20 Ma以来Mohns洋中脊的非对称扩张速率与地壳结构

超慢速扩张的Mohns洋中脊共轭两侧的地球物理场与地壳结构具有显著的非对称性.利用我国第五次北极科学考察采集的水深、重力与磁力数据,结合历史资料,我们计算了14条垂直Mohns洋中脊剖面的扩张速率、剩余水深、剩余地幔布格重力异常(RMBA)、地壳厚度和非均衡地形.对洋中脊共轭两侧以上计算结果的进一步对比发现,Mohns洋中脊两侧整体(下文均指同一地质时刻各剖面的平均值)的非对称性呈现明显的两段性:20~10.5 Ma,相比Mohns洋中脊东侧,西侧的扩张速率更慢、地壳更厚、非均衡地形更低; 10.5~0 Ma,扩张速率、地壳厚度和非均衡地形的非对称的极性与20~10.5 Ma期间完全相反.后一阶段,整体扩张速率在西侧更快、剩余水深更浅,但是对应更薄的地壳和更高的非均衡地形.我们推断前者为冰岛沿Kolbeinsey洋中脊的作用增厚了Mohns洋中脊西侧地壳并使得洋中脊向西侧跳动,而后一阶段反映了岩浆供给减少后西侧集中的构造活动导致的更多的拉伸与隆升.沿各剖面上,10.5~0 Ma期间构造活动集中的洋中脊西侧均具有薄地壳和高非均衡地形,但构造拉伸的增加并不总是对应增快的扩张速率.岩浆在浅部更多地向东侧的分配以及洋中脊向西侧的跳动可能使得东西两侧具有相近的扩张速率.

     

西南印度洋构造地貌与构造过程

基于高精度地形数据,将西南印度洋中脊（11.88°E—66.75°E）分为6个区域,按不同区域分析洋脊轴部形态及其两侧基底沉降曲线的变化,由此探讨西南印度洋中脊的岩浆活动及其受热点影响的机制。结果显示：① 对于整个西南印度洋中脊,轴部隆起占13.38%,轴部裂谷占82.8%,平坦过渡形占3.82%,其中19°E,36°E,41.2°E,43.7°E,50.4°E和64.5°E等处为较集中的洋脊轴部隆起;② 埃里克辛普森—英多姆转换断层之间的区域（39.4°E—45.77°E）显示出异常浅的轴部裂谷和异常小且南北不对称的基底沉降速率,这表明埃里克辛普森—英多姆转换断层之间的区域是热点对洋中脊影响较为明显的区域,南侧较北侧异常小的基底沉降速率表明热点与洋中脊的相互作用主要表现为热点岩浆从洋中脊南部向上流动到岩石圈底部,然后与岩石圈发生相互作用。     

西南印度洋中脊49.5°E离轴地壳结构

超慢速扩张西南印度洋中脊岩浆的集中供给在空间维度上表现为岩浆扩张段（NVR）与相邻的非转换断层不连续带（NTD）地壳结构的差异,而在时间维度上表现为离轴与沿轴地壳结构的差异.为了进一步揭示岩浆集中供给的时空分布特征,本文选取西南印度洋中脊热液区2010年海底地震仪深部探测中平行于洋中脊距轴部偏北约10 km的离轴测线d0d10,使用射线追踪正演和反演的方法,得到了NVR和NTD北侧离轴区域的地壳及上地幔P波速度结构,并与轴部速度结构进行了对比分析.研究结果表明：（1）NTD北侧离轴区域的地壳厚度约5.2 km,其厚度明显大于轴部NTD下方地壳厚度（~3.2 km）,由此推测洋脊轴部NTD区域形成的地壳在不断减薄;（2）NVR北侧离轴区域的地壳厚度约7.0 km,其厚度亦大于轴部NVR地壳厚度（~5.8 km）,表明在洋中脊演化过程中洋脊轴区域的岩浆供给在不断减少,其活动性在不断减弱.     

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.     

