南海北部洋陆转换带盆地发育动力学机制

南海北部洋陆转换带是近年来基础科学研究和深水油气勘探热点地区.本文在详细研究南海北部洋陆转换带新采集的二维长电缆深反射地震剖面资料的基础上,采用挠曲悬臂梁模型和挠曲回剥模型算法,分别计算了上地壳、地壳和整个岩石圈拉伸系数,实验结果表明,研究区洋陆转换带盆地岩石圈发生了与深度相关的拉伸变形过程,并且随深度增加,拉伸量逐渐变大,该结果解释了南海北部盆地裂后阶段发生的加速沉降现象.同时,本文结合南海北部洋陆转换带盆地发育过程的特点,将洋陆转换带盆地演化划分为陆内裂陷阶段、裂后热沉降阶段和裂后加速沉降阶段.本研究将有助于认识南海北部深水盆地特征,并对大陆边缘动力学研究和陆缘盆地深水区油气勘探有重要意义.     

海底广角地震剖面反演方法对比——以南海礼乐滩OBS剖面为例

广角地震测线（OBS973-2）位于南海南部陆缘,其地壳深部构造是研究南海共轭扩张及形成演化的直接证据之一.本文采用2D射线追踪技术,结合与之重合的多道地震测线（NH973-2）时深转换结果,对OBS973-2测线重新进行了正、反演研究,得到了礼乐滩及邻近海区的精细地壳结构.与前人结果相比,本文基于正反演速度模型,把测线分为陆壳区（0~200 km）、洋陆过渡区（200~280 km）和洋盆区（280~370 km）.地壳结构在不同区域差异明显,陆壳区沉积层厚度横向差异大,且速度横向不均匀,地壳整体厚度大（约20 km）,有横向速度差;洋陆过渡区速度和厚度横向均匀,地壳减薄（约8 km）;洋壳区地壳厚度减薄至6 km.与以往研究相比,新的认识集中在两个方面,（1）在方法上,综合广角地震和多道地震数据,借助正演和反演方法,能够得到更多更可靠的地壳结构信息.（2）在地壳结构上,结合广角地震与多道地震,得到洋陆过渡区莫霍面向海减薄的形态及其埋深（约12~18 km,海平面为0 km）;进一步验证礼乐滩区域在洋陆过渡区没有明显的高速层,为非火山型陆缘,其共轭扩张点为中沙地块;陆壳区上地壳强烈的拉张作用在速度模型表现出横向速度异常和低速区,在多道地震剖面上表现为大量10~20 km的正断层.     

南海西北次海盆地壳结构：海底广角地震实验结果

利用完整穿越南海西北次海盆及其两侧大陆边缘的海底广角反射/折射地震测线,反演了该地区的地壳结构.该测线总长484km,共投放海底地震仪（OBS）14台,台站间距30km,组合枪阵激发总容量5160in3（1in3=16.3871cm3）.结合同测线多道地震资料,通过OBS数据的精细处理和初始建模,利用射线追踪正反演技术,获得了西北次海盆地壳速度结构模型.结果表明,地壳厚度从上陆坡的21km减薄至下陆坡的14km,在西北次海盆为7.7km;莫霍面埋深从上陆坡的21km上升到海盆中央的11km.西北次海盆和东部次海盆的地壳速度结构相似,都为大洋地壳,但不同的是层1（沉积层）增厚,层2减薄,该特点在东部次海盆尤其明显.西北次海盆及其两侧边缘构造形态和速度结构对称分布,存在共轭关系,其陆缘张裂机制属纯剪切模式.模型中的西北次海盆北侧陆缘下地壳没有发现高速层,这为南海北部陆缘西部非火山型地壳性质提供了新的证据.西北次海盆海底扩张规模小、时间短,且层2可能经历了玄武岩岩浆的不对称溢流,这可能导致西北次海盆磁条带异常的模糊化.     

