菲律宾海盆磁条带特征及61Ma以来的海底扩张过程重建

菲律宾海盆是西太平洋最大的边缘海盆地,作为地球上最壮观的"沟-弧-盆"体系的重要组成部分,其成因及构造演化可有效约束西太平洋洋陆过渡带的复杂动力学过程。海底磁异常条带是海底扩张的重要依据,其几何形态能够反映海底扩张的时间、方向及速率,为研究海盆的海底扩张过程提供重要信息。菲律宾海盆的次级海盆—西菲律宾海盆、四国海盆地磁异常表现为明显的条带状异常特征,帕里西维拉海盆内的磁条带特征虽不明显,但仍能看出南北向的分带现象。对海盆内的磁异常条带进行系统的分析、对比与解释,将菲律宾海盆划分为7个扩张阶段,构建了菲律宾海盆61 Ma以来的阶段性扩张模型。揭示了边缘海盆构造演化的一般规律及扩张过程为岛弧裂解、高速弧后扩张、慢速弧后扩张和扩张后作用4个阶段。

南海西北次海盆的磁条带重追踪及洋中脊分段性

由于缺少有效钻孔资料,对于南海扩张的时间一直存在较大的疑问.在南海三大海盆中,西北次海盆面积最小、磁条带特征不明显,因此对其扩张年代的争议最大.最新采集的高密度(小于10km测线间距)船测地磁资料清晰地显示了西北次海盆磁条带的存在.在OBS和多道地震资料的约束下,利用船测地磁资料,本文对西北次海盆的地壳年龄进行了重追踪.根据定量的比较,西北次海盆的主体扩张始于35.8Ma(C16n,2n),在34.7Ma(C15)时其西南部开始扩张,扩张最终同时终止于33.2Ma(C13n),整体的全扩张速率在40～50mm/a之间.这表明南海的扩张可能首先起源于西北次海盆,在其结束扩张后,东部次海盆才开始打开(约30Ma).得益于数据精度和密度的提高,利用化极后的磁力异常以及反演的磁化强度可以对西北次海盆进行二级中脊段的划分.我们共划分出六个中脊段和一个明确的转换断层.中脊的分段性与OBS反演的地壳厚度的变化相一致.转换断层东侧,中脊主体分为四个中脊段,每个中脊段长度均在30km左右.转换断层西侧,存在一个长约50km的中脊段和一个不确切的中脊段.中脊段上磁化强度的变化幅值和中脊段长度在整体上成正比.每个中脊段中央的磁化强度弱于中脊段两端的磁化强度,这与扩张速率相近的大西洋中脊的磁化强度特征一致.

南海海盆磁异常理论剖面的计算和磁条带的初步分析

本文根据中法1985年2—3月在南中国海中部进行的地质、地球物理调查所计算的磁异常理论剖面与南海条带状磁异常进行了对比和分析,确定了南海海盆的扩张年龄,这对于进一步探讨南海海盆的形成和演化有着十分重要的意义。

台湾以东海区磁异常及磁条带研究

资料显示,在整个台湾以东海区内磁异常几乎全为负磁异常,磁异常分块现象明显。通过对本海区的磁力资料进行分析和研究,表明本海区的地磁异常表现为明显的条带状异常特征。由于受板块差异性运动的影响,以加瓜海脊为界,东西两侧具有不同的磁条带方向,在加瓜海脊以东,磁条带为NW-SE向(120°),而在加瓜海脊以西则为近东西向(80°)。加瓜脊以西地区的扩张时间为45～38Ma,相当于19～16号磁条带;而加瓜脊以东地区的扩张时间为40～35Ma,相当于17～13号磁条带。加瓜脊以西的磁条带相对于以东的磁条带要老,由此推断出加瓜脊以西相对于东侧发生了北向位移。

第三章 地磁条带与海底扩张

地球磁场总强度的测量使用G-801／3型质子旋进磁力仪。测量工作与多道地震、重力测量等同步进行。探头电缆长500m,以降低船磁的影响。由于船磁影响与探头至船距离的三次方成反比，目前的措施可将此影响降至1nT以下，故可忽略不计。

探索南海的“年轮”——海底磁条带

地球主要的海洋面积约3．61亿平方千米，占地表总面积的70．8％；陆地面积约1．49亿平方千米，占地表总面积的29．2％。地球表面大部分由海洋覆盖着，地球也因此被称为“蓝色星球”。在浩瀚的洋底，绵延着巨大的洋中脊。洋中脊的两侧对称分布着神奇的海底磁条带，记录着地球的秘密。

