海底地质演化 -海洋地质灾害主要有哪些类型

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Nature Communications：红海演化新模型——13 Ma海底扩张贯穿红海

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红海是地球上最年轻的海盆之一，是研究大陆裂谷作用和向海洋扩张过渡的典型地区，具有重要的地质意义。但是关于红海的构造演化模型存在很多争议（Coleman, 1988; Ghebreab, 1998; Almalki et al.,2015; Schettino et al., 2016），不同模型中红海开始发生大陆裂解的年龄和扩张程度，特别是红海(超)慢扩张中心的最大向北的范围各不相同。这导致我们无法理解红海是否能代表海盆形成的特殊情况，或者它的演化是否与其他较大的洋盆类似。

研究红海构造的最大障碍在于盆地中存在大量的沉积物。这不仅导致研究者难以直接观察下伏地壳，还会影响厚沉积层覆盖下喷出岩的冷却结晶过程，使其磁信号减弱，导致标准磁异常特征不明显。

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最近，德国赫姆霍兹海洋研究中心的Nico Augustin及其合作者（Augustin et al., 2021），使用受沉积物覆盖影响较小的垂直重力梯度（VGG）、地震活动性和测深数据，揭示了沉积物覆盖层下隐藏的构造，提出了一个新的红海构造模型，该模型表明红海是一个典型的洋盆，而且比之前所想的更成熟，13 Ma前就开始沿其全长度范围进行扩张。

Augustin等从VGG数据中发现了红海20°N以北的11条“离轴分段形迹”（Off-axis segment traces）（图1a），并且它们与轴部的火山和高点（如Mabahiss Mons和Hatiba Mons）重合。他们认为“离轴分段形迹”是洋壳非常典型的特征，它们源于沿着裂谷轴的更厚重且岩浆活动更活跃的区域。在西南印度洋脊、Aegir洋脊、南海和拉布拉多海扩张中心都发现了类似的“离轴分段形迹”。而在红海盆地20°N以南的区域不存在水下火山活动和“离轴分段形迹”（图1b），他们认为这是由于随着Afar地幔柱的影响增大，岩浆供应增加，减少了造成VGG“离轴分段形迹”的岩浆聚焦现象，垂直于裂谷的“离轴分段形迹”逐渐消失，VGG模式转变为与裂谷平行的特征。在冰岛地幔柱附近的中大西洋脊（MAR）、雷克雅内斯海脊（RR）以及加拉帕戈斯热点（Hot spot）附近的扩张中心也具有类似特征。另外，Augustin等结合地震活动性数据以及高精度测深数据对红海裂谷进行分析，震源分布描绘了红海板块边界和转换断层区域，高分辨率测深数据显示了裂谷轴部的重要位置（如：Mabahiss Mons等）的细节。测深和地震活动性数据支持在整个红海盆地建立一个几乎连续的裂谷的想法。

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图1 （a）通过垂直重力梯度（VGG）发现的慢速扩大洋裂谷的离轴分段形迹（Off-axis segment traces）。RS-DS-TF=红海-死海转换断层，NRSR=红海北部裂谷，ZFZ=Zabargad断裂带，CRSR=中央红海裂谷；（b）缓慢扩张洋中脊接近地幔柱的VGG分布模式(修改自Augustin et al., 2021)

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判断洋壳的一个假设是基于在存在VGG“离轴分段形迹”信号的区域中为洋壳。Augustin等根据“离轴分段形迹”圈定的范围（距离海岸线<55km），提供了沉积物覆盖下红海洋壳的范围（扩张程度）。他们进一步根据11条“离轴分段形迹”扩张程度和全扩张速率（Full spreading rate）获得其扩张年龄，结果表明VGG“离轴分段形迹”至少对应12.7±0.6 Myr至13.5±0.5 Myr的海底扩张过程。

Augustin等给出的红海构造模型中（图2），整个红海盆地中洋壳连续分布，沿红海裂谷的海底扩张至少在12-13 Ma前开始，这是大多数其他模型中红海洋壳年龄的两倍多。根据这些VGG“离轴分段形迹”计算出的最小伸展起始年龄跨越了一个相对狭窄的范围，表明红海的扩张是准瞬时的，而现今的红海裂谷已经完全成熟。这意味着，红海并不是处于裂谷和海底扩张之间的过渡期，早在8 Myr之前就度过了裂谷作用阶段。借用GEOMAR的评论:“Red Sea is no longer a baby ocean.”

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图2 红海裂谷的构造模型 (Augustin et al., 2021)

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主要参考文献

Augustin N, Van der Zwan F M, Devey C W, et al. 13 million years ofseafloor spreading throughout the Red Sea Basin[J]. Nature Communications,2021, 12: 2427.

Almalki K A, Betts P G, Ailleres L. The Red Sea–50 years ofgeological and geophysical research[J]. Earth-Science Reviews, 2015, 147:109-140.

Coleman R G, McGUIRE A V. Magma systems related to the Red Seaopening[J]. Tectonophysics, 1988, 150(1-2): 77-100.

Ghebreab W. Tectonics of the Red Sea region reassessed[J].Earth-Science Reviews, 1998, 45(1-2): 1-44.

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Schettino A, Macchiavelli C, Pierantoni P P, et al. Recentkinematics of the tectonic plates surrounding the Red Sea and Gulf of Aden[J].Geophysical Journal International, 2016, 207(1): 457-480.

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（撰稿：李泯，徐亚，董淼/油气室）

校对：张崧 王海波

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