李官保，劉晨光，華清鋒，韓國忠，劉保華

（1.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島 266061；2.國家海洋局海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島 266061；3.國家深?；毓芾碇行模綎|青島266061）

北冰洋楚科奇邊緣地的地球物理場與構(gòu)造格局

李官保1，2，劉晨光1，2，華清鋒1，2，韓國忠1，2，劉保華2，3

（1.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島 266061；2.國家海洋局海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島 266061；3.國家深海基地管理中心，山東青島266061）

利用高分辨率水深、重力、地磁和多道反射地震數(shù)據(jù)，綜合分析了楚科奇邊緣地及其周邊區(qū)域的地形地貌和地球物理場特征，劃分了區(qū)域構(gòu)造單元。研究表明，楚科奇邊緣地不僅是楚科奇大陸架外緣獨特的地形單元，也是一個相對獨立的構(gòu)造單元，與周邊的加拿大洋盆、阿爾法－門捷列夫大火山巖省、北楚科奇陸架盆地和阿拉斯加被動陸緣等構(gòu)造單元在地球物理場和區(qū)域構(gòu)造上具有截然不同的特征。楚科奇邊緣地是一個地殼減薄的微陸塊，新生代早、中期發(fā)生了大規(guī)模的E－W向構(gòu)造拉伸作用，基底斷塊的差異性升降塑造了當前的地形地貌和沉積層的發(fā)育。邊緣地可能形成于北楚科奇盆地侏羅紀－早白堊紀的張裂作用，而內(nèi)部盆－脊相間排列的構(gòu)造格局則可能與加拿大海盆相邊緣地俯沖作用停止后的均衡調(diào)整有關(guān)。

楚科奇邊緣地；地球物理場；構(gòu)造單元；構(gòu)造演化

1 引言

楚科奇邊緣地（Chukchi Borderland）是北冰洋獨特的地理單元，位于楚科奇陸架和加拿大海盆結(jié)合部位，是一個向海盆突出的水下高地。邊緣地向南正對白令海峽，地理位置十分重要，是中國歷次北極科學考察的必經(jīng)之地。北冰洋由于常年被海冰覆蓋，海上調(diào)查資料獲取困難，致使對其地質(zhì)歷史的認識仍然處于起步階段。楚科奇邊緣地構(gòu)造位置特殊［1］，其成因演化是在研究加拿大海盆演化模式時無法回避的難題［2—5］。楚科奇邊緣地的構(gòu)造邊界、形成時代、演化過程及其與相鄰海盆演化的關(guān)系是目前北極研究的前沿課題，也是IODP等國際重大計劃重點關(guān)注的問題［6］。地球物理綜合分析方法是區(qū)域構(gòu)造研究的重要方法之一，不僅能夠揭示殼幔結(jié)構(gòu)特征，而且對于區(qū)域構(gòu)造演化有重要的指示意義。為此，本文基于最新收集的地球物理資料，利用多道地震剖面闡釋了楚科奇邊緣地的地層發(fā)育和構(gòu)造活動特征，結(jié)合地球物理場特征的分析，嘗試劃分了區(qū)域構(gòu)造單元，并就楚科奇邊緣地的形成演化過程及其與周邊構(gòu)造演化的關(guān)系進行了探討。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

除了周邊的陸架海域和島嶼，北冰洋中心區(qū)可以劃分為兩個大的深水盆地：歐亞海盆和美亞海盆，兩個洋盆之間橫亙著陸殼性質(zhì)的水深較淺的羅莫諾索夫海嶺［7—8］。

歐亞海盆是一個正在擴張的大洋盆地，被其擴張中心——加克海脊（Gakkel Ridge）分為南森海盆和阿姆森海盆兩部分。由于沿海脊兩側(cè)可識別出清晰的磁異常條帶，歐亞海盆被認為遵循與目前全球活動洋底類似的擴張模式，其初始擴張出現(xiàn)在距今56 Ma前后［9—12］。在加克海脊發(fā)現(xiàn)了大量海底活動熱液盆口，表明海盆仍處于持續(xù)擴張過程中，并成為現(xiàn)代超慢速海底擴張研究的焦點地區(qū)［7，13］。

