跨南海西南次海盆OBS、多道地震與重力聯(lián)合調(diào)查*

汪俊, 邱燕, 閻貧, DELESCLUSE M, 王彥林, PUBELLIER M, 聶鑫

跨南海西南次海盆OBS、多道地震與重力聯(lián)合調(diào)查*

汪俊1,2, 邱燕1,2, 閻貧3, DELESCLUSE M4, 王彥林3, PUBELLIER M4, 聶鑫1,2

1. 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局, 廣東 廣州, 510075; 2. 國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510075; 3. 中國科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南海海洋研究所)）, 廣東 廣州 510301; 4. Laboratoire de Géologie, Ecole normale supérieure, CNRS/UMR 8538, 24 rue Lhomond, Paris 75005, France;

對跨南海西南次海盆及兩側(cè)陸緣的一條1050km長的、包括海底地震(OBS)、長排列多道地震和重磁在內(nèi)的綜合地球物理探測剖面(CFT)進(jìn)行了構(gòu)造成像和研究。在多道地震成像基礎(chǔ)上建立了CFT剖面初始速度模型, 進(jìn)而通過初至波層析成像方法反演了CFT剖面的速度結(jié)構(gòu)模型, 在重力異常資料的約束下建立了CFT剖面的綜合地殼結(jié)構(gòu)模型。討論了沿CFT剖面出現(xiàn)的下地殼高速體、龍門海山的低密度物質(zhì)等地質(zhì)問題。結(jié)果表明, 下地殼高速層在北部陸坡、西南海盆和南部南沙地塊均有分布, 厚度在0~4km之間, 可能與陸緣下地殼物質(zhì)和地幔物質(zhì)熔融混合, 以及深海盆海底擴(kuò)張期間構(gòu)造拉伸導(dǎo)致地幔蛇紋巖化有關(guān)。

南海西南海盆; 海底廣角地震; 長排列多道地震; 層析成像; 下地殼高速體; 龍門海山

中國南海由東部次海盆、西北次海盆和西南次海盆三部分組成, 3個(gè)次海盆的演化歷史以及相互之間的關(guān)系是南海形成演化研究的重要組成部分。除IODP349航次鉆探獲取的5個(gè)“金釘子”(李春峰等, 2014)之外, 前人主要是通過重、磁(呂文正等, 1987; Briais et al, 1993; 姚伯初等, 1994; 周蒂等, 2006; 郝天珧等, 2008, 2009; 吳招才等, 2011)、多道地震和海底地震(OBS)(Nissen et al, 1995; Yan et al, 2001; Qiu et al, 2001, 2003; 閻貧等, 2002; 吳振利等, 2011; Yu et al, 2018)等地球物理手段來推測和約束南海陸緣和各海盆的地殼結(jié)構(gòu)和演化歷史。

2011年6—7月, 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局和法國巴黎高等師范學(xué)院(ENS)以“探寶”號調(diào)查船為平臺在西南海盆及兩側(cè)陸緣設(shè)計(jì)了一條1050km長的NW—SE走向綜合地球物理剖面, 簡稱CFT (China- France cooperation transect)(邱燕等, 2016), 沿測線布設(shè)了50個(gè)臺站海底地震儀(OBS)(圖1), 并100%成功回收, 其中數(shù)據(jù)有效的臺站為49個(gè), 該OBS剖面命名為CFT-OBS2011。由于種種原因, 同測線位置布設(shè)的長排列多道地震作業(yè)在該航次僅完成測線西北端少量工作, 剩余主要工作量于2013年由“東方勘探一”號調(diào)查船完成, 因此將多道地震剖面命名為CFT-MCS2013。兩個(gè)航次還采集了重、磁數(shù)據(jù)。

圖1 研究區(qū)地形及CFT剖面位置 紅色實(shí)心圓圈為CFT剖面布設(shè)的OBS站位, 其中藍(lán)色實(shí)心圓圈為數(shù)據(jù)無效臺站; 藍(lán)色細(xì)線為CFT-MCS2013剖面位置; 灰色細(xì)線為南海以往深地殼探測剖面位置; 棕色實(shí)心圓圈為IODP349鉆孔位置; 黃色五角星為IODP 184鉆孔位置

