南海扩张过程中洋中脊演化与岩浆活动的数值模拟

The evolution of mid-ocean ridge, the molten magma and the formation of oceanic crust are the core of sea-floor speading. The South China Sea expansion has stopped, and the shape distribution of mid-ocean ridge is unconspicuous, which haven't been studied enough. Based on the latest materials, including high resolution magnetic anomaly, the deep seismic structure of spreading ridge and so on, which are obtained fom geophysical exploration, and some other materials about lithogeochemistry, and also some research findings. The poject will establish a numerical model of the evolution of mid-ocean ridge during the spreading of South Chian Sea. And the numerical model is influenced by the lithosphere thermal structure of SCS basin and the stucture obtained from gravity inversion. The simulation studies a model of ocean crust hyperplasia evolution during the spreading of South China Sea, and the volcanic chain and the formation mechanism of seamount. The volcanic chain is developed in residual mid-ocean ridge of South China Sea. Based on these, this research is going to mainly discuss two key problems in the process of South China Sea rifting :(1)The ridge jump evolution and the geodynamic mechanism which is in the south of the axis of South Chian Sea about 25Ma. (2)The process of gradual extension and the geodynamic mechansion. The study of the project provides a relibale model on reacquainting the pocess of South China Sea sea-floor spreading and the evolution history of South China Sea.

洋中脊的演化、洋中脊下岩浆熔融和洋壳的形成是海底扩张的核心，南海扩张已停止，洋中脊的形态特征不明显，对其缺乏充分的研究。本项目将以近年来的地球物理探测所获取的最新资料（高分辨率的磁异常、海盆的深部结构）和岩石地球化学资料及研究成果为基础，以南海海盆岩石圈的岩石圈热结构和重力反演所获得的地壳结构为约束建立南海扩张过程中及扩张停止后洋中脊演化的数值模型，模拟研究南海在扩张过程中的洋壳增生演化和岩浆供应的模式，以及扩张停止后南海残余洋中脊附近发育的火山链的形成机理。在此基础上重点探讨南海扩张过程中的两个关键问题：（1）25Ma前后南海东部海盆扩张轴的向南跃迁的模式和动力学机制；（2）扩张后期海盆由东部海盆向西南次海盆渐近式扩张的过程和动力学机制。本项目的研究将为进一步认识南海海盆扩张过程及其前后的演化提供可靠的模型。

通过本项目的研究，取得如下主要成果：（1）利用基金委的开放航次对南海北部区域进行了海底热流测量，取得了共30个站位的热流数据，同时收集了其他单位在西南次海盆的热流数据，形成了最新的南海区域热流分布图，为进一步开展南海的热结构研究奠定良好的基础。（2）首次基于连续逾渗方法，建立了在南海扩张过程中，洋中脊岩浆运移的网络图；然后在等粘态角落模型的基础上，结合动量方程，得到南海角落流流体的动力学压力分布；最后使用有限元方法计算岩浆在熔融区域的渗透性。模拟结果表明熔融区域岩石裂隙网络的渗透性和岩浆通道密度之间存在着乘幂关系。该规则的发现对洋壳厚度的形成演化提供了一个理论依据，对完整认识南海形成演化的过程具有重要的意义。（3）以南海中央海盆的岩石参数为依据，建立P-T模型，并通过IODP349航次的数据进行约束，研究了岩石的矿物组分与不同时刻所处的温压环境的对应关系，从而为深部高温高压区域的研究提供岩石学依据，为找矿探矿工作提供启示。（4）大洋斜长花岗岩可以提供对洋壳的蛇绿岩形成时代的约束，本研究利用从南海海盆中获得的第一个大洋斜长花岗岩样品，进行详细的岩石学、全岩地球化学、Sr-Pb–HF–Os同位素，和40Ar/39Ar年代学样品的记录，探讨大洋斜长花岗的成因和南海海底扩张的起始时间。研究表明在南海海底扩张可能开始在~ 38Ma，与Hsu et al. (2004) and Yeh et al. (2010)等人的研究结果一致。（5）本研究选取过中央海盆和西南次海盆的两条剖面建立两类板块扩张模型， 在南海东部区域在拉张过程中有热物质上涌动，引起岩浆发育和岩石圈拉张减薄并随后破裂形成海盆；在南海西部区域岩石圈拉张过程中没有或很少岩浆活动，两种不同的张裂模式是南海东西部构造差异的主要控制因素。