南海北部地壳结构的深地震探测和研究新进展

南海是西太平洋最大的边缘海之一,其北部具有被动大陆边缘特征.深部地壳结构的研究对深入认识南海北部边缘的构造属性、演化历史、含油气盆地的形成过程,以及南海成因具有十分重要的意义.南海北部地壳结构的深地震探测经历了声纳浮标、双船扩展剖面和海底地震仪几个阶段,声纳浮标探测了解到上地壳的结构特征,双船扩展剖面首次获得了地壳结构和莫霍面起伏的情况,海底地震仪探测则得到了详细的地壳结构模型.文中回顾了这些深地震探测和研究的历史,介绍和总结了最新的研究进展和重要成果,并提出存在的问题和今后工作的建议.     

济阳坳陷新生代构造沉降特征

利用回剥技术计算了济阳坳陷中4个主要凹陷的40余口井的构造沉降史,并通过与有限拉张模型对比,估算了单井的拉张系数.沉降特征分析结果表明,新生代以来,济阳坳陷的沉降基本上与断陷-坳陷的构造背景相吻合;断陷期东营凹陷拉张量最大,惠民凹陷次之,车镇凹陷最小,最大沉降中心由西南向东北逐渐迁移;各凹陷单井的拉张系数受到控盆断裂的影响;距今14 Ma以来沉降加速,高沉降速率有随时间从坳陷东北部向西南部推进的趋势.     

大容量气枪震源在海陆联测中的应用:南海北部试验结果分析

利用海上大容量气枪震源和陆上地震台站在南海北部进行海陆联测试验尚属首次. 试验结果表明, “实验2号”调查船新枪阵的信号传播距离最远为255 km, 信号有效范围达5×10⁴ km², 覆盖了香港和珠江三角洲地区, 比旧枪阵在信号强度、传播距离和有效范围等方面都有大幅度提高, 说明气枪震源的更新改造是成功的. 与其他地区已有的试验结果相比较, 发现新枪阵的激发效果达到了国际同类震源的最好水平, 特别是在利用陆上固定地震台站接收远距离海上气枪信号方面有新的突破, 这对于沿海地区三维地壳结构的探测和“地震雷达”概念的实现具有重要的意义.     

湘东北钠质煌斑岩的发现及其地质意义

在湘东北中生代陆内拉张带中发现了一组特殊的钠质煌斑岩.岩石以富Na 2 O,高TiO 2 和Nb,Ta,Nd,LREE弱富集以及不出现负铕异常为特征.测得Rb-Sr同位素年龄为136Ma.Sr同位素初始比值为0.705331,Nd同位素初始比值为0.512639～0.512654,ε Nd (t)值为+3.5～+3.8.微量元素和Sr,Nd同位素组成具有洋岛玄武岩(OIB)地幔源区性质,构成特殊的钠质煌斑岩地幔源区.推测钠质煌斑岩形成于板内软流圈地幔上涌的地幔热点式构造环境,来自软流圈含挥发分的流体/熔体与下地幔的交代作用可能是制约钠质煌斑岩形成和陆内拉张的主要因素.     

国产海底地震探测装备技术研发与应用

为研究深部壳幔结构、海底地震活动性和实现地震海啸预警,需要在海底布设海底地震仪开展地震观测。深海海底地震仪因涉及地震传感器、深水水听计、声学换能器与耐压封装等先进国际技术,中国高性能深海海底地震仪长期是空白。对此,中国科学院地质与地球物理研究所通过多年持续核心技术攻关和多次深海试验验证,解决了数字调零宽带地震传感技术、全海深陶瓷压电水听传感技术、软硬协同优化低功耗采集技术和万米高可靠性释放回收技术等关键技术难题,自主成功研发了包括便携式海底地震仪、宽频带海底地震仪与实时海底地震仪等系列海底地震探测装备(型号为IGG-OBS)。实验结果表明：自主研发的IGG-OBS仪器装备达国际先进水平;近年来在多个科考航次中发挥支撑作用,总计投放达1 400余台次,综合回收率大于90%;通过在洋中脊、海山、俯冲带等多种复杂海底区的实际观测,数据质量合格率>98%,具备复杂构造成像能力,已进入实质性应用阶段,为中国深海科考、大洋调查及近海灾害预警监测等提供了关键技术支撑。     

