琼东南盆地深水区构造热演化特征及其影响因素分析

To reveal the tectonic thermal evolution and influence factors on the present heat flow distribution, based on 154 heat flow data, the present heat flow distribution features of the main tectonic units are first analyzed in detail, then the tectonic thermal evolution histories of 20 profiles are reestablished crossing the main deep-water sags with a structural, thermal and sedimentary coupled numerical model. On the basis of the present geothermal features, the Qiongdongnan Basin could be divided into three regions: the northern shelf and upper slope region with a heat flow of 50–70 m W/m2, most of the central depression zone of 70–85 m W/m2, and a NE trending high heat flow zone of 85–105 m W/m2 lying in the eastern basin. Numerical modeling shows that during the syn-rift phase, the heat flow increases generally with time, and is higher in basement high area than in its adjacent sags. At the end of the syn-rift phase, the heat flow in the deepwater sags was in a range of 60–85 m W/m2, while in the basement high area, it was in a range of 75–100 m W/m2. During the post-rift phase, the heat flow decreased gradually, and tended to be more uniform in the basement highs and sags. However, an extensive magmatism, which equivalently happened at around 5 Ma, has greatly increased the heat flow values, and the relict heat still contributes about 10–25 m W/m2 to the present surface heat flow in the central depression zone and the southern uplift zone. Further analyses suggested that the present high heat flow in the deep-water Qiongdongnan Basin is a combined result of the thermal anomaly in the upper mantle, highly thinning of the lithosphere, and the recent extensive magmatism. Other secondary factors might have affected the heat flow distribution features in some local regions. These factors include basement and seafloor topography, sediment heat generation, thermal blanketing, local magmatic injecting and hydrothermal activities related to faulting and overpressure.     

海底热流长期观测系统研制进展

浅海和俯冲海沟等海域,不仅是矿产和油气资源主潜力区,也是构造地震频发区,其浅表热流和深部温度信息对于了解板块俯冲和岩浆活动等过程至关重要.这些区域浅层地温场和热流场受到底水温度波动（BTV）强烈扰动,其背景热流需由长期观测来获取.在全面分析了国内外海底热流长期观测技术特点后,我们提出了系缆式海底热流长期观测方案,2013年起陆续开展了部分核心技术的预研究及一系列海底、湖底及浅孔试验.结果表明：（1）自主研制的长周期低功耗微型测温单元,在2~36℃的环境下可连续观测1年;系缆式投放与回收方案即使在地形陡峭、1.5 kn流速及无动力定位等条件下仍然可行.（2）南海北部BTV总体随水深变浅而增强,在浅水区对浅层地温场扰动不可忽略.例如,在水深2600~3200 m和850~1200 m海域分别为0.025~0.053℃（17天内）、0.182~0.417℃（2天内）,而台西南盆地北坡（水深763 m）夏季的海底热流由浅表的0.69 W·m^-2转变为0.83 m以深的-0.25~-0.05 W·m^-2.（3）兴伊措和湖光岩玛珥湖BTV向深部传导过程中其幅度逐渐减弱、相位滞后,进而导致热流方向与强度随季节发生变化.而康定中谷浅层（7 m内）地温在不同深度处同步波动,且冬高（35~36℃）夏低（28~32℃）.推测为夏季大量降雨所致;其热流浅部低（0.504 W·m^-2）深部高（0.901 W·m^-2）,指示着鲜水河断裂带深部热流体上涌.这些预研究工作为后续系缆式海底热流长期观测系统的正式研制与应用奠定了扎实基础.

     

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.     

