基于重磁異常的嘉偕平頂山群構(gòu)造區(qū)劃特征研究

馬濤，朱瑩潔，楊永，紀曉琳，王丁丁，劉金蘭，王萬銀

(1.長安大學(xué) 重磁方法技術(shù)研究所，陜西 西安 710054；2.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；3.長安大學(xué) 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710054； 4.紐芬蘭紀念大學(xué) 地球科學(xué)系，加拿大 圣約翰斯市 A1B3X5； 5.自然資源部 海底礦產(chǎn)資源重點實驗室，廣東 廣州 510075;6.中國地質(zhì)調(diào)查局 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510075)

0 引言

基于衛(wèi)星測高重力數(shù)據(jù)的全球海山普查結(jié)果顯示，遠離大陸邊緣的高度大于0.1 km的海山共有 24 643 座，其中高于1 km的海山共8 458座[1]。全球近50%的海山位于太平洋板塊，其中以西太平洋最為發(fā)育。近年來，我國針對位于西太平洋的麥哲倫海山鏈進行了科學(xué)考察及研究。麥哲倫海山鏈位于西太平洋馬里亞納海盆，西側(cè)為馬里亞納海溝，整個海山鏈屬于大型斷塊隆起，延長近1 200 km，海山年齡在80～120 Ma之間，其洋殼基底為中侏羅世—早白堊世的玄武巖。海山鏈由多座海山共同組成，包括Vlinder、Loah、Pallada、Ita Mai Tai(嘉偕平頂山群)等，整體呈NW向鏈狀分布，單座海山的走向為NE向。目前關(guān)于麥哲倫海山鏈的成因主要有兩種觀點，即斷裂成因和熱點成因。斷裂成因所依賴的證據(jù)是磁條帶展布特征和地層分布特征，熱點成因所依賴的證據(jù)則是熱點追蹤和視極漂移路徑計算，兩種成因有效地結(jié)合可以解釋海山的形成[2]。白堊紀期間海山區(qū)內(nèi)的熱點群發(fā)生大規(guī)模的火山噴發(fā)，之后隨著太平洋板塊的NW向運動到達目前的位置。在板塊漂移的過程中海山區(qū)受到了斷裂、大火成巖省等多種地質(zhì)構(gòu)造活動的作用。在斷裂的作用下，海山的主體由于巖漿上涌發(fā)生巖墻侵入形成側(cè)翼裂谷帶，將呈圓形或亞圓形的海山形態(tài)改造成為不規(guī)則的星形或放射形。另外，受火山噴發(fā)和地震活動等的影響，在海山陡峭邊界與側(cè)翼裂谷帶兩側(cè)易發(fā)生大規(guī)模巖石崩塌，崩塌的巖石和碎屑隨著重力作用滑落到山腳，形成重力滑塌沉積區(qū)。本次研究的嘉偕平頂山群位于麥哲倫海山鏈南部，主要包含2個相對獨立的平頂山，規(guī)模較大的主體海山為維嘉平頂山，規(guī)模較小的附屬海山為維偕平頂山[1-3]。根據(jù)磁條帶和海山的分布特征推斷[23]，海山鏈?zhǔn)窃贜W向轉(zhuǎn)換斷層(Ogasawara FZ斷裂帶)的控制下形成的，而根據(jù)單座海山的NE走向展布特征推斷，在海山的后期形成過程受到了NE向斷裂的控制作用。 西太平洋海山群常常發(fā)育高品位和高噸位的富鈷結(jié)核與結(jié)殼等為代表的金屬礦產(chǎn)資源，潛在的經(jīng)濟價值非常重要[2-3]。海山在形成和運移的過程中，受到了多期火山噴發(fā)、斷裂等構(gòu)造作用，巖漿的多次噴發(fā)和侵入為富鈷結(jié)殼的生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)，伴隨發(fā)生的海底抬升與沉降提供了有利水深。海山群的形成、礦產(chǎn)資源的成礦宏觀控制因素與斷裂構(gòu)造具有密不可分的關(guān)系，因此研究海山群的斷裂構(gòu)造可以為海山成因與資源勘探與評價提供依據(jù)。嘉偕平頂山群作為我國與國際海底管理局簽訂的第一個富鈷結(jié)殼勘探合同區(qū)之一，斷裂構(gòu)造的研究意義顯得更為重要。