前期研究以49個(gè)有效OBS站位的數(shù)據(jù)建立了跨西南海盆的地殼速度模型(Pichot et al, 2014), 速度反演前的初始速度模型僅用地形數(shù)據(jù)和重力反演莫霍面數(shù)據(jù)進(jìn)行約束。本文則結(jié)合反射地震剖面、OBS和重力測量數(shù)據(jù)進(jìn)行地殼速度結(jié)構(gòu)反演成像, 在速度層析成像反演中加入反射地震資料的約束可以減少多解性, 從中可挖掘更為可靠的地殼深部信息。

1 數(shù)據(jù)采集

1.1 OBS數(shù)據(jù)采集

CFT-OBS2011廣角地震剖面的震源由船載槍陣提供, 包括4個(gè)子陣, 共40支單槍, 總?cè)萘?400in3(104896cm3)。震源沉放深度10m, 放炮間距150m, 船速5.5~6kn·h–1, 氣槍同步控制誤差小于1.0ms, OBS有效激發(fā)7000炮。

共投放50個(gè)臺站, 其中剖面北段(26個(gè)臺站)為20臺IF-OBS和6臺HF-OBS, 剖面南段為24臺MicrOBS。沿測線水深范圍300~4500m, 在陸架陸坡區(qū)域OBS臺站間距為18km, 在海盆區(qū)臺站間距為30~100km不等, 數(shù)據(jù)采樣率設(shè)定為4ms, 4個(gè)分量記錄, 即水聽器H分量, 檢波器X分量、Y分量和Z分量。50個(gè)臺站OBS全部回收成功, 設(shè)備回收成功率100%。28號臺站因OBS內(nèi)部存儲模塊故障無法獲取有效數(shù)據(jù), 其余臺站的數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)良。

1.2 多道地震(MCS)數(shù)據(jù)采集

CFT-MCS2013長排列多道地震資料由2011年“探寶”號和2013年“東方勘探一”號兩條船分兩個(gè)航次完成。其中“探寶”號完成剖面西北段131km。該航次首次采用8km(648道)長電纜, 道間距12.5m, 電纜深度12m, 采樣率2ms, 最小偏移距250m。震源采用BOLT槍陣, 總?cè)萘?400in3(104896cm3), 工作壓力2000 P.S.I(13.79MPa), 震源深度10m, 等距離放炮間距50m。資料記錄長度為16s?！皷|方勘探一”號接續(xù)該段向東南的929km。數(shù)據(jù)采集采用SPECTRA綜合導(dǎo)航定位系統(tǒng)、SEAL地震采集系統(tǒng)、24位固體數(shù)字電纜、BigShot氣槍控制器和SERCEL G氣槍震源系統(tǒng)。該航次采用6km(480道)長電纜, 道間距12.5m, 電纜深度12m, 采樣率2ms, 最小偏移距130m。震源總?cè)萘?400 in3(104896cm3), 工作壓力2000 P.S.I(13.79MPa), 震源深度10m, 等距離放炮間距50m。資料記錄長度為16s。

2 數(shù)據(jù)處理

OBS資料預(yù)處理包括炮點(diǎn)定位信息提取、OBS地震數(shù)據(jù)的解編和裁截、觀測系統(tǒng)定義、OBS落點(diǎn)的重定位和OBS記錄時(shí)間漂移校正。

從船載GPS定位記錄文件中提取炮號、放炮日期、時(shí)間、經(jīng)緯度和放炮點(diǎn)的水深等數(shù)據(jù), 生成導(dǎo)航文件, 放炮時(shí)間精確到微秒。

海底地震儀原始記錄為按時(shí)序連續(xù)存儲的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集, 每個(gè)時(shí)刻采集多通道數(shù)據(jù)。根據(jù)計(jì)算放炮文件時(shí)間, 每炮按45s等時(shí)間長度截取OBS所有分量的記錄, 并寫成SEGY格式的數(shù)據(jù), 供通用顯示和數(shù)據(jù)處理。將炮點(diǎn)與OBS投放點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)通過WGS-84投影系轉(zhuǎn)換計(jì)算各炮點(diǎn)的偏移距, 然后按放炮時(shí)間和偏移距得到每一個(gè)OBS的折合時(shí)間剖面(折合速度8km·s–1)。OBS數(shù)據(jù)帶通濾波頻率為5~15Hz。