冲绳海槽中段磁异常特征

磁异常显示在东海陆架坳陷带以降低负磁异常为主 ,而陆架边缘隆褶带异常区则以跳跃升高的正磁异常为主 ,冲绳海槽异常区表现出 2种磁异常面貌 :在西部陆坡表现为较平缓的负磁异常 ,而冲绳海槽底部则表现为高频跳跃变化升高异常。琉球岛弧异常区则表现为降低平缓负磁异常 ,只有在靠近冲绳海槽一带表现为高频升高正磁异常。磁力异常在这几个构造带显示出明显的条带状分布特征。在测区的中南部 (2 7°4 0′ N ,12 7°0 0′ E附近 ) ,磁异常呈现出明显的磁条带特征 ,与海底地形吻合很好 。

南海北部海盆三分量磁测结果分析

1994年,中日双方合作在南海北部开展了海洋三分量磁测实验工作,采用日本东京大学地震研究所新研制的船载三分量磁力仪(Shipboard Three Component Magnetmeter,STCM)在南海北部海盆成功获得了6条共约2 500km的三分量磁测资料。本文根据前人的研究思路实现了对实测三分量磁测资料的处理分析,改进了补偿圆滑滤波算法,首次提出了比原方法更加综合直观表示测区各种磁边界状况的磁边界走向图(Magnetic boundary strikediagram,MBSD)法,并且将处理结果与南海北部海盆已识别的磁条带及其他一些典型地质现象进行了对比分析,发现本方法所揭示出的二维及三维磁边界与南海的实际地质状况有良好的吻合关系,这表明该方法可以有效处理所采集的三分量磁测资料并对研究海底磁性构造体性质有帮助。

南海中央海盆海底初始扩张时间的重新认定

由于磁异常条带识别的不确定性而使其具有多解性,因此对于应用磁异常条带对比得出的南海中央海盆海底初始扩张时间一直存在较大的争议。随着南海勘探活动的不断深入和资料的大量积累,有必要对这一重要问题给予重新认定。最新研究发现:南海中央海盆初始扩张区域的南、北边缘发育晚始新世-早渐新世(T7-Tog)沉积层序,说明洋壳基底之上的最早沉积层年代要老于原来认识的32-33Ma。在南海,持续时间长、活动强烈、形成近东-西向构造体系的变革运动发生时间为40Ma左右。南海陆缘不整合面对比证实,将T8界面(37.2-40Ma)作为南海初始扩张的破裂不整合面更为准确。由此得出结论,南海中央海盆海底初始扩张时间应为39-40Ma左右。

南海磁异常对比方法的改进

南海海盆区的磁异常（△T）具有明显的叠加性，并可有效地分离为浅源和深源两种异常。浅源异常的磁源体埋深稳定在5km左右，正演拟合计算表明是由层2A引起，与大洋扩张磁条带模型的可对比性更佳。受此启迪，提出应以浅源异常作为鉴别磁条带序列的依据，并开发了相应的解释方法，从而为解决南海（特别是西南次海盆）的扩张时代问题奠定了基础。

基于重、磁异常的西太平洋中段构造特征研究

西太平洋中段包含发育众多独立海山、海山链及海岭的西太平洋海山省(WPSP)、马里亚纳海沟和马里亚纳岛弧,其形成与演化与构造运动密切相关.研究区金属矿产、尤其是WPSP区域的富钴结壳资源较丰富,具有重要的研究意义.本文采用重、磁异常数据研究了西太平洋中段的构造特征.其中,采用归一化总水平导数垂向导数(NVDR-THDR)方法技术划分区域内的断裂,并采用欧拉反褶积深度反演方法得到断裂的视深度;采用深度约束下的双界面模型快速反演方法得到研究区莫霍面的起伏形态;同样采用NVDR-THDR方法技术识别NE向和NW向磁条带;采用重磁对应分析方法圈定研究区的火成岩,包括独立海山、海山链、海岭、马里亚纳岛弧型火成岩及大洋盆地溢流型玄武岩省.通过对研究区断裂分布、莫霍面深度、磁条带分布及火成岩分布的研究,得到了西太平洋中段的构造单元分布特征.马里亚纳海沟东侧,即WPSP区域内识别的断裂走向主要为NW(WNW)向和NE(ENE)向,而西侧,即马里亚纳岛弧区域识别的断裂与马里亚纳岛弧近N-S向的走向特征一致.研究区的大洋盆地溢流型玄武岩省呈NW向条带状展布、NE向块状分布的特征,并与独立海山、海山链和海岭相间分布.综合对西太平洋中段构造特征的研究,认为断裂对研究区的构造演化起到了重要作用.莫霍面深度在一级深大断裂两侧普遍存在突变;一些磁条带被断裂错断;火成岩的形成与分布也受控于断裂:独立海山、海山链、海岭及马里亚纳岛弧型火成岩位于莫霍面凹陷区,大洋盆地溢流型玄武岩省位于莫霍面隆起区.综合以上研究,划分了西太平洋中段的构造单元.在WPSP的构造单元呈NW向条带状展布、NE向块状分布的特征,而马里亚纳弧沟体系的构造单元呈近N-S向带状展布的特征.

