一、地质概况
西南中沙群岛所依托的南海，正好位于地质学上板块构造学说所揭示的太平洋板块、欧亚板块、澳洲印度洋板块三大板块交汇处这一特殊的地质构造位置，在地球内力（包括火山、地震和碰撞、挤压、断裂、扩张、升降之类地壳变动等地球内部构造运动）和外力（日照、风雨、流水、波浪、冰川引起风化、侵蚀、堆积等地球外部自然力）相互作用下，从数亿年前起便开始了南海海盆缓慢而漫长的发育过程：历经距今2.0～1.3亿年的中生代中晚期，南海古陆块解体下沉成为中央海盆；距今约1.3～0.6亿年的中生代晚期至新生代第三纪早期，南海中央海盆发生东北向断裂和西北向、东南向扩张；距今约0.5～0.2亿年的新生代第三纪中期，再次发生强烈的地壳运动和板块挤压产生海沟-岛弧-弧后海盆等3个主要地质阶段，形成了南海断裂-扩张型海盆。中央海底地壳为硅镁（SiMa）层，由基性乃至超基性的玄武岩、安山岩、橄榄岩等所组成，海盆底部平坦，覆盖着粉沙质泥、抱球虫软泥、玄武岩玻璃、火山灰及深海动物介壳形成的红粘土等沉积物，厚约500米；海盆周围的陆架、岛架则有前寒武系、古生界、中生界的变质岩及花岗岩组成硅铝(SiAl)层。
在南海海盆发育的地质作用过程中，在其它自然条件的配合下，也进行着漫长的岛礁发育过程。西南中沙群岛与大陆型海岛海南岛不同，全部都是海洋型海岛，其中除了西沙群岛的高尖石为火山岛外，其余均为珊瑚岛礁。处于热带地区的南海海水，具备适合造礁珊瑚虫生存繁衍的温度（20℃～30℃）、盐度（27‰～40‰）、透明度、坚实的海底基岩以及足够的光照和溶解氧等生态环境，无数群集的造礁珊瑚虫依附海底隆起带的浅海准平原不停地大量生长繁殖，并分泌出钙质（石灰质）以营造珊瑚（俗称海石花），死亡珊瑚的骨骼又不断凝结堆积，加上贝壳和其它生物碎屑，在地质、海流、潮汐等作用下，经过亿万年的凝聚、沉积，搬运、堆迭，粘合、加厚，以每年增殖厚度0.1～1.0厘米的速率日积月累，陆续形成不同岩土的珊瑚岛礁，并成为我国现代生物礁相岩层发育最好的地区之一。
二、西沙群岛地质
西沙群岛的地质史可从现代追溯到元古代中期，与海南岛抱板群原岩时代，即海南岛晋宁构造阶段沉积物相当。晋宁运动之后西沙基底露出水面，与海南岛乃至华南地区相连为陆地，长期遭受地球外力剥蚀；直到新生代，喜马拉雅构造运动在西沙地区表现为“南海运动”，西沙隆起受北东东、东西向和北东向为主的断裂切割成断块隆起带。在晚第三纪中新世和上新世的早期，地壳下沉接受海侵，沉积了总厚度近1000米的生物礁相灰岩；在中新世和上新世末期，海面明显发生下降，致使原先沉积的生物礁相灰岩产生白云岩化作用，前者厚度大于80米，后者厚32米。在上第三纪晚期，西沙地区产生一组北西向断裂，并切割了早期的东西向和北东向构造，为高尖石火山岩喷发准备了通道。第四纪以来，地壳间歇性升降运动引起海平面的变化，接受了约260米厚的生物礁相灰岩和生物碎屑灰岩沉积。约距今3000～4000年前，西沙地区海平面基本稳定在目前的位置，而一些沙洲岛以及部分海滩岩则是近1000～2000年才出现的，这些岛礁洲滩及其成岛作用直至现今仍在受着风海流（包括风暴潮）等自然力的不断改造而处于继续变化之中。现有岛礁按物质组成区分，火山角砾岩组成的基岩岛1座（高尖石），占总数的3.1％；以珊瑚、贝屑为主组成的珊瑚岛31座，占96.9％，其中生物砂屑灰岩组成的1座，占3.1％；生物碎屑灰岩组成的4座，占12.6％；珊瑚碎屑砂砾组成的24座，占75.0％；珊瑚砾石组成的1座，占3.1％；海滩岩组成的1座，占3.1％。
