渐进式扩张海盆亚丁湾与南海西南次海盆扩张演化特征的对比

本文总结了渐进式扩张洋中脊和渐进式演化海盆的全球空间分布,并将西南次海盆与典型渐进式演化的亚丁湾加以比对,通过对海盆扩张中心的起源、扩张中心分段特征、火山活动、磁异常特征等的比较,为西南次海盆的演化提供新观点,为南海的演化观点寻找新证据.西南次海盆为渐进式扩张的海盆,与东部次海盆属于同一期扩张形成,海盆的渐进式扩张与渐进式扩张的方向很有可能受到地幔热柱(印支地幔柱、南海中部低速柱或海南地幔柱)的控制.南海的扩张演化模式并不是单一的,而是多种模式的综合,在考虑海底演化模式时应该同时考虑地幔柱的影响.     

南海西南次海盆北缘海底地震仪测线深部地壳结构研究

基于2009年和2011年采集的海底地震仪数据,辅以多道地震数据,对南海西南次海盆北缘的地壳结构进行了探索.利用二维射线追踪的反演方法建立测线上的模型.利用声学基底面的反射波,下地壳顶界面的反射波和莫霍面的反射波走时的反演勾绘了地层中的不连续界面,利用自声学基底面下的折射波和来自上地幔的首波来反演整条测线的P波速度结构...     

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1000~3000 m,局部基底面起伏较大.结晶基底的速度从顶部的4.5~5.5 km/s增加到地壳底部的6.8~6.9 km/s,中地壳有一个小的速度不连续面(0.1~0.2 km/s),而地壳底部的莫霍面有较大的速度反差(1.2 km/s),上地幔顶部的速度为8.0~8.1 km/s.莫霍面埋深和地壳厚度在测线的北段和南段有很大的不同,在测线北段的海盆区,莫霍面埋深约11 km,结晶地壳的厚度仅为5~6 km,表现为典型洋壳的特征,而在测线南段的陆块区,莫霍面埋深最大达24 km,地壳厚度可达20 km,表现为减薄陆壳的特征,从海盆区到陆块区莫霍面埋深和地壳厚度迅速增加.陆块区上下地壳的厚度和变化趋势相似,下地壳没有看到高速层(HVL),可能说明地壳内部是以纯剪拉张的均匀减薄为主,地壳下部的岩浆底侵不发育.对比OBS973-2和OBS973-3测线的结构模型,可以推测南沙地块的中部和东部具有相似的构造性质,西南次海盆两侧是一对非火山型的不对称共轭陆缘.     

南海西北次海盆深部热岩石圈结构及其对浅部构造演化的控制

西北次海盆是南海扩张早期形成的一个特殊的构造单元,其周边被西沙海槽、中沙海台、珠江海谷等裂谷和地块所围限,演化出一系列海山和断裂带等复杂地质构造,其深部构造伸展和岩浆活动均与岩石圈结构及其变形密切相关,但目前对其深部岩石圈结构的了解还较少.文章通过收集西北次海盆及其周边地区的声纳浮标、双船扩展剖面(ESP)、海底地震仪...     

海底地震仪远震记录接收函数反演——以南海西南次海盆为例

由于海底环境和海底地震仪(OBS)结构的特殊性,用OBS远震记录进行接收函数岩石圈反演研究因为存在一定的困难,所以还很少见.在深入分析问题的基础上,以国产I-4C型宽频带OBS在南海西南次海盆记录的天然地震为实例,我们将傅里叶变换和小波变换相结合以压制海底地震仪记录中的非平稳干扰,获得了信噪比较高、震相清晰的地震记录,进而成功开展了远震记录的岩石圈结构接收函数反演.主要结论是:(1)OBS接收函数的求取是可行的,关键是压制非平稳干扰.(2)西南次海盆的Moho面埋深为海底下10~12 km(地壳厚6~8 km),沉积物厚度为1~2 km,浅部地壳存在低速区,与沉积物和海底扩张停止后的岩浆喷发产生的岩石碎屑和裂隙有关.(3)在扩张脊中央Moho面上方6~12 km存在S波低速区,推测扩张中心可能存在下地壳熔融或岩浆房,在17~30 km区间S波速度呈负梯度,我们认为扩张中心更深的地方存在热物质的供给.     

