西南极特拉裂谷综合地球物理特征分析

张 峤纪 飞

1.中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081;

2.中国地质调查局极地地学研究中心,北京 100081;

3.自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室,北京 100081;

4.应急管理部国家自然灾害防治研究院,北京 100085

1.Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100081, China;

2.Research Center of Polar Geosciences, China Geological Survey,Beijing 100081, China;

3.Key Laboratory of Paleomagnetism and Tectonic Reconstruction, Ministry of Natural Resources,Beijing 100081, China;

4.National Institute of Natural Hazards, Ministry of Emergency Management of China,Beijing 100085, China

0 引言

西南极裂谷系统 (West Antarctic Rift System, WARS)是现今地球上最大的活动大陆裂谷系统之一(Cande et al., 2000)。不同于逐渐变化过渡的典型裂谷活动(东非裂谷、贝加尔裂谷),由于受到该区岩石圈热结构和地壳生热的双重影响(Huerta and Harry, 2007),自冈瓦纳大陆破裂以来(吴珍汉,1995; 任纪舜等, 2019),西南极裂谷系统经历了自扩散型到集中伸展型两个截然不同的裂谷阶段。白垩纪冈瓦纳破裂产生了陆壳性质的西南极裂谷系统,为第一次裂谷活动的开始,组成了罗斯海主要的地壳。这次裂谷作用经历了长期的、几乎覆盖西南极全区的扩散型伸展,拉张量超过200 km(Siddoway et al., 2004)。之后,到新生代开始转变为主要发生在裂谷系统西侧的集中型裂谷(Huerta and Harry, 2007)。这一特殊裂谷活动转变在时间上,与邻近横贯南极山脉(TAMs)广泛的火山活动及北西—南东向走滑断层在新生代的再度活跃基本同期 (Salvini et al., 1997)。第二次张裂活动的最后一个阶段集中在特拉裂谷,它是位于维多利亚地中央的一个中中新世狭长的裂谷带。反射地震数据显示,自13 Ma以来,特拉裂谷开始张裂,伸张量达10～15 km(Fielding et al., 2006, 2008;Henry et al., 2008)。因此,特拉裂谷作为新生代发生张裂作用的最后地区,已成为研究西南极裂谷系统构造活动的关键。

文中以特拉裂谷为研究区,利用中国南极科考采集的二维地震数据(ANT32)以及SDLS(Antarctic Seismic Data Library System)国际共享的地震数据,结合多个钻探计划的钻井(CIROS、CRP、AND、DSDP)资料,统一了西罗斯海地区地震反射界面和地震层序。针对特拉裂谷的断层样式和特征,讨论其形成机制、活动期次和递变规律,揭示构造特征及特拉裂谷的影响范围。同时为了进一步揭示研究区的综合地球物理特征,利用基于弹性板模型下的Fan小波相关技术获得了研究区有效弹性厚度的空间变化特征,从热力学角度进一步圈定了裂谷的空间展布。

1 区域地质背景

西南极裂谷系统是东南极克拉通和西南极微陆块之间的陆内裂谷 (Tessensohn and Wörner, 1991),它西接横贯南极山脉,北为南大洋,东邻玛丽伯德地(MBL)。西罗斯海位于西南极裂谷系统的一个末端,主要由5个自晚中生代起走向近南北向的沉积盆地组成,包括东部盆地、中央海槽、维多利亚地盆地、北部盆地和阿黛尔盆地。这些沉积盆地被中央高地和库尔曼高地这两个广阔的高地分割(图1)。西罗斯海的构造演化主要受自冈瓦纳大陆破裂以来中生代—新生代的裂谷作用影响(钱维宏, 1997;Fitzgerald, 2002)。裂谷阶段早期,造成南极和澳大利亚新西兰之间的分离(100 Ma;Davey and Brancolini, 1995),形成离散板块边缘(李三忠等,2019)。新生代集中伸展型裂谷作用分为4个阶段 (Fielding et al., 2006),分别为早期裂谷阶段(34～29 Ma)、主要裂谷阶段(29～23 Ma)、被动热沉降阶段(23～13 Ma)以及更新裂谷阶段(13 Ma至今)。其中更新裂谷阶段可进一步分为无明显岩浆活动(13～8 Ma)的早期和具有明显岩浆活动的晚期(8 Ma至今)。

