南海西部地学断面位于雷州半岛和海南岛以东，北起广东阳江县沙扒，经珠江口盆地西部珠三坳陷、神狐-一统隆起、西沙海槽、中西沙块体、南海西北海盆、中沙海槽、南海西南海盆，直至南沙-曾母块体，剖面穿越了南海西部多个大地构造单元，总体方向呈北北西—南南东，全长约1300km(图2.1、彩图3)。编制本断面的资料主要来源于中美合作调查南海第二阶段时所做的水深、重力、磁力、多道反射地震、双船扩展排列剖面(ESP)、声呐浮标、地热流等测量资料，结合广州海洋地质调查局在中西沙海域的综合地球物理调查资料。
2.3.1 地形地貌特征
西部断面穿越了南海北部最宽阔的陆架区，经西沙海槽和西沙群岛东端、西北海盆西南角，沿中沙海槽北侧往西南方向延伸到盆西海岭，之后转为北北东向，进入西南海盆，终止于南沙群岛北部。广东大陆边缘为海岸平原区，广泛分布第四纪沉积，海岸曲折多变，岬湾相间，岛屿密布。陆架区海底平坦开阔，水深等值线平行于海岸线展布，陆架宽逾300km。陆坡区地形地貌复杂多变，发育了西沙海槽、中沙海台、中沙海槽、西沙海台、西南洋盆、南沙海台等地貌单元。西沙海槽呈近东西向展布，水深约3000m，槽底平坦，海槽北坡陡、南坡缓；中沙海槽呈北东向展布，分隔了中、西沙海台，地形复杂，水深为2500～3400m，海槽的西北坡缓、东南坡陡；西沙海台位于西沙海槽南侧，由1000m等深线环围成台面，海台东南侧为西北海盆；中沙海台呈长轴为北东向的椭圆形，为一珊瑚礁，水深200m以内的海台顶面上峰谷发育、礁滩林立，海台边缘为陡峻的斜坡；西南海盆位于南海海盆的西南部，呈北东向展布，海盆内大部分水深在4300～4400m之间，是南海深海平原上最低洼的部分；南沙海台上广布岛屿、沙洲、浅滩和暗礁，水深2000m左右，是著名的航海危险区。
2.3.2 地球物理特征
2.3.2.1 磁力异常(ΔT)
磁异常具明显的分区性，北部陆缘为平缓的大片负磁异常，在-50nT的背景上叠加局部伴生异常，海岸带附近局部异常较为发育。神狐隆起至西沙海槽北坡为高值负磁异常带，最大值达-200nT。西沙海槽为高值正异常带，异常峰值为150nT，据磁力资料计算，磁性体顶界埋深仅5.4km，位于基底内部，根据其强磁性特征推测可能为基性岩。
西北海盆亦表现为高值正异常特征，峰值为250nT。海盆东南侧出现高值负磁异常，最大异常值为-250nT。中沙海槽及其两侧磁异常正负交替变化，在与盆西海岭相交处出现一高值的正异常带，峰值达250nT。西南海盆磁异常特征表现为正负相间的波浪状异常，在平面上呈北东向线性展布，正负峰值约±150nT。南沙海域为宽缓负异常区，局部叠加伴生异常。
2.3.2.2 空间重力异常(ΔgF)
从陆区至珠三坳陷北侧以低幅值负异常为特征，异常方向以北东东向为主，异常值在0～-20×10-5m/s2范围变化，重力低对应了断陷的沉积中心。珠三坳陷沉积厚度最大的地方却位于重力高与重力低之间的斜坡地带，异常值在0～-10×10-5m/s2之间。坳陷南侧的神狐隆起对应了重力高带，异常值为0～20×10-5m/s2。西沙海槽为重力低带，异常值由北向南降低，至海槽中心降到最低，其峰值达-60×10-5m/s2，异常方向呈东西向，向东与西北海盆负异常连成一片。西沙海槽南侧和中沙海槽南北两侧陆坡区为重力高值带，异常值在0～10×10-5m/s2之间。中沙海槽内则由一系列呈斜列状的负异常带组成，异常方向为北东向，异常值最低达40×10-5m/s2，在负异常背景上叠加的局部正异常与海山相对应。盆西海岭区表现为高值的正异常带，幅值达30×10-5m/s2，但异常方向呈北西西至北西向，与海岭总体北东向迥异，此处正好位于15°N附近。
