小洋盆：威尔逊旋回的悖论

一、概 述

威尔逊旋回主张小洋盆，会持续扩张，向大洋盆地发展，大洋盆地最终将俯冲、收缩而关闭，形成碰撞造山带。世界各地的地质研究，不断地揭示出了不同的小洋盆及其结构和演化过程，展示出了洋盆地质演化的多样性，直接改变了威尔逊旋回的简单理论认识。

对于众多的小洋盆的成因，并没有太大争论，但对于小洋盆未来的发展和演化却有不同见解和各种例证，可以肯定的是，小洋盆具有丰富的成因类型和演化轨迹。大多数小洋盆，并不是向大洋盆方向发展。

本文罗列一些著名的小洋盆案例，供研究分析对比，可以认为，威尔逊旋回并不具有普遍的科学意义，需要慎重演绎其科学含义。

二、红海裂谷盆地

红海位于非洲东北部与阿拉伯半岛之间（北纬25°-16°），呈现狭长型，北部宽20公里，南部宽360公里，长2450公里以上，是东非大裂谷的西北延伸分支。红海和亚丁湾是海洋的雏形，其西北面通过苏伊士断裂与东地中海相连（Zhu et al, 2009），南面通过曼德海峡与亚丁湾相连。

红海中央部分的海底地形十分崎岖，海槽复杂多变，海岸线参差不一，整个红海平均深度558米，最大深度2514米（El-Wahed et al.，2010)。红海底部为海洋性地壳，海底轴部也有如大洋中脊的水平错断的长裂缝，并被破裂带连接（Langodan et al，2020）。

红海数字高程图

（资料来源GMT）

现在的北部红海扩张速度为7毫米/年，南部红海扩张速度为16毫米/年。红海为初始形成的小洋盆，位于阿拉伯板块南部，努比亚板块以北，与东非裂谷同为一支三叉裂谷，区域动力学与东非地区大体相似（Segev et al., 2017；Chandrasekharam et al., 2018）。大陆岩石圈先破裂，然后转变为红海洋盆扩张（Bosworth, 2015；Bierlein et al., 2020），地壳在现今红海位置上断裂，阿拉伯半岛不断北移，红海持续拓宽；通过曼德海峡，印度洋海水灌入。

红海的裂解可以划分为六个阶段：玄武岩阶段、渐新世裂谷阶段、小裂谷形成、火山活动阶段、转换阶段、洋壳扩张阶段（Bosworth, 2015）。阿法尔地幔柱可能具有关键作用，触发了红海-亚丁湾裂谷系。阿拉伯板块俯冲到亚欧板块下的板块拉力，还形成远场力，有助于红海裂谷发育。

三、北极的欧亚盆地

北极地区分别属于欧亚板块和北美板块北部地区，它们以北大西洋-北冰洋海底的洋中脊为界。加科尔洋中脊位于北冰洋欧亚海盆内，是北冰洋中唯一一条正在活动的扩张中心。它以超慢扩张速率为特征，半扩张速率最小可达到2~3mm/yr，并且往北大西洋方向逐渐增大至约6mm/yr，它也是全球洋脊系统中扩张速率最慢的。该洋中脊沿北冰洋欧亚洋盆的轴部穿过，向北亚西伯利亚北缘大陆架延伸，并在拉普捷夫海陆架消失（李江海等, 2016）。

新近纪北大西洋和欧亚海盆持续张开，北大西洋扩张脊形成冰岛。

北极地区地质略图（极球面投影，成图范围：65°以北）

（据Geological Map of the World-3rd Edition, 2012修改，李江海等, 2016）

白垩纪-古近纪以来西伯利亚北部形成拉普捷夫裂谷系，南北向截切泰梅尔造山带，以走滑断裂系向南衔接太平洋构造域西北缘，使大西洋-北冰洋中脊末端以走滑断裂调节。拉普捷夫海裂谷盆地、东西伯利亚海盆地以及楚科奇海盆地的形成，均与北冰洋盆地白垩纪-新生代向南转播的伸展作用有关（Metelkin et al., 2015）。

 

