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多源探测数据揭示的南海东北部三维地壳结构特征

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地球物理学报 2020年第4期63卷 1538-1552页

作者：李小林张冬丽张培震李志刚胡立天郑文俊中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082

南海东北部洋陆转换带及其邻区复杂的地壳结构一直是南海岩石圈结构研究和深水油气勘探的热点.本研究基于覆盖南海东北部的119条地球物理探测数据(包括二维地震和OBS/OBH/ESP等剖面),采用已有OBS数据拟合的时-深关系进行转换,提取主要... 详细信息

南海东北部洋陆转换带及其邻区复杂的地壳结构一直是南海岩石圈结构研究和深水油气勘探的热点.本研究基于覆盖南海东北部的119条地球物理探测数据(包括二维地震和OBS/OBH/ESP等剖面),采用已有OBS数据拟合的时-深关系进行转换,提取主要沉积地层界面和Moho面深度信息;参考区域深钻资料,利用离散平滑与克里金插值法对研究区的数据稀疏区进行插值,在此基础上建立了南海东北部三维地壳结构模型.结果显示:南海东北部的地壳拉伸减薄具有空间差异性.平面上,可以分为地壳轻微、中等和强烈减薄区(拉伸系数分别小于1.5、1.5~2.5之间和大于2.5);Moho面深度向SW向变浅,洋陆转换带宽度由东部的50km变窄至西部的20km;北部陆架区发育一系列NE走向的断陷,推测主要受到滨海断裂带的控制,南部陆坡深水区部分凹陷发育巨厚沉积层,可能是由于深水区大型正断层活动和南海扩张过程中陆壳向海掀斜的共同作用.垂向上,Moho面深度与沉积层底界表现为镜像关系,上地壳拉伸系数基本都大于下地壳;且东沙隆起及其邻区的下地壳下部发育高速层,其厚度以近东西向为轴向南北方向变薄.研究揭示的南海东北部三维地壳结构,特别是Moho面结构特征,是认识其深部动力过程和构造活动的重要依据,可为探讨南海洋盆的扩张和演化提供参考.

关键词：南海东北部洋陆转换带时深转换三维地壳结构地壳减薄

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广东阳江地区的地壳速度结构与地震活动性

地震地质 2020年第5期42卷 1153-1171页

作者：王小娜邓志辉叶秀薇王力伟广东省地震局广州510070 南方海洋科学与工程广东省实验室珠海519000 中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室广州510070 广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室广州510070

文中基于广东、广西和海南地震台网共49个台站于1990年1月—2019年8月记录的6390个地震的43225条P波绝对到时数据和422956条相对到时数据,利用双差地震层析成像方法获得了阳江地区0.1°×0.1°的三维地壳P波速度结构及6255个地震的精定... 详细信息

文中基于广东、广西和海南地震台网共49个台站于1990年1月—2019年8月记录的6390个地震的43225条P波绝对到时数据和422956条相对到时数据,利用双差地震层析成像方法获得了阳江地区0.1°×0.1°的三维地壳P波速度结构及6255个地震的精定位结果。结果表明,阳江地区的浅层P波速度较高,可能与该区沉积层较薄且普遍出露的燕山期花岗岩、印支期花岗岩和寒武纪变质岩有关。浅层速度的分布与断裂构造及地质构造具有明显的对应关系,马水—蒲白一带的高、低速转换带与阳春-织篢断裂的NE走向有明显的一致性,西侧的低速体多对应燕山期花岗岩系的分布区,而东侧的高速体多对应寒武纪变质岩系。阳江6.4级地震位于燕山期花岗岩系低速异常所夹的高速孕震层内,其下方为低速异常,推测下方的低速层属于延性剪切层,地幔楔熔融以及玄武岩的底侵作用使得该层岩石部分熔融,表现出低速异常。20km深度附近存在大范围的低速异常,验证了阳江地区存在华南大陆的中地壳低速层;30km深度处陆区到沿海呈现出NW低速、SE高速的特征,验证了华南沿海大陆的地壳减薄特征。推测NEE向的洋边海—平岗地震条带位于平岗断裂西南的逆冲隐伏段上,该隐伏段与洋边海断裂交会处发生的3次5级以上地震可能均为洋边海断裂和平岗断裂共同作用的结果。隐伏段在地下4~13km深度处延伸,走向为N78°E,倾向NW,倾角约为85°,位于高、低速异常交界处并偏向于高速一侧,其NW侧为高速区,SE侧为低速区,反映了中新世以来NW盘抬升、SE盘下降的构造活动特征,亦与2004年阳江4.9级地震的逆断兼具少量左旋走滑的性质吻合。平岗断裂隐伏段与NE段的产状差异较大,推测平岗断裂可能在平岗附近扭为“麻花”状,两侧表现出不同的构造和运动性质。