西南海盆区重力异常面貌发生了很大的变化，异常总体仍呈北东向展布，但其平静变化的异常背景有别于海盆两侧地区，海盆中轴部位的负异常对应了残留扩张中心，异常峰值达-40×10-5m/s2，扩张中心两侧为重力高值带。
南沙地块重力异常以正值为主，在此正背景场上发育北东向的短轴状局部异常，在与海盆交接处，即水深急剧变化带上，呈现出典型的陆侧正、洋侧负的重力异常边缘效应。
2.3.2.3 地热流
断面热流变化特征显示具有较大的起伏性。南海北部陆缘，热流值自北而南呈上升趋势，至珠三坳陷北缘断裂附近达96.06mW/m2，珠三坳陷热流值降低，平均为72mW/m2；到西沙海槽处热流值升高，平均值为100mW/m2，显然与新生代期间沿海槽的张裂活动有关；中西沙地区热流值普遍较低，与钻井所揭示的该区前寒武纪基底有关；西南海盆区热流值相对于海盆两侧，为一明显的高值带，其峰值高于120mW/m2；南沙海区热流值特征与中西沙地区相似，其值较低，可能也存在前寒武纪的残留陆块。
2.3.3 地质构造特征
2.3.3.1 新生代沉积
断面贯穿南海南北陆缘区，跨越范围大，各区沉积发育存在一定差异，根据地震反射层序和区域不整合面划分构造层，并结合石油钻井资料，推断各构造层岩性组成。由于不整合面在各区存在穿时性，因而各构造层顶底界时代在不同地区有所差别。
南海北部陆缘西区，新生代沉积大致可划分为上下两套构造层。下构造层包括古新—始新统，局部地区可能还包括中生代沉积，其分布具有较大的分割性，大多受晚白垩世—古近纪形成的北东向断陷控制，发育在一些地堑或半地堑型凹陷带内，为一套杂色的陆相沉积，类似于华南陆区同期断陷型盆地内的沉积。上构造层包括渐新统—第四系，从下往上其沉积范围逐渐扩大，该层不整合覆盖于下伏构造层之上，经历了从断陷到断坳、从陆相—滨海湖沼相到海相沉积的发育过程。
断面所经过的珠江口盆地以北内陆架地区，发育一系列小型断陷，呈半地堑样式出现，断陷内上构造层厚约1000m，下构造层厚5000m。往南到珠江口盆地北部断阶带，基底隆起，其上沉积较薄，缺失下构造层，晚中新世之后的沉积不整合覆盖在基底之上。在一些小断陷内可能发育有古近系沉积。珠三坳陷为一南断北超的大型断陷(图2.14)，断陷内沉积巨厚，最大厚度达10km以上，其中下构造层厚约5500m，上构造层厚约4500m。位于珠三坳陷南侧的神狐-一统暗沙隆起，其上仅发育了上构造层，沉积厚度在数百米至2000m之间。
图2.14 珠三坳陷地震剖面选段
在西沙海槽区，沉积厚度不大，最厚约3000m，也可分出上下两套构造层，其中下构造层厚度较大，可能为陆相沉积充填。
在西沙群岛，据位于断面西南方的西永一井揭示，在钻穿1251m厚的中新世至第四纪珊瑚礁沉积层之后，即为元古宙变质岩基底。该处大套前中新世沉积的缺失反映了该地区经历过长期的抬升和强烈的剥蚀。
中沙海槽内沉积受北东向隆凹格局的影响，隆起上沉积非常薄，仅数百米厚。但凹陷内沉积厚度也不大，厚度在3000m以内。地震剖面上也可划分出上下构造层，二者厚度均薄，可能与距离物源较远有关。