美亞海盆包括加拿大海盆、楚科奇邊緣地、阿爾法－門捷列夫海嶺和馬卡洛夫海盆4個部分。較之歐亞海盆，美亞海盆的構(gòu)造格局和演化要復雜得多，也存在很多爭議。目前得到公認的是加拿大海盆的洋殼性質(zhì)［4，14—16］，而加拿大海盆中央的一條近N－S向線性重力異常低值帶——弱磁異常帶，則多被解釋為古擴張中心所在位置［4，17—19］。爭議最大的是海盆的演化模式，至少已經(jīng)有4種模式被先后提出來［2，3，5，20］，其中逆時針旋轉(zhuǎn)擴張模式受到越來越多的關(guān)注，該模式提出以羅莫諾索夫海嶺作為轉(zhuǎn)換斷層，北極阿拉斯加－楚科塔微板塊裂通過逆時針旋轉(zhuǎn)的方式自北極加拿大裂離［4，21—23］（圖1）。

圖1 研究區(qū)地理位置（a）和地形地貌圖（b）Fig.1 Regional bathymetry map of the Arctic Ocean（a）and location of the study area（b）

楚科奇邊緣地在白令海峽以北的大陸架外緣顯著地伸入深海盆中，導致北極阿拉斯加陸緣斜坡帶相對平緩的走向發(fā)生劇烈的轉(zhuǎn)折。楚科奇邊緣地的陸殼性質(zhì)很早就被認識到［1，15，19，24—25］，海底取樣的結(jié)果也表明其最老的地層早至古生界［26］，而加拿大海盆擴張的開始一般認為在晚侏羅紀或早白堊紀（雖然尚無定論）［17，18，21，27—28］，因此楚科奇邊緣地是疊置在海盆中的一個早期陸塊，這表明邊緣地與加拿大海盆的演化必然存在的密切聯(lián)系，任何海盆的演化模式都需要合理解釋邊緣地的成因和演化。逆時針旋轉(zhuǎn)擴張模式認為加拿大海盆以麥肯茲三角洲為旋轉(zhuǎn)極發(fā)生了66°的逆時針旋轉(zhuǎn)，而楚科奇邊緣地與北極加拿大一側(cè)的斯韋爾德魯普（Sverdrup）盆地則通過這次旋轉(zhuǎn)運動而分開。Grantz等［23］根據(jù)邊緣地與相鄰的門捷列夫－阿爾法海嶺之間地磁場的差異，提出楚科奇邊緣地以北風海脊的南端為軸心曾發(fā)生了順時針的旋轉(zhuǎn)，這次旋轉(zhuǎn)事件發(fā)生在加拿大海盆擴張的中間時期，并與海盆擴張相伴發(fā)生（圖1）。Miller等［5］則認為羅莫諾索夫海嶺為擴張中心的海底擴張導致了邊緣地與斯韋爾德魯普盆地的分開，也就是邊緣地的北界最初是與斯韋爾德魯普盆地相接的。

無論何種模式，楚科奇邊緣地的構(gòu)造演化及其與周邊盆地之間的相互作用必然會保存在邊緣地內(nèi)部的地質(zhì)記錄中，并且影響到現(xiàn)今的地球物理場格局。近年來，隨著國際上諸如ArcGP、IBCAO等一系列計劃的實施以及包括中國在內(nèi)各國大量北極考察航次［29—30］的執(zhí)行，關(guān)于北極地球物理方面的資料不斷得到豐富和更新，這為綜合分析楚科奇邊緣地的構(gòu)造演化提供了更好的資料基礎(chǔ)。

3 資料與方法

本文的水深資料來自于北冰洋國際水深圖計劃（IBCAO）最新發(fā)布的3.0版北極水深網(wǎng)格數(shù)據(jù)［31］，該版本融合了近10余年的40余個調(diào)查航次的多波束、單波束測深數(shù)據(jù)以及其他來源的數(shù)據(jù)，網(wǎng)格間距達到500 m×500 m，較以前的版本能夠更加精細地對海底地形地貌進行刻畫。

利用衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)反演的重力異常場目前已經(jīng)覆蓋整個北極地區(qū)，相比較而言，受海冰影響，海洋重力調(diào)查測線仍然較稀疏，不足以反映區(qū)域重力場的細節(jié)。1998年以來啟動的ArcGP計劃融合航空、海洋和衛(wèi)星等方式測量的重力資料編制極地重力場圖件，已經(jīng)多次發(fā)布64°N以北的空間重力場數(shù)據(jù)集，本文采用了其最新版本，網(wǎng)格間距為10 km×10 km［32］。同樣由于海冰的原因，北極地磁數(shù)據(jù)主要來自航空地磁測量。本文選用了美國NGDC的EMAG2世界地磁網(wǎng)格數(shù)據(jù)，網(wǎng)格間距為2′×2′［33］。該數(shù)據(jù)在北極地區(qū)基本不存在空白區(qū)，很好地反映了區(qū)域整體磁場特征。

