南海海盆扩张机制的动力学模拟

南海处于印度—澳大利亚、欧亚和太平洋三大板块汇聚中心,地理位置独特,地质作用复杂,经历了拉张、张裂到海底扩张的演化过程,是水平拉张和地幔上涌共同作用下的被动扩张结构。以南海中央海盆的地质构造为背景建立二维有限元模型,对具有先存薄弱带情况下岩石圈在水平拉张力和上涌力共同作用下的减薄扩张情况进行动力学模拟。计算结果表明:(1)岩石圈在受到拉张作用时,薄弱带和断层的存在会使该区域发生应力集中,优先减薄破坏;(2)岩石圈在单纯的拉张力条件下很难发生破坏,如果同时施加一个较小地幔上涌力反而能引起较大的变形,说明地幔上涌力在海盆扩张中起着重要的作用;(3)由于下地壳的流变性,下地壳比上地壳发生了更大程度的减薄,而且下地壳的流变特性比薄弱带的存在更有助于海盆的扩张。     

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.     

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。     

南海大陆边缘动力学研究进展:从陆缘裂解到海底扩张

南海处于印度—澳大利亚、欧亚和太平洋三大板块汇聚中心,地理位置独特,地质作用复杂,是研究大陆裂解—海底扩张过程以及大陆边缘动力学的天然地质实验室。通过总结近年来对南海大陆边缘动力学研究的最新进展认为:①南海北部陆缘为非火山型被动陆缘,其东段虽有岩浆底侵活动,但其为海底扩张结束后的产物,南部陆缘未发现下地壳高速层,也为非火山型陆缘;②南海陆缘上下地壳的拉张因子存在差异,表明陆缘的张裂变形在纵向上并非是均一的,而具有随深度变化的特点;③南海海盆是通过2期扩张形成的,具有由NE向SW渐进式扩张的特点,其东侧表现为成熟的洋盆,而西侧保留了更多陆缘裂谷的特征;④南海海盆形成的动力学模型存在碰撞挤出模型和古南海拖曳模型2种争论,2种模型各有优缺点,需要今后进一步综合研究。     

南海海盆海山古地磁及海盆的形成演化

根据海山磁性反演获取的古地磁成果发现,南海海盆东部和西南部的运动形式、生成时代存在很大差异,东部海盆和西南部海盆之间由一条北北西走向的岩石圈压性左旋转换(性)断层——"南海海盆中央断裂"分界.结合已有的地质地球物理成果分析和论证,确定了南海海盆在古南海和与之接壤的华南地块南部边缘形成.南海海盆的形成演化分四个阶段:第一阶段,始新世"古南海断裂"产生,古南海被一分为二;第二阶段,渐新世东部海盆开始发育——扩裂;第三阶段,中中新世西南部海盆开始发育——张裂;第四阶段,南海海盆整体旋转,古南海圈闭.     

南海区域岩石圈的壳-幔耦合关系和纵向演化

南海区域岩石圈由地壳层和上地幔固结层两部分组成。具典型大洋型地壳结构的南海海盆区莫霍面深度为９～１３ｋｍ,并向四周经陆坡、陆架至陆区逐渐加深;陆缘区莫霍面一般为１５～２８ｋｍ,局部区段深达３０～３２ｋｍ,总体呈与水深变化反相关的梯度带;东南沿海莫霍面深约２８～３０ｋｍ,往西北方向逐渐增厚,最大逾３６ｋｍ。南海区域上地幔天然地震面波速度结构明显存在横向分块和纵向分层特征。岩石圈底界深度变化与地幔速度变化正相关;地幔岩石圈厚度与地壳厚度呈互补性变化,莫霍面和岩石圈底界呈立交桥式结构,具有陆区厚壳薄幔—洋区薄壳厚幔的岩石圈壳－幔耦合模式。南海区域白垩纪末以来的岩石圈演化主要表现为陆缘裂离—海底扩张—区域沉降的过程,现存的壳－幔耦合模式显然为岩石圈纵向演化产物,其过程大致可分为白垩纪末至中始新世的陆缘裂离、中始新世晚期至中新世早期的海底扩张和中新世晚期以来的区域沉降等三个阶段。     

