一、年度工作进展

1、 项目实施方案执行情况

室内研究：（1）对多道地震数据和OBS数据进行地质解释和深部结构反演，研究深部动力学过程；（2）基于多波束测深数据及深度学习算法对九州-帕劳海脊的海山体积进行计算，探索沿海脊海山体积的变化规律及所反映的构造-岩浆作用；（3）基于数值模拟进行古太平洋对菲律宾海初始俯冲过程的动力学模拟；（4）基于物理模拟对多海山-洋脊俯冲过程对上覆板块的内部结构变形进行模拟；

2、 与西太计划其他项目的交流合作情况

2020年召开“板块初始俯冲机制动力学模拟”研讨会，该会议围绕国家自然科学基金重大研究计划《西太平洋地球系统多圈层相互作用》中的核心科学问题“板块初始俯冲的动力学机制”展开，旨在聚焦科学目标，促进动力学模拟过程中的交流与合作。来自中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学院海洋研究所、中国科学院南海海洋研究所、浙江大学海洋学院、中国海洋大学海洋地球科学学院的近20位该领域内专家与青年学者参与了此次会议。会议期间，各位专家学者进行了广泛深入地讨论，在初始俯冲动力学模拟的诸多细节方面达成统一意见，并总结了当前存在的问题及未来模拟过程中需要注意与改进的方向；

提供8000 立方英寸Bolt枪作为深反射/折射地震震源，用于2020年度西太多圈层基金委共享航次的深部地震探测作业。

3、 获得的数据、科学意义及汇交情况

获得553 km多道地震数据和767 km OBS数据，将为KPR的深部结构和动力学过程研究提供基础支撑。未汇交。

二、 年度研究成果

1、 取得的科学认识及其意义

（1）垂直九州-帕劳洋脊深部地壳结构及海山形成过程

利用九州-帕劳洋脊南部主动源海底地震仪调查获得的穿过岛弧的深反射/折射地震数据，开展速度结构反演，发现垂直南部九州-帕劳洋脊并非是一个一致的岩浆体，而是由东、西侧两个的独立海山组成，并经历了不同期次的岩浆加载作用。西侧海山的洋壳的增厚主要位于洋壳层2，属于海山形成的早期阶段（岩浆持续活动的时间比较短，~4 Myr）。而东侧的海山的洋壳的增生同时位于层2和层3内部，处于海山形成中后阶段（岩浆加载的时间比较长，~12 My），指示了多岩浆源（多期次）岩浆活动。最后一期次岩浆活动的开始时间为~26 Ma，并不是俯冲相关的岩浆作用，而是与弧后扩张相关。

（2）沿九州-帕劳洋脊深部地壳结构及海山形成过程

对沿九州-帕劳洋脊的OBS-T3段测线进行速度结构反演和深部地壳结构分析。结果表明地壳厚度为 6-12 km，沿脊变化明显，具有洋壳结构性质，但与正常洋壳结构相比，也存在差异：（1）比典型洋壳厚度大；（2）比正常洋壳上地幔速度小。同岛弧地壳和陆壳相比，OBS-T3测线地壳厚度小，地壳速度大，表明测线所穿越的九州-帕劳洋脊段为增厚的洋壳。九州-帕劳洋脊同IBM代表岛弧地壳相比具有不同点和相同点，不同点包括：（1）KPR地壳略薄；（2）缺少厚的中地壳和上地幔反射层。相同点：（1）下地壳存在高、低速异常；（2）低速上地幔。由此，本课题认为九州-帕劳洋脊可能代表了由洋壳向岛弧地壳演化的一个中间阶段。

（3）IBM俯冲体系俯冲起始过程中弧后扩张的动力学模拟

二维弧后扩张的动力学数值模拟表明，仅受重力诱发的自发俯冲起始，弧后扩张会伴随着俯冲起始马上产生，俯冲洋壳年龄是其主要控制因素；而在诱发俯冲，施加外部应力的条件下，俯冲起始后不发生软流圈上涌，弧后扩张产生时间较晚，比较符合实际地质情况，但难以产生弧前玄武岩和玻安岩。最新模型考虑在重力诱发俯冲起始后5Myrs，再加入外部应力的影响，也即施加汇聚速率，在此条件上模拟其动力学过程。其结果更符合马里亚纳俯冲带既有俯冲起始的软流圈上涌，又有弧前扩张关闭形成稳定俯冲，最后产生弧后扩张，并导致扩张脊的后撤。