2005年，美國海岸警衛(wèi)隊（USCG）的Healy破冰船完成了楚科奇邊緣地和門捷列夫海嶺的多道地震測量［34］，其中楚科奇邊緣地的測線長度達780 km（測線位置見圖1）。本文對測線數(shù)據(jù)進行了處理和解譯，根據(jù)剖面分析了邊緣地內(nèi)部的沉積層發(fā)育和聲學基底起伏狀態(tài)。此外，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）于1977—1993年在北風海脊和加拿大海盆、德國Alfred-Wagner研究所（AWI）于2008年在邊緣地西南緣和門捷列夫海嶺之間也完成了多條多道地震測線［26，35—36］，本文也參考了其中部分測線的解譯結(jié)果。

文中首先基于水深數(shù)據(jù)分析了研究區(qū)的地形地貌特征，其次利用地震剖面解譯闡述了地層發(fā)育特點和構(gòu)造活動類型，然后結(jié)合重、磁場分析結(jié)果劃分了研究區(qū)的構(gòu)造單元，最后根據(jù)反演的地殼結(jié)構(gòu)，并聯(lián)系洋底擴張理論探討了研究區(qū)的構(gòu)造成因及其與周邊、特別是加拿大海盆演化的關(guān)系。勢場分析主要是利用空間重力網(wǎng)格數(shù)據(jù)計算了區(qū)域布格重力異常，并反演了莫霍面深度，結(jié)合磁異常場，綜合分析了研究區(qū)的構(gòu)造格局。反射地震剖面解譯參考了Hegawald和Jokat［36］從阿拉斯加西北陸架淺海的5個鉆孔［37］向邊緣地進行剖面追蹤的結(jié)果，據(jù)此推斷了邊緣地基底以上沉積層的時代，并識別了沉積層內(nèi)發(fā)育的斷層構(gòu)造。

4 結(jié)果

4.1 地形地貌特征

研究區(qū)以楚科奇邊緣地為中心，四周分布著淺海陸架、深海盆地、深海平原和海嶺等地貌類型。楚科奇邊緣地是一個南北長約600 km、東西寬約400 km的水下高地，除了南端與水深較淺的楚科奇陸架相連外，向另3個方向分別與加拿大海盆、楚科奇深海平原［26，36］（或稱門捷列夫海盆［38］、楚科奇－門捷列夫海盆［39］）和門捷列夫深海平原之間的高差均超過2 000 m，與加拿大海盆之間甚至達3 000 m以上，而且均發(fā)育較陡的斜坡，其中與加拿大海盆之間的北風陡崖（Northwind Escarpment）坡度高達10°～20°。

邊緣地水深整體上呈北深南淺、東深西淺變化，內(nèi)部水深變化大，相對落差超過2 000 m，呈現(xiàn)槽－脊近平行相間排列的格局。自西向東可分為3個近N－S走向的地形單元，依次為楚科奇海臺、北風深海平原（Northwind Abyssal Plain）和北風海脊（見圖1）。楚科奇海臺水深在700 m以內(nèi)，呈兩端寬中間窄的啞鈴狀，被中部狹窄的淺水谷地分成楚科奇頂蓋（Chukchi Cap）和楚科奇隆起（Chukchi Rise）兩部分［40—41］，前者位于北部，呈穹窿狀，頂部最小水深180 m左右；后者位于南部，水深略大，最淺280 m左右。北風海脊水深一般在800～1 500 m以內(nèi)，平均水深大于楚科奇海臺，中間寬兩端尖，略呈梭形，南部淺、起伏小，以水下臺地為主，間有深水溝谷；北部深、起伏大，多水下深淵。北風深海平原是位于楚科奇海臺和北風海脊之間的負地形單元，平均水深在2 000 m以上，內(nèi)部包含多個近似平行的小海槽，中段和南段水深變化大，多水下小突起，北端通過一條彎曲的水下谷地過渡到加拿大海盆。