南海西南次海盆被动陆缘构造单元划分及伸展演化过程

南海西南次海盆被动陆缘洋陆转换带位于陆缘强烈伸展区,蕴含着岩石圈临界伸展破裂和洋盆扩张过程的丰富信息。本文利用多道地震剖面和重力异常数据,对西南次海盆被动陆缘构造单元进行划分,研究陆缘南、北部洋陆转换带结构构造特征,探讨陆缘伸展演化过程。多道地震剖面资料显示,北部洋陆转换带发育有裂陷期断陷和向海倾斜的掀斜断块;南部发育有低角度正断层控制的裂陷期断陷、海底火山以及局部隆起;从陆到洋方向,重力异常值变化明显。根据上述结果南海西南次海盆被动陆缘划分为近端带、洋陆转换带和洋盆三个构造单元,分别对应了其伸展演化过程的三个阶段：前裂谷阶段、陆缘裂陷阶段和海底扩张阶段。     

南海西北海盆的构造特征及南海新生代的海底扩张

分析了南海西北海盆及其邻区的地形地貌、重磁场异常和地壳结构特征,并对穿过西北海盆和中央海盆的地震剖面进行精细解释。结果发现,西北海盆的地球物理场异常、地质构造和地壳厚度均呈ＮＥ走向展布,而中央海盆则表现为ＥＷ向特征;西北海盆中的新生代沉积比中央海盆多一套地层（Ｔ４－Ｔｇ）,说明西北海盆的年龄比中央海盆老。联系到南海西南海盆和西北海盆在区域构造、地球物理场异常和地形地貌特征等方面的相似,以及西南海盆和中央海盆由磁异常条带对比得出的年龄差异,我们认为,西北海盆和西南海盆是在第一次海底扩张时（４２－３５ＭａＢ．Ｐ．）形成的,中央海盆是在第二次海底扩张时形成的。     

南海成因机制及北部岩石圈热-流变结构研究进展

南海是西太平洋地区最大的边缘海之一,其北部具有被动大陆边缘特征。南海的形成演化动力学过程对理解该区地质、资源、环境等科学问题有重要意义。综述了近年来在南海北部大陆边缘开展的岩石圈热状态、流变学及南海成因机制和国际上伸展盆地成因数值模拟等方面的研究进展。南海北部大陆边缘区的大地热流相对较高,平均为75 mW/m2,其中绝大部分为来自地幔热流的贡献。莫霍面温度亦较高,从陆架向海盆方向,深部地温越来越高。岩石圈具有温度高、强度低和强烈流变分层等特征,且下地壳表现为韧性流动变形。伸展盆地成因模拟研究已从运动学向动力学模拟过渡,并逐渐强调岩石圈流变学性质的影响。目前对南海成因机制的理解仍存在争议,大陆裂解过程中岩石圈热-流变结构随时间的变化是控制南海形成演化的关键因素,对南海形成中岩石圈的热-流变学结构随时间的演化过程需要进行深入研究。     

南海海盆新生代的构造演化史

南海海盆地的地壳为洋壳，在新生代它经历了大西洋海底扩张的演化历史，海盆中有三个残留的海底扩张中心，并发生过两次海底扩张。第一次海底扩张发生在晚始新斩新世，扩张方向为北西－南东向，产生了南海西北海盆和西南海盆。     

CHARACTERISTICS OF MAGNETIC LINEATIONS AND TECTONIC EVOLUTION OF THE SOUTH CHINA SEA BASIN

Based on the analysis of new data of a total of 60 000 km, the authors propose a new spreading model of the tectonic evolution of the South China Sea Basin and suggest that magnetic anomalies in the Basin are the magnetic anomalies of a new type in marginal basins, that the tectonic development of the Basin can be divided into three seafloor spreading phases and that the southward migration of spreading ridge is related to the asymmetric spreading.     