南海西南次海盆的地热流特征与分析

为系统地了解南海西南次海盆的地热流特征,本文通过对研究区及邻域地热流数据的补充采集、收集整理和统计分析,获得了87个有效的地热流数据、一批热导率和生热率的地热参数资料,地热流测点在空间上覆盖了整个区域.研究区的地热流数据分布结果表明,西南次海盆热流密度的平均值为98.1±14.8 mW·m^-2,洋陆过渡带为103.6±19.4 mW·m^-2,南沙岛礁区和西部陆缘分别为79.0±15.5 mW·m^-2和78.3±15.6 mW·m^-2.研究区表层沉积物热导率的平均值0.86±0.06 W·mK^-1,生热率的平均值1.11±0.17 μW·m^-3,海底温度的平均值为2.43±0.01℃.综合海底地形地貌、地质与地球物理资料,认为研究区的热流特征在空间上具有一定的分布规律,表现为：（1）洋盆区测点的热流密度平均值高于两侧陆缘;（2）东南缘洋陆过渡带上测点的地热流密度值高于邻近海盆和南沙岛礁区的测点,而西北缘这种特征不明显;（3）西北翼的热流密度值总体比东南翼高;（4）沿着古扩张中心方向,西南次海盆热流值具有自东北向西南端方向逐步增大的趋势,表明海盆区同时存在着洋中脊与大陆裂谷两种不同的热状态,西南段裂谷热流值比东北段洋中脊高.对西南次海盆沉积物的热导率和生热率值参数的测量及数据空间分析可见,这两种热参数的空间分布无明显规律性,可能与海盆形成之后复杂的沉积环境相关.根据热流-洋壳年龄之间的关系,在西南次海盆东北段26个测站数据中,发现靠近古扩张中心的数据与理论值呈负偏移,而远离古扩张中心的数据呈正偏移,此现象是海盆内地热流数据受不同类型的地下流体影响所致.

     

南海西南次海盆NH973-1测线地震解释

针对973项目"南海大陆边缘动力学与油气资源潜力"2009年新采集的多道地震剖面NH973-1测线进行了研究分析,获得以下初步认识:⑴西南次海盆深海平原南端下伏巨厚沉积体,表明陆坡坡脚不是洋陆边界的位置,深海平原南端为陆壳分布区,也可解释为洋陆过渡带.这种情况在南海的洋陆边界确定过程中应加以考虑.⑵西南次海盆洋壳基底存在两种类型,反映了不同海底扩张阶段岩浆活动与变形的强弱不同,与扩张速率变化有关.     

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.     

南海西南海盆壳幔结构重力反演与热模拟分析

壳幔结构及扩张期后的岩浆活动是研究南海西南海盆形成演化的关键.本文针对NH973-1剖面开展壳幔密度结构重力反演,并依据重力反演的壳幔模型,定量模拟海底扩张期后的壳幔热结构与热演化过程.重力反演表明:西南海盆中央残余扩张脊之下存在一个较深的凹陷带,其下Moho面比两侧略深,呈现扩张期后的热沉降特点.热模拟发现:海盆扩张终止后,壳幔并非均衡一致降温,而是以"地壳增温-地幔降温"方式进入热沉降阶段.海底扩张终结后,地壳继续增温约7 Ma之后才与地幔一同缓慢降温,同步进入后期热沉降.沿NH973-1剖面南、中、北段的地壳增温特点不同,在海盆扩张中心北侧约70 km之下7~9 km深度处,在9.6~4.6 Ma期间温度增幅一直保持在200℃以上,将该处地壳温度抬升至1100℃以上,具备了产生扩张期后岩浆熔融的温度条件.P-T图解分析也支持此期间如果地壳具备局部构造断裂形成的含水条件和减压条件,就可能因部分熔融产生岩浆活动.     