4.2 地層與構(gòu)造特征

多道地震剖面顯示，楚科奇邊緣地整體上為聲學基底隆起帶。厚層沉積物主要分布在深海平原以及水下深淵部位，北風海脊和楚科奇海臺兩個水下高地的沉積層厚度小。沉積厚度與水深地形呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性，基底沉降則對沉積層的發(fā)育起到了至關(guān)重要的控制作用。沉積厚度南厚北薄，顯示物源來自于陸架，是陸架沉積的延伸。

沉積層垂向上可分為3個層序（圖2），最下部層序U1解釋為聲學基底，頂面為強振幅連續(xù)反射，在邊緣地的各條剖面上均可連續(xù)追蹤，內(nèi)部以雜亂反射為主，局部頂面附近可以識別出內(nèi)部次級反射面。折射浮標資料顯示基底聲速為5.2 km／s，推測為早期的沉積地層或者火山巖層［36，39，42］?；妆淮罅繑鄬忧懈?，在水下洼地部位斷層尤為發(fā)育，基底面橫向起伏較大，呈半地塹狀構(gòu)造。向陸架方向，由于沉積物供應(yīng)量增加，基底埋深增大。

圖2 多道地震剖面揭示的楚科奇邊緣地的沉積地層層序和斷層構(gòu)造（測線位置見圖9）Fig.2 Seismic sequences and fault structures in Chukchi Borderland（refer to Fig.9 for the profile location）

層序U2主要位于邊緣地內(nèi)部的深水谷地內(nèi)，在海臺、海脊以及深海平原中的局部隆起部位不發(fā)育（圖2、圖3）。U2覆蓋在聲學基底之上，可分為上下兩層，下層U21為弱振幅、平行反射為主的傾斜反射層，與基底呈不整合接觸關(guān)系；上層U22為強振幅、平行反射，內(nèi)部反射層向斷層方向傾斜。如以平均聲速2.3 km／s［36］計算，U21的平均厚度在500 m左右，分布受到基底斷陷的控制，橫向厚度變大，為斷層發(fā)育過程中沉積物持續(xù)充填的結(jié)果。U22平均厚度小于U21，同樣受到基地斷裂構(gòu)造切割，內(nèi)部反射層傾角較小。

圖3 多道地震剖面揭示的深水谷地的半地塹構(gòu)造以及高地上出露的基底（測線位置見圖9）Fig.3 Half-graben structures in deep trough and outcropped basement in Chukchi Borderland（refer to Fig.9 for the profile location）

圖4 多道地震剖面揭示的楚科奇邊緣地與加拿大海盆結(jié)合部的沉積地層層序和斷層構(gòu)造以及基底內(nèi)部結(jié)構(gòu)（測線位置見圖9）Fig.4 Seismic sequences，fault structures and basement inner substrata at the binding zone between Chukchi Borderland and Canada Basin（refer to Fig.9 for the profile location）

層序U3位于剖面最上部，為可連續(xù)追蹤的半透明平行反射層，具席狀外形，被一條中等強度反射界面分為上下兩層，下層U31內(nèi)部成層性好于上層U32，兩者之間為假整合接觸，可能反映了物源和沉積動力等方面的沉積環(huán)境的變化。U3厚度一般在500 ms以內(nèi)，橫向變化較小。U3僅在很少部位受斷層切割，與下部斷層的后期持續(xù)活動有關(guān)。U3以區(qū)域性不整合面與下伏層序U2分開，或者直接覆蓋在聲學基底之上。

楚科奇邊緣地缺少深鉆井，因此無法直接確定地震地層的時代。Hagewald和Jokat［36］根據(jù)阿拉斯加西北部陸架5口油氣鉆井的地層資料［37］、過井地震剖面和AWI 2008年的地震剖面推斷，在楚科奇海臺的西南部發(fā)育了古近紀以來的沉積地層，南端靠近陸架沉積盆地處可能存在白堊系。其中古近系受基底斷層活動控制明顯，且與新近系之間存在類似于U2和U3之間的清晰的不整合面；而新近系的中新統(tǒng)與上覆上新統(tǒng)和第四系存在沉積相的顯著變化，與次級層序U31和U32相似。據(jù)此推測，楚科奇邊緣地的沉積地層主要形成于新生代，U2和U3可能分別對應(yīng)古近紀和新近紀——第四紀地層，兩者內(nèi)部的兩個次級層序界面可能分別對應(yīng)漸新統(tǒng)和上新統(tǒng)的底界面。而在橫貫邊緣地東緣與加拿大海盆的地震剖面上，雖然基底斷塊上升影響了兩者之間的反射界面追蹤，但根據(jù)Grantz等［35，43］對加拿大海盆地震地層反射特征和時代的判定，認為在加拿大海盆一側(cè)，古近系之下存在一套白堊紀地層，該地層同樣受到基底斷層構(gòu)造的影響（圖4），但斷層切割僅限于古近系和前新生代地層，反映邊緣地與加拿大海盆在構(gòu)造演化上的差異。較之于陸架和加拿大海盆的厚層沉積［43—45］，楚科奇邊緣地的沉積厚度是顯著減薄的，其中隆起多在1 km以內(nèi)，凹陷處不過2～3 km，而基底之上的不整合面也顯示了邊緣地曾長期處于隆升侵蝕狀態(tài)。

