跨南海西南次海盆OBS、多道地震与重力联合调查*

汪俊, 邱燕, 阎贫, DELESCLUSE M, 王彦林, PUBELLIER M, 聂鑫

跨南海西南次海盆OBS、多道地震与重力联合调查*

汪俊1,2, 邱燕1,2, 阎贫3, DELESCLUSE M4, 王彦林3, PUBELLIER M4, 聂鑫1,2

1. 广州海洋地质调查局, 广东 广州, 510075; 2. 国土资源部海底矿产资源重点实验室, 广东 广州 510075; 3. 中国科学院边缘海地质重点实验室(南海海洋研究所)）, 广东 广州 510301; 4. Laboratoire de Géologie, Ecole normale supérieure, CNRS/UMR 8538, 24 rue Lhomond, Paris 75005, France;

对跨南海西南次海盆及两侧陆缘的一条1050km长的、包括海底地震(OBS)、长排列多道地震和重磁在内的综合地球物理探测剖面(CFT)进行了构造成像和研究。在多道地震成像基础上建立了CFT剖面初始速度模型, 进而通过初至波层析成像方法反演了CFT剖面的速度结构模型, 在重力异常资料的约束下建立了CFT剖面的综合地壳结构模型。讨论了沿CFT剖面出现的下地壳高速体、龙门海山的低密度物质等地质问题。结果表明, 下地壳高速层在北部陆坡、西南海盆和南部南沙地块均有分布, 厚度在0~4km之间, 可能与陆缘下地壳物质和地幔物质熔融混合, 以及深海盆海底扩张期间构造拉伸导致地幔蛇纹岩化有关。

南海西南海盆; 海底广角地震; 长排列多道地震; 层析成像; 下地壳高速体; 龙门海山

中国南海由东部次海盆、西北次海盆和西南次海盆三部分组成, 3个次海盆的演化历史以及相互之间的关系是南海形成演化研究的重要组成部分。除IODP349航次钻探获取的5个“金钉子”(李春峰等, 2014)之外, 前人主要是通过重、磁(吕文正等, 1987; Briais et al, 1993; 姚伯初等, 1994; 周蒂等, 2006; 郝天珧等, 2008, 2009; 吴招才等, 2011)、多道地震和海底地震(OBS)(Nissen et al, 1995; Yan et al, 2001; Qiu et al, 2001, 2003; 阎贫等, 2002; 吴振利等, 2011; Yu et al, 2018)等地球物理手段来推测和约束南海陆缘和各海盆的地壳结构和演化历史。

2011年6—7月, 广州海洋地质调查局和法国巴黎高等师范学院(ENS)以“探宝”号调查船为平台在西南海盆及两侧陆缘设计了一条1050km长的NW—SE走向综合地球物理剖面, 简称CFT (China- France cooperation transect)(邱燕等, 2016), 沿测线布设了50个台站海底地震仪(OBS)(图1), 并100%成功回收, 其中数据有效的台站为49个, 该OBS剖面命名为CFT-OBS2011。由于种种原因, 同测线位置布设的长排列多道地震作业在该航次仅完成测线西北端少量工作, 剩余主要工作量于2013年由“东方勘探一”号调查船完成, 因此将多道地震剖面命名为CFT-MCS2013。两个航次还采集了重、磁数据。

图1 研究区地形及CFT剖面位置 红色实心圆圈为CFT剖面布设的OBS站位, 其中蓝色实心圆圈为数据无效台站; 蓝色细线为CFT-MCS2013剖面位置; 灰色细线为南海以往深地壳探测剖面位置; 棕色实心圆圈为IODP349钻孔位置; 黄色五角星为IODP 184钻孔位置

前期研究以49个有效OBS站位的数据建立了跨西南海盆的地壳速度模型(Pichot et al, 2014), 速度反演前的初始速度模型仅用地形数据和重力反演莫霍面数据进行约束。本文则结合反射地震剖面、OBS和重力测量数据进行地壳速度结构反演成像, 在速度层析成像反演中加入反射地震资料的约束可以减少多解性, 从中可挖掘更为可靠的地壳深部信息。