北冰洋地区海底深度图

（Nikishin et al., 2020）

北极地区中、新生代板块再造图及北冰洋盆的张开

（李江海等, 2016）

尽管对北冰洋盆的张开存在多种解释，一般同意美亚盆地、欧亚盆地先后张开的两阶段模式。欧亚洋盆张开不仅受到北大西洋中脊向北扩展作用，而且其构造位置，对应美亚洋盆张开过程中转换断层位置的构造薄弱带。欧亚盆地地壳厚度最小值出现在海盆边缘，指示它的张开可能受到北极大火成岩省第二期火山作用影响。从美亚盆地扩张到欧亚盆地扩张，经历区域构造应力场的剧烈调整，对应本区从北太平洋构造域向北大西洋构造域的转折。

加科尔洋中脊的持续扩张和纵向传播模式：晚白垩世-古新世巴芬湾、北大西洋、欧亚洋盆先后张开（Lawver, 2002），并形成了巴芬湾、西格陵兰、拉布拉多海等裂谷和东格陵兰、挪威海、巴伦支海西缘和北缘等被动边缘。

四、南中国海盆地

南中国海共轭陆缘地壳结构具有不对称性，南中国海海盆由东向西呈现渐进式扩张，南中国海共轭陆缘既存在南北向的差异，也具有东西向的差异（董冬冬等，2014）。

  

南中国海及其北缘裂谷构造

（Sun et al., 2009）

南中国海沉积盆地近南北向构造剖面图

（李江海等, 2013）

在早渐新世晚期海底扩张之前，其南、北边缘经历三个主要裂谷阶段。

在南中国海北部大陆边缘新生代裂陷，由北向南、由东向西扩展。漂移过程也表现出类似的发展趋势。南海东部次海盆30Ma开始海底扩张，~24 Ma向西南扩张，~29 Ma和~25 Ma有两次洋脊向南跳跃。南中国海被动边缘，由晚白垩世-晚渐新世（65 ~ 26 Ma），向东南方向顺时针旋转伸展，24~15.5 Ma向东南方向伸展形成。

南中国海不是小型的大西洋盆地（Wang et al., 2019）。对其成因，目前有多种认识。第一种将南中国海盆地打开，归因于印度支那半岛沿着西部红河断裂带挤压（下图a）。第二种假设南沙群岛和婆罗洲之间曾经存在古南海，古南海洋壳向南俯冲时，由于板片拉力而打开南中国海盆地（下图b）。南中国海盆地可能由东部继承性走滑断层打开。洋中脊伸展，随后向西南方向延展，最终张开三角形的西南次海盆（下图c），但南中国海形成初期形成的洋壳东部，已经俯冲到马尼拉海沟内。

南中国海盆地形成的不同构造模式图

（Wang et al., 2019）

(a)挤出模型（Tapponnier et al., 1982）；(b)板片俯冲模型（Hall, 1996）；(c)走滑断裂模型（Huang et al., 2019）

数值模拟表明，南中国海周边的俯冲系统是诱发南中国海北部与印支半岛地幔上涌的可能机制（林间等, 2020）。

    

南中国海北部地幔上涌受周边俯冲带控制的数字模拟结果

（林间等, 2020）

五、地中海

地中海小洋盆出现复杂的运动形式，非洲板块北缘的东地中海海洋岩石圈向北俯冲，既有持续收缩关闭的东地中海，也有持续扩张的西地中海。

地中海-喀尔巴阡地区的板块边界构造演化图

（Wortel et al., 2005）

黑色箭头指示沿亚平宁-卡拉布里亚弧、希腊弧和喀尔巴阡弧推断的侧向运动方向。蓝色表示水深，深蓝：深度超过2.5公里；中蓝色：.5至1.0公里；浅蓝色：浅于1.0公里。最深蓝色大约与海洋岩石圈相对应。锯齿状指向俯冲方向。

西地中海洋盆扩张及其板块边界迁移构造演化图

（据互联网资料）

六、黑海盆地-高加索山脉-里海盆地

黑海是欧洲东南部和小亚西亚之间的内海，面积约42.4万平方公里，是古地中海的残留盆地（史斗, 2003）。黑海盆地位于特提斯造山带内，它南依土耳其Pontides大陆岛弧，北以克里米亚-大高加索山脉为界，西临克尔巴阡山脉，四周都存在强烈的挤压构造变形带。

黑海由西部黑海盆地和东部黑海盆地两个盆地组成，每个盆地都具有海洋地壳和强烈减薄的大陆地壳。两个盆地被Andrusov海脊分隔（吴林强等, 2020）。

新生代，黑海盆地的不同区域形成大量的挤压和走滑挤压构造。古新世末期小亚西亚地壳隆起，黑海与地中海分开，仅留下一些狭窄水道与地中海沟通。大高加索山脉位于黑海和里海之间，向西延伸进入东黑海，是非洲-阿拉伯板块与欧亚岩石圈板块汇聚过程中，前新生代弧后盆地晚新生代构造反转产物。

