日本海重力異常場(chǎng)與深部地殼構(gòu)造特征對(duì)比分析

日本海重力異常場(chǎng)與深部地殼構(gòu)造特征對(duì)比分析

1日本海的地質(zhì)構(gòu)造單元日本島是太平洋的周邊地區(qū)之一。與其他周邊海一樣，島拱日本島也存在在其附近。與其他周邊海不同，日本島拱比其他周邊海的島拱更大。日本海呈近NE向的近菱形形狀.海底深度最深處可達(dá)3800米,總體上為北東深,南部淺.海域中南部的大和海嶺為海底隆起,水深只有500米左右.根據(jù)海洋地質(zhì)研究,日本海的地質(zhì)構(gòu)造單元自北向南可以分為:日本海盆、大和海嶺、本州海盆、隱歧海嶺和佐渡海槽等(圖1).2密度結(jié)構(gòu)模型日本海的區(qū)域重力場(chǎng)以布格重力異常場(chǎng)為例,基本上與海底地形呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.在北部海域,布格異常為200×10-5ms-2以上.在中南部大和海嶺地區(qū)僅為90×10-5ms-2;在海域的南部一般為50×10-5ms-2;日本列島的邊緣為10×10-5ms-2左右.總體上呈北高南低、內(nèi)部高邊緣低的分布特點(diǎn).不同的資料提供的日本海的布格重力異常場(chǎng)的特征大體上都具這種分布趨勢(shì),但在細(xì)節(jié)上略有不同.應(yīng)用分層重力圖象處理方法,根據(jù)文獻(xiàn)所提供的日本海地區(qū)三維地震P波速度分布的資料和速度結(jié)構(gòu)模型,由經(jīng)過(guò)速度—密度相關(guān)關(guān)系轉(zhuǎn)換與計(jì)算給出的密度結(jié)構(gòu)模型可得到各分層的總和重力異常分布圖象(圖2).該總和重力異常反映了由3km至670km深度之間地層的重力場(chǎng)圖象.由該圖可以看出:日本列島基本上是重力負(fù)值區(qū),但在本州島的中部為明顯的重力正值區(qū)并將本州負(fù)異常截?cái)?該正異常帶由日本海的中部(136°E)以近SN向經(jīng)佐渡海槽部分貫穿本州島直至太平洋海域的伊豆群島一帶.這一特征與其它的一些關(guān)于日本海重力場(chǎng)的資料在分布趨勢(shì)與走向方向上有較大的不同.此外,在朝鮮半島東海岸的東朝鮮灣地區(qū)為低負(fù)的重力異常區(qū),并呈近EW向一直延伸到132°E的海域;與此負(fù)異常區(qū)大體平行的31°E處的朝鮮半島東南海域,存在一個(gè)橢圓形的高正異常區(qū).這兩方面的重力異常分布特征,與其它一些資料是不同的.那些資料(如圖2)一般都是以沿朝鮮半島東海岸平行地分布著一個(gè)連續(xù)的、統(tǒng)一的近SN向的重力異常梯度帶或?yàn)橘Y料空白區(qū).我們?cè)诖颂岢鲞@個(gè)問(wèn),一方面是題說(shuō)明由地震速度模型轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的重力資料是可供參考的,給出的重力異常分布與傳統(tǒng)的資料有很大的不同,供研究探討.另一方面,根據(jù)重力異常資料數(shù)據(jù)可以作深部地殼結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的研究,不同的重力場(chǎng)特征必然給出不同的深部構(gòu)造形態(tài)與特征.同樣需要重視和作進(jìn)一步的研究與分析.因?yàn)?