郭曉然， 趙明輝， 黃海波， 丘學(xué)林，

王建1,3， 賀恩遠1,3， 張佳政1

1 中國科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點實驗室， 中國科學(xué)院南海海洋研究所， 廣州　510301 2 福建省地震局廈門地震勘測研究中心， 廈門　361021 3 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京　100049

西沙地塊地殼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造屬性

郭曉然1,2,3， 趙明輝1*， 黃海波1， 丘學(xué)林1，

王建1,3， 賀恩遠1,3， 張佳政1

1 中國科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點實驗室， 中國科學(xué)院南海海洋研究所， 廣州510301 2 福建省地震局廈門地震勘測研究中心， 廈門361021 3 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京100049

摘要西沙地塊作為在南海形成演化過程中形成的微陸塊，記錄了南海演化歷史的重要信息，其地殼結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成及構(gòu)造屬性是探討南海形成演化的關(guān)鍵.基于采集到的OBS2013-3測線海底地震儀數(shù)據(jù)，用射線追蹤和正演走時擬合方法，獲得了西沙地塊的二維縱波速度模型.模型顯示沉積層速度為2.2～3.2 km·s-1，厚度為0.8～3.0 km，局部基底面起伏較大，上地殼頂部速度為5.0～5.5 km·s-1，下地殼底部速度為6.9 km·s-1，上地幔頂部速度為8.0 km·s-1.西沙地塊的地殼厚度平均為23 km，上地殼厚度約為9 km，下地殼厚度約為14 km，莫霍面埋深為23～27 km.從穿過西沙地塊的縱、橫兩條大剖面推算，塊體大小約為9.2×105 km3，與華南陸緣相比，表現(xiàn)為整體減薄的陸殼特征.西沙地塊與南沙地塊垂直于西南次海盆擴張脊分布，根據(jù)二者地殼結(jié)構(gòu)的特征對比，二者互為共軛關(guān)系.關(guān)鍵詞西沙地塊；深部地殼結(jié)構(gòu)； 減薄陸殼； 海底地震儀(OBS)

1引言

西沙地塊是南海形成演化過程中形成的眾多微陸塊之一，位于印支地塊、華南地塊和南海的交接處，其北面為西沙海槽，東部是西北次海盆，東南為中沙海槽和中沙地塊，南面是西南次海盆，西面相望廣樂隆起(圖1).在西沙地塊周圍分布著瓊東南盆地、珠江口盆地、中建南盆地、北部灣盆地及鶯歌海盆地等眾多新生代盆地(圖1)，這些盆地是由于南海北部陸緣發(fā)生了大規(guī)模的拉張、減薄作用而形成的(Taylor and Hayes, 1983)，盆地中充填的新生代沉積，富含豐富的油氣資源(魏喜，2006).因而，揭示西沙地塊深部結(jié)構(gòu)信息就顯得尤為重要.同時，西沙地塊的深部地殼結(jié)構(gòu)蘊含著南海海盆形成演化歷程的重要信息，更是探討邊緣海形成演化的“骨架”及深部動力學(xué)的基礎(chǔ).

圖1　區(qū)域位置圖(圖中紅色方框內(nèi)為本文研究區(qū)域，F(xiàn)1為哀牢山—紅河斷裂帶，F(xiàn)2、F3為其分支；據(jù)孫珍等，2011；蔡周榮等，2008改編)Fig.1　The regional location map (The red box indicates the study area; F1 is Ailaoshan-Red River fault zone, F2 and F3 are its branches referenced from Sun et al., 2011 and Cai et al., 2008)

20世紀80年代至今，在南海北部陸緣西沙地塊已積累了多條深地震探測剖面(圖2)(姚伯初等，1994；Nissen et al., 1995；Qiu et al., 2001；吳振利等，2008；黃海波等，2011；敖威等，2012).這些探測研究成果，極大地豐富了對南海西沙地塊深部結(jié)構(gòu)特征的認識，但對于西沙地塊的構(gòu)造屬性還存在分歧.在西沙群島永興島和琛航島鉆探結(jié)果表明，西永一井(圖2)鉆探到的最老的地層為14.65億年的花崗片麻巖(張明書，1991)，根據(jù)這些鉆井得到的巖石年代及巖性推斷西沙地塊為古老的陸塊(元古代).較早時期實施的雙船擴展剖面探測(圖2)結(jié)果認為，西沙海槽為一條印支時期的古縫合線，推測西沙地塊是從印支地塊裂離的微陸塊(姚伯初等，1994)；丘學(xué)林等人(2000)根據(jù)海底地震儀探測結(jié)果，認為西沙海槽為新生代裂谷，海槽兩側(cè)在裂谷張裂前應(yīng)該屬于同一塊體，暗示著西沙地塊與華南陸緣為一整體.那么，西沙地塊的深部地殼結(jié)構(gòu)是怎么樣的？西沙地塊是從哪個地塊裂離出去的？在南海形成演化過程中扮演著何種角色？這些問題需要更為深入的探測和研究.

