琼东南盆地岩石圈特征的构造模拟约束

琼东南盆地是晚始新世时期发育于南海北缘的伸展性盆地。本文在利用盆地内区域2D地震资料构造解释的基础上,运用基于弹性梁模型和挠曲均衡原理的2D构造模拟软件对琼东南盆地岩石圈结构特征进行模拟。研究发现:琼东南盆地地区的有效弹性厚度在1～5km,最佳取值为3km;拉张因子在1.3～1.5,其中裂后阶段反演模拟的拉张因子为1.5,裂陷阶段正演模拟的拉张因子为1.3左右。最后对红河断裂新生代的活动以及南海扩张运动对模拟产生的可能影响进行了分析与讨论。     

南海东北部磁静区深部构造及成因模式

2001年7-8月,国家重点基础研究发展规划项目（973）的二级课题《中国边缘海前新生代基底特征及其构造格局》与两岸合作课题《南海东北部与台湾间的构造及地球物理研究》合作在南海东北部地区开展了重、磁、震资料的海上采集航次,获取了大量珍贵数据,其中973NH-01与MLTW测线垂直穿越了南海东北部传统意义上的磁静区。以这两条测线的重磁资料为主,结合地震解释剖面,对磁静区的重磁异常特征、重磁基底及深部构造进行了深入的分析和研究,并结合前人工作对磁静区的成因模式提出了新的解释,认为磁静区位于南海北部被动大陆边缘的洋陆交界带（COB）,独特的动力构造背景导致其下伏的地幔高热物质上涌并沿构造薄弱带侵入成岩墙,进而造成区域居里面抬升,磁性层减薄,磁异常减弱而形成磁静区。     

琼东南盆地地壳伸展因子计算及其伸展模式探讨

对伸展因子β的计算分析,可认识岩石圈的伸展变形特点.基于琼东南盆地具有“多米诺”伸展断层构造的5条反射地震剖面资料,利用“多米诺”伸展断层模式计算了上地壳伸展因子,其值分布在1.17～1.58之间;与对应位置的全地壳和岩石圈的伸展因子比较,结果显示上地壳、全地壳和岩石圈伸展因子三者之间存在差别,但不是简单的随深度增大,具体表现为盆地中北部的岩石圈伸展变形特点为岩石圈伸展因子大于全地壳大于上地壳,盆地西南部则表现为全地壳最大,岩石圈最小.通过计算,结合研究区相关研究成果,本文认为琼东南盆地岩石圈发生了随深度变化的伸展变形;不同构造位置的岩石圈伸展变形存在明显差异.     

华北地区新生代岩石圈伸展减薄机制的数值模拟

新生代时期华北东部裂谷的伸展减薄机制及其周边的构造应力场,西部鄂尔多斯克拉通的抬升和周边断陷盆地的形成机制是目前研究的热点问题,但是较少有人从数值模拟的角度进行探讨。笔者采用有限元程序FEVPLIB对该地区5个剖面进行了模拟,初步取得如下认识:①在太平洋俯冲带的附近岩石圈伸展减薄较强,这与剖面经过的冲绳海槽正在拉开是吻合的,而太平洋的俯冲对较远的华北盆地的伸展减薄的影响较弱;②火山喷发时期,华北盆地有大的软流圈物质上涌造成华北裂谷的伸展减薄,符合纯剪切的机制,现今华北地区已趋于均衡,动力正趋于稳态;③六盘山逆冲在鄂尔多斯块体之上,代表着青藏高原东北缘的挤压,对华北是一个大的推挤力,可诱发鄂尔多斯块体的隆升,而鄂尔多斯向东北方向移动时提供了周边盆地的拉张的背景;④华北地区岩石圈的伸展减薄是六盘山处的挤压和东部太平洋板块俯冲两者联合的影响。模拟的结果与研究区GPS、重力异常以及岩石圈三维结构是吻合的。     

