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南海西南次海盆残留扩张中心后扩张期海山的速度结构及其对海山演化的指示

编辑:chenjiao 时间:2020年10月29日 访问次数:108

      后扩张期海山是一种特殊类型的海山,通常形成在残留扩张中心附近,广泛分布于太平洋区域,如东太平洋、南海、日本海、菲律宾海等。过去几十年里,科学界对于此类型海山的认识主要依赖于岩石地球化学数据,研究表明后扩张期海山的形成通常与浮力减压熔融相关,岩浆主要以碱性的洋岛玄武岩(与小尺度的部分熔融相关)为主,同时也存在钙碱性的洋中脊玄武岩(与大尺度的部分熔融相关)。就后扩张期海山内部结构而言,仅在南海东部次海盆内的黄岩-珍贝海山和菲律宾海四国盆地内的Koza and Daini‐kinan海山开展过主动源海底地震仪调查,对海山结构特征(控制因素)及其形成演化过程的研究有限。
      自然资源部海底科学重点实验室丁巍伟团队张洁博士通过对南海西南次海盆后扩张期海山(龙南海山)三维主动源海底地震仪调查获得了四条穿过海山的深反射/折射地震数据(图1),开展旅行走时正反演模拟,发现(1)南海西南次海盆龙南海山是一个喷发占主导的海山,其喷发/侵入边界(~6.0km/s)在形态上呈现出下凹状态。通过计算海山体积获得海山的喷发/侵入比为3.0(图2);(2)通过与全球其他地区相同规模、相同(不同)起源海山的结构特征的比较,建立了2种可以解释海山结构差异的演化模型。这2种模型均表明海山的喷发/侵入比和地壳增厚形式的差异源于岩浆供应量和岩浆供应时间的差异;海山侵入核的缺失指示其起源与热点/地幔柱无直接的联系(图3);(3)通过与南海东部次海盆海山(黄岩-珍贝海山)结构的对比,发现其喷发/侵入比和地壳增厚形式存在差异,这种差异与南海洋脊跃迁导致的异常热地幔相关(图4)。
      相关成果发表在国际著名地学期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth杂志上,研究得到了全球变化与海气相互作用专项(No.GASI-GEOGE-01)、自然科学基金项目(41706044, 41890811, 91858214,41576037, 91628301, 91028006, 91228205, 41776053)和基本科研业务费专项(JG1903 and JB1903)的资助。
      文章信息:Zhang J, Li J*, Ruan A, Ding W, Niu X, Wang W, Tan P, Wu Z, Yu Z, Wei X, Zhao Y, Zhou Z. Seismic Structure of a Post-spreading Seamount Emplaced on the Fossil Spreading Center in the Southwest Sub-basin of the South China Sea. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020. https://doi.org/10.1029/2020JB019827

 
图1 南海地形图。红色五角星为海山采样点,海山年龄(如3.49 ± 0.9, 11–6)的单位是Ma。红色直线代表了本文所研究的四条海底地震仪测线。粗的黑色虚线为现今的残留洋中脊,棕色虚线代表了由于洋脊跃迁所导致的废弃洋脊。

图2 速度模型(T1-T4)。(a)最终的速度模型。红色倒三角代表海底地震仪的位置,白色倒三角代表受PmP震相控制的区域。(b)射线分布图。

图3 海山形成演化模型(<100 km)。 (a–d) 模型1代表热点起源海山的演化模式。(e–g)模型2代表浮力减压熔融起源和洋脊与热点相互作用起源海山的演化模式。

图4 南海西南次海盆和东部次海盆后扩张期的岩浆演化模式