广角反射/折射地震探测揭示的冲绳海槽地壳结构

广角反射/折射地震探测是研究冲绳海槽地壳结构与性质的有效方法。通过收集整理冲绳海槽及邻区广角反射/折射地震研究成果,对冲绳海槽地壳结构性质进行了探讨。结果表明,冲绳海槽地壳厚度较薄,绝大部分地区属于减薄的陆壳,但局部已出现洋壳;海槽北、中、南三段处于不同的构造演化阶段,地壳厚度、结构、减薄方式等存在较大差异;琉球俯冲带不同分段活动特征及构造应力场的不同是造成冲绳海槽地壳结构性质和构造演化南北差异的主要原因;冲绳海槽内洋壳局限于海槽中、南段轴部,在轴部地堑沿走向方向布设OBS测线将有助于进一步确定洋壳的存在。     

论冲绳海槽的张裂运动

琉球岛弧系向海沟方向的旋张掀斜运动和岛弧-弧后地区地幔流的波动运动是冲绳海槽张裂运动的动力源.在张应力场作用下,自早第三纪以来,冲绳海槽长期为一负向构造.现代海槽是老海槽的继承性、阶段性发展的产物,晚中新世以来冲绳海槽的张裂运动增强与菲律宾海板块的俯冲作用增强密切相关,但它不可能形成大规模的扩张.     

东海莫霍面起伏与地壳减薄特征初步分析

收集、整理大量由地震剖面提供的沉积层厚度资料,得到东海沉积层等厚图。对完全布格重力异常进行沉积层重力效应改正后,得到剩余重力异常,利用地震资料揭示的莫霍面深度值来约束界面反演得到东海莫霍面埋深。结果表明,东海陆架盆地莫霍面深度在25～28 km之间平缓变化,地壳厚度为14～26 km,西厚东薄;冲绳海槽盆地莫霍面深度为16～26 km,地壳厚度为12～22 km,北厚南薄。东海陆架盆地东部与冲绳海槽盆地南部地壳减薄明显,拉张因子分别达到2.6和3。初步分析认为冲绳海槽地壳以过渡壳为主,并未形成洋壳。     

重磁资料揭示的冲绳海槽及邻区断裂和岩浆岩分布北大核心CSCD

冲绳海槽及邻区是强烈的构造活动区,断裂和岩浆岩分布广泛。以1∶100万重磁数据为基础,计算了空间重力异常、布格重力异常和ΔT磁异常的垂向和水平方向一阶和二阶导数,通过对比计算结果,对冲绳海槽及邻区断裂和岩浆岩分布特征进行了研究。结果表明,冲绳海槽发育平行和垂直于海槽走向的两组断裂带,其中垂直于海槽走向的NW、NWW向断裂带为走滑断裂,在东海构造演化过程中长期发育并逐渐向东前展,受不同时期构造应力场变化的影响,走向自西向东发生变化,整体呈现NE向凸出的弧形;岩浆岩呈带状分布,海槽东侧自北向南纵贯海槽的岩浆岩带与琉球火山前锋相对应;与钓鱼岛隆褶带相对应的宽阔岩浆岩带南端终止于27°N的NW向断裂带附近;海槽南段轴部岩浆岩带与海槽现今的扩张活动有关,而陆架边缘和陆坡上部的台北-钓鱼岛火山岩带的构造属性不同于北部的钓鱼岛隆褶带。     

重磁资料揭示的冲绳海槽及邻区断裂和岩浆岩分布

冲绳海槽及邻区是强烈的构造活动区,断裂和岩浆岩分布广泛。以1∶100万重磁数据为基础,计算了空间重力异常、布格重力异常和ΔT磁异常的垂向和水平方向一阶和二阶导数,通过对比计算结果,对冲绳海槽及邻区断裂和岩浆岩分布特征进行了研究。结果表明,冲绳海槽发育平行和垂直于海槽走向的两组断裂带,其中垂直于海槽走向的NW、NWW向断裂带为走滑断裂,在东海构造演化过程中长期发育并逐渐向东前展,受不同时期构造应力场变化的影响,走向自西向东发生变化,整体呈现NE向凸出的弧形;岩浆岩呈带状分布,海槽东侧自北向南纵贯海槽的岩浆岩带与琉球火山前锋相对应;与钓鱼岛隆褶带相对应的宽阔岩浆岩带南端终止于27°N的NW向断裂带附近;海槽南段轴部岩浆岩带与海槽现今的扩张活动有关,而陆架边缘和陆坡上部的台北-钓鱼岛火山岩带的构造属性不同于北部的钓鱼岛隆褶带。     

