张裂大陆边缘形成演化的数值模拟

本文在等黏态角落流模型的基础上,建立了上升离散地幔流场,将该流场作用于大陆岩石圈底部,能解释岩石圈减薄、裂解并最终形成海底扩张和张裂大陆边缘等一系列过程.数值模拟的结果表明,岩石圈在上升离散地幔流的作用下发生依赖于深度的伸展减薄,表现为不同深度的拉张因子不同,地表热流显著升高,热扰动引起的均衡调整造成地表沉降,同时热扰动造成岩石圈流变强度尤其是在变形中心处显著减小,脆性变形临界深度变浅,而韧性变形范围扩大.在上升离散地幔流的持续作用下最终导致大陆裂解,岩石圈地幔出露,形成海底扩张和张裂大陆边缘.     

南海西南海盆残余洋脊岩浆活动机制的热模拟研究

岩石地球化学资料表明,海底扩张停止后,南海深海盆仍然有残余岩浆活动.从地热学角度,依据浮力减压熔融机制,对南海西南海盆残留扩张中心不同黏性结构条件下的岩浆生成量、熔融持续时间和热演化过程等进行了模拟计算,并将计算结果与实测热流值、地震资料和岩石地球化学资料进行了对比分析.研究表明:南海深海盆海底扩张停止后,浮力减压熔融引起的亏损岩浆浮力对岩浆的生成有重要的控制作用,而残留岩浆浮力、热浮力和黏性剪切力对岩浆的生成影响很小.根据3种不同黏度条件下的熔融持续时间,可大致确定残余扩张中心下的岩浆活动期分别为5,12和15 Ma.在浮力减压熔融作用下,海盆之下会出现局部高温区,这可以解释地震探测到的西南海盆岩石圈中、上部存在的低速层现象.模拟得到的残余中脊不同黏性、温度和熔融比例等热物理条件下可能的岩性分布,为准确理解南海深海盆岩石地球化学资料提供了有力依据.     

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.     

地幔热导率的选取对动力学数值模拟的影响——以岩石圈张裂过程为例

目前存在有多种地幔热导率模型,不同模型在数值和随温压变化的特征上有明显的差异.为探究不同热导率模型对动力学数值模拟结果的影响,本文对不同模型下的岩石圈张裂过程进行模拟研究,探讨地幔热导率对岩石圈热传输、变形和熔融过程的影响及其作用机理.结果显示,不同热导率模型下,岩石圈的变形和熔融特征表现出明显差异.高热导率模型下,岩石圈破裂较晚,形成陆缘较为宽阔,地壳熔融强烈而地幔熔融较弱;低热导率模型下,岩石圈破裂较早,形成陆缘较为狭窄,地幔熔融强烈而地壳熔融较弱.这种差异源于不同地幔热导率下岩石圈和地幔热状态的变化及相应力学性质的改变.高热导率下,热传导的增温效应显著,岩石圈呈现较热的状态,其强度整体较低,壳幔耦合减弱;而低热导率下,热对流的增温效应显著,岩石圈呈较冷的状态,其强度整体较高,壳幔耦合增强.基于模拟结果,本文认为地幔热导率的选取对动力学模拟的结果有着较为显著的影响,相对于随温压的变化,热导率数值的差异对动力学数值模拟的结果影响更大,尤其是对于地幔熔融过程的影响.

     

90Ma以来热点与西南印度洋中脊的交互作用：海台与板内海山的形成

本文研究了西南印度洋底地幔热点．洋中脊交互作用与海台、海山形成的关系．先利用板块重构确定了西南印度洋区域中热点与洋中脊相对位置及海台、海山的形成年代,然后通过水深异常和艾里均衡模式计算了相应热点的岩浆熔融通量．计算结果显示,自90Ma以来,马里昂（Marion）热点的活动可分为三个阶段：与古罗德里格斯（Rodrigues）三联点相互作用阶段（90～73．6Ma）、与西南印度洋中脊相互作用阶段（73．6～42．7Ma）及板内火山活动阶段（42．7～0Ma）．这三个阶段分别对应于德尔卡诺隆起（Del Cano Rise）的东部、中部和西部区域洋底海台的形成．马里昂热点的活动强度和周期性明显受到了热点离洋中脊距离的影响．马里昂热点的活动周期约为25Ma,长过夏威夷和冰岛热点的活动周期（约15Ma）．     

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...     

