研究背景

大洋岩石圈形成后持续冷却、收缩并逐渐沉降，经典半空间冷却模型较好描述了正常洋盆的水深演化。然而，受板块相互作用、俯冲体系及有限扩张空间等影响，边缘海盆的沉降过程往往偏离正常洋盆规律。南海西南次海盆作为典型的小型边缘海盆，现今水深明显偏深，其异常深水的形成机制仍缺乏定量认识。现有研究多直接利用开阔大洋年龄—水深关系或经典冷却模型解释边缘海盆水深，较少区分扩张期形成的初始水深与扩张停止后的持续沉降。因此，一个关键科学问题是：西南次海盆现今异常深水究竟有多少形成于扩张阶段，又有多少源于扩张停止后的岩石圈冷却沉降？定量厘清这一问题，是认识边缘海盆热演化过程及深部动力学机制的关键。

研究成果

针对这一科学问题，海底科学与划界全国重点实验室方鹏高副研究员（第一作者）和丁巍伟研究员（通讯作者）以南海西南次海盆为研究对象（图1），利用19条地震剖面和校正后的区域热流数据，改进经典半空间冷却模型，建立了适用于边缘海盆热沉降分析的三维重建方法，并通过两阶段重建区分扩张期与扩张停止后的水深变化。

图1南海西南次海盆地形地貌和主要地震测线分布图

研究结果表明，约16 Ma扩张停止时，西南次海盆平均古水深仅为2.70–2.86 km，而现今沉积物校正后的平均水深约4.55 km，表明扩张停止后进一步沉降了约1.69–1.85 km（图2）。这一沉降主要与岩浆供给快速停止后残余热量耗散及岩石圈冷却收缩有关，致密再循环地幔物质可能进一步增强沉降。进一步重建发现，扩张期西南次海盆的沉降速率明显比正常洋盆低约188–287 m/Ma1/2，表现出明显的沉降亏损（图3）。研究认为，这种异常现象主要与俯冲驱动的地幔流动及其增强的岩浆供给有关；空间上，西南次海盆沿走向的水深差异反映出岩浆供给具有明显的不均一性，东部较强并向西减弱，可能与岩石圈的不均一性有关。

本研究首次提出了西南次海盆“扩张期增强岩浆驱动浅水环境—后扩张期快速冷却导致异常沉降”的两阶段演化模式，表明现今异常深水并非完全继承于海底扩张阶段，而在很大程度上由扩张停止后的热演化所塑造。研究通过改进半空间冷却模型并发展适用于边缘海盆的三维热沉降重建方法，为定量区分边缘海盆扩张期与后扩张期的沉降贡献提供了新的技术手段。也可为解释全球其他停止扩张边缘海盆地的异常水深及其深部动力学过程提供了新的研究思路。

文章信息

该论文成果最近在线发表在国际权威期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、浙江省自然科学基金和全重实验室自主课题等项目资助。

Penggao Fang (方鹏高), Weiwei Ding* (丁巍伟). Improved half-space cooling model reconciles bathymetry and thermal evolution of the Southwest Subbasin, South China Sea. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 131, e2026JB034423. https://doi.org/10.1029/2026JB034423

图2 西南次海盆海底扩张期（d1-d4）和扩张停止时（~16 Ma, PWD1-PWD4）期水深

图3 西南次海盆扩张期校正深度—年龄曲线及其对比