由不同的思路與途徑得到的不同結(jié)果,會(huì)促進(jìn)對(duì)日本海重力場(chǎng)與深部構(gòu)造研究的深化.同時(shí),也應(yīng)考慮到由于速度模型是以地震射線的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的.因此,1.射線量高,觀測(cè)質(zhì)量高,得到的結(jié)果可信度也就高一些;2.射線通過(guò)的深度范圍也是影響結(jié)果的一個(gè)因素.日本海的速度模型是由3～670km的范圍,沒(méi)有3公里以上的部分.這對(duì)結(jié)果中的重力數(shù)據(jù)相應(yīng)地也有一定的影響,但對(duì)重力場(chǎng)的總體分布趨勢(shì)不會(huì)產(chǎn)生大的影響.3島深度和厚度日本海的深部地殼構(gòu)造,在文獻(xiàn)中僅給出大部分海域的莫霍界面深度分布.為此,我們根據(jù)給出的重力資料進(jìn)行計(jì)算,補(bǔ)全日本海的莫霍界面分布(圖3).在日本海北部海域的日本海盆,對(duì)應(yīng)于重力異常的高值區(qū)的部分,莫霍面深度為12km;在本州海盆為16～18km;大和海嶺與隱歧海嶺處為20～24km.日本海的周邊海域,莫霍面逐漸加深,由24km增加到30km左右.日本列島和朝鮮半島則基本上為30km以上的深度.總體上來(lái)看,日本海的莫霍面為中部淺、邊緣深、在大和海嶺的中間部位有一個(gè)深坳的起伏分布趨勢(shì).在此,我們也應(yīng)用地震的層析速度模型轉(zhuǎn)換建立的模型來(lái)檢驗(yàn)日本海區(qū)的地殼深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造.由深度為35km的速度界面模型轉(zhuǎn)換的密度界面,給出的密度分布圖象(見(jiàn)圖版1).由此,根據(jù)和對(duì)速度圖象和密度圖象的解釋原理分析圖版1后,可知:1.日本海海域內(nèi):地殼厚度較薄,皆小于30km.其中在大彼得灣以南的海區(qū)和北本州島西海域、日本海盆東西兩端均屬地殼最薄部分.在大和海嶺及周邊,地殼厚度稍厚一些;東朝鮮灣及其以東、以南海區(qū),恰恰與重力場(chǎng)的負(fù)值區(qū)基本對(duì)應(yīng)的海域,地殼厚度相對(duì)較大,接近30km.2.日本島弧地區(qū):地殼厚度基本上在30km以上,在本州及北海道地區(qū)可達(dá)35km左右.3.朝鮮半島東海岸地區(qū):地殼厚度在30km左右,東南角至對(duì)馬海峽一帶較薄.4.俄羅斯遠(yuǎn)東沿海及海區(qū):地殼厚度為30km及小于30km.這樣的地殼分布特征與應(yīng)用布格重力異常反演求得的結(jié)果在地殼厚度方面基本相符,但在東朝鮮灣一帶和大彼得灣一帶存在差異.在莫霍面深度的分布趨勢(shì)上,就本州島西部海域而言,前者有近SN向的分布特征,而后者有近EW與近SN兩種分布趨勢(shì).對(duì)比這些異同之處,尚需根據(jù)更多的資料與數(shù)據(jù)來(lái)分析解釋.4莫霍界面不深區(qū)根據(jù)板塊構(gòu)造理論,西太平洋邊緣?；旧蠈贉稀　柘档幕『笈璧胤懂?邊緣海內(nèi)的海盆是邊緣海擴(kuò)張的發(fā)源部位.一般來(lái)講,海盆的中央軸為擴(kuò)張的中心部位.因此海盆的中心軸對(duì)應(yīng)著是地殼變薄(或最薄)、地幔上隆的地區(qū)(地帶).在日本海,Bowin等給出的資料是在日本海盆的中心軸部布格重力異常值最高(達(dá)260×10-5ms-2以上),反演計(jì)算給出的莫霍面也是最薄的地方.