前人對麥哲倫海山鏈區(qū)域大斷裂進行了一些研究，而針對嘉偕平頂山群的斷裂研究較為缺乏。其中，Wedgeworth等對嘉偕平頂山群的自由空間重力異常結(jié)合地震剖面進行了聯(lián)合反演，計算得到海山的平均密度為2.59 g/cm3并且地殼未增厚，認為該海山是局部未補償?shù)腫4]。Utkin利用地球動力學(xué)中巖石圈內(nèi)板塊差異運動的概念結(jié)合形態(tài)學(xué)類比的方法對麥哲倫海山鏈進行了研究，首次確立了大洋巖石圈深部走滑斷裂重新激活對洋內(nèi)火山帶形成的決定性作用[5]。Lee等對麥哲倫海山鏈東南部Ogasawara斷裂帶附近海山的多道地震資料進行了分析，認為該斷裂帶是一個包含眾多海山的寬裂谷帶，并根據(jù)聲學(xué)特征和深度劃分了不同單元[6]。楊永等對嘉偕平頂山群的重、磁異常及其垂向?qū)?shù)等特征進行研究，分析了嘉偕平頂山群的構(gòu)造與沉積特征[7]。另外，有學(xué)者針對大西洋的其他海山斷裂及構(gòu)造進行了相關(guān)研究。Carbó等對Canary群島附近的船測重力異常進行垂向?qū)?shù)計算，并且結(jié)合地質(zhì)信息將呈線性分布的重力梯度帶高值區(qū)解釋為斷裂區(qū)域[8]。Catalán等對Canary群島附近的船測磁異常進行解析信號振幅處理和歐拉反褶積反演，經(jīng)分析得到2條可能存在的NW—SE走向的斷裂以及異常頂部埋深[9]。

綜上所述，筆者針對麥哲倫海山鏈的單座海山——嘉偕平頂山群，利用地形數(shù)據(jù)和重磁異常數(shù)據(jù)，采用歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR-THDR)斷裂識別技術(shù)及曲率屬性深度反演方法、最小曲率位場分離等方法，研究了斷裂的水平位置和深度特征、得到了包括斷裂、側(cè)翼裂谷帶及重力滑塌區(qū)的構(gòu)造區(qū)劃，為嘉偕平頂山群的形成過程及海山礦產(chǎn)資源勘探與綜合評價研究提供地球物理和構(gòu)造依據(jù)。

1 重磁異常特征

目前針對嘉偕平頂山群的科學(xué)考察屬于起步階段，淺鉆測站等巖石采樣結(jié)果還未公開發(fā)表，因此巖石種類及其物性參數(shù)(密度、磁性等)亦無公開資料。而針對同樣屬于麥哲倫海山鏈的采薇平頂山群的科學(xué)考察較早，已有公開發(fā)表的淺鉆資料，可以作為研究嘉偕平頂山群的參考資料。通過對采薇平頂山群的淺鉆資料分析得知，采薇平頂山群基底巖石主要由早白堊世拉斑玄武質(zhì)熔巖、玄武巖和火山碎屑巖組成，而其平頂邊緣則以碎屑巖為主[10]。在海山形成的過程中，隱伏斷裂為不同地質(zhì)時期的巖漿上涌或巖漿侵入提供了通道，進而有助于形成改變海山形態(tài)的側(cè)翼裂谷帶，而不同地質(zhì)時期的巖漿可能經(jīng)歷了不同的地磁環(huán)境，使得側(cè)翼裂谷帶表現(xiàn)為局部磁低值或高值異常特征。后期地震活動或者火山活動導(dǎo)致海山陡峭邊緣和側(cè)翼裂谷帶兩側(cè)容易發(fā)生巖石崩塌滑落，形成火山碎屑巖重力流沉積，即重力滑塌，表現(xiàn)為重力低值異常特征。

本次研究使用的原始數(shù)據(jù)包括由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局提供的船測數(shù)據(jù)和自行下載的公開數(shù)據(jù)。船測數(shù)據(jù)包括多波束地形數(shù)據(jù)、船測自由空間重力異常數(shù)據(jù)和船測磁異常數(shù)據(jù)，相關(guān)參數(shù)見表1。其中地形數(shù)據(jù)和重力數(shù)據(jù)的測線間距為4～8 km，磁數(shù)據(jù)的測線間距為12 km，由于船測時以秒為單位記錄數(shù)據(jù)，所以同一測線上的測點間距非常小(約為50 m以內(nèi))，而不同測線之間的間距非常大(以km為單位)，常常統(tǒng)計測線間距而對測點間距不做說明，因此地形與重力數(shù)據(jù)的測線比例尺為 1∶800 000～1∶400 000，而磁數(shù)據(jù)的測線比例尺為1∶1 200 000。

表1 船測數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)

