東南極甘布采夫冰下山脈重磁場(chǎng)特征及地殼結(jié)構(gòu)研究

東南極甘布采夫冰下山脈重磁場(chǎng)特征及地殼結(jié)構(gòu)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(gòu)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(dá)到了58km和200km,但仍缺乏對(duì)其地殼結(jié)構(gòu)和形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)。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(cè)數(shù)據(jù)以及周邊地區(qū)的地質(zhì)信息,對(duì)甘布采夫冰下山脈進(jìn)行地質(zhì)與地球物理綜合研究。本文基于東南極整體的地質(zhì)構(gòu)造背景和超級(jí)大陸聚散活動(dòng),詳細(xì)研究了甘布采夫冰下山脈地區(qū)的重磁場(chǎng)特征和地殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在對(duì)甘布采夫地區(qū)及其周邊區(qū)域的重磁場(chǎng)特征的研究中,分別對(duì)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(chǎng)特征進(jìn)行分析,結(jié)合周邊區(qū)域已有的地質(zhì)資料,圈定了具有研究?jī)r(jià)值的異常區(qū)域。然后,利用邊界識(shí)別方法(總水平導(dǎo)數(shù)、解析信號(hào)、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(gòu)造斷裂的空間展布狀態(tài)和地質(zhì)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(gòu)造斷裂帶及其次級(jí)斷裂和逆沖推覆構(gòu)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?qū)?shù)平均功率譜分析法和Parker-Oldenburg迭代反演,計(jì)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(dòng)力結(jié)構(gòu)。利用磁單點(diǎn)定位法和歐拉三維反褶積法計(jì)算了甘布采夫冰下山脈北側(cè)的疑似侵入體的空間位置,并推測(cè)其可能與格林威爾時(shí)期的巖漿侵入有關(guān),而后又經(jīng)歷了晚新元古代-早古生代高級(jí)構(gòu)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(cè)數(shù)據(jù),作為重磁場(chǎng)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(jié)構(gòu)?；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(duì)該地區(qū)的下地殼密度界面進(jìn)行研究。接著,本文利用小波多尺度分解,對(duì)甘布采夫地區(qū)的布格重力異常場(chǎng)進(jìn)行3-6層的分解,并分別研究分解后的區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)。根據(jù)5階小波局部重力異常的梯級(jí)帶的分布與走向,劃分出了9條斷裂構(gòu)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(guān)。此外,在天然地震點(diǎn)、小波分解和徑向?qū)?shù)平均功率譜的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)和巖石圈特性。最后,基于Airy均衡模型,計(jì)算了在冰蓋影響下的山根厚度,進(jìn)而推測(cè)甘布采夫地區(qū)上覆巨厚的冰蓋對(duì)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(jié)構(gòu),本文結(jié)合天然地震觀測(cè)點(diǎn)、航空重磁異常特征及反演結(jié)果和甘布采夫周邊區(qū)域的地質(zhì)資料,對(duì)甘布采夫冰下山脈地區(qū)進(jìn)行二維地質(zhì)與地球物理建模。從模型中,基于重磁場(chǎng)異常特征,將甘布采夫地區(qū)劃分出不同的地質(zhì)區(qū)塊。同時(shí),結(jié)合前文的研究結(jié)果分別對(duì)不同的地質(zhì)區(qū)塊加以約束,以提供更多的地質(zhì)信息。最終,對(duì)甘布采夫冰下山脈的起源和地質(zhì)演化機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的探討,在前人的研究基礎(chǔ)上提出了一種關(guān)于甘布采夫冰下山脈形成及地質(zhì)演化的觀點(diǎn)。早期的甘布采夫山形成于岡瓦納超級(jí)大陸匯聚時(shí)的泛非造山時(shí)期(600-500Ma)。隨后,由于氣候因素,甘布采夫山脈遭受了強(qiáng)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(jì)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(shí),由于上地幔鎂鐵質(zhì)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(dá)到了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。甘布采夫山的進(jìn)一步抬升可能發(fā)生于白堊紀(jì)(～130Ma)岡瓦納大陸的裂解時(shí)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(jí)大陸裂解之后,南極板塊往南漂移,逐漸進(jìn)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