中国海及邻区岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

The China Sea and its adjacent areas are cohesive zones of Eurasia, Philippine and Pacific plates. The plate tectonic activities are concentrated in these areas and occupy an important position in the global plate tectonic research. An important aspect of the plate tectonic research is the study of the lithospheric effective elastic thickness (Te). Te reflects the long term (>1Ma) mechanical strength of the lithosphere, and is related to the thermal structure, mechanical and rheological properties closely. It provides a quantitative basis for the research of lithospheric mechanical state and the plate dynamics mechanism. For a long time, the oceanic lithospheric effective elastic thickness of the China Sea and its adjacent areas has not been studied in details by scientists for lacking of 3D bathymetry model which is independent from gravity anomaly data. In this project, using the MWAT (Moving Window Admittance Technology) method, the bathymetry model BAT_VGG is used to construct a 1°×1° oceanic lithospheric effective elastic model of China Sea and its adjacent areas. BAT_VGG is a bathymetry model predicted from ship soundings and vertical gravity gradient anomalies. The spatial distribution characteristics of Te are studied in details. The plate collision mechanics model is constructed. Based on this model, the mechanism of flexural deformation along the subduction zones is studied deeply. These results will provide important basis for deep understanding of the dynamics of the lithosphere.

中国海及邻区是欧亚板块、菲律宾海板块和太平洋板块衔接地带，是地球各圈层相互作用的集中带，在全球板块构造和地球动力学研究中占有重要地位。板块构造研究的一个重要方面是岩石圈有效弹性厚度(Te)的研究，因为它反映了岩石圈长期（>1Ma）力学强度性质，与岩石圈热结构、力学结构和流变性质等密切相关。岩石圈有效弹性厚度数值成果能为岩石圈力学状态、板块动力学机制等研究提供定量依据。长期以来，由于缺乏独立于重力异常的三维海底地形模型，学者们尚未对中国海及邻区海底岩石圈有效弹性厚度展开系统研究。本项目拟根据联合船测海深和垂直重力梯度异常数据构建的最新海底地形模型（BAT_VGG），采用滑动窗口导纳技术，构建中国海及邻区1°×1°海底岩石圈有效弹性厚度模型，分析其空间分布特征，构建板块碰撞动力学模型，研究板块边缘(俯冲带)的岩石圈挠曲形变机制，为深入理解岩石圈构造动力学理论提供依据。

中国海及邻区是欧亚和太平洋两大板块衔接地带，是地球各圈层相互作用的集中带，地质内涵独特，油气资源丰富，在地质历史上深刻地影响了与人类社会存在和发展密切相关的环境，在全球板块构造中占有重要地位。我国海洋科学工作者历经数十年努力，虽然在中国海及邻区的资源和基础调查方面取得了一系列令人瞩目的成果，但是，对海洋岩石圈有效弹性厚度（Te）研究较少，对中国海及邻区海底均衡及岩石圈有效弹性厚度的研究很不充分。.本项目联合测高重力异常模型和海底地形模型，采用滑动窗口导纳技术（MWAT：Moving Window Admittance Technique），系统地计算中国海及邻区1°×1°Te模型，研究该地区岩石圈板块构造动力学机制和沟-弧-盆系统发育等地球动力学问题。主要内容包括：①滑动窗口导纳技术（MWAT法）的计算精度和可靠性，洋壳密度、杨氏模量等参数影响；②中国海及邻区Te空间分布特征研究；③Te计算结果的动力学解释三个方面。.通过本项目的研究，主要获得了如下结果：①MWAT方法是计算Te的有效方法，当Te<5km时，计算精度为±1km，当Te>5km时，相对精度可优于10%；②联合船测水深和卫星测高垂直重力梯度异常资料构建了1′×1′海底地形模型（BAT_VGG），其相对精度一般优于5%，且较GEBCO、SIO V15.1等常用海底地形模型更适用于Te模型的计算；③构建了中国海及邻区1°×1°Te模型，发现本区域Te为1~50km。.通过对中国海及邻区Te研究发现：南海海盆Te较小，为中脊型海底；冲绳海槽Te一般小于20km，不具备俯冲特征；日本海沟和马里亚纳海沟地区Te大于30km，与该区域的俯冲构造密切相关。上述发现可为深入理解板块构造动力学提供依据，有助于深化研究中国海及邻区弧后盆地拉张、洋-陆俯冲构造，在油气资源勘探和岩石圈构造动力学理论等研究上也具有重要意义。