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.     

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.     

南海西南次海盆岩石圈结构及其地质意义

南海地区岩石圈资料稀少,阻碍了其形成演化过程的研究.为此,本次研究结合大地热流、空间重力异常、高程、大地水准面和地震数据,在南海西南次海盆反演了两条2.5维岩石圈剖面.本次计算基于三种假设：岩石圈地幔的密度取决于岩石温度;研究区岩石圈处于热稳定状态;研究区处于重力均衡状态.在剖面A-E中,岩石圈底界面从珠江口盆地的105 km迅速抬升到西沙海槽处的50 km,在西沙海槽、西沙-中沙群岛和西南次海盆变化不大,为50~60 km.在剖面F-I中,岩石圈底界面从西沙群岛-中建地块处的88 km向海盆逐渐抬升,在西南次海盆处为46~50 km,到郑和隆起再逐渐变深至64 km.我们比较了西南次海盆岩石圈的冷却模型和热稳定模型,根据冷却模型由水深和热流数据所推断的西南次海盆年龄比实际年龄差很多,说明冷却模型不适用于西南次海盆.通过对比剖面A-E和剖面F-I,说明了剖面A-E经历了更长时间的拉伸,证明南海西南次海盆在形成演化过程中是从北东向南西逐步打开的渐进式扩张.最后,我们综合分析西南次海盆及其大陆边缘的岩石圈结构、减薄陆壳区范围、碳酸盐台地的分布、下地壳韧性流动、流变结构和沉积层特征等多方面资料,认为西南次海盆在形成演化过程中岩石圈地幔首先破裂而地壳后破裂,属于type Ⅱ型非火山型大陆边缘.

     

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...     

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.     

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.     

南海东北部973剖面BSR及其热流特征

对南海东北部973项目采集的地震测线进行了处理,阐明了恒春海脊处天然气水合物似海底反射（BSR）的特征.不同类型剖面的分析表明,单道地震剖面可以揭示南海东北部地区BSR一定的分布,但地震处理对揭示BSR分布全貌起重要作用.南海东北部的BSR具有世界大陆边缘BSR典型的特征,切穿了沉积层理反射,与海底起伏大体平行,为一强振幅的负极性反射.该BSR特征明显,意味着南海东北部地区存在含天然气水合物沉积.利用甲烷水合物与多组分天然气水合物相平衡曲线,计算了稳定带底界的埋深,并与BSR深度进行了对比分析.无论是甲烷水合物稳定带底界还是多组分天然气水合物稳定带的底界,单一地温梯度计算的结果不可能与BSR深度在整个剖面上对应.可知本区横向上地温梯度变化较大.利用BSR资料估算了地温梯度并求得热流值.计算表明,地温梯度与热流值由西向东,随着离海沟距离的增大、离岛弧距离的减小而减小.BSR计算得到的热流值为28～64 mW/m2,与台湾西南实测热流值的结果基本可以对比.     

南海北部洋陆转换带盆地发育动力学机制

南海北部洋陆转换带是近年来基础科学研究和深水油气勘探热点地区.本文在详细研究南海北部洋陆转换带新采集的二维长电缆深反射地震剖面资料的基础上,采用挠曲悬臂梁模型和挠曲回剥模型算法,分别计算了上地壳、地壳和整个岩石圈拉伸系数,实验结果表明,研究区洋陆转换带盆地岩石圈发生了与深度相关的拉伸变形过程,并且随深度增加,拉伸量逐渐变大,该结果解释了南海北部盆地裂后阶段发生的加速沉降现象.同时,本文结合南海北部洋陆转换带盆地发育过程的特点,将洋陆转换带盆地演化划分为陆内裂陷阶段、裂后热沉降阶段和裂后加速沉降阶段.本研究将有助于认识南海北部深水盆地特征,并对大陆边缘动力学研究和陆缘盆地深水区油气勘探有重要意义.     

利用地震海洋学方法估算南海中尺度涡的地转流速

中尺度涡是重要的海洋学现象,它在很大程度上影响着海洋内部的能量传递过程.由于传统海洋学观测手段的固有局限性,一直以来对中尺度涡观测和研究的程度都比较低.地震海洋学的诞生和发展为海洋学观测提供了一个全新的手段.对南海的历史地震数据重新处理后,我们首次在本研究海域的地震剖面上看到了透镜状结构.它位于南海西南次海盆(~113.6°E,11.4°N),中心深度约为450 m,中心厚度约为300 m,半径约为55~65 km,具有典型的中尺度涡特征,综合解释为反气旋.我们利用地震海洋学方法估算了地转剪切,结合来自于卫星高度数据的海表面地转流速度进一步得到了绝对流速的垂向剖面.结果显示,流速的最大值约为0.7 m/s,出现在400~450 m处,对应于涡旋的中心深度;西北部分为正,东南部分为负,整体呈现出顺时针的转动方向,说明了它是一个反气旋结构.     

