近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室（OMG）副研究員張江陽、研究員趙明輝和孫珍，聯(lián)合多位科學(xué)家，基于長剖面深反射地震探測，提出了南海陸緣演化經(jīng)歷了先巖石圈地幔薄化后地殼破裂“兩步走”的新模式。相關(guān)成果于近日發(fā)表在國際地學(xué)期刊Tectonophysics（《構(gòu)造物理》）上。
在大陸巖石圈伸展減薄到最終破裂形成洋盆的過程中，巖石圈流變性質(zhì)的差異可能導(dǎo)致地殼和巖石圈地幔減薄-破裂順序的不同，從而導(dǎo)致構(gòu)造過程和巖漿作用的差異，并形成不同特征的大陸邊緣。南海是亞洲最大的邊緣海，其深部構(gòu)造和沉積特征記錄了巖石圈從伸展到破裂的全部過程，是研究大陸向海洋轉(zhuǎn)變過程的理想場所。
圖1、南海北部陸緣區(qū)域地形圖與OBS測線位置
研究人員開展了垂直于南海北部陸緣，穿過IODP鉆井區(qū)的海底廣角地震探測（OBS）實驗（圖1）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)從陸坡到洋盆，地殼厚度由~20 km減薄至約6km，此外，在陸緣遠(yuǎn)端的云荔凸起下方和洋-陸轉(zhuǎn)換帶（COT）下方，分別發(fā)現(xiàn)了近10 km厚和3-4 km厚的下地殼高速層（HVLC）（圖2）。由于云荔凸起地層缺失以及荔灣凹陷內(nèi)強制褶皺主要發(fā)生在38個百萬年前至32個百萬年前，附近凹陷鉆井揭示的巖漿噴發(fā)發(fā)生在43個百萬年，研究認(rèn)為下地殼高速層是由同張裂巖漿底侵造成。依據(jù)巖石圈減薄程度和巖漿厚度的經(jīng)驗關(guān)系，厚度達(dá)10km的下地殼高速層，應(yīng)為云荔凸起下巖石圈發(fā)生強烈減薄甚至破裂引起。據(jù)此, 研究人員提出南海巖石圈的兩階段破裂模式：第一階段是發(fā)生于~43個百萬年-38個百萬年的巖石圈地幔薄化破裂，該時間節(jié)點以前巖漿作用不強，地殼伸展以大型拆離斷層為特征。~43 個百萬年以后地幔強烈薄化促進(jìn)了巖漿的大規(guī)模底侵；第二階段是發(fā)生于~31個百萬年至29 個百萬年的地殼破裂，破裂點位于現(xiàn)今的洋-陸轉(zhuǎn)換帶下方，地殼破裂正式形成南海洋盆。
圖2、（a）多道地震剖面解釋和（b）OBS剖面速度結(jié)構(gòu)
地球板塊的生命周期是國際前沿科學(xué)問題，也是未來大洋鉆探的八大戰(zhàn)略目標(biāo)之一，而大陸巖石圈的伸展、破裂以及洋盆誕生是板塊生命周期的重要階段，它將物質(zhì)和能量從地球內(nèi)部帶到地表，推動了地球系統(tǒng)自身和淺部生命的演化。本研究創(chuàng)新性地提出了南海陸緣破裂的兩階段模式，不僅對認(rèn)識南海構(gòu)造和巖漿過程具有重要意義，也為理解地球演化的多樣性提供了新視角。
本研究得到國家自然科學(xué)基金和廣東省特支計劃U團(tuán)隊項目的資助。
圖3、南海陸緣巖石圈兩階段破裂模式圖
相關(guān)論文信息：Zhang, J.Y., Zhao, M.H*., Sun, Z*., Sun, L.T., Xu, M., Yang, H.F., Wang, Q., Pang, X., Zheng, J.Y., and Yao, Y.J. (2023). Large volume of magma involved in South China Sea rifting: Implication for mantle breakup earlier than crust. Tectonophysics. 853: 229801.
https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.229801
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