莺歌海盆地位于印支半岛与南海北部大陆边缘交接区(图2-2)。从莺歌海盆地形成的动力学背景来看,印度-亚洲大陆的陆-陆碰撞和太平洋板块向欧亚板块俯冲是该盆地发育的一级区域构造控制背景,南海扩张也对其施加了重要的影响。这些区域构造活动对南海大陆边缘盆地形成与演化均起到重要的控制作用。莺歌海盆地形成演化的研究是揭示南海西北部大陆边缘历史、地球动力学过程及其印度-亚洲大陆碰撞和太平洋板块俯冲的相互关系的关键地区之一。
印-澳板块对欧亚板块的构造演化影响最大的地质过程是印度地块在青藏地区与欧亚板块的碰撞活动。晚古新世,随印度-欧亚板块之间的会聚速率从170mm/y迅速减小到60mm/y左右,印度地块与欧亚板块在56Ma(晚古新世)开始碰撞,一直到中始新世末期(约43.5Ma)时,全面碰撞并逐渐向欧亚板块楔入。这种大规模的陆-陆碰撞一方面导致了喜马拉雅碰撞带内发生大陆地壳的相互冲断叠置和加厚作用,另一方面引起当时呈角状凸出在欧亚板块南缘的印支半岛发生挤出运动(Tapponnier等1986,1990),形成东南亚地区大规模的逃逸构造(图2-2所示)。
图2-2 莺歌海盆地区域动力学背景
印支地块内部及边缘发育多条作为逃逸构造边界的巨型走滑断裂。该地块的东北侧为NW向哀牢山-红河断裂,该断裂现今表现为右旋走滑,分隔了华南地块和印支地块。其陆地上的延伸长度在1000km左右,该带的核心区带为一个10km宽的韧性剪切带,对该带内糜棱岩的显微构造和宏观构造运动学研究证实了该剪切带具有左旋剪切的运动过程,位移量在300~700km以上(Tapponnier等,1990;Leloup等,1995),同位素年龄值为35~22Ma之间(Scharer等,1990;Leloup等,1993,1995)。40Ar/39Ar热年代学研究表明,红河断裂带在34~25Ma之间为一缓慢的冷却作用时期,之后在25~17Ma之间经历了快速的隆升,并且在抬升过程中存在左行走滑的运动分量(Leloup等,1995)。第四纪地貌及近代地震震源机制揭示5Ma以来红河断裂带北段表现为右旋走滑运动,滑移速率为7±3mm/y(Leloup等,1995;Allen,1984)。大量的证据表明,印度-欧亚板块自晚古新世开始碰撞,其最显著的构造效应是引起印支半岛与华南地块发生相对运动。通过印支半岛与华南地块中生代沉积盆地之间的古地磁对比研究,其结果普遍支持中生代以后印支半岛相对于华南地块曾发生左行运动(Funahara等,1993;Yang和Besse,1993),并且揭示了印支半岛内部的古地块在左行运动过程中发生了差异的顺时针旋转。
红河断裂带向SSE方向延伸,进入海域,海域延伸长度也在1000km左右。红河断裂带南段的构造活动远较北部复杂,红河断裂带南段临近海域的地带由多条平行的NW向断裂带,如黑水河断裂带、斋河断裂、齐江断裂、马江断裂带等组成,在河内及其海域中的延伸处均以裂谷形态出现。Rangin(1995)详细研究了越南东京湾凹陷内红河断裂带的发育演化特征,研究揭示30Ma以前,印支地块与华南地块的相互错动是由多条NW向断裂带的左行走滑运动组成的,地壳的变形以伸展作用为主,形成一系列伸展断陷(Rangin等,1995)。30Ma以后,红河断裂的左旋走滑幅度减小,仅几十千米,不超过100km,其中15.5Ma的界面是一个重要的分界面,从30Ma至15.5Ma之间左行走滑运动表现为转换伸展作用,而15.5Ma至5.5Ma则为转换挤压作用。
莺歌海盆地内莺西断裂带向北延伸与红河断裂、黑水河断裂和马江断裂相连接,Ran-gin等(1995)详细研究过这个地区海域范围内的构造变形样式和演化。莺西断裂带向北延伸到越南的东京湾凹陷后,构造样式变化为一套约30km宽的波状褶皱发育区,并伴生有明显的逆冲断层。这种强烈的反转发生在SN向的莺西断裂和NW向的斋河-红河-齐江断裂带的弧形过渡区段。Rangin(1995)将其确定为S50-S30(15.5~5.5Ma)构造反转时期的产物,认为这是一套左旋挤压作用机制下形成的褶皱-冲断构造。Rangin(1995)的研究还证明,30Ma之前,越南东京湾主要表现为左旋走滑总体背景下的区域性的伸展断陷作用,而30Ma之后,红河断裂的左旋位移明显减小,不超过几十千米,其中30Ma至15.5Ma之间为左行走滑变形场内的转换伸展作用。而15.5Ma至5.5Ma则为左行走滑变形场内转换挤压作用,而且变形区域局限在边界断裂带内不到30km宽的范围,构造反转的强度从NW向SE方向逐渐减弱,没有波及莺西断裂带,相反,在S50~S30期间,临高凸起地区处于微弱的伸展状态。图2-3所示的简单模式可以解释这种同一个时期、不同位置显示出不同的构造应力场状态的情形(即S50~S30期间北部Tonkin湾区挤压而南部莺西-临高区拉伸)。图中的断面类似于红河断裂带,产状陡倾,在S50~S30期间,尽管其位移量已经急剧减小,但是仍然处于左旋滑移状态,滑移过程中并伴生有围绕垂直于断面的一个轴的顺时针旋转(图2-3中的旋转箭头1),形成“枢纽断层”,同时古地磁资料显示印支地块在向南东的滑移过程中存在顺时针的水平旋转(图2-3中的箭头2)。在枢纽线的北侧向南东运移的印支地块以及其顺时针的水平旋转作用在SN向的莺西断裂和NW向的斋河-红河-齐江断裂带的弧形过渡区段,可以导致左旋挤压变形场,形成强烈的逆冲断层和挤压褶皱。在枢纽线的南侧,断块向下旋转,同时印支地块的顺时针的水平旋转导致拉伸应力场,表现为正断层(贯通式或隐伏式)作用。由于印支地块向SE运移,反转的力源来自于NW一侧,所以构造反转的强度向南逐渐减弱以至消失。
图2-3 红河断裂带附近印支地块与华南地块相对运动简化模式图
正是由于以上动力学背景,导致莺歌海盆地始新世开始伸展,晚渐新世—中新世虽然具有热沉降地层结构特点,但是沉降史分析显示具有非常快速的、幕式的沉降。这些伸展盆地的形成与印支地块大规模向东南挤出逃逸过程中地块及其内部的次级地块顺时针旋转引起的伸展作用有关。