冲绳海槽南部海底热液活动区地形地貌特征及成因分析

为了进一步理解构造地质过程对弧后盆地热液活动及成矿作用的影响和控制,以实测和收集的多波束资料为基础,对冲绳海槽南部多个海底热液活动区的地形地貌特征进行了精细刻画。结合前人研究成果,从构造地质学的角度分析了热液区地形地貌的成因机制。结果表明,冲绳海槽南部热液区均为海底火山成因地貌,不同热液区的海底地貌分属于不同类型岩浆作用的产物:D海丘受岛弧和弧后盆地岩浆作用的双重影响,A海丘群由岛弧为主的多源岩浆作用产生,C海丘和B海丘群属于琉球火山岛弧,雨花海丘形成于造山期后地壳伸展导致的岩浆上涌。冲绳海槽中央地堑与琉球火山岛弧的交汇处有利于形成大规模岩浆和地热活动。琉球火山岛弧的岩浆活动存在时空迁移,与海槽构造演化过程中由分散式裂陷向中心式裂陷的转换有关。唐印热液区的存在表明台湾北火山带在槽底北缘及陆坡区仍具有较强的岩浆和地热活动性,是未来冲绳海槽南部海底热液调查的重要靶区之一。     

冲绳海槽异常地幔与地壳性质的初步分析

东海冲绳海槽,位于琉球岛弧-海沟系的陆侧,为半深海弧后边缘地.近年来,国内外学者作了一系列实际调查和专门研究,极大地促进了对海槽地壳演化的认识.但在探讨海槽深部构造时,均未论证异常地幔的存在;在剖析槽底地壳性质时,认为已出现新生洋壳或认为属过渡型地壳,分歧存疑之处颇多.在板块大地构造框架中,普遍认为边缘盆地是弧后扩张(形成新洋壳)的产物,但在冲绳海槽,地壳厚度明显大于正常洋壳,拖网取样采获大量中酸性岩石,从而对海槽的扩张成因产生了种种疑问.本文将在前人工作基础上,试就上述问题展开讨论,进而确定冲绳海槽在洋盆演化阶段中的特殊位置.     

伊豆−博宁−马里亚纳岛弧地壳厚度分布及其对岩浆活动的指示

数值模拟研究认为洋底高原/洋脊俯冲和弧后扩张能够有效影响俯冲带岩浆活动和岛弧地壳增生。本文以伊豆?博宁?马里亚纳(IBM)俯冲带为实例,论证该结论的有效性。以卫星测高反演重力异常为基础,通过构建地球不同圈层密度模型,反演得到IBM俯冲带莫霍面埋深。本文的莫霍面埋深反演结果与地震解释结果具有一致的分布趋势。结合开源水深和沉积层厚度数据,给出了IBM俯冲带地壳厚度分布。IBM岛弧地壳体积沿走向的分布特征表明:①小笠原洋底高原和相对较小规模达顿洋脊的俯冲,都能够使得相应位置的岛弧变窄、地壳变厚、体积增大;②马里亚纳海槽扩张显著降低了岛弧地壳体积的增生量。     

东海地区地热场综述

综述了东海地区地热场的特征及研究进展,根据收集的各航次热流值资料,绘制了东海地区的热流值分布图,并根据热流值的分布特点将东海地区分为陆架区、冲绳海槽区、琉球岛弧和海沟区、菲律宾海盆区等4个区块,详细分析了它们的热流分布成因,在已有的东海南北热结构模型基础上对东海南北热结构差异进行了分析。南冲绳海槽区的地壳热流值和地壳减薄程度都明显高于北冲绳海槽及其它各区,说明高热流值起源于地幔抬升和地壳的减薄,东海的扩张已经从冲绳海槽北部转移到南部。     