南海西南海盆构造演化的热模拟研究

南海西南海盆的张裂和海底扩张是白垩纪末至中始新世南海形成过程中最重要的构造事件.本文采用三维有限单元法对该区的热演化过程进行了模拟计算.通过对变形、温度结构的计算,研究了西南海盆张裂变形、海底扩张持续时间、地幔物质上升、地壳岩墙沿扩张中心的挤入扩张活力、岩浆活动等.计算结果表明：由于其深部动力学条件不足,海盆一次扩张持续时间在10～15Ma之间,其后地幔物质的上升活动逐渐停止,地壳失去扩张动力,使得扩张中心成为残留扩张中心的死亡裂谷,而未构成中脊或中隆带.虽然该处地幔物质上升的潜力不足,但伴随局部的断裂,尤其是盆、缘边界的拆离拉张,仍能产生相当强烈的岩浆喷溢活动,导致此区海盆成型之后的海山崛起.     

川滇地区岩石圈温度、化学组分结构研究及对岩石圈减薄过程的认识

川滇地区地处中国大陆西南,对其岩石圈结构的研究是认识该地区构造演化过程的基础.由于不同研究方法存在各自的局限性,导致其所获得的岩石圈结构和可能的构造演化过程仍存在争议.岩石圈温度、化学组分结构是深入认识这些争议性问题的基础.本文基于热动力学模拟和概率密度反演的方法,联合瑞雷面波相速度频散曲线、大地水准面高、地形和地表热流等观测资料,反演了川滇地区岩石圈的温度、化学组分结构.结果表明,川滇地区岩石圈呈现南薄北厚的趋势,其中印支块体岩石圈较薄,为60~80 km,相对起伏较小;川滇菱形块体、江南造山带西缘岩石圈自南（~80 km）向北（~200 km）递增;松潘甘孜块体保持较厚的岩石圈根（~240 km）.印支块体与江南造山带西缘岩石圈地幔以过渡型和难熔型的橄榄岩为主,仍存在部分古老难熔的岩石圈地幔物质;而川滇菱形块体内部为饱满型岩石圈地幔,表明古老、难熔的岩石圈地幔被新的地幔物质所取代.根据现今川滇地区岩石圈温度、化学组分结构,我们推测川滇地区南部的印支块体受印度板块与亚欧板块南北向碰撞的影响,导致该区域岩石圈增厚,并发生以拆沉作用为主的减薄过程,但岩石圈地幔仍以古老难熔的地幔物质为主;拆沉作用所导致的热地幔物质上涌使得川滇菱形块体古老难熔的岩石圈地幔物质由南往北逐渐为新的地幔物质所取代,形成了现今饱满型岩石圈地幔,热侵蚀作用在川滇菱形块体岩石圈减薄过程中占主导地位.

     

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5 mW·m-2,壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139 km/128~162 km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.     

华南地区岩石圈电性特征及其地球动力学意义

岩石圈-软流圈界面（The Lithosphere-Asthenosphere Boundary,LAB）是地球内部主要界面之一.大地电磁测深（Magnetotelluric,MT）是研究地球壳幔电性结构最有效的方法,利用长周期大地电磁测深数据可以较好地探测LAB.在SinoProbe-01-03课题的资助下,首次获得了华南地区4°×4°网度的高质量大地电磁测深数据.利用一维奥卡姆（Occam）算法反演了MT阻抗的反对角线元素所计算出的平均视电阻率.根据一维地电结构可以将华南地区岩石圈划分为五种类型：以湖南邵阳和贵州施秉为代表的克拉通型,以四川达州和彭州及湖北荆门为代表的构造边界型,以浙江湖州和广东云浮为代表的岩石圈中等改造型,以江西赣州、广东揭阳及福建霞浦为代表的岩石圈强烈改造型,以湖北英山为代表的造山带型.除湖南邵阳、贵州施秉及广东揭阳外,华南地区岩石圈厚度为60~145 km.本文研究表明华南地区岩石圈显示出南北两侧上抬、中部下凹、东部受不均匀改造的趋势,这一结果与之前发表的文献所揭示的华南地区岩石圈东薄西厚的典型特征是不同的.研究结果反映华南地区岩石圈稳定性较好,晚中生代以来的构造伸展作用对岩石圈的改造程度有限,可能主要以不同形式的软流圈底辟为主.     

