南海东北部下地壳高速体成因获得新认识

  中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室(OMG)丘学林团队的程锦辉博士研究生、张佳政副研究员、赵明辉研究员等,联合湖北省地震局工程师杜峰,综合了南海东北部近20年来已公开发表的二维主动源海底地震仪(OBS深探测研究成果,利用克里格插值方法,获得了南海东北部准三维速度结构模型,探讨了南海东北部地壳速度空间上的展布特征,并结合其它地质地球物理资料,在南海东北部下地壳高速体研究获得新认识。相关研究成果近日发表在国际地学期刊Tectonophysics《构造物理》上。 

  南海是西太平洋最大的边缘海之一,其构造演化模式一直是地球系统科学的研究热点。随着人工源深地震探测方法的不断成熟,在南海东北部开展了大量的地球物理深探测实验,获得了丰富的地球物理数据(1)。研究结果发现,南海东北部属于减薄型陆壳,并在下地壳中有高速体的存在。然而,二维剖面中展示的这些结果,具有一定的局限性,对不同形状的高速体的认识存在分歧,无法获得研究区速度结构在三维空间上的展布特征,无法构建研究区速度异常形成机制的整体认识。 

  研究人员收集了南海东北部12条二维主动源OBS速度结构剖面,开展了数据归一化处理,统一坐标系,统一分层标准;然后利用克里格插值法,建立了南海东北部的准三维速度结构模型,获得了沉积层、上/下地壳、下地壳高速层厚度和莫霍面的空间展布特征(2,图3a),与前人的研究结果进行对比分析,验证了处理方法与研究结果的可靠性。计算得到了地壳拉张系数,结合研究区磁异常特征(3b),将南海东北部的下地壳高速体划分为两类;一类位于东沙隆起-潮汕坳陷的下地壳底部,呈连片条带状分布特征,与高磁异常带几乎重叠且位于古太平洋俯冲带前缘,推断其为中生代古太平洋的俯冲残留;另一类离散地分布在大陆坡下方,推测其为陆缘张裂-破裂过程中地幔岩浆对下地壳的底侵改造所致。 

  本研究收集整合了南海东北部12条深地震测线,构建了准三维速度结构模型,为缺乏三维数据研究的区域提供了新思路。基于该模型,本研究系统分析了南海东北部深部速度结构特征,对其下地壳高速体空间分布和成因机制的进行了探讨,为南海的岩浆活动与演化过程提供了重要参考信息。 

  本研究得到国家自然科学基金项目(91958212, 41730532, U20A20100, 41606064),中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室开放基金(OMG2020-07), 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0204),广东省基础与应用基础研究基金(2019A1515110834)的联合资助。    

  相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.tecto.2021.229086 

1 南海东北部二维深地震探测剖面位置图 

  DSR:东沙隆起 CSD:潮汕坳陷 SWTB:台西南盆地 HR:恒春海脊 NLT:北吕宋海槽 COB:洋陆边界 

  图中测线分别为OBS2001Wang et al., 2006)、OBS2012Wan et al., 2017)、OBS2015-2Liu et al., 2018)、OBS2016-2(Wan et al., 2019) NS5NS7NS8Fan et al., 2019)、T1T2Eakin et al., 2014)、T3(Lester et al., 2014);T2933T4A(McIntosh et al., 2013) 

2 准三维速度结构空间展布 

(a)沉积层厚度分布图;(b)地壳厚度分布图; (c)上地壳厚度分布图;(d)下地壳厚度分布图

3 南海东北部下地壳高速体厚度 (a)与磁异常特征(b)分布图


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