中亚-地中海-中东地区大地构造略图

（据互联网资料）

黑海盆地及其周缘的区域大地构造图

（据互联网资料）

黑海盆地区域构造图

（Robinson et al., 1996）

早中侏罗世，本区处于新特提斯洋北缘的小高加索弧后扩张区，受到弧后伸展影响发生裂谷作用。晚侏罗世-始新世，形成贯穿黑海-大高加索-南里海地区，宽约600km（最宽时可达900km）、长约3000km的大型弧后盆地，即所谓“副特提斯洋”，其中充填陆源碎屑岩和碳酸盐岩。

渐新世，阿拉伯板块和非洲板块与欧亚大陆南缘进一步会聚，弧后盆地开始逐步收缩，海平面下降并与广海隔绝，形成大型滞水盆地，沉积大套泥岩。中新世，大高加索开始抬升，形成高加索山脉及其前陆盆地。

特提斯造山带内主要残余洋盆构造略图

（李江海等, 2009）

七、南里海盆地

南里海盆地处于高加索造山带内，南与土耳其-伊朗高原为邻，位于里海南部深水区域及其邻近的两个低凹地区（东部为土库曼斯坦西部，西部为库拉盆地），盆地沉积巨厚，向东西两侧滨海区逐渐变薄。

南里海盆地周围广泛发育古特提斯洋壳残片，古特提斯洋缝合带横穿南里海盆地，盆地北缘的Apsheron–Balkhan断层带连接东西两侧的大高加索和Kopet-Dagh造山带。盆地洋壳基底被中里海陆壳向南逆掩，两者以Apsheron–Balkhan断层带为界。

地球物理研究表明，南里海盆地基底由被减薄的陆壳及洋壳组成，盆地中西部地壳厚度仅 8 km，而盆地东部地壳厚度大于15km。盆地基底埋深可达 20-25 km，是世界上最深的盆地之一，沉积地层厚度达20-30km，其中，中生代、新生代沉积厚度达到12-18 km，也是世界上沉积最厚的盆地之一（李江海等, 2009）。

里海盆地构造剖面图

（据Guest et al., 2007编绘）

南里海盆地基底曾被解释为被圈闭的早中生代新特提斯残余洋盆或者晚白垩-古近纪弧后盆地。渐新世-中新世，受阿尔卑斯期造山挤压作用，南里海盆地基底向北俯冲，盆地边缘发生不规则碰撞。上新世-第四纪期间，水平挤压造成南里海盆地发生异常快速沉降，南里海盆地被孤立，周围造山带及俄罗斯地台被侵蚀提供大量沉积物，通过三条水系被搬运到快速沉降的南里海盆地。上新世-第四纪沉积厚度达10km，盆地短期内快速沉降（Brun et al., 2003）。

八、小 结

大多数的裂谷系很难发展为红海型小洋盆，而是变为坳陷盆地，并且规模盆地规模非常有限，缺乏充足的地球动力来支撑其长期的地质演化过程。红海型小洋盆在现今地球表面非常罕见，形成于特殊的地质背景下，如大面积的大陆，如非洲，并涉及地幔柱强烈的垂向作用过程。即使在地质历史上，红海型小洋盆所展开的威尔逊循环也非常少见，它的发生需要特定的超大陆裂解的地质背景，如泛大陆、冈瓦纳大陆、罗迪尼亚超大陆等。而在超大洋发生的裂谷作用，则形成太平洋型自我更新模式，威尔逊循环模式并未深入讨论。

地球表面目前保留的小洋盆，主要与大规模的碰撞造山带及巨型俯冲带相关，如特提斯造山带、环太平洋俯冲带。小洋盆具有多种成因和演化轨迹，可以概括为：1）大型洋盆俯冲缩短产物，如特提斯造山带内的东地中海、南里海盆地；2）板块俯冲带弧后扩张产物，如加勒比海、菲律宾海、西地中海、黑海盆地；3）复合成因，涉及复杂构造边界的相互作用，甚至深部地幔过程，如南中国海盆地等。

本文据（李江海，2022，《世界地质学》（讲义））修改补充