《Geosciences》:An Integrated Geophysical Investigation of the Flavia Seamount in the Northern Tyrrhenian Back-Arc Basin (Mediterranean Sea)
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尽管具有地球动力学意义,但以复杂构造-岩浆演化(tectono-magmatic evolution)为特征的北部第勒尼安弧后盆地(Back-Arc Basin, BAB)仍缺乏深入研究。研究人员首次对第勒尼安海北部一处此前未被调查的建筑——Flavia海山(
尽管具有地球动力学意义,但以复杂构造-岩浆演化(tectono-magmatic evolution)为特征的北部第勒尼安弧后盆地(Back-Arc Basin, BAB)仍缺乏深入研究。研究人员首次对第勒尼安海北部一处此前未被调查的建筑——Flavia海山(Flavia Seamount, FS)进行了地球物理特征表征,整合了新的多波束测深、地震和磁力数据。新的高分辨率测深数据揭示了一个平坦、近乎圆形的山顶和强烈不对称的侧翼。化极(Reduced-to-the-pole, RTP)磁异常表现出南北极性模式,北部为正值,南部为负值。结合1985年收集的Sparker剖面,地震数据揭示了一个平顶的声学基底(acoustic basement),上覆约100 m厚的层状层序,并受到目前不活跃的东倾伸展断层影响,表明海山的演化受构造控制。广泛分布的滑坡陡坎及相关大规模搬运沉积物(Mass-Transport Deposits, MTDs)记录了侧翼及周围盆地内反复的重力不稳定性。麻坑形态测量表明了不同的形成过程,山顶麻坑受流体渗漏和重力过程控制,而盆地麻坑主要与MTD的流体排出有关。以地震数据为约束的磁力正演模拟(Magnetic forward modelling)为海山下方的磁化率体分布和地壳结构提供了新见解。结果表明,Flavia海山现今的地貌反映了构造、沉积和重力过程的共同作用。
弧后盆地记录了地壳伸展、岩浆作用和地幔流的耦合作用,其发展与深部地幔曳力引起的板块伸展、断裂、海底扩张和火山活动密切相关。边缘区域继承了地壳结构和岩浆作用,构造变形极其复杂。第勒尼安海作为地中海中央发育于挤压背景下的弧后盆地,其北部开张始于晚托尔顿期,是盆地最古老的部分,以一系列南北走向的海山和狭长盆地为特征。然而,与南部相比,北部第勒尼安域在科学上受到的关注较少,许多地貌特征由于地质和地球物理数据的匮乏而难以准确约束。在该区域中,Flavia海山(FS)因其近乎圆形的突出形态而引人注目,与该区域典型的狭长南北向结构截然不同。为了更好地约束FS并提高对该区域地球动力学的认识,研究人员开展了综合研究,其成果发表在《Geosciences》期刊上。
为开展此项研究,研究人员主要使用了以下关键技术方法:研究人员利用R/V Gaia Blu科考船进行的两次海洋调查航次收集数据。测深数据获取使用了船载多波束测深仪(MBES),并结合声速剖面仪进行了声速和潮汐校正;磁力数据采集使用了Overhauser海洋磁力仪,并进行了国际地磁参考场(IGRF)校正及化极(RTP)处理;高分辨率浅层地层信息由浅地层剖面仪获取;部分历史Sparker 30 kJ地震剖面被提取用于声学基底解释;最后通过2.5D磁力正演模拟建立地壳结构模型。
在“测深与磁力”研究中,通过高分辨率多波束数据得出FS平坦山顶位于约500 m海平面以下,呈近乎圆形,显示强烈不对称侧翼。化极磁异常图揭示了北正南负的极性模式,且最高正异常位于海山北部的Flavia海岭。
在“地貌与浅地层剖面”研究中,通过SBP数据得出FS西翼遭受侵蚀且缺乏显著沉积覆盖,坡脚存在被解释为滑塌沉积或MTD的混沌隆起体,并在附近识别出对应于海底麻坑的地震烟囱。东盆地保留了良好的沉积,但也发现了MTD。
在“麻坑统计分析”中,共识别出FS山顶78个和东盆地53个麻坑。通过形态统计分析得出,盆地麻坑形态参数相对均一,内部深度较浅;而山顶麻坑变异性大,内部深度和面积变化显著,且两者皆表现出极高的圆度。
在“Sparker地震剖面”研究中,通过深穿透Sparker剖面揭示沉积单元被划分为前构造、同构造和后构造单元。识别出影响声学基底和同构造单元的不活跃东倾伸展断层,并广泛发育滑坡体。
在“磁力模拟”中,以地震深度转换为约束进行2.5D正演模拟得出,地下存在三个主磁性源层:具有微负磁化率的基底、无磁性的第四系盖层,以及两者之间具有微正磁化率且厚度变化的中间层。
讨论部分指出,FS具有平坦的圆形山顶和极不对称性,广泛发育的滑坡陡坎和MTDs表明经历了显著的重力改造。东倾正断层表明其演化受伸展构造控制。磁力模型显示Flavia海岭可能代表了局部长英质岩浆侵入或断层控制的结构隆起。因此,FS是构造控制的结构高地,而非火山平顶海山。麻坑代表两种流体迁移域:均一的盆地麻坑源于MTD的流体逃逸,而变异性大的山顶麻坑受渗漏、构造继承和重力过程共同主导。另外,在复杂弧后盆地等地质环境中,单一的形态分类(如IHO标准)不足以界定海山等海底地形的地质本质和演化。
研究结论部分翻译如下:本研究提供了对FS的首次综合地球物理特征表征。尽管FS在外表上类似于平顶海山,但缺乏简单火山成因的地震和磁力证据。相反,FS被解释为受构造控制的结构高地,由伸展变形、沉积覆盖和重力改造塑造,不活跃的东倾断层、滑坡陡坎和MTDs证明了这一点。麻坑的形态和地震分析揭示了两条截然不同的流体迁移域:与MTD相关流体逃逸紧密相连的均一盆地麻坑,以及反映渗漏、构造继承和重力过程共同影响的高度异质性山顶麻坑。总体而言,本研究强调了在重建复杂海底系统时整合多种地球物理数据集的重要性,并指出了常规地貌分类在应用于构造活跃的弧后盆地时的局限性。