南海东部海盆晚期扩张的构造地貌研究

东部海盆存在三组走向不同的北东向线性构造带, 它们分布于黄岩海山链南、北两侧约350 km宽的中央区内, 是张性基底断裂在海底的反映. 这三组构造带分别对应海盆三个扩张期: 磁条带异常6c~6a(24~21 Ma), 6a~5e(21~19 Ma)和 5e~5d(5c) (19~16 Ma). 东部海盆扩张方式具有不稳定性、分段性及不对称性的特点. 各扩张期内, 线性构造走向呈连续变化, 而各扩张期之间线性构造走向则均有3° ~5°跃变, 反映扩张方向存在渐变和突变的演化特点; 与扩张同期的北西向转换断层, 空间分布上呈由东向西逐步加密的特征, 各段间北东向线性构造走向变化较大, 反映扩张轴纵向延伸的分段性; 在21 Ma(磁异常6a)前后, 存在一次重要的海底扩张增速事件, 从早期的30.54 km/Ma增加到晚期的42.88 km/Ma, 对应基底断裂、沉积作用和火山活动等扩张特征的跃变; 扩张不对称率普遍东部大于西部, 扩张速率南侧明显大于北侧, 导致海盆扩张具有东宽西窄的特点及较强的不对称性.     

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.     

地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融问题的数值模拟

地幔柱是最可能形成大火成岩省的原因之一,同时地幔柱与岩石圈的相互作用也极大的影响着岩石圈的构造演化.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融相关的问题.利用开源程序Ellipsis3D,基于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和岩石流变本构关系,以及不同的熔融损耗关系,通过有限元数值方法模拟得到地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融程度的动态变化.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈相互作用的熔融相关过程分为三个阶段：地幔柱的初融阶段,地幔柱自身熔融占主导,减压熔融为主因;地幔柱与岩石圈的纵向作用阶段,岩石圈地幔开始熔融,地幔柱以减压熔融为主,岩石圈地幔以升温熔融为主;地幔柱的横向展平阶段,随着地幔柱的扩展岩石圈地幔熔融范围增加,以升温熔融为主,地幔柱自身熔融程度减小.最后基于数值模拟结果及现场资料对峨嵋山大火成岩省地幔柱的发展演化以及峨眉山大火成岩省的形成进行了讨论.

     

智利三联点南部含洋脊海洋板块俯冲过程的数值模拟

“三联点”是全球板块运动系统的重要组成部分.扩张的智利洋脊向南美板块俯冲形成了智利三联点,并造成了智利三联点以南数百千米范围内剧烈的地形变化.智利三联点区域的初始板块俯冲角度、洋脊扩张速率等因素的差异对南美板块岩石层热结构及地形起伏造成了显著影响.本文采用有限差分方法,构建了智利三联点区域洋脊俯冲的二维数值模型,模拟洋脊俯冲的动力学过程,探究扩张洋脊俯冲过程中的岩石层变形机制、地表热流的分布特征及其影响因素.结果表明,与俯冲速率相比,俯冲角度对地表热流的影响相对较大,较小俯冲角度（15°）情况下的计算热流分布与基于观测点的插值数据较为吻合,并且俯冲速率越大,上覆板块岩石层温度异常区的水平长度越大,其距海沟的距离最大可至190 km.我们的模拟结果支持智利三联点南部南极洲板块以低角度俯冲至南美大陆板块下方的观点.

     

南海礼乐盆地新生代构造热演化特征及其影响因素

为深入认识新生代礼乐盆地的热体制特征,利用耦合岩石圈变形、热演化和沉积过程的热力学数值模型,重建了8条骨干剖面的构造热演化史,并对主要构造单元的热体制进行了分析.结果表明：张裂阶段,热流总体上随时间增加,张裂结束时,海底热流一般介于70~80 mW·m^-2,基底浅埋区热流高于邻近凹陷区内热流;裂后阶段,非礁体发育区热流逐渐降低,现今海底热流一般介于65~70 mW·m^-2,局部区域热流因岩体侵位而有所增高,礁体发育区受到礁体与周围海水热交换的影响,海底热流降低或为负值,而基底热流可以达到70 mW·m^-2左右.进一步分析表明,礼乐盆地新生代热体制主要是在古近纪岩石圈强烈减薄基础上,叠加了晚期岩浆侵位、基底起伏、沉积过程以及海底地形等局部因素影响的结果,礁体发育区热体制还受到礁体与周围海水热交换的影响;盆地凹陷中心区生油门限深度一般介于2000~2500 mbsf,门限温度介于90~110℃;礁体发育区生油门限深度明显大于邻近的北1凹陷沉积中心区.