前人的研究主要集中在西沙地塊的周圍或近南北方向的深部結(jié)構(gòu)研究(圖2)，而對于橫穿西沙地塊、平行于南海北部陸緣方向卻是深地震探測空白，因此，本文用2013年在西沙海域采集的OBS2013-3測線，建立橫穿西沙地塊的P波速度結(jié)構(gòu)，為南海北部大陸邊緣西沙地塊構(gòu)造屬性的討論提供新的地質(zhì)地球物理證據(jù).

2數(shù)據(jù)采集與初步處理

2013年4—5月，我們在南海西沙海域布設(shè)完成了人工地震實驗OBS2013-3測線.測線由廣樂隆起東部邊界起始，沿NEE-SWW方向縱貫西沙地塊，近乎與OBS2006-2測線相接(圖2)，測線總長為238 km.中國科學(xué)院南海海洋研究所“實驗二號”科考船共投放了15臺國產(chǎn)寬頻帶4通道海底地震儀(OBS)，臺站平均間距為12 km，數(shù)據(jù)采樣率分別為125 Hz和250 Hz(OBS型號分別為大球和小球2種).氣槍震源是4支BOLT(1500 in3)氣槍組成的槍陣，工作壓力120 kPa，總?cè)萘窟_6000 in3，氣槍作業(yè)時船速設(shè)定為4.5～5.5節(jié)，由于氣槍中途故障，放炮時間間隔在OBS13附近由120 s調(diào)整為60 s，炮間距由接近300 m變?yōu)?00 m左右.

圖2　研究區(qū)水深及相鄰地震測線布設(shè)位置圖(紅色圓點為2013-3測線的OBS站位，紫色倒三角為地震臺站，①、②分別為西琛一井與西永一井)Fig.2　Bathymetry map of the research area and surrounding deployed seismic lines. The red dots indicate OBS′ positions along the profile OBS2013-3. The inverted triangles mark mobile seismostations. Yellow circles ① and ② stand for the locations of drilling wells Xishen 1# and Xiyong 1#, respectively

OBS初步數(shù)據(jù)處理包括：放炮時間校正、炮點位置校正、OBS位置校正、OBS記錄器時間漂移校正等.首先利用地震儀所記錄的精確放炮時間對地震船所確定的放炮時間進行校正，然后根據(jù)炮點坐標的GPS數(shù)據(jù)，利用蒙特卡洛法對炮點坐標和OBS的水平坐標進行校正(張莉等，2013)，進而求取偏移距.利用GPS水深資料確定剖面下方的海底面，并得到OBS的實際坐標.根據(jù)OBS的開始記錄時間、終止記錄時間以及總漂移時間，計算漂移增量，再用線性方法將時間漂移量加到折合時間剖面的各道中.經(jīng)過以上分析、處理，得到SEGY格式的數(shù)據(jù)，再通過濾波、均衡、折合等處理后，最終得到各臺站的單臺記錄剖面.初步數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，15個臺站中有14個臺站(除OBS1臺站處)記錄數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，深部信息豐富(圖3a—7a)，為深部速度結(jié)構(gòu)研究打下堅實基礎(chǔ).

3OBS數(shù)據(jù)分析及模型

3.1震相特征

OBS2013-3剖面獲得了豐富的震相數(shù)據(jù)(表1).這里我們定義Pdw為直達水波震相，Ps為沉積層內(nèi)的折射震相，Pg為地殼中的折射震相，PcP為康拉德面的反射震相，Pc為康拉德面上的走滑波震相，PmP為莫霍界面的反射震相.大部分的OBS記錄剖面都可以識別出Pg與PmP震相，Pg震相最遠可以追蹤到150 km(圖4a).由于西沙群島為島礁區(qū)，沉積層較薄(張明書，1991)，所以本測線識別出的沉積層震相較少.OBS01臺站位于廣樂隆起之上，由于數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，未能識別出有效的震相.OBS02-OBS05臺站位于廣樂隆起-西沙地塊過渡地帶(圖2)，水深變化幅度較大，廣樂隆起處水深較淺，到西沙地塊中間的過渡地帶，水深增大至1200 m左右.這一區(qū)域的主要震相有Pdw、Ps、Pg以及PmP震相，以O(shè)BS02臺站為例(圖3a)，地震剖面圖可以清晰地看到Pg震相與PmP震相，Pg震相在臺站兩側(cè)5～30 km出現(xiàn)，受沉積基底面影響，起伏較大，PmP震相最遠可追蹤至110 km左右.

表1　OBS2013-3測線震相射線追蹤結(jié)果

注：RMS為計算走時和觀測走時殘差的均方根值；2為卡方分布檢測值，當2接近1時，擬合程度最好.

