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南海是如何破裂的?

 ——来自高分辨率多道地震数据和IODP 367&368航次的证据

 

       作为板块构造学说精髓的威尔逊旋回,囊括了大洋盆地从发生、发展到衰退、消失的演变过程,而这其中大陆拉张如何发生,并最终破裂是其中的基石。南海形成历史不长、空间尺度不大,是研究大陆边缘共轭张裂过程的理想场所,陆缘的破裂模式和构造属性不仅是大陆边缘动力学研究中的关键,其对沉积盆地形成的控制也可以为油气资源评价提供理论支撑。

 

       目前地学界基于对大西洋陆缘研究建立了两个经典模型:岩浆作用为主导的“富岩浆”型(magma rich margin)和构造伸展为主导的“贫岩浆”型(magma poor margin)。前者以下地壳高速层、地壳上部岩浆流形成的向海倾斜反射层、以及狭窄的洋陆过渡带为特征,如南大西洋安哥拉陆缘;后者以弱岩浆活动、发育的拆离断层、剥露的岩石圈地幔、很宽的洋陆过渡带为特征,如北大西洋伊利比亚-纽芬兰陆缘。南海陆缘盆地区在大陆裂谷期岩浆活动较弱,未发现向海倾斜反射层,陆缘拆离断层发育,但深反射/折射地震探测工作却发现了下地壳高速层的存在,无法与上述两种经典模型对应,由此对南海破裂过程究竟受岩浆作用控制,还是构造减薄为主导一直存疑。

 

       自然资源部海底科学重点实验室丁巍伟团队通过参加国际大洋发现计划南海钻探航次(IODP 349,2014; IODP 368,2017),结合钻探获取的钻井资料以及深反射地震数据的解释,深入剖析了南海中北部陆缘洋陆过渡带区的结构以及大陆破裂-海盆扩张的转换过程(图1)。得到以下认识:

 

 

       南海中北部洋陆过渡带区狭窄(不超过20km),IODP钻探钻遇玄武岩基底,未发现蛇纹石化地幔,与北大西洋伊比利亚“贫岩浆”型模型完全不同。研究发现洋陆过渡带为“三明治”结构,包括上部岩浆侵入和侧向玄武岩流形成的火成海山,中部的减薄地壳,以及下部的岩浆底侵层(图2)。这种岩浆增生-构造伸展复合型地质单元解释成“胚胎型”洋壳。在详细分析钻探结果、热流数据和测井数据的基础上,认为南海中-东部洋陆过渡带由于快速的陆缘拉张、温度较高的地幔以及和塑性下地壳强烈颈缩共同导致岩石圈强烈减薄,软流圈上部发生减压熔融,岩浆熔融体快速上涌,在大陆拉张的末期形成一期较为强烈的岩浆活动。不仅在洋陆过渡带向洋一侧的减薄地壳发生了包括底侵、岩墙侵入等在内的岩浆增生作用,而且使得大陆岩石圈发生破裂,最终导致海底扩张。虽然在拉张过程中岩浆作用较弱,但南海北部陆缘中-东部的破裂过程并非是前人认为的“贫岩浆”型,而是由较强的岩浆活动为主导。

 

 

       研究同时发现南海陆缘的破裂过程由东向西有沿走向的变化,大致以分隔东部次海盆和西北次海盆的中南-礼乐断裂为界(该断裂在陆缘表现为白云凹陷之下NNW-SEE向的断裂),陆缘东侧的破裂过程受到更为强烈的岩浆作用的控制,而西侧岩浆作用明显减弱。

 

       以上研究说明南海的破裂过程具有周缘受限型小洋盆独特的“三维不均一”的高度变化特点,与经典的大西洋型破裂过程具有明显的区别,深化了对西太平洋俯冲背景下边缘海盆非稳态不连续扩张的新认识。相关成果已经在线发表在国际地学顶级期刊Earth and Planetary Science Letters上,该成果受到国家自然科学基金(91858214,41890811,41676027),“全球变化与海气相互作用”专项(GASI-GEOGE-01,GASI-02-SHB-15)以及IODP中国办公室的联合资助。

 

文章信息:Ding, W.W.*, Sun, Z., Mohn, G., Nirrengarten, M., Tugend, J., Manatschal, G., Li, J.B., 2019. Lateral evolution of the rift-to-drift transition in the South China Sea: Evidence from multi-channel seismic data and IODP Expeditions 367&368 drilling results. Earth and Planetary Science Letters, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.115932.

 

 

 

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