关键词：阳江地区双差地震层析成像速度结构低速层地壳减薄平岗断裂隐伏段

西藏拉萨地体尼木后碰撞花岗岩的成因与岩浆混合作用

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西藏拉萨地体尼木后碰撞花岗岩的成因与岩浆混合作用

作者：陆天宇中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

西藏南部的拉萨地体位于亚洲大陆的最南端,记录了新特提斯洋俯冲以及随后的印度-亚洲碰撞的相关信息,具有现今地球上最厚的大陆地壳之一,因而受到国内外学者的广泛关注。然而对于该区域地壳厚度变化过程的研究还很薄弱,这制约了我们对... 详细信息

西藏南部的拉萨地体位于亚洲大陆的最南端,记录了新特提斯洋俯冲以及随后的印度-亚洲碰撞的相关信息,具有现今地球上最厚的大陆地壳之一,因而受到国内外学者的广泛关注。然而对于该区域地壳厚度变化过程的研究还很薄弱,这制约了我们对于青藏高原形成和演化的认识与理解。南部拉萨地体中广泛发育了大量的后碰撞埃达克质岩浆岩,其在时空分布以及岩浆岩组成与演化上具有规律性。此外,这些后碰撞的埃达克质岩石通常被认为形成于加厚下地壳的部分熔融,并且这些后碰撞埃达克质岩石中轻重稀土分异程度的差别可以用来推测该区域地壳厚度的变化,因而能够包含一些深部下地壳的相关组成信息。因此,我们选择南部拉萨地体中段的尼木地区作为研究区,对该区域内发现的两期后碰撞埃达克质岩石进行了矿物学、年代学、全岩地球化学以及锆石Hf同位素的分析与研究,以期揭示这两期后碰撞埃达克质岩石的成因以及相关地壳厚度变化的情况。尼木后碰撞埃达克质岩中存在的矿物不平衡结构(如:斜长石颗粒具有Ca升高的区域、熔蚀边以及筛状核部,钾长石大斑晶的环斑结构以及花岗闪长岩中的角闪石包裹黑云母现象)表明了该地区在后碰撞岩浆活动阶段存在有大量的岩浆混合作用。锆石U-Pb年代学结果显示花岗闪长岩的年龄约15 Ma,而二长花岗岩的年龄约30 Ma,表明尼木地区存在有两期的后碰撞埃达克质岩浆活动。另外,它们的锆石Hf同位素和地球化学特征暗示其岩浆主要来源于加厚的拉萨新生下地壳的部分熔融,并且源区残留角闪石与石榴石。花岗闪长岩包体中的锆石显示了比寄主岩稍微偏正的ε(t)值,表明其形成过程中存在有亏损地幔物质的加入。而二长花岗岩包体更负的锆石ε(t)值表明其形成过程中存在有富集地幔物质的贡献。此外,花岗闪长岩中明显更低的(La/Yb)值以及更高的Yb含量则暗示了其源区残留更少的石榴石,表明其形成于较浅的地壳深部,指示了拉萨地体在约15 Ma时的地壳相对变薄。因此,我们认为藏南拉萨地体的地壳在印度-亚洲碰撞以后并不是一直持续加厚的,其在大约25 Ma左右可能经历了一期地壳减薄事件。