冲绳海槽至马里亚纳海沟重力异常和地壳结构的初步研究

根据我们实测的水深、重力连续剖面资料,计算了自东海至北斐济盆地的地壳厚度。本文旨在对冲绳海槽至马里亚纳海沟的重力异常和地壳结构进行初步的研究。该地段位于太平洋板块俯冲带以西,构造活动十分复杂、剧烈,并含有多种类型的地壳结构。     

东海的地壳结构特征

介绍了国内外有关东海地壳结构特征的调查研究状况,并利用前人大量的调查研究成果,根据自西向东地壳速度结构的差异,将东海海区划分为东海陆架区、冲绳海槽区、琉球岛弧-海沟区三部分。东海陆架区主要由沉积盖层(速度为5.8～5.9km/s)、基底层(速度为6.0～6.3km/s)和下地壳层(速度为6.8～7.6km/s)三个速度层组成,属于典型的大陆型地壳。冲绳海槽则位于大陆地壳和大洋地壳的过渡地带,它仍然具有大陆地壳的结构特征,并无洋壳的形成,但在海槽的轴部地壳已经减薄。琉球岛弧-海沟区的地壳结构总的来说属于过渡型地壳,但在海沟靠洋一侧已属于大洋型地壳,而从琉球海沟往东的西北菲律宾海盆,就完全属于典型的大洋地壳。     

冲绳海槽现代张裂的地球物理特征

位于东海陆架与琉球岛弧之间的冲绳海槽为板块俯冲作用形成的弧后断陷盆地,具有独特的构造地貌特征。自中新世末以来历经了4个强烈拉张的演化时期,目前已达到张裂的高级阶段。地球物理资料显示,海槽中的现代拉张作用仍在进行,表现在海槽轴部快速沉降形成地堑槽,对称分布的张性断裂,晚更新世—全新世以来的岩浆活动,从老至新排列的磁异常务带以及高地热流、频繁的地震活动等,充分体现了冲绳海槽的现代扩张特点。     

冲绳海槽热流值的分析及其地质解释

冲绳海槽南起我国台湾省东北角,东临琉球岛弧,西接东海陆架.本文利用冲绳海槽的热流值进行了数理计算,得出该海槽的年龄为5.3百万年.根据海槽及邻区的地质-地球物理资料进行了分析和解释.     

冲绳海槽沉积物及其沉积作用的研究

冲绳海槽位于中国东海大陆架钓鱼岛隆褶带和琉球岛弧之间,呈弧形向东南方向凸出,主体水深大于1000米,是西太平洋沟、弧、槽体系中的一个扩张型半深海盆地.因此,研究冲绳海槽的沉积物及其沉积作用对阐明岛弧体系的形成和发展具有重大的意义.从六十年代开始,国内外一些研究单位先后对冲绳海槽开展了地质学、海洋学和地球物理学等方面的调查,陆续发表了一些调查报告和文章,这些成果为以后的研究打下了基础.为了较系统地了解海槽地形地貌及沉积物的分布规律,地质矿产部海洋地质综合研究大队和地质矿产部海洋地质研究所于1980、1981年两次对冲绳海槽进行了地形地貌、沉积物及岩石等方面的调查.范围南起与那国岛东侧,北至宝岛以北一带.测线横穿海槽,其中两条测线穿越宫古岛与久米岛之间的海区,直到琉球岛弧东坡水深1800—2000米一带,调查面积约15平方公里(图1).调查由“东方红”号考察船完成,取样设备有0.25(米)~2曙光型表层采泥器、重力取样管、重力活塞取样管、开口面积为960×360(厘米)~2的铁架底质拖网,测深仪为日产W—33CR—421C鱼探仪(标定精度为<1%),定位仪为日本无线电株式会社SNA—10自动航法装置,定位误差为200米.     

