南海东部次海盆扩张末期地壳结构特征及构造意义

近日，实验室丘学林研究员带领的深部地球物理研究团队，围绕南海东部次海盆扩张末期的地壳结构开展了详细研究，揭示了珍贝-黄岩海山链与残余扩张脊的联系，相关成果在Geochemistry Geophysics Geosystems, Journal of Asian Earth Sciences, Geological Journal和Earth Science Journal of China University of Geosciences等国际地学期刊上发表。
        南海东部次海盆在残留扩张脊附近分布着近东西走向的珍贝-黄岩海山链，根据珍贝和黄岩海山样品测年，时间分别为7.7和9.9 Ma （Wang et al., 1984; 2009）；来自于IODP349航次U1431站位的火山碎屑的测年为13–8 Ma，海底停止扩张年龄在33–15.5 Ma（Expedition 349 Scientists, 2014），说明形成海山链的大规模岩浆活动是在海盆停止扩张后的2.5–7.5 Myr 期间，至少持续了5 Myr。这些后期岩浆活动极大地破坏和改造了海底扩张期形成的洋壳结构，造成海盆停止扩张时的地壳结构以及精确残余扩张脊的位置不清，无法对南海形成演化历史及其形成机制进行正确地解译。珍贝-黄岩火山链是否属于扩张结束时剩余岩浆活动的产物？还是由于海南地幔柱的影响？其形成机制如何？
        围绕这些科学问题，科研人员利用“实验2号”科考船在中央次海盆开展了大规模的OBS三维深地震探测实验, 部署了42台OBS，OBS间隔约10 km，整个OBS台阵呈“丰”字型分布（图1），回收41台，记录有效数据台站39台；震源系统由4支大容量1500L 型号的BOLT气枪组成，震源总容量0.0983 m3，共激发8252次有效炮点（张莉等，2013；王建等，2014）；科研人员利用此次三维OBS实验数据，使用RayInvr、FAST和Tomo2d软件精细解读了其深部地壳结构特征(图2)(He et al., 2016; Wang et al., 2016; Zhao et al., 2018)，发现东部次海盆具有三维空间结构变化，可细分为4种洋壳类型：（1）薄洋壳（<5 km），（2）典型洋壳（5–6 km），（3）以扩张期后岩浆活动为主、有山根的厚洋壳（>6 km）和（4）以扩张特征为主、无山根的厚洋壳（>6 km）；结合区域重磁数据及IODP349航次钻探数据，确定了东部次海盆残余扩张脊的位置(图3)。研究认为：珍贝-黄岩海山链是海盆停止扩张后6–10 Ma岩浆活动的产物，其形成受到构造与岩浆的双重作用（Zhao et al., 2018），可能是由于海南地幔柱（Xia et al., 2016）活动影响，通过浮力上涌减压融熔机制，岩浆沿着以前的构造薄弱带上涌，形成珍贝-黄岩海山链（Wang et al., 2016; He et al., 2016 ; Zhao et al., 2018）。该研究不仅深化了对南海扩张停止后岩浆活动的认识，同时为分析岩浆活动的成因和深部动力学机制提供科学依据。
         该成果得到了国家基金重大研究计划（91028002，91428204）联合资助。
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图1南海东部次海盆OBS三维深地震探测图。白色圆圈为OBS台站，红色圆代表采样点位置，粉红线代表多道反射剖面MCS973SCSIO1，黄色粗虚线代表此次研究确定的N55o残余扩张脊ESR位置。

                               
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图2 分别由Rayinvr和Tomo2d软件获得的四条主剖面正演和反演的P波速度结构。

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图3 南海东部次海盆4种类型洋壳结构，绿色为薄洋壳（<5 km），黄色代表典型洋壳（5–6 km），红色是以扩张期后岩浆活动为主、有山根的厚洋壳（>6 km），和橘色为以扩张特征为主、无山根的厚洋壳（>6 km）。黄色粗虚线代表N55o方向残余扩张脊ESR位置。（a）和(b)分别为自由空间重力异常和布格重力异常图（Sandwell et al., 2014） ;(c)磁力异常图（Ishihara & Kisimoto, 1996），磁异常条带(C5c, C5d, C5e, C6 and C6a)解释根据Li et al. (2015)，黄色粗虚线是我们研究解释的N55o方向残余扩张脊ESR位置。 (d)研究区水深图，OBS位置及放炮轨迹。

发表的相关文章：
1. He, E. Y., Zhao, M. H., Qiu, X. L., et al., 2016. Crustal Structure Across the Post-Spreading Magmatic Ridge of the East Sub-Basin in the South China Sea: Tectonic Significance. Journal of Asian Earth Sciences, 121: 139-152. doi:10.1016/j.jseaes.2016.03.003
2. Wang, J., Zhao, M. H., Qiu, X. L., et al., 2016. 3D Seismic Structure of the Zhenbei-Huangyan Seamounts Chain in the East Sub-Basin of the South China Sea and its Mechanism of Formation. Geological Journal, 51: 448-463. doi:10.1002/gj.2781
! |6 k) ]( t1 ^7 x" o0 m3. Zhao, M. H., He, E. Y., Sibuet, J.-C., et al., 2018a. Post-seafloor spreading volcanism in the central East South China Sea and its formation through an extremely thin oceanic crust. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Doi:10.1002/2017GC007034.
4. 张莉，赵明辉，王建，等，2013. 南海中央次海盆OBS位置校正及三维地震探测新进展. 地球科学，38(1): 33-42.
9 o# u# \# U4 H8 s; F5. 王建，赵明辉，贺恩远，等，2014. 初至波层析成像的反演参数选取:以南海中央次海盆三维地震探测数据为例. 热带海洋学报,33(5): 74-83.