渭河盆地及邻区地壳深部结构特征研究

利用穿越区域南段为秦岭褶皱带山区,中段为渭河断陷盆地,北段为鄂尔多斯地台南缘的宽角反射/折射地震测深剖面所获得的资料对该区地壳结构进行研究.结果表明:该区地壳呈明显的分层、分区结构;上下地壳的分界是由壳内反射波较为连续可靠的P2以及P3所确定的.鄂尔多斯地台是本区M界面最深的地区,地壳厚度大,达42 km左右,结构相对简单,结晶基底浅. 秦岭褶皱带的地壳厚度约37~38 km,结晶基底浅,甚至出露.渭河断陷盆地莫霍界面相对两侧明显且不对称的上隆,地壳结构复杂;而莫霍界面相对鄂尔多斯地块突变隆起和上地幔高速物质侵入于下地壳,是该区发生中强地震的深部构造背景.     

渭河盆地及邻区地壳深部结构特征研究

利用穿越区域南段为秦岭褶皱带山区,中段为渭河断陷盆地,北段为鄂尔多斯地台南缘的宽角反射/折射地震测深剖面所获得的资料对该区地壳结构进行研究.结果表明:该区地壳呈明显的分层、分区结构;上下地壳的分界是由壳内反射波较为连续可靠的P2以及P3所确定的.鄂尔多斯地台是本区M界面最深的地区,地壳厚度大,达42 km左右,结构相对简单,结晶基底浅. 秦岭褶皱带的地壳厚度约37~38 km,结晶基底浅,甚至出露.渭河断陷盆地莫霍界面相对两侧明显且不对称的上隆,地壳结构复杂;而莫霍界面相对鄂尔多斯地块突变隆起和上地幔高速物质侵入于下地壳,是该区发生中强地震的深部构造背景.     

洋中脊扩张速率对洋壳速度结构的约束

洋中脊速度结构是揭示大洋岩石圈演化过程的重要约束.为探讨不同扩张速率下洋中脊的洋壳速度结构特征,挑选了全球152处快速（全扩张速率> 90 mm·a^-1）、慢速（全扩张速率20~50 mm·a^-1）和超慢速（全扩张速率 < 20 mm·a^-1）扩张洋中脊和非洋中脊的洋壳1-D地震波速度结构剖面,通过筛选统计、求取平均值等方法对分类的洋壳1-D速度结构进行对比研究,获得了不同扩张速率下洋中脊洋壳速度结构差异以及洋中脊与非洋中脊洋壳速度结构差异的新认识：（1）快速、慢速和超慢速扩张洋中脊的平均正常洋壳厚度分别为6.4 km、7.2 km和5.3 km,其中洋壳层2的厚度基本相似,洋壳厚度差异主要源自洋壳层3;其洋壳厚度变化范围分别为4.9~8.1 km、4.6~8.7 km和4.2~10.2 km,随着洋中脊扩张速率减小,洋壳厚度的变化范围逐渐增大;（2）快速扩张洋中脊的洋壳速度大于慢速和超慢速,可能与快速扩张脊洋壳生成过程中深部高密度岩浆上涌比较充足有关;（3）非洋中脊（>10 Ma）的洋壳比洋中脊（< 10 Ma）的洋壳厚~0.3 km,表明洋壳厚度与洋壳年龄有一定的正相关性.

     

