南海东北部高磁带及磁静区地球物理场特征与南海构造演化的关系

摘要

南海东北部高磁带和磁静区分别位于南海北部两条重要的构造带—中央隆起带和南部隆起带，由于具有独特的重磁异常特征而备受关注。对其基底和深部结构特征及成因模式的研究将会在探讨南海东北部油气盆地的远景分析中起到重要作用，同时对于进一步认识目前地学界关于南海北部高磁带及磁静区成因的争议也有一定的理论意义和参考价值。研究区位于我国最大的边缘海南海的东北部陆缘，范围115°-121°E，18°-24°N，自中生代以来，该区开始受特提斯构造域和太平洋构造域的联合影响，现处于欧亚板块、菲律宾海板块和印度—澳大利亚板块的交汇处，经历了复杂的地质作用，有着复杂的发育历史和地质地球物理特征，是研究边缘海形成演化动力学和特提斯构造域与太平洋构造域之间相互作用的关键地区。本博士论文选题来源于国家重点基础研究发展规划项目(973)中国边缘海形成演化及重大资源的关键问题中的二级课题(课题编号：G2000046702-02)：南海东北部新生代沉积盆地基底特征及其构造格局研究。本论文以刘光鼎院士所倡导的用活动论构造历史观为指导，以岩石物理性质和物理-地质模型为基础，实行物探与地质、定性与定量、正演与反演相结合并进行多次反馈的综合地球物理地质解释原则作为总的研究思路，充分收集利用最新的地质、地球物理资料，以重磁资料为主，结合热流、地震及部分钻井资料，采用剖面为主、合理推测平面的方法对南海东北部六条大致垂直于高磁带和磁静区主构造方向的综合地球物理剖面展开系统细致的对比研究，重点是反演计算高磁异常带和磁静区重磁基底及深部居里面和莫霍面特征，分析和总结其变化规律，并结合整个南海东北部地区的构造演化背景和前人成果对它们的成因模式提出了新的解释。通过本论文的研究，主要得出了以下几个主要结论：1.高磁带的居里面深度与莫霍面深度关系无统一规律，反映高磁带地壳组成成分比较复杂；磁静区处居里面深度一般明显小于莫霍面，而且也远小于由热流资料计算的居里面深度，这表明，磁静区下部处于比较热的地质环境，且热背景形成的年代较新，模拟结果显示可能小于3～5Ma。2、南海北部陆缘经历了晚白垩纪—早第三纪和晚第三纪一第四纪两期被动大陆边缘演化：第Ⅰ期为火山型边缘，高磁带可能为被动边缘的前沿；第Ⅱ期为目前正在发展中的火山型被动边缘，磁静区所处的南部隆起带为被动边缘的前沿。两期被动边缘分别形成了下地壳高速异常体，大致以北部陆坡断裂带为界，以北为第Ⅰ期形成的下地壳高速体，特点是高速度、高密度；以南为第Ⅱ期形成的下地壳高速体，特点是高速度、高密度和高温度。 3、认为古生代褶皱基底燕山陆缘活化带和东沙燕山褶皱带构成的同生双构造带构成了高磁带的主体，随后又经历了一系列挤压和变形。神狐运动开始后，高磁带成为南海北部第Ⅰ期火山型被动陆缘的前沿，开始大面积发育岩浆岩体，并形成了高密度、高速度的下地壳高速异常体，随后由于应力场由拉张转为挤压，被动陆缘阶段结束。造成其高磁异常的主要原因是构成其主体的同生双构造带及火山型被动陆缘期形成的大量板内拉斑玄武岩流，而其低缓的正值重力异常经简单模拟认为主要是下地壳异常隆起本身所引起的。4、认为磁静区及其所处的南部隆起带是目前正处在发展初始阶段的南海北部第Ⅱ期火山型被动边缘的前沿，发育有年代较新的下地壳高速体，该高速体具有很高(1300℃)的初始侵入温度，它和沿磁静区两侧的北倾断裂带、洋陆交界断裂带及其它一些构造薄弱带侵入的地质年代较新的火山或岩墙一起造成磁静区处居里面的显著抬升，磁性层减薄，从而形成了磁异常低缓变化的磁静区，我们把它称为磁静区的“热成因模式”。至于磁静区的低值重力异常的成因，推测可能与上地幔异常隆起的物质成分及岩浆分异有关，具体原因有待进一步研究。根据这种成因模式的解释，磁静区是个动态的概念，随着时间的推移会逐渐变化，而且其形成年代是指其遭受地下热活动而改造的年代，与其地层形成年代无关。 5、本论文引入了“热均衡”概念以直观的解释不同类型和时代的地幔底侵热活动对居里面深度的影响。根据热均衡概念，陆架区由于地下热活动时代较早可以认为处于热均衡期，因此可以用稳态的热传导方程来表达，而陆坡及海盆区由于热活动时代较新或目前正在活动期，因此无法用稳态的热传导方程来解释，而只能用依赖时间的热传导方程来描述。根据这个规律，我们可以通过比较两种方法计算出来的居里面差异来判别哪些地区处于热均衡状态，哪些地区处于热不均衡状态，据此可以深入研究地下热状态。关键词：南海东北部，高磁带，磁静区，热均衡

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第一章 前言

1.1论文来源

1.2地质概况

1.2.1地层

1.2.2构造与岩浆活动

1.3岩石物性特征

1.3.1岩石密度特征

1.3.2岩石磁性特征

1.3.3地震波阻抗界面与速度特征

1.4前人研究成果及存在问题

1.4.1前人研究成果

1.4.2存在问题

1.5研究思路与方法

第二章南海东北部地球物理场特征

2.1南海东北部重磁场特征

2.1.1重力异常

2.1.2磁力异常

2.2南海东北部地区地热流分布

2.3南海东北部深部地球物理探测

第三章重磁性基底研究的正反演方法

3.1用于重力、地震联合反演的剥离法

3.1.1概述

3.1.2适用于剥离法的波数域和空间域二度体重力异常正反演方法

3.2磁性基底正反演方法

3.2.1局部场和区域场的分离

3.2.2磁性基底顶界面的反演

3.2.3磁性基底底界面的反演

第四章热传导温度场的数值模拟

4.1地球岩石圈的热状态

4.2地壳温度场的数值模拟

4.2.1一维稳态下的温度场模拟

4.2.1一维时间依赖的温度场模拟

第五章六条主要剖面的综合地球物理解释

5.1各剖面数据处理方法综述

5.2六条剖面的处理结果

5.2.1 MLTW剖面

5.2.2 973NH-01剖面

5.2.3 ESPE剖面

5.2.4 OBS93剖面

5.2.5 EW45剖面

5.2.6 F13剖面

5.3高磁异常带和磁静区在六条剖面中的反映

5.4温度场数值模拟结果分析

第六章高磁带及磁静区成因模式分析

6.1南海北部下地壳高速层

6.2南海东北部高磁异常带的分布特征及成因模式

6.2.1分布范围及主要特征

6.2.2构造成因分析

6.3南海东北部磁静区的分布特征及成因模式

6.3.1分布范围及主要特征

6.3.2成因模式分析

第七章结论与建议

7.1主要结论

7.2建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果