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.     

南海大陆边缘动力学:科学实验与研究进展

国家重点基础研究发展计划(973)项目(2007CB411700)首次在南海南部大陆边缘及西南次海盆开展长排列大震源多道地震、海底地震仪(OBS)折射/反射地震等的综合地球物理探测,结合地质构造、地球化学、动力模拟等的综合研究,形成如下重要认识:南海海盆新生代发生了早、晚两期海底扩张.早期扩张发生于33.5～25 Ma...     

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.     

由高密度磁异常测量数据分析南海海盆的扩张年龄与扩张模式

南海是西太平洋最大的边缘海,地处欧亚板块、太平洋板块和印度洋板块的交汇处.过去通过磁异常条带对比分析南海扩张年龄的研究很多,但是所依赖的资料有限.本文对南海海盆高密度大批量磁异常测量数据进行了系统分析,实现了平面2D磁异常数据的带通滤波处理,消除了短波长噪音和由深部下地壳和上地幔顶部磁源体引起的长波长背景信息,因此突出了海底扩张所引起的磁异常条带.利用CK95地磁倒转模型和Talwani磁异常正演方法,对南海东部和西南次海盆内的重点磁异常测线进行了正演分析.通过对不同测线之间、不同海盆之间以及同一条测线中的正演磁异常与实测磁异常之间进行对比分析,进一步验证了南海东部次海盆的扩张年龄为32～16.5 Ma;西南次海盆可能的扩张年龄仍具有较大不确定性,可能为42～33 Ma或者24～16 Ma.不同的时间模型所依赖的扩张速率的变化情况不同,全扩张速率随时间变化明显,但主要在40～80 km/Ma之间.单纯根据目前的磁异常资料很难确定西南次海盆与东部次海盆之间的扩张次序.单期次扩张模式很难解释中南断裂两侧的构造物理差异,这种差异可能主要受控于其基底岩石成分、岩石磁化率、岩浆活动、扩张速率以及深部物质冷却磁化的影响,基底深度的变化也对观测磁异常的强度有所影响.相对地,大部分扩张后玄武岩海山的存在对观测的磁异常的影响不明显,针对目前磁异常解释中不可避免的多解性问题,需要运用其他不同的手段和方法,譬如大洋钻探和深拖高分辨率磁异常测量等,来实现对南海不同次海盆扩张年龄的精确估计.我们目前的工作是通向对深拖高分辨率磁异常、船测和航测磁异常、以及卫星磁异常综合解释的第一步.     

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.     

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.     

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...     

南海西北次海盆的磁条带重追踪及洋中脊分段性

由于缺少有效钻孔资料,对于南海扩张的时间一直存在较大的疑问.在南海三大海盆中,西北次海盆面积最小、磁条带特征不明显,因此对其扩张年代的争议最大.最新采集的高密度(小于10 km测线间距)船测地磁资料清晰地显示了西北次海盆磁条带的存在.在OBS和多道地震资料的约束下,利用船测地磁资料,本文对西北次海盆的地壳年龄进行了重追踪.根据定量的比较,西北次海盆的主体扩张始于35.8 Ma(C16n,2n),在34.7 Ma(C15)时其西南部开始扩张,扩张最终同时终止于33.2 Ma(C13n),整体的全扩张速率在40~50 mm/a之间.这表明南海的扩张可能首先起源于西北次海盆,在其结束扩张后,东部次海盆才开始打开(约30 Ma).得益于数据精度和密度的提高,利用化极后的磁力异常以及反演的磁化强度可以对西北次海盆进行二级中脊段的划分.我们共划分出六个中脊段和一个明确的转换断层.中脊的分段性与OBS反演的地壳厚度的变化相一致.转换断层东侧,中脊主体分为四个中脊段,每个中脊段长度均在30 km左右.转换断层西侧,存在一个长约50 km的中脊段和一个不确切的中脊段.中脊段上磁化强度的变化幅值和中脊段长度在整体上成正比.每个中脊段中央的磁化强度弱于中脊段两端的磁化强度,这与扩张速率相近的大西洋中脊的磁化强度特征一致.     

Morpho-tectonic study on late-stage spreading of the Eastern Subbasin of South China Sea

Three NE-trending linear structural zones with different strikes are present in the Eastern Subbasin of the South China Sea. They are distributed in the 350-km-wide central region of both sides of the Scarborough seamount chain, representing a morphological indication of the basement faulting. These three zones correspond respectively to three spreading episodes: the magnetic anomalies 6c -6a (24-21 Ma), 6a - 5e (21 - 19 Ma) and 5e - 5d (5c) (19 - 16 Ma). Instability, subsection and asymmetry characterize the seafloor spreading of the subbasin. The spreading directions change in a continuous way in each of the zones, but abrupt changes by 3°-5° occur when crossing the boundary between the zones, reflecting that the spreading direction has evolutionary characteristics of both gradual and sudden changes. NW-trending transform faults of the spreading become progressively densely distributed from the east to the west, cutting the NE-trending zones into several segments, between which the strikes of the NE-trending zones have marked changes. Such features indicate that the spreading axis is associated with subsection along the strike. Around 21 Ma (magnetic anomaly 6a), there was an important event of spreading acceleration, with the full rate rapidly increasing from 30.54 km/Ma to 42.88 km/Ma. This rate increment event corresponds to the sudden changes in the spreading characteristics of basement faulting, sedimentation, volcano activities, etc. The asymmetry of spreading over the eastern part of the Eastern Subbasin is generally larger than that over the western part, and the spreading rate is markedly larger on the southern side than on the northern side. As a result, the oceanic basin is wide in the east and narrow in the west, forming a significantly asymmetric pattern.     