华北克拉通东部地壳与地幔盖层结构——长观测距深地震测深剖面结果

利用文登—阿拉善左旗长观测距地震宽角反射/折射剖面东段资料,辩识出4组地壳震相和3组地幔盖层震相.采用二维射线追踪走时反演和正演拟合交替计算方法,得到了包括鲁东隆起和华北裂陷盆地在内的地壳和地幔盖层二维速度结构.研究结果表明:华北裂陷盆地基底深达6km以上,研究区壳内界面C1埋深约15km,C2界面深约25km,Moho面平均埋深约35km.上地壳速度6.0~6.1km·s-1,且横向变化较大;中地壳速度相对均匀约为6.2~6.4km·s-1;下地壳速度为6.5~7.0km·s-1,速度梯度较大.地壳平均速度与隆起和坳陷构造相关.研究区岩石圈底界面一般为75~80km,西端接近太行隆起构造时深至90km左右,向西呈明显加深趋势,地壳厚度呈现相同的增厚特征.地幔盖层上部速度8.0~8.2km·s-1,具明显正梯度特征.岩石圈平均速度在郯庐断裂带附近显著偏低.PmP和PLP震相存在不同程度的复杂性,意味着在本地区Moho界面和岩石圈界面有较为复杂的结构,可能具有一定厚度或过渡带性质.结合其他研究结果认为,地幔盖层和下地壳速度梯度、界面性质差异与华北克拉通破坏相关,意味着破坏是一个渐变、缓慢和不均匀的过程.郯庐断裂带附近的低速应是其为软弱带的证据.     

洋中脊构造及地震调查现状

介绍了洋中脊的全球分布和构造特征,对全球主要的、不同扩张速率的洋中脊进行了分类和列表描述;对洋中脊的构造特征,如地形特征、地壳厚度与扩张速率的关系及扩张轴下的岩浆房的特征、洋中脊与地幔柱的相互作用进行了阐述。回顾了海底地震仪在洋中脊构造调查中的应用及取得的主要成果。简要介绍了我国将用海底地震仪开展洋中脊构造调查的技术路线。     

西南印度洋岩浆补给特征研究:来自洋壳厚度的证据

西南印度洋中脊为典型的超慢速扩张洋中脊,其岩浆补给具有不均匀分布的特征.洋壳厚度是洋中脊和热点岩浆补给的综合反映,因此反演洋壳厚度是研究大尺度洋中脊和洋盆岩浆补给过程的一种有效方法.本文通过对全球公开的自由空气重力异常、水深、沉积物厚度和洋壳年龄数据处理得到剩余地幔布格重力异常,并反演西南印度洋地区洋壳厚度,定量地分析了西南印度洋的洋壳厚度分布及其岩浆补给特征.研究发现,西南印度洋洋壳平均厚度7.5 km,但变化较大,标准差可达3.5 km,洋壳厚度的频率分布具有双峰式的混合偏态分布特征.通过分离双峰统计的结果,将西南印度洋洋壳厚度分为0~4.8 km的薄洋壳、4.8~9.8 km的正常洋壳和9.8~24 km的厚洋壳三种类型,洋中脊地区按洋壳厚度变化特征可划分为7个洋脊段.西南印度洋地区薄洋壳受转换断层控制明显,转换断层位移量越大,引起的洋壳减薄厚度越大,减薄范围与转换断层位移量不存在明显相关性.厚洋壳主要受控于该区众多的热点活动,其中布维热点、马里昂热点和克洛泽热点的影响范围分别约340 km,550 km和900 km.Andrew Bain转换断层北部外角形成厚的洋壳,具有与快速扩张洋中脊相似的转换断层厚洋壳特征.

     

A longitudinal seismic reflection profile of the Reykjanes Ridge: Part I — Evidence for west-flowing bottom water

A longitudinal seismic reflection profile along the east flank of Reykjanes Ridge, from Charlie fracture zone to the vicinity of Iceland, has important implications both for bottom water movement and for hypotheses of crustal generation at the axis of the mid-oceanic ridge. In this paper bottom water movement is considered. Between 52°N and 57°N Reykjanes Ridge is cut by about 12 fractures whose trend, inferred from other data, is approximately east-west. North of 57° there is little or no indication of east-west fracturing. Fracture valley bottoms are typically 1 km below the surrounding basement level; sediment fills are about 0.5 km; present bottoms are 2.1 to 2.8 km below sea level. Depositional asymmetry is apparent in 9 cases, 7 of which have the deepest and generally least reflective bottom at the northern edge. This suggests predominately west-flowing bottom currents, carrying Norwegian Sea overflow water through the fracture valleys, a result consistent with previously published data.     

