滩钻孔显示为滨浅海—半深海相复理石建造，早于万安和曾母盆地附近的突变事件^[26]；上构造层主要为上渐新统—第四系，部分地区包括晚始新世至早渐新世沉积，各盆地表现为浅海—半深海沉积，构造沉积特征基本相似^[26]。

图  1  南海南部盆地、岛礁及测线分布简图

Figure 1.  Distribution of some basins, island reefs and seismic lines in the southern South China Sea

研究区在伸展和挤压构造作用下形成了一系列盆地^[31]。根据盆地演化阶段的主控因素，可将区域内盆地划分为裂陷盆地群(南薇西、北康、礼乐)、裂陷-拉分-前陆叠合盆地(曾母)以及裂陷-前陆盆地群^[32]。曾母盆地是研究区最大的新生代沉积盆地，其基底较为复杂，南部基底为晚白垩世—始新世浅变质深海浊积岩，西部和西南部基底为中生代—古新世火成岩，东部和北部基底不明^[33]，盆地新生代地层发育完整，中新世—上新世有中酸性岩浆活动^[34]。万安盆地的基底是由长期风化剥蚀的中生代花岗岩、花岗闪长岩和中生代沉积变质岩组成的^[35]，国外已有多口钻井钻遇该套岩层^[36]，基底之上沉积超过10 km的碎屑沉积物和碳酸盐岩及生物礁体^[24]。北康盆地基底主要是火成岩及新生代前期变质岩^[37]，沉积盖层由7套地层组成，最厚可达12 km，发育三组断层，以雁行排列的NE向为主^[38]。南薇西盆地基底为前新生代变质岩及中酸性—基性火成岩组成^[39]，沉积盖层为新生代地层，具南厚北薄，西厚东薄特征，主要为滨海—浅海相沉积^[38]。礼乐盆地地壳为过渡型地壳，可分为三层，上地壳以沉积层为主，中地壳由中生代变质岩、岩浆岩组成，下地壳磁性较强，属基性岩类^[39]，新生代发育海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积^[40]。

南海南部珊瑚礁区的沉积盆地有曾母盆地、万安盆地、北康盆地、南薇西盆地和礼乐盆地等。这些盆地大多形成和发育于新生代以来，保存了较好的地层不整合面。地层不整合是突变事件在沉积地层中的一种反映，通过对地层不整合记录的对比分析，可揭示研究区演化过程中的突变事件^{[4, 26, 41]}。

曾母盆地位于南沙群岛西南部，主体在大陆架之上，是一个新生代后期的前陆盆地，覆盖在新生代早期被动陆缘沉积之上^[42]。据前人的研究和中科院南海海洋研究所的调查资料发现，在曾母盆地及其邻近海区的中、新生代海相沉积中普遍存在上(Ⅰ)、中(Ⅱ)、下(Ⅲ)3个构造层或地层建造，往往以T_g和T_h两个区域性不整合面为界(图 7)。下构造层主要为白垩系，基底岩性较为复杂，南部由变质深海浊积岩等组成，西部和西南部由火成岩组成^[33]；中构造层为古新统—始新统，据地震相特征分析，其由滨海—浅海—半深海相复理石建造组成，反映被动陆缘沉积；上构造层主要为上渐新统—第四系，部分地区包括晚始新世—早渐新世的沉积，具有多个海退沉积旋回组成的复理石建造，总特征是盆地南缘靠近造山带为河流相、滨海沼泽相沉积，盆地中、北部为浅海—半深海相灰岩、页岩沉积，上构造层可分为4套海退沉积，反映前陆盆地南侧造山带在新生代晚期的主要造山事件^[43]。地层描述结合地球物理资料(图 2)，发现该盆地主要存在6次明显的突变事件(图中黑线)，其时代分别为晚白垩世晚期、始新世晚期、早中新世后期、中中新世末、晚中新世末和上新世末。