通過對提取的OBS直達(dá)波走時(shí), 進(jìn)行最小二乘反演, 以確定落點(diǎn)位置和時(shí)間漂移量, 原則是: 按反演的OBS落點(diǎn)位置計(jì)算的直達(dá)波走時(shí)與觀測走時(shí)最佳逼近, 最終確定OBS的位置。反演確定OBS的時(shí)間漂移量和位置信息后, 需重新計(jì)算炮點(diǎn)距離OBS的距離, 對OBS記錄進(jìn)行時(shí)間校正和位置校正, 從而得到的折合時(shí)間剖面(圖2)。從圖中可以清楚地看到OBS地震記錄的各種震相, 包括沉積層折射震相(Psed)、殼內(nèi)折射震相(Pg)、Moho反射波震相(PmP)和上地幔頂部折射震相(Pn)。

MCS數(shù)據(jù)的處理流程主要包含了疊前去噪、振幅補(bǔ)償、線性干擾壓制、SRME壓制多次波、Radon變換壓制多次波、預(yù)測反褶積、速度分析、疊前偏移歸位、深層成像去噪和空間振幅調(diào)整等處理。處理流程見圖3a, 處理效果見圖3b。

3 震相拾取與定性分析

本文拾取了49個(gè)OBS臺站共4萬多個(gè)初至折射波震相(殼內(nèi)折射波震相Pg和上地幔頂部折射震相Pn)和6000多個(gè)Moho反射震相PmP(圖4)。

其中27個(gè)臺站的遠(yuǎn)偏移距折射震相較明顯。臺站10、11、19、21、22、33、46—49南側(cè)上地幔頂部折射震相Pn清晰易辯, 臺站6、11、22、37和39的雙側(cè)見清晰Pn, 多出現(xiàn)于70~125km范圍, 也有一些出現(xiàn)直至150km以遠(yuǎn), 各測站的左(北)右(南)支震相具有明顯的不對稱性。圖2顯示了對OBS46、OBS11及OBS18記錄, 其中OBS46中沉積層的折射震相(Psed)延續(xù)較長, 基底折射震相(Pg)出現(xiàn)晚且延續(xù)短,指示沉積厚、基底埋深大, 地殼薄; OBS11不見沉積層的折射震相(Psed), 基底折射震相(Pg)出現(xiàn)早延續(xù)長, 相比較而言, 沉積層較薄、地殼較厚; OBS18位于西南次海盆龍門海山北側(cè)山腳, 不見沉積層的折射震相(Psed), 基底折射震相(Pg)出現(xiàn)早延續(xù)短, 上地幔頂部折射震相(Pn)出現(xiàn)相對早, 相比較而言, 沉積層較薄、地殼亦較薄。

圖2 OBS46、OBS11及OBS18記錄的折射波震相識別分析與拾取 折合速度為8km·s–1。Psed: 沉積層折射震相; Pg: 地殼折射震相; PmP: Moho反射震相; Pn: 上地幔頂部折射震相; 青色細(xì)線為初至折射拾取

4 初始模型和層析成像反演

速度層析成像反演工作使用了TOMO2D軟件包(Korenaga et al, 2000), 它可同時(shí)反演初至折射震相(Psed、Pg和Pn)和莫霍面反射震相(PmP)。

速度層析成像反演的第一個(gè)步驟是設(shè)置初始速度模型(圖5c), 應(yīng)用長排列多道地震解釋的沉積基底(圖5a), 經(jīng)時(shí)深轉(zhuǎn)換后將沉積基底形態(tài)(圖5b)加入初始速度模型的構(gòu)建; 莫霍面形態(tài)(圖5b)則采用重力資料反演結(jié)果(高金耀等, 2015)。

初始速度模型的速度參數(shù)設(shè)置如下(表1)。

表1 初始速度模型速度參數(shù)