从地壳上地幔构造看大陆岩石圈伸展与裂解

本篇讨论大陆岩石圈拆沉、伸展与裂解作用过程。由于大陆岩石圈厚度大而且很不均匀,产生裂谷的机制比较复杂。大陆碰撞远程效应的触发,岩石圈拆沉,以及板块运动的不规则性和地球应力场方向转折,都可能产生岩石圈断裂和大陆裂谷。岩石圈拆沉为在重力作用下"去陆根"的作用过程,演化过程可分为大陆根拆离、地壳伸展和岩石圈地幔整体破裂三个阶段。大陆碰撞带、俯冲的大陆和大洋板块、克拉通区域岩石圈,都可能产生岩石圈拆沉。大陆岩石圈调查表明,拉张区可见地壳伸展、岩石圈拆离、软流圈上拱和热沉降;它们是大陆岩石圈伸展与裂解早期的主要表现。从初始拉张的盆岭省到成熟的张裂省,拆离后地壳伸展成复式地堑,下地壳幔源玄武岩浆侵位,断裂带贯通并切穿整个岩石圈,表明地壳伸展进入成熟阶段。中国东北松辽盆地和西欧北海盆地曾处于成熟的张裂省。岩石圈破裂为岩浆侵位提供了阻力很小的通道网。岩浆侵位作用伴随岩石圈破裂和热流体上涌,成熟的张裂省可发展成大陆裂谷。多数的大陆裂谷带并没有发展成威尔逊裂谷带和洋中脊,普通的大陆裂谷要演化为威尔逊裂谷带,必须有来自软流圈的长期和持续的热流和玄武质岩浆的供应。威尔逊裂谷带岩石圈地幔和软流圈为地震低速带,其根源可能与来自地幔底部的地幔热羽流有关。     

南海西南次海盆地壳岩石圈伸展破裂过程的构造、沉积和岩浆作用记录

基于跨南海西南次海盆V型尖端区共轭被动大陆边缘的1 000 km长的深反射地震剖面的解释和分析,深入研究南海临界破裂区地壳结构、盆地构造地层格架和岩浆作用特征,阐明地壳岩石圈的伸展破裂过程.结果表明,在南海西南次海盆共轭陆缘可以识别出3条一级界面,即海底、基底（Tg/Tb）和Moho面,根据这些界面可将共轭边缘划分为箱型域、细颈域、楔型域和薄箱型域等多个地壳基底结构构造特征显著不同的构造单元;在西南次海盆V型尖端陆缘盆地充填序列中识别出岩石圈裂解分离的响应界面,即裂后不整合界面T50/Tm,该界面与基底面Tg/Tb限定了陆缘盆地的同裂陷沉积充填序列,其内发育了T70、T60两条重要的幕式构造响应界面,控制了早期高角度正断层控制的断陷盆地系（Tg-T70）、中期拆离断层控制的拆离盆地系（T70-T60）和晚期断坳转换作用控制的坳陷盆地（T60-T50）;西南次海盆V型尖端薄箱型域属于原洋洋壳域,为岩浆型地壳,代表了岩石圈临近裂解分离、但支撑稳定态海底扩张的地幔对流系统还未完全建立起来之前的“临界破裂”状态,发育于23.5~15.5 Ma（T60-Tm）期间.综合考虑地壳初始厚度、断裂活动性和不同时期的盆地原型等,运用平衡剖面技术重建了西南次海盆V型尖端共轭边缘的发育演化过程,建立了南海西南次海盆临界破裂区构造-地层-岩浆相互作用模式,揭示了南海陆缘岩石圈伸展破裂机制.本研究具有重要的理论意义,并对南海的深水油气勘探具有重大的实际应用价值.      

