南海磁異常的三維解析

南海磁異常的三維解析

在地球星系統(tǒng)發(fā)育的各種地球物理數(shù)據(jù)中，地磁數(shù)據(jù)不僅可以記錄最豐富、最多樣的地球內(nèi)部信息，還可以提供最豐富、最多樣的地球內(nèi)部信息。它不僅提供了海洋地殼擴(kuò)張歷史和板塊運(yùn)動(dòng)、巖石圈進(jìn)化和巖漿作用、地核突變特征、地球和外太空之間的相互作用等信息，還提供了地球物理數(shù)據(jù)的信息，如地殼擴(kuò)展歷史和板塊運(yùn)動(dòng)、巖石圈的發(fā)育和磁體的特征。此外，還對(duì)海洋地殼的早期模擬進(jìn)行了重要作用。然而，許多早期研究機(jī)構(gòu)依靠的磁異常數(shù)據(jù)非常有限，因此獲得的磁帶的分布非常分散。同時(shí)，推測(cè)磁帶的年齡和反演的磁帶特征非常不確定。近年來(lái)，采用了一個(gè)完全開(kāi)放的東亞磁異常數(shù)據(jù)庫(kù)，制作了非常詳細(xì)的區(qū)域磁異常圖[16.19]，計(jì)算并接收了高分辨率的三維分析信號(hào)模型和具有內(nèi)部和外部形狀的深度區(qū)域圖。這種數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)南海多年來(lái)測(cè)量磁異常數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行了分析。這條數(shù)據(jù)是不同觀測(cè)平臺(tái)不同時(shí)間的綜合結(jié)果，噪聲的抑制程度不同。因此，在過(guò)去，該磁異常數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合分析無(wú)法應(yīng)用，因此需要進(jìn)行。另一方面，由于數(shù)據(jù)體測(cè)量線密度非常高，因此可以通過(guò)重新插值和去除二維噪聲來(lái)消除低頻背景場(chǎng)和頻率噪聲，并獲得比以前更精確的磁異常剖面。這是這項(xiàng)工作的理念之一。同時(shí)，高密度磁異常測(cè)線分布可以同時(shí)處理不同的平面地震數(shù)據(jù)，因此可以通過(guò)平面地震異常處理和反演獲得區(qū)域和深部結(jié)構(gòu)信息。本文將通過(guò)對(duì)東亞磁異常數(shù)據(jù)(圖1)的詳細(xì)處理與解釋,同時(shí)結(jié)合重力(圖2)和地震資料,綜合確定海陸過(guò)渡邊界的位置和估計(jì)磁異常條帶的年齡,探討南海海盆擴(kuò)張的歷史.通過(guò)平面磁異常的處理與反演,進(jìn)一步刻畫(huà)磁性層的頂、底界面的深度分布特征與磁性層的厚度.通過(guò)對(duì)二維航空和海面磁異常的濾波分析并結(jié)合衛(wèi)星磁異常數(shù)據(jù),對(duì)南海洋殼冷卻、深部地殼與地幔頂部的磁化等科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步探討.1南海沿海地區(qū)邊界的精細(xì)標(biāo)定過(guò)去對(duì)南海海陸邊界(COB)位置的研究一直沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),特別在南海東北部陸緣,對(duì)海陸過(guò)渡帶的構(gòu)造屬性爭(zhēng)議較大.有些學(xué)者認(rèn)為南海北部的洋殼擴(kuò)張磁異常條帶可以一直追溯到東沙以東的北緯21.5°附近,從而認(rèn)為南海的形成可能不晚于37Ma,但是南海東北部的主體下伏有中生代地層,與南海中央海盆的典型洋殼的地震反射特征明顯不同.南海東北部如果存在洋殼的話,也可能僅限于臺(tái)南盆地的南坳之下,因此洋殼可能存在的范圍很小并且顯然與南海洋殼的屬性不同.同樣,在南海南部陸緣,最近的分析也表明過(guò)去不同學(xué)者對(duì)COB的認(rèn)識(shí)存在非常大的差異.可見(jiàn)對(duì)南海海陸邊界(COB)位置的詳細(xì)標(biāo)定以及對(duì)海陸過(guò)渡區(qū)域的構(gòu)造屬性的認(rèn)識(shí)是確定南海起始擴(kuò)張年代的關(guān)鍵.