反演運(yùn)行過程主要包括: 基于給定的初始速度模型尋找初至折射波及莫霍面反射波的傳播路徑, 并計(jì)算射線傳播的理論走時(shí), 比較理論走時(shí)與實(shí)際走時(shí)(拾取震相)之間的差距(以均方根走時(shí)差為依據(jù)), 進(jìn)而修正初始速度模型, 重復(fù)以上過程直至均方根走時(shí)差達(dá)到設(shè)定的范圍內(nèi)或完成設(shè)定的迭代次數(shù)。反演過程中速度模型的修正由一系列參數(shù)約束, 主要設(shè)置如下(表2)。

圖3 CFT-MCS2013處理流程圖(a)及疊加剖面(b)

圖4 拾取的49臺(缺第28站) OBS記錄的初至波走時(shí) 折合速度為8km·s–1

表2 主要反演參數(shù)

經(jīng)過15次初至波迭代反演, 均方根走時(shí)差為152ms,2為1.32, 15次迭代計(jì)算后的均方根走時(shí)差和2趨向穩(wěn)定, 除少量深部震相還存在明顯擬合偏差外(8s以下), 大部分拾取震相走時(shí)和理論計(jì)算走時(shí)吻合較好(圖6a), 最終反演結(jié)果見圖6c, 根據(jù)該速度模型計(jì)算的射線傳播路徑和射線分布密度見圖6c。

最終速度模型包含了兩種速度變化成分：一種是自上而下速度逐漸遞增的部分; 另一種是殼內(nèi)速度的橫向變化。基底面以上部分速度自上而下由1.7km·s–1逐漸遞增至4.0km·s–1, 南側(cè)陸緣的速度增速較北側(cè)陸緣快?；酌嬉陨喜糠炙俣葯M向變化不顯著; 基底面以下, 莫霍面以上部分, 速度自上而下由4.5km·s–1遞增至7.5km·s–1, 相比速度縱向變化, 速度橫向變化更顯著, 低速異常和高速異常出現(xiàn)頻繁, 相應(yīng)地在該部分10km以淺區(qū)域初至折射波密集傳播(圖6b)。在西南次海盆, 尤其是海盆中部, 由于OBS測站分布較少, 初至折射波射線密度較低, 最終速度模型仍大致保持了初始速度模型的速度分布情況。

圖5 MCS解釋的沉積基底(a)、初始速度模型界面框架(b)和初始速度模型(c) 圖中紅點(diǎn)及對應(yīng)數(shù)字為OBS站位

在反演方法相同、反演參數(shù)相近的情況下, 由于在初始模型創(chuàng)建時(shí)設(shè)定了沉積基底, 本文的最終速度模型與前期結(jié)果相比, 發(fā)現(xiàn)了一系列新的速度變化特征, 主要有: 1)在局部區(qū)域(如6—10號、24號和35—38號OBS臺站下方)基底面以下部分存在4.5~5.0km·s–1的相對低速異常(疑似中生界); 2)在西南次海盆北部, 7.5~8.0km·s–1的高速異常向上抬升, 導(dǎo)致基底面以下5.5~7.0km·s–1速度范圍對應(yīng)的地殼厚度減薄至約3km; 3)強(qiáng)化了中、下地殼速度的橫向變化; 4)由于Moho反射震相PmP參與反演, 部分區(qū)域的Moho面形態(tài)被修改(圖6b)。

圖6 初至波走時(shí)反演震相擬合圖(a)、成像速度模型(b)及射線密度分布圖(c) 圖中紅點(diǎn)及對應(yīng)數(shù)字為OBS站位

5 綜合地殼結(jié)構(gòu)模型與討論

以空間重力異常數(shù)據(jù)、MCS解釋資料(圖7a)、OBS初至波層析成像速度模型(圖6 b)及初至波射線傳播軌跡(圖6c)為約束, 構(gòu)建了CFT剖面綜合地殼結(jié)構(gòu)模型(圖7b)。發(fā)現(xiàn)CFT剖面廣泛存在下地殼高速體、西南海盆海山低密度異常體兩個(gè)重要現(xiàn)象。