西罗斯海新生代的裂谷作用造成了第三纪和第四纪广泛的岩浆活动(Wörner, 1999),以新生代双峰式碱性岩浆活动为特征 (Nardini et al., 2009),主要沿着北西—南东向走滑断层及南北向伸展断层的相交处发育 (Granot et al., 2010),罗斯地区岩浆活动集中在沿西海岸71°—79°S (Behrendt et al., 1991)。新生代碱性岩浆岩主要包括Meander侵入岩和平行于横贯南极山脉长度超过2000 km的麦克默多火山组(图1)。麦克默多火山组主要的火山活动自8 Ma开始,至今仍在活跃(Kyle,1990)。地球化学、层析成像、地面露头及构造上的证据支持新生代玄武岩岩浆来源于深源地幔柱 (Watson et al., 2006; Huerta and Harry, 2007;Ferraccioli, 2009; Nardini, 2009)。

图1 西罗斯海构造区划图、火山岩露头和主要沉积盆地分布(据Salvini et al., 1997; Davey and De Santis, 2006; Damaske et al., 2008修改)Fig.1 Tectonic framework of the western Ross Sea illustrating the distribution of igneous rocks and major sediment basins(modified after Salvini et al., 1997; Davey and De Santis, 2006; Damaske et al., 2008)

北部的阿黛尔盆地对罗斯海第二期裂谷活动的重启具有重要启示作用,预示着整个新生代活动的开始。从拉张量上来看,从北部的阿黛尔盆地经过北部盆地到最南部的特拉裂谷,地壳伸展量逐渐增加 (Fielding et al., 2008;Henrys et al., 2008),显示了裂谷作用的空间范围由北向南逐渐增加。特拉裂谷反射地震的研究结果显示,沉积盆地内发育大量正断层,部分甚至延伸到海底,说明裂谷活动可能持续至今(Hall et al., 2007)。

2 地震反射界面与地震层序

2.1 地震反射界面

西罗斯海新生代地层保留了气候改变和复杂构造的历史,地震剖面上的关键层位与钻孔中指示环境改变的证据往往吻合,这也说明构造和气候驱动之间是相关的。此次利用中国南极科考采集的二维地震数据以及国际共享的地震数据(图2),从DSDP 28-273、DSDP 28-274井位中标定相对较为简单和连续的地震反射特征,结合年代地层模型 (Cooper et al.,2008; Granot et al., 2010)作为解释的指导和参考,将研究区划分为8个地震单元(RSS-1至RSS-8,自老至新;图3),各个单元间由关键地层或不整合分隔(RS-U6至RS-U0,自老至新;图3)。由于剖面较浅,沉积物较厚,基底在很多区域较难识别。

图2 水深和关键测线位置图Fig.2 Bathymetric map and location of the key survey lines(a) Overview map of the western Ross Sea with seismic surveys referred to in this paper; (b) Detail location of the CHARE 32 lines near the Drygalski Tongue

文中把RSS-1作为初始的地震层序,以低振幅、透明反射、缺少内部反射结构为特征。研究区内部有很多高分辨率冰丘、冰川漂流物和水道堤坝反射,文章对其内部几何结构进行了研究,并给出详细的解释。

RS-U6:相当于上下渐新统的分界面,该层位标志着阿黛尔盆地扩张结束,正断层重新激活,阿黛尔海槽开始形成。与此同时,维多利亚盆地结束早期裂谷阶段,进入主要裂谷阶段(29～23 Ma)。该层位与上覆地层形成明显的角度不整合,下伏地层地震反射特征表现为中强振幅、高频、较连续,局部杂乱反射。海槽内及附近区域,RSU6上覆地层与下伏地层间差别非常明显,下伏地层比较杂乱,而上覆地层则反射清晰,具有层状的稳定反射。

RS-U5:相当于下中新统,该层位标志着研究区南部的罗斯岛附近Mt. Morning火山活动的开始,该层位除剖面紧靠陆一侧外,全区可追踪。凹陷区上覆地层中有一套明显的强振幅、高频、连续层状反射的地层。地层地震反射特征表现为高振幅、连续反射,同样由于受到多次波的影响,剖面向海一侧的高地地区无法识别。

RS-U4:相当于中下中新统的分界面,该层位标志着阿黛尔盆地进入最后的伸展阶段,与此同时,特拉裂谷张裂活动开始。第一期断层活动的痕迹在该层消失。下伏地层地震反射特征表现为强振幅、高频、连续层状反射,阿黛尔海槽内该层非常厚,沉积很稳定。RS-U4在一些地方被多次波影响消失。