南海边缘海减薄陆壳成因剖析

南海中央海盆南、北两侧陆缘分布着面积较广的减薄陆壳,正确认识海盆减薄陆壳的成因是研究南海构造演化的重要一环.通过分析基于地壳伸展因子公式计算的南海地壳拉张伸展特征和解释中生代以来的陆壳隆升特征等,证实晚中生代以来至渐新世末,该区不仅发生了地壳拉张伸展作用,还发生了较长期的地壳隆升挤压作用,致使酸性侵入岩出露地表,减薄陆壳区的上地壳厚薄分布不均.始新世南海南部发育海陆过渡相和海相沉积、北部仅为陆相沉积,暗示始新世南海古地理格局是南、北陆缘具有不同沉积环境的盆地群,二者之间应该被隆起所隔.这些地质现象说明该区地壳隆升剥蚀与地壳拉张伸展活动时间有较长的重叠.南海中央海盆两侧减薄陆壳的成因不仅仅是地壳拉张伸展所致,而是拉张伸展与隆升剥蚀共同作用的结果,因此可以认为在曾经发生了地壳隆升挤压而遭受长期剥蚀的区域,如果用全地壳伸展因子的公式来估算地壳拉张伸展程度,将得出错误的结论.      

琼东南盆地深水区岩石圈伸展模式及其对裂后期沉降的控制

为了揭示盆地深水区演化及裂后期大规模沉降的成因机制, 在琼东南盆地典型的、高品质地震剖面地质构造精细解释基础上, 结合岩石圈变形的挠曲悬臂梁模型和挠曲均衡模型, 应用正演和反演模拟技术, 定量恢复了该盆地所处地区的上地壳、地壳以及岩石圈的伸展程度.结果表明, 琼东南盆地自陆架边缘到深水坳陷区, 岩石圈上地壳的伸展系数较小, β值最大为1.23~1.32;整个地壳的伸展系数变化较大, 盆地边缘隆起区的β值在1.1~1.2之间, 向盆地中部β值逐渐增大到3.14;而对整个岩石圈而言, 其伸展系数β值由陆架到陆坡深水盆地也从1.2逐渐增大到4.2.根据对南海地区的构造及岩石圈和地壳的结构分析认为, 与McKenzie的岩石圈均一伸展以及由热控制的裂后期缓慢沉降过程不同的是, 上述与深度相关的岩石圈伸展减薄是由南海西北次海盆扩张过程中深部物质的离散上涌流动所导致的下地壳的快速而强烈的塑性流动所引起的, 并由此建立了琼东南盆地的形成演化模式, 来解释和探讨深水坳陷区及裂后期快速而大规模沉降的成因机制.      

岩石圈伸展的壳/幔拆离模型(Parallel Extension Tectonics):华北克拉通东部早白垩世岩石圈减薄与破坏机理

华北克拉通岩石圈减薄和破坏机理长期以来存在争议,基于岩石学、岩石地球的化学分析研究突出强调深部过程的重要性。前人提出了两种重要模式：包括以拆沉作用为代表的top-down tectonics模型和以热-机械侵蚀与化学侵蚀,或地幔置换、交代作用的bottom-up tectonics模型。然而,对于这两种模式而言尚存在许多无法合理解释的问题,比如在此深部过程中,区域性岩石圈伸展有多大的贡献？地壳伸展构造是作为深部过程的响应,还是同为岩石圈伸展的产物？本文基于早白垩世东亚地区（尤其是华北克拉通东部地区）伸展构造与岩浆活动的综合分析,揭示出华北克拉通东部不同地区伸展构造变形与岩浆活动之间的时、空和成因关系有一定的差异。但整体上看,岩石圈伸展起着主导作用,控制着岩浆上侵和就位,在拆离断层下盘侵入形成各种规模的花岗质为主的侵入体,或于上盘喷发形成火山-沉积岩盆地。在伸展构造发育的不同阶段,可以有伸展早期、伸展期及伸展期后的岩浆活动。岩浆活动的强度及岩浆源区特点有显著的时空变化。一方面,在同一地区不同演化阶段其源区有很大的差异。表现为主体上是早期以古老下地壳源为主,随着壳/幔伸展作用演化,逐渐向混合源或独立幔源的演化。同时,不同地区岩浆源区的变化规律也显著不同。以胶辽地区为例,胶东整体上是壳幔混合源区对于岩浆演化有重要贡献;而辽东地区具有显著的源区演化特点：从剪切早期古老下地壳源区为主,并伴有幔源物质加入,剪切期古老下地壳为主,到剪切晚期和剪切期后以新生下地壳为主。本文认为岩石圈伸展的壳/幔拆离模型（Parallel Extension Tectonics）,可以合理地解释华北克拉通及邻区早白垩世构造-岩浆活动性。在该模型中,遭受伸展的华北克拉通岩石圈发生壳-幔拆离作用。在岩石圈伸展作用期间,地壳层次的拆离作用与岩石圈地幔层次上的拆离作用可以是耦合的或者是解耦的,从而导致华北克拉通岩石圈减薄过程中在地壳尺度上的拆离作用与变质核杂岩的剥露有三种不同的类型：同岩浆活动型伸展（C型：Co-magmatism mode extension）、无岩浆活动型伸展（A型：Amagmatism mode extension）和多阶段混合型（M型：Multi-mode extension）。