5.1 下地殼高速層

下地殼高速體在南海北部中段陸緣多條剖面上出現(xiàn)(Nissen et al, 1995; Yan et al, 2001), 在南海其余區(qū)域未見報(bào)導(dǎo)。CFT剖面的初至波層析成像速度模型(圖6b)顯示在北部陸緣的華光凹陷、廣樂隆起、盆西海嶺區(qū)域, 以及在南部陸緣的殼幔邊界處, 甚至在西南次海盆的洋殼下部均有7.0~7.5km·s–1的速度異常出現(xiàn), 與之對應(yīng), 在上述區(qū)域的OBS數(shù)據(jù)也拾取到了視速度略低于8km·s–1的初至折射震相(圖4), 如北部陸緣OBS46站位偏移距55~ 65km處, 南部陸緣OBS11站位偏移距60~ 70km處和西南次海盆OBS46站位偏移距–20~ –70km處, 均出現(xiàn)視速度略低于8km·s–1的初至折射震相(圖2)。由此可見范圍為7.0~7.5km·s–1的殼幔邊界速度異常(本文稱為“下地殼高速層”)是比較普遍的。

圖7 CFT剖面MCS解釋圖(a)和綜合地殼結(jié)構(gòu)模型(b) 圖b中紅點(diǎn)及對應(yīng)數(shù)字為OBS站位

所以, 本文認(rèn)為南海的下地殼高速層同南海自新生代早期以來強(qiáng)烈的地殼拉張、海底擴(kuò)張期間的巖漿活動密切相關(guān)。

5.2 龍門海山

龍門海山位于南海西南海盆殘留中脊的中央裂谷中, 占據(jù)方圓20km左右的區(qū)域范圍, 高出周邊海底約1400m, CFT剖面以NW-SE走向橫穿其上方, 18號OBS站位落在海山西北側(cè)山腳附近。

反射地震剖面成像(圖8)顯示該海山的雜亂反射特征, 與海盆中其他海山無異, 其特別之處在于對應(yīng)的空間重力異常相對鄰近區(qū)域是一個(gè)顯著的波谷(圖7b)。二維重力模型正演擬合結(jié)果顯示該海山及其下方的地殼密度僅為2.4g·cm–3, 各種模型擬合方案均顯示該海山及其下方的地殼對應(yīng)2.3~2.4g·cm–3的低密度體(Wang et al, 2017), 遠(yuǎn)低于西北面長龍海山鏈和東南面飛龍海山鏈對應(yīng)的密度, 后兩者對應(yīng)的密度值為2.7g·cm–3和2.67g·cm–3(圖7b)。沿CFT剖面的沉積地層密度在2.2~2.5g·cm–3(圖7b), 龍門海山及其下方的地殼密度值落在沉積地層的密度區(qū)間內(nèi)。

圖8 西南次海盆龍門海山附近的反射剖面 紅點(diǎn)為CFT剖面OBS站位

類似密度的海山物質(zhì)在伊豆-小笠原弧前南部的Higashi海山和Hahajima海山被發(fā)現(xiàn)(Miura et al, 2004), 其被解釋為與板塊俯沖相關(guān)的蛇紋巖海山,重力模型擬合密度為2.46g·cm–3。另外ODP195航次在馬里亞納弧前S.Chamorro海山鉆孔獲取的樣品為蛇紋石泥, 被解釋為與板塊俯沖相關(guān)的蛇紋巖泥火山(Fryer et al, 2006)。

龍門海山及其下方地殼的低密度結(jié)構(gòu)指示其不應(yīng)是正常的巖漿侵入和噴發(fā)形成的海山, 而可能是密度值低于沉積物的物質(zhì), 比如海水與地殼乃至地幔物質(zhì)的混合物質(zhì)。龍門海山位于西南次海盆中央裂谷, 在海底擴(kuò)張期間巖漿活動頻繁, 斷裂發(fā)育, 海水易下滲至上地幔與橄欖巖發(fā)生水化反應(yīng), 進(jìn)而為蛇紋巖泥火山的形成創(chuàng)造了條件。