琼东南盆地张裂期沉降亏损与裂后期快速沉降成因

前人研究发现琼东南盆地裂后期存在大规模快速沉降事件,并提出了多种成因机制。为了考察该事件与整个沉降历史的关系,选取跨越琼东南盆地主要凹陷的5条地震剖面上的39个代表点位,利用回剥技术和应变速率反演方法,计算了这些点位的回剥构造沉降及理论构造沉降。计算结果不仅确认了前人的认识即琼东南盆地在裂后期存在快速的构造沉降现象,而且还发现,如果假定地壳减薄发生在张裂期(45~21 Ma),那么,依据地壳减薄计算的理论构造沉降在张裂期明显大于回剥构造沉降量。结合琼东南盆地裂后期断裂活动特点和深部结构探测结果,认为地壳减薄发生在古近纪张裂期,表明琼东南盆地张裂期存在明显的沉降亏损现象,在张裂期结束时(21 Ma)各代表点处的回剥构造沉降量,比由地壳减薄计算得到的理论构造沉降量小约900~2 000 m。进一步分析认为,裂陷期的沉降亏损与裂后期的快速沉降很可能存在内在成因联系,后期快速沉降是早期沉降亏损的补偿,其成因可能和该区深部热异常的演变有关。深部热异常可导致张裂期的沉降不足,随着热异常热源的消退,导致晚期快速沉降现象的发生。     

海底热流长期观测系统中低功耗测温单元的设计与实现

为满足在底水温度波动较大的海域进行海底热流原位长期观测的需求,研制了一种低功耗温度长期采集电路,并与钛合金耐压外壳集成为微型自容式测温单元,在室内和海上进行了一系列测试。室内测试结果表明:当测温电路进行连续采集时,其平均动态电流为2.1 m A;当电路不进行采集工作保持低功耗状态时,整个测温电路的电流消耗达到最低值,实测为4μA,达到预期设计指标。通过将微型测温单元捆绑在海底地震仪上,在南海西沙和东沙海域成功进行了6个站位的海底原位底水温度长期观测测试,获取了最长约17 d的底水温度波动数据,验证了测量电路的稳定性和实用性。     

南海北缘珠三坳陷新生代构造沉降特征

盆地的构造沉降史是盆地基底垂向升降的历史记录,不仅可以反映盆地形成演化历史,而且可能记录了深部地质过程的信息。近年来,越来越多的地球物理证据显示,雷琼地区深部存在延伸到下地幔的柱状低速异常体。为了揭示该深部异常体的活动信息,利用地震资料和钻孔资料,采用回剥和应变速率反演技术,计算了珠三坳陷各构造单元的构造沉降曲线和理论构造沉降曲线。结果显示,珠三坳陷新生代构造沉降可划分为5个阶段：初始张裂慢速沉降(65~49.5 Ma),张裂期快速沉降(49.5~30 Ma),裂后慢速热沉降阶段Ⅰ(30~23.03 Ma),裂后加速沉降(23.03~16.5 Ma),裂后慢速热沉降阶段Ⅱ(16.5~0 Ma)。珠三坳陷在裂陷期存在沉降亏损现象,裂后期存在300~800 m异常沉降可能是对前期沉降不足的补偿,可能与裂陷期软流圈热物质上涌和消退有关。研究结果还表明23.03~10.5 Ma珠三坳陷构造沉降中心发生北东向的迁移,是否与深部异常体活动有关或受区域应力场影响,还需进一步研究。     

西沙海槽盆地新生代沉积环境演化

西沙海槽盆地处于南海北部陆坡洋陆壳过渡带,为一个分割南海北部陆架和西沙地块的新生代裂谷盆地,其沉积环境演化研究有助于进一步认识南海形成演化过程。通过南海陆坡区域地震地层对比,将西沙海槽盆地新生代以来划分出9个地层单元,采用地震线描和地震相分析方法,恢复各地层单元沉积时期的地层结构及古地貌,探讨其沉积环境演化过程。结果表明,古新世—始新世西沙海槽盆地为河流和湖泊沉积环境;渐新世—早中新世初,演变为分割南海北部陆架和西沙地块古陆、贯通琼东南盆地和西北次盆的海峡,沉积环境由滨-浅海过渡到半深海环境;中中新世以来盆地进入陆坡海槽发育阶段,晚中新世以后中央水道形成,演变为一个陆坡内深水海槽,为海流和浊流通道,整体处于半深海-深海沉积环境。     

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.