西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动

研究了西太平洋典型弧后盆地冲绳海槽和马努斯海盆的区域地质背景、岩浆岩、喷口流体、热液柱、沉积物以及多金属硫化物。结果表明,冲绳海槽在构造和地球物理特征上南北分异,从北向南地壳厚度减薄,南部重力异常变化大,发育条带状磁异常,中部则具有最高的热流值。马努斯海盆的重力异常变化较小,磁力异常呈东西向展布,海底扩张中心附近出现磁异常条带。马努斯海盆已出现洋壳,冲绳海槽的地壳属于过渡性地壳,在中南部的地堑中可能已出现洋壳。 冲绳海槽与马努斯海盆玄武岩的岩浆是由地幔源区部分熔融产生的原始岩浆与板块俯冲组分混合构成。中酸性岩与基性岩具有相同的岩浆物质来源,是玄武质岩浆结晶分异的产物。与马努斯海盆火山岩相比,冲绳海槽火山岩存在不同程度的地壳混染。 冲绳海槽的喷口流体为富含金属元素（Mn、Fe、Zn、Pb）的酸性高温（高达320 °C）流体,其热液柱中的Zn2 、Cd2 、Pb2 、Cu2 离子浓度明显高于正常海水。马努斯海盆的热液柱呈现出CH4、Mn、Al、δ3He正异常及pH负异常的特征。与马努斯海盆PACMANUS热液区的喷口流体（220–276 °C、pH = 2.5–3.5）相比,DESMOS热液区的喷口流体温度（≥88–120 °C）相对较低,酸性更强（pH ≤ 2.1）,二者较低的δ34SH2S和δD值表明岩浆演化过程中有酸性挥发分进入岩浆流体。冲绳海槽与马努斯海盆含金属沉积物的分布及其元素含量特征具有差异,相应地,两个弧后盆地含金属沉积物中的微生物群落也不同。冲绳海槽和马努斯海盆热液区均具富Zn型、Ba-Pb-Zn型、Si-硫化物型和Si-硫化物-硫酸盐型热液产物。与冲绳海槽的多金属硫化物相比,马努斯海盆中多金属硫化物的Pb和Au含量较低。     

冲绳海槽的形成与发展

冲绳海槽是位于东海大陆架外缘、东海陆架边缘隆褶带与琉球岛弧之间的一个狭长带状弧间盆地.关于它的成因,已有古琉球弧直接张裂和断裂下陷两种观点,而笔者认为,它是由于菲律宾海板块从早中新世末以来,向欧亚大陆板块下俯冲所形成的沟-弧-盆系列的一个组成部分,在其生成和发展过程中,先后经历了拗陷、断陷和扩张三个阶段.然而,扩张刚刚开始.今后它将进一步裂开,琉球弧将更加向菲律宾海方向推进.因受调查程度的限制,本文将以冲绳海槽北半部的资料为主要依据.     

构造地质过程对冲绳海槽热液活动及成矿作用的控制研究综述

在对冲绳海槽及邻区构造地质学和热液地质学调查研究成果进行全面总结的基础上,将深部地球动力学机制、冲绳海槽形成演化、岩浆作用过程、热液系统结构、流体循环模式和成矿作用特征等多方面的问题,纳入到统一的框架下,探讨了冲绳海槽构造地质过程对热液活动和成矿作用的控制机理。分析认为,区域中尺度地幔流引起了东亚大陆边缘岩石圈向东的蠕散,并驱动了菲律宾海板块沿琉球海沟向欧亚板块之下的俯冲。在弧后小尺度地幔对流、岩石圈减薄、板片反卷和俯冲后退的共同作用下,冲绳海槽发生弧后张裂。张裂作用在岩石圈内形成了网状破裂系统,为岛弧和弧后岩浆上涌提供了通道,并且引起了不同来源岩浆的干扰和混合。侵位到地壳浅部的岩浆为热液活动提供了热源和主要成矿物质来源,是影响热液活动分布的主要因素。沉积层覆盖改变了流体的浅部循环结构和原始流体成分。热液区内普遍存在的流体相分离过程,导致了广域成矿作用的发生。     