The magmatic activity mechanism of the fossil spreading center in the Southwest sub-basin,South China Sea

Petrogeochemical data indicate that after the end of seafloor spreading,residual magmatic activity still exists in the deep basin of the South China Sea.By using different viscous structure models beneath the fossil spreading center of the Southwest sub-basin we simulated the amount of melt produced,the length of the melting period,and the thermal evolution process in terms of geothermics and the buoyant decompression melting mechanism.We compared the results of our model with observed heat flow,seismic,and petrogeochemistry data.The results show that depletion buoyancy induced by buoyant decompression melting plays an important role in the melting process,while retention buoyancy,thermal buoyancy,and viscous shear force have only a weak influence on the melting process.From the length of the melting period,we determined that for the three viscous structures models the magmatic activity lasted about 5,12,and 15 Ma.Under the effect of buoyant depression melting,local high-temperature areas will develop under the basin,which can explain the low-velocity layer detected by seismic exploration in the middle and upper lithosphere of the Southwest sub-basin.We also simulated the possible lithology distribution beneath the fossil spreading center with the physical conditions of different viscous structure,different temperature structure,and different melting fraction,which provided a greater understanding of the rock petrogeochemical data of the deep sea basin in the South China Sea.     

南海北部陆坡深水区的海底原位热流测量

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐海域成功获得了16个站位的热流值.测量结果表明,西沙海槽与白云凹陷都具有较高的热流值,西沙海槽区除1个站位结果不可信外,另2个站位所测海底表层地温梯度分别为105.3 和99.9℃·km-1,原位热流分别为89±1和87±1 mW·m-2;白云凹陷中部区域13个站位测得表层地温梯度变化于58.5~100.7 ℃·km-1,热流值除4个站位低于70 mW·m-2外,其余都变化于75±2~101±4 mW·m-2范围,比前人在白云凹陷东部获得的热流高.分析认为,西沙海槽和白云凹陷区域的高地热特征与陆坡深水区的高热背景、晚期断裂发育、底辟、岩浆侵入和热流体活动等有关.     

南海北部海底热流测量及分析

广州海洋地质调查局用德国产的微型温度传感器和自行研制的重力取样器组装成海底热流探针,并用该设备在中国南海北部开展了海底热流测量,这是国内首次独立开展此项工作,也是我国海洋地质和地球物理调查技术方法的新尝试.通过实测数据分析以及与1985年中美合作获得的西沙海域地热流测量剖面数据对比,表明测量数据可靠并具有良好的一致性.此项工作的成功,将有助于地热流测量工作的深入开展,进而提高我国海底天然气水合物的勘探和海洋地质基础研究的水平.     

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.     

张裂型盆地地热参数的垂向变化与琼东南盆地热流分布特征

海洋热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.为深入认识琼东南盆地的地热特征,本文首先利用耦合沉积作用与岩石圈张裂过程的数值模型分析了张裂型盆地主要地热参数的垂向变化特征;并通过钻孔资料的详细分析,获得了琼东南盆地44口钻孔的热流数据;结合海底地热探针获取的热流数据,对琼东南盆地地热特征及其主要影响因素进行了简要分析.结果表明:沉积作用的热披覆效应对表层热流有较明显的抑制作用,由于沉积物生热效应与披覆效应的共同作用,同一钻孔处海底表层热流与钻孔深度3000~4000 m处热流或与海底间的平均热流差异很小,可以一起用于分析琼东南盆地的热流分布特征;莺歌海组、乐东组热导率随深度变化小于黄流组及其下地层热导率的变化,钻孔沉积层平均热导率约为1.7 W·(m·K)-1,钻孔地层生热率一般低于2.5 μW·m-3,平均生热率为1.34 μW·m-3,平均地温梯度主要介于30~45 ℃/km,热流介于50~99 mW·m-2,陆架区热流主要集中于60~70 mW·m-2,深水区钻孔具有较高的地温梯度和热流值;从北部陆架与上陆坡区往中央坳陷带,热流值从50~70 mW·m-2,增高为65~85 mW·m-2,并且往东有升高趋势,在盆地东部宝岛凹陷、长昌凹陷与西沙海槽北部斜坡带构成一条热流值高于85 mW·m-2的高热流带.进一步分析认为,琼东南盆地现今热流分布特征是深部热异常、强烈减薄岩石圈的裂后冷却作用、晚期岩浆热事件、地壳与沉积层的生热贡献以及沉积作用的热披覆效应等多种主要因素综合作用的结果.