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热带海洋学报 >

2021 , Vol. 40 >Issue 5: 111 - 122

DOI: https://doi.org/10.11978/2020131

海洋地球物理学

南海北部陆缘OBS2018-H2测线地壳结构初步结果*

  • 苏晓康 , 1, 3 ,
  • 赵明辉 , 1, 2, 3 ,
  • 李子正 1, 3 ,
  • 袁野 1, 3 ,
  • 王星月 1, 3 ,
  • 程锦辉 1, 3 ,
  • 张佳政 1, 2
展开
  • 1.中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室(南海海洋研究所), 南海生态环境工程创新研究院, 广东 广州 510301
  • 2.南方海洋科学与工程广东省实验室(广州), 广东 广州 511458
  • 3.中国科学院大学, 北京 100049
赵明辉(1967—), 女, 辽宁省锦州市人, 研究员, 博士生导师, 研究方向为海洋地球物理与深部结构。email:

苏晓康(1995—), 男, 河南省开封市人, 硕士研究生, 研究方向为海洋地球物理。email:

Copy editor: 殷波

收稿日期: 2020-11-10

  要求修回日期: 2021-01-04

  网络出版日期: 2021-01-08

基金资助

国家自然科学基金(41730532)

国家自然科学基金(91958212)

国家自然科学基金(42002222)

国家自然科学基金(91858212)

南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0204)(GML2019ZD0204)

广东省自然科学基金团队项目(2017A030312002)

版权

版权所有,未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。
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Preliminary results of the crustal structure along OBS2018-H2 in the northern continental margin of the South China Sea*

  • SU Xiaokang , 1, 3 ,
  • ZHAO Minghui , 1, 2, 3 ,
  • LI Zizheng 1, 3 ,
  • YUAN Ye 1, 3 ,
  • WANG Xingyue 1, 3 ,
  • CHENG Jinhui 1, 3 ,
  • ZHANG Jiazheng 1, 2
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  • 1. CAS Key Laboratory of Ocean and Marginal Sea Geology (South China Sea Institute of Oceanology), Innovation Academy of South China Sea Ecology and Environmental Engineering, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China
  • 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Guangzhou 511458, China
  • 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
ZHAO Minghui. email:

Copy editor: YIN Bo

Received date: 2020-11-10

  Request revised date: 2021-01-04

  Online published: 2021-01-08

Supported by

Natural Science Foundation of China(41730532)

Natural Science Foundation of China(91958212)

Natural Science Foundation of China(42002222)

Natural Science Foundation of China(91858212)

Key Special Project for Introduced Talents Team of Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Guangzhou)(GML2019ZD0204)

Guangdong Natural Science Foundation research team project(2017A030312002)

Copyright

Copyright reserved © 2021.
Fold

摘要

南海北部陆缘洋陆转换带实施的OBS2018-H2测线的地壳速度结构, 将为探讨南海张裂-破裂机制提供重要证据。文章介绍了OBS2018-H2测线前期数据处理流程, 包括多道反射地震数据处理、海底地震仪OBS (Ocean Bottom Seismometer)数据格式转换、炮点和OBS位置校正, 以及OBS震相的初步识别, 并对地壳结构进行了初步分析。结果表明: 炮点和OBS位置校正效果良好; 多道反射地震数据为建立初始速度模型提供了良好约束; OBS综合地震剖面识别了多组清晰的P波震相, 包括Pw、Pg、PmP和Pn震相。根据测线西侧OBS36、OBS37两台站的震相分布特征初步估算台站下方地壳厚度约为6~7km, 与根据多道地震剖面LW3的双程走时估算的厚度6~9km大致相符。

关键词： 数据处理; 震相; 初始速度模型; 地壳厚度; 洋陆转换带; 南海北部陆缘

本文引用格式

苏晓康 , 赵明辉 , 李子正 , 袁野 , 王星月 , 程锦辉 , 张佳政 . 南海北部陆缘OBS2018-H2测线地壳结构初步结果*[J]. 热带海洋学报, 2021 , 40(5) : 111 -122 . DOI: 10.11978/2020131

Abstract

The crustal velocity structure along profile OBS2018-H2 located in the continent-ocean transition can provide important evidence for the rifting-breakup mechanism of the northern margin of the South China Sea (SCS). The preliminary data processing steps are presented in this paper, including multi-channel reflective data processing, OBS (Ocean Bottom Seismometer) data format conversion, shot and OBS relocation, and identification of OBS seismic phases, followed by a preliminary analysis of the crustal structure. Our results show that relocations of shots and OBSs are effective and reliable. The multi-channel seismic (MCS) profile provides a good constraint for building the initial velocity model. Several groups of seismic phases, e.g., Pg, PmP and Pn, are clearly identified in OBS comprehensive seismic profiles. Based on the distribution characteristics of the OBS36 and OBS37 seismic phases on the west side of OBS2018-H2, the thickness of the crust below these two stations is estimated to be about 6 ~ 7 km. It is roughly equivalent to the thickness of 6 ~ 9 km estimated from the two-way travel time in MCS profile LW3.

