近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室（OMG）副研究员张江阳、研究员赵明辉和孙珍，联合多位科学家，基于长剖面深反射地震探测，提出了南海陆缘演化经历了先岩石圈地幔薄化后地壳破裂“两步走”的新模式。相关成果于近日发表在国际地学期刊Tectonophysics（《构造物理》）上。
在大陆岩石圈伸展减薄到最终破裂形成洋盆的过程中，岩石圈流变性质的差异可能导致地壳和岩石圈地幔减薄-破裂顺序的不同，从而导致构造过程和岩浆作用的差异，并形成不同特征的大陆边缘。南海是亚洲最大的边缘海，其深部构造和沉积特征记录了岩石圈从伸展到破裂的全部过程，是研究大陆向海洋转变过程的理想场所。
图1、南海北部陆缘区域地形图与OBS测线位置
研究人员开展了垂直于南海北部陆缘，穿过IODP钻井区的海底广角地震探测（OBS）实验（图1）。结果发现从陆坡到洋盆，地壳厚度由~20 km减薄至约6km，此外，在陆缘远端的云荔凸起下方和洋-陆转换带（COT）下方，分别发现了近10 km厚和3-4 km厚的下地壳高速层（HVLC）（图2）。由于云荔凸起地层缺失以及荔湾凹陷内强制褶皱主要发生在38个百万年前至32个百万年前，附近凹陷钻井揭示的岩浆喷发发生在43个百万年，研究认为下地壳高速层是由同张裂岩浆底侵造成。依据岩石圈减薄程度和岩浆厚度的经验关系，厚度达10km的下地壳高速层，应为云荔凸起下岩石圈发生强烈减薄甚至破裂引起。据此, 研究人员提出南海岩石圈的两阶段破裂模式：第一阶段是发生于~43个百万年-38个百万年的岩石圈地幔薄化破裂，该时间节点以前岩浆作用不强，地壳伸展以大型拆离断层为特征。~43 个百万年以后地幔强烈薄化促进了岩浆的大规模底侵；第二阶段是发生于~31个百万年至29 个百万年的地壳破裂，破裂点位于现今的洋-陆转换带下方，地壳破裂正式形成南海洋盆。
图2、（a）多道地震剖面解释和（b）OBS剖面速度结构
地球板块的生命周期是国际前沿科学问题，也是未来大洋钻探的八大战略目标之一，而大陆岩石圈的伸展、破裂以及洋盆诞生是板块生命周期的重要阶段，它将物质和能量从地球内部带到地表，推动了地球系统自身和浅部生命的演化。本研究创新性地提出了南海陆缘破裂的两阶段模式，不仅对认识南海构造和岩浆过程具有重要意义，也为理解地球演化的多样性提供了新视角。
本研究得到国家自然科学基金和广东省特支计划U团队项目的资助。
图3、南海陆缘岩石圈两阶段破裂模式图
相关论文信息：Zhang, J.Y., Zhao, M.H*., Sun, Z*., Sun, L.T., Xu, M., Yang, H.F., Wang, Q., Pang, X., Zheng, J.Y., and Yao, Y.J. (2023). Large volume of magma involved in South China Sea rifting: Implication for mantle breakup earlier than crust. Tectonophysics. 853: 229801.
https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.229801
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