中国海-西太平洋地区典型剖面的重-磁-震联合反演研究

重-磁-震联合反演是获取地壳结构的重要方法.此次研究,我们主要基于全球最新的水深、重磁异常、沉积物厚度等数据,结合实测地震数据和前人研究成果,分析了中国海-西太平洋地区的莫霍面展布特征,并利用重磁震联合反演方法获得了跨越中国海-西太平洋典型剖面的地壳结构和异常体分布,揭示了陆壳到洋壳的典型变化规律.结果表明,从浙江地区到马里亚纳俯冲带,地壳结构大致呈现由厚到薄、由老到新、由复杂到简单的特征.浙江地区（扬子块体和华夏块体）地壳结构复杂,三层结构明显,地壳内断裂带发育,并伴有广泛的岩浆侵入;东海地区莫霍面起伏剧烈,地壳厚度变化较大,冲绳海槽地壳明显减薄,是其过渡壳性质的体现;西菲律宾海盆、九州-帕劳海脊、帕里西维拉海盆、马里亚纳俯冲带等构造单元地壳结构相对简单,二层结构明显.其中,西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆地壳内部磁异常变化较为剧烈,海盆扩张过程中形成的磁异常体分布广泛,地壳厚度（5~8 km）明显小于陆壳;九州-帕劳海脊地壳厚度可达~20 km,缺失中地壳,表现为岛弧地壳结构;同源的西马里亚纳岛弧和东马里亚纳火山弧地壳结构相似,浅层磁异常体分布广泛,西马里亚纳岛弧地壳厚度（~17 km）略小于东马里亚纳火山弧（~20 km）,体现了裂离的不对称性;马里亚纳海槽具有正常的洋壳结构（~7 km）,但扩张中心未发生明显破裂.对比各构造单元地壳结构的异同点,我们进一步认识到,陆壳与洋壳之间不是孤立的,陆壳可能会演化出洋壳的结构或组分,板块的演化总是处于动态循环过程中.此研究加深了我们对中国海-西太平洋深部构造特征的整体理解,促进了我们对大陆边缘演化与板块相互作用的认识,深化了我国管辖海域及邻近地区的基础地质调查.

     

岩浆与构造作用对洋壳厚度的影响——以西北印度洋为例

洋中脊及邻区洋盆的洋壳厚度能很好地反映区域岩浆补给特征,对于研究洋中脊内部及周缘岩浆活动和构造演化过程具有很好的指示意义.西北印度洋中脊作为典型的慢速扩张洋中脊,其扩张过程与周缘构造活动具有很强的时空关系.本文利用剩余地幔布格重力异常反演了西北印度洋洋壳厚度,由此分析区域内洋壳厚度分布和岩浆补给特征.研究发现,西北印度...     

The Alpha Ridge: Gravity, seismic and magnetic evidence for a homogenous, mafic crust

Gravity and bathymetric results from the 1983 Canadian Expedition to Study the Alpha Ridge (CESAR) have outlined positive free-air anomalies centred on the continental break off Ellesmere Island characteristic of normal Atlantic-type passive margins. These data confirm implications derived from depth-to-magnetic basement calculations that the ridge may not be structurally connected to the continent. Across the Alpha Ridge magnetic and gravity anomalies mimic the bathymetry. The magnetic anomalies apparently are not caused, to any great extent, by internal structures or magnetic reversals, but rather seem to result simply from variations in depths to a homogenous magnetic structure. The gravity anomalies across a 500 km wide section of the Alpha Ridge can be almost completely accounted for by topography, shallow sedimentary fill and a simple two-tier crustal model. This implies an extraordinary lateral density homogeneity unknown in continental structures of comparable size. Gravity models show the crustal thickness to increase gradually from 20 km at the Marvin Spur to 38 km at the ridge crest. A comparison of this model with a gravity model of the continental-type Lomonosov Ridge, which has a thickness of about 25 km, indicates that, at the same thickness of 25 km, the average crustal density of the Alpha Ridge is 0.08 Mg/m³ greater. These gravity constraints, the unusually homogenous seismic velocity structure revealed by the CESAR studies, the homogeneous magnetic structure, and the extraordinary high intensity satellite magnetic anomaly associated with the Alpha Ridge, indicate that the ridge may be composed of a large pile of mafic rock, possibly unique on this planet.     