（一）地 层
根据地质调查资料和前人成果，西沙群岛的地层有中元古界蓟县系抱板群，新生界第三系中新统、上新统，第四系下更新统、中更新统、上更新统生物沉积和风成沉积以及全新统地层（参见 表1－3－1 ）。
1、中元古界蓟县系
中元古界蓟县系抱板群为西沙地质中已发现的最古老地层。西沙各岛均无地表出露，仅见于石油地质勘探钻井资料。根据这些钻勘资料，西沙基底地层形成时代为0.96亿年至6.27亿年或更早，约于古生代或之前，其混合岩类应属地质史上晋宁构造运动的产物，其岩性与海南岛抱板群接近，地质时代为中元古代蓟县纪。岩性特征，1251～1279米之间为厚度28米的花岗片麻岩、混合岩的古风化层，呈棕褐色疏松状，矿物成分有石英、长石、褐铁矿、锆石、绿帘石、氧化铁混杂的泥沙和风化的岩屑；1279～1384.6米之间为混合岩，岩性有深灰色花岗片麻岩、黑云母二长片麻岩和变斑状混合岩，成分有石英、酸性斜长石、钾长石、角闪石、黑云母、白云母等。副矿物有锆石、柘榴石、榍石、磷灰石、磁铁矿等，次生矿物为绿泥石，岩石为花岗变晶结构、鳞片变晶结构、蠕虫结构、净边结构等。（各种岩石类型矿物含量参见 表1－3－2 ）
2、新生界第三系
西沙群岛地表没有出露新生界第三系地层，根据地质钻勘资料对西沙礁相地层时代研究，新生界第三系分为上第三系中新统和上第三系上新统。
（1）上第三系中新统 约于地层658～1251米之间，厚度593米，为灰色、白色珊瑚贝壳碎屑灰岩、白云质珊瑚贝壳灰岩。珊瑚贝壳碎屑灰岩有灰白色夹褐红色斑点和斑块，生物碎屑结构，由生物碎屑（60﹪～70﹪）及显晶质和稳晶质方解石组成，碎屑主要是珊瑚、贝壳及少量有孔虫，粒径0.5～2毫米；白云质珊瑚贝壳灰岩，白色、坚硬，具显质晶粒状结构和残余生物结构，由显晶质粒状方解石、白云石为自形、半自形，常见完好的菱形晶体，是不明显的环带构造，粒径0.1～0.2毫米。本层含有1﹪以上陆源碎屑矿物（包括石英、钾长石、斜长石、黑云母、角闪石、柘榴石、锆石、电气石、褐铁矿等），有孔虫数量稀少且保存不好，仅发现17属、14种和8个未定种。
（2） 上第三系上新统 约于地下260～658米之间厚度约398米地层，上部为白垩质珊瑚贝壳碎屑灰岩，下部为灰白色珊瑚灰岩夹珊瑚贝壳碎屑灰岩和珊瑚贝壳灰岩夹浅灰色白云质珊瑚贝壳灰岩。白垩质珊瑚贝壳碎屑灰岩，白色、胶结差、疏松，手捏易碎，具生物碎屑结构，贝壳呈碎屑状，成分以珊瑚、贝壳碎屑为主，粒径01～05毫米，含15﹪～20﹪白垩； 珊瑚礁灰岩，灰白色、质纯、多孔、岩性坚硬，由原生珊瑚钙质体和贝壳碎屑组成，具原生珊瑚生物结构；白云质珊瑚贝壳灰岩，浅灰色、岩性坚硬，具显晶质结构和残余生物结构，成分为显晶质方解石和白云石，含少量残余珊瑚、贝壳碎屑。本地层含有丰富的有孔虫，化石完整，结构清晰，共有45属、55种和9个未定种，并出现上复地层中没有的圆盾虫属、圆盾虫亚属和三层式大型有孔虫。
