近日，中国科学院海洋研究所董冬冬研究员团队利用地震学径向各向异性成像技术，在渤海湾盆地新生代构造演化机制研究中取得重要进展，研究成果发表于地球科学自然指数期刊Geophysical Research Letters。
渤海湾盆地是中国东部最大的中-新生代盆地，在盆山边缘块体运动和深大断裂切割基底的作用下，经历了复杂的裂陷演化和沉积过程。然而，作为华北块体东部重要组成部分，渤海湾盆地在新生代时期的构造演化仍存在很多未解之谜，尤其是在是否及如何响应印度-欧亚板块陆陆碰撞远场效应方面。通过地震学成像手段构建高分辨率的地壳及上地幔顶部剪切波速度结构和各向异性信息，可以为认识渤海湾盆地新生代构造演化过程提供关键证据。
研究团队利用中国地震科学探测固定台网（Doi:10.11998/IESDC）记录的三分量连续地震波形数据，采用DRadiSurfTomo直接反演方法建立了渤海湾盆地地壳及上地幔顶部三维高分辨率剪切波速度和径向各向异性模型。结果显示，渤海地区中-下地壳局部呈现低速异常，上地幔顶部呈现高速异常特征；渤海湾盆地西部壳内为强正各向异性，东部为弱各向异性，且方位各向异性快轴方向表现出从近E-W到NE-SW的转变；鲁西隆起上-中地壳呈现高剪切波速度、负径向各向异性以及圆弧状的方位各向异性特征。
研究结果表明，渤海地区中-下地壳低速异常体主要是在底侵和地幔物质加热作用下，下地壳发生熔融和分异，进而产生长英质物质，而后向上迁移并保留在中地壳形成的。渤海湾盆地当前的地壳径向各向异性模式反映了新生代以来的多个动力学过程，其中其西部地壳较强的正径向各向异性，表明早第三纪太平洋板块俯冲驱动下的上地幔物质东向对流引发地壳伸展；而其东部弱负径向各向异性，则表明在新近纪——第四纪，渤海湾盆地东部的走滑断裂系统在印度—欧亚远场碰撞作用影响下，形成剪切破裂构造体系。因此，在新生代早期，渤海湾盆地的形成与宏观上太平洋俯冲作用有关；而在新生代晚期，其东部发生的构造重组与太平洋俯冲向印度-欧亚碰撞的动力学转换过程相吻合。鲁西隆起中-上地壳刚性的太古代变质核杂岩的存在阻碍了渤海湾盆地中-上地壳的东向伸展。
论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士后吴晓阳，李翠琳副研究员和董冬冬研究员为论文共同通讯作者，合作者还包括中国科学院海洋研究所范建柯研究员，山东科技大学李朝阳博士，杭州应用声学研究所白起鹏博士以及中国科学技术大学冯吉坤副教授。研究得到了山东省自然科学基金、国家自然科学基金等项目联合资助。
论文信息：Wu, X., Li, C., Fan, J., Li, C., Bai, Q., Feng, J., & Dong, D. (2024). Cenozoic evolution of the Bohai Bay basin: Constraints from seismic radial anisotropy. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL107112. https://doi.org/10.1029/2023GL107112