公開數(shù)據(jù)中的地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)星測高重力異常數(shù)據(jù)分別來自美國David T. Sandwell (加利福尼亞大學(xué)斯克里普斯海洋協(xié)會)和Walter H. F. Smith (美國國家海洋與大氣局衛(wèi)星測高實驗室)共同維護的全球地形數(shù)據(jù)庫(V18.1)和全球衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)庫(V24.1)(Satellite Geodesy網(wǎng)站)，數(shù)據(jù)網(wǎng)度為1′×1′。磁異常數(shù)據(jù)來自世界磁異常(Geomagnetism網(wǎng)站)，為4 km處磁異常數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)網(wǎng)度為2′×2′。由于嘉偕平頂山群位于低磁緯度地區(qū)，因此需要對磁異常數(shù)據(jù)首先進行化極處理，得到化極磁異常數(shù)據(jù)。在對船測數(shù)據(jù)和公開數(shù)據(jù)處理時，由于兩套數(shù)據(jù)的精度和范圍不同，船測數(shù)據(jù)較之公開數(shù)據(jù)精度高、范圍小且集中于海山主體區(qū)域，因此對兩套數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合：首先采用位場延拓技術(shù)得到海平面處的兩套數(shù)據(jù)，然后采用回歸分析消除背景場偏差，之后將兩套數(shù)據(jù)按照大比例尺數(shù)據(jù)的網(wǎng)格尺寸網(wǎng)格化，最終進行數(shù)據(jù)融合。由此，既保留精度較高的數(shù)據(jù)又使得數(shù)據(jù)范圍加大，覆蓋整個嘉偕平頂山群。

根據(jù)嘉偕平頂山群地形圖(圖1)可知，嘉偕平頂山群包括兩座海山，其中規(guī)模較大的為維嘉平頂山，規(guī)模較小的為維偕平頂山。平頂山群呈現(xiàn)NE走向，山頂?shù)匦纹教梗Ｉ郊捌涓浇钐幱?1 400～-5 200 m之間。

圖1 嘉偕平頂山群地形(黑色實線為地形等高線，圖2～圖8、圖13～圖17同)Fig.1 Topography map of Jiaxie Guyots(The black solid lines indicate contour lines of terrain，same as figure3～9 andfigure14～18)

根據(jù)嘉偕平頂山群衛(wèi)星測高重力數(shù)據(jù)與船測自由空間重力數(shù)據(jù)融合得到嘉偕平頂山群重力異常圖(圖2)。嘉偕平頂山群主體為重力高值區(qū)，海山周圍為重力低值區(qū)，幅值變化范圍為-60～260 mGal。重力異常形態(tài)與地形起伏形態(tài)一致，由此認為嘉偕平頂山群的重力異常主要與其地形起伏有關(guān)；異常整體走向為NE向，與海山的走向一致；異常具有明顯的雙峰特征，推斷該特征顯示了斷裂的改造作用[11]。由此可得，衛(wèi)星測高重力異常的高低和走向反映了嘉偕平頂山群的地質(zhì)構(gòu)造特征。

圖2 嘉偕平頂山群重力異常Fig.2 Gravity anomaly map of Jiaxie Guyots

根據(jù)嘉偕平頂山群世界磁異常數(shù)據(jù)與船測磁數(shù)據(jù)融合得到嘉偕平頂山群磁異常圖(圖3)，通過化極處理得到化極磁異常圖(圖4)?；瘶O磁異常與世界磁異常差別明顯，體現(xiàn)在異常位置北移且幅值發(fā)生改變，幅值變化范圍為-500～600 nT。嘉偕平頂山群主體磁性比較復(fù)雜，規(guī)模較大的維嘉平頂山中部為正磁異常高值區(qū)，東北角及西南角表現(xiàn)為負磁異常，這可能與平頂山內(nèi)部發(fā)育巖墻侵入有關(guān)；規(guī)模較小的維偕平頂山整體表現(xiàn)為正磁異常，東北角磁異常值較高。嘉偕平頂山群化極磁異常正負高低變化的復(fù)雜性，說明在海山發(fā)育期間存在多期多段火山噴發(fā)和巖墻侵入，這與前人對海山的構(gòu)造演化認識是一致的。

