南海海岛海山的重磁响应特征

南海的海岛、海山等地貌单元的地球物理研究对于南海成因、海岛利用、资源问题和我国海防建设均具有重要意义.过去我国的南海海洋实际测量资料覆盖面小,且多数为测线调查,海底地形测量精度和重磁等测量精度较低,因此,一直无法得到精度较高的研究成果.本文利用半个多世纪我国在南海历年的多波束、重力、磁力等船载海洋实际地球物理调查资料,加上少数卫星、航空测量成果,得到能够覆盖南海全部海域的多波束、重力、磁力实际测量的地球物理基础数据.追溯南海周边的地磁台站与当年调查时间匹配的日变数据,重新校正历年磁力测量成果,并利用"十一五"863国家海洋高科技计划的处理、拼合技术,获得了南海海底地形、重力、磁力三方互为印证的可靠地球物理成果,为海岛海山的地球物理研究奠定基础.研究发现,南海海岛海山按其地球物理性质并结合现有的岩石物性资料,可以分为三大类:1)南海大部分海岛海山为空间重力异常值高、正磁力ΔZ⊥异常值也高的高密度高磁性的双高海山,以基性喷出岩(玄武岩)为主;2)空间重力异常值高、磁力ΔZ⊥异常值低的海山,以花岗岩、变质岩为主;3)空间重力异常值高、部分磁力ΔZ⊥异常值高部分低的海山,可能是花岗岩、变质岩海山的部分区域出现火山喷发形成的. 海山的分布有规律,与南海的成因与南海块体的分异状态有关.     

南海磁场特征研究

建立客观的磁力ΔT异常,获得可信的磁力ΔZ_⊥异常、居里面成果, 在此基础上开展综合地质地球物理研究,对于解决南海资源等相关的地质、地球物理问题意义重大.本文汇集我国历年在南海取得的磁力实测资料,重新处理、校正、整合,特别是追溯南海周边的国际地磁台的日变资料进行日变改正,形成的南海磁力ΔT异常,其资料品质得到了极大提高.采用全磁纬变倾角化极技术,获得磁力ΔZ_⊥异常,其与实测证实的磁性海山、海岛有非常好的匹配关系,建立起可以直接用于反演处理解释的南海磁力ΔZ_⊥异常.选择磁力ΔZ_⊥异常的小波多尺度分解四阶逼近,采用单一磁性界面反演技术进行深度反演,获得居里面又称磁性底界面.建立了认识、解释南海的磁场基础体系,证实了南海基性岩浆岩分布区与磁力ΔZ_⊥异常的正磁异常高密切相关,区域性的磁力ΔZ_⊥异常负磁异常区可能与居里面深度相关.     

南海北部盆地基底岩性地震-重磁响应特征与识别

针对性选取东南沿海露头剖面18条,采集245件南海盆地基底可能出现的岩性样品,测定其密度和磁化率,建立各种岩性的密度-磁化率交会图版,以此约束过井地震剖面和重磁异常的地质解释,总结出南海北部盆地基底火山岩、侵入岩、变质岩和沉积岩4大类11亚类岩性的地震-重磁响应特征.应用重磁震-岩性解释模型逐一对南海盆地北部主干剖面进行地质-地球物理综合解释,从而实现了盆地基底岩性的平面填图.这种从盆缘剖面到盆地内部、从岩石物性测量到地质-地球物理综合解释的方法,在资料获取难度大、地质条件复杂的南海盆地基底地质研究中,业已证明是行之有效的,相信在其他盆地研究中也会有借鉴意义.     

融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据, 利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron, MLP)建立南海海域(108°E—121°E, 6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先, 将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据, 将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据, 训练MLP神经网络模型, 训练结束时决定系数R²为99%, 平均绝对误差MAE为39.33 m.然后, 将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中, 可得格网正中心点处的预测海深值.最后, 根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比, 其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时, 为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度, 本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得: MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度, 更能反应海底地形的变化趋势.