西南海盆区新生代沉积也可划分出上下两套构造层，下构造层为一套在起伏不平的洋壳基底上呈透镜状或楔状充填的大洋沉积，主要分布在海盆两侧及海盆内的残留扩张中心(图2.15)，推测为陆源碎屑及附近的玄武质火山碎屑、熔岩流，时代为晚始新世—早渐新世。上构造层沉积分布范围逐渐扩大，其产状随基底高低呈波状变化，属海相沉积。海盆内沉积厚度一般不超过1000m，多数在200～500m之间，沉积形成于海底扩张期和扩张期后。
图2.15 西南海盆残留扩张中心反射地震剖面
南沙中北部海域下构造层仍表现为断陷充填，据断面东面礼乐滩上的桑帕吉塔1井揭示，这套地层为海相沉积，时代为古新世—始新世；中构造层发育在区域隆起背景上的小型局部凹陷内，沉积厚度不大，一般小于1000m，其时代相当于晚始新世—中中新世，属海相沉积，碳酸盐岩发育；上构造层时代为晚中新世—第四纪，呈水平状覆于下伏构造层之上，系南海扩张停止后区域热沉降背景下形成的海相沉积。
2.3.3.2 断裂构造
西部断面所经区域断裂十分发育，形成复杂的断裂系统。据地震剖面反映，大多数断裂切穿了基底，且以张性断裂为特征，控制了沉积盆地的隆坳格局和新生代沉积的发育。断裂方向多变，以北东向、北东东向、近东西向为主，间或有近南北向和北西向，各组断裂往往呈复杂的交切关系。
在南海北部陆缘西区，断裂以北东、北东东向为主，控制了珠江口盆地西部的隆起与坳陷，珠三坳陷即受其南侧一条大型北倾断裂的控制，断距最大达6500m，深地震揭示该断层已切穿莫霍面，表现为典型的南断北超的半地堑结构。中西沙海域断裂展布仍以北东向为主，近东西向次之。西沙海槽的发育受近东西向阶梯状断裂控制(图2.16)，海槽内发育的新生代沉积亦成东西向展布。中沙海槽的形成与北东向断裂有关，位于海槽南侧的断裂断面北倾，海槽内壁呈南陡北缓之势，海槽内沉积向北西方向超覆于基底不整合面之上。西南海盆内主要发育北东向断裂，在海盆南北边缘断裂将陆壳与洋壳分开，并表现为大的断阶(图2.17、图2.18)，构成了海盆边界。在海盆北缘与盆西海岭连接处，大约在15°N附近，发育了近东西向断裂，与前述磁力异常梯级带对应，表明该断裂切割深度较大。海盆内还发育了一组北西向断裂，往往将海盆北缘断裂左行错断，因而使西南海盆往北东方向宽度增大。在南沙海域，北东向断裂仍占主导地位，但近东西向断裂活动增强，并且切割了北西和北东向断裂，表现出断裂活动在时间上的先后次序。
图2.16 西沙海槽地震反射剖面
图2.17 西南海盆西部边缘地震反射剖面
图2.18 西南海盆南部边缘地震反射剖面
图2.19 雷琼地区爆破地震地壳结构剖面(据林忠洋等，1988)(位置见图2.1)
2.3.3.3 地壳结构
西断面(彩图3)穿越了南海西部多个构造单元，显示出南海西部地区地壳结构的极其复杂性。揭示地壳结构的深部资料主要集中在断面北部所在的南海北部陆缘区，断面中部和南部的地壳结构则是利用重力资料计算的结果。
图2.20 南海北部陆缘西部双船地震剖面图(据Nissen等，1995)(位置见图2.1)
(1)地壳结构特征