南海海陸邊界的精確標(biāo)定需要多種地球物理資料的綜合分析,這里我們綜合分析了南海的磁異常、重力異常以及反射地震資料,發(fā)現(xiàn)南海的海陸邊界與自由空間重力的正-負(fù)異常過(guò)渡邊界具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖2),海盆洋殼區(qū)域總體對(duì)應(yīng)明顯的自由空間重力異常高值區(qū),而此高值異常區(qū)周邊則總體呈現(xiàn)負(fù)重力異常區(qū)或重力異常環(huán)帶,重力正高值區(qū)與負(fù)值區(qū)之間的過(guò)渡帶則一般是海陸過(guò)渡邊界.這一認(rèn)識(shí)得到了反射地震剖面的驗(yàn)證,通過(guò)對(duì)多條跨越海陸過(guò)渡邊界的地震剖面(圖2)與重力異常的對(duì)比分析,我們都發(fā)現(xiàn)地震剖面上揭示的海陸過(guò)渡邊界與重力異常上的重力正高值區(qū)與負(fù)值區(qū)之間的過(guò)渡帶非常一致,所以自由空間重力異常是標(biāo)定南海海陸過(guò)渡邊界的重要資料.洋殼區(qū)域的自由空間重力異常高值顯然與地幔隆升和高密度洋殼物質(zhì)有關(guān),而在海陸過(guò)渡區(qū)域,由于陸殼的斷陷沉降和低密度沉積覆蓋,總體呈現(xiàn)為自由空間重力異常負(fù)值.從總磁異常圖(圖1)上看,上述方法確定的海陸邊界較好地圈定了南海洋殼的磁異常條帶的范圍.顯然單純根據(jù)磁異常確定海陸邊界具有較大的難度,因?yàn)樵谀虾５膬蓚?cè)陸緣附近的磁異常條帶連續(xù)性變差,同時(shí)磁異常條帶的特征都變得比較模糊.我們所確定的海陸邊界顯示出了復(fù)雜的空間展布形態(tài),沿著洋殼分布的邊緣變化顯著,這既揭示了南海早期擴(kuò)張的復(fù)雜性,也增加了對(duì)南海初始擴(kuò)張年代的解釋的復(fù)雜性.2西北次海盆磁異常南海海盆內(nèi)不同構(gòu)造單元的磁異常特征具有明顯差異,我們根據(jù)磁異常的幅度、走向和頻譜等特征將南海海盆磁異常分為5個(gè)區(qū),分別代表了不同的地殼屬性或洋殼差異(圖1).通過(guò)前面關(guān)于海陸邊界(COB)位置的詳細(xì)標(biāo)定,我們發(fā)現(xiàn)COB橫穿過(guò)原先確定的磁異常B區(qū),因此B區(qū)的范圍應(yīng)該縮小,其南部邊界應(yīng)該由COB所界定.由于B區(qū)的范圍縮小,南海北部C區(qū)的范圍相應(yīng)變大,同時(shí)在推測(cè)的中南斷裂兩側(cè),C區(qū)的磁異常特征又有較大差異,因此可以被進(jìn)一步劃分為C1和C2分區(qū),二分區(qū)之間在磁異常幅值和走向上都存在明顯差異(圖1).C2分區(qū)是傳統(tǒng)意義上的西北次海盆,過(guò)去主要認(rèn)為西北次海盆是一個(gè)洋殼擴(kuò)張之后又很快停止的殘留小洋盆,存在殘留洋中脊,而且磁異常條帶是關(guān)于此殘留洋中脊近于對(duì)稱(chēng),相反在C1分區(qū)則不存在殘留洋中脊[8~10],若此,則必須在南海海盆北部引入中南轉(zhuǎn)換斷裂(圖1),使其轉(zhuǎn)換西側(cè)停止擴(kuò)張后東側(cè)持續(xù)擴(kuò)張所形成的兩側(cè)差異擴(kuò)張與運(yùn)動(dòng).磁異常C區(qū)的南側(cè)邊界為M1磁異常條帶,它具有明顯的負(fù)值異常.從平面圖上看(圖1),M1似乎可以從東部一直延續(xù)到西部西北次海盆南側(cè),但是從反射地震、重力異常和水深資料來(lái)看,西北次海盆南側(cè)的負(fù)磁異常處在COB圈定的洋殼之外,與之對(duì)應(yīng)的是海陸過(guò)渡區(qū)域的巖漿活動(dòng),海底火山巖體發(fā)育.一種可能的解釋是這些強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)與引起M1磁異常的海底擴(kuò)張玄武巖是同時(shí)期的,因而具有相同的磁化特點(diǎn).這表明M1磁異常對(duì)應(yīng)著南海擴(kuò)張中的一個(gè)重要構(gòu)造事件.過(guò)去的認(rèn)識(shí)都將此磁異常的年齡確定為C8,依據(jù)不同的磁倒轉(zhuǎn)年表,其年齡約為27.5Ma[8~10].我們根據(jù)磁倒轉(zhuǎn)年表CK95,估計(jì)磁異常C8的年齡大約是26.4Ma,而如果根據(jù)最新的Gradstein等人的磁倒轉(zhuǎn)年表,C8的年齡大約為26.0Ma,屬于晚漸新世中期的磁倒轉(zhuǎn)事件.如果西北次海盆(磁異常C2分區(qū))南側(cè)的火成巖體與引起M1磁異常的海底擴(kuò)張玄武巖同期形成,那么我們推測(cè)有可能對(duì)西北次海盆南側(cè)的火成巖體直接進(jìn)行淺鉆取樣來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁異常條帶C8的年齡估計(jì).