图  2  曾母盆地87N6测线局部反射特征

Figure 2.  Profile 87N6 in Zengmu Basin

万安盆地位于南沙群岛西南部，为新生代晚期陆缘盆地。盆地基底为中生界中酸性喷发岩和玄武质砾岩、砂页岩组成^[35]，新生代沉积从渐新世到第四纪，与基底呈不整合接触，大部分地区缺失古新统—始新统。早中新世起，盆地整体断坳沉降，从非海相变为海陆交互相，再到陆架沉积^[44]。早中新世末存在一个不整合—假整合界面，其上为滨海沼泽—浅海相泥岩和砂岩沉积。中中新世末，浅滩—滨浅海转化为以滨浅海及台地为主，岩性变为以碎屑岩为主。上新世到第四纪，为巨厚泥岩夹砂岩沉积到砂泥互层，沉积环境由半深海到深海。上述地层描述结合地球物理资料(图 3)，显示该盆地主要存在5次突变事件(图中黑线)，其时代分别为晚白垩世晚期、始新世末、早中新世末、中中新世末和晚中新世晚期。

图  3  万安盆地91N14和93N16-4测线局部反射特征

Figure 3.  Profiles 91N14 and 93N16-4 in Wan'an Basin

北康盆地位于南沙地块中部，白垩纪末酸性—基性火成岩和变质岩^[25]经过长期风化剥蚀形成盆地的基底面。古新世—中始新世是盆地断陷期，发育三角洲相、浅海—半深海相，岩性以砂泥岩为主^[45]，沉积环境以陆相沉积为主^[46]。在中始新世、早渐新世—上新世和上新世—第四纪期间，经历3次快速沉降作用。晚始新世—中中新世为拗陷期，盆地主体转为海相沉积，盆地发育滨浅海相泥岩，碳酸盐台地和生物礁发育在隆起区。中中新世—晚中新世，水体加深，碳酸盐台地淹没，陆源物质供应增加^[37]，泥质岩仅盆地南部发育。晚中新世—第四纪区域沉降期，滨浅海—半深海相泥岩发育^[45]。上述地层描述结合地球物理资料(图 4)，发现该盆地主要存在4次突变事件(图中黑线)，其时代分别为白垩世末、中始新世末、中中新世末和晚中新世末。

图  4  北康盆地90N9测线局部反射特征

Figure 4.  Profile 90N9 in Beikang Basin

南薇西盆地位于南沙中部海域陆坡区，为新生代沉积盆地，其成盆期始于白垩纪晚期，发育的主要地层为古新统—第四系。在古新世—中始新世期间，该盆地陆相沉积发育，沉积以河流、冲积扇、扇三角洲和湖泊相为主的陆相地层。早渐新世末，仅在东北部隆起内局部发育澙湖，南部断层下降盘一侧还零星分布扇状三角洲，滨岸平原内局部也发育漫滩泥岩和煤层。在晚渐新世—中中新世期间，盆地由北向东南依次解释为浅海砂泥相、浅海偏泥相和浅海—半深海偏泥相^[47]。中中新世末全区经历强烈的抬升剥蚀后，在晚中新世，盆地进入了沉降阶段，该时期仅西北部为浅海相沉积，大部分地区均为半深海相沉积，至上新世—第四纪水深进一步加大，形成了较稳定、物源较缺乏的半深海相细碎屑沉积，全区已形成统一的沉积格局^[48]。上述地层描述结合地球物理资料(图 5)，表明该盆地主要存在4次明显的突变事件(图中黑线)，其时代分别为晚白垩世末、中始新世晚期、晚渐新世和中中新世末。