圖3　OBS02臺站地震記錄剖面及射線追蹤 (a) OBS02站位的地震剖面，折合速度為6.0 km·s-1；(b) 實測走時(彩色線)和計算走時(黑色線)；(c) 縱波速度結(jié)構(gòu)模型和射線追蹤，不同顏色的射線與不同顏色的走時相對應(yīng).Fig.3　Seismic recording section and ray tracing simulation for OBS02 along the profile OBS2013-3(a) Seismic record section with reduced velocity of 6.0 km·s-1. (b) Observed travel-time (broken color lines) with associated uncertainties showing as vertical bars, and calculated travel-time curves (black thin lines) from the final model. (c) Calculated final model and ray-tracing simulation. Different color rays are corresponding to the different color travel times in (b), respectively.

圖4　OBS06臺站地震記錄剖面及射線追蹤，其他同圖3Fig.4　Ray tracing and travel times simulation for OBS06 along the profile OBS2013-3. Other legends are the same as Fig.3

圖5　OBS07臺站地震記錄剖面及射線追蹤，其他同圖3Fig.5　Ray tracing and travel times simulation for OBS07 along the profile OBS2013-3. Other legends are the same as Fig.3

圖6　OBS08臺站地震記錄剖面及射線追蹤，其他同圖3Fig.6　Ray tracing and travel times simulation for OBS08 along the profile OBS2013-3. Other legends are the same as Fig.3

圖7　OBS11臺站地震記錄剖面及射線追蹤，其他同圖3Fig.7　Ray tracing and travel times simulation for OBS11 along the profile OBS2013-3. Other legends are the same as Fig.3

圖9　OBS2013-3測線中所有OBS臺站的所有震相射線追蹤(紅色為Pdw震相，綠色為Pg震相，橙色為Ps震相，黃色為PcP震相，粉色為Pc震相，藍色為PmP震相)Fig.9　Ray tracing for all phases from all the OBS recording data along the profile OBS2013-3 (Red for Pdw phases, green for Pg phases, orange for Ps phases, yellow for PcP phases, pink for Pc phases, blue for PmP phases)

圖10　OBS2013-3測線最終P波速度結(jié)構(gòu)模型及西沙地塊與南沙地塊一維速度結(jié)構(gòu)對比(a) OBS2013-3測線最終P波速度結(jié)構(gòu)模型； (b)西沙地塊與南沙地塊一維速度結(jié)構(gòu)對比(南沙地塊一維結(jié)構(gòu)1、2分別來自于OBS973-1(丘學(xué)林等，2011)速度結(jié)構(gòu)模型中的OBS35、37位置附近).Fig.10　P-wave velocity model of OBS2013-3 and contrasts on one-dimensional velocity structures from Xisha block and Nansha block (a) P-wave velocity model of OBS2013-3; (b) One-dimensional velocity structures of Xisha block and Nansha block (the positions of profile 1 and 2 are correspond to the vicinity of the position OBS35 and 37 of OBS973-1, respectively (Qiu et al., 2011)).

圖11　廣樂隆起—西北次海盆聯(lián)合地殼速度結(jié)構(gòu)模型. OBS2006-2段速度結(jié)構(gòu)來自于敖威等(2012).VE表示縱向與橫向的比值Fig.11　Crustal velocity structure model from Guangle uplift to Northwest sub-basin. The velocity structure in the segment of OBS2006-2 is referenced from Ao et al., 2012

圖12　西沙地塊視三維速度結(jié)構(gòu)模型Fig.12　Pseudo three-dimensional structure model of Xisha block

OBS06-OBS08位于西沙地塊之上(圖2)，水深約為300～700 m.特別值得一提的是，在OBS06、07、08三個臺站中可以識別出康拉德面的反射PcP震相與走滑Pc震相(圖4，5，6，8).以O(shè)BS06臺站為例(圖4a)，OBS06站位的地震記錄剖面除了可明顯識別Pdw、Ps、 Pg和PmP以外，還識別了上地殼底界面的反射震相PcP和走滑震相Pc；PcP與Pc震相位于偏移距-50～-20 km，折合到時約為2.6 s；圖4c顯示了OBS06臺站下方的速度模型與射線追蹤結(jié)果，地震記錄剖面顯示此處Pg與PmP震相較為發(fā)育，臺站兩側(cè)都可以識別出PcP震相，PcP震相可以很好地約束康拉德界面.OBS09-OBS15位于西沙地塊東部隆起區(qū)，這一區(qū)域島礁分布，水深變化較大，約為400～1100 m，記錄到的震相主要為Pdw、Pg以及PmP震相.以O(shè)BS11臺站為例(圖7a)，在其地震剖面圖上可以看到清晰的Pg、PmP等震相，最遠可追蹤至110 km以外；Pg震相較好地反映了地殼內(nèi)部的速度結(jié)構(gòu)特征，PmP震相很好地控制了莫霍面的深度和形狀.