圖3 嘉偕平頂山群磁異常Fig.3 Magnetic anomaly map of Jiaxie Guyots

圖4 嘉偕平頂山群化極磁異常Fig.4 RTP anomaly map of Jiaxie Guyots

2 斷裂分布

斷裂通過控制其兩側(cè)的構(gòu)造活動，從而破壞原來地質(zhì)體的連續(xù)性，形成物性(磁性)上的橫向差異，最終形成不同的構(gòu)造格局。由于磁性的橫向差異會在磁異常上有所表現(xiàn)，因此可以利用磁異常特征進行斷裂構(gòu)造劃分[12]。筆者利用化極磁異常采用歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR-THDR)邊緣識別技術(shù)[13]，參考剩余磁異常進行斷裂劃分。

化極磁異常NVDR-THDR圖(圖5)很好地刻畫了斷裂的水平分布特征，斷裂平面位置的主要識別標(biāo)志為化極磁異常NVDR-THDR的極值位置或極值錯斷位置，另外，還需結(jié)合剩余化極磁異常特征，最終確定斷裂的平面位置。剩余化極磁異常是采用最小曲率位場分離方法[14]對磁異常進行位場分離計算得到的。斷裂視深度反映了斷裂的深度特征，是利用曲率屬性反演方法[15]對化極磁異常進行反演計算得到的，其視深度結(jié)果位于真實斷裂的頂端位置附近。

圖5 嘉偕平頂山群化極磁異常NVDR-THDRFig.5 NVDR-THDR of RTP anomaly of Jiaxie Guyots

根據(jù)本次的斷裂劃分結(jié)果(圖6)，認為嘉偕平頂山群斷裂帶主要包括近NW向和近NE向2組斷裂，推斷出斷裂共34條，其中近NW向斷裂組推斷出18條(圖6紅色實線段，F(xiàn)17～F34)，近NE向斷裂組推斷出16條(圖6藍色實線段，F(xiàn)1～F16)。從圖上可以看出近NW向斷裂以NW向為主，其次為NNW向、NS向；近NE向斷裂以NE向為主，其次為NEE向、WE向。

圖6 嘉偕平頂山群斷裂平面位置分布Fig.6 The plane distributions of faults of Jiaxie Guyots

近NW向斷裂組主要分布于嘉偕平頂山群中部，維嘉平頂山西部及維偕平頂山東部，整體呈帶狀分布，從屬于Ogasawara斷裂帶的伴生斷裂，規(guī)模較小，局部走向從NW向過渡為NNW向與NS向，但主體宏觀走向與NW向Ogasawara斷裂帶一致，并且近NW向斷裂組將嘉偕平頂山群大致切割成西南與東北兩部分。

近NE向斷裂組主要分布于嘉偕平頂山群的主體部分，即由近NW向斷裂組所切割成的東北與西南兩部分。結(jié)合剩余化極磁異常(圖7)特征，可以用來區(qū)分巖體邊界與斷裂。東北部分近NE向斷裂組分布較為規(guī)則，規(guī)模較大呈帶狀分布，走向由NE向逐漸過渡為NEE向。斷裂F11～F16之間存在高磁異常，部分位于側(cè)翼裂谷帶附近，推斷為巖漿沿著由斷裂形成的通道多期多次噴發(fā)或巖墻侵入形成，一些部位進而發(fā)育成為側(cè)翼裂谷帶；西南部分近NE斷裂組分布較為稀疏，規(guī)模較小，走向較為一致，均為近NE向展布，其中F9和F10為兩組近NE向半環(huán)形斷裂，被NW向斷裂F28截斷形成錯斷。同樣在F20與F6之間存在高磁異常，位于維偕平頂山側(cè)翼裂谷帶附近，發(fā)育原因同上。

圖7 嘉偕平頂山群斷裂和剩余化極磁異常Fig.7 The faults and residual RTP anomaly map of Jiaxie Guyots

利用曲率屬性深度反演方法對化極磁異常進行計算得到斷裂視深度結(jié)果如圖8所示，根據(jù)斷裂走向與總條數(shù)和總長度繪制的斷裂走向玫瑰花圖如圖9所示，根據(jù)斷裂長度與對應(yīng)條數(shù)繪制的斷裂長度統(tǒng)計直方圖如圖10所示。從圖8可以看到，絕大部分斷裂的視深度在3 000～7 000 m之間，深于 7 000 m的斷裂只占很小部分。多數(shù)近NE向斷裂組視深度在5 000～7 000 m之間，而多數(shù)近NW向斷裂組視深度在3 000～5 000 m之間，總體上近NE向斷裂組埋深較深，而近NW向斷裂組埋深較淺，這可能是由東太平洋延伸至西太平洋的NE向斷裂被激活的NW向斷裂組切割形成的。從圖9可以看出斷裂走向主要為NE向、NW向和NNW向，其中NE向總長度與總條數(shù)均為最大。從圖10可以看出度在20～60 km的斷裂占絕大多數(shù)，總數(shù)達到27條，而其他長度的斷裂則為少數(shù)。分析以上數(shù)據(jù)可以得出，嘉偕平頂山群的斷裂基本為存在于淺部的小型斷裂組，走向以NE向、NW向、NNW向為主。