南海岩石层及边界构造的地球物理特征

南海经历了中生代主动大陆边缘到新生代被动大陆边缘的转换,其岩石层地球物理场具有明显的块、带特征.本文通过综合分析南海地区深地震探测、面波层析成像、重磁异常以及地热与岩石层流变学等各种地质地球物理资料,对南海地壳及岩石层的综合地球物理特征进行了深入总结,发现深地震探测剖面所确定的洋、陆壳转换位置与空间重力异常梯级带位置较为一致,据此拟定了南海洋、陆壳的转换边界;依据多条地壳结构剖面中拉张减薄的程度确定了正常减薄陆壳、洋陆壳过渡带及洋壳等属性特征,并初步圈定了南海下地壳高速层的分布范围.对比分析了南、北陆缘地壳结构及其拉张减薄的变化特征,从综合地球物理特征的相似性上推测了北部陆缘的中西沙陆块与南部陆缘的南沙礼乐滩陆块具有共轭对称性.依据S波速度梯度变化确定了南海岩石层厚度分布情况,揭示出南海北部陆缘存在一条岩石层厚度的减薄带,且该减薄带与高热流带具有较好的一致性.在综合分析的基础上,以深地震探测剖面与重、磁异常变化的对应性为基础,划定了南海边界构造的位置.     

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（V_P为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（V_P为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（V_P为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（V_P＞7.0 km/s）.V_P＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.     

南海北部壳幔结构特征及其地球动力学过程指示

地壳和上地幔结构及其性质对于理解地球浅部构造演化过程具有非常重要的指示作用.南海地区位于亚洲东南部,其构造演化长期以来受到了特提斯和太平洋构造域的控制.晚中生代以来,南海北部经历了主动大陆边缘向被动大陆边缘的演化,并且发生了多期次拉张构造运动,形成了一系列裂陷和盆地.近几年来,地震学探测方面的丰硕成果为理解此过程提供了有效的约束.(1)地壳结构方面而言:海底地震探测结果表明,南海北部陆缘地壳厚度范围为7～32 km,最厚和最薄处分别对应着东沙隆起和白云凹陷.深地震反射/折射剖面结果显示南海东北部大陆架和洋陆过渡带的下地壳底部发育有明显的高速层,厚度为0～10 km,且向洋盆减薄并尖灭,此特征与张裂运动后岩浆底侵过程一致.东沙隆起的上地壳岩性为长英质,表明该区12 km厚的下地壳高速层可能与中生代太平洋板块俯冲产生的火山弧有关.(2)在岩石圈尺度上:面波成像结果显示,南海北部的岩石圈比周边陆块的要薄一些,大致在60～75 km之间,为中生代俯冲形成的软弱带.(3)上地幔结构方面:体波层析成像结果表明在南海北部地区地幔转换带内存在高速异常,三重震相波形拟合则进一步约束了该高速异常体,即厚度为209～225 km,P波高速异常为1.5％～3.5％,其可能为中生代太平洋俯冲板片或伴随有大陆岩石圈拆沉体,也可能是古南海北部板片的俯冲残留体.滞留板片带来的低温异常导致410 km间断面抬升了 5 km,660 km间断面下沉了 5～15km.与此同时,在地幔转换带之上存在厚度为60～75 km,P波低速异常为2.0％～2.5％的低速层,其可能与地幔转换带内俯冲板片脱水有关.     

西沙地块地壳结构及其构造属性

西沙地块作为在南海形成演化过程中形成的微陆块,记录了南海演化历史的重要信息,其地壳结构、物质组成及构造属性是探讨南海形成演化的关键.基于采集到的OBS2013-3测线海底地震仪数据,用射线追踪和正演走时拟合方法,获得了西沙地块的二维纵波速度模型.模型显示沉积层速度为2.2~3.2km·s-1,厚度为0.8~3.0km,局部基底面起伏较大,上地壳顶部速度为5.0~5.5km·s-1,下地壳底部速度为6.9km·s-1,上地幔顶部速度为8.0km·s-1.西沙地块的地壳厚度平均为23km,上地壳厚度约为9km,下地壳厚度约为14km,莫霍面埋深为23~27km.从穿过西沙地块的纵、横两条大剖面推算,块体大小约为9.2×105 km3,与华南陆缘相比,表现为整体减薄的陆壳特征.西沙地块与南沙地块垂直于西南次海盆扩张脊分布,根据二者地壳结构的特征对比,二者互为共轭关系.     