     

四川盆地—大巴山结合带地壳构造特征:深反射地震约束的重磁解释

大巴山位于四川盆地北部、秦岭南缘,以发育大规模的中生代逆冲推覆构造为世人瞩目,其地壳尺度结构与构造特征对于理解扬子克拉通和华北克拉通的碰撞过程有重要意义.本文基于深反射地震剖面和宽角反射与折射地震数据的约束,结合地质与钻井资料,通过重磁场分析拟合解释,对四川盆地北部—大巴山地壳尺度的构造进行综合研究,建立了地壳断面结构与构造模型.模型显示,四川盆地北部基底和沉积盖层变形差异较大,且上下地壳具有解耦性,上地壳向北延伸至紫阳断裂一带;而下地壳与上地壳拆离,向北延伸远至安康断裂一带.研究区莫霍面起伏较大,自南向北先加深后抬升,在大巴山下出现Moho的构造叠置,这种现象源于大陆地块(扬子克拉通)下地壳向大巴山—秦岭造山带下的俯冲.类似的现象也出现在西昆仑山下,即塔里木盆地下地壳向西昆仑山下俯冲,俯冲板片前缘出现Moho的叠置.     

菲律宾海板块与南海协同构造演化探讨

菲律宾海板块(Philippine Sea Plate,PSP)与南海(South China Sea,SCS)处于欧亚板块、太平洋板块和澳大利亚板块的交汇区域,其构造演化对东南亚、西太平洋乃至全球板块构造重建具有重要意义.虽然PSP和SCS的构造演化模型已经分别建立,但二者之间的协同演化关系还不明确.本文综述了PSP和SCS的古地磁数据、海底磁异常条带资料,并结合地震层析成像以及其他地质结果的约束,对二者的演化关系进行了探讨.PSP四国盆地与SCS在渐新世开始时,受控于统一的地球动力学系统,两者具有地质意义上的亲缘性.早中新世,澳大利亚板块与东南亚地块碰撞,致使PSP发生旋转,四国盆地开始与SCS发生分离,并逐渐向北运动和顺时针旋转,直至演化至现今位置.本文最后提出了这种协同构造演化模式有待解决的问题以及未来的研究展望.

     

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.     

南海重磁异常特征及火成岩分布(英文)

南海火成岩油气藏具有广阔的勘探前景,综合利用地球物理方法圈划与识别火成岩体、研究火成岩分布是火成岩油气藏研究的基础。针对南海重磁场特征,采用低纬度、变倾角化极技术进行了磁异常化极处理,利用优选延拓方法实现重磁异常分离并提取南海海域浅部火成岩重磁异常信息,利用磁异常三维相关成像给出南海火成岩的三维空间等效分布,在重磁梯度突出局部异常边界信息的基础上,通过梯度加权的重磁相关分析勾画不同类型火成岩的平面展布,火成岩的分布特征显示出受地壳深部结构及断裂构造的控制与影响。     

南海北部磁异常特征及对前新生代构造的指示

为了研究南海北部前新生代构造,利用新近的船载磁力测量数据,对磁异常进行变纬度化极,并反演计算视磁化强度和磁源重力异常,以及对三条OBS剖面进行重磁拟合.结果认为东沙隆起高磁异常带是浙闽沿海火山岩带向西的延续,其间被NW向古老的转换边界断裂F10错断;NE向的F2断裂是高磁异常带的南界,并限制了底侵活动的北界;F3断裂在拉伸减薄前是一个薄弱带,两侧深部热状态存在差异,极有可能是晚中生代古俯冲缝合带位置.磁静区在F2和F3断裂之间的磁性层磁性减弱,主要原因是底侵活动引起的热蚀变作用影响;而在F3断裂南侧磁性层磁性较强且较为破碎,斜磁化下磁异常正负相互压制是该区形成弱正磁异常的主要原因,该区磁性层的独特特征也可能反映了"古洋壳"的存在.     