圖8 嘉偕平頂山群斷裂平面位置分布和視深度Fig.8 The plane distributions and apparent depthes of faults map of Jiaxie Guyots

圖9 嘉偕平頂山群斷裂走向玫瑰花圖Fig.9 The rose diagram of fault strikesmap of Jiaxie Guyots

圖10 嘉偕平頂山群斷裂長度統(tǒng)計直方圖Fig.10 The statistical histogram of fault lengthes map of Jiaxie Guyots

從斷裂劃分結(jié)果可以看出，近NW向斷裂組與近NE向斷裂組整體上呈現(xiàn)交叉關(guān)系，局部上呈現(xiàn)“人”字型交叉，例如F4與F20～F23、F24與F11～F16等。前人對于嘉偕平頂山群所在麥哲倫海山鏈的研究表明，該種線狀構(gòu)造交匯的現(xiàn)象在整個海山鏈都是十分明顯的[16]，而且兩種走向的斷裂影響著海山鏈內(nèi)海山的形成[17]。海山群中近NW向斷裂與近NE向斷裂為右旋和左旋走滑斷層[5]，是經(jīng)過海山鏈兩側(cè)Ogasawara斷裂帶在經(jīng)向擠壓作用下產(chǎn)生的，最終斷裂組交匯呈雁行式排列(圖11)。地殼受經(jīng)向擠壓期間，在深部右旋走滑斷層上方形成了早期剪切有關(guān)的褶皺，其方向與上述雁行式排列相同。巖漿室在共軛剪切帶的交叉處開啟，之后巖漿沿著由斷裂形成的通道上涌，形成海山主體或產(chǎn)生巖墻侵入，因此大部分海山及磁性巖體均位于剪切斷裂帶的交叉處(圖12)。

1—巖石圈水平滑動面和特定的巖屑層；2—巖石圈下部的走滑斷層；3—潛在走滑斷層；4—雁行狀短巖線；5—減壓作用下形成的巖漿室；6—充當(dāng)巖漿通道的右旋和左旋走滑斷層對角線系統(tǒng)；7—巖石圈下部的走滑斷層在深海板塊表面的投影；8—深海板塊中的走滑斷層；9—軟流圈鎂鐵質(zhì)巖石和流體沿巖石圈下部走滑斷層的上升；10—物質(zhì)從巖漿室向深海板塊表面的傳遞1—surfaces of horizontal slip of the lithosphere and particular lithic sheets; 2—strike-slip faults in the lower lithosphere; 3—potential strike-slip fault； 4—expressed as en echelon brachyanticlines; 5—magma chambers formed beneath brachyanticlines under decompression; 6—diagonal systems of dextral and sinistral strike-slip faults in brachyanticlines that served as magma conduits; 7—projection of a strikeslip fault in the lower lithosphere on the surface of an abyssal plate; 8—strike-slip fault in the abyssal plate; 9—ascent of asthenospheric mafic rocks and fluids along the strike-slip faults in the lower lithosphere; 10—farther propagation of matter from a magma chamber toward the surface of an abyssal plate

1—深海板塊；2—海山火成巖(亞堿性玄武巖)；3—山頂沉積巖；4—火山主體覆蓋層；5—等深線；6—海山編號；7—緯向火山區(qū)；8—控制火山共軛右旋和左旋走滑斷層的對角線系統(tǒng)；9—麥哲倫海山邊界(潛在的右旋走滑斷層帶)；10—大洋地殼擠壓方向1—abyssal plate；2—igneous rocks of guyots；3—sedimentary complexes of summit plateaus；4—overlying lower stages of volcanic edifices；5—generalized isobaths (km)；6—guyot numbers；7—latitudinal volcanic fields；8—diagonal systems of conjugated dextral and sinistral strike-slip faults that control volcanic edifices；9—boundary of the Magellan Seamounts (potential dextral strike-slip fault zones)；10—direction of the oceanic crust compression

