Литосфера Южно-Китайского моря

Рельеф и батиметрия региона исследования

(Южно-Китайское море, о. Палаван, море Сулу, хребет Сулу, море Сулавеси, о. Сулавеси, Молуккское море, море Банда, Арафурское море, континентальный склон Австралии).
Схема построена по 1-минутной сетке по данным (Smith, Sandwell, 1997). На схему нанесены номера скважин глубоководного бурения DSDP и ODP ( Deep...; Ocean...) и положение геолого-геофизического разреза.
Для копирования получите, пожалуйста, разрешение автора.

Р егион исследования расположен между двумя континентами Евразийским и Австралийским, и двумя океанскими плитами Тихоокеанской и Индийской. Он охватывает окраинные моря и островные дуги, сформировавшиеся в кайнозойскую эру. Формирование структур связывают с коллизией Индии и Азии и возникновением мощной Индонезийской субдукционной зоны (Hall, 2002). Затем очередная структурная перестройка произошла в связи с субдукцией океанской плиты Филиппинского моря под структуры Филиппин. Возникла система островных дуг и задуговых бассейнов, где субдукционные процессы привели к активному вулканизму и сейсмичности в восточной части региона исследования (Родников и др., 2011).

Район явился полигоном исследования для многих ученых. Здесь были апробированы различные геологические идеи, например, такие как, корреляция между значениями гравитационного поля и желобами (Vening-Meinesz, 1948), мобилистские положения (Carey, 1958), формирование глубоководных котловин как задуговых впадин при субдукционных процессах (Karig, 1974), роль мантийных диапиров в формировании структур земной коры (Родников, 1979).

В регионе выполнены комплексные геолого-геофизические работы по международным программам (Atlas..., 1992; Hamilton, 1979a, 1979b; Studies..., 1981), проведено глубинное бурение дна окраинных морей по программе океанского бурения (Silver et al., 1991), сейсмическое зондирование (Murauchi et al., 1973) и томографические исследования (Replumaz et al., 2004).

В 80-е годы прошлого столетия геолого-геофизические работы были выполнены сотрудниками Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН и Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН во время рейсов НИС «Вулканолог», «Каллисто», «Академик Александр Несмеянов», «Академик Михаил Лаврентьев», «Академик Александр Виноградов» (Горшков и др., 1984; 1991; Деркачев, Николаева, 1997, 2010; Рашидов, 1997, 2007, 2010).

Структурная схема региона исследования (Hall, 2002) и направления движения литосферных плит по данным GPS (Michel et al., 2001; MIT...).
Для копирования получите, пожалуйста, разрешение автора.

В развитии региона Р.Холл (Hall, 2002) выделил три важных периода, происходивших 45, 25 и 5 млн. лет назад. В то время границы плит и их перемещения менялись, возможно, вследствие коллизионных событий. 45 млн. лет назад перестройка плит была связана с коллизией Индии с Азией, хотя некоторые события, такие как эоценовый бонинитовый магматизм, могли быть обусловлены и другими факторами.

Большинство важных реконструкций границ плит происходило 25 млн. лет назад. Тектонические события в то время были обусловлены движением Тихоокеанской плиты. Затем, движение Австралии к северу привело к ротации блоков и аккреции микроконтинентальных фрагментов в юго-восточной Азии.

Движения плит и изменения их границ снова начались около 5 млн. лет назад, вероятно, в результате изменения движения Тихоокеанской плиты. Субдукция стала основным механизмом тектонической перестройки, а сдвиги получили наибольшее распространение в этом регионе.

Согласно данным GPS Филиппинская плита движется со скоростью примерно 20 мм/год по азимуту около -78^о. Индийская плита пододвигается под Евразию со скоростью 70 мм/год по азимуту ~ 37^о. Индокитайский блок Евразийской плиты движется со скоростью около 28 мм/год по азимуту ~ 100^о и, в свою очередь, находится под воздействием Австралийской плиты, которая пододвигается со скоростью 64 мм/год по азимуту около 30^о

Пространственное распределение пунктов измерения теплового потока (мВт/м²) в регионе по данным глобального каталога (Pollak et al., 1991; The Global...) и положение геолого-геофизического разреза.
Для копирования получите, пожалуйста, разрешение автора.

М ногочисленные измерения теплового потока в регионе исследования показывают, что наиболее высокие значения (свыше 100 мВт/м²) соответствуют глубоководным впадинам, что свидетельствует об активных процессах, протекающих в мантии, выражающихся на поверхности вулканическими проявлениями вдоль тектонически активных рифтовых структур (He, 1999).

Высокие значения теплового потока выделены в центральной котловине Южно-Китайского моря, в море Сулу и море Банда, под литосферную плиту которого субдуцирует плита Австралийского континента, обусловливая повышенную сейсмичность и вулканическую деятельность. В море Сулавеси отмечаются средние значения теплового потока. Отдельные высокие значения приурочены к бортам островных дуг, ограничивающих море.

Пространственное распределение эпицентров землетрясений за период 1904-2010 гг. по данным каталогов (Gutenberg, Richter, 1954; NEIC...) и положение геолого-геофизического разреза.
Для копирования получите, пожалуйста, разрешение автора.