在南海海盆的南部,與M1磁異常相對(duì)應(yīng)的磁條帶為M2(圖1),M2以南的磁異常值很弱,條帶特征不明顯,但是從反射地震和重力異常看,仍然存在一片發(fā)育洋殼的區(qū)域,從洋殼擴(kuò)張對(duì)稱(chēng)的角度看,它應(yīng)該與北邊的磁異常分區(qū)C1相對(duì)應(yīng),所以我們將其稱(chēng)為磁異常C1′區(qū).顯然C1′區(qū)的分布范圍小于它所對(duì)應(yīng)的C1區(qū)的范圍,可能表明在洋殼擴(kuò)張和擴(kuò)張軸逐漸南遷的過(guò)程中,擴(kuò)張軸北側(cè)洋殼的平均增生速率略大于南側(cè)的平均增生速率.在磁異常M1與M2所圍限的磁異常D區(qū)內(nèi),也具有這個(gè)特點(diǎn),擴(kuò)張軸向南的躍遷也許可以解釋這個(gè)現(xiàn)象,但是必須有至少2次躍遷才能合理解釋為什么殘留洋中脊北部M1兩側(cè)的洋殼都比南部對(duì)應(yīng)部分的平均擴(kuò)張速率快.而隨著躍遷次數(shù)的增加,必須要求每次躍遷的距離很短,否則北部洋殼將會(huì)比南部洋殼的范圍大很多,而這與我們的觀測(cè)結(jié)果相悖,因此在中南斷裂東側(cè)存在擴(kuò)張軸多次躍遷的可能性不大.早期學(xué)者認(rèn)為磁異常C7(~27Ma)之后發(fā)生了很小的擴(kuò)張軸的躍遷,但是根據(jù)磁倒轉(zhuǎn)年表CK95,磁異常C7的年齡為24.8Ma,從我們的磁異常平面圖(圖1)來(lái)分析看,中南斷裂東部的次海盆內(nèi)部的主要構(gòu)造事件可能發(fā)生在磁異常C8(對(duì)應(yīng)M1或M2,年齡約為26.4Ma)附近,而不是C7之后,因?yàn)镃8之后的磁異常條帶更加明晰而且幅值更大;從反射地震剖面看,C8及其之前磁條帶所對(duì)應(yīng)的洋殼基底都比較平緩且上覆沉積層較厚,C8之后的洋殼起伏明顯而且埋深明顯變淺.我們推測(cè)與C8對(duì)應(yīng)的海盆擴(kuò)張期內(nèi)的構(gòu)造事件不一定是由擴(kuò)張軸躍遷引起,而很可能與擴(kuò)張速率或洋中脊巖漿作用程度的變化有關(guān).1999年南海大洋鉆探1148站位的地層記錄揭示了一個(gè)25Ma前后的重大構(gòu)造沉積事件,構(gòu)成具有2~3Ma地層缺失的不整合面和不穩(wěn)定面,并在反射地震剖面上形成強(qiáng)反射特征.這一事件似乎與磁異常C7之后發(fā)生的擴(kuò)張軸的躍遷(~27Ma)相吻合,但是關(guān)于C7之后擴(kuò)張軸躍遷的證據(jù)在磁異常平面圖(圖1)中并不是非常明顯,我們更傾向認(rèn)為1148站位所揭示的構(gòu)造事件可能與M1(C8)磁異常的形成有相關(guān)性,可能與擴(kuò)張速率或洋中脊巖漿作用程度的變化有關(guān).在東海區(qū)域,漸-中新世過(guò)渡時(shí)期(~23Ma)也形成明顯的區(qū)域擠壓、隆升和剝蝕,并伴有廣泛的巖漿活動(dòng),因此漸-中新世過(guò)渡時(shí)期在整個(gè)中國(guó)東部都發(fā)生了較大的構(gòu)造變化,形成區(qū)域不穩(wěn)定性.3區(qū)域轉(zhuǎn)換斷裂對(duì)南海海盆內(nèi)部構(gòu)造邊界的精確刻畫(huà)也是進(jìn)一步厘定南海擴(kuò)張時(shí)代與期次的基礎(chǔ).在東部次海盆與西南次海盆之間過(guò)渡區(qū)域存在很多有意思的構(gòu)造現(xiàn)象;由西至東,它們分別是中南斷裂、中南海嶺與中南海山(圖1,2).關(guān)于中南斷裂的討論,早期學(xué)者根據(jù)磁異常的走向就估計(jì)應(yīng)該存在一個(gè)轉(zhuǎn)換斷裂,在南海的多階段擴(kuò)張模式中,中南斷裂起了重要的控制作用.早期對(duì)中南斷裂曾進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的討論,但是目前關(guān)于中南斷裂的走向和位置仍然存在不同的看法.前面提到,為了協(xié)調(diào)西北次海盆(磁異常C2分區(qū))與東部次海盆北部(磁異常C1分區(qū))之間的磁異常差異以及相對(duì)運(yùn)動(dòng),需要在C1與C2之間引入一個(gè)轉(zhuǎn)換斷裂,我們的研究發(fā)現(xiàn)這里的轉(zhuǎn)換斷裂可以與南部東部次海盆與西南次海盆之間的轉(zhuǎn)換斷裂相連接,構(gòu)成一個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)換斷裂(圖1).