摘要
南海北部陆缘作为典型的被动陆缘，在新生代以来经历了多期张裂活动，形成了多个大型沉积盆地，如珠江口盆地、琼东南盆地、台西南盆地等。在强烈的伸展作用下，地壳发生强烈减薄，形成了宽度在100-150km的超伸展陆缘(地壳厚度小于10km)，并在此基础上发育了多个沉积有巨厚沉积物的深水凹陷，如白云凹陷和荔湾凹陷等。对盆地和凹陷内的构造沉降分析表明，北缘内整体的构造沉降特征明显偏离Mckenzie(1978)提出的张裂期快速沉降而裂后缓慢热沉降的经典理论模型，表现为张裂期的沉降亏损和裂后的快速沉降，这种现象在陆缘深水区内尤为显著，且异常沉降量由陆缘近端向远端洋陆转换带逐渐增大。 对于这种异常的现象，前人给出了多种解释，包括下地壳流动、深部热异常、岩石圈的非均一伸展等等。然而，目前并未有较为统一的认识，同时不同的认识仅停留在猜测或假想阶段，并没有动力学证据的支持或热-力学上合理性的验证。为此，本文采用动力学数值模拟的方法，对动力学模型下陆缘由张裂到破裂过程的构造沉降特征展开探究。基于动力学模型与运动学模型的差异，本文首先探讨了岩石圈流变结构、应变速率以及热状态对构造沉降的影响，较为系统地构建了动力学模型下的构造沉降特征，并在此基础上定量地分析了其与运动学模型的差异。基于与经典理论模型的差异，本文进一步探讨了动力学模型中出现的异常沉降现象的成因机制，并结合南海北部陆缘中段的异常沉降现象，给出了其较为合理的动力学机制解释。 结果显示，动力学模型的沉降过程受控于岩石圈流变结构控制下的伸展模式，同时受到温度和应变速率的影响，其整体的沉降特征与运动学模型较为接近，但二者存在着明显的差异，主要体现在张裂阶段的沉降亏损、破裂阶段的抬升和裂后的快速沉降。张裂阶段的沉降亏损主要受控于地幔强烈伸展下低密度软流圈物质的均衡效应。抬升现象则主要出现在破裂前后，受控于均衡作用下地壳的断裂活动以及强对流传热影响下低密度软流圈地幔的持续上涌。而对于裂后快速的沉降，主要出现在地幔伸展量高于地壳的伸展模式下，受控于岩石圈非均一伸展下软流圈地幔冷却的均衡效应以及地幔流场的变化，其中热对流的传热效应对裂后快速沉降的触发起到关键的控制作用，强对流传热往往抑制快速沉降而引发陆缘的抬升。在软流圈地幔冷却的均衡效应下，裂后快速沉降现象表现出由内陆向破裂点的逐渐增强，但整体沉降速率相对缓慢，无法在短时间内补偿张裂阶段的沉降亏损，而地幔流场控制下的裂后异常沉降则更为快速，可以在短时间内实现较高的沉降量。基于上述结果，本文认为南海北部陆缘张裂阶段呈现的沉降亏损主要源于岩石圈的非均一伸展模式，其岩石圈地幔的伸展量高于地壳，而裂后的快速沉降则是软流圈地幔冷却的均衡效应以及地幔流场变化的综合作用的结果。
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