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为认识南海北部陆缘构造特征和新生代沉降机制,本文在多条折射地震和反射地震的共同约束下,重点分析了陆缘的地壳结构、划出了洋陆边界和圈定了洋陆过渡带,并用构造-地层理论详细分析了1530测线洋陆过渡带的火山形成时间,提出了南海北部陆缘存在的两种陆缘类型;并创新性地采用空盆沉降技术计算了珠江口盆地东部陆缘3条测线的裂后异常沉降大小,分析了裂后异常沉降与基底地形之间的关系,在认识岩石圈各流变圈层对基底沉降的影响和分析多种可能引起裂后异常沉降的机制后,对裂后异常沉降的成因给出了解释。
1)南海北部存在两种陆缘类型。以阳江-一统暗沙东断裂为界,西部为珠江口盆地西部陆缘,东部为珠江口盆地东部陆缘,它们有完全不同的特征。西部陆缘陆壳伸展减薄,陆缘末端的地壳结构和成分没有受到岩浆活动的影响,也没有缺失,洋陆过渡带不发育,洋壳厚度(5.5-7km),比正常洋壳厚度(平均7km)稍偏薄;东部陆缘陆壳伸展减薄,岩浆活动相对强烈,厚约5km下地壳高速层(7.0-7.5km/s)广泛出现,洋陆过渡带为火山活动区、最东部洋壳(9-11km)较正常洋壳厚度大。构造-地层分析表明洋陆过渡带的火山形成于岩石圈破裂时期,但下地壳高速层的侵位时间还不确定。
2)结合研究成熟的北大西洋陆缘类型和成因,提出被动大陆边缘演化的两个系列,并解释和预测了几种陆缘类型。两个系列即由软流圈位温和伸展系数控制的火山型演化系列以及应变速率和伸展系数控制的非火山型演化系列,不同被动陆缘类型的形成是两个陆缘演化系列共同演化的结果,如火山型陆缘、蛇纹岩化地幔出露型陆缘、珠江口盆地西部陆缘、珠江口盆地东部陆缘,并随着研究的深入可能会发现更多的陆缘类型,如下地壳出露型等。
3)在计算珠江口盆地东部陆缘裂后异常沉降和认识其成因的过程中,建立了一维空盆沉降回剥模型(EBS-1D)、二维变弹性厚度空盆沉降回剥模型(EBS-2D)和挠曲拉伸模型(StretchFlex)。采用空盆沉降技术简化了对岩石圈动力学过程的认识,EBS-1D以Airy均衡为基础,没有考虑岩石圈的刚度;EBS-2D考虑了岩石圈的流变结构和有效弹性厚度的变化;StretchFlex模型以岩石圈的流变分层结构、岩石圈的变弹性厚度为基础,在深部结构的控制下,来模拟基底构造的几何形态、基底沉降量以及分析岩石圈各流变圈层对基底沉降的影响。
4)针对珠江口盆地东部陆缘裂后异常沉降的特点,提出了岩石圈的二级均衡补偿模型。南海北部陆缘陆架、陆坡体系均存在约750m的裂后异常沉降,并有陆坡区异常沉降在750m线上下波动,波动与基底地形负相关,即在凹陷处异常沉降小,隆起处异常沉降大;此外,岩石圈的伸展系数在凹陷处大于地壳的伸展系数,在隆起处等于或小于地壳的伸展系数,针对这些特点,提出了岩石圈的二级均衡补偿模型,并在文中进行了详细的阐述。陆坡区异常沉降的波动是二级均衡系统调整的结果,而陆缘整体约750m的异常沉降则是与海底扩张或区域构造变动相关的一级均衡补偿面压力下降的结果。