2、对解决西太计划关键科学问题的贡献

九州-帕劳洋脊沿脊方向和垂直洋脊方向浅部的海山体积和形态，以及深部的结构均发生变化，表明太平洋板块向菲律宾海板块从初始俯冲-成熟俯冲-弧后扩张的过程中具有强烈的不均一性，洋脊的形成是多期次、多来源的岩浆作用共同塑造的结果，可能代表了洋壳向岛弧型地壳发展的过渡阶段。岩浆作用受到包括先存薄弱带，弧后的渐进式不对称扩张以及上地幔的不均一性等多种因素的影响，从而导致结构和物质循环的变化，有助于了解板块俯冲相关的深部物质循环和岩石圈演化。对于关键问题（3）西太平洋板块俯冲与地球深部流固相互作用有贡献中的重点资助方向（四）西太平洋流固界面及边界层物质能量交换具有贡献；

九州-帕劳洋脊也是研究板块初始俯冲的有利场所。对于初始俯冲的地球动力学模拟研究表明，古太平洋板块向西菲律宾海之下的俯冲在起始阶段为受重力诱发的自发俯冲，俯冲洋壳年龄是其主要控制因素。在自发俯冲约5 Myrs后，开始进入成熟的俯冲阶段，在16 Myrs后发生不对称的弧后扩张，俯冲板块随之后撤，弧后盆地宽度在300~400 km，形成了四国和帕尔西维拉海盆。关键问题（3）西太平洋板块俯冲与地球深部流固相互作用有贡献中的重点资助方向（八）板块俯冲起始机制具有贡献。

3、成果列表（不能与上年度重复，只列前三位标注的成果）

[1]     Ding, W.W.*, Sun, Z., Mohn, G., Nirrengarten, M., Tugend, J., Manatschal, G., Li, J.B., 2020. Lateral evolution of the rift-to-drift transition in the South China Sea: Evidence from multi-channel seismic data and IODP Expeditions 367&368 drilling results. Earth and Planetary Science Letters, 521:1-14. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.115932（国际SCI）（第一标注）

[2]     Zhao, Y.H., Ding, W.W*., Ren, J.Y*., Li, J.B., Tong, D.J., Zhang, J., 2021. Extension discrepancy of the Hyper-thinned crust in the Baiyun Rift, Northern Margin of the South China Sea. Tectonics, 40, doi: 10.1029/2020TC006547. （国际SCI）（第一标注）

[3]     丁巍伟，李家彪. 2019. 九州-帕劳洋脊南段的深部结构探测及对板块俯冲起始机制的可能启示. 海洋地质与第四纪地质，39（5），98-103.（第一标注）

[4]     Wu, Y.M., Ding, W.W*., Clift, P., Li, J.B., Yin, S.R., Fang, Y.X., Ding, H.H., 2020. Sedimentary budget of the Northwest Sub basin, South China Sea: controlling factors and geological implications. International Geology Review, 62(7-8): 970-987. https://doi.org/10.1080/00206814.2019.1597392（国际SCI）（第二标注）

[5]     Fang, P.G., Tugeng, J., Mohn, G., Kusznir, N., Ding, W.W*., 2021. Evidence for rapid large-amplitude vertical motions in the Valencia Trough (Western Mediterranean) generated by 3D subduction slab roll-back. Earth and Planetary Science Letters, 575, 117119, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117179. （国际SCI）（第二标注）

[6]     Li, J.B., Ding, W.W*., Lin, J., Xu, Y.G., Kong, F.S., Li, S.Z., Huang, X.L., Zhou, Z.Y., 2021. Dynamic processes of the curved subduction system in Southeast Asia: A review and future perspective. Earth-Science Reviews, 217, 103647. Https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103647.（国际SCI）（第二标注）

[7]     ang, P.G., Ding, W.W*., Lin, X.B., Zhao, Z.X., Fang, Y.X., Li, C.F., 2020. Neogene subsidence pattern in the multi-episodic extension systems: Insights from backstripping modelling of the Okinawa Trough. Marine and Petroleum Geology, 111:662-675. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2019.08.051. （国际SCI）（第三标注）

[8]     Zhao, Y.H., Ding, W.W*., Yin, S.R., Li, J.B., Zhang, J., Ding, H., 2020. Asymmetric Post-Spreading Magmatism in the South China Sea: Based on the Quantification of the Volume and Its Spatiotemporal Distribution of the Seamounts. International Geology Review, 62(7-8),955-969. doi: 10.1080/00206814.2019.1577189. （国际SCI）（第四标注）

[9]     丁巍伟，2021. 南海大陆边缘动力学：从陆缘破裂到海底扩张. 地球科学，46（3）, 1-11.（EI）（第四标注）

[10]  Wang, C.Y., Ding, W.W*., Schellart, W.P., Li, J.B., Dong, C.Z., Fang, Y.X., Han, T.Y., Tong, Z.Y., 2021. Effects of multi-seamount subduction on accretionary wedge deformation: Insights from analogue modelling. Journal of Geodynamics, 145, https://doi.org/10.1016/j.jog.2021.101842. （国际SCI）（第三标注）