华南地区岩石圈三维热-化学组分结构研究

South China Block is one of the most important regions to test hypotheses/models about lithospheric structure in China mainland because of its structural and compositional complexities and diversities. Thermal and compositional structures, as the basic and fundamental features of lithosphere, provide direct information to understand mechanisms of lithospheric formation, evolution, destruction and mineral formation, etc. Since each observation (e.g. gravity, seismic velocity, etc) has its own sensitivity on deep/shallow and thermal/compositional structure, multi-observable joint inversion could be the best way to overcome the limitations caused by single observation and thus could provide robust and reliable thermochemical structure of lithosphere. In this project, we propose to study the 3D thermal and compositional structure of South China by jointly inverting surface heat flow, high-resolution gravity and topographic data, and surface wave dispersion curves with geophysical and petrological thermodynamical simulation (Gibbs free energy minimization), analyze lithospheric structural characteristics and its correspondent interior geodynamical environment in this region. This project can also provide important and further insights into the processes of lithospheric dynamics, coupling between crust and mantle, and mineral formation in South China.

华南地块岩石圈的物质成分和构造形式复杂多样，并且富含各种矿产资源，一直是中国大陆地幔岩石圈研究的重点。热和化学组分结构作为岩石圈结构研究的基础和核心，是认识岩石圈的动力学结构和机理以及成矿的机制的最为直观的参考依据。由于不同的地球物理学观测（重力、地震波波速等）对岩石圈深部/浅部、温度/组分结构有着不同的敏感度，因此综合多种观测资料联合反演方岩石圈热-化学组分结构，能够在很大程度上克服单一观测资料的局限性。本项目拟利用地表热流、高分辨率重力和地形数据以及地震面波频散曲线等地球物理观测资料，通过地球物理和岩石学的热动力学模拟（Gibbs自由能最小化），反演华南地区高分辨率的三维岩石圈热-化学组分结构，分析该地区岩石圈结构特征及其深部动力学背景。本项目对进一步认识华南地块岩石圈动力学过程、壳幔耦合状态、矿物成因等大陆动力学的关键问题具有重要的研究价值和积极的科学意义。

华南块体位处中国大陆东南，对其深部结构的研究是深入认识中国东部构造及演化的基础。岩石圈的温度和化学组分结构是岩石圈结构研究的重要内容，对其的认识主要来自地球物理和地球化学两类研究。由于单一的地球物理或地球化学观测资料和方法存在其各自的局限性，需要开展综合多种地球物理资料，并结合地球化学、岩石学方法的岩石圈结构和性质的研究。本项目综合利用华南地区地表地形、大地水准面高、地表大地热流数据、地震面波频散曲线等地球物理观测资料，通过热动力学模拟和概率密度反演的方法，研究该区三维岩石圈温度、化学组分结构。研究表明，华南东部的华夏块体和下扬子克拉通岩石圈较薄（<100 km），相对起伏较小，岩石圈地幔以饱满型的橄榄岩为主，表明古老难熔的地幔岩石圈物质被新的物质所取代，古太平洋的平俯冲作用是导致华南东部岩石圈减薄的主要动力学机制，而热侵蚀作用在岩石圈减薄过程中占有重要地位。四川盆地内部岩石圈较厚（>200 km），保留着厚而冷的克拉通岩石圈根，岩石圈地幔可能存在由于组分差异所导致的不连续面，其中下层饱满的岩石圈地幔要厚于上层难熔的岩石圈地幔，因而使得四川盆地及周边地区岩石圈地幔整体以饱满和过渡型橄榄岩为主。