通過(guò)對(duì)東亞磁異常數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析,發(fā)現(xiàn)中南斷裂兩側(cè)的磁條帶不但走向差異明顯,而且在磁異常強(qiáng)度和磁性層結(jié)構(gòu)上也具有很大差異.中南斷裂在反射地震剖面上也有清楚的反映,同時(shí)在自由空間重力異常上表現(xiàn)為重力低值帶(圖2),而在海底地形上總體表現(xiàn)為低凹(圖3).中南海嶺位于中南斷裂的西側(cè),與中南斷裂近于平行(圖1~3).在海底地形上總體表現(xiàn)為低凸起,呈串珠狀鋸齒狀展布.中南海嶺頂部在地震剖面上具有V字形凹槽,內(nèi)部地震反射呈現(xiàn)出強(qiáng)烈變形特征,推測(cè)可能是沿著斷裂帶擠壓形成的.中南海嶺的上覆沉積層非常薄,洋殼基底有可能直接暴露在海底.這里有可能具有很強(qiáng)的流體作用,因此這里是取樣驗(yàn)證是否有流體來(lái)自地幔和地幔蛇紋巖化的可能的潛在地點(diǎn).在磁異常平面圖上(圖1),中南海嶺似乎與弱磁異常有對(duì)應(yīng)關(guān)系,但是需要進(jìn)一步分析高分辨率深拖磁異常測(cè)量結(jié)果,如果這種相關(guān)性確實(shí)存在,則表明海嶺的形成伴隨著洋殼玄武巖的退磁化.在重力異常圖上,中南海嶺則伴隨著較為清楚的重力高值帶(圖2).中南海山群是發(fā)育在西南次海盆東部、中南海嶺西側(cè)的海山群(圖1~3).重力異常圖上呈現(xiàn)出5個(gè)明顯的相對(duì)孤立的海山,其中3個(gè)大致沿著殘留古洋中脊的位置發(fā)育,而另外2個(gè)則處在殘留古洋中脊的北側(cè).海山玄武巖的地球化學(xué)定年結(jié)果表明,南海海盆內(nèi)海山的年齡有從北部到殘留洋中脊逐漸變年輕的趨勢(shì).中南海山堿性玄武巖的一個(gè)K-Ar測(cè)量年齡為3.49Ma(圖2),同時(shí)87Sr/86Sr比值表明巖漿來(lái)自上地幔物質(zhì)的分異和部分熔融作用.我們根據(jù)磁異常反演計(jì)算發(fā)現(xiàn),在西南次海盆特別是中南海山群附近,居里點(diǎn)深度以及磁性體頂界面的深度都異常淺,表明深部熱活動(dòng)活躍,這一發(fā)現(xiàn)與中南海山非常年輕的巖漿活動(dòng)非常吻和,都表明西南次海盆停止擴(kuò)張后的晚期深部巖漿活動(dòng)異?；钴S.因此西南次海盆比東部次海盆高的異常熱流值可能與晚期的深部巖漿活動(dòng)有關(guān),西南次海盆的高熱流觀測(cè)結(jié)果不能直接用來(lái)推測(cè)其洋殼的年齡.4磁異常正演和估計(jì)南海中央海盆擴(kuò)張順序高密度的磁異常測(cè)量是重新勾畫(huà)磁異常條帶的詳細(xì)特征的基礎(chǔ),我們選擇了關(guān)鍵剖面的磁異常并將它們顯示在海底水深圖上(圖3),同時(shí)根據(jù)圖1的總磁異常平面圖,勾畫(huà)出了主要負(fù)值(或低值)磁條帶的展布,也將它們顯示在圖3中.可以看出,無(wú)論在西南次海盆還是東部次海盆內(nèi)部,磁異常的連續(xù)性都非常好,可以進(jìn)行比較好地追蹤,表明在這兩個(gè)次海盆內(nèi)部,沒(méi)有發(fā)育很大的轉(zhuǎn)換斷裂.圖1顯示的總磁異常平面圖既包含了高頻噪音,也有深部地殼和上地幔頂部的磁源體產(chǎn)生的低頻磁異常背景,而為了突出并研究南海洋殼擴(kuò)張產(chǎn)生的洋殼淺部玄武巖層(層2A)所引起的磁異常,需要進(jìn)行濾波處理,消除高頻噪音和低頻背景異常.我們采用2D頻率域余弦調(diào)制帶通濾波器,完全壓制波長(zhǎng)大于200km和小于10km的信號(hào)成分,完全保留波長(zhǎng)小于100km和大于20km的信號(hào)成分,而中間過(guò)渡波長(zhǎng)成分則采用余弦調(diào)制(圖4).通過(guò)對(duì)比圖1和4可以看出濾波后的磁異常條帶更加清晰,在西南次海盆和西北次海盆更是如此.濾波之前,在西北次海盆及其周邊存在高值長(zhǎng)波長(zhǎng)磁異常,在一定程度上掩蓋了海底擴(kuò)張的磁異常,濾波之后,原長(zhǎng)波長(zhǎng)背景信號(hào)被明顯消弱,海底擴(kuò)張引起的磁異常條帶可以被很容易地分辨出來(lái)(圖4).圖4是我們進(jìn)一步進(jìn)行磁異常正演和估計(jì)南海海盆擴(kuò)張年代的基礎(chǔ).