南海北部陆缘洋陆转换带IODP367-368钻探区的三维深部结构探测与研究

The ongoing IODP Legs 367-368 is the third time of IODP drilling in the South China Sea (SCS). We propose a three-dimensional (3D) ocean bottom seismic (OBS) survey in the area of the IODP drilling, where high-quality deep multi-channel seismic (MCS) profiles were already acquired. A total of 49 OBSs will be deployed over the continental-oceanic-transition (COT) zone, and fired a total of 12,000 air-gun shots. These dense airgun signals (about 500,000) will provide a strong foundation for structure modeling. The 3D structure constrained by points (drilling holes), lines (MCS and OBS lines) and volume (3D) will be gained by the use of ray-tracing and travel-time simulation methods and joint inversion of P- and S-waves with an employment of softwares RayInvr, Tomo2D and FAST. Three scientific questions will be addressed: 1) The style of thinning and breakup of the lithosphere layers (upper crust, lower crust, and lithospheric mantle); 2) The existence and distribution of exhumed serpentinized upper mantle; and 3) The nature, distribution, and tectonic implications of the high-velocity bodies in lower crust. The answers to above questions will provide critical basis for setting up the mechanism of rifting and breakup processes of the northern SCS. The proposed project, complementary to the IODP Legs 367-368 drilling and necessary to fully integrate the IODP Legs 367-368 drilling results, will contribute greatly to the comprehension of the geodynamics of the extension and breakup processes of passive margins in general. It will also provide important constraints for the hydrocarbon exploration in the deep-water areas in the SCS.

南海第三次大洋钻探IODP367-368航次目前正在实施。本项目将在IODP钻探区部署49台海底地震仪（OBS），大容量气枪累积激发约12,000炮，获取超过50万个气枪信号，开展洋陆转换带（COT）岩石圈的三维深地震探测与研究；以长缆深反射地震资料为约束，利用RayInvr，Tomo2D和FAST软件，采用纵/横波联合反演方法，通过射线追踪与计算模拟手段，获得点-线-体互为约束的三维纵/横波速度结构模型；结合钻探结果，重点解决：1）南海北部陆缘COT岩石圈各分层（上地壳、下地壳、岩石圈地幔）的减薄-破裂特征及样式；2）剥露的蛇纹石化地幔是否存在及其空间分布；3）下地壳高速层成因、分布及构造意义这三大科学问题，从而揭示南海岩石圈的张裂-破裂模式和机制。本项目与IODP钻探相互支撑、互为补充，将为推进全球被动陆缘张裂-破裂机制研究做出重要贡献，同时为南海深水油气勘探与开发提供重要科学依据。

本项目在南海北部陆缘IODP钻探区实施了三维海底地震仪（OBS）探测实验，海上作业历时50天，获得了49台OBS、11条深地震测线和8750炮点共294 Gb海量的第一手数据，并提交给国家基金委共享。开展了三维OBS精细速度结构研究，获得了不同深度、不同构造方向的三维空间速度结构分布特征，查明地壳厚度、内部反射结构和关键界面的展布，精确圈定洋陆转换带（COT）三维空间范围，揭示不同张裂段沿构造走向的岩浆活动与构造方式存在高度变化性，创新性地提出了大陆岩石圈破裂和南海洋盆打开的三维地质演化模型。开展了横穿COT主剖面速度结构联合正/反演与研究，解密了破裂阶段异常活跃岩浆系统的时空演化规律，查明岩浆活动时间、地点、方式、岩浆量随伸展的演化，阐明了COT基底属性，回答了“是否存在蛇纹石化地幔”、“下地壳高速层的构造属性”、“大陆岩石圈与大洋岩石圈板块的如何更替过程，在何地，何时以及以何种方式发生破裂、并开始海底扩张”这些关键科学问题。综合大洋钻探结果，首次实现了从“点”到“面”、到“体”的拓展，建立一个有实验依据的钻孔约束的、二维与三维多视角展布的边缘海张裂大陆边缘的典型研究范例，阐明南海北部陆缘是在贫/富岩浆型之间的一种中间型大陆边缘，提出了岩石圈张裂-破裂的新机制，发展了被动陆缘张裂-破裂的第三类端元类型。本项目共发表学术论文42篇，3项软件著作权，会议摘要49篇，参加国内外学术会议49人次，培养了一支充满活力、能征善战的“海底地震仪深部结构研究”团队。. 本项目结果为全球张裂陆缘的破裂机制研究做出了重要贡献，开创了中国科学家共同引领南海研究的新时代；同时为科学评价南海北部陆缘深水-超深水盆地的油气勘探潜力提供了重要的理论基础。项目成果对于精准开发南海深水资源、推动我国深海地球科学发展、服务海洋强国战略、维护海洋权益与海洋地质安全具有重大科学意义与战略意义。