1 数据采集

1.1 OBS数据采集

CFT-OBS2011广角地震剖面的震源由船载枪阵提供, 包括4个子阵, 共40支单枪, 总容量6400in3(104896cm3)。震源沉放深度10m, 放炮间距150m, 船速5.5~6kn·h–1, 气枪同步控制误差小于1.0ms, OBS有效激发7000炮。

共投放50个台站, 其中剖面北段(26个台站)为20台IF-OBS和6台HF-OBS, 剖面南段为24台MicrOBS。沿测线水深范围300~4500m, 在陆架陆坡区域OBS台站间距为18km, 在海盆区台站间距为30~100km不等, 数据采样率设定为4ms, 4个分量记录, 即水听器H分量, 检波器X分量、Y分量和Z分量。50个台站OBS全部回收成功, 设备回收成功率100%。28号台站因OBS内部存储模块故障无法获取有效数据, 其余台站的数据质量优良。

1.2 多道地震(MCS)数据采集

CFT-MCS2013长排列多道地震资料由2011年“探宝”号和2013年“东方勘探一”号两条船分两个航次完成。其中“探宝”号完成剖面西北段131km。该航次首次采用8km(648道)长电缆, 道间距12.5m, 电缆深度12m, 采样率2ms, 最小偏移距250m。震源采用BOLT枪阵, 总容量6400in3(104896cm3), 工作压力2000 P.S.I(13.79MPa), 震源深度10m, 等距离放炮间距50m。资料记录长度为16s。“东方勘探一”号接续该段向东南的929km。数据采集采用SPECTRA综合导航定位系统、SEAL地震采集系统、24位固体数字电缆、BigShot气枪控制器和SERCEL G气枪震源系统。该航次采用6km(480道)长电缆, 道间距12.5m, 电缆深度12m, 采样率2ms, 最小偏移距130m。震源总容量6400 in3(104896cm3), 工作压力2000 P.S.I(13.79MPa), 震源深度10m, 等距离放炮间距50m。资料记录长度为16s。

2 数据处理

OBS资料预处理包括炮点定位信息提取、OBS地震数据的解编和裁截、观测系统定义、OBS落点的重定位和OBS记录时间漂移校正。

从船载GPS定位记录文件中提取炮号、放炮日期、时间、经纬度和放炮点的水深等数据, 生成导航文件, 放炮时间精确到微秒。

海底地震仪原始记录为按时序连续存储的二进制数据集, 每个时刻采集多通道数据。根据计算放炮文件时间, 每炮按45s等时间长度截取OBS所有分量的记录, 并写成SEGY格式的数据, 供通用显示和数据处理。将炮点与OBS投放点经纬度坐标通过WGS-84投影系转换计算各炮点的偏移距, 然后按放炮时间和偏移距得到每一个OBS的折合时间剖面(折合速度8km·s–1)。OBS数据带通滤波频率为5~15Hz。

通过对提取的OBS直达波走时, 进行最小二乘反演, 以确定落点位置和时间漂移量, 原则是: 按反演的OBS落点位置计算的直达波走时与观测走时最佳逼近, 最终确定OBS的位置。反演确定OBS的时间漂移量和位置信息后, 需重新计算炮点距离OBS的距离, 对OBS记录进行时间校正和位置校正, 从而得到的折合时间剖面(图2)。从图中可以清楚地看到OBS地震记录的各种震相, 包括沉积层折射震相(Psed)、壳内折射震相(Pg)、Moho反射波震相(PmP)和上地幔顶部折射震相(Pn)。

MCS数据的处理流程主要包含了叠前去噪、振幅补偿、线性干扰压制、SRME压制多次波、Radon变换压制多次波、预测反褶积、速度分析、叠前偏移归位、深层成像去噪和空间振幅调整等处理。处理流程见图3a, 处理效果见图3b。