断面北端中心位置以西约100km远的雷琼地区，爆破地震获得的地壳速度结构揭示这一地区地壳为上下两层结构(图2.20)。上地壳层可分出三部分，上地壳上部地震速度在5.85～6.3km/s之间变化，包括沉积层在内厚约6～10km；上地壳下部速度为6.15～6.6km/s，厚约12～16km；在上地壳内部存在一层约2～3km厚的低速层，其速度为5.65～6.05km/s，低速层的发育类似于闽粤东南沿海的汕头—长乐地区，但其层位上升到上地壳内。下地壳厚度较上地壳薄，多在数公里内变化，与上地壳比较，其横向变化相对较大，莫霍面亦因此存在较大的起伏变化。总体来看，雷琼地区的地壳结构特征与闽粤沿海地区相似，可能代表了华南南部边缘的地壳发育特点。
位于断面北段的7个ESP剖面充分揭示了南海北部陆缘西段陆架、陆坡区的地壳结构特征(图2.20、表2.1)，上、下地壳层均存在强烈的起伏变化。ESP11位于内陆架，上地壳层速度在5.7～6.0km/s之间，厚5～6km；下地壳层速度为6.8km/s，厚达22～25km，上下地壳厚度差别甚大。ESP12位于珠江口盆地珠三坳陷沉降中心处，上地壳速度为6.25～6.4km/s，厚度仅2～3km，其上覆厚达8km的新生代沉积；下地壳速度6.8～6.85km/s，厚度为12～13km。显然，这里的地壳发生过极其强烈的拉张减薄，且以壳上减薄为主，在珠三坳陷拉张程度最大，拉张系数(β)达3.17，现今地温梯度仍达35～60℃/km。ESP13位于珠三坳陷南侧的神狐隆起上，新生代沉积层很薄，上地壳层速度为5.2～6.1km/s，厚度增大到8～10km；下地壳厚17～18km，层速度为6.7～6.8km/s。在下地壳底部出现了速度为7.3km/s的薄层高速层，厚2～3km。ESP14位于神狐隆起南侧斜坡上，上地壳厚度依然极薄，仅2～3km，层速度为5.85～6.1km/s；下地壳厚度为20～22km，速度为6.4～6.9km/s，下地壳底部未见高速层，其特征与ESP11相似。ESP15位于西沙海槽北部斜坡，此处上地壳依然很薄，下地壳底部又开始出现了厚4～8km的高速层。ESP16位于西沙海槽中心，上、下地壳均变薄，上地壳厚度仅有1km，下地壳因伸展也减薄至9～10km，此处莫霍面埋深急剧减小，莫霍面呈隆起状态。位于西沙隆起上的ESP17所显示的地壳结构特征截然不同于其北侧，以西沙海槽为中心，莫霍面向南加深，上地壳厚度突然增大到16km，而下地壳却迅速减薄为6km，这一现象暗示在西沙海槽处似乎存在一条重要的地质界线。
断面往南经过西北海盆西南角，该处夹于中沙群岛与南海北部陆缘区之间，64V36、65V36、66V36、67V36、5V36、68V36、107V36、45C14、36V36和108V36等站位揭示了这一地区的地壳结构特征。该区地壳具两个显著特点，一是壳-幔未经充分调整，普遍缺乏层3B速度层；二是可能尚保留部分裂谷期较为复杂的地壳结构特点，短距离内地壳厚度变化大，层2和层3无论是厚度或速度值都很不稳定，而可作为特例的是，处于下陆坡(水深为2970m)部位的65V36却具有典型的洋壳速度结构，其地壳厚度仅4.93km。
(2)莫霍面特征
西断面上莫霍面起伏变化较大，总的说来，一方面与地形起伏(或水深)变化呈负相关，另一方面又反映了新生代隆坳格局的影响，即整体上莫霍面深度自陆区向海盆越来越浅，陆区莫霍面埋深普遍大于30km；海区由陆架区的28～30km，到陆坡区的16～24km，中沙西沙群岛区的16～23km，南沙群岛区18～20km和西南海盆的10～12km。莫霍面深度反映南海西部地区地壳类型多样，发育有陆壳、过渡壳和洋壳。