我們分別在東部和西南次海盆內(nèi)選取關(guān)鍵剖面,根據(jù)磁倒轉(zhuǎn)年表CK95,設(shè)計(jì)磁倒轉(zhuǎn)模型,應(yīng)用MODMAG磁條帶正演軟件進(jìn)行磁異常的正演.通過(guò)對(duì)不同測(cè)線之間、不同海盆之間以及同一條測(cè)線中的理論磁異常與觀測(cè)磁異常之間進(jìn)行對(duì)比分析,進(jìn)一步確定了南海東部次海盆的擴(kuò)張年齡.盡管早期形成的靠近海陸過(guò)渡邊界的磁條帶普遍較模糊,我們發(fā)現(xiàn)南海北部陸緣存在最早的磁異常為C12(~32Ma),而在南部陸緣不確定是否存在C12(圖3,4).由于南海在沿著馬尼拉海溝俯沖消減之前的面積比今天看到的應(yīng)該大很多,所以不能排除更早洋殼存在的可能,但是可能已經(jīng)被俯沖消減.而西南次海盆可能的擴(kuò)張年齡仍然具有較大的多解性,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不同的時(shí)間模型都能夠合理地實(shí)現(xiàn)對(duì)所觀測(cè)的磁異常的正演(圖3),當(dāng)然不同的時(shí)間模型所依賴(lài)的擴(kuò)張速率的變化情況不同.因此單純根據(jù)目前的磁異常資料仍很難確定西南次海盆與東部次海盆之間的擴(kuò)張次序.單期次擴(kuò)張模式很難解釋中南斷裂兩側(cè)的構(gòu)造物理差異(表1).在東部次海盆,磁異常C6a(約21Ma)之后,擴(kuò)張方向發(fā)生了略微的變化,由近南北向擴(kuò)張變?yōu)楸北蔽?南南東向;西南次海盆的擴(kuò)張方向一直為北西-南東向,在擴(kuò)張過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生擴(kuò)張方向的明顯變化(圖3,4).在南海洋殼大洋鉆探實(shí)施之前,對(duì)于洋殼年齡的精確確定需要結(jié)合南海南北共軛陸緣張裂盆地內(nèi)的新生代不整合構(gòu)造事件進(jìn)行綜合分析.5西部沿海地區(qū)的分區(qū).目前對(duì)南海海盆之下的深部結(jié)構(gòu)信息的了解主要來(lái)自于面波層析成像,但是獲得的結(jié)果分辨率偏低,在大陸邊緣與海盆洋殼區(qū)的高分辨率二維和三維海底地震儀(OBS)深部探測(cè)的工作才剛剛開(kāi)始.高密度分布的磁異常資料為提取高分辨率的深部地質(zhì)信息提供了另一個(gè)有效的途徑.目前對(duì)南海深海盆磁性結(jié)構(gòu)的研究主要有:(1)海山非均勻磁性反演,發(fā)現(xiàn)南海海盆東部和西南部的運(yùn)動(dòng)形式、生成時(shí)代存在很大差異;(2)磁異常的插值切割法研究,認(rèn)為西南次海盆主要受約5km以上的淺部磁源的影響,而東部次海盆不僅受5km以上的EW向淺部磁源的影響,同時(shí)深部磁源也起著很大的作用;(3)低緯度化極處理和小波多尺度分析對(duì)深部基底磁性體進(jìn)行了反演;(4)計(jì)算磁異常的三維解析信號(hào)和實(shí)現(xiàn)深度反演,研究了洋殼磁源體和磁性層的頂部埋深;(5)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)南海地區(qū)的較高分辨率的居里點(diǎn)深度的反演計(jì)算.我們通過(guò)計(jì)算不同大小窗口內(nèi)的總磁異常頻譜獲得高分辨率的區(qū)域居里點(diǎn)(或居里等溫面、磁性層底界)的深度以及頂界面的深度.采用不同大小窗口計(jì)算獲得的南海居里等溫面深度在局部細(xì)節(jié)和深度上會(huì)略有差異,為了更好地反映區(qū)域居里等溫面的變化,我們將3個(gè)不同大小的計(jì)算窗口(分別是144.15km×144.15km,99.2km×99.2km,68.2km×99.2km)下獲得的居里點(diǎn)深度進(jìn)行了平均(圖5).可以發(fā)現(xiàn),南海海盆內(nèi)部居里點(diǎn)最淺的區(qū)域是西南次海盆的東部,可能與晚期的巖漿活動(dòng)有關(guān).而在東部次海盆,我們發(fā)現(xiàn)殘留洋中脊北側(cè)的居里點(diǎn)深度明顯小于南側(cè)的居里點(diǎn)深度,表明北側(cè)的深部熱活動(dòng)更加活躍,同時(shí)北側(cè)的海底火山活動(dòng)也明顯多于南部(圖2,3),因此東部次海盆北側(cè)深部較為強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)是與較淺居里點(diǎn)相一致的,一種可能的解釋是擴(kuò)張中心逐漸向南部遷移,使得北部深部地幔的殘留熱活動(dòng)更加強(qiáng)烈.