上地幔含水量对海底扩张过程中洋壳厚度的影响:数值模拟

地幔中不同含量的水会对洋壳的生成产生重要影响,但目前不同含水量下的均匀和局部含水地幔会怎样影响洋壳厚度还不清楚.利用动力学数值模拟的方法,对上地幔均匀含水和局部含水两种情况下洋壳的生成过程展开研究.结果表明:当上地幔均匀含水时,含水量的增加在减小最大熔融分数的同时,会增大初始熔融深度和熔融面积,因而生成的洋壳厚度会增加.当上地幔局部含水时,局部含水地幔熔融后也会增大生成的洋壳厚度,但开始影响洋壳厚度的时间与其含水量有关.结合南海洋壳特征进一步分析认为:南海扩张期间其地幔源含水量具有非均质性.东部次海盆的洋壳比西南次海盆厚1 km,可能是因为前者地幔源含水量整体高于后者(本模型表明约高50×10-6).南海玄武岩中碳酸盐化硅酸盐熔体的存在,可能是由局部高含水量地幔在深部熔融产生的熔体携带上来的.南海洋壳厚度在时间上没有大幅度变化,可能是因为局部高含水量地幔的体积相对较小或体积虽大但其含水量没有显著高于地幔背景含水量.      

南沙岛礁区中西部海底岩石拖网和发现早第三纪半深海沉积的地质意义

在南沙岛礁区中西部实施海底岩石拖网,有3个站获得海底岩石样品。其中在巽它陆架东北缘水深200多米的NS99－17站见深灰色淤泥中有大量铁褐色含泥钙质结核,说明该区（可能在末次冰期时）处于滨海或海滩氧化环境形成结核,之后海平面上升了至少150m。在南威岛西北方康泰滩的NS99－57站1360m水深的海底获强溶蚀的白垩多孔灰岩,含底栖有孔虫化石,指示康泰滩是从早－中中新世或更早开始生长的生物礁。在永暑礁东北约55km处的NS99－52站新命名了“东生海山”,其西北坡获含第四纪钙质超微化石的礁灰岩,以及由抱球虫类等生物碎屑和胶磷矿组成的钙质磷块岩和含磷生物屑灰岩滚石,指示半深海环境,其中的钙质超微化石大部分时代为中始新世－渐新世,以始新世可能较大,小部分属第四纪。这次海底岩石拖网为研究南沙岛礁区中部写信为和油气资源评价提供了重要的“硬证据”,尤其是发现早第三纪半深海相钙质磷块岩离南海西南次海盆很近,不但证实了南沙海域广布下第三系海相沉积的推断,而且为判断南海的张开时间提供了补充依据。     

南海西沙海槽岩石圈的密度结构与热-流变结构

在中德合作获得的速度－深度模型基础上，通过重力异常拟合以及地温场和流变性质的估算，获得了西沙槽的密度结构、热结构和流变结构。计算表明，海槽中部上地壳的密度比两侧低：“热”岩石圈底界在海槽中部埋深为54km，向南北两侧逐渐加深，在神弧隆起区为76km，在西沙－中沙地块达到70km；地壳热流贡献量比地幔热流小，海底热流主要来自深部；在海槽中部地幔热流最高，并且具有较高的流变强度；研究区的流变学结构具有纵向分层性及横向变化的特点，向两侧韧性层变厚，脆性层逐渐减薄。地幔顶部的脆性层底界埋深大约为26km左右，相当于650℃等温线。分析表明，海槽中部强度增加主要归因于后期的热松驰，而块体空间移动困难以及西南次海盆的扩张可能是西沙海槽没有进一步破裂的重要原因。     

海底热流长期观测系统中低功耗测温单元的设计与实现

为满足在底水温度波动较大的海域进行海底热流原位长期观测的需求,研制了一种低功耗温度长期采集电路,并与钛合金耐压外壳集成为微型自容式测温单元,在室内和海上进行了一系列测试。室内测试结果表明:当测温电路进行连续采集时,其平均动态电流为2.1 m A;当电路不进行采集工作保持低功耗状态时,整个测温电路的电流消耗达到最低值,实测为4μA,达到预期设计指标。通过将微型测温单元捆绑在海底地震仪上,在南海西沙和东沙海域成功进行了6个站位的海底原位底水温度长期观测测试,获取了最长约17 d的底水温度波动数据,验证了测量电路的稳定性和实用性。     

南海北部海底地热测量的数据处理方法

为了解南海北部地热分布特征,使用EWING型海底地热探针在3个区域进行海底地热测量,利用TK04型热导率仪测量采自3个区域的沉积物样品的热导率,并对相关数据进行一系列校正处理,获得3个代表性站位HD343、HS82、HX129的热流密度。数据分析表明:对于EWING型探针需要对原始温度记录进行偏移量校正和平衡温度计算;不同自容式温度传感器(MTL)间的相对温度偏移量是基本固定的,取决于记录器本身的性质,与测站位置无关;插入海底后,EWING型探针记录的温度随时间的变化取决于摩擦生热的大小,如果摩擦引起的温度变化小于环境温度,温度将随时间缓慢上升,否则随时间缓慢降低;室内测量的热导率经过温度和压力校正后,一般降低4％～5％;3个站位的地温梯度分别是81 ℃/km、109 ℃/km、94 ℃/km,热导率分别为0.979 W/(m·K)、0.785 W/(m·K)、0.886 W/(m·K),热流密度分别为79 mW/m²、86 mW/m²、83 mW/m²。     