Swath Bathymetry Processing of GLORI-B and SeaBeam 2000

A new bathymetry processing software package has been developed to postprocess new GLORI-B swath bathymetry data using preexisting techniques. GLORI-B bathymetry is calculated using an interferometry (phase delay) method using the modified GLORIA towfish which has parallel rows of transducers on both sides. We describe four types of artifacts observed during the first use of this new system during Legs 5 and 6 of the Gloria Expedition which surveyed the fastest spreading segment of the global seafloor spreading system and the broad chain of volcanoes near Easter Island. These artifacts include cross-track bias, along-track bias, a 'dropped edge' effect, and random noise. We describe and illustrate how we minimize these artifacts. We merge the SeaBeam 2000 bathymetry data with the GLORI-B bathymetry data to produce a final bathymetric mosaic which covers about 243,400 km² and shows a different style of diffuse widely spread volcanism not previously observed along hotspot chains. The data are used in several studies describing seamount morphology, elastic thickness of the lithosphere, tectonic and geochemical evolution of the area, and mantle flow from a hotspot to a superfast seafloor spreading center.     

南海海域新生代沉积盆地的油气资源

南海新生代经历过大陆张裂与分离、海底扩张和地块碰撞等构造演化历史,南海北部为被动大陆边缘,南部是碰撞挤压边缘,东部为俯冲聚敛边缘,西部是走滑边缘。在这种构造体制下,形成了许多沉积盆地。北部和西部边缘上发育着张性沉积盆地和走滑拉张盆地;在南部边缘上,其北部发育着张性盆地,南部为挤压环境下形成的盆地,如前陆盆地、前孤盆地;东部边缘上发育着前孤盆地。目前油气勘探实践证明,南海南部的油气资源比北部丰富。究其原因,南海北部为被动大陆边缘,张性沉积盆地的烃源岩体积较小,而南部挤压环境下形成的沉积盆地的烃源岩体积大;北部的地热流较南部小,因此地温梯度也较小,故南部边缘烃源岩的成熟度比北部高;由于南部边缘处于挤压构造环境,在沉积盆地中形成了许多挤压构造,而北部边缘一直处于张性构造环境,形成的构造较少且较小;同时,南部边缘沉积盆地中,烃源岩生烃与构造形成在时间上搭配较好。因此,在南海南部边缘沉积盆地中形成了许多大型油气田,而南海北部边缘沉积盆地中,大型油气田较少,中小型油气田较多。     

冲绳海槽--弧后背景下大陆张裂的最高阶段

高热流、强地震活动、火山活动、张性断层作用以及快速沉降等特征表明部绳海槽的演化已经达到了大陆张裂的最高阶段。根据地震折射和重力资料的计算表明冲绳海槽底下存在低密度的异常地幔，冲绳海槽的莫霍面介于15．4－23．8km之间。在我们提出的边缘海盆地演化旋回中，冲绳海槽处于胚胎期，即处在大陆张裂的最高阶段和弧后海底扩张的过滤阶段。冲绳海槽也可视为是威尔逊旋回中连接东非裂谷和红海阶段的一个重要的中间环节。     

大陆岩石圈在张裂和分离时的变形模式

通过对南海南北共轭边缘地壳剖面的对比研究,发现大陆岩石圈的物理性质是分层的：上、中地壳呈脆性,下地壳表现出塑性,而岩石圈上地幔则仍呈脆性。因此,在它受张性应力场作用时,其变形和破裂分离方式也是分层进行的：上、中地壳能发生犁式断裂,产生的断块沿断面转动在地表产生一系列半地堑,并使地壳厚度减薄;如拉张应力继续作用时,上、中地壳将沿犁式断裂被拉开,从而形成上、下板块边缘,并彼此分开。下地壳则发生塑性变形,使地壳厚度减薄,并最终将其拉断。岩石圈上地幔亦可产生陡倾断裂,形成的断块沿断面转动亦使其厚度减薄,并最终沿陡倾断裂被拉断。这就是我们称之为岩石圈变形和破裂分 离时的分层变形及分层破裂分离模式。     