在南海北部海陸過(guò)渡區(qū)域(COT)的居里點(diǎn)深度也相對(duì)較淺,也與較為強(qiáng)烈的深部巖漿活動(dòng)相一致.而在西北次海盆和西南次海盆的西南角,居里點(diǎn)深度相對(duì)較深,也許與窄洋盆的快速冷卻有關(guān).我們的方法可以同時(shí)估算磁性層的頂界面的深度,圖6顯示的是3個(gè)不同大小的計(jì)算窗口(大小分別是44.15km×144.15km,99.2km×99.2km,68.2km×99.2km)下獲得的磁性層的頂界面的平均值.在南海北部陸緣,特別是東沙一線的磁性層頂界面埋深很淺,這與實(shí)際的反射地震觀測(cè)結(jié)果是一致的.海盆內(nèi)部的磁性層頂界面較深平均在4.5km左右,這個(gè)結(jié)果也與已知的水深和沉積物厚度等結(jié)果相吻合.有意思的是,大部分海山并沒(méi)有與淺磁性層頂界面相對(duì)應(yīng),可能是因?yàn)楹Ｉ降囊?guī)模太小而沒(méi)有被我們的方法檢測(cè)到,也可能是由于海山是巖漿多期次噴發(fā)形成的結(jié)果,內(nèi)部磁化方向多變以至于沒(méi)有明顯的總磁異常信息.一個(gè)明顯的例外是中南海山群,整體表現(xiàn)出很淺的磁性層頂界面,可能是強(qiáng)烈晚期巖漿活動(dòng)的反映,與這里已知的較年輕的玄武巖年齡相吻合.將磁性層的頂、底界面深度相減獲得磁性層的厚度分布圖(圖7),可以看出大部分磁性層的厚度在15~30km之間,在中央海盆(洋殼發(fā)育區(qū))以及北部海陸過(guò)渡區(qū)域的磁性層厚度(一般小于23km)明顯小于周邊的磁性層厚度(一般大于23km).由于南海中央海盆的洋殼厚度一般小于10km,因此,南海大洋巖石圈地幔的頂部可能存在平均大約10km厚的磁性層,對(duì)海面所觀測(cè)的磁異常有所貢獻(xiàn),另外還發(fā)現(xiàn)在海陸過(guò)渡區(qū)域和南海北部高磁異常帶(SCMA)之下的上地幔也可能被磁化(圖8).深地震研究發(fā)現(xiàn)南海東北部海陸過(guò)渡帶下存在可能由于底侵作用形成的下地殼高速層,或許這里的下地殼及上地幔磁化與底侵作用有一定的聯(lián)系,尚需要進(jìn)一步的研究.同樣,關(guān)于洋殼深部和上地幔磁化的機(jī)理以及對(duì)地表觀測(cè)的磁異常的影響仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題,事實(shí)上,國(guó)際上關(guān)于這方面的爭(zhēng)論其實(shí)自從Vine和Matthews的模型建立以來(lái)就一直存在[40~45].早期人們以為引起海底磁異常的磁源體深度局限的在洋殼的最頂層,而衛(wèi)星磁測(cè)以及ODP鉆探等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)引起海底磁異常的磁源體可以很深,在洋殼深部的輝長(zhǎng)巖層也會(huì)對(duì)海底磁異常產(chǎn)生重要貢獻(xiàn),這就引發(fā)了如何認(rèn)識(shí)洋殼生長(zhǎng)的問(wèn)題.衛(wèi)星磁測(cè)引入了超長(zhǎng)波長(zhǎng)的磁異常觀測(cè),為研究磁異常的長(zhǎng)波長(zhǎng)變化和深部貢獻(xiàn)起到重要作用,而計(jì)劃實(shí)施的近海底高分辨率磁異常將把我們?cè)谀虾５拇女惓Ｓ^測(cè)帶入超短周期范圍,會(huì)大大提高我們觀測(cè)短周期極性倒轉(zhuǎn)、漂移或古磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的精度、尺度范圍和分辨率,為全面認(rèn)識(shí)磁性層在不同尺度下的信息提供重要資料.為了更好地理解洋殼深部和上地幔磁化的機(jī)理以及對(duì)近地表觀測(cè)的磁異常的影響,我們采用低通濾波的方法,突出由深部磁源體引起的長(zhǎng)波長(zhǎng)信息.圖9是采用不同低通濾波器處理后的結(jié)果,由寬度為200km的高斯濾波器在空間域與南海磁異常褶積獲得的結(jié)果顯示(圖9(a)),在南海北部海陸過(guò)渡邊界附近(包括西北次海盆北部)存在較強(qiáng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)磁異常,可能由深部地幔頂部及下地殼磁化所引起,而在東部次海盆內(nèi)部仍然可以看到近東西展布的磁異常,同時(shí)東部次海盆與西南次海盆之間磁異常特征的差異仍然清楚.