龍門海山與前述大洋弧前發(fā)現(xiàn)的蛇紋巖泥火山所處構(gòu)造位置不同, 可能為蛇紋巖泥火山形成構(gòu)造背景的非唯一性提供證據(jù)。

6 結(jié)論

以跨南海西南海盆及兩側(cè)陸緣, 長1050km, 涵蓋了海底地震(OBS)、長排列多道地震和重磁在內(nèi)的綜合地球物理探測剖面(CFT)為基礎(chǔ), 構(gòu)建了CFT剖面綜合地殼結(jié)構(gòu)模型, 獲得以下幾點(diǎn)新的認(rèn)識。

你知道嗎？當(dāng)我吹起散落在手心的葦絮的時(shí)候，流淚了。日落的時(shí)候，我對著暗黑的天空，對著那游輪上漸次點(diǎn)亮的漁火，對自己說：不論身在何處，心向何方，一定要把自己活成你當(dāng)初想要的模樣。是的，我們，都要活成當(dāng)初彼此希望的模樣。

1)相較于前期研究, 改進(jìn)了CFT剖面的速度成像結(jié)果, 發(fā)現(xiàn)局部沉積區(qū)4.5~5.0km·s–1的相對低速異常, 發(fā)現(xiàn)西南次海盆北部向上抬升的7.5~8.0km·s–1的高速異常, 并強(qiáng)化了中、下地殼速度的橫向變化。

2)南海下地殼高速層在北部陸坡、西南海盆和南部南沙地塊均有分布, 速度范圍為7.0~7.5km·s–1, 厚度在0~4km之間, 可能與陸緣下地殼物質(zhì)和地幔物質(zhì)熔融混合, 以及深海盆海底擴(kuò)張期間構(gòu)造拉伸導(dǎo)致地幔蛇紋巖化有關(guān)。

3)發(fā)現(xiàn)南海西南海盆殘留中脊的龍門海山以及下方地殼由超低密度物質(zhì)組成, 其重力模型擬合密度僅為2.4g·cm–3。

高金耀, 汪俊, 邱燕, 等, 2015. 莫霍面深度圖1:2 000 000[M]//楊勝雄, 邱燕, 朱本鐸, 等. 南海地質(zhì)地球物理圖系. 天津: 中國航海圖書出版社. GAO JINYAO, WANG JUN, QIU YAN, et al, 2015. 1: 2000000 map of Moho depth[M]//YANG SHENGXIONG, QIU YAN, ZHU BENDUO, et al, 2015. Atlas of geology and geophysics of South China. Tianjin: China Navigation Book Publishing House (in Chinese).

郝天珧, 黃松, 徐亞, 等, 2008. 南海東北部及鄰區(qū)深部結(jié)構(gòu)的綜合地球物理研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 51(6): 1785–1796. HAO TIANYAO, HUANG SONG, XU YA, et al, 2008. Comprehensive geophysical research on the deep structure of Northeastern South China Sea[J]. Chinese Journal of Geophysics, 51(6): 1785–1796 (in Chinese with English abstract).

郝天珧, 徐亞, 趙百民, 等, 2009. 南海磁性基底分布特征的地球物理研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 52(11): 2763–2774. HAO TIANYAO, XU YA, ZHAO BAIMIN, et al, 2009. Geophysical research on distribution features of magnetic basements in the South China Sea[J]. Chinese Journal of Geophysics, 52(11): 2763–2774 (in Chinese with English abstract).

李春峰, 宋曉曉, 2014. 國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃IODP349航次[J]. 上海國土資源, 35(2): 43–48. LI CHUNFENG, SONG XIAOXIAO, 2014. International ocean discovery program (IODP) expedition 349[J]. Shanghai Land & Resources, 35(2): 43–48 (in Chinese with English abstract).

呂文正, 柯長志, 吳聲迪, 等, 1987. 南海中央海盆條帶磁異常特征及構(gòu)造演化[J]. 海洋學(xué)報(bào), 9(1): 69–78 (in Chinese).

邱燕, 汪俊, 黃文凱, 等, 2016. 南海海域地殼結(jié)構(gòu)特征及其構(gòu)造意義[M]//中國地質(zhì)調(diào)查局, 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局. 南海地質(zhì)研究. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–32. QIU YAN, WANG JUN, HUANG WENKAI, et al, 2016. The crustal structure characteristics and its tectonic significance of South China Sea[M]//China Geological Survey, Guangzhou Marine Geological Survey. Geological research of South China Sea. Beijing: Geological Publishing House: 1–32 (in Chinese).