RS-U3:相当于晚中新世,该层位标志着研究区南部的特拉裂谷进入主要裂谷时期和研究区的第二期断层活动。剖面显示,一套层间断层和负花状构造都终止于该层。剖面靠陆一侧为削截不整合,下伏地层呈较大角度与不整合面斜交,代表着一次构造抬升造成的褶皱变形。剖面向海一侧的高地处,该地层又被上覆地层削截。地层地震反射特征表现为强振幅、高频、连续反射,凹陷处缺失。

RS-U2:相当于上新世,该层位标志着研究区北部阿黛尔盆地地区和南部罗斯岛晚新生代火山活动的开始,并发生北西—南东向的裂谷作用。此外,研究发现研究区第三期断层活动部分终止于该层。该层为最明显的一个不整合,表现为剖面向海一侧的高地处作为半地堑的顶层与下伏地层形成一大角度削截的削截不整合;剖面最靠东侧一套进积层序顶超于该层,标志海平面相对静止;靠近高地处上覆地层上超于该层形成角度不整合,表明该层之后进入海平面相对上升时期;地层地震反射特征表现为强振幅、高频、连续反射,凹陷处缺失。

RS-U1:相当于晚上新世,其上发育一套完整的海进层序,下超于该层,并在靠陆和靠海的高地处都有发现;高地靠东一侧地层削截于该层,形成削截不整合。地层地震反射特征表现为强振幅、高频、连续反射。

RS-U0:作为最新的一套地层的底,代表最新的一套地层沉积,与下伏地层形成明显的大角度削截不整合,发育在剖面紧靠陆一侧的高地上,最终下超于RS-U3。最新的这套沉积层成层性非常好,内部近平行,波阻抗界面表现为强振幅、高频,可能对应DSDP 28-273钻得的最新的一层硅藻粉质粘土层。

2.2 地震层序与典型剖面

地震反射界面相对应的地震层序分别为RSS-1—RSS-8(图3),下面就重点地震层序进行描述。

图3 西罗斯海钻孔岩芯地质年代和地震地层框架(据Cooper et al.,2008;Granot et al., 2010修改)Fig.3 Stratigraphic sequence histogram of the western Ross Sea (modified after Cooper et al.,2008;Granot et al., 2010)

RSS-4地层为高振幅平行反射。地层厚度变化剧烈。一套层间断层在RSS-4地堑区域发育,与该层岩性有关。层间断层往往发育在像页岩和泥岩这样较软的地层中。通过钻孔得知,RSS-4为冰川海相沉积,岩性上,粒度更大,孔隙度更高,所以在此发育层间断层。

RSS-5地层以高振幅水平连续反射为特征。该套地层反射轴间非常平行连续,全区厚度基本一致,断层区域内部反射清晰,断层区域和东部地区该套地层尖灭。该套地层内部朝着陆坡方向有更为复杂的二级、三级不整合,地层内部发育冰碛和冰舌。

RSS-6地层内部发育三种沉积体,分别为古水道,重力滑坡以及冰碛岩。反射特征为较高的振幅,是由于地层内部具有一定尺寸的颗粒(例如浊流水道),造成该现象与向着陆坡增长的重力驱动和沿着陆坡底部的洋流驱动沉积物搬运过程(滑坡构造)有关。

RSS-7基本上为中—低振幅,接近横贯南极山脉前缘表现为高振幅反射,远离横贯南极山脉地区地层缺失。该套地层厚度较薄,且变化明显。内部反射平行但不连续。该套地层明显受冰川作用影响,内部具有清晰的冰川不整合,并发育冰下三角洲。

基于研究区的地震剖面识别出地层、地层单元和层序边界。在研究区中部选取了典型地震剖面片段作为代表,该剖面位于盆地中央,所以沉积层较厚,受干扰程度较小,保留了绝大部分盆地单元相(图4)。

图4 研究区典型地震剖面Fig.4 Typical seismic profiles in the study area

3 西罗斯海特拉裂谷地区断层活动

3.1 断层样式和组合形式

研究区多阶段的断层活动都发生在17 Ma之后,有些断层刺穿了海底面,表明新近纪裂谷活动可能现今仍在继续。区内主要发育伸展断层,大部分正断层倾角为60°～90°,相对偏移距离较短。主要断层和次级断层走向皆为南北向或者北北东向。南北向正断层的产出表明裂谷作用主要沿东西向发育。