南海南部礼乐盆地礁体发育区的构造热演化特征

礼乐滩是礼乐盆地的重要组成部分,自晚渐新世礼乐地块裂离北部陆缘后开始发育礁灰岩.为认识这些长期浸没海水中的礼乐礁体及其下伏地层的热状态与热演化特征,在详细分析礼乐滩钻井测温数据和镜质体反射率数据的基础上,对一条穿过礁体的骨干剖面进行了构造热演化数值模拟.结果显示,礁体区钻井2000～4500 m深度范围内温度介于30～90℃之间,井底与海底之间的平均地温梯度仅10℃·km~(-1)左右,地温梯度随深度逐渐增加,3000～4000m深度段地温梯度介于32～37℃·km~(-1);礁体下伏地层有机质曾经经历了比现今所处温度更高的古温度.进一步分析表明,高孔高渗的礁体上部因与周围低温海水发生热交换,导致地层温度降低、地温梯度和热流降低甚至为负值;与海水热交换作用随深度增加而减弱并最终停止,地层温度逐渐升高,地温梯度和热流值趋于正常;现今钻井3000～4000 m深度段地温梯度约为35℃·km~(-1),基底热流可能介于65～75 mW·m~(-2),平均约为70 mW·m~(-2);礁体发育区有机质热成熟度主要是在礁体与周围低温海水发生实际热交换前获得的,礁体与海水热交换作用导致地层温度逐渐降低,有机质热成熟度增长缓慢,现今生烃门限深度明显大于邻近的北1凹陷中部区域的门限深度.     

柴达木盆地东部晚海西-印支期剥蚀量与隆升历史--多种古温标与沉积学证据的制约

柴达木盆地东部周缘造山带内保存有较完整的晚古生代-早中生代沉积记录,但盆地内至今仍未发现二叠系-三叠系.为探讨柴东地区二叠纪-三叠纪有无沉积及隆升历史等关键地质问题,本文首先利用古温标法恢复晚海西-印支期剥蚀量,随后,通过物源分析法获得印支期柴东北缘隆升的沉积学证据.结果表明,印支运动前,柴东地区残留石炭系顶界面埋深普遍超过2500m,晚海西-印支期剥蚀量为2100~4300m,剥蚀量从南往北逐渐减小.柴东地区曾沉积了2000~3000m的二叠系-三叠系,随后被整体剥蚀.晚二叠世以来,随着古特提斯洋往北俯冲,盆地周缘开始隆升.早三叠世柴东北缘经历了一次快速隆升,先期的多套沉积地层与结晶基底被迅速剥蚀并为宗务隆南缘的隆务河群砾岩沉积提供物源.中三叠世海水往北和往东退出研究区.晚三叠世,松潘-甘孜地体强烈碰撞挤压使得东昆仑-柴达木地体下地壳显著缩短和增厚,柴东地区被整体抬升,并且形成了南高北低的古地貌格局,在古气候与水系作用下,二叠系-三叠系与部分石炭系被全部剥蚀并搬运至宗务隆、南祁连及松潘-甘孜一带.     

南海西南部马来盆地新生代构造沉降特征及其成因分析

南海西南部是南海构造复杂程度最高的区域之一,为深入认识马来盆地及南海西南部构造演化过程,本文基于最近公开发表的地震剖面和钻井资料,对马来盆地内69个模拟井进行系统的构造沉降史重建,发现马来盆地构造沉降史可以分为张裂期快速沉降、裂后早期异常快速沉降、裂后中期慢速沉降以及裂后晚期缓慢沉降等4个阶段。分析表明马来盆地属于叠加了翼部小幅断裂走滑作用的张裂型沉积盆地,马来盆地裂后早期的快速构造沉降很可能是因加载作用导致的岩石圈非弹性屈服的结果。     

西沙海槽盆地新生代沉积环境演化

西沙海槽盆地处于南海北部陆坡洋陆壳过渡带,为一个分割南海北部陆架和西沙地块的新生代裂谷盆地,其沉积环境演化研究有助于进一步认识南海形成演化过程。通过南海陆坡区域地震地层对比,将西沙海槽盆地新生代以来划分出9个地层单元,采用地震线描和地震相分析方法,恢复各地层单元沉积时期的地层结构及古地貌,探讨其沉积环境演化过程。结果表明,古新世—始新世西沙海槽盆地为河流和湖泊沉积环境;渐新世—早中新世初,演变为分割南海北部陆架和西沙地块古陆、贯通琼东南盆地和西北次盆的海峡,沉积环境由滨-浅海过渡到半深海环境;中中新世以来盆地进入陆坡海槽发育阶段,晚中新世以后中央水道形成,演变为一个陆坡内深水海槽,为海流和浊流通道,整体处于半深海-深海沉积环境。     

琼东南盆地构造沉降的时空分布及裂后期异常沉降机制

为考察琼东南盆地构造沉降的时空分布及裂后期异常沉降机制,利用回剥技术计算了盆内68口井的构造沉降史,并选择15口代表井进行拉张应变速率反演及拉张因子计算。结果表明:琼东南盆地构造沉降空间上表现为中央凹陷带和南部凹陷带强于北部凹陷带;时间上在裂陷期出现局部快速沉降-整体慢速沉降—局部快速沉降的阶段特征,进入裂后期逐渐减缓并在15.5～10.5Ma期间减至最低值,但自10.5～5.5Ma以来又明显增大。裂后期异常沉降在盆地东西部都有明显表现,在北部凹陷带较小,在中央凹陷带内往东区有逐渐增大趋势;时间上裂后异常构造沉降随时间增大,增长过程具有快-慢-快的阶段性。分析认为:裂后阶段早期的快速沉降可能是裂陷期非均匀拉张的结果,而晚中新世以后的快速构造沉降主要与岩浆活动有关。