4.3 地球物理場特征

在研究區(qū)空間重力異常圖（見圖5a）上，楚科奇邊緣地正負相間的重力異常高十分明顯，不同于加拿大海盆較為平緩的低重力異常，也與楚科奇大陸架平緩異常背景上的局部團塊狀異常高以及門捷列夫海嶺的橫向強烈變化的小團塊狀正異常格局有顯著差別。類似的異常分區(qū)在研究區(qū)布格重力異常圖上也有清晰的顯示（見圖5b）。在與加拿大海盆相接的北風陡崖外側(cè)，橫亙著一條狹長的弧形負異常帶（見圖5a），將北風海脊的線狀正異常帶和加拿大海盆西側(cè)的團塊狀低值正異常區(qū)分開。布格異常圖上（見圖5b），該弧形異常帶則表現(xiàn)為強異常梯度帶，顯示兩側(cè)的莫霍面埋深和地殼性質(zhì)有很大差異，這與一般認為的加拿大海盆為地殼厚度較小的洋殼，楚科奇邊緣地為地殼厚度較大的微陸塊的觀點一致［24，26］。布格重力異常梯度帶還存在于楚科奇邊緣地的西側(cè)和北側(cè)，但梯度略小。其中西側(cè)與楚科奇深海平原之間的異常梯度帶大致呈NNW走向，北側(cè)與門捷列夫深海平原相接處的走向則變化較大，特別是在北風深海平原的北端，異常帶發(fā)生劇烈的向南的彎曲。無論是空間重力異常還是布格重力異常，邊緣地與楚科奇陸架之間均顯示為過渡關(guān)系，至少可以說明，兩者在地殼性質(zhì)上存在很大的相似性。

圖5 研究區(qū)空間重力異常渲染圖（a）和布格重力異常渲染圖（b）Fig.5 Free-air gravity anomaly map（a）and bouguer gravity anomaly map（b）of the study area

在楚科奇邊緣地內(nèi)部，NNE走向線狀空間重力異常高與基底隆起帶大致吻合，而異常低值帶則對應(yīng)基底斷陷帶（圖5a），沿地震剖面的水深和基底起伏與空間重力異常值的變化在曲線形態(tài)上極為相似（圖6），反映出水深和沉積物厚度變化對空間重力異常分布的控制作用。布格重力異常圖（圖5b）則從更大尺度上揭示了邊緣地的東西分帶特征，即在東西兩個重力低值帶中間存在一個重力高值帶，三者大致平行，表明邊緣地中部存在莫霍面的隆起帶。剖面上，布格異常沿A－A′剖面的平緩變化顯示了邊緣地深部結(jié)構(gòu)的南北向相對均一性（圖6a），而B－B′剖面布格異常曲線的起伏較大，大致與基底起伏相反，顯示地殼的均衡補償效應(yīng)（圖6b）。

圖6 穿過楚科奇邊緣地的兩條綜合剖面圖（剖面位置見圖9）Fig.6 Comprehensive interpretation profiles in the Chukchi Borderland（refer to Fig.9 for the profile location）

在研究區(qū)地磁異常圖上（見圖7），楚科奇邊緣地以平緩變化的負異常為主，異常值在西部較東部略高（見圖6b），可能表明東西部基底巖性存在差異。西部存在兩條大致NS走向的正異常帶，其中一條位于楚科奇海臺中部，另一條則位于楚科奇海臺與北風深海平原相接部位。邊緣地以東的加拿大海盆為平緩變化的低異常區(qū)，兩者之間存在一條高異常帶，北段異常值高于南段，而且與水深梯度帶的吻合程度也高于南段。楚科奇邊緣地以北和以西均顯示為大面積的雜亂分布的團塊狀正負異常區(qū)，異常值遠高于相鄰區(qū)域，表明其基底巖性具有強磁性，屬于中生代形成的阿爾法－門捷列夫大火山巖省，該火山巖省的成因尚無定論，可能屬于環(huán)北極大火山巖省的一部分［23］。加拿大海盆巨厚的沉積層可能掩蓋了磁異常的條帶，導致解釋的困難［4，23］。

