南海中央海盆岩石圈厚度和地壳年代的初步分析

在洋中脊、停止活动的脊岭、深海的岩石圈断裂的裂缝和熄灭的海底火山等4种类型地区,建立3个岩石圈厚度和热传导模型.得到这些模型的解是相同的.求解得岩石圈内和软流圈顶层的温度分布公式、利用热流计算岩石圈厚度和地壳年龄公式;计算中央海盆的地壳年龄和岩石圈厚度;并列表和作出中央海盆岩石圈厚度和地壳年龄图.根据它们的特征,把中央海盆分成3个区,并分别讨论其岩石圈的厚度、地壳年龄和热流分布的特征;分析南海的形成和演化,指出南海经历过三幕海底扩张.     

全球三大洋底高原重力异常与地壳厚度特征及对比研究*

翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆是全球三大洋底高原, 是大量岩浆喷发到地表的结果, 火山面积分别达1.90×10⁶、1.25×10⁶、0.53×10⁶km²。本文详细分析了该三大洋底高原的地形、剩余地幔布格重力异常(residual mantle Bouguer anomaly, RMBA)与重力反演的相对地壳厚度, 并结合地质与地球化学特征约束进行对比研究。结果显示, 翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆分别高出周围海底约4.3、5、4km, 相应的地幔布格重力异常最大变化值分别为250、330、200mGal, 以及相应的相对地壳厚度变化分别为11、13、9km, 表明形成三大洋底高原的岩浆量远远大于正常洋中脊的岩浆量。此外, 三大洋底高原皆形成于洋中脊附近。Nd、Pb、Hf同位素比值分析表明, 翁通爪哇高原的玄武岩组分为洋岛玄武岩; 凯尔盖朗高原大部分类似于洋岛玄武岩, 并含有洋中脊玄武岩组分; 沙茨基海隆的玄武岩组分主要为东太平洋海隆正常洋中脊玄武岩, 却又存在少量位于全球洋岛玄武岩范围内。这些特征揭示了三大洋底高原可能形成于“地幔柱-洋中脊相互作用”。对此本文提出了两种模式: 一为洋中脊被地幔柱拖拽至其上方; 二为洋中脊之下的软流圈受到地幔柱影响, 从而产生超常熔融与超厚地壳。     

下地壳流对南海北缘白云凹陷地壳伸展变形的影响

下地壳流经常被用来解释地壳随深度的差异拉张现象,但下地壳流对地壳伸展变形的定量研究却不多见。以白云凹陷的岩石圈伸展变形为研究对象,根据普拉特-海福特重力均衡模式,假设凹陷区原始地壳厚度为32km,即均衡深度,利用现今的基底厚度、沉积层厚度和水深数据恢复到白云凹陷变形前的原始地壳厚度,发现其值大于32km,在32.599~33.774km之间,并且从白云凹陷陆架区向海洋方向递增。我们认为造成这种情况的原因可能是由于下地壳流失导致地幔物质上涌量增多,而且根据数据递增的变化认为下地壳流失从海洋向白云凹陷陆架区方向。在凹陷区和接近海盆地区,由于下地壳的流失,导致全地壳拉张因子减小。     

三大洋中脊的重力异常及构造意义

本文根据中国第三次南极考察暨首次环球重力调查实测的重力资料,对太平洋、大西洋和印度洋三大洋中脊的重力异常特征及构造意义进行了较深入的研究和探讨。结果表明,构造活动强烈的世界三大洋中脊系,其活动的强大外力来源为地幔的热动力。其地壳虽新,但活动历史却很久远,且已达到热动力平衡状态。洋中脊处的低幅度、短波长变化的空间异常,不能一般近似地视为均衡异常,更不能由此断定洋中脊已处于均衡状态。在洋中脊之下,海底、莫氏面及软流层界面均发生了不同程度的拍升,是影响重力异常的主要原因。     

北大西洋Mohns洋中脊扩张地壳构造特征的研究

北大西洋Mohns洋中脊是很重要的扩张带。中国第五次北极科学考察的重点之一就是获取Mohns洋中脊的磁力数据。通过获得的磁力和以往的重力与地震资料,研究洋中脊的扩张、地壳构造特征及厚度。这些研究有助于更好地理解地球上重要的地质过程、海底扩张和壳幔相互作用。     