Р асположение региона в зоне контакта коллизионных четырех плит обусловило активную сейсмичность, развитую, как и в остальных областях континентальных окраин Азии и Австралии, в островных дугах и рифтовых структурах окраинных морей. Сейсмичность исследуемого региона показана на рисунке. Расположение почти 60 тысяч очагов землетрясений, зарегистрированных за период с 1904 по 2010 гг. мировой сейсмологической сетью (Gutenberg, Richter, 1954; NEIC...), хорошо отражает тектоническую картину региона. Преобладают мелкофокусные землетрясения (73%) с глубиной до 100 км. Глубокофокусные землетрясения, с глубиной более 300 км, сосредоточены в Индонезийской и Филиппинской зонах субдукции – в задуговых бассейнах, где субдукционные процессы приводят к активной сейсмичности.

Построенное распределение гипоцентров землетрясений на глубинном разрезе показывает наличие зон Вадати – Беньофа (сейсмофокальных зон) под морями Банда и Сулавеси, простирающихся, соответственно, на глубину до 400 и более 600 км. Эти зоны образованы преимущественно слабыми землетрясениями с М < 6. Очаги сильных землетрясений с М > 6, отмеченные на этом разрезе, расположены преимущественно в верхних слоях литосферы до глубин 300 км. Лишь 10% землетрясений с М > 6 попадают на глубины более 300 км.

Пространственное распределение подводных и наземных вулканов по данным ( Global...) и положение геолого-геофизического разреза.
Для копирования получите, пожалуйста, разрешение автора.

Р егион является вулканически активным и здесь насчитывается 159 активных наземных и 18 подводных вулканов (Апродов, 1982; Гущенко, 1979; Рашидов, 2010; Simkin, Siebert, 1994). Вулканические породы распространены в море, на островах и прилегающих участках Азиатского материка (Гатинский, 1980; Горшков, 1981; Горшков и др., 1983, 1984, 1991; Колосков, 1999; Колосков и др., 1987, 2003; Рашидов, 1997, 2007, 2010; Федоров, 2006; Федоров, Колосков, 2005; Tu et al., 1992).

Последние данные показывают, что в северной части Южно–Китайского моря существовал бимодальный вулканизм, имевший на начальном этапе максимальные пики извержения (60–43 и 32 млн. лет назад), перешедший в стадию спрединга (32–17 и 15.5 млн. лет назад). Постспрединговый вулканизм (толеитовый ряд 17–8 млн. лет назад, затем щелочной ряд, начиная с 8 млн. лет назад) затронул, как Южно-Китайское море, так и его сопредельные территории (Shi Xuefa,Yan Quanshu, 2011).

На о. Палаван датированы кварцевые толеиты, а на о. Минданао – оливиновые толеиты возрастом ~ 34 млн. лет (Tu et al., 1992; Encarnacion et al., 2001), которые по мнению (Федоров, 2006; Федоров, Колосков, 2005; Tu et al., 1992;) характеризуют начальный этап спрединга Южно-Китайского моря.

К постспрединговым образованиям относятся оливиновые толеиты с возрастом 13.9 млн. лет, трахибазальты и оливиновые толеиты с возрастом 9.9 млн. лет, а также щелочные оливиновые базальты с возрастом 3.5 и 3.4 млн. лет, драгированные на подводных горах Скарборо (Cullen et al., 2010; Hekinian et al., 1989; Pin Yan et al., 2006; Tu et al., 1992; Wang Xianjue et al., 1985) щелочные и толеитовые базальты банки Рид с возрастом 0.42 млн. лет; оливиновые базальты подводных гор к востоку от банки Рид с возрастом 2.7–0.47 млн. лет (Cullen et al., 2010; Kudrass et al., 1986) нефелиниты Парасельских о-вов (Tu et al., 1992) и лимбургиты вулканического о. Гаодянши, находящегося в этом архипелаге, с возрастом 2.05–2.7 млн. лет (Sun Jiashi, 1991; Zhan Wenhuan et al., 2006).

Имеются достоверные сообщения об извержении на шельфе Южно-Китайского моря в 1923 г. подводного вулкана (вулканической группы) Иль де Сандр (Patte, 1925a, 1925b), которые, вероятно, существовали уже в конце верхнего плейстоцена ~ 13 тыс. лет назад (Марков, 1993).

При драгировании здесь были подняты пироксен-оливин-плагиоклазовые базальты с большим количеством кварц-плагиоклазовых и гранитоидных ксенолитов (Колосков, 1999). Для драгированного щелочного базальта с подводного вулкана Иль де Сандр определен абсолютный возраст 1.27–0 млн. лет (Hoang, Flower, 1998; Flower et al., 1992; Phan Truong Thi, Vo Viet Van, 2007). Для двух образцов толеитовых базальтов, отобранных на о. Ре, определен абсолютный возраст 12 и 1.2 млн. лет (Hoang, Flower, 1998).