其部分走向基本上為NEE向(也含有近SN向的因素).與日本海西北邊緣大致平行.可以認(rèn)為它是日本海北部的一個(gè)主要的擴(kuò)張中心地區(qū);本州海盆的情況與日本海盆類(lèi)似,其中心軸部布格重力異常值也較其周?chē)?莫霍面深度也相應(yīng)地較淺.其分布走向?yàn)镹E向,與日本本州島西海岸線大體平行.它也是日本海在南部的一個(gè)可能的擴(kuò)張中心.由地震層析速度模型給出35km密度模型(圖版1)資料表明,在日本海的西北部和東部存在有高密度的物質(zhì)區(qū).說(shuō)明是地幔的物質(zhì)上隆,地殼變薄.但其分布位置與文獻(xiàn)中所給的略有不同.分布走向分別為近EW向和近SN而轉(zhuǎn)為NE向.也就是說(shuō),在日本海域也存在著兩個(gè)可能的擴(kuò)張中心.一個(gè)是在日本海的西北部日本海盆的北緣一帶;另一個(gè)是在日本海盆的東端,以SN向—NE向沿著與本州島西海岸平行的方向延伸.前者在空間重力異常場(chǎng)中也有負(fù)異常表現(xiàn).因此,在北部擴(kuò)張中心的位置和延伸方向上,兩者略有不同.而對(duì)沿日本海盆東端—本州海盆一帶的擴(kuò)張中心的分析與討論,兩者基本接近一致.5太平洋伊豆諸島的重力高值區(qū)根據(jù)地震P波速度轉(zhuǎn)換的密度分布模型正演得到的重力異常分布(圖4),對(duì)佐渡—伊豆地帶的高重力異常帶探討于后:關(guān)于由佐渡海槽至本州島富山灣一帶、又延伸到本州島中部關(guān)東山系、再以南偏東的方向進(jìn)入太平洋伊豆諸島海域的重力高值區(qū)的存在(圖4),按一般的重力正反演的計(jì)算,重力高值對(duì)應(yīng)著深部的高密度物質(zhì)體.對(duì)此,在佐渡海槽的高重力異常帶,是地殼變薄、上地幔物質(zhì)上隆的深部構(gòu)造;本州島關(guān)東山系一帶,其地表為火山活動(dòng)頻繁的富士山、相模山等,而這一系列的山系與島弧的宏觀走向成垂直方向展布.在進(jìn)入太平洋的一段高重力值帶,對(duì)應(yīng)的是海山隆起和地幔物質(zhì)的上隆地帶.其地表為伊豆—小笠原列島火山帶,特別是伊豆大島至今仍然為活火山島.同時(shí)淺源地震都集中在相模灣及其附近海域.6地震層析成像轉(zhuǎn)換1.日本海存在著溝—弧—盆系統(tǒng),為典型的大陸邊緣的擴(kuò)張?！吘壓?2.日本海具雙海盆—日本海盆與本州海盆.是否存在著雙擴(kuò)張中心,需要進(jìn)一步的研究.這也是日本海擴(kuò)張、演化的一個(gè)特點(diǎn).3.由于東朝鮮灣和大彼得灣附近海域的重力異常資料因某些原因而缺少,因而對(duì)該海域的重力場(chǎng)以及深部構(gòu)造有很大程度為外推的結(jié)果.由地震層析成像轉(zhuǎn)換得到的重力場(chǎng)分布特征,雖為較小比例尺的結(jié)果,但有地震資料為依據(jù),有相當(dāng)?shù)目煽啃?同時(shí),通過(guò)不同的方法與途徑得到的結(jié)果是有差異的.今后應(yīng)有更多的資料來(lái)補(bǔ)充及分析論證.4.由地震層析成像轉(zhuǎn)換得到的重力場(chǎng)給出經(jīng)佐渡海槽、穿過(guò)本州島到太平洋的高重力異常帶,與以前資料給出的重力場(chǎng)特征很不相同.特別是穿越本州島的高重力異常帶段,在地表為一系列的火山,而且對(duì)應(yīng)的關(guān)東山系