深海地球物理與資源研究室在地球深海構造等方面的最新進展
文章來源： | 發布時間：2016-06-23 | 【打印】 【關閉】
深海科學與工程研究所吳時國研究員帶領的深海地球物理與資源研究室，自研究隊伍組建以來，致力于地球物理技術，深海資源地質、地質災害和地球深部構造方向研究。2016年11月份以來，該團隊在地球深部構造、深水地質災害、深水油氣及天然氣水合物方面，取得了一些初步性的研究進展。
1、地球深部構造
地球深部構造方面，高金尉博士在美國《Geochemistry，Geophysics，Geosystems》雜志期刊上發表了一篇題為《南海西北緣地殼結構和伸展模式》的學術文章。他利用多道地震剖面和重磁聯合反演結果，研究了南海西北緣地殼結構和構造特征。研究表明：在南海西北緣夭折裂谷之下，存在小于3km厚的極度減薄的陸殼，但不存在明顯的拆離斷層，裂后期巖漿活動在西沙海槽及其以南地區廣泛發育，并認為南海西北緣陸殼經歷了純剪變形、減薄和破裂階段，地幔巖石圈的破裂要早于陸殼的頸縮（模式B）。
圖1 南海西北緣地殼結構和伸展模式
董淼博士在《Marine Geophysical Research》期刊上發表了一篇題為《Thinned crustal structure and tectonic boundary of the Nansha Block, southern South China Sea》的學術文章。他們利用多種地球物理數據包括重力、磁和反射地震剖面，研究了南海南部南沙地塊的構造邊界、深部地殼結構以及演化過程。研究表明：南沙地塊的西南邊界位于盧帕爾斷裂附近；地塊居里面深度與莫霍面深度接近，在南沙海槽內居里面深度大于莫霍面深度，推測該區熱流值偏低；伸展斷層或者陸殼下的地殼流是南沙地塊在海槽逆沖褶皺帶下減薄的原因。
圖2 南沙區域地質概況級地塊演化模式圖
在深水盆地晚期巖漿活動方面，吳時國研究員（通訊作者）與在讀博士趙芳合作發表論文《Prolonged post-rift magmatism on highly extended crust of divergent continental margins (Baiyun Sag）, South China Sea》，綜合運用二維/三維地震數據、鉆井數據以及地化數據，在南海北部珠江口盆地白云凹陷發現了多期長時間噴發的裂后火山活動，這套火山活動是南海海底持續擴張在北部陸緣的表現形式之一。研究表明深部地幔上涌在南海構造演化中扮演著非常重要的角色。該研究將大陸裂解引發的沉積體系定義為破裂層序（breakup sequence），記錄了南海海底持續擴張過程引發的長時間巖漿噴發和沉積環境的變化。
圖3 地震剖面及T5平面的時間結構圖和相干圖
(a) 地震剖面圖上的與巖床有關的強制性褶皺和火山丘 （b）T5平面的褶皺和火山丘分布 （c）T5平面相干圖
2、深水油氣及天然氣水合物
在深水油氣及天然氣水合物方面，吳時國研究員和王吉亮博士分別在《Interpretation》和《地球物理學報》期刊上發表了一篇學術文章。吳時國研究員認為，南海經歷了始新世到早漸新世的NE-SW向擴張，導致了破裂不整合面，隨之發生了晚漸新世至早中新世的海底擴張，形成中央海盆。構造沉降提供了臺地生長的可容納空間，構造掀斜作用、斷裂作用和前陸盆地前沿擠壓褶皺的遷移控制了臺地各單元厚度、沉積相和地震反射終止特征在橫向上的變化，構造控制的相對海平面控制了不同級序生物礁碳酸鹽臺地的沉積旋回，而后期加速沉降導致了碳酸鹽臺地淹沒。王吉亮博士則針對墨西哥灣GC955H井天然氣水合物儲層，利用聲波全波形數據，研究了其衰減特征，并定性分析了造成水合物對儲層聲波傳播影響不同的原因，包括巖性、水合物飽和度、水合物賦存方式等。
3、深水地質災害
在深水地質災害方面，王大偉副研究員在《SCIENCE CHINA: Earth Sciences》和《中國科學》期刊上發表了一篇關于晚中新世紅河斷裂走滑反轉構造事件的海底滑坡證據的學術文章，突破了前人停留在鶯歌海盆地以及瓊東南盆地北部區域的研究局限，將晚中新世紅河斷裂走滑反轉構造事件的研究向南拓展到南海深水區。通過研究，建立了大型海底滑坡（面積約18, 000km2、沉積厚度可達 930m）與該期構造事件之間的聯系，他認為本次發現的大型海底滑坡是該期構造事件的沉積學響應，并通過層序地層界面的地質時間約束，指出 ~ 5.5Ma是該期構造事件的最強烈時期。
圖4 海底滑坡的地貌特征
（a）海底滑坡沉積厚度圖 （V1, V2等代表局部的隆起）（b）海底滑坡底界面的古地貌分析及流動方向重建
圖5 晚中新世瓊東南海底滑坡成因機制分析
在海底滑坡方面，吳時國研究員（通訊作者）在《Earth and Planetary Science Letters》上發表了一篇題為《A giant, submarine creep zone as a precursor of large-scale slope instability offshore the Dongsha Islands (South China Sea)》的論文，文章基于水深數據和三維地震數據的測井約束反演方法針對南海東沙大陸坡的海底滑坡問題進行了研究，以地震剖面上的位置相對不變的垂直堆疊狀分布的溝槽和隆起識別海底地貌起伏區，發現了新近發育的面積超過800km2的海底地貌起伏區，研究區內海底上存在大量狹長溝槽，分析表明高沉積速率、局部斷層活動以及頻繁的地震是形成這一地貌的主要原因，研究認為海底溝槽的形成與陸坡的不穩定性及重力滑動有關，未來可能演化為大規模的海底滑坡，研究成果有利于理解大陸坡區域的海底滑坡行為。
圖6 研究區域的海底地形圖
圖7 蠕變引起的陸坡溝槽和隆起（剖面A-B）
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