3、新生界第四系
西沙除了石岛地表为上更新统风积生物砂屑灰岩处，其余岛屿地表为全新统生物碎屑沉积，而全新统以下的上更新统、中更新统、下更新统生物碎屑沉积则均见于地质钻井资料。
（1）下更新统 约于地下190～260米之间厚度70米地层，为珊瑚贝壳碎屑灰岩，由珊瑚、贝壳碎屑及沉积型钙质组成；本层有孔虫较少，与第三系上新统呈平行不整合接触。
（2）中更新统 约于深60～190米之间厚度130米地层，为灰白色珊瑚礁灰岩，质纯，由原生珊瑚质体和少量贝壳碎屑组成，呈不规则块状，岩性坚硬，孔洞发育，在孔隙中常充填次生方解石。本层与下更新统呈整合接触。
（3）上更新统 按岩层不同成因分为2种类型：一是海相生物碎屑沉积，分布于永兴岛、琛航岛等地下深22～60米之间厚度38米的地层；海相生物碎屑沉积岩性为珊瑚礁灰岩，灰白色，质纯、致密，由原生珊瑚钙质体组成，混有少量贝壳碎屑和有孔虫，孔洞不发育，化石保存完整，以剌状虫属和双盖虫属为主的13个种属，井深28米处发现仅分布于第四系的希拉姆拜格虫属。二是风成生物砂屑沉积，主要分布于石岛0～24.68米深地层（石岛除岛缘局部出现海滩岩和松散沉积物外，整座岛屿全由风成生物砂屑灰岩组成）；石岛风成沉积生物砂屑灰岩呈灰白色，由分选良好的有孔虫、珊瑚、介形虫、珊瑚藻和苔藓等生物碎屑砂粒组成，粒径0.1～0.8毫米，大部分磨蚀颗粒圆化，松散分布，局部集中，颗粒支撑接触式胶结，碎屑介屑结构，块状构造，层理发育；生物砂屑灰岩成分为生物碎屑含量40﹪～50﹪，内屑10﹪～30﹪，亮晶5﹪～10﹪，孔隙22﹪～40﹪，矿物有磁铁矿、钛铁矿、橄榄石、电气石、菌铁矿、锐钛矿等十余种（参见 表1－3－3 ）；灰岩中保存有丰富的有孔虫化石，其中浮游有孔虫5属、11种，底栖有孔虫28属、14种，还有丰富的贝类。
（4）全新统 西沙群岛除高尖石和石岛分别为火山岩和晚更新世生物砂屑灰岩之外，其余岛屿所分布的都是全新世海相生物碎屑沉积物。如该沉积岩层在永兴、琛航等岛屿约0～22米深地层，岩性呈灰白、灰黄、棕褐色，松散状，具磷酸盐化生物骨屑砂砾层，成分主要由珊瑚、贝壳、红色石灰藻的碎屑及有孔虫组成；碎屑为中粗粒状及砂砾状，分选性差，次圆状，贝壳为腹足类和腕足类，多成碎屑状，也有完整的个体；有孔虫属种较多，数量丰富，除个别种属外，其组合以热带礁区浅水底栖大有孔虫占绝对优势。
西沙群岛广泛分布的全新世海相生物碎屑沉积物类型还有：含鸟粪贝壳珊瑚砂砾岩，海滩岩，贝壳珊瑚砂砾，含鸟粪贝壳珊瑚砂，珊瑚礁灰岩等。
A、含鸟粪贝壳珊瑚砂砾岩 地质年代约为中全新世沉积物，是西沙群岛鸟粪的主要层位之一，分布于赵述岛、北岛、中岛、南岛、永兴岛、东岛、金银岛、甘泉岛、珊瑚岛、广金岛、晋卿岛等岛屿中部地带。岩层呈浅棕色、棕褐色，砂砾状结构，近水平层状，有交错层理，单层厚0.2～0.4米，由珊瑚、贝壳、骨屑等堆积胶结在一起，分选差，砂为中粗粒，砾径几毫米至几十厘米不等，次圆状。生物碎屑占35％～40％，主要是有孔虫、纺缍虫、珊瑚虫、介形虫、苔藓虫等碎屑组成，其间由胶磷矿及少量泥晶方解石充填，形成颗粒支撑的接触-孔隙式胶结，胶结物8％～15％，内碎屑22％～30％，孔隙20％～25％，泥晶较少。
