全球热液场的分布

岩浆平衡假设认为岩浆供给的变化是大尺度上控制大洋扩张脊热液场分布模式主要因素。这个理论较为简单，但是一些因素的存在使得验证这个假设较为复杂，如热通量测量的匮乏、岩浆作用与热液作用在时间上的延迟、渗透率的作用、非岩浆热源以及热液场勘探的不确定性。在此，为了验证这个理论，我们总结目前全球活动热液场分布的认识。目前，已发现的活动热液场大约有280个，约为预计数量（1000）的四分之一。到目前为止，大约占全球洋脊20％的部分已经开展了以寻求活动热液场为目的的勘探活动，但是其中仅一半积累了足够多的数据进行统计分析处理。根据11个总长度为6140km的洋脊段数据，我们发现在热液场频率或者热液羽状流发生率与岩浆平衡之间存在强烈的线性关系，其中岩浆平衡是通过洋壳的厚度推算得出。对于扩张速率在10—150mm／yr之间的洋脊，这种线性关系强烈支持岩浆平衡假设。次级的控制因素包括渗透率和深大断裂所提供的额外热量，其中渗透率的影响随着扩张速率的减小而增强，而深大断裂所提供的热量则可以通过以下几种方式获得：上地幔的直接冷却，辉长岩侵入体的冷却以及下覆超镁铁质岩的蛇纹岩化作用。初步的观测以及理论表明在受热点影响的洋脊热液活动相当贫乏，然而数据缺乏妨碍了认识的获得。虽然我们的全部结论来自于详细研究热液场的频率，特别是在慢速扩张洋脊，但也与全球海洋^3He（一种可靠的岩浆指示剂）的分布一致。     

海底地形对洋中脊热液对流活动的影响研究

洋中脊热液活动多产生于不同扩张速率洋中脊的局部高地形区域，基于达西流体充填的孔隙?弹性热力学模型可以直观、有效地模拟出洋壳内部热液对流的形态、温度结构和喷发位置等信息。数值模拟结果和所得解析模型表明:不同规模的洋底地形起伏会对洋壳内部的热液对流形态产生不同程度的影响，高地形规模越大，起伏程度越大，下伏热液羽向地形高点的偏移就越明显。通过结合东太平洋海隆9°17′N热液区和大西洋洋中脊Lucky Strike热液区实际的跨轴水深分布，也可获得与二者实际喷发位置相吻合的模拟结果。地形起伏相关的洋中脊热液喷发模型揭示洋底低地形及其下伏渗透性洋壳表现为主要的海水充注区域，而高地形由于上覆压力的减小，使其成为汇集热液释放和喷发的主要区域。     

热液活动区数目和洋脊扩张速率的关系及其在冲绳海槽的应用

根据11段洋脊上已经公布的热液活动区数目和扩张速率,建立了洋脊扩张速率和热液活动区数目之间的关系,发现洋脊的扩张速率越高,其上发育的热液活动区数目就越多。两者之间可用一个线性关系式来描述:Ph=0.000 199 294 89Us-0.000 625 479 19,其中,Us为洋脊的扩张速率(mm/a),Ph为单位洋脊上热液活动区的数目(个/km)。依据上述关系,在已知洋脊扩张速率的情况下可以预测洋脊上热液活动区的数目。冲绳海槽前期的扩张(拉张)速率很低,一般为15 mm/a左右。根据地震剖面计算了冲绳海槽现代扩张速率约为42 mm/a。总体上,冲绳海槽直到目前仍为一个低速扩张(拉张)的孤后盆地,但扩张(拉张)速率有明显加快的趋势,所得到的关系式能够较好地符合冲绳海槽的情况,这一方面验证了给出的热液活动区数目和扩张速率之间关系的合理性,另一方面也说明我们对冲绳海槽近期扩张(拉张)速率讨论的合理性。根据在冲绳海槽的应用结果,我们预测冲绳海槽仍然存在尚未查明的热液活动区。     

西南印度洋中脊岩石地球化学特征及其岩浆作用研究

作为超慢速扩张脊的代表,西南印度洋中脊(SWIR)因其独一无二的地形地貌特征、洋壳结构、洋壳增生机制、岩浆和热液活动以及深部动力学过程,近30年来成为国内外研究的热点区域。基于近年来对SWIR玄武岩、辉长岩及橄榄岩的岩石学和地球化学研究成果总结,重点探讨了沿SWIR轴向(大尺度)以及单个洋脊分段(小尺度)的岩石地球化学变化特征及其影响因素,阐述了SWIR的岩浆供应及洋壳增生模式。其中,在9°～16°E斜向扩张脊,以构造作用为主的洋脊扩张模式导致了更宽的洋壳增生带和显著的地球化学异常;而在50°～51°E脊段,发育了强烈的火山活动,其成因机制包括克洛泽热点与洋中脊相互作用、微热点、古老熔融事件的残留地幔再熔融等几种观点。此外,西南印度洋中脊龙旂热液区(～49.7°E)的最新研究表明,其热液循环路径与拆离断层的发育密不可分,热液流体循环最深可达莫霍面以下6 km。因此,在今后的一段时间,应进一步加强SWIR不同空间尺度地幔源区性质、洋中脊构造与岩浆作用过程、热点-洋中脊相互作用和岩浆-热液活动与成矿等主要科学问题的研究。     

