近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所夏少紅研究員團(tuán)隊在南海南部陸緣地殼研究中取得重要進(jìn)展，提出了“布丁狀地殼伸展”控制島礁形成演化的新模式。這一成果發(fā)表于《地球物理研究雜志：固體地球》（Journal of Geophysical Research: Solid Earth），為南海島礁的形成演化提供了全新的科學(xué)依據(jù)。南海海洋所博士張成龍為論文第一作者，研究員夏少紅為通訊作者，曹敬賀、范朝焰、萬奎元和茍濤四位副研究員為論文共同作者。
南海，作為西太平洋最大的邊緣海，其形成和演化一直是地質(zhì)學(xué)界的研究熱點。南海經(jīng)歷了近乎完整的威爾遜旋回，大陸張裂作用形成了南沙、中沙、西沙等多個微地塊。這些微地塊為珊瑚礁和碳酸鹽臺地的發(fā)育提供了穩(wěn)定基底，造就了南海如今星羅棋布的島礁地貌。南海南部的珊瑚島礁群多呈現(xiàn)北東-南西走向的長條狀展布格局，并平行于鄰近的深海磁異常條帶，暗示了這些島礁群的形成與大陸張裂密切相關(guān)。然而，由于缺乏典型島礁區(qū)高分辨率地殼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，目前對陸緣張裂作用與島礁形成演化的關(guān)系仍然缺乏深入認(rèn)識。
夏少紅研究員團(tuán)隊聚焦南海南部陸緣島礁區(qū)，開展了大規(guī)模的海底地震儀（OBS）廣角地震探測實驗。研究團(tuán)隊從西南次海盆出發(fā)，經(jīng)過永暑礁，直至畢生礁附近，通過正演模擬與走時層析成像技術(shù)，成功構(gòu)建了橫跨南部陸緣島礁區(qū)的高精度縱波速度結(jié)構(gòu)剖面。
研究發(fā)現(xiàn)，兩個島礁區(qū)的較厚地殼段之間存在一個寬約數(shù)十公里的伸展盆地，地殼最薄處僅約13公里。這一結(jié)果表明，南海南部陸緣地殼發(fā)生了強(qiáng)烈的非均勻伸展，北東-南西走向的伸展盆地將較厚的地殼塊體分隔，形成了地殼尺度的布丁狀構(gòu)造。
研究團(tuán)隊進(jìn)一步指出，南海的布丁狀地殼伸展過程不僅塑造了西南次海盆兩側(cè)寬廣的裂谷陸緣和分散的地殼塊體，還為島礁的形成提供了關(guān)鍵條件。在熱帶暖水環(huán)境中，這些地殼塊體的線狀地形高點具有較高的碳酸鹽生產(chǎn)力。隨著時間推移，碳酸鹽不斷加積，最終形成了如今我們看到的珊瑚島礁群。
這一發(fā)現(xiàn)不僅為南海島礁的形成演化提供了新的科學(xué)解釋，還揭示了大陸張裂與地表形貌演化之間的深刻聯(lián)系，為全球大陸張裂作用的研究提供了重要啟示。
研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學(xué)院南海海洋研究所自主部署項目和國家自然科學(xué)基金等項目的聯(lián)合資助。
圖1 南海南部深地震測線分布及OBS2019ZX1深地震探測實驗。
圖2 測線縱波速度結(jié)構(gòu)模型及地質(zhì)構(gòu)造解釋。剖面從左至右依次為洋殼區(qū)、洋陸殼過渡帶、頸縮區(qū)、永暑礁較厚陸殼區(qū)、伸展盆地區(qū)及畢生礁附近較厚陸殼區(qū)。
圖3 南海布丁狀地殼伸展過程控制島礁形成演化的模式示意圖。晚漸新世中沙地塊與禮樂灘地塊分離之前，南海西部的伸展主要集中在平行于擴(kuò)張中心的一系列伸展盆地（圖a）。隨后沿著其中一處伸展盆地發(fā)生漸進(jìn)式海底擴(kuò)張，并在中中新世擴(kuò)張停止時形成V形的西南次海盆（圖b）。該過程導(dǎo)致海盆兩側(cè)寬闊的裂谷陸緣和北東-南西走向伸展盆地分隔的布丁狀地殼結(jié)構(gòu)，地殼具有強(qiáng)烈非均勻伸展特征。布丁地殼塊體的斷塊線狀地形高點上更利于碳酸鹽加積，從而形成北東-南西走向長條狀島礁群（圖c）。
相關(guān)論文信息：Zhang,C.,Xia,S.*,Cao,J.,Fan,C.,Wan,K.,& Gou,T. (2025). Control of coral reefs formation by boudin‐like crustal extension processes in the South China Sea: New insights from wide‐angle seismic imaging. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2024JB030150.
原文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024JB030150
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