3.2速度結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和前人研究成果(姚伯初等，1994；丘學(xué)林等，2000；閻貧和劉海齡，2002；敖威等, 2012；黃海波等，2011)，首先建立了OBS2013-3測線下方的地殼結(jié)構(gòu)初始模型；詳細分析沿測線部署的15臺OBS綜合記錄剖面中的震相特征，采用2D射線追蹤程序Rayinvr(Zelt and Smith, 1992)開始速度結(jié)構(gòu)的計算模擬；用試錯法不斷地修改速度模型，計算各震相的理論走時曲線(圖3—9)，使理論計算走時與實際觀測的走時曲線逐步逼近，所有震相總的均方根走時殘差達到最小(表1)，獲得一個較理想的速度結(jié)構(gòu)模型(圖10a)；在正演模擬過程中，遵循由單個臺站到多個臺站、由模型上層到模型下層、由簡單到復(fù)雜的漸進過程(丘學(xué)林等，2011).最終速度模型(圖10a)可分為5層，最上層是海水層，速度為1.5 km·s-1；第2層沉積層，其速度值自上而下為2.2～3.2 km·s-1，在西沙地塊其厚度變化較大，在0.8～3 km左右；廣樂隆起—西沙地塊過渡區(qū)域沉積層起伏較大，結(jié)合周邊地區(qū)地質(zhì)資料，推測OBS03、05臺站下方有玄武巖噴出；廣樂隆起區(qū)域沉積層厚度較小，約為0.3～2.0 km.第3層上地殼層，速度為5.0～6.4 km·s-1，第4層下地殼速度從上到下為6.5～6.9 km·s-1，在OBS03、04、05、06下方地殼速度較大，上地殼為5.5～6.5 km·s-1，下地殼為6.6～6.9 km·s-1.第5層為上地幔，速度設(shè)為8.0 km·s-1，由于該測線中所有OBS均沒有記錄到Pn震相(圖3—9)，因此上地幔的結(jié)構(gòu)未得到有效控制.該模型的海底面主要是利用重力水深數(shù)據(jù)設(shè)置，并且與每個OBS的近偏移距直達水波吻合(圖9)，可靠性高，因而在模擬過程中，海底面作為已知條件保持不變；沉積基底面、康拉德面與莫霍面的設(shè)置主要參考了此區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)與地球物理資料，它們在模擬過程中進行了較大調(diào)整，其深度及形態(tài)主要是由震相來確定的.從所有臺站所有震相的追蹤圖(圖9)中我們可以看到，絕大大部分理論走時和實際走時擬合得很好，最終模型擬合的RMS值為0.079 s，2值為1.489(表2)，說明模擬結(jié)果較為可靠.

4討論

4.1西沙地塊與周邊地殼結(jié)構(gòu)對比

測井資料(張明書，1991)表明，西沙地塊的結(jié)晶基底為古老的前寒武紀變質(zhì)巖，這說明西沙地塊并不是由于南海擴張而形成的新生洋殼或洋陸過渡殼，它與華南地塊一樣都是陸殼.陸上爆破地震資料以及海陸聯(lián)測(尹周勛等，1999；黃海波等，2011)結(jié)果顯示(表2)，華南地塊的地殼厚度約為32 km.如果將華南陸緣的地殼作為正常的陸殼，西沙地塊則表現(xiàn)為在南海北部拉張背景作用下不同程度地減薄的陸殼特征(阮愛國等，2006；丘學(xué)林等，2006).OBS2013-3與0BS2006-2測線(圖2)是南海海盆中僅有兩條平行于構(gòu)造走向的深地震測線，兩測線相連獲得由廣樂隆起—西北次海盆地殼結(jié)構(gòu)大剖面(圖11)，兩條測線在重疊部分的地殼結(jié)構(gòu)，無論是地殼厚度、殼內(nèi)速度分布，還是各界面埋深等方面都是比較一致的；根據(jù)速度結(jié)構(gòu)特征及該區(qū)的重磁特征(敖威等，2012)，將此剖面分為4部分：廣樂隆起、西沙地塊、過渡帶和西北次海盆，可以看出西沙地塊在剖面中NE-SW方向延伸為230 km，地殼厚度為23 km(圖11)；過渡帶中發(fā)育有一系列正斷層，指示該區(qū)有著明顯的拉張?zhí)卣?丁巍偉等，2009)，地殼厚度持續(xù)減薄，減薄至12 km(圖11)，但仍具有陸殼的特性(敖威等，2012).