在峡谷拉张断陷的边缘,典型地震剖面上呈上陡下缓的凹面向上铲状同沉积断层(图5),下降盘地层明显增厚,断距随地层年龄和深度明显增大。该套同沉积断层组合呈骨牌式,即由走向、倾向相同的多条断层平行排列构成,向海一侧的海底高地上断层整体走向为北东—南西,倾向为北西。靠陆一侧的冰下峡谷处发育一套走向为北西—南东、倾向南东的断层,并于高地处形成半地堑(图5)。由于断层倾向大致相同,倾角基本相近,推测这些断层应该在相同的时期形成。这套同沉积断层的形成是在拉张应力作用下,岩石块体沿剪切破裂面发生断裂的结果。

图5 北西—南东向同沉积断层二维地震典型剖面Fig.5 Seismic reflection profiles of NW-SE syn-sedimentary faults

在构造活动盆地中,构造活动控制的古地貌影响着物源的输入、可容纳空间的变化以及沉降和沉积中心的分布。同沉积断层的组合特质及其形成的特定构造古地貌,制约着沉积体系的分散过程及堆积位置及展布范围。根据边界断层、内部结构、平面展布、构造位置以及发育演化阶段等特点,将该区划分为断崖型和同向断阶型两类断裂组合样式。断崖式断裂构成样式往往由盆地边缘控制断层形成,地形强烈变化,断层产状高陡,往往在断层下为沉降最强烈部位,水体较深。物源体系进入峡谷后,就近迅速堆积形成类似扇三角洲的河道。水系分散和沉积体规模小、沉积相带窄是最显著的特点。同向断阶型可以形成在盆地的陡坡带,也可以形成盆地的缓坡带,向盆地方向地貌变陡。同向断阶型在每一个断层下降盘形成可容纳空间突变,从而在不同断阶部位控制主体沉积相发生突变。

在地堑区RSS-4地层中发育一套伸展层间断层,其他区域鲜有发现,在剖面上表现为板状正断层(图6)。由于该组层间断层只在此地层中发育,没有刺穿RS-U3,对其上的地层没有影响,推测层间断层的形成至少在RS-U3以后,即10 Ma以来形成,可能与该区第二期断层活动一致;形成深度在1.5～2 km之间;走向同样为北东和北西两个方向;倾角不大,有的近乎直立;影响范围大约2 km。Cartwright and Dewhurst(1998)对北海盆地等其他27个盆地中层间断层进行研究发现,全球层间断层主要发育在新生代(在个别白垩纪地层中也有发现)被动大陆边缘深海、半深海和近海上超环境及陆内克拉通盆地的细粒沉积物地层中。

图6 北西—南东向层间断层二维地震典型剖面Fig.6 Seismic reflection profiles of NW-SE intra-layer faults

通过钻孔可知,RSS-4地层为冰川海相沉积和冰碛物,岩性上粒度较粗,孔隙度较高,因此较上下地层更易滑动,这与被当今地质学界普遍接受体积收缩模式的前提条件相同,表明其主要是由于地层压实成岩过程中体积收缩作用形成。因此,推测在拉张作用下的体积收缩机制控制着研究区层间断层的形成。

靠陆一侧的高地除发育一套走向北东—南西、倾向北西的断层外,还发育了负花状构造(图7)。其形成过程为,各级断层的上盘岩体由于重力的不均衡而产生次级反向断层,从而弥合块体之间形成的空隙,直到应力达到重新平衡。该组负花状构造发育不完全,在形态上不对称,一系列走向北西—南东小的扭断层只朝走向北东—南西的主干断层一边散开,形成不对称的倾斜断块(图7)。分支断层只在RSS-4中发育,主干断层和分支断层都断到RS-U3,并在断层附近发现一系列削截点。RS-U3在该处为一明显的角度不整合,证明该时期发生了一期转换拉张作用,主要影响范围在区内紧靠陆一侧,因而形成了该套具有负花状特征的断层。从形态上看,该负花状构造为背形负花状构造,成因上很容易被解释成反转机制,并认为它们是受到了挤压或者压扭作用而导致的正反转。但该背形负花状构造中的背斜和高角度正走滑断层均呈雁列式排列,并与主走滑断层斜交;同时,它们发育在拉伸作用的背景下。这两方面因素表明与走滑断层相关的褶皱作用更适合解释背形负花状构造的成因,断层上覆狭长的褶皱属于牵引强制褶皱。只要存在走滑断层牵引非强硬的上覆地层产生皱褶和滑脱,就可以形成背形负花状构造(图7)。

图7 北西—南东向负花状构造二维地震典型剖面Fig.7 Seismic reflection profiles of NW-SE negative flower structures

