东南极甘布采夫冰下山脉重磁场特征及地壳结构研究

东南极甘布采夫冰下山脉重磁场特征及地壳结构研究甘布采夫冰下山脉坐落于东南极中部,整座山脉被完全埋藏于东南极冰盖之下,因而成为全球构造特征最为神秘的地方之一。山脉之下的地壳厚度和岩石圈厚度分别达到了58km和200km,但仍缺乏对其地壳结构和形成机制的认识。本文基于甘布采夫及其附近区域的航空重磁、卫星重磁、冰下地形、天然地震观测数据以及周边地区的地质信息,对甘布采夫冰下山脉进行地质与地球物理综合研究。本文基于东南极整体的地质构造背景和超级大陆聚散活动,详细研究了甘布采夫冰下山脉地区的重磁场特征和地壳结构特点。在对甘布采夫地区及其周边区域的重磁场特征的研究中,分别对航空和卫星磁异常及重力异常(自由空气重力异常和布格重力异常)的位场特征进行分析,结合周边区域已有的地质资料,圈定了具有研究价值的异常区域。然后,利用边界识别方法(总水平导数、解析信号、倾斜角、θ图以及特征值分析法)研究了甘布采夫冰下山脉地区的构造断裂的空间展布状态和地质体的分布情况。研究发现甘布采夫冰下山脉地区分布了多条构造断裂带及其次级断裂和逆冲推覆构造。基于甘布采夫冰下山脉地区的航磁异常,利用一维和二维径向对数平均功率谱分析法和Parker-Oldenburg迭代反演,计算了磁性基底的深度,研究甘布采夫地区的居里面起伏以及热动力结构。利用磁单点定位法和欧拉三维反褶积法计算了甘布采夫冰下山脉北侧的疑似侵入体的空间位置,并推测其可能与格林威尔时期的岩浆侵入有关,而后又经历了晚新元古代-早古生代高级构造作用。布格重力异常通常反映了下地壳密度界面的起伏信息。GAMSEIS天然地震观测数据,作为重磁场研究的重要的约束信息,可以很好地探明地壳和地幔的深部结构。基于东南极甘布采夫冰下山脉地区的GAMSEIS天然地震数据和布格重力异常,本文对该地区的下地壳密度界面进行研究。接着,本文利用小波多尺度分解,对甘布采夫地区的布格重力异常场进行3-6层的分解,并分别研究分解后的区域场和局部场。根据5阶小波局部重力异常的梯级带的分布与走向,划分出了9条断裂构造。经过6阶小波分解后的局部重力异常,出现的重力高值区块可能与甘布采夫地区的高密度下地壳相关。此外,在天然地震点、小波分解和径向对数平均功率谱的基础上,利用Parker-Oldenburg密度界面迭代法反演甘布采夫地区的莫霍面深度,研究甘布采夫冰下山脉的地壳结构和岩石圈特性。最后,基于Airy均衡模型,计算了在冰盖影响下的山根厚度,进而推测甘布采夫地区上覆巨厚的冰盖对地壳增厚的影响。为了更好地研究甘布采夫冰下山脉地区的地壳结构,本文结合天然地震观测点、航空重磁异常特征及反演结果和甘布采夫周边区域的地质资料,对甘布采夫冰下山脉地区进行二维地质与地球物理建模。从模型中,基于重磁场异常特征,将甘布采夫地区划分出不同的地质区块。同时,结合前文的研究结果分别对不同的地质区块加以约束,以提供更多的地质信息。最终,对甘布采夫冰下山脉的起源和地质演化机制进行系统的探讨,在前人的研究基础上提出了一种关于甘布采夫冰下山脉形成及地质演化的观点。早期的甘布采夫山形成于冈瓦纳超级大陆汇聚时的泛非造山时期(600-500Ma)。随后,由于气候因素,甘布采夫山脉遭受了强烈的地表剥蚀作用,山体受到了较大范围的剥蚀,但山根的主体被保留了下来。随着剥蚀的加剧,到了三叠纪早期(～250Ma),在地壳的脆性薄弱带发生了断裂,并发育为地堑式的裂谷系统。同时,由于上地幔镁铁质岩浆的底侵作用,形成了高密度的下地壳,并增厚了地壳的厚度。在此期间,隆升后的甘布采夫山表面沉积物遭受了一定程度的剥蚀,山体隆升量与剥蚀量基本达到了一个动态平衡。甘布采夫山的进一步抬升可能发生于白垩纪(～130Ma)冈瓦纳大陆的裂解时期,可能受到了来自岩石圈底部的Kerguelen地幔柱上涌的影响。冈瓦纳超级大陆裂解之后,南极板块往南漂移,逐渐进入高纬度区域,气候也逐渐变得干燥,其地表剥蚀速率也大大减小