南海西北部陸緣地殼內部變形機制獲揭示
近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）深部地球物理學科組黃海波副研究員、丘學林研究員，聯合法國國家海洋開發研究院（Ifremer）的Frauke Klingelhoefer研究員，通過在西沙海域開展主動源海底地震儀（OBS）探測和深部結構模擬，揭示了南海西北部陸緣地殼分段變形特點以及殼內韌性層對大陸伸展和破裂過程的控制作用，該研究成果近日發表在國際地學期刊《Tectonics》（《大地構造學》）上。
南海陸緣巖石圈曾受俯沖作用、陸塊拼貼以及巖漿作用改造，其巖性組成、流變學和熱結構具有橫向不均一性。南海西北部陸緣分布著一系列夭折裂谷和微陸塊，不同構造單元下方的地殼結構存在較大差異，其殼內變形過程以及洋陸過渡機制尚不清楚。
研究人員從OBS地震剖面中拾取了可靠的殼內反射和折射震相，通過走時模擬獲得了穿過西沙地塊、中/西沙海槽以及中沙南海盆的縱波速度結構(圖1、圖2)。結果表明中沙海槽上地殼減薄明顯，海槽中心存在20km寬的上地殼缺失窗口，同時下地殼地震波速度增加，在其頂界形成速度間斷面。上、下地殼之間為一層約5km厚的中地殼韌性層，地震波速度均勻。中沙海槽北側基底被低角度斷層所控制，南側基底及高精度地形均展示與裂谷伸展方向平行的線性構造，指示了局部的地殼拆離過程。中沙南海盆為高磁異常區，其地殼厚度僅6km，莫霍面下方為蛇紋巖化上地幔，地震波速度為7.7km/s。中沙南海盆為超減薄陸殼性質，同時存在早期巖漿活動，具有與南海西北部陸緣其他洋陸轉換帶地區相似的速度結構特征。
南海陸緣分布的夭折裂谷或具有超減薄陸殼的深海盆未最終演化為成熟洋殼，與南海陸緣裂解過程中存在動力學轉變有關(圖3)。南海陸緣裂解從東向西傳播時發生停滯，南海西北部陸緣在該時期陸緣伸展作用下，形成近東西向展布的西沙海槽和中沙南海盆。隨著裂解作用的繼續推動，地殼結構受到強烈的局部改造，產生轉換伸展變形或拆離構造，這與中沙海槽發現的上地殼拆離和中下地殼出露現象一致。通過對比南海西北部和南部陸緣的深部結構探測結果和板塊重建，推測中沙海槽和禮樂西海槽北東向的伸展作用均發生在西南次盆地海底擴張之前。
相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2020TC006260
圖1. 本研究使用的OBS地震測線(OBS2013-1)
黃色實線為磁條帶，紫色為殘余擴張脊，白色選線為洋陸邊界
圖2. OBS2013-1測線下方地震波速度結構
a.縱波速度剖面；b.速度異常剖面
圖3. 南海西北部陸緣演化及地殼伸展變形過程
XST：西沙海槽；ZST：中沙海槽；LYXT：禮樂西海槽；ZB：中沙地塊；RB：禮樂地塊；ZNF：中南-禮樂斷裂；藍色和白色箭頭分表指示早期和晚期海底擴張方向