图  5  南薇西盆地盆地90N9测线局部反射特征

Figure 5.  Profile 90N9 in NanWeixi Basin

礼乐盆地位于南沙群岛东北部，为新生代沉积盆地。据Sampaguita-1井揭示^[26]，该盆地基底为早白垩世地层，浅海相含煤碎屑岩建造，反映稳定克拉通沉积；古新统—始新统为滨浅海—半深海相复理石建造，代表被动陆缘的沉积建造，与下伏地层呈不整合接触；晚渐新世后，盆地进入整体沉降阶段，以海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积序列为主，形成披覆盖层沉积^[39]。中中新世地层以浅海沉积为主，随后地层抬升褶皱明显，上中新世以来盆地进入区域沉降阶段，沉积浅海—半深海砂、泥相和台地碳酸盐岩、生物礁相地层^[40]。上述地层描述结合地球物理资料(图 6)，表明该盆地主要存在4次明显的突变事件(图中黑线)，其时代分别为晚白垩世晚期—早古新世早期、晚始新世、晚渐新世和中中新世末。

图  6  礼乐盆地盆地L2测线局部反射特征

Figure 6.  Profile L2 in Liyue Basin

根据各盆地地层中所记录的主要不整合事件：曾母盆地主要发生在晚白垩世晚期、始新世晚期、早中新世后期、中中新世末、晚中新世末和上新世末；万安盆地主要发生于晚白垩世晚期、始新世末、早中新世末、中中新世末和晚中新世晚期；北康盆地主要发生于白垩世末、中始新世末、中中新世末和晚中新世末；南薇西盆地主要发生于晚白垩世末、中始新世晚期、晚渐新世和中中新世末；礼乐盆地主要发生于晚白垩世晚期—早古新世早期、晚始新世、晚渐新世和中中新世末。将以上地层不整合事件进行汇总，整理出各盆地突变事件对比图(图 7)。

图  7  南海南部珊瑚礁区的地层不整合

Figure 7.  Stratigraphic disconformity in coral reef area of the southern South China Sea

晚白垩世晚期—早古新世早期：5个盆地中保存的突变事件均是构造不整合事件，这表明研究区发生了区域性的构造事件。在晚白垩世时期，太平洋板块的运动方向由北西向转为北向，平均汇聚速率由130mm/a下降为78mm/a，构造应力场也由挤压转为拉张^[8]。一系列的运动变化导致古南海发生早期的裂陷运动^[49]，形成于中生代末的“古南海陆块”由于持续的裂陷作用而分解，这一阶段是古南海的扩张阶段。东亚陆缘也发生裂解，为研究区盆地的形成奠定基础。这次张性构造运动称为礼乐运动，与南海北部陆缘的神狐运动相当^[20]，礼乐运动是研究区此时期发生构造突变事件的原因。新生代，南沙地块的构造活动主要受到NW方向构造应力场影响，而万安盆地的构造活动主要受其东侧的万安断裂影响^[36]，与万安盆地相比，曾母盆地的构造活动特征与南沙地块较为接近。因此，万安盆地的突变事件与曾母盆地、北康盆地和南薇西盆地的不尽相同。

晚始新世：研究区再次记录到区域性的构造不整合面。在这个时期前后，东南亚地区发生了板块的重组和运动变化，印度板块与欧亚板块碰撞，造成青藏高原的隆升，太平洋板块俯冲方向转为NWW向，印度板块发生第三次海底扩张，菲律宾海板块形成^[21]。古南海进入闭合阶段，其向南俯冲灭亡，其中西段先开始消亡，古洋盆伴随着消失。南沙块体从华南地块裂解向南挤压，研究区的构造特征由断拗向挤压改造转变，并伴有岩浆活动，这一普遍性的构造运动，造成了区域性的抬升，称为西卫运动^[20]。5个盆地所记录的构造不整合面正是由该运动造成的。万安盆地自中侏罗世开始，受燕山运动的影响，长期抬升，经历较长时间的风化剥蚀作用，直到晚始新世发生改变，因此盆地内大部分地区缺失古新统—始新统^[44]。

