基于三维重震联合反演的南海东北部洋陆过渡带与俯冲带深部结构研究

South China Sea (SCS) with unique geographical position, complex tectonic environment and rich geological phenomena, is a natural test site of international research hotspots such as study of seafloor spreading, formation and evolution of marginal seas, is an important breakthrough of deep sea research in China. In recent years, we have made great progress in extension fracture pattern and structural properties of continental margin, crustal and lithosphere structure of sea basins in the SCS. However, there is still a controversy on the understanding of the crustal properties of the continent-ocean transition zone (COT) and location of continent-ocean boundary (COB) in the northeastern SCS. This information is the key of understanding opening time of sea basin and tectonic evolution history of the SCS, This proposal around this key breakthrough, using three-dimensional (3D) joint inversion of gravity and seismic data to obtain the 3D density structure of COT and subduction zone in the northeastern SCS. The initial model of joint inversion calculate is built from the latest multichannel seismic reflection and OBS study results. Based on the feature of density structure, analysis of deep structure features and crustal property of COT and the location of COB in the northeastern SCS, discuss interaction between oceanic crust subduction and arc-continent collision in the northern Manila, and it effects on deep structure morphology of COT in the northeastern SCS. This research results will provide the deep structure constraint for understanding the crustal property of COT and the location of COB in the northeastern SCS.

南海的地理位置独特，构造环境复杂，地质现象丰富，是研究边缘海形成演化、海底扩张等国际研究热点的天然试验场，也是我国走向深海研究的重要突破口。近年来，我国在南海大陆边缘的张裂模式和构造属性、海盆地壳结构等方面取得了许多重要的进展，然而对于南海东北部洋陆过渡带（COT）的地壳属性和洋陆边界（COB）的位置认识尚存在争议，这些信息是理解南海海盆打开时间，构造演化史等科学问题的关键点。本申请围绕这个关键突破点，在以往研究的基础上，将南海东北部COT和俯冲带结合在一起研究，结合重力和地震数据，提取多道反射地震，海底地震仪探测等已有研究成果中的先验信息，开展三维重震联合反演，力求精细刻画研究区密度结构，分析COT的深部结构特征及其地壳属性，圈划COB位置，探讨马尼拉海沟北部俯冲与弧陆碰撞相互作用对南海东北部COT深部构造形态的影响，为南海东北部COT地壳属性的解译和COB位置的厘定提供深部结构约束。

南海位于欧亚、西太平洋和印度-澳大利亚板块的交汇处，地理位置独特，构造环境复杂，地质现象丰富，经历了从大陆裂解到海底扩张再到俯冲消减的完整威尔逊旋回，是研究海底扩张、边缘海形成演化等国际热点的绝佳天然试验场，也是我国走向深海研究的重要突破口。近年来，我国在南海大陆边缘的张裂模式和构造属性、海盆地壳及岩石圈结构等方面取得了许多重要的进展，然而对于南海东北部洋陆过渡带（COT）的地壳属性和洋陆转换边界（COB）的位置认识尚存在争议，这些信息是理解南海海盆打开时间，构造演化等科学问题的关键点。在以往研究的基础上，本研究将南海东北部COT和俯冲带结合在一起研究，结合重力和地震数据，提取多道地震，海底地震仪探测等已有研究成果中的先验信息，开展三维重震联合反演，精细刻画研究区密度结构。在深部密度结构特性分析的基础上，结合重力异常图、磁异常和磁条带图、多道地震和OBS测线速度结构以及最新的IODP钻探结果，重新厘定了南海东北部COB的位置。剖面精细结构反演显示马尼拉海沟以西区段出现沉积断块并伴随有破裂不整合面和区域不整合面的缺失以及岩浆侵入特征的存在，据此推测C15~C17磁异常条带是后期岩浆活动形成的，并非海底扩张引起的。在横穿吕宋琉球转换边界（LRTPB）的Line4剖面的密度和速度结构中，没有发现洋壳-陆壳的地壳属性变化。将LRTPB以南C12（32Ma）磁条带以北区域的地壳属性解释为岩浆活动引起的强烈拉伸减薄陆壳，减薄陆壳厚度10~15km；C12磁条带以南区域的地壳属性为洋壳。马尼拉俯冲带北段区域，吕宋岛弧北西向碰撞至欧亚板块及南海海盆东北端形成了台湾造山作用，使马尼拉海沟的走向发生了明显的转折。由于俯冲带与台湾弧陆碰撞造山带相互作用，21°N附近区域同时具有板块俯冲与弧陆碰撞的特点，在北纬20至21度之间是板块俯冲至弧陆碰撞的过渡带区域，北纬21度以北区域以弧陆碰撞造山为主。