3 側(cè)翼裂谷帶

嘉偕平頂山群近NW向與近NE向斷裂組交匯形成共軛剪切斷裂帶，為海山基底上的巖漿房提供通道，使得巖漿上涌形成巖墻侵入，在海山周圍較為薄弱的部位容易發(fā)育側(cè)翼裂谷帶。在受到火山噴發(fā)、巖墻侵入等構(gòu)造活動的影響下，海山會發(fā)生重力滑塌沉積，尤其是在海山陡峭和側(cè)翼裂谷帶兩側(cè)均易形成重力滑塌區(qū)。側(cè)翼裂谷帶不僅是海山斜坡富鈷結(jié)殼發(fā)育的有利區(qū)域，而且在一定程度上反映了海山的形成與構(gòu)造演化。

目前對于海山側(cè)翼裂谷帶的研究較少，且多為國外學(xué)者的研究。Vogt和Smoot利用多波束測深數(shù)據(jù)對Geisha海山鏈進行研究，表明側(cè)翼裂谷帶是由火山作用而產(chǎn)生的，伴隨海山高度增大其長度亦隨之增大，并且在后期將海山形狀由圓形改造成不規(guī)則形態(tài)[18]；Smoot利用水深數(shù)據(jù)對Marcus-Wake海山區(qū)進行研究，認為側(cè)翼裂谷帶的趨向有助于辨認斷裂帶趨勢或板塊展布方向和解釋海山的形成，并且結(jié)合磁條帶的特征推斷了Dutton海嶺的形成[19]；Mitchell對全球141個海山的形態(tài)進行研究，表明側(cè)翼裂谷帶的發(fā)育是海山形態(tài)由圓形或亞圓形轉(zhuǎn)變?yōu)樾菭罨虿灰?guī)則形態(tài)的原因，而其是由基底之上的巖漿房沿斷裂噴發(fā)而成，該特征在高度大于3 km的海山更加明顯[20]；Lee等利用聲學(xué)回聲對西太Ogasawara斷裂帶海山進行研究，推斷側(cè)翼裂谷帶是由于巖漿沿斷裂侵入形成巖墻侵入而產(chǎn)生的[17]；Hansen利用地震速度層析成像和衰減層析成像兩種方法對夏威夷Kilauea海山進行研究，經(jīng)反演表明海山下方存在巖漿庫和內(nèi)部發(fā)育通道，推測由此產(chǎn)生了海山南翼變形的側(cè)翼裂谷帶[16]。

側(cè)翼裂谷帶的存在使得海山地形顯示為不規(guī)則形態(tài)，例如呈現(xiàn)星狀或放射狀，而且由于巖漿多期多次噴發(fā)與地磁倒轉(zhuǎn)，在局部磁異常上呈現(xiàn)既有正值又有負值的特征。因此本文采用地形數(shù)據(jù)和重力異常數(shù)據(jù)，采用歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR-THDR)斷裂識別技術(shù)進行側(cè)翼裂谷帶劃分。其中嘉偕平頂山群重力異常NVDR-THDR圖(圖13)的極值位置與海山邊界基本吻合，并且可以輔助識別側(cè)翼裂谷帶，而嘉偕平頂山群地形NVDR-THDR圖(圖14)能更好地反映側(cè)翼裂谷帶。

圖13 嘉偕平頂山群重力異常NVDR-THDRFig.13 NVDR-THDR of gravity anomaly map of Jiaxie Guyots

本次側(cè)翼裂谷帶劃分結(jié)果顯示(圖14)，嘉偕平頂山群共發(fā)育5條側(cè)翼裂谷帶(flank rift zone，frz1～frz5)，其中1條規(guī)模較大(frz1)，4條規(guī)模較小(frz2～frz5)。嘉偕平頂山群地形NVDR-THDR呈現(xiàn)出海山NE向的走向，整體形態(tài)表現(xiàn)為星狀，在極值連線凸出處是側(cè)翼裂谷帶的形成位置。側(cè)翼裂谷帶frz1位于維嘉平頂山西部，長度約為42 km，走向為NE向，大致分為3段。從海山地形圖(圖1)可以看出，該處山頂發(fā)育局部隆起，并且整體較為寬闊平坦；從剩余重力異常及剩余化極磁異常圖(圖15和圖16)可以看出，該處為剩余重力異常高值區(qū)與剩余化極磁異常負值區(qū)。側(cè)翼裂谷帶frz2、frz4、frz5位于維嘉平頂山東部，長度均約為30 km左右，其中frz2、frz4走向為近NS向，frz5走向為近EW向。海山地形圖

圖16 嘉偕平頂山群側(cè)翼裂谷帶與剩余化極磁異常Fig.16 Flank rift zones and residual RTP anomaly map of Jiaxie Guyots

圖15 嘉偕平頂山群側(cè)翼裂谷帶與剩余重力異常Fig.15 Flank rift zones and residual gravity anomaly map of Jiaxie Guyots