3 震相拾取与定性分析

本文拾取了49个OBS台站共4万多个初至折射波震相(壳内折射波震相Pg和上地幔顶部折射震相Pn)和6000多个Moho反射震相PmP(图4)。

其中27个台站的远偏移距折射震相较明显。台站10、11、19、21、22、33、46—49南侧上地幔顶部折射震相Pn清晰易辩, 台站6、11、22、37和39的双侧见清晰Pn, 多出现于70~125km范围, 也有一些出现直至150km以远, 各测站的左(北)右(南)支震相具有明显的不对称性。图2显示了对OBS46、OBS11及OBS18记录, 其中OBS46中沉积层的折射震相(Psed)延续较长, 基底折射震相(Pg)出现晚且延续短,指示沉积厚、基底埋深大, 地壳薄; OBS11不见沉积层的折射震相(Psed), 基底折射震相(Pg)出现早延续长, 相比较而言, 沉积层较薄、地壳较厚; OBS18位于西南次海盆龙门海山北侧山脚, 不见沉积层的折射震相(Psed), 基底折射震相(Pg)出现早延续短, 上地幔顶部折射震相(Pn)出现相对早, 相比较而言, 沉积层较薄、地壳亦较薄。

图2 OBS46、OBS11及OBS18记录的折射波震相识别分析与拾取 折合速度为8km·s–1。Psed: 沉积层折射震相; Pg: 地壳折射震相; PmP: Moho反射震相; Pn: 上地幔顶部折射震相; 青色细线为初至折射拾取

4 初始模型和层析成像反演

速度层析成像反演工作使用了TOMO2D软件包(Korenaga et al, 2000), 它可同时反演初至折射震相(Psed、Pg和Pn)和莫霍面反射震相(PmP)。

速度层析成像反演的第一个步骤是设置初始速度模型(图5c), 应用长排列多道地震解释的沉积基底(图5a), 经时深转换后将沉积基底形态(图5b)加入初始速度模型的构建; 莫霍面形态(图5b)则采用重力资料反演结果(高金耀等, 2015)。

初始速度模型的速度参数设置如下(表1)。

表1 初始速度模型速度参数

反演运行过程主要包括: 基于给定的初始速度模型寻找初至折射波及莫霍面反射波的传播路径, 并计算射线传播的理论走时, 比较理论走时与实际走时(拾取震相)之间的差距(以均方根走时差为依据), 进而修正初始速度模型, 重复以上过程直至均方根走时差达到设定的范围内或完成设定的迭代次数。反演过程中速度模型的修正由一系列参数约束, 主要设置如下(表2)。

图3 CFT-MCS2013处理流程图(a)及叠加剖面(b)

图4 拾取的49台(缺第28站) OBS记录的初至波走时 折合速度为8km·s–1

表2 主要反演参数

经过15次初至波迭代反演, 均方根走时差为152ms,2为1.32, 15次迭代计算后的均方根走时差和2趋向稳定, 除少量深部震相还存在明显拟合偏差外(8s以下), 大部分拾取震相走时和理论计算走时吻合较好(图6a), 最终反演结果见图6c, 根据该速度模型计算的射线传播路径和射线分布密度见图6c。

最终速度模型包含了两种速度变化成分：一种是自上而下速度逐渐递增的部分; 另一种是壳内速度的横向变化。基底面以上部分速度自上而下由1.7km·s–1逐渐递增至4.0km·s–1, 南侧陆缘的速度增速较北侧陆缘快。基底面以上部分速度横向变化不显著; 基底面以下, 莫霍面以上部分, 速度自上而下由4.5km·s–1递增至7.5km·s–1, 相比速度纵向变化, 速度横向变化更显著, 低速异常和高速异常出现频繁, 相应地在该部分10km以浅区域初至折射波密集传播(图6b)。在西南次海盆, 尤其是海盆中部, 由于OBS测站分布较少, 初至折射波射线密度较低, 最终速度模型仍大致保持了初始速度模型的速度分布情况。

图5 MCS解释的沉积基底(a)、初始速度模型界面框架(b)和初始速度模型(c) 图中红点及对应数字为OBS站位

在反演方法相同、反演参数相近的情况下, 由于在初始模型创建时设定了沉积基底, 本文的最终速度模型与前期结果相比, 发现了一系列新的速度变化特征, 主要有: 1)在局部区域(如6—10号、24号和35—38号OBS台站下方)基底面以下部分存在4.5~5.0km·s–1的相对低速异常(疑似中生界); 2)在西南次海盆北部, 7.5~8.0km·s–1的高速异常向上抬升, 导致基底面以下5.5~7.0km·s–1速度范围对应的地壳厚度减薄至约3km; 3)强化了中、下地壳速度的横向变化; 4)由于Moho反射震相PmP参与反演, 部分区域的Moho面形态被修改(图6b)。