     

华南陆缘高热流区的壳幔温度结构与动力学背景

华南陆缘是我国重要的矿产、地热资源区.晚中生代以来,在太平洋板块西向俯冲,地幔热对流活动共同作用下,该区出现多期岩浆-热事件和大规模爆发式成矿作用.在前人研究基础上,本文利用地表热流观测资料、地震剪切波资料、重力位球谐系数,计算了壳-幔温度结构,分析了动力学背景.计算结果表明：华南陆缘东南沿海地带,地壳10 km以浅温度达200℃以上,居里点温度475℃,莫霍面平均温度550℃.地壳浅层较热,花岗岩中放射性元素衰变放热是地壳浅层地下水热活动的重要热源,但地壳总体温度不高,为"冷壳热幔"型热结构.地幔中,90 km深度,温度950~1250℃;120 km深度,温度1050~1400℃;150 km深度,温度1200~1450℃;220 km深度,温度1500~1700℃."热"岩石圈底界深度在110~150 km之间,西深东浅.岩石圈内,地幔应力场为挤压-伸展相间格局;岩石圈之下,地幔应力场为一个以南昌为中心、长轴NE-SW向的椭圆.分析认为,晚中生代以来,太平洋板块的西向俯冲,导致华南陆缘在区域性SE向地幔对流背景上叠加局域性不稳定热扰动,在175~85Ma期间,上地幔物质向上流动,形成不同的岩浆活动高峰期.同时,岩石圈地幔受俯冲洋壳流体的影响,含水量高,黏度小,在地幔流切向应力场作用下,岩石圈底界由西向东"波浪"状减薄.现今岩石圈之下仍具备地幔小尺度热对流温度条件,但除地表浅层外,地壳整体温度不高,岩石圈构造稳定.     

Geodynamic characteristics of tectonic extension in the northern margin of South China Sea

Based on the geothermal and gravitation methods, this paper investigated the rheological and thermal structure of the lithosphere under the northern margin of South China Sea. The result shows that the temperature of the upper crust is 150–300°C lower than that of the lower crust, and the viscous coefficient of the upper crust is 2–3 orders of magnitude larger than that of the lower crust. It reveals that the upper crust is characterized by brittle deformation while the lower crust by ductile deformation. A channel of lower-viscosity should be formed between the upper and lower crust when the lithosphere is scattered and spreads out toward ocean from northwest to southeast along the northern margin of South China Sea. And, a brittle deformation takes place in the upper part of the lithosphere while a ductile deformation takes place in the lower part of the lithosphere due to different viscous coefficients and temperature. The layered deformation leads the faulted blocks to rotate along the faulting and the marginal grabens to appear in the northern margin of South China Sea in Cenozoic tectonic expansion.     

南海共轭大陆边缘构造属性的综合地球物理研究

利用南海最新的重磁资料,在岩石物性分析和全海域分带变倾角化极磁异常反演磁性基底分布的基础上,选择6条典型剖面拟合反演其密度与磁性结构,在此基础上进行了深部结构的对比分析.反演中尽可能以海底地震仪探测数据(OBS)、多道地震等结果作为约束,其中FF'剖面层速度分析是利用“南海大陆边缘动力学及油气资源潜力”973项目200...     