圖14 嘉偕平頂山群側(cè)翼裂谷帶與地形NVDR-THDRFig.14 Flank rift zones and NVDR-THDR of topography map of Jiaxie Guyots

(圖1)表明這3條側(cè)翼裂谷帶與frz1形態(tài)不同，它們由山頂逐漸開始變窄到達山底并尖滅于海盆；剩余重力異常及剩余化極磁異常圖表明這3條均處在剩余重力異常高值區(qū)，其中frz4、frz5處在剩余化極磁異常正值區(qū)，而frz2處在剩余化極磁異常負值區(qū)。側(cè)翼裂谷帶frz3位于維偕平頂山東部，長度約為33 km，走向為近NE向。結(jié)合海山地形可以發(fā)現(xiàn)，該側(cè)翼裂谷帶與上述3條側(cè)翼裂谷帶形態(tài)相同且該裂谷帶處在剩余重力異常高值區(qū)與剩余化極磁異常正值區(qū)。

根據(jù)海山地形及剩余重、磁異常，得到嘉偕平頂山群側(cè)翼裂谷帶5條。其中側(cè)翼裂谷帶frz1形成較為平坦的平臺，frz2～frz5由山頂開始變窄最終尖滅于山底。5條側(cè)翼裂谷帶所處位置的剩余重力異常均呈現(xiàn)高值特征，而剩余化極磁異常有正值特征也有負值特征。由此推斷嘉偕平頂山群主體海山形成之后，位于海山下部基底之上的巖漿沿著由共軛剪切斷裂形成的通道上涌，與形成海山主體的巖漿來源基本相同，參考對麥哲倫海山鏈另一座海山——采薇平頂山群的巖石類型研究認為，可能為堿性或亞堿性玄武巖。在海山主體形成后漫長的地質(zhì)時期中，產(chǎn)生多期多次的巖墻侵入或者火山活動，期間可能還發(fā)生了地磁倒轉(zhuǎn)的地質(zhì)活動，因而導(dǎo)致上涌巖漿的磁性產(chǎn)生了變化，而之后巖墻侵入發(fā)育形成多個側(cè)翼裂谷帶，在側(cè)翼裂谷帶的控制和改造作用之下海山的形態(tài)隨之發(fā)生變化。因此，側(cè)翼裂谷帶在重力特征上與海山主體相似，在磁特征上呈現(xiàn)正負異常相間且幅值很大。

4 重力滑塌區(qū)

沉積學(xué)中認為自然界中的流體包括重力流和牽引流兩種。重力流是由重力驅(qū)動的流體，即由于密度差異產(chǎn)生的流體[21]。在火山活動、地震等偶然性因素的影響下，海山隨之會產(chǎn)生重力流沉積作用，形成重力流沉積，而重力滑塌沉積便是其中的一種[18]。目前國內(nèi)外整體對于海山重力滑塌的研究較少，并且采用的技術(shù)多為聲學(xué)手段。Moore等利用聲吶數(shù)據(jù)對夏威夷專屬經(jīng)濟區(qū)進行了系統(tǒng)測繪，劃分了滑塌沉積物的區(qū)域，分析認為其與火山活動及斷層有著密切聯(lián)系[22-23]；Elsworth等從巖石力學(xué)的角度進行分析認為巖脈侵入會觸發(fā)地震等活動以致火山側(cè)翼發(fā)生大規(guī)模的破壞，隨即在其附近容易形成大規(guī)模的滑塌沉積現(xiàn)象[24]；Masson等利用聲波反射和地震層析成像技術(shù)劃分了Canary群島的山體滑坡，劃分依據(jù)包括島側(cè)的滑坡痕跡、島下的碎屑沉積和臨近海盆地底的火山碎屑濁積巖，并根據(jù)特征的不同將該島側(cè)翼的滑坡分為巖崩、滑坡和泥石流3種[25];Peter等利用聲吶圖像、地震反射剖面等數(shù)據(jù)繪制了Mauna Loa火山西側(cè)的海底滑塌區(qū)，研究得到該事件是由沿斷陷帶的地震活動引發(fā)的[18];Vidal等利用以火山為中心的垂直斷層模型研究火山口崩塌的機制，試驗證明火山受到地震等因素影響后發(fā)生變形，進而產(chǎn)生逆斷層構(gòu)造導(dǎo)致火山側(cè)翼崩塌[27]。海山重力滑塌往往伴隨側(cè)翼裂谷帶的發(fā)育而形成，在海山側(cè)翼裂谷帶容易發(fā)生巖墻侵入和火山溢出等活動，而由該活動引發(fā)的地震是重力滑塌的主要驅(qū)動因素，因此海山周邊與側(cè)翼裂谷帶兩側(cè)易發(fā)生大規(guī)模的重力滑塌沉積。

