中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室（OMG）深部地球物理學科組聯(lián)合國內(nèi)外相關(guān)研究團隊，利用走時層析成像方法，從深部結(jié)構(gòu)的角度開展南海中北部陸緣洋陸轉(zhuǎn)換帶的張裂-破裂過程工作取得新進展，相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際期刊Gondwana Research （岡瓦納研究）上。王強博士為論文第一作者，趙明輝研究員為通訊作者。
南海北部陸緣深部地震結(jié)構(gòu)蘊含了大陸由張裂、破裂到海底擴張過程的重要構(gòu)造演化信息，是威爾遜旋回的重要組成部分；同時，在構(gòu)造上相對穩(wěn)定的北部陸緣，聚集了豐富的石油、天然氣及水合物等礦產(chǎn)資源，具有重大的經(jīng)濟與戰(zhàn)略意義。南海北部陸緣的洋陸轉(zhuǎn)換帶（COT）位于減薄陸殼與正常洋殼之間，是記錄陸海變遷過程的關(guān)鍵構(gòu)造單元。
為了揭開南海形成演化的奧秘，在汪品先院士等大批科學家的科學論證與大力推動下，先后開展了4+1次國際大洋鉆探（IODP），取得了巨大成功，將南海研究推向了中國科學家主導的世界地學研究前沿。深地震探測在獲取的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中具有深度與廣度的優(yōu)勢，與IODP鉆孔的“金釘子”相結(jié)合，是全面解讀洋陸轉(zhuǎn)換帶張裂-破裂機制的最佳途徑。
研究團隊通過搭載國家基金委南海北部地球物理共享航次（NORC2018–08），開展了主動源廣角反射/折射深地震探測，測線（OBS2018-L5）長172 km（圖1），橫穿洋陸轉(zhuǎn)換帶；利用正/反演速度結(jié)構(gòu)模擬方法（RayInvr和Tomo2d），獲得了沿測線下方（OBS2018-L5）的深部速度結(jié)構(gòu)。整條測線剖面（圖2）顯示了許多巖漿活動的特征，包括被掩埋的海山以及陸緣遠端的下地殼高速層（HVL）；地殼厚度由陸向洋從~17 km減薄到~8 km，在外緣隆起處（OMH）存在局部地殼加厚的區(qū)域；沒有發(fā)現(xiàn)大量玄武巖噴發(fā)形成的向海傾斜反射（SDR）和蛇紋石化地幔的出露特征。
基于IODP鉆孔、多道地震、重磁、多波束地形、廣角深地震數(shù)據(jù)的綜合分析，取得如下成果：（1）區(qū)劃了減薄陸殼、COT及洋殼的范圍（圖2）；在減薄陸殼區(qū)，受到不同尺度斷層系統(tǒng)的錯斷影響，基底形態(tài)崎嶇，地殼厚度逐漸減薄，下地殼高速層（HVL）發(fā)育；在洋殼區(qū)，基底頂部強反射、少斷層作用，地殼厚度相對穩(wěn)定在5–8 km之間（平均6 km）；在COT區(qū)，莫霍界面（Moho）明顯抬升，地殼速度梯度與厚度變化劇烈。（2）深部結(jié)構(gòu)的測線速度結(jié)構(gòu)與該區(qū)大洋鉆探結(jié)果共同印證了陸-洋之間短暫而迅速的轉(zhuǎn)換過程。（3）初步闡明了南海張裂-破裂的過程：大陸巖石圈地幔溫度升高，導致地幔物質(zhì)在浮力驅(qū)動下減壓熔融，有的巖漿在減薄陸殼底部形成巖漿底侵，形成同張裂期的下地殼底侵高速層，有的巖漿沿先存斷層系統(tǒng)侵入，造成地殼增厚與基底隆起（圖2）；雖然同張裂期的巖漿活動發(fā)育，但仍以伸展構(gòu)造活動為主，塑性下地殼劇烈頸縮減薄；在最后的破裂階段，全地殼斷裂分開，充足的巖漿噴涌而出，形成由玄武巖為主的“鱷魚嘴”構(gòu)造，隨后進入穩(wěn)定的海底擴張階段。
南海北部陸緣由陸到洋的張裂-破裂過程研究，回答了南海北部陸緣為何兼具富巖漿型和貧巖漿型雙重陸緣特征的原因，闡明了南海北部陸緣是在貧/富之間快速切換的一種中間型大陸邊緣。該研究豐富了傳統(tǒng)大陸邊緣構(gòu)造屬性及動力學機制的認識，對于完善板塊構(gòu)造理論具有重要的科學意義。
本研究得到國家基金重點項目和國家基金面上項目聯(lián)合資助。參與本項研究的單位還包括南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）、福建省廈門地質(zhì)工程勘察院、中石化石油物探技術(shù)研究院和法國海洋開發(fā)研究院等研究機構(gòu)。感謝國家基金委南海北部地球物理共享航次（No. NORC2018–08）及中國科學院南海海洋研究所的“實驗2”號科考船的大力支持。感謝微信群Marine G&G的有益討論。
文章相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2022.09.004.
圖1 南海北部陸緣OBS2018-L5測線位置圖。a. 多波束水深圖；b.基底（Tg）深度圖。測線上的黃色圓為OBS臺站位置，白色圓代表丟失的OBS臺站。磁條帶（白色實線）參考Li et al. (2015). Ridges A, B和C代表基底隆起。紅色虛線是基于此次測線結(jié)果劃分COB界線。
圖2 沿OBS2018-L5測線的多道反射結(jié)構(gòu)剖面、深部速度結(jié)構(gòu)及地質(zhì)演化模式示意圖。 Ridges A, B和C對應于圖1中的基底隆起。
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