东南印度洋中脊(108°—134°E区域)断层构造与岩浆活动关系

东南印度洋脊(Southeast Indian Ridge, 简称SEIR)是中速扩张洋中脊, 在其中的108°—134°E区域的全扩张速率为72~76 mm·a ^-1。但在接近澳大利亚-南极洲不整合带(Australian-Antarctic Discordance, 简称AAD)区内, 海底地貌沿洋中脊的变化强烈, 其变化范围涵盖了从慢速到快速扩张洋中脊上常见的例子, 且出现了明显的地球物理与地球化学异常, 说明洋中脊在AAD区附近的岩浆供应量极不均匀。文章定量分析了高精度多波束测深数据, 计算了洋中脊不同段的地形坡度、断层比例以及平面与剖面的岩浆参数M值, 结合研究区内剩余地幔布格重力异常以及洋中脊轴部地球化学指标Na_8.0、Fe_8.0等资料, 分析与讨论了研究区的断层构造与岩浆活动特征的关系。研究发现, 东南印度洋脊108°—134°E区域的B区(在AAD区内)及C5段(在AAD区外西侧)发育有大量的海洋核杂岩, 而且B区的海洋核杂岩单体规模更大, 其中最大的位于B3区, 沿洋中脊扩张方向延伸约50km。研究结果首次系统性地显示, 相比东南印度洋的其他区域, B和C5异常区具有偏低的平面与剖面M值、偏高的断层比例、偏正的地幔布格重力异常以及偏高的Na_8.0值与偏低的Fe_8.0值, 这些异常特征可能反映了B区和C5段的岩浆初始熔融深度较浅以及岩浆熔融程度较低, 因此导致其岩浆供应量异常少, 形成较薄的地壳。研究结果同时表明, 在岩浆供应量极少的洋中脊, 构造伸展作用有利于海洋核杂岩的发育, 导致地壳进一步减薄。     

大西洋中脊玄武岩岩浆源区性质、潜在温度及其指示意义

洋中脊玄武岩（MORB）的微量元素成分和同位素比值具有变化范围大的特点，这些变化很难简单地用地幔部分熔融和结晶分异等岩浆演化过程来解释。传统观点认为洋中脊玄武岩的地球化学成分的多样性是由其下部地幔成分的大尺度不均一性决定的。这种地幔不均一性则是外来物质的加入造成的，如再循环的地壳物质、下大陆岩石圈、交代的岩石圈和外地核等成分加入到上地幔中。在本研究中，我们对大西洋洋中脊的玄武岩展开研究工作，评估了玄武岩源区的温压条件并综合对比了微量元素和同位素比值。靠近地幔柱的洋中脊玄武岩的地球化学和同位素成分具有较大的变化。地幔柱对洋中脊地区的影响范围可以达到1400公里，但并不是每个地幔柱都能够影响其周围1400km范围内的所有洋中脊脊段。未受地幔柱影响的洋中脊玄武岩成分和地幔潜在温度均没有异常表现。我们认为上述现象是由于地幔柱柱头形状不同造成的。地幔柱的流动形状可以分为管状和饼状两种，饼状地幔柱影响其周围的地幔是没有方向性的，而管状地幔柱对其周围地幔的影响在方向上具有选择性。沿着大西洋中脊的玄武岩的元素和同位素比值变化较大，暗示其源区具有较高的不均一性。我们认为该地区地幔不均一性主要是由于上地幔中加入了俯冲板片和拆沉下地壳造成的。另外，地幔柱的活动也不容忽视，它们影响了其周围部分洋脊段的成分变化。     

