伊豆−博宁−马里亚纳岛弧地壳厚度分布及其对岩浆活动的指示

数值模拟研究认为洋底高原/洋脊俯冲和弧后扩张能够有效影响俯冲带岩浆活动和岛弧地壳增生。本文以伊豆?博宁?马里亚纳(IBM)俯冲带为实例,论证该结论的有效性。以卫星测高反演重力异常为基础,通过构建地球不同圈层密度模型,反演得到IBM俯冲带莫霍面埋深。本文的莫霍面埋深反演结果与地震解释结果具有一致的分布趋势。结合开源水深和沉积层厚度数据,给出了IBM俯冲带地壳厚度分布。IBM岛弧地壳体积沿走向的分布特征表明:①小笠原洋底高原和相对较小规模达顿洋脊的俯冲,都能够使得相应位置的岛弧变窄、地壳变厚、体积增大;②马里亚纳海槽扩张显著降低了岛弧地壳体积的增生量。     

东海的地壳结构特征

介绍了国内外有关东海地壳结构特征的调查研究状况,并利用前人大量的调查研究成果,根据自西向东地壳速度结构的差异,将东海海区划分为东海陆架区、冲绳海槽区、琉球岛弧-海沟区三部分。东海陆架区主要由沉积盖层(速度为5.8～5.9km/s)、基底层(速度为6.0～6.3km/s)和下地壳层(速度为6.8～7.6km/s)三个速度层组成,属于典型的大陆型地壳。冲绳海槽则位于大陆地壳和大洋地壳的过渡地带,它仍然具有大陆地壳的结构特征,并无洋壳的形成,但在海槽的轴部地壳已经减薄。琉球岛弧-海沟区的地壳结构总的来说属于过渡型地壳,但在海沟靠洋一侧已属于大洋型地壳,而从琉球海沟往东的西北菲律宾海盆,就完全属于典型的大洋地壳。     

九州-帕劳海脊地壳结构及其形成演化的研究综述

九州-帕劳海脊(KPR)位于菲律宾海中央,近南北走向.形成于太平洋板块向西的俯冲,裂离于帕里西维拉海盆和四国盆地的弧后扩张,是老的伊豆-小笠原-马里亚纳岛弧(IBM)的残留弧.裂离期间同时受到垂向旋转应力和水平挤压力的共同作用,这是形成九州-帕劳海脊现今狭长的几何形态的主要原因之一.九州-帕劳海脊南北部地壳结构可总结为P波波速为7.1～7.3 km/s下地壳;P波波速为6.1～6.3 km/s的中地壳;P波波速为4.5～5.5 km/s上地壳.九州帕劳海脊北段,30°N以北区和25°N以南区的地壳厚度普遍在10～15 km,25°～30°N之间的地壳厚度普遍大于15 km.九州-帕劳海脊的中段的地壳厚度变化较大,而且未识别出中地壳的存在,为不成熟的岛弧地壳.海脊南段与北段相似,具三层的地壳结构,但地壳厚度小于北侧,基本上大于10 km.整个九州-帕劳海脊处的地壳厚度普遍厚于两侧海盆的地壳厚度.     

冲绳海槽地壳结构与性质研究进展和新认识

冲绳海槽是张裂于东亚大陆边缘的弧后盆地,对其地壳结构性质的研究具有重要的理论和现实意义。本文在总结冲绳海槽重力场、广角反射/折射地震探测、海底磁异常条带以及火山岩和岩浆作用这4个方面研究成果的基础上,对海槽的地壳结构、地壳性质和所处的构造演化阶段进行了探讨。认为冲绳海槽绝大部分地区地壳厚度大于正常洋壳,应属减薄的陆壳,由裂陷作用形成;但海槽中段和南段中央地堑地壳速度结构与洋壳类似,发育条带状磁异常,且已有大量幔源物质参与了地壳的组成,具备初始扩张作用的特征。对于海槽内是否存在洋壳,仍需进一步调查和研究。     

东沙群岛西南海区海底地震测线OBS2015-1揭示的深部地壳结构

为深入理解南海北部多道地震测线D80显示的深反射信息,沿此测线布置OBS(15台)地震测线(OBS2015-1),测线长300km,方向NNW—SSE,从水深800m陆坡延伸至3760m深海平原。文章利用Obstool软件进行预处理(位置校正和时间校正等)、震相识别,利用FAST tomography软件进行速度层析成像。速度结果表明,新生代沉积层速度1.6~3.5km·s-1,厚度约2km;中生界速度3.5~5.5km·s-1,平均厚度约3km。在洋陆过渡带处,沉积基底受新生代岩浆活动影响,有较大起伏。在上陆坡处,上地壳存在向上凸起约5km的高速异常,在多道地震剖面中表现为杂乱反射的背斜构造,上覆晚新生代地层也同步形变,推测可能是新生代晚期岩浆侵入造成。地壳厚度由陆坡的23~20km减薄至洋盆的8km。地壳下部存在7.0~7.6km·s-1的高速层,高速层由陆坡的5km左右逐渐递减至海盆的2km左右,因上陆坡和洋陆过渡带晚新生代岩浆活动活跃,作者认为地壳下部高速层是由海底扩张停止后岩浆侵入形成。     