用接收函数方法反演青藏高原东北缘地壳结构

利用ASCENT计划于2007年布设在青藏高原东北缘的18个宽频带流动台站约一年的观测资料获得了2547个接收函数.使用H-?域的搜索算法,得到了14个台站下方的地壳厚度.对于数据质量较差的3个台站,通过Moho的Ps转换波的到时估算出地壳厚度值.计算结果表明,研究区的地壳结构复杂,Moho深度变化范围为40~60 km.海原断裂附近Moho模糊,而且较两侧明显地加深.秦祁地块由西向东Moho逐渐变浅,105°E以东,Moho平均深度约为45 km,以西则在50 km以上.结合面波研究结果推测,在105°E附近可能存在一个秦岭与祁连分界线.以Crust 2.0作为初始模型,把计算得到的地壳厚度值作为约束,用线性反演方法得到了15台站下方的S波速度结构.通过与研究区人工源地震测深结果比较,发现二者具有较好的一致性,表明反演结果可靠.综合分析认为:在青藏高原区,青藏高原与西秦岭过渡带和西秦岭北段均存在中下地壳低速层,推测它们可能与附近断裂和深部物质运移有关.从青藏高原内部到边缘,中下地壳速度逐渐升高.再结合研究区地壳的速度(尤其是低速层)的分布特点以及与地壳物质成分相关的泊松比的变化规律等综合分析,认为地壳流在青藏高原东北部的边缘地带可能不存在,地壳可能是通过在挤压方向上的缩短而加厚.     

长江中下游成矿带及邻区三维Moho面结构:来自人工源宽角地震资料的约束

为深入理解长江中下游地区在中生代成矿的深部动力学过程,对跨越宁芜矿集区地质廊带内的非纵剖面反射/折射地震数据进行动校正和时深转换处理,获得了非纵方向的Moho面深度;联合纵测线和非纵测线上Moho面深度数据,获得了长江中下游成矿带及邻区的三维Moho面深度结构.结果显示宁芜矿集区下方的Moho面整体较浅,约32~34km,华北块体合肥盆地内Moho面整体较深,约34~35km.Moho面深度和区域布格重力异常变化趋势对应良好.宁芜矿集区下方Moho面呈上隆特征,支持长江中下游地区成矿模式中增厚岩石圈发生拆沉、软流圈的上隆及底侵作用等动力学过程.Moho面平行于成矿带走向的变化趋势,预示长江中下游成矿带地壳和上地幔在板块边界发生了NE-SW向的切向流动变形.郯庐断裂带两侧,Moho面深度变化较大,表明地表近陡立的郯庐断裂为深大断裂,深部可能切穿Moho面并延伸至上地幔.     

Stretching characteristics and its dynamic significance of the northern continental margin of South China Sea

To investigate the thinning of the whole crust, and the contribution of the upper versus lower crust to the stretching since Cenozoic, we calculated the stretching factor of the northern margin of South China Sea with data such as whole crustal thickness, depth of Cenozoic sedimentary basement and the horizontal displacement of faults. An isometric line drawing on whole crustal stretching factor is then obtained. Along the seismic Line 1530 in Baiyun sag, we also calculated the stretching factors of the upper and lower crust. The results suggest that the whole crustal thickness decreases seaward while the whole crustal stretching factor increases from shelf to slope. The Moho upwells highest beneath where the crust is thinned most. The value of the whole crustal stretching factor ranges from 1.5 to 6. Two areas were thinned intensely: the center of Yinggehai Basin, and the Baiyun sag in the Pearl River Mouth Basin. The calculation of the upper and lower crustal stretching factors from DSP1530 in Baiyun sag shows that the original crust of Baiyun sag should be thinned before deformation. Its pre-Cenozoic evolution as well as tectonic position during Cenozoic might be responsible for that.     

利用气枪地震资料对福建及台湾海峡南部地壳三维P波速度结构研究

根据福建及台湾海峡南部海陆联测试验记录到的Pg和Pm震相走时数据,利用速度与界面联合成像方法构建地壳三维P波速度结构,揭示了该区地壳深部构造特征.结果表明：福建和台湾海峡海陆过渡带以及海峡南部地壳速度结构存在明显的不均匀性,滨海断裂两侧速度结构复杂,随深度呈现明显的分段特征,其上地壳海陆过渡带呈高速特性,台湾海峡呈低速特性;下地壳海陆过渡带呈低速特性,台湾海峡呈高速特性;研究区莫霍面的深度约为28~33 km,存在较明显差异,闽粤交接部位存在明显的地壳厚度减薄,莫霍面深度接近28 km,这与正常型华南活动地块与减薄型南海活动地块交汇致使地壳厚度减薄有关,体现了活动块体边界构造特征.历史大震主要发生在高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的区域,现今中小震主要分布于闽粤海陆过渡带,这一特征可能与此地广泛发育的断层和华南与南海活动地块相互作用有关.     