南海沙巴—巴拉望边缘重力异常及深部构造控制

南海富烃区的东南部边缘被北西－南东走向的构造线分割成一系列区段，各区段具有鲜明的特征，重力形态往往发生突然变化。其中沙巴段的西南以廷贾（Tinjar)或西巴兰（West Baram)构成线为界，东北与苏禄海西南边缘的巴拉巴克构造线邻接。这部分最显著的特征是沿着距岸约150km的沙巴海槽伴生的自由空间重力异常极低。地震反射资料显示，前积沉积和重力驱动推覆体所产生的负荷使伸展的南海陆壳下陷到局部均衡面之下，产生了类似前陆盆地的海槽，海槽中的沉积速率低于沉降速率。负荷体本身则位于局部均衡面之上，部分受下伏地壳和岩石圈的刚性所支持。深部的晚第三纪沉积盆地就位于布格重力和自由空间重力高带的侧翼上。穿过沙巴海岸的重力值降低，因此，大致处于均衡补偿的克罗克（Crocker）山脉（包括Mt Kinabalu)很可能位于较弱的岩石圈之上。而和沙巴海沟相伴生的自由空间重力异常比根据其水体厚度所计算的异常要小，这预示着海槽轴线下面的地壳减薄，这不是一个正常的前陆盆地特征，因此推断地壳减薄是在盆地形成前就出现的。在沙巴海槽中最显著的是呈NE－SW走向的平行的重力异常和地貌特征，它们与海槽中早第三纪地质走向不一致，因此它们是受南海岩石圈和地壳中原有组构的控制。沙巴地区的第三纪构造重组就是以这种假设为基础的，即南海边缘在老第三纪的陆架裂开时所形成的裂谷盆地中的沉积物是这个地区富烃资源的主要来源。     

南海西南次海盆与超慢速扩张西南印度洋中脊地壳结构对比

近年来对西南印度洋中脊的研究显示,超慢速扩张(全扩张率:12~18mm·yr~(-1))的西南印度洋中脊包含岩浆增生型和非岩浆增生型两种截然不同的地壳结构。岩浆增生型中脊段表现为轴向的海底隆起,通常具有较低的地幔布格重力异常和较强的磁性,地壳厚度较大;非岩浆增生型中脊段通常水深较深,缺乏转换断层,发育拆离断层和高角度正断层,具有较高的地幔布格重力异常和微弱的磁性,大量蛇纹石化的地幔橄榄岩出露海底,火成岩地壳较薄甚至不存在。南海西南次海盆具有较慢速扩张率(全扩张率:50~35mm·yr~(-1)),其接近消亡洋中脊中央部分的地壳厚度也较薄,也有可能存在蛇纹石化地幔,具有超慢速扩张脊非岩浆增生段的特点。     

洋中脊分段性及其拓展和叠接机制

各种扩张速率下的洋中脊被转换断层和非转换断层分成许多段(长10到100km不等),而且这种岩浆活动和构造的分段特性在大西洋中脊表现特别明显。洋脊分段特征可以划分为4级。其中,转换断层是1级间断,其错断洋脊距离大于30km,其长度可达1000km左右,存在寿命可达10Ma。相邻转换断层之间的距离间隔也与扩张速率有关：扩张速率最慢处的距离间隔小于200km,中速一快速扩张脊为600～1000km,扩张速率大于140mm／a的脊段上未发现转换断层,总体上转换断层间距随扩张速率而增加。叠接拓展中心、斜向剪切带、火山间隔和横向断错等分别为2～4级间断,出现在两条转换断层之间,使洋中脊错断距离逐渐减少。2～4级区段的洋中脊长度也越来越小,存在的寿命也越来越短,直至4级区段的洋中脊长度一般小于10km,存在寿命为10^2～10^4a。这种分段性无论在超快速、快速、中速、慢速扩张脊,还是超慢速扩张脊都存在,其分段机制都与洋中脊拓展、叠接、跃迁(或废弃)、死亡过程密切相关,而拓展、叠接过程又受多种动力要素控制。正是洋中脊分段的动力机制控制了中央裂谷的存在与否。     

东海莫霍面起伏与地壳减薄特征初步分析

收集、整理大量由地震剖面提供的沉积层厚度资料,得到东海沉积层等厚图。对完全布格重力异常进行沉积层重力效应改正后,得到剩余重力异常,利用地震资料揭示的莫霍面深度值来约束界面反演得到东海莫霍面埋深。结果表明,东海陆架盆地莫霍面深度在25～28 km之间平缓变化,地壳厚度为14～26 km,西厚东薄;冲绳海槽盆地莫霍面深度为16～26 km,地壳厚度为12～22 km,北厚南薄。东海陆架盆地东部与冲绳海槽盆地南部地壳减薄明显,拉张因子分别达到2.6和3。初步分析认为冲绳海槽地壳以过渡壳为主,并未形成洋壳。     