南海北缘琼东南盆地热结构与莫霍面温度

相对于大陆地区,洋壳或海陆过渡区目前较缺乏岩石圈热结构方面的研究.本文依据琼东南盆地现有热流数据和相关岩石热物性参数,沿分布于盆地内不同位置的4条地震测线计算了不同圈层的热流分配关系(即热结构)及莫霍面温度.计算时根据最新的P-波速度变化分析将该区地壳分为四层,分别为沉积盖层、上地壳、下地壳及下地壳高速层.结果表明:琼东南盆地地幔热流由浅水区向深水区逐渐增加,是控制盆地现今海底热流分布的主要因素;其占海底热流平均比例为76.3±7.0%,具有典型的"冷壳热幔"的岩石圈热结构特征;莫霍面温度范围500~700℃,存在一个低温区和两个高温区,其整体分布与盆地基底以下地壳伸展减薄及断裂发育有关.     

准噶尔盆地大地热流特征与岩石圈热结构

沉积盆地现今大地热流和岩石圈热结构特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的约束条件,对盆地动力学研究和油气资源评价具有重要意义.作者系统分析了准噶尔盆地2000年以来新增的102口钻孔的系统测井温度和400余口钻孔的试油温度资料,采用光学扫描法测试了15口钻孔共187块代表性岩石热导率,首次建立了准噶尔盆地岩石热导率柱,新增了11个高质量的(A类)大地热流数据,分析了准噶尔盆地大地热流分布特征,并揭示了其岩石圈热结构.研究表明,准噶尔盆地现今地温梯度介于 11.6~27.6℃/km,平均21.3±3.7℃/km,大地热流介于23.4~56.1 mW/m2,平均42.5±7.4 mW/m2,表现为低地温梯度、低大地热流的"冷"盆特征.准噶尔盆地大地热流与地温梯度分布规律基本一致,主要受控于基底的构造形态,东部隆起最高,陆梁隆起次之,乌伦古坳陷、中央坳陷和西部隆起较低,北天山山前坳陷最低.准噶尔盆地地壳热流介于18.8~26.0 mW/m2,地幔热流介于16.5~23.7 mW/m2,壳幔热流比值介于0.79~1.58,属于典型的"冷壳冷幔"型热结构.准噶尔盆地地幔热流值与莫霍面起伏一致,隆起区地幔热流高,坳陷区地幔热流低.     

地幔岩石圈热结构差异与中国大陆岩石圈均衡分析

观测表明,大陆地区存在很多传统均衡模型无法解释的现象,其根本原因在于传统均衡理论中没有考虑地幔岩石圈部分由于热结构差异导致密度差异的影响.本文基于岩石圈尺度的质量平衡模型研究了中国大陆20个构造单元地壳及地幔岩石圈对地形海拔的贡献,以及各块体的均衡状态.计算结果表明,在一些地区,如塔里木盆地、北山和柴达木盆地,尽管岩石圈均衡模型和Airy模型得到了一致的海拔值,但岩石圈均衡模型更能体现均衡过程的物理本质;除青藏高原造山带外的多数块体,岩石圈均衡模型的计算结果更接近观测海拔和地表垂直运动状态;总体上,考虑地幔岩石圈热结构影响后,中国大陆各地区的均衡结果普遍优于传统的均衡模型.通过对均衡状态分析,我们得到以下主要结论：(1)构造稳定地区均衡程度较高;(2) 青藏高原及周边造山带现今地壳运动主要为区域构造过程及深部动力学过程所控制,均衡调整过程不是主要控制因素;(3) 现今地壳垂直运动比较明显的块体处于均衡调整阶段,地表垂直运动的大小反映了该区所受的均衡力作用的程度;(4) 构造稳定地区基于岩石层均衡的理论计算海拔与观测海拔之差值和现今地壳垂直运动速率有较好的相关性,据此我们可以通过均衡分析研究构造块体的运动趋势和动力学性质;(5) 地幔热结构对现今地形、海拔及地壳垂直运动有显著影响,在处理均衡问题时,地幔岩石圈热结构是我们必须考虑的重要因素.