圖7研究區(qū)磁異常渲染圖Fig.7 Magnetic anomaly map of the study area

無論在重力異常圖和地磁異常圖上，位于楚科奇邊緣地西南端均可以看到一個NW走向的異常區(qū)（圖5和圖7中的A區(qū)），表現(xiàn)為高空間重力異常、中低布格重力異常和高地磁異常，位于邊緣地與北楚科奇海盆的交界處。

5 討論

5.1 研究區(qū)構(gòu)造格架

根據(jù)楚科奇邊緣地與周邊區(qū)域在地球物理場和地層發(fā)育方面的差異，將研究區(qū)劃分為5個不同的構(gòu)造單元，即楚科奇微陸塊（CMP）、加拿大洋盆（COB）、阿爾法－門捷列夫大火山巖?。ˋMLIP）、北楚科奇陸架盆地（NCSB）和阿拉斯加被動大陸邊緣帶（APMB），其中楚科奇微陸塊內(nèi)部可進一劃分為楚科奇隆起帶、北風斷陷盆地和北風隆起帶3個次級單元（圖9）。本劃分方案不僅將楚科奇微陸塊視為相對獨立的構(gòu)造單元，而且反映了微陸塊與周邊地塊在成因上的區(qū)別與聯(lián)系。

圖8 研究區(qū)莫霍面等深圖Fig.8 Contour map of Moho depth of the study area

圖9 研究區(qū)構(gòu)造格架圖Fig.9 Tectonic framework of the study area

楚科奇微陸塊范圍大致與地理上的楚科奇邊緣地重合，以輕微減薄的陸殼為特點，基底巖性復雜，Grantz等［26］利用活塞取樣器和箱式取樣器在北風海脊發(fā)現(xiàn)了早至寒武紀的基底巖石，認為與加拿大斯韋爾德魯普島的巖性成分相近。微陸塊中部存在近N－S走向的莫霍面隆起帶，自西向東將之分為楚科奇隆起帶、北風斷陷盆地和北風隆起帶3個部分，范圍大致與楚科奇海臺、北風深海平原和北風海脊3個地理單元相當。3個構(gòu)造帶的地殼厚度存在5 km左右的差別。減薄的陸殼厚度約19～24 km（見圖8），北風斷陷盆地減薄尤為嚴重，可能是東西擴張蠕散或者地幔上拱頂托的結(jié)果。

加拿大洋盆地殼性質(zhì)為典型的洋殼，厚度在10 km以內(nèi)。其中包含了平均厚度超過4 km的厚層大洋沉積物［29］，沉積厚度自大陸邊緣向洋盆內(nèi)部逐漸減薄。洋盆中部基底略有抬升，發(fā)育密集正斷層和地塹構(gòu)造，推測為消亡的擴張中脊，中脊在重力異常圖上有較明顯顯示，為一條線性低異常帶，在73°N以北走向近N－S，以南則轉(zhuǎn)為NE向，延入麥肯茲灣。

阿爾法－門捷列夫大火山巖省位于美亞海盆北部，涵蓋羅莫諾索夫海嶺與加拿大海盆之間的區(qū)域，以大范圍的劇烈變化的地磁異常區(qū)為典型特征，地殼結(jié)構(gòu)探測顯示具有與水下火山脊相近的速度結(jié)構(gòu)，形成于白堊紀［36，39］，其形成直接導致加拿大海盆北部洋盆擴張時期的構(gòu)造被掩蓋。形成模式可能為裂谷大陸邊緣或者洋殼臺地［15，38］。雖然與楚科奇海臺同樣表現(xiàn)出沉積厚度小、基底被正斷層切割嚴重等特點，但折射地震數(shù)據(jù)顯示了楚科奇海臺與門捷列夫海嶺在地殼性質(zhì)上存在較大的差異［39］。

北楚科奇陸架盆地位于楚科奇陸架弗蘭格爾島以北，地震探測僅揭示了盆地南部的地層，沉積層厚度超過20 km［37］，是全球沉積厚度最大的盆地之一。盆地基底為陸殼性質(zhì)［10，24，36］。

