苏拉威西地热特征的重、磁分析

中国科学院大学张健教授团队利用重、磁、热流数据，计算了苏拉威西海与苏拉威西岛周缘的莫霍面、居里面深度，分析了该区地温梯度和热导率的分布特征，探讨了可能发生起始俯冲的地点和运动学模式。该研究以“苏拉威西地热特征的重、磁分析”为题发表在《中国科学：地球科学》2021年第2期。

苏拉威西地处西太平洋板块沟-弧-盆构造区南段，在新生代以来的海陆耦合过程中，经历了陆壳碎片位移与重组、海沟后撤、双向俯冲、岛弧岩浆间歇活动、火山位置跃迁等动力学过程，是全球地质构造最复杂的地区之一，长期以来备受地球科学界关注。自晚渐新世以来，苏拉威西及周边区域发育了诸多正处于俯冲起始早期的年轻俯冲带，火山活动和地震活动十分活跃，是研究火山地热条件、俯冲起始机制的最佳场所。岩石圈或地壳的地热条件是决定能否实现起始俯冲的关键因素，因此获得高分辨率的热流特征图可以为该区初始俯冲阶段的动力学模拟提供研究基础。苏拉威西海、陆区实测热流数据点位稀少、地理覆盖不均，制约了地热学方法确定地壳热流密度的精确度，因而需要借助其他方法进行对比分析。目前，在各类计算地温梯度的方法中，重、磁对应分析是校正海底地温梯度、补充热流测量结果的有效手段。

文章结果表明，苏拉威西区域磁异常计算的居里面深度范围为6.6∼20.7km，平均深度为14.3km（图1）。重力反演莫霍面深度范围为5.9∼25.5km，平均深度为18.4km（图2），与地震学方法获得的地壳结构相符。重、磁分析方法计算得到的平均地温梯度为49.6°C/km。在全球范围内对比，苏拉威西海与苏拉威西岛地壳均属于高温地壳，海区表现为高地温梯度、低热导率，陆区则表现为低地温梯度、高热导率。

图1 居里面等值线与地热特征（热流和地温梯度）分析图

图2 计算地温梯度与莫霍面等值线图，以及地温梯度对比分析和热导率分布特征图

文章综合地热学数据和重、磁分析方法，认为苏拉威西区域因地壳地温梯度较高，有利于俯冲起始活动。结合GPS数据和GEODYSSEA求解结果，研究团队推测苏拉威西岛西侧的Palu-koro断层北段是可能发生俯冲起始活动的地点。研究团队进一步推断，马鲁古海峡两侧的桑义赫海沟、哈马黑拉海沟反向俯冲，吸收了菲律宾海板块与巽他板块之间的汇聚收敛运动量，导致北苏拉威西海沟近5Ma以来以万鸭老为极点顺时针旋转、南向俯冲的同时向北后撤。最后，文章探讨了苏拉威西海至（北）班达海构造演化的动力学和运动学特征：苏拉威西岛北支与岛东支在向北-西方向运动的过程中，速率不同，深部构造动力方向不同，导致北支向北上倾、东支向北下倾（图3）。

图3 苏拉威西区域构造演化模式图 

该研究通过重、磁分析方法获取的苏拉威西热流特征，是对实测地温梯度的有益补充，为探索岩石圈热-流变结构、初始俯冲机制和海沟后撤过程等前沿科学问题提供了重要依据。

---