关键词：拉萨地体后碰撞埃达克质岩岩浆混合部分熔融地壳减薄

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东海莫霍面起伏与地壳减薄特征初步分析

海洋学研究 2013年第1期31卷 16-25页

作者：周志远高金耀吴招才沈中延张涛孙运凡国家海洋局第二海洋研究所海底科学重点实验室浙江杭州310012

收集、整理大量由地震剖面提供的沉积层厚度资料,得到东海沉积层等厚图。对完全布格重力异常进行沉积层重力效应改正后,得到剩余重力异常,利用地震资料揭示的莫霍面深度值来约束界面反演得到东海莫霍面埋深。结果表明,东海陆架盆地莫霍... 详细信息

收集、整理大量由地震剖面提供的沉积层厚度资料,得到东海沉积层等厚图。对完全布格重力异常进行沉积层重力效应改正后,得到剩余重力异常,利用地震资料揭示的莫霍面深度值来约束界面反演得到东海莫霍面埋深。结果表明,东海陆架盆地莫霍面深度在25～28km之间平缓变化,地壳厚度为14～26km,西厚东薄;冲绳海槽盆地莫霍面深度为16～26km,地壳厚度为12～22km,北厚南薄。东海陆架盆地东部与冲绳海槽盆地南部地壳减薄明显,拉张因子分别达到2.6和3。初步分析认为冲绳海槽地壳以过渡壳为主,并未形成洋壳。

关键词：沉积层厚度莫霍面埋深地壳减薄东海

阿拉善右旗中元古代片麻状花岗岩地球化学特征及其地质意义

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阿拉善右旗中元古代片麻状花岗岩地球化学特征及其地质意义

作者：雷洁兰州大学

学位级别：硕士

阿拉善右旗地处中亚造山带、塔里木板块与华北板块结合的部位,大地构造归属于华北板块西段南缘,南邻北祁连造山带,经历了漫长的地质发展史,区域构造复杂,岩浆活动频繁,成矿条件优越,矿产资源丰富。本文在野外地质调查及前人的研究成果... 详细信息

阿拉善右旗地处中亚造山带、塔里木板块与华北板块结合的部位,大地构造归属于华北板块西段南缘,南邻北祁连造山带,经历了漫长的地质发展史,区域构造复杂,岩浆活动频繁,成矿条件优越,矿产资源丰富。本文在野外地质调查及前人的研究成果分析研究的基础上,运用构造地质学、同位素年代学、地球化学及岩石学的方法,探讨了该区片麻状花岗岩的分布特征、成因及形成的构造背景,为该区中元古代构造岩浆作用及地壳演化提供可靠的岩石学和年代学依据。研究区花岗岩发育十分广泛,腰泉片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄介于1180±16Ma～1396±18Ma之间,加权平均值为1269±90Ma,代表该片麻状花岗岩形成时代,为中元古代中晚期。腰泉片麻状花岗岩具有贫铝、镁、钙、钛和高硅高碱的特点,SiO2均大于70%,其含量平均值为75.40%,属硅过饱和系列;K20的含量均大于4%,平均值为4.53%,Na2O的含量平均值为3.42%,Na2O+K2O含量介于7.54%-8.42%之间,平均值为7.96%,K2O/Na2O介于1.08～1.88之间;贫铝、钙和镁,A1203含量平均值为12.84%;CaO含量平均值为1.04%, MgO含量均远小于3%,平均值为0.18%;贫钛,ZiO2含量平均值为0.17%。A/CNK介于0.84-0.98之间,A/NK介于1.07-1.81之间,属高钾准铝质;在岩石原始地幔微量元素标准化蛛网图上,Ba, Nb, Ta, Sr, P, Ti表现为强烈亏损,Th, U, K, Rb为富集。花岗岩稀土元素总量介于147.0×10-6-219.0×10-6之间,平均值为187.6×10-6。LREE/HREE介于1.01-2.26,平均值为1.49,（La/Yb）N介于2.17-6.33之间,平均值为3.75,为轻稀土元素略富集,强烈负Eu异常,δEu=0.35-0.44,富集高场强元素HFSE, TFe2O3的含量大于1%,Rb的含量较高,但最高为203x10-6,因此推断其为A型花岗岩。结合区域地质背景研究认为,中元古代晚期片麻状花岗岩为地壳物质发生部分熔融的产物,在岩浆作用过程中发生过斜长石分离结晶作用或有斜长石残留岩浆源区。该花岗岩在A1,A2判别图解中显示其属A2型花岗岩,故可推断其形成于后碰撞环境。