海洋岩石圈磁结构及动力学

古地磁学在20 世纪极大地促进了板块构造理论的诞生和全球大洋钻探计划的发展.对洋壳的磁性研究是这场地学革命的突破点之一.从磁学性质上, 洋壳磁性包括洋壳中所含磁性矿物本身的性质以及这些矿物携带的古地磁信息.从介质性质上, 洋壳包含下部岩石层（包括枕状玄武岩、辉长岩和橄榄岩）和上部沉积物.文章首先总结洋壳的磁性结构,并对其代表的动力学意义进行深入探讨, 主要包括应用磁异常条带进行年代学、地球深部动力学、大洋洋壳的板块运动学以及热点演化等研究, 详细总结了国内相关研究中南海洋壳的磁性研究进展.最后对研究中遇到的相关难点和关键科学问题进行了回顾与展望.

利用磁场异常地史分析研究北冰洋欧亚海盆的形成演化

通过校正俄罗斯和美国以前及最近所有磁测数据，建立了欧亚海盆新的综合磁场数据库和磁异常剖面图。磁测数据地史分析主要包括以下几个步骤：沿每条磁测线识别线性磁异常，计算北美板块和欧亚板块相对运动的欧拉旋转极位置，海底扩张速率的时空分析，以及板块重建等。本文建立了整个欧亚海盆新生代主要磁等时线样式（24、20、18、13、6、5、2a磁异常条带）。海盆西部的磁等时线样式与最近出版的磁等时线图一致（Brozena等，2003）。首次对海盆东部磁等时线进行了详细刻画，并扩展到拉普捷夫海大陆架区。建立了欧亚海盆海底扩张的主要阶段，每一阶段以特定扩张速率和扩张不对称程度为特征，沿着Gakkel海岭追踪得到的这些特征差别。每一特定阶段，建立了欧亚海盆海底扩张的系统模式。依据重力资料，勾画了板块间初始裂开时对应的洋陆过渡带的轮廓，并讨论了Gakkel海岭两侧磁场和海底地形差异特征。以最新及近期发表的数据为基础，详细讨论了欧亚海盆演化的阶段特征。研究成果与北大西洋和邻近的北极盆地的板块动力学机制具有很好的一致性。

冲绳海槽中段地球物理场及对其新生洋壳的认识

通过对冲绳海槽中段的磁场进行分析 ,在海槽轴部追踪到了线性磁条带异常。另外 ,在扩张轴附近也拖到了新鲜拉斑玄武岩。重力自由空气异常值较低 ,据信这是由于深部地幔大幅上升所致。地震剖面及磁力资料显示在海槽轴部有强磁性浅层侵入体及海底山 ,这些侵入体很可能来自于深部地幔。高温地幔物质上涌在海槽轴部形成高热流、强磁异常、多火山以及热液活动。上述现象说明冲绳海槽中段张裂轴部大陆岩石圈已经破裂 。

四国海盆起源与沉积环境演化

四国海盆位于西太平洋最大的边缘海———菲律宾海的东北部,是太平洋板块向欧亚板块俯冲而形成的一个目前已不活动的弧后盆地,具有高的热流值和洋壳裂开历史,并且具有双翼不对称扩张模式。其磁条带具有"东西不对称、南北不对等"的特点,从而造成四国海盆"北宽南窄、东凸西平"的地形、地貌特征。四国海盆具有典型的弧后盆地沉积特征,主要包括半远洋沉积、火山碎屑沉积和少量的远洋沉积。在早中新世、中中新世、晚中新世、上新世、更新世盆地发育的不同阶段,都有一定的岩相组合特征,并反映了当时的沉积环境。中中新世在盆地的北部和东部,晚中新世在盆地的北部、东北部,上新世和更新世在盆地的北部、东北部和西北部均发育有碎屑沉积。由于中更新世南海海槽的形成及其对物源的阻隔作用,在盆地北部发育了远洋粘土和钙质生物沉积。中中新世,盆地的北部、东侧和西侧均有火山活动发育,晚中新世仅在东部岛弧区有火山活动;上新世仅盆地的北部有少量的火山活动,晚更新世火山活动在盆地北部发育。