图6 初至波走时反演震相拟合图(a)、成像速度模型(b)及射线密度分布图(c) 图中红点及对应数字为OBS站位

5 综合地壳结构模型与讨论

以空间重力异常数据、MCS解释资料(图7a)、OBS初至波层析成像速度模型(图6 b)及初至波射线传播轨迹(图6c)为约束, 构建了CFT剖面综合地壳结构模型(图7b)。发现CFT剖面广泛存在下地壳高速体、西南海盆海山低密度异常体两个重要现象。

5.1 下地壳高速层

下地壳高速体在南海北部中段陆缘多条剖面上出现(Nissen et al, 1995; Yan et al, 2001), 在南海其余区域未见报导。CFT剖面的初至波层析成像速度模型(图6b)显示在北部陆缘的华光凹陷、广乐隆起、盆西海岭区域, 以及在南部陆缘的壳幔边界处, 甚至在西南次海盆的洋壳下部均有7.0~7.5km·s–1的速度异常出现, 与之对应, 在上述区域的OBS数据也拾取到了视速度略低于8km·s–1的初至折射震相(图4), 如北部陆缘OBS46站位偏移距55~ 65km处, 南部陆缘OBS11站位偏移距60~ 70km处和西南次海盆OBS46站位偏移距–20~ –70km处, 均出现视速度略低于8km·s–1的初至折射震相(图2)。由此可见范围为7.0~7.5km·s–1的壳幔边界速度异常(本文称为“下地壳高速层”)是比较普遍的。

图7 CFT剖面MCS解释图(a)和综合地壳结构模型(b) 图b中红点及对应数字为OBS站位

所以, 本文认为南海的下地壳高速层同南海自新生代早期以来强烈的地壳拉张、海底扩张期间的岩浆活动密切相关。

5.2 龙门海山

龙门海山位于南海西南海盆残留中脊的中央裂谷中, 占据方圆20km左右的区域范围, 高出周边海底约1400m, CFT剖面以NW-SE走向横穿其上方, 18号OBS站位落在海山西北侧山脚附近。

反射地震剖面成像(图8)显示该海山的杂乱反射特征, 与海盆中其他海山无异, 其特别之处在于对应的空间重力异常相对邻近区域是一个显著的波谷(图7b)。二维重力模型正演拟合结果显示该海山及其下方的地壳密度仅为2.4g·cm–3, 各种模型拟合方案均显示该海山及其下方的地壳对应2.3~2.4g·cm–3的低密度体(Wang et al, 2017), 远低于西北面长龙海山链和东南面飞龙海山链对应的密度, 后两者对应的密度值为2.7g·cm–3和2.67g·cm–3(图7b)。沿CFT剖面的沉积地层密度在2.2~2.5g·cm–3(图7b), 龙门海山及其下方的地壳密度值落在沉积地层的密度区间内。

图8 西南次海盆龙门海山附近的反射剖面 红点为CFT剖面OBS站位

类似密度的海山物质在伊豆-小笠原弧前南部的Higashi海山和Hahajima海山被发现(Miura et al, 2004), 其被解释为与板块俯冲相关的蛇纹岩海山,重力模型拟合密度为2.46g·cm–3。另外ODP195航次在马里亚纳弧前S.Chamorro海山钻孔获取的样品为蛇纹石泥, 被解释为与板块俯冲相关的蛇纹岩泥火山(Fryer et al, 2006)。

龙门海山及其下方地壳的低密度结构指示其不应是正常的岩浆侵入和喷发形成的海山, 而可能是密度值低于沉积物的物质, 比如海水与地壳乃至地幔物质的混合物质。龙门海山位于西南次海盆中央裂谷, 在海底扩张期间岩浆活动频繁, 断裂发育, 海水易下渗至上地幔与橄榄岩发生水化反应, 进而为蛇纹岩泥火山的形成创造了条件。