Magnetic anomalies in the Shikoku Basin: a new interpretation

Kaiko surveys over the Nankai Trough made available new magnetic and structural data for the northern Shikoku Basin. A survey of the oceanic lithosphere subducting below Southwest Japan along the central Nankai Trough revealed the existence of several north-south basement troughs. They are probably transform faults related to a north-south spreading system. We examine the possibility of a late phase of north-south spreading limited to the axial northernmost Shikoku Basin, active between 14 and 12 Ma. If this system was already active before that time, i.e. during the N55° opening of the southeastern basin, then a triple junction should be found between both areas.Based on these data and previous studies we present a new interpretation of magnetic anomalies over the whole basin. From early east-west rifting to late north-south spreading, opening of the Shikoku Basin proceeded through multiple episodes of spreading. The analysis of magnetic anomalies constrains the kinematic evolution of the basin through time and space. Two successive counter-clockwise rotations of the spreading direction are postulated, at anomaly 6 (19 Ma) and at anomaly 5B (14 Ma), involving segmentation and rotation of the spreading ridge.     

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...     

南海南部陆缘构造变形特征及伸展作用:来自两条973多道地震测线的证据

973项目“南海大陆边缘动力学与油气资源潜力”在南海南部陆缘采集了两条多道地震剖面,其中NH973-1测线始于南海西南次海盆,横跨了整个南沙地区,至于婆罗洲西北侧,NH973-2测线位于礼乐滩东侧.对地震剖面的解释共划分出7个层序界面,地层可以划分为5个构造沉积单元.根据地震解释对不同时期断层的水平断距进行了测量及分析...     

南海西北次海盆的磁条带重追踪及洋中脊分段性

由于缺少有效钻孔资料,对于南海扩张的时间一直存在较大的疑问.在南海三大海盆中,西北次海盆面积最小、磁条带特征不明显,因此对其扩张年代的争议最大.最新采集的高密度(小于10 km测线间距)船测地磁资料清晰地显示了西北次海盆磁条带的存在.在OBS和多道地震资料的约束下,利用船测地磁资料,本文对西北次海盆的地壳年龄进行了重追踪.根据定量的比较,西北次海盆的主体扩张始于35.8 Ma(C16n,2n),在34.7 Ma(C15)时其西南部开始扩张,扩张最终同时终止于33.2 Ma(C13n),整体的全扩张速率在40~50 mm/a之间.这表明南海的扩张可能首先起源于西北次海盆,在其结束扩张后,东部次海盆才开始打开(约30 Ma).得益于数据精度和密度的提高,利用化极后的磁力异常以及反演的磁化强度可以对西北次海盆进行二级中脊段的划分.我们共划分出六个中脊段和一个明确的转换断层.中脊的分段性与OBS反演的地壳厚度的变化相一致.转换断层东侧,中脊主体分为四个中脊段,每个中脊段长度均在30 km左右.转换断层西侧,存在一个长约50 km的中脊段和一个不确切的中脊段.中脊段上磁化强度的变化幅值和中脊段长度在整体上成正比.每个中脊段中央的磁化强度弱于中脊段两端的磁化强度,这与扩张速率相近的大西洋中脊的磁化强度特征一致.     

Plate kinematics: The Americas,East Africa,and the rest of the world

Euler vectors (relative angular velocity vectors) have been determined for twelve major plates by global inversion of carefully selected sea-floor spreading rates, transform fault trends, and earthquake slip vectors. The rate information comes from marine magnetic anomalies less than 5 m.y. old, so the motions are valid for post-Miocene times. Plate motions in a mean hotspot frame of reference have also been determined, and statistical confidence limits for all the Euler vectors estimated. Among the consequences of the global motion model is the conclusion that fast-spreading ridges (separation rates greater than 3 cm/yr) have plate motion nearly perpendicular to the strike of the ridge and magnetic anomalies. Four more slowly separating ridges have an average obliquity of spreading of almost 20°.For several plate boundaries, results that differ from previous studies are in agreement with geological evidence. The North and South American plates converge slowly about a pole east of the Antilles and near the Mid-Atlantic Ridge. The results for Africa versus Somalia imply slow east-west extension on the East African Rift Valleys. The pole for motion of Eurasia relative to North America is located near Sakhalin, in accordance with evidence from Siberia and Sakhalin.     

The single largest oceanic plateau: Ontong Java–Manihiki–Hikurangi

Oceanic plateaus are mafic igneous provinces commonly thought to derive from ascending mantle plumes. By far the largest, the Ontong Java Plateau (OJP) was emplaced ca. 120 Ma, with a much smaller magmatic pulse of ca. 90 Ma. Of similar age and composition, the Manihiki and Hikurangi Plateaus (MP and HP) are separated from the OJP by ocean basins formed during the Cretaceous long normal magnetic period. I present new seafloor fabric data that indicate the three plateaus formed as one (OJMHP). The data support previous interpretations that the Osbourn Trough is the relict of the spreading center that separated the MP and HP but they require a different interpretation than prevailing tectonic models for the Ellice Basin. Closely spaced, large offset, fracture zones in the Ellice Basin bound former right-stepping spreading segments that separated the OJP and MP. The MP was emplaced near the axis of the Pacific–Phoenix ridge and additional plateau fragments formerly bordered its eastern margins. Following OJMHP break-up, seafloor spreading removed these fragments to the east and SSE, together with the symmetric conjugates to the extant Phoenix magnetic lineations.