B、海滩岩 形成年代为中全新世至晚全新世，分布于各个岛屿周边潮间带，多见于迎风面。海滩岩表面褐灰色，新鲜面灰白色，生物骨屑砂砾状结构，块状构造，呈中厚层状，单层厚10～30厘米；向海方向倾斜，倾角8°～20°，分选不太好，砂级主要有中砂、粗砂、砾，粒径2～50毫米，个别蚌壳大小达20～30厘米，次圆状；结构为接触-孔隙式胶结，生物碎屑含量65％～75％，主要为苔藓虫、有孔虫、纺缍虫、介形虫、珊瑚、腕足、藻类等，内碎屑少至5％，胶结物（亮晶或泥晶）5％～10％，孔隙15％～28％。
C、贝壳珊瑚砂砾 属中全新世晚期至晚全新世沉积物，主要分布各岛屿岸边砂砾滩以及一部分沙洲岛。呈灰白色、松散状，成分为贝壳、珊瑚类骨屑，分选性差，大小悬殊堆积在一起，砂级主要是中粗、粗砂，中细砂较少；其砾是贝壳、珊瑚骨屑及海滩岩等，棱角状，次棱状，次圆状，小者几毫米，大者超过1米。
D、含鸟粪贝壳珊瑚砂 属中全新世晚期至晚全新世沉积物，分布于永兴岛、珊瑚岛、金银岛、甘泉岛、北岛、东岛等主要岛屿的砂堤和岛内陆表。呈浅棕色、棕褐色，松散状，成分主要是贝壳珊瑚碎屑中细砂，偶见砾。
E、珊瑚礁灰岩 属全新世晚期沉积物，大都发育于礁盘和现代水下环礁。表面灰色、断面灰白色，主要由珊瑚架堆积而成，岩性致密块状。
以上不同类型生物碎屑沉积层经采样分析，其共同特点是主要化学成分均为氧化钙（CaO）和烧失量成分，两者含量之和占90％以上，其次是氧化镁（MgO）、氧化铝（Al2O3）、氧化钠（Na2O）、二氧化硅（SiO2）、氧化磷（P2O5）等，矿物中除珊瑚、贝壳碎屑外，还有磁铁矿、钛铁矿、电气石、黄铁矿、锆石、橄榄石、红锆石、石英、长石等。
（二）火山岩
西沙群岛仅高尖石一座岛屿分布火山岩，面积只有0.03平方公里，在地质年代上属新生代第三纪上新世晚期，但尚未建立正式的地层单位。
1、岩相特征 岩性为玻基辉橄岩质火山角砾岩，依玻基辉橄岩角砾特征，可判定有先后两次火山喷发的角砾，属爆发的火山岩。
2、岩石类型 该岛岩石呈黑色-黑褐色，砾状构造，火山碎屑结构，角砾成分约占40％，主要为玻基辉橄岩角砾，次为珊瑚礁灰岩。角砾粒径，大的1～10厘米，小的3～5毫米，由于受火山熔蚀作用而显次棱状。玻基辉橄岩角砾呈黑褐色，斑状结构，气孔状构造，气孔为圆形或长圆形，大小约2～5毫米，常充填有菱沸石、针沸石、方解石和燧石等。珊瑚礁角砾灰岩呈灰白色，由原生珊瑚、有孔虫及贝壳碎屑组成。胶结物为玻基辉橄岩岩屑、火山玻璃、橄榄石、辉石等晶屑组成，含量约占60％
3、理化特征 根据地质专家对该岛岩石所做的物理化学分析：微量元素除了钛的含量超过1％及个别元素高于0.1％之外，钒、铍、锆、铜、钇、镧、硒、镍、钴、铬等含量都很低，基本上都在0.05％以下；化学成分二氧化硅含量＜45％，氧化镁含量9.29％～12.73％,氧化钠含量＞氧化钾，氧化钛含量3.08％～3.40％；在玻基辉橄岩质火山角砾中，沸石（菱沸石或纳沸石）含量达15％～20％，而永兴岛带浅黄色的地下水通过火山角砾岩过滤后，可除去颜色，供水质软化，提高水质，变成可饮用水。