阿拉斯加被動大陸邊緣位于北極阿拉斯加裂谷肩與加拿大海盆西南陸坡之間的區(qū)域，是在加拿大海盆擴張過程中形成的，白堊紀以來接受了來自陸地的大量碎屑沉積，以巨厚的楔狀中新生代沉積為主要特征，沉積層被大量生長斷層切割，斷層傾向陸架方向［46］。

5.2 楚科奇邊緣地新生代構(gòu)造活動性及其動力學探討

楚科奇邊緣地新生代以來具有較以前更強的構(gòu)造活動性，這從地震剖面揭示的廣泛發(fā)育的斷層構(gòu)造得到證實。斷層構(gòu)造是塑造邊緣地水下地形的主導因素，斷塊上升成為水下隆起和臺地，凹陷處雖有沉積物充填，但仍表現(xiàn)出明顯的負地形。

就斷層的分布而言，斷層走向多為NNE或近N－S向，相鄰斷層近乎平行排列，切割基底形成斷塊，呈半地塹或地塹－地壘相間排布，斷層兩盤基底落差最大超過300 m。斷層活動大致有北強南弱、東強西弱的趨勢，顯示出邊緣地內(nèi)部構(gòu)造活動的不均一性。值得注意的是，在西部的楚科奇隆起上，斷裂活動也有不同程度的發(fā)育，切割基底的同時也使得上覆新近紀以來的沉積層發(fā)生變形甚至錯斷。

這些斷層以張性正斷層為主，斷層的活動時代主要在新近紀以前，切割了基巖和沉積層下部，與沉積充填過程伴生；部分斷層繼續(xù)活動至新近紀以來，甚至第四紀，從而導致海底地形發(fā)生微小起伏（見圖2、圖3）。

大量張性斷層的存在及其在新生代的持續(xù)活動表明，楚科奇邊緣地在新生代早期處于區(qū)域性的拉張應(yīng)力環(huán)境中，此時歐亞海盆剛剛開始擴張，而相鄰的加拿大海盆則早已停止海底擴張過程，因此推測此時的的張應(yīng)力來自下部地幔隆起的頂托作用。區(qū)域性拉張作用在中新世以來可能有所削弱，這從層序U2與U3間的不整合面可以得到證實。由于楚科奇海臺隆起部位下部沉積層缺失，從AWI地震測線向邊緣地追蹤可能導致時代的偏差，Grantz等［26，43］就曾將層序U2解釋為白堊紀沉積。而時代的對比是建立在陸架和邊緣地中生代以來相近的構(gòu)造演化的前提下的，因此也不能排除邊緣地獨立演化，導致古近紀缺失的可能。如果能在北風深海平原北端與門捷列夫深海平原連接處獲取地震剖面，則至少可以建立楚科奇邊緣地沉積與相鄰深海沉積序列之間的聯(lián)系。

5.3 與加拿大海盆在成因演化上的關(guān)系

由于相互之間特殊的交接關(guān)系，楚科奇邊緣地的成因演化不可避免地會與加拿大海盆的演化聯(lián)系在一起。雖然尚有爭議，加拿大海盆的擴張時間大致處于侏羅紀和早白堊紀之間［17，18，47］，而地震剖面顯示該時期楚科奇邊緣地還沒有沉積層發(fā)育，基底之上的不整合面也表明邊緣地處于隆升剝蝕環(huán)境。而最新研究表明，與加拿大海盆擴張大致同時間，邊緣地以西的楚科奇深海平原也開始形成洋殼，導致楚科奇邊緣地從東西伯利亞大陸邊緣剝離開來。如果將阿拉斯加陸緣斜坡帶向NW方向外延，則在楚科奇深海平原附近存在一個向陸架內(nèi)凹的缺口，該缺口可能對應(yīng)了楚科奇邊緣地裂離之前的位置。裂離的方式尚不清楚，Grantz等［23，26，48，49］認為邊緣地以南端點為軸發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，而Miller等［5，50］則提出邊緣地自陸緣發(fā)生平移的觀點。但無論如何，這種與加拿大海盆擴張方向背道而馳的裂離必然導致邊緣地與海盆發(fā)生碰撞，由于較輕的陸塊和較重的洋殼之間的密度差，這種碰撞甚至可能導致洋殼俯沖作用的發(fā)生［51］，并使得邊緣地在此期間長期處于隆升剝蝕狀態(tài)。而邊緣地新生代以來的擴張作用可能與俯沖作用停止后的應(yīng)力調(diào)整有關(guān)。無論從構(gòu)造地貌、地球物理場特征，還是重力反演的地殼厚度特征，均顯示楚科奇微陸塊與加拿大海盆之間存在顯著的差異，需要解決的則是通過深地震探測方法來驗證北風海脊之下是否存在俯沖帶構(gòu)造。