冲绳海槽中段磁异常特征

磁异常显示在东海陆架坳陷带以降低负磁异常为主 ,而陆架边缘隆褶带异常区则以跳跃升高的正磁异常为主 ,冲绳海槽异常区表现出 2种磁异常面貌 :在西部陆坡表现为较平缓的负磁异常 ,而冲绳海槽底部则表现为高频跳跃变化升高异常。琉球岛弧异常区则表现为降低平缓负磁异常 ,只有在靠近冲绳海槽一带表现为高频升高正磁异常。磁力异常在这几个构造带显示出明显的条带状分布特征。在测区的中南部 (2 7°4 0′ N ,12 7°0 0′ E附近 ) ,磁异常呈现出明显的磁条带特征 ,与海底地形吻合很好 ,说明海槽中段已经进入了扩张阶段     

西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动

本文研究了西太平洋典型弧后盆地冲绳海槽和马努斯海盆的区域地质背景、岩浆岩、喷口流体、热液柱、沉积物及多金属硫化物。结果表明,冲绳海槽在构造和地球物理特征上南北分异,从北向南地壳厚度减薄,南部重力异常变化大,发育条带状磁异常,中部则具有最高的热流值。马努斯海盆的重力异常变化较小,磁力异常呈东西向展布,海底扩张中心附近出现磁异常条带。马努斯海盆已出现洋壳,冲绳海槽的地壳属于过渡性地壳,在中南部的地堑中可能已出现洋壳。冲绳海槽与马努斯海盆玄武岩的岩浆是由源区地幔部分熔融产生的原始岩浆与板块俯冲组分混合构成。中酸性岩与基性岩具有相同的岩浆物质来源,是玄武质岩浆结晶分异的产物。与马努斯海盆火山岩相比,冲绳海槽火山岩存在不同程度的地壳混染。冲绳海槽的喷口流体为富含金属元素(Mn、Fe、Zn、Pb)的酸性高温(高达320°C)流体,其热液柱中的Zn~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)离子浓度明显高于正常海水。马努斯海盆的热液柱呈现出CH_4、Mn、Al、δ~3He正异常及pH负异常的特征。与马努斯海盆PACMANUS热液区的喷口流体(220~276°C、pH=2.5~3.5)相比,DESMOS热液区的喷口流体温度(88~120°C或120°C以上)相对较低,酸性更强(pH≤2.1),二者较低的δ~(34)S_(H_2S)和δD值表明,岩浆演化过程中有酸性挥发分进入岩浆流体。冲绳海槽与马努斯海盆含金属沉积物的分布及其元素含量特征具有差异,相应地,两个弧后盆地含金属沉积物中的微生物群落也不同。冲绳海槽和马努斯海盆热液区均具富Zn型、Ba-Pb-Zn型、Si-硫化物型和Si-硫化物-硫酸盐型热液产物。与冲绳海槽的多金属硫化物相比,马努斯海盆中多金属硫化物的Pb和Au含量较低。     

冲绳海槽及邻区磁异常特征及其地质解释

对冲绳海槽及邻区的ΔT磁异常特征进行了定性分析和变纬度化极处理,通过对比ΔT磁异常和化极磁异常分布特征,对冲绳海槽及邻区几个构造地质学问题进行了探讨。冲绳海槽基底埋深较大,沉积中心位于海槽西部;钓鱼岛隆褶带大规模基底隆起的南端终止于渔山-久米断裂带,断裂带以南的东海陆架南部边缘覆盖了厚层沉积物;以渔山-久米断裂带、舟山-国头断裂带和吐噶喇断裂带为代表的NW-NWW向右旋平移断裂带在东海构造演化过程中自西向东逐渐前展,对构造应力场起到了重要的调节作用,是东海"南北分块"构造格局中主要的构造单元边界;中新世以来台湾碰撞造山作用引起了东海陆架南部主要构造单元的顺时针旋转;菲律宾海板块的俯冲对琉球弧前地区的磁异常分布产生了显著影响。