第勒尼安后弧盆地岩石圈热流的综述与重新解释

《Tectonophysics》:A review and reinterpretation of the lithosphere heat flow in the Tyrrhenian back-arc basin

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Tectonophysics 2.4

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   •第勒尼安海修订后的热流数据允许对流过程分析和岩石圈热流的估算。•盆地的年代学、构造-热演化及火山演化与岩石圈热流的增加相一致。•深海扇区的热流既不符合大陆伸展模型,也不符合洋壳冷却模型。引言弧后盆地和边缘盆地的热结构是理解其形成和起源的重要约束条件,对此已提出多种假说(例如

  
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    第勒尼安海修订后的热流数据允许对流过程分析和岩石圈热流的估算。
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    盆地的年代学、构造-热演化及火山演化与岩石圈热流的增加相一致。
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    深海扇区的热流既不符合大陆伸展模型,也不符合洋壳冷却模型。

引言

弧后盆地和边缘盆地的热结构是理解其形成和起源的重要约束条件,对此已提出多种假说(例如,Karig, 1970; Anderson, 1980; Hutchison等, 1985; Wang等, 1989; Rodkin和Rodnikov, 1996; Turcotte和Schubert, 2002)。在某些弧后盆地中,活跃的海底扩张现象导致人们提出假说,认为它们的构造地热演化和岩石圈热结构与大洋板块相似(Sclater等, 1976; Watanabe等, 1977)。自1980年代以来,一直有人认为弧后盆地的热流随年龄减小的速率与洋中脊生成的海洋岩石圈相同(Sclater等, 1980)。然而,最近的分析(Artemieva, 2023)表明,大多数弧后盆地的热流并不遵循大洋区域典型的年龄依赖性曲线。由于瞬态效应,即扩张轴附近的水循环,扩张持续时间较短(<6 Ma)的弧后盆地的热流比洋壳年龄平方根定律预测值低30–70 mW m?2(例如,Parsons和Sclater, 1977; Stein和Stein, 1992)。此外,弧后盆地的热流还可能受到多种过程的影响,其中包括:与弧后伸展相关的幔对流和热对流、剪切加热贡献、俯冲板的隔热效应、楔形地幔中的二次对流以及热的地幔物质的绝热上升。这些过程可能导致岩石圈出现复杂且非均质的热结构,而该结构可能并不符合简单的板块冷却模型。
第勒尼安海南部(图1),在此称为第勒尼安盆地,被认为是地中海最年轻的边缘盆地(例如,Milia等, 2018,及其参考文献)。ODP第107航次钻探(Kastens等, 1987)在Marsili盆地(图1)的650A钻孔中发现洋壳型地壳和2 Ma基性玄武岩声学基底。然而,第勒尼安海盆地的海底磁异常发育不充分,也暗示了复杂的火山历史,以及在Vavilov海山北侧钻孔中发现的暴露地幔、片麻岩和花岗质岩体(Beccaluva等, 1990; Bonatti等, 1990; Sartori等, 2004; Zitellini等, 2025),使得定义其构造和演化模式变得困难。来自钻孔数据的局部证据表明,在第勒尼安盆地伸展最强烈的部分,大陆地壳、洋壳和暴露地幔共存,这一点也得到了地震反射剖面解释(Milia等, 2017)和地震层析模型(Magrini等, 2022)的支持。
对受大陆裂解和盆地打开影响区域的地表热流分析,有助于揭示其性质和构造动力学(例如,Le Pichon和Sibuet, 1981; Sawyer, 1985; Pasquale等, 1994; Neumann等, 2017; Chiozzi等, 2023)。在第勒尼安海,由于埋藏的高导盐类构造体的存在以及与海底地形相关的局部热液活动(例如,Della Vedova等, 1984; Della Vedova等, 2001; Zito等, 2003),反射岩石圈深层热状况及其演化历史的岩石圈热流测定变得复杂,这些可能导致较大的变异性。此外,此前没有研究曾尝试对热流数据进行综合分析,以解释其变异性意义。
Pasquale等(1999)认为,第勒尼安海南部的对流组分热流可高达100 mW m?2。沿剖面的密集热流观测结合地震反射数据,将有助于理解局部变异性、热折射效应和可能的对流作用(例如,Davis和Fisher, 2021; Poort等, 2020; Bellucci等, 2024)。遗憾的是,第勒尼安海的热流测点分布不均,且大多数测量数据缺乏来自地震剖面的构造信息。
在本研究中,我们针对这些问题进行了研究,并尝试推断岩石圈热流。为此,我们首先回顾了第勒尼安海的可用热流数据,并对其进行沉积和气候变化的校正,以获得同质化数据集。然后,我们重点关注南部(第勒尼安盆地),该区域被认为是地中海中部构造地热演化中的关键扇区。热流数据结合其相对于构造高地的位置、相对不透水沉积覆盖层的存在以及近期岩浆过程进行讨论和解释。最后,我们将热流与大陆岩石圈伸展和大洋岩石圈冷却的参考模型进行比较。研究结果为未来研究第勒尼安盆地的性质和演化提供了基础,并为岩石圈的热状态提供了最新见解。