西沙地塊中最大的島嶼是永興島，臨時流動地震臺站——石島地震臺就位于永興島上，OBS2013-3測線中，OBS14臺站的位置相當于石島地震臺，在我們的模型中，OBS14臺站下方的地殼厚度為20 km，莫霍面埋深為22 km，這與阮愛國等(2006)和丘學(xué)林等(2006)分別利用遠震接收函數(shù)方法獲得的石島臺站下方的地殼厚度(26.5 km和28 km)相比，地殼厚度相差4～6 km.這與我們的結(jié)果并不矛盾，由于接收函數(shù)方法給出的是S波速度結(jié)構(gòu)(阮愛國等，2006；丘學(xué)林等，2006)，而S波對于地幔的部分熔融更為敏感.也就是說P波探測的莫霍面深度淺于S波確定的莫霍面深度，表明西沙塊體下地殼或上地幔頂部可能存在部分熔融.

OBS2011海陸聯(lián)合深地震測線通過琛航地震臺沿NW-SE方向橫穿西沙地塊，我們將OBS2011測線與NE-SW向的廣樂隆起—西北次海盆地殼結(jié)構(gòu)大剖面綜合在一起，構(gòu)制橫穿西沙地塊的假三維結(jié)構(gòu)模型(圖12).琛航地震臺位于兩個大剖面的交點，相當于OBS2013-3測線中OBS08臺站的位置，距石島地震臺西南80 km處(圖2)，其下方的地殼厚度為24 km，莫霍面埋深為26 km(圖10a)；黃海波等(2011)利用天然地震接收函數(shù)方法及海底地震儀探測相結(jié)合的方法，獲得琛航臺站下方的地殼厚度為26～28 km，和石島臺附近相似，同樣是S波確定的莫霍面深度大于P波探測的莫霍面深度，再次推斷是下地殼或上地幔存在部分熔融的結(jié)果.

由廣樂隆起—西北次海盆地殼結(jié)構(gòu)大剖面中(圖11)，推算出西沙地塊沿NE-SW方向延伸長度為230 km，而在OBS2011測線地殼結(jié)構(gòu)大剖面(圖12)中，西沙地塊沿NW-SE方向延伸為175 km，地殼平均厚度為23 km，由此，粗略估算西沙地塊的總體大小應(yīng)為9.2×105km3，整體屬于減薄的陸殼.

4.2西沙地塊的構(gòu)造屬性

OBS2013-3測線速度模型(圖10a)不僅提供了西沙地塊詳細的速度結(jié)構(gòu)信息，同時拾取到了來自康拉德面的反射震相PcP以及走滑波震相Pc(圖8)，較為準確地確定了西沙地塊上、下地殼的分界及其厚度比例.由速度結(jié)構(gòu)模型對比(表2)可知，西沙地塊地殼厚度平均為23 km，小于正常華南地塊厚度(32 km)，結(jié)合西永一井的鉆探結(jié)果(張明書，1991)，可以推斷西沙地塊是一個地殼厚度減薄的古陸塊.但是關(guān)于西沙地塊是從印支地塊裂離還是從華南地塊裂離的構(gòu)造屬性，是本次實驗關(guān)注的科學(xué)問題之一.

表2　華南地塊與南海西部部分地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)

注：引自閻貧和劉海齡(2002)，趙明輝等(2004)，丘學(xué)林等(2011).

姚伯初等人(1994)根據(jù)西沙“西永一井”的前寒武紀變質(zhì)巖基底與越南中部的崑崧地塊的變質(zhì)基底具有相似性，推斷西沙地塊是從印支地塊裂離而來；而最新研究(夏戡原等，2014)表明，南海西側(cè)的印支—巽他亞板塊從中南半島向南東延伸至加里曼丹島的西部主體，它是以前寒武系陸核(距今約25億年)為核心的古老地塊，即越南中南部的崑崧地塊，其古生代、中生代地層圍著它向東緣分布，為南海的西部邊緣的南北向巨型斷裂(即越東斷裂)所切，在南海海區(qū)沒有分布.由莫霍面等深度圖(夏戡原等，2014)也可以看出，從印支地塊到西沙地塊變化十分劇烈，不符合拉張裂離的地殼結(jié)構(gòu)特征；因此，本文不支持這種觀點.

位于南海南部陸緣的OBS973-1測線，橫穿南沙地塊中部(丘學(xué)林等，2011)，其地殼結(jié)構(gòu)為南海南北陸緣的對比提供了極為重要的信息.從西沙地塊與南沙地塊的一維速度結(jié)構(gòu)對比圖(圖10b)中可以看出，西沙地塊與南沙地塊的地殼結(jié)構(gòu)十分相似，地殼厚度都在25 km左右，均為減薄型陸殼；地殼速度也極為相似，都在5～6.9 km·s-1左右；上、下地殼厚度比都接近1∶2；因此，可以推斷二者存在著以西南次海盆擴張脊為軸的共軛關(guān)系(圖1)，西沙地塊是從華南大陸裂解出來的.在白堊世早期，西沙、中沙、南沙地塊是華南古地塊的一部分，后因新生代華南陸緣裂離和南海海盆海底擴張，而逐漸漂移至現(xiàn)今的位置.