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。     

西菲律宾海盆的构造沉积特征及对海盆演化的指示——来自地球物理大断面的证据

菲律宾海发育了全球最典型的沟弧盆体系,新老俯冲系统众多,是研究大洋板块扩张过程的理想场所。本文主要利用2015年中科院海洋所在西菲律宾海采集的1400km地球物理大断面,并结合最新的重力数据,对比、分析了西菲律宾海内部古扩张中心(中央海盆裂谷)和残留弧(九州-帕劳海脊)的沉积地貌和地壳结构特征。研究表明:(1)中央海盆裂谷内部发育远洋沉积为主的沉积物,沉积层序分布不均,局部盆地内沉积物厚度可达300m。九州-帕劳海脊附近发育与火山碎屑物源有关的厚层沉积物;(2)以129°30′E处的转换断层为界,裂谷东西部洋壳结构分别体现"慢速"和"快速"扩张特征,东部洋壳岩浆供应较少,厚度较小,断裂较为发育,其附近可能发生水岩作用;西部洋壳岩浆供应较多,厚度较大,结构相对均一;盆地西部的小规模地幔柱可能控制了裂谷东西部不同洋壳结构的发育;(3)九州-帕劳海脊内的角度不整合面代表岛弧裂解事件,张裂与挤压构造共同发育反映了裂解过程的复杂性。     

西南印度洋中脊岩石地球化学特征及其岩浆作用研究

作为超慢速扩张脊的代表,西南印度洋中脊(SWIR)因其独一无二的地形地貌特征、洋壳结构、洋壳增生机制、岩浆和热液活动以及深部动力学过程,近30年来成为国内外研究的热点区域。基于近年来对SWIR玄武岩、辉长岩及橄榄岩的岩石学和地球化学研究成果总结,重点探讨了沿SWIR轴向(大尺度)以及单个洋脊分段(小尺度)的岩石地球化学变化特征及其影响因素,阐述了SWIR的岩浆供应及洋壳增生模式。其中,在9°～16°E斜向扩张脊,以构造作用为主的洋脊扩张模式导致了更宽的洋壳增生带和显著的地球化学异常;而在50°～51°E脊段,发育了强烈的火山活动,其成因机制包括克洛泽热点与洋中脊相互作用、微热点、古老熔融事件的残留地幔再熔融等几种观点。此外,西南印度洋中脊龙旂热液区(～49.7°E)的最新研究表明,其热液循环路径与拆离断层的发育密不可分,热液流体循环最深可达莫霍面以下6 km。因此,在今后的一段时间,应进一步加强SWIR不同空间尺度地幔源区性质、洋中脊构造与岩浆作用过程、热点-洋中脊相互作用和岩浆-热液活动与成矿等主要科学问题的研究。     

马里亚纳海沟俯冲带深地震现状对马尼拉海沟俯冲带的研究启示

综述了马里亚纳海沟俯冲带二维(2D)和三维(3D)深地震探测的研究进展,要点如下:1)伊豆—小笠原岛弧下方玄武质火山岩的物质成分基本一致,中地壳的速度特征与陆壳相似,岛弧底部镁铁质到超镁铁质的壳幔过渡层(crustmantle transition layer,CMTL)通过拆沉(delamination)等作用返回地幔,实现由岛弧到陆壳的演化;2)不同年龄的洋内岛弧具有不同的速度结构特征,说明它们的地壳密度不同,可用不同的模型来解释;3)岛弧体系中速度结构及演化历史在时间和空间上的特征变化,揭示了俯冲开始时洋壳和地幔的属性以及俯冲开始的原因。马尼拉海沟与马里亚纳海沟相比,虽然地质背景不同,但研究方法可以借鉴。今后的马尼拉海沟俯冲带探测的重点包括海底地震仪2D/3D联合探测、海底电磁探测,以及天然地震的长期观测等。马尼拉海沟项目的实施将加深对俯冲带运行机制的认识。     

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。     

IODP345航次——哥斯达黎加地震成因A计划

IODP 345航次将是第二次在快速扩张的东太平洋海隆(EPR)的赫斯深断裂处实施钻探(图1),以期进一步研究地壳的增生过程。此次钻探将充分利用第一次井位调查的资料,钻取包括最底层洋壳的年轻的原始火成岩岩心,主要目的是测试在快速扩张洋中脊中岩浆增生的热液过程学说。     