Key words： data processing; seismic phase; initial velocity model; crustal thickness; continent-ocean transition; northern margin of South China Sea

*感谢国家自然科学基金委员会共享航次中“实验2”号全体船员及科考队员的共同努力。感谢两位匿名审稿专家提出的建设性意见。
南海是西太平洋的一个大型边缘海, 形成于自晚白垩世起始的渐进式裂谷作用(Taylor et al, 1983; Franke et al, 2011); 位置特殊, 夹在欧亚、印澳、菲律宾海三大板块之间, 构造环境十分复杂, 在其发展演化的一个较短的时间里经历了近乎完整的威尔逊旋回, 包括张裂、破裂、海底扩张、俯冲消减(Ludwig et al, 1979; 李家彪 等, 2004; 李春峰 等, 2009); 具有规模小、年龄新的特性, 条件较为优越, 是我国走向深海大洋研究的重要突破口(汪品先, 2009)。
洋陆转换带(Continent-Ocean Transition, COT)是位于减薄陆壳和洋壳之间的一个过渡地带, 是伸展背景下大陆岩石圈与大洋岩石圈相互作用的特殊区域(郭玲莉 等, 2017), 蕴藏着岩石圈张裂、破裂及海底扩张过程的大量信息(Whitmarsh et al, 2001); 其深部地壳结构、物质组成及构造属性是探究南海形成演化、解决北部陆缘性质的关键。被动大陆边缘被划分为贫岩浆型(非火山型)和富岩浆型(火山型)。其中贫岩浆型(非火山型)被动大陆边缘的主要特征有发育拆离断层和向海倾斜的旋转断块、地壳发生强烈拉张减薄、洋陆转换带较宽(宽度可超过200km)且剥露蛇纹石化地幔(Dean et al, 2000; Pérez-Gussinyé et al, 2006; Lavier et al, 2006; Reston, 2007, 2009); 富岩浆型(火山型)被动大陆边缘的主要特征有洋陆转换带发育向海倾斜反射层(Seaward Dipping Reflector sequence, SDRs)、存在下地壳高速层(Geoffroy, 2005; Schnabel et al, 2008; Geoffroy et al, 2015)。
在前人的一些研究中, 南海北部陆缘不仅拆离断层发育, 而且在其洋陆转换带处并未发现富岩浆型边缘特有的向海倾斜反射层, 同时发育大量海倾的断层系统(Taylor et al, 1983; Zhu et al, 2012; Gao et al, 2016)。因此, 有人认为南海北部陆缘属于贫岩浆型(非火山型)大陆边缘(Yan et al, 2001; Ding et al, 2012)。但是, 南海北部陆缘也表现出富岩浆型(火山型)大陆边缘的一些特征, 比如张裂后岩浆活动活跃(Gao et al, 2015; Sun et al, 2020), 在其洋陆转换带处存在下地壳高速层(Wang et al, 2006; Zhao et al, 2010; Liu et al, 2018; Zhu et al, 2018; Wan et al, 2019); 平均伸展程度比伊比利亚非火山型陆缘要小得多(Clift et al, 2001); 从张裂阶段到海底扩张阶段比较迅速(Larsen et al, 2018a), 洋陆转换带比较狭窄, 仅宽15~25km (Ding et al, 2020)等。另外, Sun等(2019)认为南海北部陆缘的岩浆活动具有阶段性, 先期表现出贫岩浆的特征而后期表现出富岩浆的特征。Gao等(2015)通过多道地震数据和重力模拟研究发现下地壳高速层在南海北部陆缘的分布具有特殊性, 仅分布于东段。所以也有人认为南海北部陆缘是介于贫岩浆型(非火山型)与富岩浆型(火山型)之间的中间型(Clift et al, 2001; Zhu et al, 2012; Larsen et al, 2018a)。
南海北部陆缘兼具贫岩浆型(非火山型)与富岩浆型(火山型)陆缘的特征, 具有特殊性与复杂性。为了更加深入地了解南海, 揭示其从张裂到破裂的演化机制, 国际大洋发现计划(International Ocean Discovery Program, IODP)在南海北部陆缘开展的大洋钻探IODP367/368/368X航次, 从陆向洋共在7个站位(图1)进行了钻探, 其中站位U1499钻遇同裂谷或前裂谷的砾岩, 但未钻遇基底(图2a); U1502钻到基底, 但钻遇的是强烈热液蚀变的玄武岩(图2a), 具有洋中脊型玄武岩的成分组成(Larsen et al, 2018a), 并没有钻遇蛇纹石化地幔(Sun et al, 2019)。任金锋等(2018)通过古地貌重建认为, U1499钻遇的砾石层发育于小型断陷陆相湖盆内, 站位U1499处的地壳属于陆壳或洋陆转换带。Larsen等(2018a)由U1499钻遇的砾岩有较大比例的上地壳物质, 部分是沉积成因, 认为其下应属于陆壳范围。那么, 从站位U1499到U1502, 在如此窄的距离(40km)如何完成了从陆壳到玄武岩洋壳的转变?另外, 站位U1502处钻遇的玄武岩被强烈热液蚀变, 其成因是什么?板块破裂早期的局部岩浆活动?以上的钻探结果表明, 钻探并不能全面揭示南海北部陆缘洋陆转换带COT的地壳性质、张裂-破裂机制与动力学过程, 需要地球物理探测获取更多深部的证据(Jian et al, 2018)。
图1 南海北部陆缘OBS2018-H2测线位置与水深地形图

图a中的黑色方框表示图b的位置; 图b中黑色粗实线为OBS2018-H2测线; 黑色箭头代表放炮方向; 黄色五角星代表IODP钻探站位; 红色实心圆代表OBS台站; 橙色实心矩形、圆形和三角形分别代表磁异常C11、