當然，不可否認上述簡單的地殼結(jié)構(gòu)對比(速度與厚度參數(shù))尚顯證據(jù)不足，今后我們將對OBS2013-3測線和南沙地塊OBS2009-1測線開展縱橫波速度結(jié)構(gòu)的綜合研究，通過對轉(zhuǎn)換橫波走時進行拾取和擬合來研究該區(qū)的二維橫波速度結(jié)構(gòu)(Zhao et al., 2010)，得到西沙地塊與南沙地塊的巖石學(xué)性質(zhì)，從而進一步約束西沙地塊的構(gòu)造屬性.

5結(jié)論

通過14臺OBS數(shù)據(jù)的分析模擬獲得了OBS2013-3測線下方的地殼速度結(jié)構(gòu)，綜合研究區(qū)地殼結(jié)構(gòu)對比及構(gòu)造地質(zhì)分析，我們得到以下兩點認識．

(1) OBS2013-3測線廣樂隆起段(0～30 km)沉積層厚度約為0.5～2.7 km，西沙地塊(70～240 km)的沉積層厚度約為0.8～3.0 km，兩者過渡區(qū)域(30～70 km)沉積基底變化較大，上地殼與沉積層速度偏高，厚度變化較大(圖10)；在OBS06、07、08這3個臺站中識別出康拉德面的反射震相(PcP)(圖8)，很好地約束了地殼結(jié)構(gòu)中上、下地殼的分界；西沙地塊上下地殼厚度比接近1∶2，廣樂隆起接近1∶1；西沙地塊地殼厚度較為穩(wěn)定，平均約為23 km，Moho界面埋深23～27 km，上地幔速度為8.0 km·s-1(圖10a).

(2) 綜合周圍的地殼速度結(jié)構(gòu)特征對比分析，認為西沙地塊是一個古老的整體減薄的陸殼，其總體大小約為9.2×105km3；在白堊世早期，西沙、中沙、南沙地塊均是華南古地塊的一部分，西沙地塊與南沙地塊的地殼結(jié)構(gòu)特征相似，表現(xiàn)為以西南次海盆擴張脊為軸的共軛關(guān)系.

致謝感謝承擔(dān)航次工作的“實驗2號”全體船員及參加出海的孫金龍副研究員、王春龍工程師等；感謝中國科學(xué)院南海海洋研究所夏少紅研究員提出的建設(shè)性意見.文中部分圖件使用了GMT繪圖軟件(Wessel and Smith, 1995).

References

Ao W, Zhao M H, Qiu X L, et al. 2012. Crustal structure of the Northwest Sub-basin of the South China Sea and its tectonic implication.EarthScience-JournalofChinaUniversityofGeosciences(in Chinese), 37(4): 779-790.

Cai Z R, Xia B, Wan Z F， et al. Relationship on the movement characteristics of the main fault and Red river fault in western South China Sea at late Oligocene.GeotectonicaetMetallogenia. (in Chinese), 32(4): 436-440.Ding W W, Li M B, Zhao L H, et al. 2009. Cenozoic tectono-sedimentary characteristics and extension model of the Northwest Sub-basin, South China Sea.EarthScienceFrontiers(in Chinese), 16(4): 147-156. Huang H B, Qiu X L, Xu H L, et al. 2011. Preliminary results of the earthquake observation and the onshore-offshore seismic experiments on Xisha Block.ChineseJournalofGeophysics(in Chinese), 54(12): 3161-3170, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.016.

Nissen S S, Hayes D E, Buhl P, et al. 1995. Deep penetration seismic soundings across the northern margin of the South China Sea.JournalofGeophysicalResearch, 100(B11): 22407-22433.

Qiu X L, Zhou D, Xia K Y, et al. 2000. OBH experiment and crustal structure of Xisha trough, South China Sea.TropicOceanology(in Chinese), 19(2): 9-18.

Qiu X L, Ye S Y, Wu S M, et al. 2001. Crustal structure across the Xisha Trough, northwestern South China Sea.Tectonophysics, 341(1-4): 179-193. Qiu X L, Zeng G P, Xu Y, et al. 2006. The crustal structure beneath the Shidao Station on Xisha Islands of South China Sea.ChineseJournalofGeophys. (in Chinese), 49(6): 1720-1729.Qiu X L, Zhao M H, Ao W, et al. 2011. OBS survey and crustal structure of the SW Sub-basin and Nansha Block, South China Sea.ChineseJournalofGeophysics(in Chinese), 54(12): 3117-3128, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.012.