Numerical study on the summer upwelling system in the northern continental shelf of the South China Sea

A three-dimensional baroclinic nonlinear numerical model is employed to investigate the summer upwelling in the northern continental shelf of the South China Sea (NCSCS) and the mechanisms of the local winds inducing the coastal upwelling, associated with the QuikSCAT wind data. First, the persistent signals of the summer upwelling are illustrated by the climatological the Advanced Very High-Resolution Radiometer (AVHRR) Sea Surface Temperature (SST) image over 1985–2006 and field observations in 2006 summer. Then, after the successful simulation of the summer upwelling in the NCSCS, four numerical experiments are conducted to explore the different effects of local winds, including the wind stress and wind stress curl, on the coastal upwelling in two typical strong summer upwelling regions of the NCSCS. The modeled results indicate that the summer upwelling is a seasonal common phenomenon during June–September in the NCSCS with the spatial extent of a basin-scale. Typical continental shelf upwelling characteristics are clearly shown in the coastal surface and subsurface water, such as low temperature, high salinity and high potential density in the east of the Hainan Island, the east of the Leizhou Peninsula and the southeast of the Zhanjiang Bay (noted as the Qiongdong-QD), and the inshore areas from the Shantou Coast to the Nanri Islands of the Fujian Coast (noted as the Yuedong-YD). The analysis of the QuikSCAT wind data and modeled upwelling index suggests that the local winds play significant roles in causing the coastal upwelling, but the alongshore wind stress and wind stress curl have different contributions to the upwelling in the Qiongdong (QDU) and the coastal upwelling in the Yuedong (YDU), respectively. Furthermore, model results from the numerical experiments show that in the YD the stable alongshore wind stress is a very important dynamic factor to induce the coastal upwelling but the wind stress curl has little contribution and even unfavorable to the YDU. However, in the QD the coastal upwelling is strongly linked to the local wind stress curl. It is also found that not only the offshore Ekman transport driven by the alongshore wind stress, the wind stress curl-induced Ekman pumping also plays a crucial effect on the QDU. Generally, the wind stress curl even has more contributions to the QDU than the alongshore wind stress.     

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.     

根据深反射地震资料识别南海北部洋陆过渡带

洋陆过渡带是被动大陆边缘的重要特征,对于理解大陆岩石圈破裂,随后的海底扩张及被动大陆边缘的形成与演化至关重要.前人通过重磁、地震等地球物理资料对南海北部洋陆过渡带进行过一些研究,但不同学者利用不同资料所确定的洋陆过渡带位置存在较大差异.本文基于高品质深反射地震剖面对南海北部洋陆过渡带进行重新解释,根据莫霍面快速抬升、地壳急剧减薄特征确定洋陆过渡带的分布范围.结果表明,南海北部洋陆过渡带位于大陆边缘减薄陆壳与正常洋壳之间,是受岩浆活动改造了的厚度急剧减薄的地壳,洋陆过渡带地壳深部发生岩浆侵入.减薄陆壳莫霍面平均埋深为21.9 km,地壳平均厚度约20.2 km;正常洋壳莫霍面平均埋深为12.0 km,地壳平均厚度为8.1 km,洋陆过渡带莫霍面埋深和地壳厚度急剧变化,其宽度大致介于46~99 km之间.南海北部磁异常条带和自由空间重力异常分布,验证了本文确定的洋陆过渡带范围的合理性.综合分析认为,南海北部洋陆过渡带的特征介于典型火山型与非火山型之间.

     

Numerical modeling of the development of southeastern Red Sea continental margin

The Red Sea continental margin (RSCM) corresponds to a wide hinge zone between Red Sea and Arabian plate. This margin has been studied through geological and geophysical observations primarily in regard to the evolution of Red Sea rift. This margin is characterized by occurrence of thin sediments, significant onshore uplift, tectonic subsidence of the offshore sedimentary basin, active faulting and seismicity. Studies indicate that sedimentary sequences of the margin are deformed by faults and folds resulti...     

南海中北部地壳深部结构探测新进展

2006年8～10月间．国家海洋局第二海洋研究所使用德国SEDIS型三分量海底地震仪以气枪为震源在南海中北部开展了广角地震反射／折射勘测．这是我国大陆科研单位第一次自主开展长距离多剖面的海底地震仪人工地震探测。勘测线共三条。总长达1176．8km．工区最大水深4137m．共投放48台次,回收成功率95-8％。所获得的数据质量良好,深部信息丰富．可直观地分辨出照、Pn、PmP等震相,为南海中北部深部地壳结构、洋壳与陆壳分界和西北、西南次海盆的形成演化研究提供了重要的依据。