南海重力异常的沉积层密度改正及其对区域构造特征分析的意义

南海位于太平洋板块、印澳板块和欧亚板块交汇处,自晚中生代以来历经张裂作用、海底扩张以及印藏碰撞、菲律宾海板块西向运动等构造事件的叠加改造,不仅形成了复杂多样的构造格局,而且堆积了厚薄不均的沉积层.为了考察沉积层密度改正对利用重力资料分析南海不同尺度构造特征的影响,本文利用南海各区域不同深度沉积层的地震波速度及钻孔密度等数据,建立了沉积层与沉积基底密度差随深度变化的二次函数关系式,并基于该关系式,计算了南海沉积层相对基底密度低而产生的重力异常值.结果显示,南海沉积层的重力异常值在海盆区介于-40~-60 mGal,而在堆积巨厚沉积物的莺歌海盆地可达到-135 mGal;相对于空间重力异常、布格重力异常,经沉积层重力异常改正后的地壳布格重力异常更能突出深部不同尺度的密度结构和莫霍面的起伏特征,其总水平导数模更突显了南海西北部红河断裂带的海上延伸;利用谱分析技术估算岩石圈强度时,经沉积层重力异常改正的地壳布格重力异常数据获得的岩石圈有效弹性厚度值更为符合地质实际,特别是在长条形的巨厚沉积区如莺歌海盆地和马来盆地.分析表明,重力异常的沉积层密度改正对揭示南海构造特征具有重要的意义.

     

华南及南海北部地区瑞利面波层析成像

基于华南及周边地区106个宽频带地震台站多年记录的MS≥5.0中浅源地震事件, 开展瑞利面波层析成像和速度结构特征研究, 获得了华南大陆及南海北部地区10~100 s瑞利波群速度分布图像和典型剖面下方地壳上地幔速度结构, 为理解该地区构造演化和深部过程提供约束.考虑到实际地震射线的覆盖情况以及华南地区主要构造的主体展布特征, 本文同时采用传统的规则网格剖分和平行主要构造走向的非规则网格剖分方法, 分别进行分格频散反演, 开展了不同参数化方案对反演结果影响的对比分析研究.基于瑞利面波层析成像结果, 进行了典型剖面横波速度结构反演, 重建了华南地区由内陆至南海海域主要构造单元的壳幔横波速度结构.研究结果表明, 扬子和华夏块体地壳上地幔结构特征差异显著, 扬子块体地壳和岩石圈厚度均大于华夏地块, 且扬子块体上地幔顶部速度较华夏块体低, 岩石圈厚度在雪峰山造山带下方发生过渡和转换;南海北部陆缘和南海海盆上地幔速度较高且形态相对完整, 表现为非火山型大陆边缘和已停止扩张海盆的壳幔结构特征.     

南海地震与海啸

地震海啸的形成要具备3个条件:一是有深海盆地,可以容纳巨量海水;二是海底地形隆起与拗陷反差强烈;三是存在倾滑型活断层,可发生6级以上倾滑型的地震。查南海及其周边地形地貌,北西南三面都有宽阔的大陆架,中部又是平坦的深海平原,都不具备发生地震海啸的条件,惟独东侧马尼拉海沟才具备产生地震海啸的条件。南海地壳属于大洋型地壳与大陆型地壳之间的过度类型。其断裂构造非常发育,不同地段具有明显差异。北部为拉张型,南部为挤压型,西部为剪切型,东部为俯冲型,中部是扩张型。按断裂展布方向可分为NE向、NW向、EW向、SN向4组;按断裂切割深度,可分为岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂。这些断裂多数为活动断裂,而东缘俯冲型断裂又是发震断裂。从地震分布、震源机制解分析,南海北、西、南以及中部都不具备引发地震海啸的条件,只有台南—菲律宾地震带东西两侧的贝尼奥夫带发生的倾滑型或具倾滑分量的走滑型6级以上地震,才有可能引发海啸,并可能对南海及我国东南沿海诸省以及港澳地区产生影响。