龙门海山与前述大洋弧前发现的蛇纹岩泥火山所处构造位置不同, 可能为蛇纹岩泥火山形成构造背景的非唯一性提供证据。

6 结论

以跨南海西南海盆及两侧陆缘, 长1050km, 涵盖了海底地震(OBS)、长排列多道地震和重磁在内的综合地球物理探测剖面(CFT)为基础, 构建了CFT剖面综合地壳结构模型, 获得以下几点新的认识。

你知道吗？当我吹起散落在手心的苇絮的时候，流泪了。日落的时候，我对着暗黑的天空，对着那游轮上渐次点亮的渔火，对自己说：不论身在何处，心向何方，一定要把自己活成你当初想要的模样。是的，我们，都要活成当初彼此希望的模样。

1)相较于前期研究, 改进了CFT剖面的速度成像结果, 发现局部沉积区4.5~5.0km·s–1的相对低速异常, 发现西南次海盆北部向上抬升的7.5~8.0km·s–1的高速异常, 并强化了中、下地壳速度的横向变化。

2)南海下地壳高速层在北部陆坡、西南海盆和南部南沙地块均有分布, 速度范围为7.0~7.5km·s–1, 厚度在0~4km之间, 可能与陆缘下地壳物质和地幔物质熔融混合, 以及深海盆海底扩张期间构造拉伸导致地幔蛇纹岩化有关。

3)发现南海西南海盆残留中脊的龙门海山以及下方地壳由超低密度物质组成, 其重力模型拟合密度仅为2.4g·cm–3。

高金耀, 汪俊, 邱燕, 等, 2015. 莫霍面深度图1:2 000 000[M]//杨胜雄, 邱燕, 朱本铎, 等. 南海地质地球物理图系. 天津: 中国航海图书出版社. 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, 黄松, 徐亚, 等, 2008. 南海东北部及邻区深部结构的综合地球物理研究[J]. 地球物理学报, 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, 徐亚, 赵百民, 等, 2009. 南海磁性基底分布特征的地球物理研究[J]. 地球物理学报, 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, 宋晓晓, 2014. 国际大洋发现计划IODP349航次[J]. 上海国土资源, 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).

吕文正, 柯长志, 吴声迪, 等, 1987. 南海中央海盆条带磁异常特征及构造演化[J]. 海洋学报, 9(1): 69–78 (in Chinese).

邱燕, 汪俊, 黄文凯, 等, 2016. 南海海域地壳结构特征及其构造意义[M]//中国地质调查局, 广州海洋地质调查局. 南海地质研究. 北京: 地质出版社: 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).

吴招才, 高金耀, 李家彪, 等, 2011. 南海北部磁异常特征及对前新生代构造的指示[J]. 地球物理学报, 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).

吴振利, 李家彪, 阮爱国, 等, 2011. 南海西北次海盆地壳结构: 海底广角地震实验结果[J]. 中国科学: 地球科学, 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.

阎贫, 刘海龄, 2002. 南海北部陆缘地壳结构探测结果分析[J]. 热带海洋学报, 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, 曾维军, HAYES D E, 等, 1994. 中美合作调研南海地质专报[M]. 武汉: 中国地质大学出版社. 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).

于俊辉, 阎贫, 郑红波, 等, 2017. 南海西南次海盆反射莫霍面成像及其地质意义[J]. 海洋地质与第四纪地质, 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, 王万银, 庞雄, 等, 2006. 地球物理资料所揭示的南海东北部中生代俯冲增生带[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 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.

孙淑杰编辑

中国地质调查局国家海洋专项项目(GZH201100205、DD20160138); 国家自然科学基金项目(91855101、41876052)

汪俊(1983—), 男, 浙江省江山市人, 工程师, 硕士, 从事海洋区域地质构造研究, 主要技术手段为联合重、磁、反射及折射地震等地球物理资料进行综合地球物理建模。E-mail:wangjun19830726@163.com

*非常感谢3位审稿专家的建设性修改意见及编辑部老师们耐心沟通。

Editor: SUN Shujie