3.2 新生代断层活动期次

区内断层活动可以分成三个期次:第一期断层活动断到RS-U4,由于区内断层活动具有明显的继承性,即每一期的断层活动都是在上一期断层的基础上受到新的构造活动的影响继续断裂地层而成,所以第一期断层鲜少被发现,仅发现一条断层发育在地堑中;第二期断层活动断到RS-U3,有的刺穿该地层,但是没有刺穿RS-U2,并且在RSS-4中发育了层间断层和负花状构造,该期断层活动的影响范围较第一期规模大很多,主要分布在剖面靠近大陆一侧和低洼处,向海一侧没有发现;第三期断层活动影响范围最大,分布范围覆盖全区,向海一侧的高地上断到RS-U2,靠近陆一侧有断层断穿RS-U2至更新的地层,说明在上一期构造活动后,又发生了新一期规模较小的拉张作用。两组走向的断层在峡谷低凹处形成地堑(图5),规模大于4 km。从时间上看,第一期断层活动对应着区域北部阿黛尔盆地内主要断层的活动时期,不晚于中中新统。说明当时北部的阿黛尔盆地内这期规模较大的构造活动并没有影响到南部区域。这一时期也标志着特拉裂谷裂谷作用的开始。第二期断层活动发生时间不早于晚中新世,这一时期也正是南部特拉裂谷裂谷作用的主要发育时期,受到拉张作用的影响,开始在区域低洼处形成地堑。第三期断层活动发生时间不早于上新世,该时期可以看做特拉裂谷裂谷作用的又一活动期,主要发生了北西—南东向的裂谷作用,也造成罗斯岛广泛的岩浆活动。

从上述分析可以看出,一套层间断层和一套负花状构造都发生在RSS-4地层中,没有刺穿RSU3(图5,图6),其位置位于区域北部。相较于北部,区域南部断层活动比较新,几乎都发生在最后一期,很难找到第二期断层活动的踪迹。然而,由于新采集的地震剖面覆盖范围较小,很难得出总结性的结论,进而又参考了西罗斯海的公开地震数据(图2),分别选取位于南部靠近罗斯岛,在特拉裂谷附近的一条典型剖面(图8a;位置见图2),以及位于西罗斯海最北部阿黛尔盆地内的一条典型剖面(图8b;位置见图2)进行研究。从图8中可以对比看出,北部断层活动时间较早,大多活跃在中中新统;而南部显然断层活跃的时间更晚,几乎在上新世甚至之后还在继续活动。结合上文所述,得出断层活动时间有从北向南逐渐变新的递变规律。而这种递变规律主要是受到裂谷作用的影响。中中新世以后,自阿黛尔盆地向南经北维多利亚地盆地到特拉裂谷盆地拉张量逐渐增加,裂谷作用向南一直增长,阿黛尔盆地大部分拉伸作用已经传递到北部盆地陆架。因此,从北向南逐渐传递的裂谷作用是造成断层活动时间具有递变性规律的根本原因。

图8 SDLS公开数据阐释断层活动Fig.8 Seismic line from SDLS illustrating faulting activity(a) Seismic profile in the Terror Rift. The timing of fault activity is even later, and is still active after the Pliocene; (b) Seismic profile in the Adare Basin. The timing of fault activity is earlier, mostly from the Miocene.

3.3 特拉裂谷影响范围及有效弹性厚度空间变化特征

3.3.1 特拉裂谷影响范围

特拉裂谷作为西南极裂谷系统裂谷作用的最后发生地,其形成机制、演化过程等一直被广泛讨论 (Cooper et al., 1987; Hall et al., 2007; Henrys et al., 2008; Ji et al., 2017)。裂谷活动的影响范围是研究裂谷作用的重要因素。目前,特拉裂谷南部界限较为清晰,影响范围一直到最南部的罗斯岛。罗斯岛晚新生代大规模的岩浆活动,也与该裂谷作用有关。然而,由于地震资料较老,多次波明显,可识别深度较浅,分辨率不足,缺乏岩石样品等原因,造成特拉裂谷北部的影响范围模糊不清。中国南极科学考察近年来新采集的地震剖面,很好的给出了答案(图9)。因此,文中利用这些数据得出ANT32-1向海一侧的高地处,ANT32-3的低洼处和向海一侧的高地处前缘,ANT32-5的靠陆一侧都受到特拉裂谷裂谷作用最后一期的影响(剖面位置见图2b)。然而,继续向北的剖面中很难发现特拉裂谷的影响。因此,特拉裂谷的影响范围并不仅仅在凹陷地区,高地处也受到其拉伸作用的影响。