西南太平洋汤加岛弧的海底火山和高温热液喷发

西太平洋中大多数已知的高温热液喷发都出现在洋内弧后环境中,如劳海盆、北斐济海盆和马里亚纳海沟.在弧前的海底火山上已经发现了热液喷发和相应的矿床,其中许多火山还在排气,并有释放到海底的岩浆挥发物的证据,但是只在水深超过1 km的最深的塌陷火山口发现了黑烟喷口、典型深洋中脊和弧后扩张中心.本文描述了汤加岛弧浅海底火山上首次发现的高温热液喷发和大面积的硫化物-硫酸盐烟道.     

超慢速扩张洋中脊岩浆形成和迁移汇聚动力学研究

超慢速扩张洋中脊具有不同于其他扩张速率洋中脊的特征，表现为剧烈变化的洋壳厚度和典型的非岩浆段。本文对前人研究的洋中脊岩浆形成关键因素和迁移聚集模式进行综合分析，结合实际地球物理和地球化学的观测数据，探讨了超慢速扩张洋中脊岩浆从地幔源区形成、迁移汇聚、形成洋壳的整个地质过程，进一步指出了影响洋壳结构的关键控制因素。研究结果表明，超慢速扩张洋中脊沿轴洋壳厚度的变化受岩浆补给量和迁移汇聚的共同制约。其中，岩浆补给量受控于洋中脊的地幔潜热、地幔成分和扩张速率的变化；岩浆迁移和汇聚过程则与超慢速扩张洋中脊密集的分段特征和阻渗层的空间结构密切相关。     

下洋壳的冷却

洋壳是由地幔熔融物在扩张洋脊处的结晶作用形成的，熔融物携带的热会在传导和热液循环中消除掉。虽然热液流为海洋提供了一个莺要的地球化学通量，但是人们对洋壳内热液冷却的分布了解得并不多（Schultz和Elder—field，1997；Mottl，2003）。我们对活动扩张脊进行地球物理、地质、岩石学研究，将研究结果用来研制快速扩张脊洋壳增生的概念模式（Quick和Denlinger,1993；Boudier等，1996；Kelemen等，1997）。     

西南印度洋中脊51°E(#26洋脊段)地质特征及其对海底热液活动的指示

在海底多金属硫化物调查过程中，对于已知热液区需要精细地质填图工作，而这种填图往往存在覆盖面积较小、所包含的地质要素较少以及与区域构造作用和岩浆活动联系不足等问题。基于历年大洋航次在西南印度洋中脊#26洋脊段（51°E区域）所获得的深海光学拖曳系统的资料，结合高精度多波束水深数据，提出一种系统的底质热液异常划分原则，识别出热液蚀变岩石或角砾、疑似热液沉积物、热液生物及其遗骸富集和胶结碳酸盐4种底质热液异常类型。高分辨率海底地质填图结果表明，本区存在4处热液活动的异常区。#26洋脊段热液活动频率值为2～10，至少是全球海底热液活动频率经验公式的1.8倍以上。我们认为在超慢速扩张脊局部熔融异常或者发育非转换不连续带的洋脊段，可能存在更多的海底热液活动，也具有形成大型多金属硫化物矿床的潜力。     

大西洋中脊的TAG热液场

TAG热液场是1992-1993年间发现的，当时在裂谷的东壁发现低温热液产物。现今它已成为扩张洋脊热液场中调查研究最多的矿场之一。由于进行了大量的专业考察，其中包括利用水下载人潜器的调查，在此采样、描述和发现，TAG算得上在低扩张速率脊活动的水下热液源之一，也包括高温黑烟囱（Elderfield，1985；Rona，1985，1986；Thompson等，1988；李西岑等1989，1990）。     