吳招才, 高金耀, 李家彪, 等, 2011. 南海北部磁異常特征及對前新生代構(gòu)造的指示[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 54(12): 3292–3302. WU ZHAOCAI, GAO JINYAO, LI JIABIAO, et al, 2011. The characteristics of magnetic anomalies: implications for Pre-Cenozoic tectonics of the Northern South China Sea[J]. Chinese Journal of Geophysics, 54(12): 3292–3302 (in Chinese with English abstract).

吳振利, 李家彪, 阮愛國, 等, 2011. 南海西北次海盆地殼結(jié)構(gòu): 海底廣角地震實(shí)驗(yàn)結(jié)果[J]. 中國科學(xué): 地球科學(xué), 41(10): 1463–1476. WU ZHENLI, LI JIABIAO, RUAN AIGUO, et al, 2012. Crustal structure of the northwestern sub-basin, South China sea: results from a wide-angle seismic experiment[J]. Science China Earth Sciences, 55(1): 159–172.

閻貧, 劉海齡, 2002. 南海北部陸緣地殼結(jié)構(gòu)探測結(jié)果分析[J]. 熱帶海洋學(xué)報(bào), 21(2): 1–12. YAN PIN, LIU HAILING, 2002. Analysis on deep crust sounding results in northern margin of South China Sea[J]. Journal of Tropical Oceanography, 21(2): 1–12 (in Chinese with English abstract).

姚伯初, 曾維軍, HAYES D E, 等, 1994. 中美合作調(diào)研南海地質(zhì)專報(bào)[M]. 武漢: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社. YAO BOCHU, ZENG WEIJUN, HAYES D E, et al, 1994. The geological memoir of South China sea surveyed jointly by China & USA[M]. Wuhan: China University of Geosciences Press (in Chinese).

于俊輝, 閻貧, 鄭紅波, 等, 2017. 南海西南次海盆反射莫霍面成像及其地質(zhì)意義[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 37(2): 75–81. YU JUNHUI, YAN PIN, ZHENG HONGBO, et al, 2017. Imaging of reflection Moho in the southwest sub-basin of South China Sea and its geological implications[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 37(2): 75–81 (in Chinese with English abstract).

周蒂, 王萬銀, 龐雄, 等, 2006. 地球物理資料所揭示的南海東北部中生代俯沖增生帶[J]. 中國科學(xué)D輯: 地球科學(xué), 36(3): 209–218. ZHOU DI, WANG WANYIN, PANG XIONG, et al, 2006. Mesozoic subduction-accretion zone in Northeastern South China Sea inferred from geophysical interpretations[J]. Science in China Series D, 49(5): 471–482.

BRIAIS A, PATRIAT P, TAPPONNIER P, 1993. Updated interpretation of magnetic anomalies and seafloor spreading stages in the South China Sea: implications for the tertiary tectonics of southeast Asia[J]. Journal of Geophysical Research, 98(B4): 6299–6328.

FRYER P, GHARIB J, ROSS K, et al, 2006. Variability in serpentinite mudflow mechanisms and sources: ODP drilling results on Mariana forearc seamounts[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 70(8): Q08014, doi: 10.1029/ 2005GC001201.

KORENAGA J, HOLBROOK W S, KENT G M, et al, 2000. Crustal structure of the southeast Greenland margin from joint refraction and reflection seismic tomography[J]. Journal of Geophysical Research, 105(B9): 21591–21614.

MIURA R, NAKAMURA Y, KODA K, et al, 2004. “Rootless’’ serpentinite seamount on the southern Izu-Bonin forearc: implications for basal erosion at convergent plate margins[J]. Geology, 32(6): 541–544, doi: 10.1130/G20319.1.

NISSEN S S, HAYES D E, YAO BOCHU, et al, 1995. Gravity, heat flow, and seismic constraints on the processes of crustal extension: Northern margin of the South China Sea[J]. Journal of Geophysical Research, 100(B11): 22447–22483.