（三）构 造
西沙群岛的大地构造位置是处于“南海地台”的中部，为大陆型地壳和大洋地壳过渡区的边缘。
1、断裂构造 南海海盆由南北向扩张，使西沙基底构造线呈东西向展开，又叠加北西-南东向和东西向压缩作用，使第三纪沉积物形成一系列较明显的北东-南西向隆起、凹陷和断裂，并往往叠加于较老的东西向构造之上。西沙隆起之北60公里处即北纬18°附近为西沙海槽，近乎东西走向，长约420公里，宽8～14公里，水深自西部1500米至东部3400米，海槽两边存在一系列成组成带出现的断层，较大的长200～250公里，并向海槽底部构成阶梯状下降，是一个“地堑型”槽谷。在晚第三纪-早第四纪时期，西沙隆起及其附近地区产生一组北西向断裂，并切割早期的东西向和北东向构造，而且为高尖石式的火山喷发创造条件。此外，位于西沙群岛和中沙群岛之间存在一条由北东向断裂控制下发展起来的中沙西海槽，呈北东向展现，长约150公里，海槽水深2600～2700米。
2、新构造运动 在地质史上新生代晚第三纪至第四纪时期，西沙群岛发生过地壳的差异间歇性升降、火山喷发活动和海平面变化等构造运动。
（1）晚第三纪地壳差异间歇性升降运动——第三纪中新世早期，西沙地区开始下沉接受海侵，发育生物礁地层，除冰期引起的沉积间断外，地层基本是连续的，即在中新统和上新统顶部都存在沉积间断，发生白云岩化现象，前者白云岩厚度达80米，后者32米；并可见侵蚀间断面上有藻毯被冲刷破碎现象和风化淋滤作用引起铁染现象（氧化铁含量增加），表明中新世、上新世沉积之后发生过海退。西沙中新世晚期白云岩的形成引起海平面下降幅度以白云岩的底界为准，则下降了80米；上新世末期白云岩与北半球冰川的形成有关，引起的海平面下降幅度有32米。
（2）中新世中期-上新世末期火山活动——西沙地区在中新世中期至上新世末期曾发生火山活动，在南海海盆中的玳瑁海山（北纬17°39′，东经117°00′）、振华海山（北纬14°59′，东经116°30′）和中南海山（北纬14°00′，东经115°36′）留下玄武岩及高尖石岛玻基辉橄岩火山角砾，经测定年龄分别为1400万年，970万年，350万年，270万年。
（3）第四纪以来海平面的变化——西沙地区第四纪以来发生地壳间歇性下沉作用，岩体相对下降幅度达260米左右。更新世早期继续第三纪的海侵，在更新世沉积厚度达238米的生物礁相灰岩；晚更新世晚期在石岛形成厚24.68米的风成沉积物生物砂屑灰岩，时南海海面比现今低50～60米；在全新世早期海平面比现今低40米，石岛、高尖石都露在水面之上遭受剥蚀。约在6000～7000年前的大西洋期，南海海面上升到比现今高3～5米，永兴岛、琛航岛接受珊瑚贝壳砂砾屑沉积；约在3000～4000年前即在寒冷的亚北方期之后，海平面又下降了约5米，达到目前海平面的高程。
