南海复蘑菇状地幔低速柱结构及其地幔动力学

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1、第37卷第2期2010年4月中国地质GEoLoGYINCHINAV01．37．No．2Apr．，2010南海复蘑菇状地幔低速柱结构及其地幔动力学蔡学林，，2朱介寿2,3程先琼2曹家敏2(1．成都理工大学地球科学学院，四川成都610059；2．成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室，四川成都610059：3．成都理工大学油气藏地质与开发工程国家重点实验室，四川成都610059)提要：运用高分辨率天然地震面波层析成像和体波层析成像技术．研究东亚西太平洋地区及全球地幔三维速度结构时发现南海地区地幔存在深达2000km以上的巨型

2、复蘑菇状地幔低速柱，结合地质、地球化学和地球物理相关标志，将复蘑菇状地幔低速柱称为南海复蘑菇状地幔柱。本文在论述南海复蘑菇状地幔柱的地质地球物理特征基础上，将地幔柱划分为柱头、柱体、柱尾、幔枝和热点等部分，建立起地幔柱三维几何结构模型，探讨了复蘑菇状地幔柱在南海海盆扩张过程中的主导作用以及欧亚板块、菲律宾海板块和印度洋板块相互作用对南海演化过程的影响。关键词：复蘑菇状地幔低速柱；复蘑菇状地幔柱；岩石圈；软流圈；下地幔；地幔动力学；南海中图分类号：P541文献标志码：A文章编号：1000—3657(2010)02—0268—12东

3、亚及西太平洋边缘海或陆缘海的形成与演化是地球科学研究的热点。其中南海的形成和演化又是该热点的前沿课题之一．许多地质学家进行过系统研究11-切．曾提出多种动力学模式．主要包括3种观点：南海是太平洋板块或菲律宾海板块向西俯冲形成的弧后盆地[1．1：南海是印度板块与欧亚板块发生碰撞引起东亚大陆逃逸形成的伸展盆地【8，91：南海的形成可能与地幔对流或地幔柱活动有关[s--6A0-131。这些认识主要是根据地壳或岩石圈研究获得．缺乏对该区及邻区地幔三维结构的研究．为此。笔者运用高分辨率天然地震面波层析成像和体波层析成像技术．对东亚西太平洋

4、地区地幔及全球地幔三维结构研究时．发现南海地区地幔存在巨大的复蘑菇状低速柱，结合该区地质学、构造地质学、地球化学和地球物理相关标志的研究．提出南海存在复蘑菇状地幔柱(图1—4)。在研究南海复蘑菇状地幔柱地质地球物理特征的基础上．将南海地幔柱划分为柱头、柱体、柱尾、幔枝和热点等组成部分，初步建立起南海地幔柱三维几何结构模型(图5)。并认为南海的形成与扩张主要是新生代以来复蘑菇状地幔柱的上升活动引起的。本文重点论述复蘑菇状地幔柱三维几何结构模型的地质、地球物理和地球化学特征及其地幔动力学意义．1复蘑菇状柱头结构特征通过东亚西太平洋地

5、区岩石圈与软流圈20x20面波层析成像三维协结构的构造解析发现．南海地区软流圈存在巨大的“工”字型低速异常体n卅8(图1)，全球地幔体波层析成像117191研究地球三维结构时．发现南海地区地幔深达2000km以上的巨型复蘑菇状地幔低速异常柱(图4)，因此从地幔整体结构来看，南海地区存在复蘑菇状地幔低速柱。软流圈内的巨大“工”字型低速异常体(图1-3)实为南海复蘑菇状地幔柱的柱头鲫(图5)。2．1软流圈及其低速异常体含义软流圈是地球上地幔地震波速度相对较低的部分，又称低速带(LVZ)t2，l或上地幔低速层，它界于岩石圈与固结圈[1

6、6·捌之间。软流圈内面波速度值一般低于上覆岩石圈底部的速度值．亦低于下伏固结圈的面波速度值(图1∞)。根据南海及邻区20x20面波层收藕日期：2010—01—20；改回日期：2010—02—08基金项目：国家自然科学基金重点项目(49734150；40234047、40674035)及国土资源部专项计划项目(2001010206)资助。作者简介：蔡学林，男，1935年生．教授，从事构造地质学和深部地质研究与教学工作；E-mail：caixuelinl935@sohu．conl。第37卷第2期蔡学林等：南海复蘑菇状地幔低速柱结构及

7、其地幔动力学269图1加里曼丹一南海一i峡地区(1IOoE)岩石圈及软流圈结构和地幔动力学模式A一面波层析成像魄速度结构剖面(1100E)：B一构造解析削面：1一岩石嘲地壳；2一岩石嘲I：地幔；3一欧皿扳块岩石罔巾下部高速块体或幔块构造；4一澳人利业板块岩行圈巾下部高速块体或幔块构造；5一软流圈内低速异常体；6一岩石圈底界面：7一软流嘲底界面；8一俯冲碰撞带及大删逆州，断裂带；9一伸展断裂带；10一碰撺缝合带；11一板块及块体卡IJ对流变方向；12一软流圈内物质流变矗向；13一雷琼幔枝及玄武#热点；M一荧霍界面；F，一苏『J答腊

8、海沟俯冲带；F：～东纳■纳俯冲带；F；一西南海盆边缘伸展断裂带：F4～南海北缘断裂带，F广琼北断裂带；F，、一宁化一大湾断裂带；F。～溆浦一黔阳逆冲断裂带；F。一青峰逆冲断裂带：F．，一桐商碰撞缝合带：I一澳大利亚板块：Il一赣湘桂构造带Fig．1Lithosp