東南極甘布采夫冰下山脈重磁場特征及地殼結構研究

東南極甘布采夫冰下山脈重磁場特征及地殼結構研究甘布采夫冰下山脈坐落于東南極中部,整座山脈被完全埋藏于東南極冰蓋之下,因而成為全球構造特征最為神秘的地方之一。山脈之下的地殼厚度和巖石圈厚度分別達到了58km和200km,但仍缺乏對其地殼結構和形成機制的認識。本文基于甘布采夫及其附近區(qū)域的航空重磁、衛(wèi)星重磁、冰下地形、天然地震觀測數(shù)據(jù)以及周邊地區(qū)的地質信息,對甘布采夫冰下山脈進行地質與地球物理綜合研究。本文基于東南極整體的地質構造背景和超級大陸聚散活動,詳細研究了甘布采夫冰下山脈地區(qū)的重磁場特征和地殼結構特點。在對甘布采夫地區(qū)及其周邊區(qū)域的重磁場特征的研究中,分別對航空和衛(wèi)星磁異常及重力異常(自由空氣重力異常和布格重力異常)的位場特征進行分析,結合周邊區(qū)域已有的地質資料,圈定了具有研究價值的異常區(qū)域。然后,利用邊界識別方法(總水平導數(shù)、解析信號、傾斜角、θ圖以及特征值分析法)研究了甘布采夫冰下山脈地區(qū)的構造斷裂的空間展布狀態(tài)和地質體的分布情況。研究發(fā)現(xiàn)甘布采夫冰下山脈地區(qū)分布了多條構造斷裂帶及其次級斷裂和逆沖推覆構造?；诟什疾煞虮律矫}地區(qū)的航磁異常,利用一維和二維徑向對數(shù)平均功率譜分析法和Parker-Oldenburg迭代反演,計算了磁性基底的深度,研究甘布采夫地區(qū)的居里面起伏以及熱動力結構。利用磁單點定位法和歐拉三維反褶積法計算了甘布采夫冰下山脈北側的疑似侵入體的空間位置,并推測其可能與格林威爾時期的巖漿侵入有關,而后又經(jīng)歷了晚新元古代-早古生代高級構造作用。布格重力異常通常反映了下地殼密度界面的起伏信息。GAMSEIS天然地震觀測數(shù)據(jù),作為重磁場研究的重要的約束信息,可以很好地探明地殼和地幔的深部結構?；跂|南極甘布采夫冰下山脈地區(qū)的GAMSEIS天然地震數(shù)據(jù)和布格重力異常,本文對該地區(qū)的下地殼密度界面進行研究。接著,本文利用小波多尺度分解,對甘布采夫地區(qū)的布格重力異常場進行3-6層的分解,并分別研究分解后的區(qū)域場和局部場。根據(jù)5階小波局部重力異常的梯級帶的分布與走向,劃分出了9條斷裂構造。經(jīng)過6階小波分解后的局部重力異常,出現(xiàn)的重力高值區(qū)塊可能與甘布采夫地區(qū)的高密度下地殼相關。此外,在天然地震點、小波分解和徑向對數(shù)平均功率譜的基礎上,利用Parker-Oldenburg密度界面迭代法反演甘布采夫地區(qū)的莫霍面深度,研究甘布采夫冰下山脈的地殼結構和巖石圈特性。最后,基于Airy均衡模型,計算了在冰蓋影響下的山根厚度,進而推測甘布采夫地區(qū)上覆巨厚的冰蓋對地殼增厚的影響。為了更好地研究甘布采夫冰下山脈地區(qū)的地殼結構,本文結合天然地震觀測點、航空重磁異常特征及反演結果和甘布采夫周邊區(qū)域的地質資料,對甘布采夫冰下山脈地區(qū)進行二維地質與地球物理建模。從模型中,基于重磁場異常特征,將甘布采夫地區(qū)劃分出不同的地質區(qū)塊。同時,結合前文的研究結果分別對不同的地質區(qū)塊加以約束,以提供更多的地質信息。最終,對甘布采夫冰下山脈的起源和地質演化機制進行系統(tǒng)的探討,在前人的研究基礎上提出了一種關于甘布采夫冰下山脈形成及地質演化的觀點。早期的甘布采夫山形成于岡瓦納超級大陸匯聚時的泛非造山時期(600-500Ma)。隨后,由于氣候因素,甘布采夫山脈遭受了強烈的地表剝蝕作用,山體受到了較大范圍的剝蝕,但山根的主體被保留了下來。隨著剝蝕的加劇,到了三疊紀早期(～250Ma),在地殼的脆性薄弱帶發(fā)生了斷裂,并發(fā)育為地塹式的裂谷系統(tǒng)。同時,由于上地幔鎂鐵質巖漿的底侵作用,形成了高密度的下地殼,并增厚了地殼的厚度。在此期間,隆升后的甘布采夫山表面沉積物遭受了一定程度的剝蝕,山體隆升量與剝蝕量基本達到了一個動態(tài)平衡。甘布采夫山的進一步抬升可能發(fā)生于白堊紀(～130Ma)岡瓦納大陸的裂解時期,可能受到了來自巖石圈底部的Kerguelen地幔柱上涌的影響。岡瓦納超級大陸裂解之后,南極板塊往南漂移,逐漸進入高緯度區(qū)域,氣候也逐漸變得干燥,其地表剝蝕速率也大大減小