3、岛屿时代分期 根据专家与前人研究资料中有关西沙岛屿类型、相互关系、发育状况以及14C测年数据，西沙群岛珊瑚礁沉积物出露海面形成岛屿的时代，按先后顺序分为四期：（1）高尖石岛期——地质年代相当于晚第三纪。按高尖石玻基辉橄岩同位素测定年龄为距今270万年，当形成于地质史上晚第三纪，是西沙海域中最老的岛屿。（2）石岛期——地质年代属晚更新世晚期。据石岛风成生物砂屑灰岩14C测定数据，断定石岛风成沉积物形成于末次冰期（相当于1.1～6.5万年之间）即晚更新世晚期。（3）甘泉岛期——属中全新世晚期，为西沙群岛主要的成岛期。包括甘泉岛和永兴岛、赵述岛、北岛、中岛、南岛、珊瑚岛、晋卿岛、琛航岛、广金岛、金银岛、东岛等岛屿，具有相似的地形景观和基本一致的高程（3～6米），其地表沉积层年龄距今2602±60～4053±281年（其中甘泉岛中部1.5米深以内的沉积层14C测定年龄为距今3500～4040年）。（4）沙洲期——属晚全新世至现代成岛期。其中西沙洲与中建岛同一类型，中建岛地表沉积物年龄为距今2159±114～2759±90年，应为晚全新世早期的沉积物；筐仔沙洲、鸭公岛、咸舍屿、银屿、银峙仔、全富岛等则由松散状灰白色贝壳、珊瑚等生物砂砾屑组成，一般高出海面1～3米，上有唐至明代遗物而无植被，成岛时间比中建岛要晚，为晚全新世后期至现代成岛期沉积物。
（四）水文地质
1、地下水类型 根据含水层介质特征、水力特性，将海岛地下水划分为松散岩类孔隙潜水和固结岩类孔洞裂隙水2大类（见 表1－3－4）。按钻孔、民井单井推算最大涌水量来划分富水等级，每类都分为丰富（富水指标＞1000 m3／d）、中等（富水指标为100～1000 m3／d）、贫乏（富水指标＜100 m3／d ）3个等级。
（1）松散岩类孔隙潜水 主要分布于永兴岛、东岛、中建岛、琛航岛、金银岛、珊瑚岛、甘泉岛、晋卿岛等岛屿的砂堤砂地，含水层岩性为珊瑚贝壳碎屑砂、砾砂等，厚16.49～23.90米，水位埋深1.50～3.50米。钻孔单位涌水量1.989～4.800 d m3／s﹒ m ,单孔推算最大涌水量为168.4～304.8 m3／d，富水性中等；民井单位涌水量3.035～20.18 d m3／s﹒ m ,推算单井最大涌水量52.4～427.1m3／d，富水性属中等至贫乏。
（2）固结岩类孔洞裂隙水 主要分布于石岛、永兴岛、东岛、金银岛、珊瑚岛、琛航岛和甘泉岛等岛屿，含水层岩性为珊瑚礁灰岩、珊瑚贝壳砂砾岩等，厚度大于196.62米，水位埋深0.57～3.27米。钻孔单位涌水量6.665d m3／s﹒ m ,推算最大单孔涌水量641.2m3／d；民井单位涌水量12.68 d m3／s﹒ m ，推算最大单井涌水量为134.1m3／d ，富水性中等。
（五）工程地质
1、工程地质类型 （1）土体——按成因类型、岩性结构和地质特征，海岛土体划分为沉积土和风化土2大类，沉积土又分为砂性土和碎石土2个亚类。（2）岩体——按岩体成因、结构、岩性和力学强度划分为沉积岩和火山岩2类（见 表1－3－5 ）。
