近日，中国科学院海洋研究所海底构造与地球物理研究组基于菲律宾海板块周边陆地台站和海底地震仪记录的背景噪声数据，开展了三维横波速度方位各向异性层析成像研究，揭示了东向地幔流对菲律宾海内部及周边边缘海盆地岩石圈形成与演化的控制作用。研究成果以“Lithospheric Structures of Marginal Sea Basins in and around the Philippine Sea Plate Shaped by Eastward Mantle Flow”为题发表在地学领域期刊 Geophysical Research Letters。
边缘海盆地构造演化研究对深入认识大陆与大洋板块的相互作用、大陆边缘演化、全球板块构造以及矿产资源形成等，均具有重要的科学意义。菲律宾海内部及周边发育有不同时期、不同成因的边缘海盆地，是研究边缘海盆地形成演化的理想场所。然而，目前对菲律宾海内部的西菲律宾海盆和周边的南海海盆等边缘海盆地的成因，尤其是岩石圈的形成演化仍存在争议。
研究团队利用菲律宾海板块内部及周边大量陆地台站和海底地震仪记录的环境噪声数据，反演获得了研究区岩石圈尺度的横波速度方位各向异性结构（图1）。结果表明，在10 km深度，西菲律宾海盆和南海海盆均表现为近似南－北向的方位各向异性，与海底扩张方向基本一致，指示了西菲律宾海盆和南海海盆的洋壳是由正常的海底扩张形成，未受到其他构造作用的影响。与之不同的是，西菲律宾海盆北部在40-90 km深度表现为近似东－西向的方位各向异性，南海海盆在20-60 km深度表现为近似北东－南西向的方位各向异性，均近似垂直于海底扩张方向。研究人员推测，西菲律宾海盆扩张结束后，东向地幔流重塑了西菲律宾海盆北部岩石圈地幔，导致橄榄岩晶体重新定向排列，形成东－西向的方位各向异性；而南海海盆则在扩张过程中就受到了东向地幔流的控制，形成北东－南西的方位各向异性（图2）。
研究表明，自渐新世以来，东向地幔流对菲律宾海内部及周边边缘海盆地的岩石圈结构具有显著控制作用。该成果对认识整个东亚大陆边缘海盆地深部结构、岩石圈形成机制及其变形过程具有重要意义。
图1 菲律宾海板块及周边壳幔横波速度和方位各向异性
图2 菲律宾海板块及周边边缘海盆地岩石圈形成演化过程图解
（a）第一阶段：~35 Ma以前，西菲律宾海盆岩石圈正常扩张及下部岩石圈地幔破坏；（b）第二阶段：~35 Ma-15 Ma，东向地幔流对南海海盆岩石圈地幔形成及西菲律宾海盆岩石圈地幔重形成的影响；（c）第三阶段：15 Ma 以后，东向地幔流对南海和菲律宾海南部深部软流圈的影响
论文第一作者为中国科学院海洋研究所李翠琳副研究员，通讯作者为范建柯研究员，论文合作者还包括中国科学院海洋研究所董冬冬研究员和吴晓阳博士后，中国科学技术大学冯吉坤副教授、日本东北大学赵大鹏教授、加拿大维多利亚大学Stan Dosso教授。上述研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。研究中海底地震仪数据依托“科学”号科考船、“嘉庚”号科考船和“实验2”号科考船获得。
