反射地震剖面 揭开南海地下深部结构的面纱

泥小小娃

我们经常听到一句话叫“上天容易、入地难”。目前，人类已经成功把探测器送到离地球5576万公里远的火星，把人类送到离地球表面400公里的空间站生活。然而，目前载人潜水器最大下潜深度只有10909米，地球陆地钻探的最大井深仅12345米，海域钻探最大深度仅6000多米（海底面以下），相比于地球6300多公里的半径，实在微乎其微（图1）。由于地球内部深处看不见、摸不着，因此无法直接研究。近百年来，随着人类科技的飞速发展，我们已经可以利用地震、重力、电磁等现代地球物理方法，去探测地球深部的奥秘，其中深反射地震剖面就是探测地球深部的重要工具之一。

    什么是深反射地震剖面？顾名思义，深反射地震剖面探测深度大，能获取来自莫霍面和上地幔的反射信号，能用来揭示地壳结构甚至岩石圈结构。深反射地震技术是在常规反射地震基础上发展起来的，两者原理相同，都是利用不同物性界面产生的弹性波反射来透视地下地质构造，通俗点说就是给地球做“CT”。如果说常规地震剖面通常用来揭示时间厚度为数秒的沉积层结构，那么深反射地震剖面则能揭示时间厚度达十秒以上的地球深部结构（图1）。深反射地震于20世纪70年代由美国康奈尔大学奥利弗（Oliver）教授提出，经过近50年的发展，已成为地学界公认的探测岩石圈精细结构的主要手段。
那么南海深反射地震剖面究竟有多少？随着海上油气勘探的发展和国家重大专项的实施，我国在南海已经采集了相当数量的深反射地震剖面。这些剖面具有长短不一、分布不均的特征，南海北部陆缘数量多，洋盆和南部陆缘较少。迄今为止，广州海洋地质调查局自主采集了3条横跨南海北陆缘-海盆-南陆缘的超长深反射多道地震大剖面，全长超过4100公里，采用长排列、大容量地震采集技术，震源容量达6400立方英寸，接收道数480道，排列长度6公里，记录长度最深达16秒。
南海深反射地震剖面就好比拿一把刀把南海地壳深部切开，剖面就是切面，能把地球深部结构直观展示在我们面前。这些深反射地震剖面揭示了传统地震剖面无法揭示的地质构造，对南海的形成演化、盆地资源效应研究起到了十分重要的作用。
南海深反射地震剖面向我们一一展示地球深处的奥妙。
一是向我们展示了超过7公里巨厚沉积物的深凹（或深盆）的底部在哪里。中海油在珠江口盆地采集的深反射地震剖面（2002DSRP），记录长度14秒，该剖面首次揭示了白云凹陷的沉积基底，直接探测到了白云凹陷的莫霍面，对揭示白云凹陷的形成、地壳减薄、地幔上涌、岩浆及断裂活动等有重要意义。后来越来越多的深反射地震剖面对于白云凹陷、琼东南盆地等超深沉积区的基底、莫霍面研究提供了直接证据。
二是向我们展示了南海陆缘的沉积构造样式，对南海油气资源勘查做出重要贡献。南海陆缘区蕴藏了丰富的油气资源，近年来我国油气勘探由浅水向深水、由浅部向深部进军，取得了许多勘探成果。南海陆缘的深反射地震剖面揭示了陆缘区沉积层-地壳-上地幔的结构特征，对含油气盆地的形成、演化及含油气性研究提供了关键信息，为后续商业油气勘探奠定了坚实的基础。
三是向我们展示了南海洋陆过渡带和洋壳结构，为研究南海形成演化提供了重要证据。陆壳与洋壳差异很大，不但成分不同，厚度也有很大不同，正常陆壳区莫霍面深度约30~40公里，洋壳区莫霍面深度约9~13公里。南海南、北陆缘为减薄的过渡陆壳，北部从陆架至陆坡坡脚，莫霍面深度保持不断抬升的趋势，从28公里抬升至12公里，洋壳区莫霍面深度10~12.7公里。南海是如何从陆壳过渡到洋壳，过渡带的地壳结构对研究南海打开至关重要，深反射地震剖面把南海洋陆过渡带和洋壳结构直接呈现在世人面前，为我们进一步研究深部构造提供了数据基础。
古人曾用“沧海桑田”来感叹地貌的变迁，南海也是如此，我们今天看到的南海是经过了数十个百万年的演化才形成的，经历了由陆到海的历史变迁。经过科学家的努力研究，基本明确了南海的形成演化过程，约65百万年之前南海地区开始裂陷，陆架区湖泊星罗棋布；至32百万年前陆壳破裂、岩浆上涌形成洋壳，南沙群岛逐渐远离中国南方大陆；至15百万年前左右洋壳停止生成，逐渐形成南海现今的样子。这一过程的进一步研究离不开深反射地震剖面。
南海的研究还存在许多“未解之谜”，如南海洋中脊为什么在距今23百万年左右向南跃迁？南海海盆中为何会发育一条巨型南北向断层（中南-礼乐断层）？南海西部南北陆缘为何会发育宽广的陆缘区？为何南海海底扩张早期形成的洋壳莫霍面清晰，而晚期的莫霍面不清晰？南海为何发育诸多岛礁？南海形成之前是否存在古南海？这些问题需要科学家用更多的证据去揭开谜底。目前南海海盆和陆坡区深反射地震还严重缺乏，尤其是长距离跨地貌单元的大剖面。
要获得高品质的深反射地震剖面，数据采集和处理是关键。一直以来，针对海上地壳深部反射的有效采集技术和数据处理技术是难点，很少剖面能够获得清晰、可连续追踪的地壳深部反射和莫霍面结构，因而制约了对南海地壳深部结构的精细化研究。近年来，国内多家单位和众多科学家们正在致力于攻克南海高品质深反射地震技术。广州海洋局在深反射地震数据的采集和处理技术方面已取得了重大进展。相信在不久的未来，南海深部结构的“面纱”将会被逐渐揭开。

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