一种新颖的区域-残差异常分离技术，用于评估东越南海（南海）下方莫霍面（Moho）的构造特征及地壳密度结构

《Journal of Asian Earth Sciences: X》：Novel regional–residual anomaly separation technique for evaluating Moho configuration and crustal density structure beneath the East Vietnam Sea (South China Sea)

重力异常分离新方法用于东越南海莫霍面深度与密度结构建模，结合高阶多项式拟合与多高度向上延拓，有效分离区域场（长波长）与残余场（短波长）。区域场揭示莫霍面深度8-32公里，呈现大陆边缘增厚、洋中脊变薄特征；残余场显示密度2.54-2.90 g/cm3横向变化，反映地壳岩石圈异质性。该方法验证了重力数据在复杂海域 crustal 架构解析中的应用潜力，为资源勘探提供新视角。

　　
本文针对南中国海（东越南海）复杂地质环境下的莫霍面深度与密度结构研究，提出了一种创新的重力异常分离技术，并成功应用于区域地质建模。研究通过整合多项式函数拟合与重力场向上延拓，有效分离了区域异常与残差异常，为解决该区域大陆架向海洋过渡带的 crustal architecture 提供了新方法。以下从技术路径、成果特征、地质意义三方面进行解读：

一、技术路径创新性
研究团队突破传统重力分离方法的局限性，构建了多维度参数优化体系。首先采用9-15阶二变量多项式函数对布格重力异常进行区域场拟合，通过对比不同阶数多项式与多高度向上延拓场（5-150km）的相关系数，发现当延拓高度达到55km时，多项式拟合区域场与实际延拓场的相关系数稳定在0.995以上，此时分离出的区域场代表莫霍面主导的重力信号。这种"多项式拟合-延拓对比"双验证机制有效规避了传统滤波方法的主观性，确保分离结果的地质一致性。

二、成果特征与地质验证
（1）莫霍面深度呈现显著空间分异：沿中脊轴带深度仅8km，对应典型海洋地壳结构；而西北大陆边缘深度达32km，显示强烈的大陆壳衰减特征。该分布与IODP 349航次钻探数据（如U1435站位）及海底地震观测结果高度吻合，验证了重力反演的可靠性。

（2）密度结构揭示多重构造单元：2.54-2.90g/cm3的密度梯度对应三个地质单元：
- 高密度区（>2.85g/cm3）：中脊轴带及伴生隆起，指示热点活动或俯冲带岩浆重熔产物
- 中密度区（2.70-2.85g/cm3）：过渡带大陆架与海洋壳交界区域，反映岩石圈减薄过程中的部分熔融
- 低密度区（<2.65g/cm3）： Nam Con Son等沉积盆地，密度降低与厚层沉积覆盖下地壳拉伸有关

（3）残差异常揭示上地壳细节：负残差区（-90mGal）对应Macclesfield Bank等断裂带控制的沉降区，可能发育走滑断层系统；正残差区（+120mGal）位于中脊转折处，暗示火山侵入活动。这些特征与2018年海地震解释的Red River断裂带热液系统分布存在空间对应关系。

三、地质动力学意义
1. 中脊轴带8km浅莫霍面与新生代快速扩张相关
研究显示，该区域地壳厚度较典型海洋壳（15-20km）显著减薄，结合地震反射剖面特征，证实存在超大陆裂解阶段的快速扩张（32-30Ma起）。沿扩张轴分布的260mGal异常值，与全球中脊玄武岩（MORB）密度2.9g/cm3的理论值吻合，支持板块俯冲带伴随岩浆上涌的构造模型。

2. 西北大陆边缘32km深莫霍面的成因解析
该区域莫霍面深度达到大陆地壳平均厚度（30-40km）的80%，结合高分辨率重力梯度测量，揭示出三重结构：
- 地幔低速层（200km深度以上）
- 莫霍面（32km）以下过渡带
- 32-20km深度范围存在高密度（2.8g/cm3）的花岗岩基底
这种"薄壳-厚基底"结构解释了红河三角洲盆地油气资源富集特征，其密度差异（2.54-2.67g/cm3）与陆相沉积岩组合的密度（2.5-2.7g/cm3）高度匹配。

3. 中脊-大陆架过渡带（25-28km莫霍面）的构造演化
该过渡带存在独特的"V"型密度梯度，结合区域地震剖面的速度结构，显示：
- 30Ma前存在连续大陆壳
- 30-22Ma期间大陆架向海洋过渡（密度下降0.36g/cm3）
- 17Ma后进入稳定洋壳阶段（密度稳定在2.9g/cm3）
这种密度演化与晚新生代俯冲带迁移（ Proto-SCS消减带北移）及红河剪切带东向挤出作用密切相关。

四、资源勘探启示
1. 热液多金属矿床预测
高密度异常区（>2.85g/cm3）与火山侵入体分布吻合，结合沉积盆地热液系统发育规律，建议：
- 中脊轴带及伴生隆起区（如Xisha Trough）优先布设钻探点
- 利用残差异常中的负值区（-50mGal）寻找断裂带控制的渗滤通道
- 密度突变带（Δρ/Δz=0.05km?1）作为热液喷口定位标志

2. 油气资源潜力评估
Nam Con Son等沉积盆地密度值（2.54-2.67g/cm3）与北海北部古代烃源岩密度特征一致，结合沉积厚度（200-500m）与构造隆起幅度（200m+），预测：
- 河口盆地（如Phu Khanh）发育页岩气储层
- 断裂带控制的透镜体可能富集常规油气
- 莫霍面梯度＞0.1km?1的区域存在构造-岩性复合 traps

五、技术优势与局限
该方法创新性地将多项式拟合与延拓对比结合，相比传统Parker反演法（误差＞5%）和Finite Element法（计算成本高5倍），具有：
- 误差控制：最终残差均方根误差0.177mGal（<0.2mGal阈值）
- 计算效率：较传统球体叠加法快3个数量级
- 空间分辨率：网格50×50km2仍能保持区域场精度＞90%

局限方面：
1. 对深部密度界面（＞5km）分辨率不足
2. 热液活动区（密度＞2.9g/cm3）重力信号衰减明显
3. 多项式阶数过高可能导致过拟合

未来改进方向：
1. 引入机器学习算法优化多项式阶数选择
2. 结合电磁法数据约束密度反演
3. 构建三维重力-密度耦合反演模型

本研究为东南亚海域的深部地质调查提供了新范式，其技术框架已扩展应用于南海东北部（ODP1145站位）和菲律宾海大陆架区，验证了方法在复杂构造环境下的普适性。该成果不仅完善了区域构造演化模型，更为全球大陆架向海洋过渡带的资源勘探提供了可复制的技术路径。