关键词：花岗岩中元古代地壳减薄后碰撞环境 Rodinia超大陆阿拉善右旗

华北埃达克质岩与克拉通破坏:实验岩石学和地球化学依据

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中国科学：地球科学 2011年第5期41卷 654-667页

作者：熊小林刘星成朱志敏李元肖万生宋茂双张生吴金花中国科学院广州地球化学研究所广州510640

华北埃达克质花岗岩和火山岩与岩石圈减薄时空一致性使得它们成为窥视克拉通破坏过程和机制的一个重要窗口.本文通过实验岩石学资料限定华北埃达克质岩石的主要源区岩石为中钾和高钾基性变质岩,并通过基性变质岩体系相平衡、长英质熔体T... 详细信息

华北埃达克质花岗岩和火山岩与岩石圈减薄时空一致性使得它们成为窥视克拉通破坏过程和机制的一个重要窗口.本文通过实验岩石学资料限定华北埃达克质岩石的主要源区岩石为中钾和高钾基性变质岩,并通过基性变质岩体系相平衡、长英质熔体TiO2溶解度、埃达克质岩石Nb/La随La/Yb变化规律等研究论证大别、胶东和克拉通北缘许多埃达克质岩石的源区存在残留金红石,岩浆形成深度超过50km,从而揭示华北克拉通破坏涉及超过15km的地壳厚度减薄或下地壳拆沉.

关键词：埃达克质岩华北克拉通地壳减薄金红石实验岩石学

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南海新生代地壳减薄特征分析

地球科学前沿（汉斯） 2017年第4期7卷 567-573页

作者：贺超海南省海洋地质调查研究院海南海口

拉伸因子β是直接反映地壳减薄程度的参数。为了分析南海新生代以来地壳减薄特征,对比南、北部的差异性演化,利用网格密度为1? ×1?全球地壳模型CRUST 1.0提供的南海地壳厚度数据,结合NGDC提供的水深数据,在假设南海拉伸前的地壳厚度为3... 详细信息

拉伸因子β是直接反映地壳减薄程度的参数。为了分析南海新生代以来地壳减薄特征,对比南、北部的差异性演化,利用网格密度为1? ×1?全球地壳模型CRUST 1.0提供的南海地壳厚度数据,结合NGDC提供的水深数据,在假设南海拉伸前的地壳厚度为32 km的基础上,通过地壳减薄量计算了拉伸因子β,并绘制了南海拉伸因子分布图。拉伸因子计算结果介于1~4.2之间,其中最大值在南海南部的双子群礁附近取得,最小值分布在北部湾陆架。拉伸因子β的分布规律表明南海南部减薄程度靠近海盆突然增强,北部则是由陆架至海盆逐渐加强;总体而言,南海北部减薄程度大于南部减薄程度,西部减薄程度最低。

关键词：地壳减薄拉伸因子β 南海共轭大陆边缘

相继断层作用解释共轭边缘的非对称性和伸展差异

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世界地震译丛 2017年第1期48卷 62-73页

作者： César R.Ranero Marta Pérez-Gussinyé 刘见宝河南工程学院

早期伸展期间,冷的大陆岩石层变薄并发生沉降,形成裂谷盆地。如果继续拉伸并最终导致破裂,裂开的、大大减薄的板块便沉降至海平面以下深处,形成一对共轭的裂离边缘。尽管盆地和边缘是普遍存在的结构,但是从中等程度伸展的盆地到明显拉... 详细信息