     

伸展盆地构造演化的数值模拟——以南海北部白云凹陷为例

介绍了瞬时均匀拉伸模型、挠曲悬臂梁模型和多幕伸展模型,特别强调各种模型的基本假设和适用条件,以及基于这些模型发展出的二维正反演模拟和一维应变速率模拟的方法。这些方法在计算岩石圈伸展系数和盆地张裂的过程中,具有一定的优越性。在盆地的数值模拟中,有时需要综合运用多种数值模型来突破单个模型假设条件的约束。为了研究南海北部白云凹陷的裂后沉降特点,分别应用二维正反演和一维应变速率正反演方法计算岩石圈的伸展系数,并计算理论热沉降,与实测裂后沉降进行对比。模拟结果表明,白云凹陷岩石圈的伸展系数大致呈钟形分布,在凹陷中心处最大,大约为3.5;凹陷的实测裂后沉降远大于理论值,即存在裂后异常沉降,裂后期的异常沉降总量在凹陷中心和南部在2km以上。     

南海东北部表层沉积中钙质超微化石的分布特征

对南海东北部188个表层沉积样品进行了钙质超微化石分析.结果表明,除2个样品外,其他样品均含有超微化石,但丰度相差悬殊,在(9～1 684)个/10视域范围内变化.钙质超微化石相对丰度在平面上的分布可划分为3个区.共鉴定出钙质超微化石17属27种,以Florishaera profunda,Gephyrocapsa oceanica,G.spp.(small)和Emiliania huxleyi为优势种.调查区钙质超微化石的分布受多种因素的综合影响.重点讨论了水深、陆源物质的输入、碳酸盐溶解作用等因素对超微化石丰度及优势种分布的影响.     

伸展盆地构造演化的数值模拟——以南海北部白云凹陷为例

介绍了瞬时均匀拉伸模型、挠曲悬臂梁模型和多幕伸展模型,特别强调各种模型的基本假设和适用条件,以及基于这些模型发展出的二维正反演模拟和一维应变速率模拟的方法。这些方法在计算岩石圈伸展系数和盆地张裂的过程中,具有一定的优越性。在盆地的数值模拟中,有时需要综合运用多种数值模型来突破单个模型假设条件的约束。为了研究南海北部白云凹陷的裂后沉降特点,分别应用二维正反演和一维应变速率正反演方法计算岩石圈的伸展系数,并计算理论热沉降,与实测裂后沉降进行对比。模拟结果表明,白云凹陷岩石圈的伸展系数大致呈钟形分布,在凹陷中心处最大,大约为3.5;凹陷的实测裂后沉降远大于理论值,即存在裂后异常沉降,裂后期的异常沉降总量在凹陷中心和南部在2km以上。     

大洋板块运动方向反转控制活动陆缘岩石圈张裂过程数值模拟

为了更好的探究大洋板块运动方向反转与大陆岩石圈张裂之间的动力学关系,以数值模拟为手段来正演大洋板块的反向俯冲,同时考虑光滑洋壳、海山链、海底高原、薄弱带等构造单元加入先期俯冲时对大陆岩石圈张裂的影响.结果显示:大陆岩石圈在大洋板块反向俯冲的过程中会被拉伸减薄,并出现局部岩石圈的颈缩直至张裂、同时伴随有软流圈地幔的上涌和减压熔融等现象.此外,含有不同构造单元的洋壳参与先期俯冲会对陆缘造成不同程度的破坏,从而影响拖曳过程中大陆岩石圈的应变集中,并导致大陆岩石圈在不同时间、不同位置出现张裂.模拟结果可用于对比南海陆缘在新生代张裂中表现的穿时等特征,亦可为其他被动陆缘张裂的动力学研究提供借鉴.      