В 1923 г. отмечено также образование в Тонкинском (Бакбо) заливе «пепельного острова» – эфемерного вулкана, просуществовавшего до 1929 г. (Дан Ван Бат, 1979). Возраст андезитов, драгированных на рифе Миандер (хребет Кагаян) в море Сулу 14.7±0.6 млн. лет (Kudrass et al., 1986), а дно морей Сулавеси, Молуккского и Банда сложено базальтами MORB от среднеэоценового до миоценового возраста.

Геолого-геофизический разрез через Южно-Китайское море, о. Палаван, море Сулу, хребет Сулу, море Сулавеси, о. Сулавеси, Молуккское море, море Банда, Арафурское море.
Cоставлен по данным (Родников, 1979; Atlas..., 1992; Finlayson, Cull, 1973; Gervasio, 1967; Hall, 2002; Hamilton, 1979a, 1979b; Irving, 1951; Murauchi et al., 1973; Silver et al., 1991; Studies…, 1981; Zhao et al., 2010).
a – аномальное магнитное поле (ΔТ)а; б – тепловой поток; в – гравитационные аномалии в свободном воздухе;
г – геолого-геофизический разрез; 1 – разломы; 2 – известняки; 3 – нижняя часть коры; 4 – верхняя часть коры; 5 – скорости сейсмических волн; 6 – осадочный слой; 7 – вулканогенный слой; 8 – базальты; 9 – поверхность Мохо; д – распределение гипоцентров землетрясений за период 1904–2010 гг. построено по данным NEIC...).
Для копирования получите, пожалуйста, разрешение автора.

C интезированный геолого-геофизический разрез через континентальные окраины региона Южно-Китайского моря завершает серию геотраверсов через окраинные моря переходной зоны от Евразийского континента к Тихому океану: Охотское, Японское и Филиппинское моря (Родников и др., 2005, 2007, 2010; Rodnikov et al., 2008).

Рассматриваемый регион исследования расположен между Евразийским и Австралийским континентами и Тихоокеанской и Индийской океанскими плитами. Разрез проходит через континентальную окраину Китая, Южно-Китайское море, о. Палаван, море Сулу, хребет Сулу, море Сулавеси, Молуккское море, море Банда, Арафурское море, континентальный склон Австралии.

Геолого-геофизические данные свидетельствуют о неоднородности строения земной коры, окраинных морей и островных дуг, зажатых между четырьмя литосферными плитами. Мощность коры вдоль профиля меняется от 40 км под Австралией и Азиатской континентальной окраиной до 25–30 км под островными дугами и 10–15 км под окраинными морями.

Гравиметрические данные подтверждают положение о разуплотнении мантии под глубоководными котловинами. Линейные магнитные аномалии указывают на этапы образования окраинных морей в кайнозойскую эру, процесс которого в результате различных тектонических перестроек смещался в восточном направлении вдоль проведенного разреза. В этом направлении происходит усиление тектонических процессов, обусловливающих активную вулканическую и сейсмическую деятельность. Так, под морями Банда и Сулавеси, сейсмофокальные зоны достигают максимума глубин, соответственно, 400 и 600 км. Кайнозой был периодом главных тектонических событий, повлиявший на геологическое строение изучаемого региона, расположенного между четырьмя литосферными плитами. В начале кайнозоя коллизия Индии и Евразии изменила структуру Юго- Восточной Азии. Позднее продолжающаяся коллизия привела к взаимодействию крупных плит Австралии, Евразии и Тихого океана, сопровождавшемуся активным вулканизмом и землетрясениями, исчезновением некоторых вулканических дуг и образованием новых.

Томографические разрезы мантии региона исследования по (Replumaz et al., 2004).
Для копирования получите, пожалуйста, разрешение автора.

C ейсмотомографические исследования свидетельствуют о том, что астеносфера занимает высокое положение под глубоководными котловинами окраинных морей, где на поверхности прослеживаются рифтовые структуры, бывшие ранее спрединговыми центрами, с толеитовым магматизмом. Лишь в пределах континентальных окраин толщина литосферы увеличивается до 70–100 км.

Томографические исследования показали изменения геометрии слэбов в результате коллизии (Replumaz et al., 2004). Примерно за 50 млн. лет в результате коллизии Индии и Азии субдукция плиты Южно-Китайского моря достигла 1500 км, причем на глубине примерно 600 км субдукционная зона выполаживается, простирается субгоризонтально, а затем резко погружается в глубину. Считается, что некоторые изменения в конфигурации слэбов могли быть обусловлены субдукцией Тихоокеанской плиты под Евразийский континент, а также перемещением Австралийской плиты в северном направлении (Hall, 2002).

В результате всеобщих коллизионных процессов под Южно-Китайским морем в мантии на глубине 410 км в одних и 660 км в других районах образовались большие объемы вещества холодной мантии с пониженными значениями скоростей сейсмических волн. Выше слэбов расположилась горячая мантия, являющаяся, по-видимому, источником магматических расплавов.

Таким образом, коллизия четырех литосферных плит: континентальных Евразии и Австралии с океаническими Индийской и Тихоокеанской, привела к образованию между ними окраинных морей и островных дуг, которое сопровождалось извержениями вулканов и катастрофическими землетрясениями.