海洋所研究揭示渤海灣盆地新生代構(gòu)造演化機(jī)制
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所董冬冬研究員團(tuán)隊(duì)利用地震學(xué)徑向各向異性成像技術(shù),在渤海灣盆地新生代構(gòu)造演化機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展,研究成果發(fā)表于地球科學(xué)自然指數(shù)期刊Geophysical Research Letters。
渤海灣盆地是中國(guó)東部最大的中-新生代盆地,在盆山邊緣塊體運(yùn)動(dòng)和深大斷裂切割基底的作用下,經(jīng)歷了復(fù)雜的裂陷演化和沉積過(guò)程。然而,作為華北塊體東部重要組成部分,渤海灣盆地在新生代時(shí)期的構(gòu)造演化仍存在很多未解之謎,尤其是在是否及如何響應(yīng)印度-歐亞板塊陸陸碰撞遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)方面。通過(guò)地震學(xué)成像手段構(gòu)建高分辨率的地殼及上地幔頂部剪切波速度結(jié)構(gòu)和各向異性信息,可以為認(rèn)識(shí)渤海灣盆地新生代構(gòu)造演化過(guò)程提供關(guān)鍵證據(jù)。

(a)地震臺(tái)站分布示意圖, 淺藍(lán)色三角表示地震臺(tái)站位置; 紅色箭頭指示GPS運(yùn)動(dòng); 黃色底圖區(qū)域?yàn)椴澈撑璧? (b)渤海灣盆地構(gòu)造簡(jiǎn)圖
研究團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)地震科學(xué)探測(cè)固定臺(tái)網(wǎng)(Doi:10.11998/IESDC)記錄的三分量連續(xù)地震波形數(shù)據(jù),采用DRadiSurfTomo直接反演方法建立了渤海灣盆地地殼及上地幔頂部三維高分辨率剪切波速度和徑向各向異性模型。結(jié)果顯示,渤海地區(qū)中-下地殼局部呈現(xiàn)低速異常,上地幔頂部呈現(xiàn)高速異常特征;渤海灣盆地西部殼內(nèi)為強(qiáng)正各向異性,東部為弱各向異性,且方位各向異性快軸方向表現(xiàn)出從近E-W到NE-SW的轉(zhuǎn)變;魯西隆起上-中地殼呈現(xiàn)高剪切波速度、負(fù)徑向各向異性以及圓弧狀的方位各向異性特征。

(a, b, c)和(d, e, f)分別為10, 20, 30 km深度剪切波速度和徑向各向異性橫切面
研究結(jié)果表明,渤海地區(qū)中-下地殼低速異常體主要是在底侵和地幔物質(zhì)加熱作用下,下地殼發(fā)生熔融和分異,進(jìn)而產(chǎn)生長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì),而后向上遷移并保留在中地殼形成的。渤海灣盆地當(dāng)前的地殼徑向各向異性模式反映了新生代以來(lái)的多個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程,其中其西部地殼較強(qiáng)的正徑向各向異性,表明早第三紀(jì)太平洋板塊俯沖驅(qū)動(dòng)下的上地幔物質(zhì)東向?qū)α饕l(fā)地殼伸展;而其東部弱負(fù)徑向各向異性,則表明在新近紀(jì)——第四紀(jì),渤海灣盆地東部的走滑斷裂系統(tǒng)在印度—?dú)W亞遠(yuǎn)場(chǎng)碰撞作用影響下,形成剪切破裂構(gòu)造體系。因此,在新生代早期,渤海灣盆地的形成與宏觀上太平洋俯沖作用有關(guān);而在新生代晚期,其東部發(fā)生的構(gòu)造重組與太平洋俯沖向印度-歐亞碰撞的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程相吻合。魯西隆起中-上地殼剛性的太古代變質(zhì)核雜巖的存在阻礙了渤海灣盆地中-上地殼的東向伸展。

渤海灣盆地新生代構(gòu)造模式圖解.(a)第一階段: 早第三紀(jì), 盆地伸展體系主要以邊緣驅(qū)動(dòng)的上地幔東向?qū)α鳛橹?(b)第二階段: 新第三紀(jì)-第四紀(jì), 渤海灣盆地東部受到印度-歐亞板塊遠(yuǎn)場(chǎng)匯聚作用的影響
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士后吳曉陽(yáng),李翠琳副研究員和董冬冬研究員為論文共同通訊作者,合作者還包括中國(guó)科學(xué)院海洋研究所范建柯研究員,山東科技大學(xué)李朝陽(yáng)博士,杭州應(yīng)用聲學(xué)研究所白起鵬博士以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馮吉坤副教授。研究得到了山東省自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文信息:Wu, X., Li, C., Fan, J., Li, C., Bai, Q., Feng, J., & Dong, D. (2024). Cenozoic evolution of the Bohai Bay basin: Constraints from seismic radial anisotropy. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL107112. https://doi.org/10.1029/2023GL107112
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