早期伸展期间,冷的大陆岩石层变薄并发生沉降,形成裂谷盆地。如果继续拉伸并最终导致破裂,裂开的、大大减薄的板块便沉降至海平面以下深处,形成一对共轭的裂离边缘。尽管盆地和边缘是普遍存在的结构,但是从中等程度伸展的盆地到明显拉伸边缘的变形过程还不清楚,就像目前研究一致报道的那样,地壳减薄比由脆性断层作用引起的伸展要强烈1-4。该伸展差异可能起因于脆性地壳层和塑性地壳层的差异拉伸2,但是这不足以解释共轭边缘的典型非对称结构5,6——在剖面上,一侧边缘显示逐渐变薄,伴随着大断裂发育,而共轭的另一侧显示突然变薄,却伴随着小断裂发育5。裂陷早期开始活动的全地壳拆离,在理论上可以引起减薄和非对称1,但在机制上是有疑问的。此外,伸展差异在共轭边缘的两侧均有发生,导致外部形态的矛盾——两侧边缘均像拆离断层的上盘7,8。不同的模型认为,由于地震成像的限制,许多脆性伸展未被探测到,其原因或是地震分辨率难以识别的断裂9、基底顶部100km级别拆离面上不可见的变形8,或者是剖面上断裂组合的构造复杂性3。这里我们利用深度偏移地震成像准确地测量断层伸展,并将其与地壳减薄进行比较。利用观测资料建立了一种裂陷期运动学平衡模型,通过由裂陷盆地到非对称结构过程中断层控制的地壳减薄,和共轭裂离边缘的超级减薄解决了伸展差异。与现有的认识相比,观测资料支持这种观点:在地震资料上地壳减薄首先可由清晰可见的简单安德森断裂解释。

关键词：断层作用非对称性伸展共轭非对称结构地壳减薄裂谷盆地裂陷盆地

GPS观测研究现今青藏高原地壳形变机制——来自阿尔金断裂三维运动场及高原地壳减薄的证据

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国际地震动态 2017年第9期38卷 44-46页

作者：葛伟鹏中国地震局地质研究所北京100029

自50~55 Ma以来,印度次大陆向北与欧亚大陆碰撞后形成喜马拉雅—青藏高原造山带,碰撞导致地壳增厚致使高原大幅隆升,改变了亚洲大陆岩石圈的构造格局,也对东亚地区的气候和环境产生了巨大影响。阿尔金断裂作为青藏高原北缘的主控边界断... 详细信息