图9 特拉裂谷影响范围(水深图据徐泽等,2018修改)Fig.9 Scale of the influence of the Terror Rift(Bathymetric map after Xu et al., 2018)

3.3.2 特拉裂谷有效弹性厚度空间变化特征

为了进一步揭示研究区的综合地球物理特征,采用Fan小波相关法(Kirby and Swain, 2011)获得了研究区有效弹性厚度(EET)的空间变化特征(图10)。该方法基于兼顾表层和内部载荷的Forsyth弹性薄板模型(Forsyth, 1985),利用Fan小波分析技术计算地形和布格重力异常的预测相关性,通过判断与观测相关性的接近程度确定最终的反演EET值。大多数谱方法利用傅里叶变换反演EET,存在对反演结果的空间分辨率和绝对值准确性之间的必要取舍(Lowry and Smith, 1995;Pérez-Gussinyé et al., 2007)。Fan小波相关法利用连续小波变换,计算任意网格点的多尺度地形和重力的功率谱,并拟合得到最优的EET值,从而克服了需要选择窗口大小带来的人为干预问题。文中采用的研究数据和具体计算流程可参见Ji et al.(2017),反演结果见图10。

图10 西罗斯海地区有效弹性厚度空间变化特征Fig.10 Variations in the EET values of the western Ross Sea

高EET值位于横贯南极山脉内陆区,与东南极克拉通的高强度特征相一致。横贯南极山脉前缘是周边区域的低值区,走向基本与海岸线平行,由北面阿黛尔盆地向南经过北部盆地、维多利亚地盆地一直延伸到罗斯海冰架下方,指示了整个研究区岩石圈强度最弱的位置。从空间上看,该低值带在火山形成的岛屿罗斯岛附近最宽,可以达到350 km。地震层析成像的研究表明在罗斯岛上地幔存在明显低速异常 (Lawrence et al., 2006; Watson et al., 2006)。近年来横贯南极山脉北段地区地震台网陆续建立,最新的P波低速度异常和负的径向各向异性研究结果发现局部的软流圈上涌对应特拉裂谷的位置,并指示了与裂谷有关的岩石圈拉张 (Zhang et al., 2020)。

目前传统的观点认为,特拉裂谷两端介于Erebus火山(78°S附近)和北面的Melbourne火山(74°S附近)之间,沿着近南北走向展布(图1)。由于整个横贯南极山脉前缘是罗斯海新生代拉张的影响区域,EET受后期热活动改造的影响非常明显(Lowry and Smith, 1995)。因此,EET的低值区域不仅指示了特拉裂谷的拉张活动,同时包含了北部盆地和阿黛尔盆地的热活动,表现为与低地震波速度和低密度异常区具有高度的空间一

致性 (Graw et al., 2016; 纪飞等, 2019; Zhang et al., 2020)。由此可以断定,横贯南极山脉前缘的岩石圈强度的低值区域与本研究中地震反射剖面揭示的结果类似,即特拉裂谷的影响范围在东西向上更为宽阔,可能延伸到凹陷区域以外。然而,目前从热力学角度无法确定特拉裂谷的南北向边界,高分辨率的地震反射数据仍是圈定该构造单元边界的关键手段。

4 结论

基于中国南极科考采集的二维地震数据(ANT32)和SDLS(Antarctic Seismic Data Library System)国际共享的地震数据,并结合钻井资料对西南极特拉裂谷综合地球物理特征进行研究,主要结论如下。

(1)总结了研究区断层组合样式,包括同沉积、层间和负花状断层。圈定了特拉裂谷的影响范围,发现不仅在凹陷地区,在高地处也受到其拉伸作用的影响。区内新生代断层活动分为三期,对应特拉裂谷的发育期次;其中第三期断层活动发生时间不早于上新世,与罗斯岛广泛的岩浆活动有关。每期断层活动间具有明显的继承性,活动时间由北部阿黛尔盆地向南部特拉裂谷越来越新,呈递变性,其根本原因是从北向南逐渐传递的裂谷作用。

(2)研究区有效弹性厚度的低值区指示了整个新生代裂谷活动的影响范围,沿着横贯南极山脉自北端的阿黛尔盆地向南延伸到罗斯冰架,然而EET无法分辨次级的构造单元之间的边界。此外,与地震反射剖面解释结果类似,东西向受裂谷活动热影响区域较为宽阔,可能延伸到凹陷以外区域。