重力滑塌沉積主要以碎屑流為主，屬于低密度沉積，在重力上顯示為局部低值異常，而且在地形上會產(chǎn)生劃痕特征。因此本文采用剩余重力異常的零值線及所圈定負值區(qū)結(jié)合地形數(shù)據(jù)刻痕區(qū)對重力滑塌區(qū)進行劃分。

本次重力滑塌區(qū)劃分結(jié)果如圖17。在嘉偕平頂山群共劃分重力滑塌區(qū)9處(gravity slide，gs1～gs9)，均在剩余重力異常局部低值區(qū)。其中規(guī)模較大的有3處(gs3～gs5)，規(guī)模較小的有6處(gs1、gs2、gs6～gs9)。處于維嘉平頂山的重力滑塌區(qū)有6處(gs2、gs3、gs5、gs6、gs8、gs9)，處于維偕平頂山的重力滑塌區(qū)有2處(gs1、gs7)，由兩座平頂山共同形成的有1處(gs4)。對比海山地形圖(圖1)可以發(fā)現(xiàn)滑塌所處位置地形存在劃痕特征，劃痕方向與坡頂方向呈垂直關(guān)系。在滑塌區(qū)域發(fā)育了較厚的低密度碎屑流沉積，并且均處于海山側(cè)翼裂谷帶兩側(cè)，說明兩者存在一定聯(lián)系，推測可能是由于側(cè)脊處容易產(chǎn)生巖墻侵入，在此因素影響之下發(fā)生陣發(fā)性地震，以致大規(guī)模重力滑塌的發(fā)生，進而形成滑塌沉積。

圖17 嘉偕平頂山群重力滑塌區(qū)與剩余重力異常Fig.17 Gravity landslide area and residual gravity anomaly map of Jiaxie Guyots

5 結(jié)論及建議

本文利用嘉偕平頂山群的地形數(shù)據(jù)和重磁異常數(shù)據(jù)，并且結(jié)合地質(zhì)等資料，綜合研究了該地區(qū)的構(gòu)造區(qū)劃特征，得到了以下幾點認識。

1) 利用化極磁異常，采用歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR-THDR)斷裂識別技術(shù)和曲率屬性深度反演方法，推斷了斷裂的分布特征。研究表明，該區(qū)發(fā)育了眾多埋深較淺的小型斷裂組，走向主要為NE、NW及NNW向。在兩側(cè)大型走滑斷裂帶的擠壓作用下，上述斷裂組構(gòu)成共軛剪切斷裂帶呈雁行式排列分布，同時深度特征也表明NE向斷裂可能是由重新激活的NW向斷裂錯斷。該區(qū)利用化極磁異常研究斷裂分布特征的方案效果明顯、結(jié)果清晰，為麥哲倫海山群其他單座海山斷裂分布研究提供案例與技術(shù)支撐。

2) 利用地形資料和重力異常數(shù)據(jù)，采用NVDR-THDR斷裂識別技術(shù)和最小曲率位場分離方法，共同分析了側(cè)翼裂谷帶和重力滑塌區(qū)域的分布特征。研究表明，側(cè)翼裂谷帶可能是由于沿斷裂上涌的多期多次的巖墻侵入等造成的，使得海山由亞圓形改變?yōu)榉派湫位蛐切巍Ｔ趥?cè)翼裂谷帶的兩側(cè)，由于巖墻侵入與火山活動的影響下，容易發(fā)生重力滑塌，進而形成滑塌沉積區(qū)。本次對側(cè)翼裂谷帶和重力滑塌區(qū)域的劃分結(jié)果證明了其他海山利用地形和重力資料進行相同研究的可行性與必要性。

3) 通過對嘉偕平頂山群的斷裂、側(cè)翼裂谷帶及重力滑塌區(qū)的分布特征研究，進而對構(gòu)造區(qū)劃有了更精細的刻畫，為了解該區(qū)海山的形成演化過程和未來金屬礦產(chǎn)資源的勘探提供了豐富的地球物理支撐。此外由于目前缺乏物性和地震等資料，建議對嘉偕平頂山群繼續(xù)開展相應(yīng)工作以便進一步地研究，并且對麥哲倫海山鏈乃至西太平洋其他海山也可以采取相同方案進行研究。