2、工程地质特征 （1）土体：一是砂性土亚类，广泛分布于永兴岛、东岛、中建岛、金银岛、珊瑚岛、琛航岛、北岛和南岛等处，岩性为灰白-浅黄色珊瑚贝壳中砂、粗砂和砾砂，厚度一般10～20米，最厚23.9米；二是碎石土亚类，仅分布于琛航岛，岩性为珊瑚贝壳砾石，由各种珊瑚砾块和贝壳组成，砾块一般5×5×8厘米3，最大达5×8×12厘米3，厚度大于5米；三是风化土，仅分布于石岛，岩性为浅灰色珊瑚贝壳砂、砾砂，由珊瑚贝壳砂岩风化而成，厚0.5～1.0米。（2）岩体：一是生物碎屑岩亚类，分布于石岛、东岛、永兴岛、金银岛、珊瑚岛、琛航岛、甘泉岛和北岛等处，岩性为灰白-灰色珊瑚贝壳碎屑岩、珊瑚贝壳砾岩等，进取度大于94.83米；二是火山岩，仅分布于高尖石，岩性为火山角砾岩，岩石较坚硬。
3、工程地质分区 （1）基岩工程地质区：主要分布于石岛、东岛东北部、北岛中部、珊瑚岛北部和东南部、金银岛和甘泉岛的中部等处，岩性为珊瑚贝壳砂岩、砂砾岩等，标高一般小于5米，最高13.8米（石岛），基岩多裸露，风化层薄，沿岸海蚀作用强烈，海蚀洞穴与海蚀槽沟发育；（2）沉积土工程地质区：主要分布于永兴岛、东岛、中建岛、金银岛、珊瑚岛、琛航岛和北岛的砂堤、砂地，岩性为珊瑚贝壳中砂、粗砂和砾砂，厚度一般5～20米，最厚23.9米。
三、中沙南沙群岛地质
（一）地质构造
南海海区地处太平洋、欧亚、印-澳三大板块碰撞地带，发育有岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂，这些断裂多呈北东-南西或北西-南东向展布，部分则呈南-北或东-西向断续延伸，并具有明显的多旋回性和变格特征。不同时期的断裂由老到新有印支期碰撞型陆缘断裂体系，燕山期华夏型陆缘断裂体系，喜马拉雅山期东亚型陆缘断裂体系，这三大断裂体系的复合、联合，尤其是喜马拉雅山期断裂体系的形成和发展，奠定和形成了现今中沙、南沙及其邻近区域的构造格局。
中沙群岛在地质构造上属于南海陆缘地堑系的组成之一，应属南海陆缘地堑系之下的二级构造单元陆坡断块区，位于南海陆缘地堑系的中部，为新生代从南海北部华南陆块拉张出来的漂离岛块（也称微陆块）。其地质构造与西沙群岛相似，与西沙群岛一起构成西沙-中沙隆起带，并向东延伸至黄岩隆起带，构成东沙、南沙两陆块的中央对称轴。
南沙群岛海区的断裂构造是燕山期华夏陆缘解体，喜马拉雅山期扩张陆缘形成的断裂系，以张性或张剪性断裂为特征，属于东亚型陆缘断裂体系之南海陆缘地堑系的一部分。它包括：
1、南沙断块区 是新生代从南海北部西沙、中沙群岛附近的华南陆块中拉张出来的微陆块，位于南海陆缘地堑系的东南翼，包括礼乐断块盆地、太平断隆、南华断块盆地和尹庆断隆4个构造单元，周围被大的断裂所围限，构成长轴为北东-南西向展布的水下断阶，断裂以北东-南西向为主，次为北西-南东向、东-西向和南-北向，由北西-南东向断裂分割成东西块体，北东-南西向断裂造成南北相间一系列雁形排列的弧形断凹断凸，构成南沙断块具“南、北分带，东、西分块”的构造格局，构造运动从中中新世起表现为差异升降和侧向拉张；