尼日利亚南部大陆边缘重力场特征及解释

利用中国-尼日利亚国际合作航次获得的船载重力数据,分析了尼日利亚南部大陆边缘的自由空间重力异常和布格重力异常特征,并通过两条从陆架—陆坡—陆隆一直延伸到深海盆地的重力剖面拟合出地壳密度结构。研究结果表明,地壳厚度总体上从陆架、陆坡至深海平原呈现阶梯状减薄的趋势,东侧的减薄幅度大于西侧,东侧从24 km减小到10 km,西侧从21 km减小到14 km。     

冲绳海槽及邻区重力异常特征及其地质意义

通过分析冲绳海槽及邻区自由空间重力异常和布格重力异常的分布特征,对其构造地质学意义进行了定性研究。冲绳海槽空间重力异常和布格重力异常较高,与其下地幔物质上涌引起的质量盈余有关;海底正向地形单元、基底隆起等具有较高的空间重力异常,而地壳浅部低密度岩浆房表现为较低的空间重力异常;布格重力异常及其上延结果反映了地壳厚度的变化,冲绳海槽地壳显著减薄,台湾地区地壳显著增厚;琉球岛弧及弧前布格重力异常受菲律宾海板片俯冲和岛弧地壳结构的共同影响,俯冲洋壳与琉球岛弧地壳的接触带位于琉球海沟以西,大致与120mGal布格重力异常等值线相对应。     

南极布兰斯菲尔德海峡及邻区地壳结构反演及构造解析

南极布兰斯菲尔德海峡及邻区是南极半岛海域火山、地震等新构造运动最活跃的地区,由于前人对资料处理解释的差异,导致盆地的构造格局仍部分存疑。本文以研究区的卫星重力数据为基础,以多道反射地震和部分岩性资料为约束,采用重震联合反演方法构建了三条横跨研究区的地壳结构剖面,并进一步研究布兰斯菲尔德海峡盆地的地壳结构。研究结果表明布兰斯菲尔德海峡盆地莫霍面深度为33—38km。菲尼克斯板块俯冲消减下沉至南设得兰岛弧之下,导致南设得兰海沟的俯冲带后撤,产生3—4km厚的岩浆混染地壳,密度为2.9g/cm~3。分析认为受板块运动和弧后扩张影响,沿布兰斯菲尔德海峡盆地扩张脊分布的海底火山裂隙式喷发,并进一步导致盆地的持续性扩张。     

热点与大洋中脊的相互作用

大规模的火山大洋中脊系统绕地球延伸60 0 0 0 km长 ,几乎全部分布在世界大洋洋底。有的地方 ,大洋中脊火山的规模非常大 ,以致高出海面形成地球上最为壮观的岛屿。冰岛、亚速尔群岛及加拉帕戈斯等都属此类岛屿。因为它们是由深部地幔上升的异常热岩石在小区域内形成的 ,并散布在海底 ,所以称它们为“热点”。但是 ,热点并不是一种孤立的现象。卫星海洋学、地震学、地球化学和地球动力学的最令人激动的进展表明了热点对全球大部分洋中脊系统具有重要的意义和长远的影响。全球已经确认的热点大约有 44个。其中大多数都与洋中脊系统有关联 ,确…     

Reykjanes海岭以下热点产生浮流的地震证据

在过去的５５Ｍａ期间冰岛的大量火山被认为是由于高温地幔羽的存在 ,使得与大西洋洋中脊（ＭＡＲ）海底扩张有关的减压熔融增强而造成的。尽管地幔羽对海岭的冲击在冰岛海台是最强的 ,但大量的观测表明沿冰岛南部ＭＡＲ的扩张及与其相关的火山受热点的影响而发生了改变。特别是缓慢扩张的ＲＲ比典型的ＭＡＲ要热 ,Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭处的海底非常浅 ,地形非常光滑 ,缺乏典型的缓慢扩张中心所具有的割裂和轴谷 ,而且地壳异常厚。此外 ,沿Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭喷发的玄武岩的地球化学表明 ,它是冰岛地幔羽源和大西洋洋中脊源的混合。这…     