南海东北部海陆深地震联测与滨海断裂带两侧地壳结构分析

南海东北部首次成功实施海陆联合深地震探测,填补了海陆过渡带深地震探测的空白. 利用该次海陆联测地震数据,通过数据处理、震相分析、射线追踪、走时模拟等方法,获得了滨海断裂带附近的纵波地壳速度结构,探明了海陆联测剖面中滨海断裂带可能位置. 地壳速度结构为陆壳结构,地壳厚度由陆地向海区逐步变薄;在上地壳下部普遍存在一层速度为5.5～5.9km·s-1、厚度为2.5～4.0km的低速层,并向海区方向减薄,该区未发现明显的高速层. 滨海断裂带为一纵向低速带,位于南澳台东南35km处,对应于重、磁异常带,断裂带断至莫霍面,是华南陆区正常型陆壳与海区减薄型陆壳的分界地壳断裂.     

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征——以阿尔泰—巴士海峡剖面为例

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征研究是东亚地区宏观构造格架研究中的重点内容之一.本文以地震测深等数据为约束信息,以重力数据为基础,通过分区计算,反演了中国海陆莫霍面深度.依据地壳性质与莫霍面深度分布特征,划分了莫霍面深度梯级带与分区,并对各分区的莫霍面分布特点进行了归纳、总结.并选取阿尔泰—巴士海峡典型剖面进行了重、震反演,建立了密度结构.剖面上莫霍面深度和深部结构能够清晰地反映中国大陆"三横、两竖、两三角"构造格架中的两横和两竖,在昆仑—秦岭—大别以北的准噶尔地块和中朝地台莫霍面深度45~50 km,而其以南至贺兰山—龙门山之间的祁连、柴达木至松潘—甘孜的莫霍面呈"W"型起伏,莫霍面深度由祁连地块北部的50 km,加深至68 km,在柴达木盆地抬升至58 km,在阿尼玛卿山莫霍面降至68 km,向南逐渐抬升至四川盆地的44 km,经大兴安岭—太行山—武陵山这一竖的台阶式抬升至华南褶皱带的35 km,在江绍—南岭以南缓慢抬升至南海北部陆架区的20~25 km.在巴士海峡处南海沿马尼拉海沟向东俯冲,莫霍面形态较复杂.同时剖面上祁连—柴达木地块的中下地壳存在一个低速、低密度体,推测其可能是由于部分熔融引起的,是青藏高原东北缘壳内物质流动的通道.     

南海西南次海盆与南沙地块的OBS探测和地壳结构

跨越南海西南次海盆南部陆缘和南沙地块中部的OBS973-1测线是南海南部首次采集的海底地震仪(OBS)广角反射与折射深地震测线,本文通过震相分析和走时正演拟合,获得了沿测线的二维纵波速度结构模型.模拟结果显示表层沉积物速度2.5～4.5 km/s,厚度1000～3000m,局部基底面起伏较大.结晶基底的速度从顶部的4....     

南海北部地壳密度结构:基于约束三维重力反演

地壳结构的揭示是研究陆缘伸展机制的基础.尽管在南海北部陆缘已开展了大量地壳尺度的二维地震探测,但目前还存在许多覆盖空白的地区,这些调查所得到的结果无法提供地壳结构的区域视图.为了揭示南海北部的地壳结构,本研究将水深和沉积物厚度信息作为约束条件,对空间重力异常进行区域三维反演,并利用地震研究的结果来衡量反演结果的质量.沿地震测线的密度切片显示,重力反演结果与地震研究结果具有良好的一致性.本研究通过选择两个与地震研究结果最匹配的密度异常等值面分别作为康拉德面和莫霍面,获取了莫霍面深度和上、下地壳的厚度.根据假设的相应初始地壳厚度,本研究进一步计算了全地壳、上地壳和下地壳的拉张因子.通过与已发表的居里面深度比较,发现南海北部大部分地区的居里面深度均位于莫霍面之下,其中西沙海槽的拉张因子βw大于3.5并且缺乏岩浆活动,是地幔橄榄岩蛇纹石化的潜在区域.南海北部陆缘的地壳拉张因子显示其经历了伸展方向为128°和160°的两组张裂运动,分别对应于神弧运动和珠琼运动一幕及二幕,在张裂过程中应力场发生了顺时针旋转.此外,上、下地壳的拉张因子表明北部陆缘普遍存在正向和反向差异伸展,陆架区域表现为反向差异伸展,洋陆过渡带为正向差异伸展,推测这种正向和反向差异伸展可能是由下地壳流动导致的,由地壳厚度差异引起的横向梯度力、软流圈浮力和沉积物负载共同驱动.