太平洋岩石圈热演化研究

This project plans to utilize constantly improving bathymetry, gravity, magnetics, and heat flow data and numerical modeling techniques to explore the lithospheric strength (effective elastic thickness), thermal structure (effective thermal conductivity, thickness of thermal lithosphere, and Moho temperature), and their evolution with the crustal age in the Pacific. The inversion techniques will be further polished to accommodate large datasets. We will examine cooling processes and thermal anomalies of lithospheres in the Pacific, possible emplacement mechanisms of numerous seamount chains and large igneous provinces and their links to observed thermal structures, thermal anomalies of spreading centers and transform faults, and how these structures and their evolutional patterns affect tectonics in the surrounding plates, particularly the Eurasian plate. We will also discuss the mechanism and extent of possible uppermost mantle magnetization (structure of the magnetic layer) and serpentinization. The results of this study will help understand the evolution and deep structures of the planet Earth, distribution of deep marine resources, and resources and hazards at the continental margins. This planned study will also help promote the global strategy of "One Belt and One Road", and elevate the research and discourse level of Chinese scientists.

本项目申请通过利用日益改进与完善的水深、重力、磁力、热流等资料，进一步完善已有的反演算法，结合有限元数值模拟等技术手段，综合研究整个太平洋内不同岩石圈的强度（岩石圈有效弹性厚度）、热结构（有效平均热导率、热岩石圈厚度、莫霍面温度等）与热演化特征，进而分析太平洋岩石圈的冷却过程与深部热异常，广泛发育的海底海山链与大规模火成岩省的成因及其与地温结构的关系，扩张中心与转换断层的演变，以及它们对周围大陆特别是对欧亚板块内构造事件影响。探讨太平洋上地幔顶部磁化（磁性层结构）和蛇纹岩化的可能程度与机理。相关成果将帮助理解行星地球的演化与深部过程、海底矿产资源的分布、大陆边缘资源与灾害，同时会帮助推进中国的“一带一路”等全球战略，提升我国科学家在国际海域的研究水平和话语权。

本项目通过利用日益改进与完善的水深等资料，进一步完善已有的反演算法，结合数值模拟等技术手段，研究整个太平洋内不同岩石圈的强度、热结构与热演化特征，进而分析太平洋岩石圈的冷却过程与深部热异常，广泛发育的海底海山链与大规模火成岩省的成因及其与地温结构的关系，扩张中心与转换断层的演变，以及它们对周围大陆特别是对欧亚板块内构造事件影响。探讨太平洋上地幔顶部磁化（磁性层结构）和蛇纹岩化的可能程度与机理。项目按照计划完成预定研究内容，通过分析太平洋的区域岩石圈磁异常，反演计算了居里点深度，同时分析了区域热流，并分析了居里点深度和区域热流二者之间的相关性。同时在此基础上进一步计算了区域岩石圈有效弹性厚度，系统研究了温度场对岩石圈有效弹性厚度的影响。在洋中脊的温度场分析方面，通过重力反演获得洋中脊的地壳厚度，发现地壳厚度的变化随扩张速率的变化明显，并进一步认识到太平洋快速扩张洋中脊的地壳厚度减薄异常与较强的热液冷却作用有关。基于最新的全球重力观测模型反演全球大洋的地壳厚度，系统地分析洋壳厚度与扩张速率之间的关系，联合水深、居里点深度、热流、数值模拟、地球化学等多种资料和手段，探讨洋壳形成过程中的控制因素。 完成相关软件编写并公开发表。项目在太平洋岩石圈温度场以及对岩石圈强度的影响方面取得重要新认识，在国际上首次计算了太平洋居里点深度图，首次将岩石圈有效弹性厚度与岩石圈热结构进行相关分析，确定了岩石圈热结构对岩石圈强度的一级影响。在国际上首次系统分析了洋中脊的地壳厚度与岩浆熔融量，明确发现了快速扩张洋中脊的热异常与岩浆熔融量异常，明确了洋中脊热液活动强度对温度场的影响。相关成果发表在国际知名期刊如Journal of Geophysical Research等。项目开发的计算居里面深度的软件是国际上第一个同时实现傅里叶变换和小波变换计算频谱反演软件，已经获得广泛关注。