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[南海海洋研究所]南海北部晚新生代火山岩浆活动的运移系统被揭示
资料来源:南海海洋研究所  bmy

  近日,夏少红研究员领导的海洋岩浆活动与地幔动力学学科团队,围绕南海海底岩浆活动与深部地幔结构开展详细研究,揭示了南海北部晚新生代火山岩浆活动的运移系统,相关成果在Gondwana Research、Earth and Planetary Science Letters和Journal of Geophysical Research等国际地学TOP期刊上发表。

  研究显示,南海北部陆缘在张裂和破裂时期岩浆是匮乏的,主要表现为“贫岩浆型大陆边缘”,但裂后期尤其是海底扩张停止之后却产生了广泛的火山岩浆活动,导致南海海底火山遍布、雷琼地区出露大规模的玄武岩分布。南海北部岩浆活动如何由“贫”到“富”,这一科学问题近年来受到了国内外海洋地质学家极大关注:海底岩浆活动起源于哪里?地球深部物质如何突破上覆地层阻力而最终运移到地球表面?

  夏少红研究员等利用南海北部沿海地区地震台网数据开展了远震成像研究,获得了研究区深至1100 km的地幔速度结构,表明在南海北部存在一条起源于下地幔的连续低速通道,三维透视图清晰显示出低速通道是倾斜上升的蘑菇头式的地幔柱岩浆通道。与经典理论认为地幔热柱应是垂直的明显不同,南海的岩浆通道不仅是倾斜的,而且呈现出成层式的变化特征。进一步研究表明,该岩浆通道在地幔转换带处聚集并横向扩散,进而向上分裂成多个分支,直到岩石圈底部再次发生汇聚,源自下地幔的物质的非垂直上涌正是南海北部岩浆由“贫”到“富”的主要原因。(Xia et al. Teleseismic imaging of the mantle beneath southernmost China: New insights into the Hainan plume, 2016 Gondwana Research, 36:33-43.)

图1. 底层岩浆通道——地幔低速异常

    上涌到岩石圈底部再次发生汇聚的地幔物质,在下地壳表现形式多样。万奎元博士等利用海底地震仪(OBS)数据刻画了南海北部二维地壳结构,其结果显示下地壳存在异常高速体,通过对比陆架和陆坡区重磁异常、高速体波速比、岩石地球化学等差异,提出两者下地壳高速体存在构造成因的不同,证实在洋陆过渡带之下的高速体来自南海张裂以后深地幔物质底侵的产物,是南海裂后期岩浆通道在下地壳的主要表现形式。(Wan et al. Deep seismic structure of the northeastern South China Sea: Origin of a high-velocity layer in the lower crust, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2017, doi: 10.1002/2016JB013481)。

图2. 地壳底部岩浆通道——下地壳高速体

  赵芳博士等综合运用二维/三维地震数据、钻井数据以及岩石学数据,揭示了岩浆通道在上地壳的表现形式。研究发现,在南海北部发现了多期次长时间喷发的裂后岩浆活动,这些岩浆岩体主要发育在断层之上或沿断层发育,表明先存的断层为岩浆喷发提供了末端通道,并影响岩浆喷发的位置,导致南海张裂后岩浆活动频繁,火山分布广泛。(Zhao et al. Prolonged post-rift magmatism on highly extended crust of divergent continental margins (Baiyun Sag, South China Sea), Earth and Planetary Science Letters, 2016, 445:79-91.)。

图3. 最顶层的岩浆通道——断层

    上述成果得到了国家自然科学基金重点项目(91328206)、优青项目(41222039)和面上项目(41506046)等的资助。同时,感谢国家基金委共享航次的支持。

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