PICHOT T, DELESCLUSE M, CHAMOT-ROOKE N, et al, 2014. Deep crustal structure of the conjugate margins of the SW South China Sea from wide-angle refraction seismic data[J]. Marine and Petroleum Geology, 58: 627–643, doi: 10.1016/j. marpetgeo.2013.10.008.

QIU XUELIN, YE SANYU, WU SHIMIN, et al, 2001. Crustal structure across the Xisha Trough, northwestern South China Sea[J]. Tectonophysics, 341(1–4): 179–193.

QIU XUELIN, SHI XIAOBIN, YAN PIN, et al, 2003. Recent progress of deep seismic experiments and studies of crustal structure in northern South China Sea[J]. Progress in Natural Science, 13(7): 481–488.

WANG YANLIN, WANG JUN, YAN PIN, et al, 2017. An anomalous seamount on the southwestern mid-ridge of the South China Sea[J]. Acta Geologica Sinica, 91(6): 2340–2341.

YAN PIN, ZHOU DI, LIU ZHAOSHU, 2001. A crustal structure profile across the northern continental margin of the South China Sea[J]. Tectonophysics, 338(1): 1–21.

YU JUNHUI, YAN PIN, WANG YANLIN, et al, 2018. Seismic evidence for tectonically dominated seafloor spreading in the Southwest Sub-basin of the South China Sea[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19(9): 3459–3477.

A joint investigation using OBS, multi-channel seismic and gravity data across the southwestern sub-basin of the South China Sea

WANG Jun1,2, QIU Yan1,2, YAN Pin3, DELESCLUSE M4, WANG Yanlin3, PUBELLIER M4, NIE Xin1,2

1. Guangzhou Marine Geology Survey, Guangzhou 510075, China; 2. Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou 510075, China; 3. CAS Key Laboratory of Ocean and Marginal Sea Geology (South China Sea Institute of Oceanology), Guangzhou 510301, Guangdong, China;4. Laboratoire de Géologie, Ecole normale supérieure, CNRS/UMR 8538, 24 rue Lhomond, Paris 75005, France;

A 1050-km long comprehensive geophysical profile (CFT) was acquired across the conjugate margins of the southwestern sub-basin of the South China Sea, which includes 49 OBSs, 6- or 8-km long streamer, gravimeter, and magnetometer. Various refined processing procedures were applied to the aforementioned geophysical data; and a joint reflection and refraction seismic travel time inversion was performed to derive a 2-D velocity model of the crustal structure and upper mantle. Based on this new tomographic model and shipboard gravity data, a comprehensive crustal structure model was created. Finally, some interesting issues including High Velocity Layer (HVL) in the base of crust, an anomalous low density seamount (long-men seamount) along the CFT profile are discussed in this paper. HVL are widely distributed under the northern slope, southwestern sub-basin and Nansha block along the CFT profile, with the velocity varying from 7.0 to 7.5 km·s-1, and thickness between 0 and 4 km. HVL in the marginal lower crust might be derived from melting and mixing of lower crust material and mantle material, and HVL in the oceanic crust might have originated from serpentinization by tectonically dominated seafloor spreading.

southwestern sub-basin; wide-angle refraction seismic; long streamer multi-channel seismic; seismic tomography; high velocity layer of lower crust; Longmen Seamount

date: 2018-10-17;

date: 2019-01-10.

China Geological Survey Program (GZH201100205, DD20160138); National Natural Science Foundation of China (91855101, 41876052)

WANG Jun. E-mail:wangjun19830726@163.com

P738

A

1009-5470(2019)04-0081-10

10.11978/2018108

http://www.jto.ac.cn

2018-10-17;

2010-01-10.

孫淑杰編輯

中國地質(zhì)調(diào)查局國家海洋專項(xiàng)項(xiàng)目(GZH201100205、DD20160138); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(91855101、41876052)

汪俊(1983—), 男, 浙江省江山市人, 工程師, 碩士, 從事海洋區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究, 主要技術(shù)手段為聯(lián)合重、磁、反射及折射地震等地球物理資料進(jìn)行綜合地球物理建模。E-mail:wangjun19830726@163.com

*非常感謝3位審稿專家的建設(shè)性修改意見及編輯部老師們耐心溝通。

Editor: SUN Shujie