济阳坳陷新生代构造沉降特征

利用回剥技术计算了济阳坳陷中4个主要凹陷的40余口井的构造沉降史，并通过与有限拉张模型对比，估算了单井的拉张系数。沉降特征分析结果表明，新生代以来，济阳坳陷的沉降基本上与断陷一坳陷的构造背景相吻合；断陷期东营凹陷拉张量最大，惠民凹陷次之，车镇凹陷最小，最大沉降中心由西南向东北逐渐迁移；各凹陷单井的拉张系数受到控盆断裂的影响；距今14Ma以来沉降加速，高沉降速率有随时间从坳陷东北部向西南部推进的趋势。     

南海东北部三分量海底地震仪记录中横波的识别和分析

纵横波联合应用可以得到更多的有关各岩石圈层的岩性、物性等深部结构信息,将有效降低地壳结构研究中地质解释的多解性.然而,由于海上探测的特殊性,转换横波的记录较少,再加上转换横波的复杂性,使得横波研究一直是南海深部地壳结构研究中的弱项.南海东北部OBS-2001测线,布设11个三分量海底地震仪(OBS)记录地震数据,经过极化处理、带通滤波等方法处理后,目前在9个OBS径向分量记录中识别出转换横波震相.基于OBS7数据详细阐述了横波识别这一重要基础环节,并运用简单理论模型试算和射线追踪,确定了OBS7记录剖面中来自地壳与Moho面的PwSc,PgSs,PnSc,PmS等几组转换横波震相,该研究结果不仅为横波速度结构及Poisson比物性剖面提供数据保证,而且为今后横波信息的有效利用提供经验与借鉴,对南海岩石圈结构的精细研究具有重要意义.     

南海北部沉积层和地壳内低速层的分布与识别

与构造活动密切相关的低速层一直是地球物理学家关注的焦点,随着我国南海北部海域海底地震仪与海陆联合地震探测的发展,完成的6条测线解释结果初步揭示了该区地壳结构特征,展现了低速层的分布情况．在南海北部共有5处发现速度倒转现象,其中3处发现于莺歌海盆地和珠江口盆地,属于沉积层中的低速层,其特征深度一般为2．0—6．0 km、速度2．5—3．0 km·s~(-1)、厚度为2．0—4．6 km,由于埋深较浅,可以利用折射震相与反射震相相结合的方法辨识低速层．其余2处位于南海东北部与西北部的海陆过渡带处,属于壳内低速层,其特征深度一般为7．0—18．0 km、速度为5．5—6．0 km·s~(-1)、厚度为3．0—6．0 km,由于埋深较大,难以接收到低速层底界面的反射波,而采用低速层走时间断的特性进行辨识．并结合其他学科的研究成果,初步探讨了不同深度低速层的构造成因,为南海形成演化理论提供了科学依据．     

南海西南次海盆海底地震仪天然地震观测及ScS波分裂

简要介绍了南海西南次海盆OBS3D地震探测台阵,整理并详细分析了宽频带OBS的天然地震记录,结果表明共记录了Ms6.0～6.9地震93个,Ms7.0以上地震10个,数据质量较好,特别是2011年3月11日日本仙台以东海域发生的Ms9.0大地震.对4次Ms7.0以上地震的ScS波进行了各向异性反演,结果表明西南次海盆的快S波偏振方向N58°E平行于已停止活动的扩张脊(慢波方向S35°E垂直于扩张轴),说明西南次海盆的扩张脊现今处于挤压应力状态,反映了南海南部边缘的碰撞格局和洋脊停止扩张的动力学原因.     

超慢速扩张洋中脊NTD的蛇纹石化地幔:海底广角地震探测

非转换断层不连续(NTD)在超慢速扩张洋中脊高频度出现,其地壳速度结构与相邻的岩浆扩张中心(NVR)差别明显.结合表层断层多和减薄的地壳,说明NTD在超慢速洋中脊扩张理论、热液活动甚至矿产资源方面有十分重要的意义.本文使用2条海底广角地震测线的数据,使用射线追踪正反演的方法,获得了西南印度洋中脊28~29扩张段之间NTD下方的地壳及上地幔速度结构.结果表明:(1)NTD下方地壳较薄(3.2~4.5 km),洋壳层2厚约2.0 km,洋壳层3较薄(1.0 km)甚至缺失;(2)洋壳层2表层速度横向差异大,表明存在较多断裂;(3)洋壳层3出现低速区,成因可能是受浅部大断裂或地幔蛇纹石化作用影响;(4)上地幔顶部速度存在低速异常(7.2 km/s),结合NTD地壳较薄(5 km)和表层断裂多的特征,认为是上地幔发生大规模蛇纹石化作用导致低速,为进一步理解和区分莫霍面与蛇纹石化前缘(Serpentinization Front)提供了一个很好的例证.