ALVIN investigation of an active propagating rift system,Galapagos 95.5° W

ALVIN investigations have defined the fine-scale structural and volcanic patterns produced by active rift and spreading center propagation and failure near 95.5° W on the Galapagos spreading center. Behind the initial lithospheric rifting, which is propagating nearly due west at about 50 km m.y.^–1, a triangular block of preexisting lithosphere is being stretched and fractured, with some recent volcanism along curving fissures. A well-organized seafloor spreading center, an extensively faulted and fissured volcanic ridge, develops ~ 10 km (~ 200,000 years) behind the tectonic rift tip. Regional variations in the chemical compositions of the youngest lavas collected during this program contrast with those encompassing the entire 3 m.y. of propagation history for this region. A maximum in degree of magmatic differentiation occurs about 9 km behind the propagating rift tip, in a region of diffuse rifting. The propagating spreading center shows a gentle gradient in magmatic differentiation culminating at the SW-curving spreading center tip. Except for the doomed rift, which is in a constructional phase, tectonic activity also dominates over volcanic activity along the failing spreading system. In contrast to the propagating rift, failing rift lavas show a highly restricted range of compositions consistent with derivation from a declining upwelling zone accompanying rift failure. The lithosphere transferred from the Cocos to the Nazca plate by this propagator is extensively faulted and characterized by ubiquitous talus in one of the most tectonically disrupted areas of seafloor known. The pseudofault scarps, where the preexisting lithosphere was rifted apart, appear to include both normal and propagator lavas and are thus more lithologically complex than previously thought. Biological communities, probably vestimentiferan tubeworms, occur near the top of the outer pseudofault scarp, although no hydrothermal venting was observed.     

琼东南盆地古近纪沉积充填演化及其区域构造意义

琼东南盆地是发育于南海西北部的新生代张性断陷盆地。始新统和早渐新统崖城组属过充填型或平衡充填类型，在盆地各个断陷内均具有砂岩-泥岩-砂岩三重沉积充填结构；晚渐新统陵水组在北部坳陷带属过充填及平衡充填类型，发育砂岩-泥岩-砂岩三重沉积充填结构，而在中央坳陷带则属由砂岩-泥岩二重沉积充填结构组成的欠充填型。古近纪盆地的沉积充填结构演化反映了始新世-早渐新世断陷阶段与晚渐新世断拗阶段的盆地演化历史，其中，晚渐新世盆地断拗阶段的发育是南海海底单期扩张过程的结果。     

Thermal evolution of the lithosphere of buried structures of the deep-water basin of the Black Sea

The GALO system for basin modeling is applied for numerical reconstruction of the thermal history of the lithosphere of the Western Basin and the Shatsky and Andrusov rises in the Black Sea. The modeling showed that the variant of the thermal evolution of the lithosphere of the region that was used by us for the Eastern Basin in our previous study is also applicable to the thermal evolution of the lithosphere of various tectonically different structures of the deep-water part of the Black Sea. These structures include both the Western and Eastern basins of the sea characterized by a granite-free crust formed in the course of the back-arc spreading and the Shatsky and Andrusov rises with the continental type of crust. The proposed version of the lithosphere evolution in the deep-water part of the Black Sea implies the initial stage of quasi-rift heating in the Upper Cretaceous and the three-staged thermal activation of the plate in the Cenozoic accompanied by three successive stages of crustal thinning. The latter resulted in the gradual deepening of the sea down to the present-day depth of 2.2 km.