Ruan A G, Li J B, Hao T Y, et al. 2006. Inversion of far-field seismic waves at Shidao Seismographic Station.ActaOceanologicaSinica(in Chinese), 28(2): 85-92.

Taylor B, Hayes D E. 1983. Origin and history of the South China Sea Basin. In: Hayes D E ed. The Tectonic and Geologic Evolution of Southeast Asian Seas and Islands.GeophysicalMonograph, vol. 27. Washington, DC: AGU.

Wei X. 2006. Forming condition of Late-Cenozoic reef facies Carbonate rocks in Xisha sea area and their oil and gas exploration potential [Ph. D. thesis] (in Chinese). Beijing: China University of Geosciences.

Wessel P, Smith W H F. 1995. New version of the generic mapping tools released. EOS Trans. AGU, 76(33): 329.

Wu Z L, Ruan A G, Li J B, et al. 2008. New progress of deep crust sounding in the mid-northern South China Sea using Ocean Bottom Seismometers.SouthChinaJournalofSeismology(in Chinese), 28(1): 21-28.

Xia K Y, Xia Z W, Zhao M H, et al. 2014. The geological basis of the China historical sea lines in South China Sea.ActaOceanologicaSinica(in Chinese), 36(5): 77-89.

Yan P, Liu H L. 2002. Analysis on deep crust sounding results in northern margin of South China Sea.JournalofTropicalOceanography(in Chinese), 21(2): 1-12.

Sun Z, Liu HL. 2011. Preface:Conjugate continental margins of the South China Sea—natural laboratory of sedimentary process.EarthScience-JournalofChinaUniversityofGeosciences(in Chinese) , 36(5): 785-786．

Yao B C, Zeng W J, Chen Y Z, et al. 1994. Xisha trough of South China Sea—An ancient suture.MarineGeology&QuaternaryGeology(in Chinese), 14(1): 1-10.

Yin Z X, Lai M H, Xiong S B, et al. 1999. Crustal structure and velocity distribution from deep seismic sounding along the profile of Lianxian-Boluo-Gangkou in South China.ChineseJournalofGeophysics(in Chinese), 42(3): 383-392.

Zelt C A, Smith R B. 1992. Seismic traveltime inversion for 2-D crustal velocity structure.GeophysicalJournalInternational, 108(1): 16-34.

Zhang L, Zhao M H, Wang J, et al. 2013. Correction of OBS position and recent advances of 3D seismic exploration in the central Sub-basin of South China Sea.EarthScience-JournalofChinaUniversityofGeosciences(in Chinese), 38(1): 33-42.

Zhang M S. 1991. Quaternary events in Xisha coral reef region.QuaternarySciences(in Chinese), (2): 165-177.

Zhao M H, Qiu X L, Ye C M, et al. 2004. Analysis on deep crustal structure along the onshore to offshore seismic profile across the Binhai (littoral) Fault Zone in northeastern South China Sea.ChineseJournalofGeophysics(in Chinese). 2004, 47(5): 845-852.

Zhao M H, Qiu X L, Sha S H, et al. 2010. Seismic structure in the northeastern South China Sea: S-wave velocity andVp/Vsratios derived from three-component OBS data.Tectonophysics,480(1-4): 183-197.

附中文參考文獻

敖威, 趙明輝, 丘學(xué)林等. 2012. 南海西北次海盆及其鄰區(qū)地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造意義. 地球科學(xué)—中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報, 37(4): 779-790. 蔡周榮, 夏斌, 萬志峰等.2008. 南海西部晚漸新世主要斷裂活動特征及與紅河斷裂之關(guān)系. 大地構(gòu)造與成礦學(xué). 32(4):436-440.丁巍偉, 黎明碧, 趙俐紅等. 2009. 南海西北次海盆新生代構(gòu)造—沉積特征及伸展模式探討. 地學(xué)前緣, 16(4): 147-156.

黃海波, 丘學(xué)林, 徐輝龍等. 2011. 南海西沙地塊島嶼地震觀測和海陸聯(lián)測初步結(jié)果. 地球物理學(xué)報, 54(12): 3161-3170, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.016.

丘學(xué)林, 周蒂, 夏戡原等. 2000. 南海西沙海槽地殼結(jié)構(gòu)的海底地震儀探測與研究. 熱帶海洋學(xué)報, 19(2): 9-18.

丘學(xué)林, 曾剛平, 胥頤等. 2006. 南海西沙石島地震臺下的地殼結(jié)構(gòu)研究. 地球物理學(xué)報, 49(6): 1720-1729.

丘學(xué)林, 趙明輝, 敖威等. 2011. 南海西南次海盆與南沙地塊的OBS探測和地殼結(jié)構(gòu). 地球物理學(xué)報, 54(12): 3117-3128, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.012.

阮愛國, 李家彪, 郝天姚等. 2006. 石島地震臺遠震記錄反演研究. 海洋學(xué)報, 28(2): 85-92.