2、曾母地堑带 是紧靠加里曼丹和纳土纳群岛发育的盆地，为晚第三纪走滑拉张而形成，是南沙西南广阔陆架和少部分陆坡海区的复杂构造带，包括万安断隆、南薇西南断堑、北康断隆、南康断隆、中央断隆、西南断堑、土纳脊断隆、东纳土纳断堑8个构造单元，四周被断裂围限为各个方向构造的汇合地，形成由北东向转为东-西向再转为北西-南东向的弧形弯曲地堑带，构造断裂多为北西-南东向张剪性正断层，从陆架向陆坡断落，有少数逆断层多在东南出现，岩石圈厚度只有45～50公里，地壳厚度也仅16～21公里。
（二）地 层
中沙群岛海区包括中沙隆起带和黄岩隆起带，其边缘受北东向断裂构造控制，基底为已褶皱的上元古界即前寒武纪强烈变质的花岗片麻岩和混合岩类等；基底以上发育有巨厚的珊瑚礁体，厚度达1000多米；表层沉积主要是有孔虫珊瑚碎屑和砂泥。地壳厚度为20～26公里，属大陆型地壳。
南沙断块区基底与燕山期处于华南陆缘地层的珠江口盆地和北巴拉望等的基底相似，为中生界的沉积岩（如礼乐滩下白垩统下部的集块岩、砾岩、砂岩，上部夹褐煤层的砂质页岩、粉砂岩）和变质岩（如片麻岩、石英片岩、云母片岩、千枚岩等），断块盆地中新生界沉积厚度可达6～7公里，以海相砂页岩和灰岩为主，局部发育有生物礁，表明南沙断块区为一横向破碎的薄壳陆块；曾母地堑带的基底不均一，西部为晚白垩世的花岗岩和变质岩，西南至中、北部由老渐新，专家推测为晚白垩统至始新统的拉姜群，新生界沉积厚度最大可达8～9公里，主要为三角洲相和海陆交互相的砂页岩，以及浅海相的碳酸盐沉积。
（三）地球物理特征
中沙环礁布格重力异常值为50～150pT，磁异常均为正值，从0～100nT,个别暗沙可达＋450pT。黄岩岛环礁重磁异常反常，比其周围海域低得多，布格重力异常值为＋185.6 pT，比其西邻海域低30～40pT，磁异常值为－312nT,磁异常的负值可能是由于巨厚的低磁比率珊瑚礁岩所致。南沙断块区自由空间重力异常幅度变化大，礼乐滩高达1100µm﹒s-2 ,向边缘迅速减到120µm﹒s-2 ,变化以＋20～＋500µm﹒s-2 ，磁异常背景为低幅、低值异常；曾母盆地为高热流、高重力和弱磁异常，区域重力场平均值300µm﹒s-2 ，磁异常变化幅度仅50nT,最高热流达3.76×41.868cw﹒m-2,最大地热梯度达6.84℃／hm。
（四）工程地质
南沙地块的构造活动主要与四周断裂有关，在上新世至第四纪时，随着陆块水平运动消失，古南海消减停止，南沙地块局部拼贴于沙巴陆缘，其西南部新生代属于张剪大陆边缘。全新世以来，本区没有明显的抬升运动，礁坪已稳定了3000年以上，海面也未升高，现今陆架外缘地壳处于相对稳定或轻微下降状态，现代应力区场的应力差值小于125000hPa ,属弱应力区。新构造运动以微弱的断块升降为主，地震活动宁静，火山活动微弱，断裂活动程度不大，属区域稳定性较好的地区。在岛礁地层结构上，地表以下有20米左右的松散沉积层，再往下地层已固结成岩，基底基础稳固，工程地质条件较好；但在南沙西南海区外陆架附近有浅气层、泥丘、淤泥质夹层、滑坡等海底不稳定因素存在，那里工程地质条件较差。
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