此外我們分別采用了不同截止波長(zhǎng)的低通濾波器在頻率域?qū)崿F(xiàn)濾波,逐步消除較短波長(zhǎng)的磁異常信息而突出較長(zhǎng)波長(zhǎng)的磁異常信息(圖9(b)~(d)).發(fā)現(xiàn)采用200km的截止波長(zhǎng)的低通濾波結(jié)果上,由洋殼淺部玄武巖層引起的洋殼擴(kuò)張磁異常信息已經(jīng)不明顯(圖9(b));在300km截止波長(zhǎng)的低通濾波結(jié)果上(圖9(c)),發(fā)現(xiàn)東部次海盆的北部和西南次海盆的東部仍有較強(qiáng)的正磁異常,似乎與這兩個(gè)部分較淺的居里面深度和較薄的磁性層厚度有某種成因上的聯(lián)系.西北次海盆北部的磁異常與南海北部高磁異常帶(SCMA)開(kāi)始相連;在400km截止波長(zhǎng)的低通濾波結(jié)果上(圖9(d)),東部次海盆的北部和西南次海盆的東部仍有較強(qiáng)的正磁異常,南海北部高磁異常帶(SCMA)更為突出,其他主要磁異常的走向也都是北東-南西向.所有低通濾波結(jié)果都表明引起南海北部高磁異常帶(SCMA)的磁源體埋藏很深,這與反射地震的結(jié)果是一致的,因?yàn)樵谀虾１辈扛叽女惓?SCMA)附近,地震剖面淺部顯示有保存較好的中生代沉積.6南海北部“磁靜區(qū)”與海盆周緣地區(qū)的磁異常近年來(lái),南海東北部的“磁靜區(qū)”(圖11)吸引了很多學(xué)者的注意,并采用了不同的方法對(duì)磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析[17,20,52,53,54,55,56],進(jìn)而對(duì)“磁靜區(qū)”磁性基底深度,“磁靜區(qū)”和下地殼高速層的成因等進(jìn)行了綜合分析.一種觀點(diǎn)認(rèn)為“磁靜區(qū)”位于南海北部被動(dòng)大陸邊緣的洋陸過(guò)渡帶(COT),獨(dú)特的動(dòng)力構(gòu)造背景導(dǎo)致其下伏的地幔高熱物質(zhì)上涌并沿構(gòu)造薄弱帶侵入成巖墻,進(jìn)而造成區(qū)域居里面抬升,磁性層減薄,磁異常減弱而形成“磁靜區(qū)”.從圖5看,南海北部洋陸交界帶的居里面的確抬升,而且磁性層厚度比較薄(圖7),但是目前沒(méi)有充分的證據(jù)表明磁性層減薄會(huì)誘發(fā)磁異常減弱,除非伴隨有很強(qiáng)烈的熱液流體作用和玄武巖退磁.早期磁靜區(qū)概念是從大西洋的研究中提出的,主要是指洋殼內(nèi)部的平靜磁異常區(qū),與一般由于磁極倒轉(zhuǎn)誘發(fā)的洋殼強(qiáng)磁異常帶有明顯的區(qū)別.美國(guó)學(xué)者在早期研究南海北部的磁異常時(shí),也提出了具有磁靜區(qū),但是今天來(lái)看,當(dāng)時(shí)所確定的磁靜區(qū)并不是處在南海洋殼之上,而是處在洋陸過(guò)渡帶.因此我們所討論的南海北部“磁靜區(qū)”與傳統(tǒng)意義上的洋殼磁靜區(qū)具有明顯不同的構(gòu)造含義.從圖1看,在COB以南的洋殼內(nèi)部并不存在磁靜區(qū),南海北部所謂的磁靜區(qū)與磁異常分區(qū)A和B大致對(duì)應(yīng),而且這里的磁異常并不比南海海盆周緣其他地區(qū)的磁異常更加平靜.由于磁異常分區(qū)A和B的構(gòu)造屬性差異很大,顯然用磁靜區(qū)這樣一個(gè)稱(chēng)呼來(lái)簡(jiǎn)單代表具有不同構(gòu)造屬性的區(qū)域是沒(méi)有構(gòu)造意義的.通過(guò)對(duì)大量反射地震剖面的解釋和磁異常平面處理結(jié)果的綜合分析,我們發(fā)現(xiàn)在磁異常分區(qū)A和B內(nèi)部具有保存良好的中生界,而且厚度巨大,且一直能延續(xù)到海陸過(guò)渡邊界(COB)附近,我們因此推斷,較厚的中生代地層的存在是造成這里磁異常相對(duì)寬緩平靜的一個(gè)主因,因?yàn)殂@井資料表明這里中生代地層沒(méi)有經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈變質(zhì),因此其磁化率可以忽略不計(jì),從而不會(huì)引起磁異常效應(yīng);同時(shí)由于中生界的上覆新生代沉積層的磁化率也幾乎為零,所以磁異常信號(hào)能夠透視新生代沉積覆蓋,直接確定中生代-新生代甚至更老沉積地層的區(qū)域分布和殘留情況.