拉张速率和岩石圈流变结构对大陆岩石圈破裂影响的数值模拟研究

拉张速率和岩石圈流变结构是影响大陆岩石圈破裂的重要因素,共同控制大陆裂谷的演化过程,最终形成不同结构的被动大陆边缘.本文通过热?动力学数值模拟,分析了拉张速率和岩石圈流变结构对初始裂谷形态及最终大陆边缘结构的影响.模拟结果显示,在不同下地壳厚度(15 km或20 km)和拉张速率(半拉张速率为2～50 mm/a)条件下...     

南海北康盆地热流分布特征及其构造控制因素探讨

热流是天然气水合物储量估算和油气资源评价的基础数据。南海实测热流数据虽然多,但分布不均。为深入认识北康盆地的热流特征,本文首先利用北康盆地获得的实测热流数据和前人研究成果,绘制了北康盆地热流分布图;根据热流和地温梯度变化特征,重点讨论了北康盆地热流异常区的成因机制,并根据区域地质构造背景,对北康盆地热流分布主要的控制因素进行了简要分析。数据统计结果表明:北康盆地热流变化范围为43.0~115.0mW/m~2,平均为76.8±21.7 mW/m~2;地温梯度变化范围为49.0~133.1℃/km,平均地温梯度为82.2±22.4℃/km。热流整体偏高,具有西高东低,南部高、东南部热流最低的热流特征,且在盆地西北部具有明显的热流异常。分析认为:(1)热流异常区中B区是由于海底高导层埋深影响,A区和C区是由海底流体渗漏区的地下水循环导致热流异常,推测A区为补给区,C区为排泄区;(2)北康盆地热流分布明显受构造作用的控制。西北部及南部受廷贾断裂控制,而东南部为古俯冲带及古洋陆过渡带,西高东低的热流分布特征还与盆地经历的3次快速沉降作用有关,但北康盆地拉张的构造背景引起整体热流值偏高。这对北康盆地油气和天然气水合物的研究均有重要意义。     

地壳的拆离作用与华北克拉通破坏:晚中生代伸展构造约束

伸展条件下的地壳拆离作用是岩石圈减薄的重要浅部构造响应。晚中生代时期的伸展构造(包括拆离断层、变质核杂岩构造和断陷盆地)在华北、华南、东北和东蒙古及贝加尔地区普遍发育,它们切过上部地壳(断陷盆地)、中、上地壳(拆离断层)或中部地壳(变质核杂岩)。地壳拆离作用具有运动学极性(NWW或SEE)、几何学宏观(区域)对称与微观(局部)不对称性、遍布全区但不均匀性,以及形成时间的跨越性(140~60Ma)等特点,并使得地壳和岩石圈发生显著的减薄。本文研究揭示出现今岩石圈厚度变化与晚中生代伸展构造的发育程度和分布之间并没有必然的联系。其变化的基本规律是,除新生代裂陷发育区岩石圈厚度明显较小且厚度有迅速变化外,从华北向贝加尔地区总体的变化趋势是逐渐加厚,也即东亚地区岩石圈具有楔形形态。晚中生代时期的地壳(或地幔)拆离作用伴随着广泛的岩石圈减薄作用,区域岩石圈同时遭受到一定程度的减薄和破坏,华北克拉通在这一时期的破坏仅仅是区域岩石圈减薄在华北的具体体现。     

拉张盆地构造热演化模拟的影响因素

沉积盆地的热历史与其构造演化史密切相关。拉张盆地构造热演化模拟正是研究盆地在形成演化过程中的热历史及沉降史,它们主要受岩石圈拉张演化特征的控制。本文着重讨论在构造热演化模拟中应考虑的几个重要因素:拉张的多期性、多期拉张过程中岩石圈底界的移动、拉张模式的多样性以及拉张的横向非均匀性。     