中国海—西太平洋典型剖面(南幅)揭示的微陆块-窄洋盆构造格局

基于编制最新地学成果图件的需要,我们整合了最新地质、地球物理资料成果,运用最新的技术方法,开展了中国海—西太平洋地区典型剖面的编制工作.典型剖面（南幅）主要集成了南海地区近年来获得的广角地震探测资料,运用重-磁-震联合反演方法,结合拖网、钻井、地热、地质剖面等,以块体构造学说为编图思想编制而成.典型剖面（南幅）从华南以NNW-SSE向直抵苏拉威西海,穿过了多个构造单元,包括3个陆缘-离散地块区（华南块体—南海北部陆缘、中沙地块、礼乐—北巴拉望地块）、4个海盆区（西北次海盆、中央海盆、苏禄海盆、苏拉威西海盆）、2个俯冲-岛弧区（卡加延脊、苏禄脊）,这些构造单元一起构成了西太平洋边缘独特的"微陆块-窄洋盆"构造格局.自古特提斯向欧亚大陆之下俯冲以来,该区域经历了复杂的构造演化过程.在形成这种构造格局的过程中,地壳处在不断消亡和生成的动态循环之中,同时构造应力也处在动态变化之中.通过对区域地球动力学的综合分析,认为这种微陆块-窄洋盆构造格局的形成,很大程度上是由于其位于三大板块交接的独特区域,以及受区域内复杂而丰富的俯冲作用的影响和制约.通过典型剖面编制工作,推动了中国海—西太平洋区域内大地构造和地球物理特征研究,为"跳出南海看南海"提供了良好的研究范例,同时启发我们未来加强对邻区研究空白区域的探索.     

Major Cretaceous volcanic province in southern Rockall Trough

A group of three large curvilinear ridges, called the Barra Volcanic Ridge System, has been mapped in the acoustic basement of southern Rockall Trough. Typically, each ridge is about 2 km high and 20 km wide at its base. A crudely-layered acoustic character, moderate density but high strength of magnetisation point to a volcanic-sedimentary (ash?) composition for the ridges. Seismic continuity with the acoustic basement of the rest of Rockall Trough suggests that the trough basement is of similar composition. An age for the ridges of Lower Cretaceous is indicated by well ties and consideration of regional geology. Volumetrically, the ridges are on the scale of hot spot features such as the Wyville-Thomson Ridge.     

利用远震接收函数探测四川盆地及周边地区的地壳结构

青藏高原东南缘的龙门山断裂两侧具有陡峭的地形特征,在约50~100 km的水平距离内,地形高程从2000 m增加到4000 m,该区强烈的壳幔变形特征及地球动力学模式一直是研究的热点问题.本文从四川地区49个固定台站记录的远震资料提取了P波接收函数,获得了四川盆地及周边的地壳厚度和泊松比,并以此构建反演的初始模型.在线性反演的基础上,引入了分别拟合低频和高频接收函数的两步反演技术,用以反演台站下方的地壳S波速度结构.数字试验表明,该方法可以有效抑制接收函数反演的不唯一性,为了得到最优解,最后用Bootstrap重采样技术估计解的不确定性.结果表明,四川盆地的地壳厚度在40~46 km,松潘-甘孜块体北部的地壳厚度为46~52 km,而南部增厚到50~60 km.从四川盆地向西跨过龙门山断裂,地壳厚度增加了10~15 km.在四川盆地及周边地区,地壳泊松比在0.26~0.32之间,呈块体分布特征,高泊松比（0.28~0.32）主要沿龙门山断裂以及安宁河-小江断裂分布.地壳S波速度结构表明,来自青藏高原中部的中下地壳低速层可能受到了坚硬的四川盆地阻挡,改变原来的运动方向并沿龙门山断裂展布,由于低速层的囤积导致该区地形陡峭和下地壳增厚.