為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述假設(shè),我們計(jì)算了磁異常的區(qū)域三維解析信號(hào)模(或總梯度模)(圖11),為了降低高頻尖銳噪音的影響,我們首先將磁異常上延5km后再計(jì)算三維解析信號(hào)模.三維解析信號(hào)模的最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠精確刻畫(huà)磁源體的位置和邊界,而且一般不受磁傾角變化的影響.三維解析信號(hào)模進(jìn)一步顯示南海北部在東沙隆起與海陸邊界(COB)之間確實(shí)存在磁異常較為平靜的區(qū)域,但是這個(gè)區(qū)域的范圍比南海北部洋陸交界帶的居里面變淺和磁性層減薄的區(qū)域要大(圖6,8).通過(guò)對(duì)這個(gè)區(qū)域存在的大量反射地震剖面的綜合分析,我們發(fā)現(xiàn)凡是三維解析信號(hào)模小的區(qū)域都與中生界的保留有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這種對(duì)應(yīng)關(guān)系在南海的南北陸緣都存在,從而說(shuō)明深部中生代地層的存在的確是造成這里磁異常相對(duì)寬緩平靜的一個(gè)重要原因.反過(guò)來(lái),我們可以通過(guò)三維解析信號(hào)模小的區(qū)域確定可能的中生界發(fā)育較好的區(qū)域,為油氣勘探提供理論指導(dǎo).東北巴拉望區(qū)域以及禮樂(lè)灘也都具有很小的三維解析信號(hào)模,與這里已知的良好發(fā)育的中生界相對(duì)應(yīng)(圖11),很顯然,在南海擴(kuò)張之前,這里的構(gòu)造塊體應(yīng)該與南海東北部區(qū)域的中生界塊體相連,構(gòu)成一個(gè)大規(guī)模的殘留中生代盆地.由于三維解析信號(hào)模是關(guān)于3個(gè)方向的一階導(dǎo)數(shù)的量,它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠具有較高的分辨率而同時(shí)很好地刻畫(huà)磁源體的邊界和位置.因此三維解析信號(hào)模對(duì)淺部巖漿巖體具有很好地刻畫(huà)能力.地震資料驗(yàn)證了圖11中在南海北部清晰出現(xiàn)的孤立小尺度三維解析信號(hào)模高值區(qū)大都與淺部巖漿巖體有關(guān),而在原始的總磁異常圖上(圖1),卻很難將這些小尺度巖體鑒別出來(lái).因此磁異常資料的系統(tǒng)處理在認(rèn)識(shí)中生界的殘留情況以及晚期巖漿活動(dòng)的影響方面也起了非常重要的作用.7南海海盆磁異常分區(qū)根據(jù)重磁、地震等資料綜合確定了南海海陸過(guò)渡邊界,發(fā)現(xiàn)南海的海陸邊界與自由空間重力異常的邊界具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,海盆洋殼區(qū)域總體對(duì)應(yīng)明顯的自由空間重力異常正值區(qū),而此正值異常區(qū)周邊則總體呈現(xiàn)負(fù)重力異常區(qū)或負(fù)重力異常環(huán)帶,重力正值區(qū)與負(fù)低值區(qū)之間的過(guò)渡帶則一般是海陸過(guò)渡邊界.采用2D頻率域帶通濾波器,完全消除波長(zhǎng)大于200km的背景信號(hào)和小于10km的短波長(zhǎng)噪音,同時(shí)完全保留波長(zhǎng)在100和20km之間的磁異常,獲得更加清晰的洋殼磁異常條帶.發(fā)現(xiàn)南海北部陸緣存在最早的磁異常為C12(~32Ma),而在南部陸緣不清楚.西南次海盆可能的擴(kuò)張年齡仍然具有較大的多解性,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不同的時(shí)間模型都能夠合理地實(shí)現(xiàn)對(duì)所觀測(cè)的磁異常的正演,因此單純根據(jù)目前的磁異常資料很難確定西南次海盆與東部次海盆之間的擴(kuò)張次序.顯然單期次擴(kuò)張模式很難解釋中南斷裂兩側(cè)的構(gòu)造物理差異.對(duì)南海海盆擴(kuò)張歷史和期次的研究需要進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域反射地震資料進(jìn)行詳細(xì)分析.而未來(lái)事實(shí)高分辨率近海底深拖磁異常測(cè)量和科學(xué)大洋