早中新世期间：只有北康盆地没有记录到地层不整合，曾母盆地和万安盆地记录到侵蚀不整合面。其原因可能是16 Ma之前南沙地块仍未与婆罗州相撞，两者以大洋盆地相连；在16 Ma时该盆地关闭，两者发生碰撞^[50]。位于南沙地块中部的北康盆地，中东部被海水覆盖，在这一时期处于坳陷下降，至到早中新世末，北康盆地遭到挤压抬升^[46]，在此期间北康盆地相对稳定。同时期发生全球性的海水急剧下降，伴随着南海运动，南海东部次海盆发生扩张运动，扩展方向变为南北向，但是该构造运动并不强烈，岩浆活动也不强烈^[21]，研究区记录的不整合面既受构造影响又受海平面变化的影响。

中中新世末：研究区各盆地均记录到构造不整合事件，其原因是中中新世期间，北向漂移的澳大利亚板块与菲律宾海板块相撞，向北漂移的菲律宾弧与巴拉望地块发生碰撞，菲律宾海向欧亚大陆的俯冲，使得南海地区处于挤压的构造应力场之下，从而引发了南沙运动^[21]，与南海北部的东沙运动和台湾的海岸山脉运动相对应。南沙运动表现为盆地的走滑和挤压改造，构造活动强烈，整个研究区都受其影响，南沙地块发生了大规模的北西向逆冲^[16]，岩浆活动沿着断裂向上侵入，形成较多的基性火成岩体^[20]。南沙运动使得古南海洋壳加速向南滑动以及古南海的彻底消亡。现今南海的扩张可能始于华南地块与南沙地块之间的一个渐新世中期开裂的古隆起，在中中新世期间，隆起进一步地裂开、塌陷，随着南北向的海底扩张，形成了中央为洋壳、周边为大陆边缘的边缘海格局^[8]，从而奠定了现今南沙海域的构造格局。

晚中新世至今：研究区主要在曾母、万安和北康盆地记录到侵蚀不整合。自中中新世末，南海海底扩张处于停滞状态，构造应力场处于松弛状态，其原因可能是作为裂陷活动驱动力的俯冲板块在约8 Ma时发生了拆沉作用^[51]，构造活动相比此前平静很多，构造对于沉积作用的影响显著减少，自晚中新世末至第四纪，研究区发生海平面下降^[44]，因此，研究区所保存的地层不整合均为侵蚀不整合面。礼乐盆地的构造背景有所不同，菲律宾海板块的NW向仰冲，使礼乐盆地发生区域性的拱起，并且在西北巴拉望北侧产生一系列逆冲断层^[52]，可能导致未记录到不整合面。曾母盆地的海平面在上新世末达到最浅，并且伴有中基性、基性岩的喷发^[34]，盆地因此记录了侵蚀不整合面。

通过对前人工作的总结分析，结合收集到的地震物理资料，在研究区的曾母盆地、万安盆地、北康盆地、南薇西盆地和礼乐盆地中识别出多期次的突变事件，并对不同盆地同一时期内突变事件进行对比研究。

在白垩纪末—早古新世期间、晚始新世和中中新世末，5个盆地均记录到构造不整合事件，这是由于研究区发生了区域性的构造运动，分别是礼乐运动、西卫运动和南沙运动，随着3次运动，古南海由扩张转变向萎缩，古新世后南海的洋壳由扩张转向萎缩，构造应力场的性质由断拗转变为挤压构造，再由挤压构造转为区域沉降。早中新世除北康盆地外其余4个盆地均记录到侵蚀不整合面，这一时期全球海平面下降，而构造活动并不强烈，所以区域内的突变事件以侵蚀不整合为主，北康盆地的缺失是由于南沙地块的运动。中中新世末至今，南海南北向的海底扩张处于停滞状态，处于松弛状态的构造应力场对于沉积的影响显著减少，研究区内突变事件以侵蚀不整合为主。以曾母盆地为例，其为新生代沉积盆地，在白垩纪形成基底后发生6次突变事件，在时空上向南(或西南)向北(或北东)迁移，且强度由强变弱，力的性质由压、张—压交替到压，并随着海平面的升降，多次发生海进海退，构造不整合面和侵蚀不整合面在不同时期均有分布。