南海北部地壳结构重震联合模拟

收集了中德合作调查的SO49-18测线北段地震剖面和水深数据,结合区域的声呐浮标、OBS和双船折射等成果信息,利用重力数据,采用LCT综合反演软件,对南海北部的地壳结构进行重震联合模拟,建立了初始2.5维地球物理模型,并由该模型计算出正演理论空间重力异常曲线.同时,采用匹配滤波技术对实测空间重力异常的不同深度异常进行分离,并与计算空间重力异常曲线进行比较,在物性参数合理的范围内逐层进行模型修饰,使计算与实测空间重力异常曲线相吻合,建立了地壳结构初始深度模型.结果显示,南海北部地壳结构总的特点是:从陆架到陆坡,地壳厚度不断减薄,呈连续阶梯状变化,上地壳厚度较小,下地壳厚度较大;北部洋陆过渡带,莫霍面埋深急剧变浅;西北次海盆地壳厚度(莫霍面埋深)较薄;中沙海台,地壳厚度相对较大.     

南海的岩石圈结构与均衡模型

本文用四种方法计算了南海的岩石圈厚度,并建立了南海海盆的岩石圈均衡模型。在此基础上,分析了南海海盆的岩石圈结构特征:即从海盆中部向南、北两侧,层3厚度、地壳厚度和岩石圈厚度逐渐增大,与地壳年龄呈正向关系。这表明,南海海盆有如大洋(大西洋)一样的形成演化机制—由正常的裂谷和扩张过程发育而成。     

跨南海西南次海盆OBS、多道地震与重力联合调查

对跨南海西南次海盆及两侧陆缘的一条1050km长的、包括海底地震(OBS)、长排列多道地震和重磁在内的综合地球物理探测剖面(CFT)进行了构造成像和研究。在多道地震成像基础上建立了CFT剖面初始速度模型, 进而通过初至波层析成像方法反演了CFT剖面的速度结构模型, 在重力异常资料的约束下建立了CFT剖面的综合地壳结构模型。讨论了沿CFT剖面出现的下地壳高速体、龙门海山的低密度物质等地质问题。结果表明, 下地壳高速层在北部陆坡、西南海盆和南部南沙地块均有分布, 厚度在0~4km之间, 可能与陆缘下地壳物质和地幔物质熔融混合, 以及深海盆海底扩张期间构造拉伸导致地幔蛇纹岩化有关。     

西南印度洋脊14°E—25°E区域洋壳增生的构造与岩浆特征

文章利用高精度船载多波束测深及重力数据研究了超慢速西南印度洋脊14°E—25°E区域洋壳增生的构造与岩浆特征。首先采用滤波的方法将原始地形数据分为短波长地形(波长小于20km)和长波长地形(波长大于20km)。然后利用长波长地形剖面获得洋中脊裂谷的深度,利用短波长地形剖面和坡度来识别正断层,并计算出岩浆作用在整个扩张过程中所占的比例,即M值。同时从自由空气重力异常中去除海底地形、参考莫霍面以及板块冷却等重力效应,获取能够表征相对洋壳厚度的剩余地幔布格重力异常(Residual Mantle Bouguer Anomaly,RMBA)。最后在垂直于洋脊的剖面上以10km宽的窗口计算出一系列窗口内的M值、平均RMBA值以及断层的垂直断距,并探讨它们之间的相关性。研究发现在超慢速扩张的西南印度洋脊14°E—25°E区域,岩浆率M值随时间和空间变化明显,裂谷深度呈现较强的两翼不对称性,裂谷深度在一定程度上反映了脊轴附近的平均M值。区域性的平均构造拉伸率(即1-M)处于20%~50%之间,南翼整体处于较强的拉伸状态。统计结果表明,在岩浆作用较强的时期,M值偏大,通常产生较厚的洋壳以及断距较小的断层。