孫珍，劉海齡．2011. 序：南海邊緣海共軛陸緣構(gòu)造—沉積過程研究的天然實驗室．地球科學(xué)—中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，36(5)：785-786．

魏喜. 2006. 西沙海域晚新生代礁相碳酸鹽巖形成條件及油氣勘探前景 [博士論文]. 北京: 中國地質(zhì)大學(xué).

吳振利, 阮愛國, 李家彪等. 2008. 南海中北部地殼深部結(jié)構(gòu)探測新進展. 華南地震, 28(1): 21-28.

夏戡原, 夏綜萬, 趙明輝等. 2014. 我國南海歷史性水域線的地質(zhì)特征. 海洋學(xué)報, 36(5): 77-89.

閻貧, 劉海齡. 2002. 南海北部陸緣地殼結(jié)構(gòu)探測結(jié)果分析. 熱帶海洋學(xué)報, 21(2): 1-12.

姚伯初, 曾維軍, 陳藝中等. 1994. 南海西沙海槽, 一條古縫合線. 海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì), 14(1): 1-10.

尹周勛, 賴明惠, 熊紹柏等. 1999. 華南連縣—博羅—港口地帶地殼結(jié)構(gòu)及速度分布的爆炸地震探測結(jié)果. 地球物理學(xué)報, 42(3): 383-392.

張莉, 趙明輝, 王建等. 2013. 南海中央次海盆OBS位置校正及三維地震探測新進展. 地球科學(xué)—中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報, 38(1): 33-42.

趙明輝, 丘學(xué)林, 葉春明等. 2004. 南海東北部海陸深地震聯(lián)測與濱海斷裂帶兩側(cè)地殼結(jié)構(gòu)分析. 地球物理學(xué)報. 47(5): 845-852.張明書. 1991. 西沙珊瑚礁區(qū)的第四紀事件. 第四紀研究, (2): 165-177.

(本文編輯胡素芳)

Crustal structure of Xisha block and its tectonic attributes

GUO Xiao-Ran1,2,3, ZHAO Ming-Hui1*, HUANG Hai-Bo1, QIU Xue-Lin1,WANG Jian1,3, HE En-Yuan1,3, ZHANG Jia-Zheng1

1KeyLaboratoryofMarginalSeaGeology,SouthChinaSeaInstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510301,China2XiamenCenterforSeismicSurvey,EarthquakeAdministrationofFujianProvince,Xiamen361021，China3UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

AbstractXisha block, as a micro-continental massif formed during the process of the formation of the South China Sea (SCS), has recorded important information about the evolutionary history of the SCS. The crustal structure, petrological properties and tectonic attributes of Xisha block are critical to the theory of formation and evolution of the SCS. Based on Ocean Bottom Seismometers (OBS) data acquired from Line OBS2013-3, the P-wave velocity model of Xisha block along the line is established employing the ray-tracing and forward travel-time modeling method. This velocity structure shows that the sedimentary layer is various with a velocity of 2.2～3.2 km·s-1and a thickness of 0.8～3.0 km. The basement interface is locally rugged and rough. The velocity values of the upper and lower crusts are 5.0～6.4 km·s-1and 6.5～6.9 km·s-1，and the velocity at the top of upper mantle is 8.0 km·s-1. The average crustal thickness of Xisha block is about 23 km. The thickness of the upper and lower crust is 9 km and 14 km, respectively. Moho interface lies at the depth of 23～27 km. Xisha block is a type of thinned continental crust comparing with the South China continental margin and has a size of about 9.2×105 km3calculated from the two perpendicular seismic profiles. Xisha block and Nansha block are distributed on the two sides of the spreading ridge of NW sub-basin. They are conjugate with each other since their velocity structures are very similar.

KeywordsXisha block； Deep crustal structure； Thinned continental crust； Ocean Bottom Seismometer (OBS)

基金項目國家自然科學(xué)基金(41306046,91428204,91028002，41249908)，國家基金委共享航次計劃(NORC-2013-08)共同資助.

作者簡介郭曉然，女，1989年生，碩士，研究方向為深部地球物理.E-mail:gxr19890902@126.com *通訊作者趙明輝,1967年生,女,博士，研究員.主要從事海洋地球物理與深部結(jié)構(gòu)研究.E-mail:mhzhao@scsio.ac.cn

doi:10.6038/cjg20160422 中圖分類號P315,P541

收稿日期2015-01-15，2015-04-17收修定稿

郭曉然， 趙明輝， 黃海波等. 2016. 西沙地塊地殼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造屬性.地球物理學(xué)報，59(4):1414-1425,doi:10.6038/cjg20160422.Guo X R, Zhao M H, Huang H B, et al. 2016. Crustal structure of Xisha block and its tectonic attributes.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(4):1414-1425,doi:10.6038/cjg20160422.