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。     

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。     

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。     

南海北部陆缘地壳结构探测结果分析

深部地震和重力资料反演揭示了南海北部陆缘地壳结构在总体上由北部的华南沿海（厚约30km）向南部的洋盆（5──8km）逐渐减薄。南海的近SN向拉张不仅造成南北方向地壳结构的巨大变化，也造成东西向的明显变化。在南海北部陆缘的西部，局部拉张产生了一系列裂谷构造。西沙海槽作为一条狭窄的陆内裂谷向西延伸，海槽南北两侧地壳厚度超过25km，海槽中部地壳减薄至不足10km。西端的莺歌海盆地地壳厚仅5km，缺少明显的壳内反射－折射。在珠江口盆地中部，地壳厚度在下陆坡明显减薄，地壳下部存在较薄的（3──4km）高速层（地震波速7．2──7．5km·s－1）；在珠江口盆地东部，地壳底部存在约 10km厚、300km宽的高速层。在台湾地区，由于弧陆碰撞，曾经减薄的陆壳在碰撞带增厚，莫霍面深度超过30km。南海北部陆缘在裂谷拉张和海底扩张期间岩浆活动平静，表明南海北部陆缘为非火山型陆缘。     

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/cm³。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。     

对马凹陷的地壳

属于日本海主要的形态构造单元有 3个深水凹陷 (日本、对马和大和 )和分隔它们的隆起(大和、朝鲜等 )。从 1 985年开始 ,海参崴太平洋海洋学研究所的地球物理学家БЯКарΠ、СНМедведев和ВГПрокудин在此海域采用带有海底地震站的反射波进行了研究。获得的大量信息可以确定 ,在对马和大和凹陷中 ,地壳的厚度大约为 1 4km ,而在日本凹陷的东部则为约 8 5km。专家们在有关这些地区海底地壳的性质上意见有分歧 ,一种认为是变厚的洋壳 ;另一种认为是拉长了的陆壳。在对马凹陷的西部和西南部进行了类似的地震研究工作。这…     

陆壳的大洋化

自联合古陆解体之后,中生代与新生代地壳演化的重要特征之一,乃是部分大陆型地壳向大洋型地壳转化,即陆壳的大洋化。处在大洋化状态中的陆壳,在岩性地层、地壳结构、地壳厚度、构造活动性以至于其上地幔的热状态等方面均不同于典型陆壳,笔者称之为大洋化陆壳。根据大地构造环境与成因的不同,大洋化陆壳分为四种类型(见图)。内陆型,是大陆内部一部分陆壳在周围大陆的强烈拉张作用下断陷沉降而形成以内陆海为中心的大洋化     

西太平洋大塔穆火山的重力导纳分析以及对其形成机制的启示

本文利用卫星重力数据和海底地形数据对大塔穆火山开展详细的重力导纳分析。结果显示大塔穆火山的岩石圈有效弹性厚度是1～3 km,指示火山形成于洋中脊之上,符合低重力异常和洋中脊三联点的构造背景。Airy均衡模型和岩石圈挠曲均衡模型推算的大塔穆火山的平均地壳厚度是11～17 km,最厚处拥有一个约30 km的地壳根,与实际地震观测结果基本一致。大塔穆火山的超厚洋壳不同于正常洋中脊,目前地幔柱与洋中脊相互作用是比较合理的成因模式。研究还发现大塔穆火山底下存在一个质量缺失的低密度区,这个区域可能是残留岩浆房造成的结果,与火山中心的地球化学特征、地震波速异常以及广泛的后期火山活动相吻合。另外,这个低密度区提供浮力支撑火山中心隆起,可能导致火山侧翼因差异性沉降而产生正断层。     

南海西北部与红河地区地球物理场及其地壳深部结构特征

分析了南海西北部与红河地区地球物理场特征，计算了研究区重、磁资料的一阶小波细节变换、四阶小波逼近变换。根据重力场资料以及南海北部盆地钻井取样的测试结果，同时参考在研究区进行的地震勘探结果，对研究区的地壳结构进行了反演计算。结果表明，研究区域地壳结构较为复杂，地壳厚度在17—38km之间，总的趋势由陆向洋地壳厚度逐渐减薄，反映出该区域地壳具有陆壳、过渡壳的性质，同时存在上地幔隆起区及凹陷区。用地震层折成像结果与重力资料计算出的地壳分布趋势进行了对比验证。根据地幔对流结果探讨了研究区深部地球动力学特征及其与深部地壳结构的关系。