基于上述討論，推測楚科奇微陸塊中新生代的構(gòu)造演化過程至少包括兩個階段，即（1）新生代以前，伴隨著加拿大海盆的持續(xù)擴張，楚科奇微陸塊和加拿大海盆之間由被動大陸邊緣轉(zhuǎn)化為主動大陸邊緣，較重的洋殼俯沖到較輕的陸殼之下，微陸塊內(nèi)部以隆升和剝蝕作用為主；（2）新生代以來，加拿大海盆停止擴張，向楚科奇微陸塊的俯沖作用停止，被頂托隆升的陸殼發(fā)生均衡調(diào)整作用，導致大量張裂構(gòu)造的發(fā)育，并形成了貫穿微陸塊南北的北風斷陷盆地。

6 結(jié)論

利用重力、地磁和反射地震資料綜合分析表明，楚科奇邊緣地無論在地球物理場還是構(gòu)造發(fā)育上均與鄰區(qū)具有明顯差別，是一個相對獨立的構(gòu)造單元。除了南側(cè)為陸架外，邊緣地周邊為洋殼所包圍，邊緣地自身的地殼厚度也發(fā)生減薄。邊緣地內(nèi)部發(fā)育了走向NE的大量新生代斷層，斷層構(gòu)造塑造了區(qū)域的沉積物分布和地形地貌格局。邊緣地可能形成于其西側(cè)侏羅紀－早白堊紀的張裂作用，而內(nèi)部的構(gòu)造格局則可能與加拿大海盆向邊緣地俯沖作用停止后的均衡調(diào)整有關(guān)。

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Geophysical field and tectonic framework of the Chukchi Borderland，Arctic Ocean

Li Guanbao1，2，Liu Chenguang1，2，Hua Qingfeng1，2，Han Guozhong1，2，Liu Baohua2，3

（1.First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China；2.Key Laboratory of State Oceanic Administration for Marine Sedimentology and Environmental Geology，Qingdao 266061，China；3.National Deep Sea Center，Qingdao 266061，China）

On the basis of high-resolution bathymetry，gravity，magnetic and multi-channel reflection seismic data，the geomorphology and geophysical characteristic of the Chukchi Borderland and its adjacent area was synthetically analyzed and the tectonic division was made.The results shows that the Chukchi Borderland is a relatively isolated tectonic unit and has different geophysical and structural features from the peripheral units，they are Canada Oceanic Basin，Alpha-Mendeleev Large Igneous Province，North Chukchi Continental Shelf Basin and Alaska Passive Continental Margin.Chukchi Borderland is a micro-continental plate with thinned crust，where a large scale E－W oriented tectonic stretching had happened during the early and middle stage of the Cenozoic.Basement uplifting and subsiding is the controlling factor of the modern geomorphic features and sediments accumulation.The Chukchi micro-continental plate was supposed to result from the rifting process of the North Chukchi Basin in Jurassic to early Cretaceous Period，while its modern tectonic framework with juxtaposition of basins and ridges might be the result of isostatic regulation after the cease of subduction of oceanic crust in Canada Basin to the Borderland.

Chukchi Borderland；geophysical field；tectonic unit；tectonic evolution

P738

A

0253-4193（2014）10-0069-11

2014-02-25；

2014-06-25。

南北極環(huán)境綜合考察與評估專項課題（CHINARE2013－03－03－02，CHINARE2014－03－03－02）。

李官保（1976—），男，山東省商河縣人，副研究員，主要從事海洋地球物理與海底構(gòu)造研究。E-mail：gbli＠fio.org.cn

李官保，劉晨光，華清鋒，等.北冰洋楚科奇邊緣地的地球物理場與構(gòu)造格局［J］.海洋學報，2014，36（10）：69—79，doi.10.3969／j.issn.0253-4193.2014.10.008

Li Guanbao，Liu Chenguang，Hua Qingfeng，et al.Geophysical field and tectonic framework of the Chukchi Borderland，Arctic Ocean［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（10）：69—79，doi.10.3969／j.issn.0235-4193.2014.10.008