大南海地区新生代板块构造活动

在新生代澳大利亚板块和欧亚板块之间的大洋中,存在一些地块(微板块);同时,澳大利亚板块北部边缘的一些地块先后和澳大利亚板块分离,向北运动,与一些和欧亚板块分离出来的地块先后发生碰撞缝合。在此期间,由于地块分离而发生海底扩张,产生许多小洋盆,如南海、苏录海、苏拉威西海、安达曼海等,最后形成了东南亚地区今日的构造景观。笔者从大南海地区新生代的构造演化史之框架来研究南海地区新生代的构造演化历史,认为南海地区新生代的构造活动既与印度板块和欧亚板块的碰撞有关,也与太平洋板块向欧亚板块的俯冲活动有联系;同时,还受到澳大利亚板块向北运动之影响。南海地区在新生代发生过两次海底扩张,第一次海底扩张发生在42～35Ma前,是受印度板块和欧亚板块碰撞而引起欧亚大陆之下向东南方向之地幔流的影响而发生的,其海底扩张方向为NW-SE,产生了南海西南海盆;第二次海底扩张发生于32～17Ma前。由于太平洋板块向欧亚板块俯冲,俯冲的大洋岩石圈已达700km深处,阻挡了欧亚大陆的上地幔向东南方向之流动,从而转向南流动,引起南海地区南北向海底扩张,即新生代第二次海底扩张,产生了南海中央海盆。南海新生代洋盆诞生之后,由于大南海地区继续有地块碰撞和边缘海海底扩张,对南海南部地区产生挤压。

南中国海成因:右行拉分作用与左行转换挤压作用交替

总结分析了南中国海各次级盆地及其周缘有关盆地的裂谷作用序列 ,认为它们的裂谷作用序列是相似的 ,虽然存在局部差异。古近纪 (—早中新世 )和新近纪分别为一级裂谷阶段和后裂谷阶段 ,并可进一步划分次一级裂谷和后裂谷阶段。南中国海总体几何学特征及其次级盆地和周缘盆地的几何学特征表明 ,它们的裂谷作用是以近南北向主断裂为主剪切的右行拉分作用。在右行拉分过程中 ,东越南断裂的南延 (翼他陆架部分 )可能没有发生巨大脆性平移而表现为巨大的右行韧性牵引 ;印支—苏门答腊地块是被东越南断裂、东安达曼海断裂、红河断裂和苏门答腊断裂等四条断裂围限的呈菱形的右行走滑双重构造。深海盆的洋壳在许多方面与概念化大洋洋壳不同 ,相互矛盾的各种磁异常条带年龄并不可信。它的洋壳是右行拉分作用形成的洋壳。它们的后裂谷作用是以近南北向主断裂为主剪切的左行转换挤压反转变形为特征。联系到裂谷作用序列 ,南中国海成因具有右行拉分作用、裂谷作用和左行转换挤压作用交替出现的特征 ,表现了具有转换性质的“开”与“合”

菲律宾海板块与南海协同构造演化探讨

菲律宾海板块(Philippine Sea Plate,PSP)与南海(South China Sea,SCS)处于欧亚板块、太平洋板块和澳大利亚板块的交汇区域,其构造演化对东南亚、西太平洋乃至全球板块构造重建具有重要意义.虽然PSP和SCS的构造演化模型已经分别建立,但二者之间的协同演化关系还不明确.本文综述了PSP和SCS的古地磁数据、海底磁异常条带资料,并结合地震层析成像以及其他地质结果的约束,对二者的演化关系进行了探讨.PSP四国盆地与SCS在渐新世开始时,受控于统一的地球动力学系统,两者具有地质意义上的亲缘性.早中新世,澳大利亚板块与东南亚地块碰撞,致使PSP发生旋转,四国盆地开始与SCS发生分离,并逐渐向北运动和顺时针旋转,直至演化至现今位置.本文最后提出了这种协同构造演化模式有待解决的问题以及未来的研究展望.

南海东部海盆晚期扩张的构造地貌研究

东部海盆存在三组走向不同的北东向线性构造带,它们分布于黄岩海山链南、北两侧约350km宽的中央区内,是张性基底断裂在海底的反映.这三组构造带分别对应海盆三个扩张期:磁条带异常6c-6a（24～21Ma）,6a～5e（21～19 Ma）和5e-5d（5c）（19～16 Ma）.东部海盆扩张方式具有不稳定性、分段性及不对称性的特点.各扩张期内,线性构造走向呈连续变化,而各扩张期之间线性构造走向则均有3°～5°跃变,反映扩张方向存在渐变和突变的演化特点;与扩张同期的北西向转换断层,空间分布上呈由东向西逐步加密的特征,各段间北东向线性构造走向变化较大,反映扩张轴纵向延伸的分段性;在21 Ma（磁异常6a）前后,存在一次重要的海底扩张增速事件,从早期的30.54km/Ma增加到晚期的42.88km/Ma,对应基底断裂、沉积作用和火山活动等扩张特征的跃变;扩张不对称率普遍东部大于西部,扩张速率南侧明显大于北侧,导致海盆扩张具有东宽西窄的特点及较强的不对称性.