章节摘要

地质和构造环境

第勒尼安海呈三角形,西侧以科西嘉-撒丁岛地块为界,南侧以西西里岛为界,东侧以意大利半岛为界(图1)。深海扇区深度超过3000米,并被众多海山所中断(例如Mt. Magnaghi、Mt. Vavilov和Mt. Marsili)。在深海扇区周围,有两个相对平坦的边缘(台地)。撒丁岛以东的边缘(Cornaglia台地)比意大利半岛沿岸的边缘(Campania台地)更宽。

热流数据库

大部分热流数据包含在全球热流数据库(GHFD)2024版中(doi:https://doi.org/10.5880/fidgeo.2024.014; Fuchs等, 2024)。少量数据由Della Vedova等(1993)和Zitellini等(2025)的论文报道。第勒尼安海的大部分数据(288个测点)是使用穿透海底沉积物的经典Ewing探头测定的(图1)。一般而言,热流测点稀疏且分布不均,除了Hutchison等的

热流模式结果

图4绘制了选定热流测定值(222个测点)的分布图,其中包括不同扇区的钻孔测定值(表2S);而校正后的热流数据和描绘区域模式的热流等值线则呈现于图5。Hutchison等(1985)两次调查中44个密集测定值被视为两个独立热流测点并进行了平均处理(参见表1S和图5)。完整清单见

岩石圈热流的估算

在海洋区域,热液循环使岩石圈热流的测定变得复杂,尤其是对于年龄小于65 Ma的地壳(Villinger等, 2002; Fisher和Harris, 2010; Harris等, 2020)。这在年轻的边缘盆地中尤为明显,那里的热流与沉积物厚度呈反比变化,因为透水性火成岩中的局部对流以及低透水性沉积覆盖层之下的地壳和岩石圈断裂(参见,例如,Davis和

总结性意见

我们对过去几十年间在第勒尼安海收集的热流数据进行了修订。我们施加了沉积和气候变化的校正,以产生同质化数据库。数据来源的显著异质性、校正所固有的不确定性、某些钻孔中缺乏对压力和温度效应对导热率影响的评价,以及地震控制的分布不均,这些在比较、分析和

作者贡献声明

P. Chiozzi:方法论,数据管理,概念化。L. Bonorino:撰写——审阅与编辑,验证,数据管理。M. Verdoya:撰写——初稿,指导,项目管理,资金获取,概念化。

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些因素可能会影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢Rob Harris和Juan Contreras对本稿的建设性意见。本文还得益于三位匿名审稿人细致的建设性批评,这对最终版本的撰写大有帮助。
P. Chiozzi|L. Bonorino|M. Verdoya
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