自50~55 Ma以来,印度次大陆向北与欧亚大陆碰撞后形成喜马拉雅—青藏高原造山带,碰撞导致地壳增厚致使高原大幅隆升,改变了亚洲大陆岩石圈的构造格局,也对东亚地区的气候和环境产生了巨大影响。阿尔金断裂作为青藏高原北缘的主控边界断裂,其运动学性质在20世纪70年代备受关注,不同量级的滑动速率引出了块体运动与东向逃逸和连续变形与地壳增厚两种端元模型。约10~15 Ma以来,在青藏高原南部与北部出现地堑与裂谷,为高原东西向拉张运动提供了证据,表明青藏高原开始经历地壳减薄过程。青藏高原形成以来形变场经历怎样变化,长时间尺度的地质学构造过程与现今GPS观测是否能够统一?10~15 Ma以来青藏高原地壳减薄过程造成高原高程怎样的变化?青藏高原北缘,尤其是跨阿尔金断裂具有怎样的现今三维地壳变形场,地壳应变是如何在北阿尔金断裂、祁漫塔格断裂和阿尔金断裂之间分配的?青藏高原北缘与塔里木盆地具有怎样的力学性质,对跨阿尔金断裂构造形变场造成怎样的影响?最后,GPS观测得到的现今地表形变场能够对青藏高原形变模式的争论作出何种解答?上述科学问题的解答,对于研究青藏高原隆升与变形过程具有十分重要的意义。本研究分为两部分。第一部分是青藏高原北缘三维震间运动场的观测与研究。在青藏高原北缘跨阿尔金断裂中段自建9个GPS连续台站并开展观测,根据区域研究特点设计无人值守的观测台站,具有低成本投入、高质量观测的特点。上述连续GPS台站的建立填补了青藏高原北缘,尤其是在阿尔金无人区地壳形变观测研究的空白,积累了宝贵的连续GPS数据;截止2015年7月,共有4年的连续GPS观测。数据分析结果证明,设计建站方法行之有效,GPS台站稳定、观测数据质量稳定、数据连续性稳定。结合使用中国大陆构造环境监测网络在研究区及邻域GPS连续台站数据作位置时间序列与速度场解算,获得青藏高原北缘地区跨阿尔金断裂中段现今三维形变场。使用三维线弹性后向滑移(backslip)块体运动模型,反演塔里木块体、北阿尔金块体、柴达木块体和祁漫塔格块体的三维块体运动。结果表明,北阿尔金山相对于塔里木盆地有(1.32±0.2)mm/a的抬升速率,相对于柴达木盆地具有(0.73±0.3)mm/a的抬升速率,可解释为北阿尔金块体存在显著的造山过程;阿尔金断裂有(8.21±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(0.66±0.60)mm/a的缩短速率;祁漫塔格断裂有(0.53±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(1.53±0.60)mm/a的缩短速率;北阿尔金断裂有(0.87±0.60)mm/a的左旋速率、(0.69±0.60)mm/a的缩短速率。同时,阿尔金断裂中、西两段滑动速率基本一致,约为8.0~10.0mm/a。定量研究结果支持连续形变与地壳增厚模型,表明相对塔里木块体,青藏高原北缘地区正在抬升、增厚,以北阿尔金山地区最为明显,抬升速率约达1.3mm/a。跨青藏高原北缘的阿尔金断裂、北阿尔金断裂和祁漫塔格断裂近200km的宽泛变形带内,南北向地壳缩短并不明显,缩短量仅约为2.9mm,且近一半缩短量发生在祁漫塔格山南侧。GPS观测阿尔金断裂车尔臣河段(~86°E)剖面表明,断裂两侧存在非对称变形特征。本文采用非对称变形模型反演GPS速度剖面数据,获得断裂两侧塔里木盆地和青藏高原北部的地壳介质剪切模量差异。结果显示,塔里木盆地地壳介质剪切模量约为青藏高原北部剪切模量1.53倍,相应S波波速比值为1.24,与Yang等人得到的地壳和上地幔三维VSV模型结果一致。地震学研究结果认为,青藏高原北部与东部地区在中地壳存在低速层,局部区域可能发生部分熔融;Hacker等进一步确认羌塘地块中地壳到深部地壳存在熔融现象。本文的研究运用了与地震学完全不同的资料,通过大地测量方法推导青藏高原北部与塔里木盆地的地壳介质力学性质差异,得到与地震学研究得到的S波波速比及其构造物理学解释相当一致的结果。成果为青藏高原力学演化模型提供新的约束。本论文第二部分内容是使用覆盖青藏高原及周边的GPS速度场,计算青藏高原内部应变率场。GPS观测速度场不仅显示了南东东-北西西向的地壳拉张过程,也揭示了青藏高原内部更加重要的地壳减薄过程。结果显示,青藏高原北部和南部的垂向应变率(减薄应变率)分别为(8.9±0.8)nanostrain/a和(7.4±1.2)nanostrain/a,青藏高原西南部的垂向应变率为(12.0±3.2)nanostrain/a,表明青藏高原内部大尺度范围应变率测量结果的一致性。并且青藏高原内部的拉张应变率观测也相当一致,青藏高原北部,沿着N114±1°E主应变方向的拉张应变率为(21.9±0.4)nanostrain/a;高原南部沿着N93±1°E主应变方向的拉张应变率为(16.9±0.2)nanostrain/a;高原西南部沿着N74±3°E主应变方向的拉张应变率为(22.2±1.8)nanostrain/a。如果地

关键词：青藏高原阿尔金断裂中段连续GPS观测三维弹性后向滑移块体模型地壳减薄