[南海海洋研究所]南海北部晚新生代火山巖漿活動(dòng)的運移系統被揭示
近日，夏少紅研究員領(lǐng)導的海洋巖漿活動(dòng)與地幔動(dòng)力學(xué)學(xué)科團隊，圍繞南海海底巖漿活動(dòng)與深部地幔結構開(kāi)展詳細研究，揭示了南海北部晚新生代火山巖漿活動(dòng)的運移系統，相關(guān)成果在Gondwana Research、Earth and Planetary Science Letters和Journal of Geophysical Research等國際地學(xué)TOP期刊上發(fā)表。
研究顯示，南海北部陸緣在張裂和破裂時(shí)期巖漿是匱乏的，主要表現為“貧巖漿型大陸邊緣”，但裂后期尤其是海底擴張停止之后卻產(chǎn)生了廣泛的火山巖漿活動(dòng)，導致南海海底火山遍布、雷瓊地區出露大規模的玄武巖分布。南海北部巖漿活動(dòng)如何由“貧”到“富”，這一科學(xué)問(wèn)題近年來(lái)受到了國內外海洋地質(zhì)學(xué)家極大關(guān)注：海底巖漿活動(dòng)起源于哪里？地球深部物質(zhì)如何突破上覆地層阻力而最終運移到地球表面？
夏少紅研究員等利用南海北部沿海地區地震臺網(wǎng)數據開(kāi)展了遠震成像研究，獲得了研究區深至1100 km的地幔速度結構，表明在南海北部存在一條起源于下地幔的連續低速通道，三維透視圖清晰顯示出低速通道是傾斜上升的蘑菇頭式的地幔柱巖漿通道。與經(jīng)典理論認為地幔熱柱應是垂直的明顯不同，南海的巖漿通道不僅是傾斜的，而且呈現出成層式的變化特征。進(jìn)一步研究表明，該巖漿通道在地幔轉換帶處聚集并橫向擴散，進(jìn)而向上分裂成多個(gè)分支，直到巖石圈底部再次發(fā)生匯聚，源自下地幔的物質(zhì)的非垂直上涌正是南海北部巖漿由“貧”到“富”的主要原因。(Xia et al. Teleseismic imaging of the mantle beneath southernmost China: New insights into the Hainan plume, 2016 Gondwana Research, 36:33-43.)
圖1. 底層巖漿通道——地幔低速異常
上涌到巖石圈底部再次發(fā)生匯聚的地幔物質(zhì)，在下地殼表現形式多樣。萬(wàn)奎元博士等利用海底地震儀（OBS）數據刻畫(huà)了南海北部二維地殼結構，其結果顯示下地殼存在異常高速體，通過(guò)對比陸架和陸坡區重磁異常、高速體波速比、巖石地球化學(xué)等差異，提出兩者下地殼高速體存在構造成因的不同，證實(shí)在洋陸過(guò)渡帶之下的高速體來(lái)自南海張裂以后深地幔物質(zhì)底侵的產(chǎn)物，是南海裂后期巖漿通道在下地殼的主要表現形式。(Wan et al. Deep seismic structure of the northeastern South China Sea: Origin of a high-velocity layer in the lower crust, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2017, doi: 10.1002/2016JB013481)。
圖2. 地殼底部巖漿通道——下地殼高速體
趙芳博士等綜合運用二維/三維地震數據、鉆井數據以及巖石學(xué)數據，揭示了巖漿通道在上地殼的表現形式。研究發(fā)現，在南海北部發(fā)現了多期次長(cháng)時(shí)間噴發(fā)的裂后巖漿活動(dòng)，這些巖漿巖體主要發(fā)育在斷層之上或沿斷層發(fā)育，表明先存的斷層為巖漿噴發(fā)提供了末端通道，并影響巖漿噴發(fā)的位置，導致南海張裂后巖漿活動(dòng)頻繁，火山分布廣泛。(Zhao et al. Prolonged post-rift magmatism on highly extended crust of divergent continental margins (Baiyun Sag, South China Sea), Earth and Planetary Science Letters, 2016, 445:79-91.）。
圖3. 最頂層的巖漿通道——斷層
上述成果得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(91328206)、優(yōu)青項目（41222039）和面上項目（41506046）等的資助。同時(shí)，感謝國家基金委共享航次的支持。
