近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所副研究員張江陽、研究員趙明輝和孫珍，聯(lián)合多位科學(xué)家在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和廣東省特支計(jì)劃U團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助下，基于長(zhǎng)剖面深反射地震探測(cè)，提出了南海陸緣演化經(jīng)歷了先巖石圈地幔薄化后地殼破裂“兩步走”的新模式。相關(guān)研究論文發(fā)表于《構(gòu)造物理》。

在大陸巖石圈伸展減薄到最終破裂形成洋盆的過程中，巖石圈流變性質(zhì)的差異可能導(dǎo)致地殼和巖石圈地幔減薄-破裂順序的不同，從而導(dǎo)致構(gòu)造過程和巖漿作用的差異，并形成不同特征的大陸邊緣。南海是亞洲最大的邊緣海，其深部構(gòu)造和沉積特征記錄了巖石圈從伸展到破裂的全部過程，是研究大陸向海洋轉(zhuǎn)變過程的理想場(chǎng)所。

研究人員開展了垂直于南海北部陸緣，穿過綜合大洋鉆探計(jì)劃鉆井區(qū)的海底廣角地震探測(cè)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)從陸坡到洋盆，地殼厚度由～20km減薄至約6km。此外，在陸緣遠(yuǎn)端的云荔凸起下方和洋-陸轉(zhuǎn)換帶下方，分別發(fā)現(xiàn)了近10km厚和3～4km厚的下地殼高速層。由于云荔凸起地層缺失以及荔灣凹陷內(nèi)強(qiáng)制褶皺主要發(fā)生在38個(gè)百萬年前至32個(gè)百萬年前，附近凹陷鉆井揭示的巖漿噴發(fā)發(fā)生在43個(gè)百萬年，研究人員認(rèn)為下地殼高速層是由同張裂巖漿底侵造成。依據(jù)巖石圈減薄程度和巖漿厚度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，厚度達(dá)10km的下地殼高速層，應(yīng)為云荔凸起下巖石圈發(fā)生強(qiáng)烈減薄甚至破裂引起。

據(jù)此，研究人員提出南海巖石圈的兩階段破裂模式：第一階段是發(fā)生于約43個(gè)百萬年-38個(gè)百萬年的巖石圈地幔薄化破裂，該時(shí)間節(jié)點(diǎn)以前巖漿作用不強(qiáng)，地殼伸展以大型拆離斷層為特征。約43個(gè)百萬年以后地幔強(qiáng)烈薄化促進(jìn)了巖漿的大規(guī)模底侵；第二階段是發(fā)生于約31個(gè)百萬年至29個(gè)百萬年的地殼破裂，破裂點(diǎn)位于現(xiàn)今的洋-陸轉(zhuǎn)換帶下方，地殼破裂正式形成南海洋盆。

地球板塊的生命周期是國際前沿科學(xué)問題，也是未來大洋鉆探的八大戰(zhàn)略目標(biāo)之一，而大陸巖石圈的伸展、破裂以及洋盆誕生是板塊生命周期的重要階段，它將物質(zhì)和能量從地球內(nèi)部帶到地表，推動(dòng)了地球系統(tǒng)自身和淺部生命的演化。該研究創(chuàng)新性地提出了南海陸緣破裂的兩階段模式，不僅對(duì)認(rèn)識(shí)南海構(gòu)造和巖漿過程具有重要意義，也為理解地球演化的多樣性提供了新視角。