南海东北陆缘的地壳速度结构及其构造意义:来自广角地震剖面的约束

南海东北部深部地壳结构蕴含着南海陆缘伸展张裂过程的重要信息。在南海东北陆缘布设的一条广角地震测线(DP13)沿NW-SE方向依次穿过东沙隆起和台西南盆地。本文利用射线追踪和正演走时拟合软件RayInvr构建地壳纵波速度结构,模型表明：沉积层速度1.6～4.6 km/s,厚度0.5～3.8 km,横向分布不均匀,沉积基底起伏剧烈;莫霍面埋藏深度由陆架区的25.5 km急剧减小到陆坡下方的13 km,随后向下陆坡远端增深至16 km;陆架处东沙隆起下方地壳厚度从～25 km减薄到～21 km,下陆坡远端地壳厚约10～13 km,地壳拉张因子分别为1.3～1.5和2.6～3.1,表现为轻微和中等减薄;陆坡区台西南盆地内地壳厚度从17 km急剧减薄至7～8 km,地壳拉张因子高达4.6,呈超伸展减薄;地壳厚度由陆向海非单调减薄,地壳伸展具有明显的空间差异性;陆架-上陆坡和下陆坡下地壳底部发现两个相对孤立的不连续高速体,速度分别为7.0～7.5 km/s和7.0～7.3 km/s,厚度分别3～5 km和1～3 km,前者位于古太平洋俯冲带前缘,几乎与南海东北部高磁异常重叠,推测由中生代古太平洋板...     

南海南部地壳结构的重力模拟及伸展模式探讨

对南海南部地壳结构研究有助于揭示南海完整的演化历史。本研究对南海南部获取的两条多道地震剖面进行了地震 解释,并对重力数据进行了壳幔密度反演。其中 NH973-1 测线始于南海西南次海盆,覆盖了南沙中部的北段;NH973-2 测 线始于南海东部次海盆,穿越礼乐滩东侧。反演结果显示,莫霍面埋深在海盆区 10~11 km,陆缘区 15~21 km 左右,洋壳向 陆壳莫霍面深度迅速增加。海盆区厚度在 6~7 km,为典型的洋壳;陆缘区地壳厚度在 15~19 km,为减薄型地壳。进一步研 究表明(1)在西南次海盆残余扩张脊之下,莫霍面比两侧略深;(2)在礼乐滩外侧海盆区有高值重力异常体,推测为洋壳与深 部岩浆混合的块体;(3)南沙区域上地壳存在高密度带,且横向上岩性可能变化。南海南部陆缘未发现有下地壳高速层,有 比较一致的构造属性和拉张样式,为非火山型陆缘。我们对两条测线陆缘的伸展因子进行了计算,发现上地壳脆性拉伸因 子与全地壳拉伸因子存在差异,其陆缘的拉张模式在纵向上是不均匀一的。     

曾母盆地西部岩石圈特性与有效弹性厚度: 来自构造模拟的约束

曾母盆地是南海南部最大的新生代沉积盆地,保留了南海新生代共轭边缘演化历史以及性质的重要信息。岩石圈有效弹性厚度Te是了解大陆地壳张裂时岩石圈强度的一个关键指标。本文选取曾母盆地西部的三条典型地震剖面,在构造解释的基础上,按照挠曲均衡原理,通过对三条剖面的反演模拟,对Te进行了敏感性测试。在此基础上利用弹性梁模型对三条剖面进行了正演模拟,来模拟盆地的形态以及主要地层单元的展布。模拟结果与实测剖面的对比表明,Te值取3～5km较为合理,盆地西部的脆性/韧性地壳转换深度为15km。正演和反演模拟中的拉张因子β具有不同的构造含义,正演模拟拉张因子β代表了脆性上地壳的拉伸程度,反演模拟的拉张因子则表示整个岩石圈的拉张作用,拉张因子同时呈向北增大的趋势。