西南印度洋脊龙旂热液区蚀变岩岩石学特征及对热液流体循环的指示

慢速?超慢速扩张洋脊的海底热液活动区多出露类型多样的蚀变岩石，记录了地壳深部的流体与围岩的相互作用，为研究深部热液流体特征以及循环过程提供了样本。本研究选取了中国大洋第30、34和40航次在超慢速扩张西南印度洋脊龙旂热液区(A区、B区和C区)利用电视抓斗采集的蚀变玄武岩、蚀变辉长岩、蚀变辉石岩和蛇纹岩等蚀变岩样品，利用光学显微镜、电子探针开展了岩相学和矿物化学分析。岩相学结果表明，龙旂热液区蚀变岩石样品约95%发生了地壳浅部的脆性变形作用，靠近龙旂1号热液区(A区)约有5%的蚀变岩石混合发育了脆性变形及脆性?塑性变形特征。研究区岩石蚀变属于中?低温变质作用，变质相近似绿片岩相，变质矿物组合为绿泥石?绿帘石?钠长石?阳起石?榍石。其中，A区的蚀变岩中的绿泥石形成温度(201～341℃)以及蛇纹石、阳起石、绿泥石等蚀变矿物的Fe元素含量(17.5%～27.5%)都高于龙旂3号热液区(B区和C区)的绿泥石形成温度(239～303℃)和Fe元素含量(16.8%～26.5%)，这也与在该区观测到高温的热液喷口相符合。本研究认为龙旂热液区所在洋脊段发育的拆离断层为热液流体的向上运移提供了通道，洋壳扩张后期轴部的岩浆熔体在轴侧区域的岩浆侵入或喷发活动可能为热液循环提供了热源。     

热液系统输向大洋的热通量估算

从四个方面对现代海底热液活动输向大洋的热通量进行了初步估算.热液系统通过集中、高温的热液烟囱和低温、大面积漫溢热水的形式向海洋输送的热通量为357GW;由底热异常边界层计算出的热通量为32GW;根据Baker提出的扩张洋脊的扩张速率和扩张洋脊热液柱覆盖率之间的线性关系,推算的热液通量为1086GW;根据扩张洋脊岩墙冷却和扩张推算的热通量为592GW.不同的方法给出的结果有较大的差异.一方面这些结果反映了热液系统向大洋的供热水平,另一方面反映了目前对现代海底热液活动的认识水平.虽然热液系统向大洋的热输出比太阳的热辐射小,但由于其特殊的供热方式,这部分热能仍有可能对全球气候带来影响,应在今后的研究中给予重视.     

全球热液场的分布

不考虑图9中的快速洋脊与慢速洋脊之间的基本特征，δ（3He％）的分布更为复杂。沿着东太平洋快速扩张洋脊，δ（3He％）值显示出不连续的高值，而不是相对扩张速率显示出均一的分布。而没有想到的是低值区出现在从印度洋三联点到东太平洋洋隆一智利洋隆三联点处。     

蛤类——洋中脊火山活动和热液喷口区活动性的记录者

洋中脊的热液喷口系统除作为驱动洋中脊的下伏岩浆活动的信号外还影响着大洋的化学性质。喷溢作用呈高温流（＞３００℃“热烟囱”）形式,而扩散则以低温流（＜５０℃）形式出现。热烟囱在从小时级到千年级的时间尺度范围内其活动性和化学性质都随时间变化而变化,扩散流...     

西南印度洋中脊超慢速扩张的构造和岩浆活动特征

西南印度洋中脊是当前研究超慢速扩张中脊岩石圈增生模式和热液硫化物矿产资源的热点区域.本研究从西南印度洋中脊的扩张速率变化与全球地质历史事件的关系、岩浆活动强度及其不同尺度上的运移规律、热点-中脊交互作用的地质现象和地球物理特征等方面,系统总结了有关西南印度洋中脊的最新认识.针对以上内容,提出了进一步工作建议,如调查航次的区域与方法、岩浆-构造活动与岩石圈状态的相互关系以及热点-中脊交互作用的动力学机制.     

慢速、超慢速扩张洋中脊三维地震结构研究进展与展望

慢速与超慢速扩张洋脊是研究岩浆活动、构造运动、热液循环等相互作用的最佳场所;其复杂的三维空间的地震结构是构建构造动力学机制的基础.文章首先结合国际深海研究发展趋势,回顾了慢速扩张洋脊的三维地震结构研究进展,发现慢速扩张洋中脊与快速洋脊相似,也存在岩浆房或熔融体;然后,重点结合我国2010年1-3月首次在西南印度洋洋中脊开展的三维地震探测实验,提出了今后超慢速洋中脊的重要研究方向;此次地震数据初步处理结果表明,数据质量良好,为下一步三维层析成像研究打下坚实基础;相信此次研究将在超慢速扩张洋脊的形成演化机制上取得突破性进展,提升我国在国际大洋中脊研究中的地位.     

卡尔斯伯格脊 60°~61°E洋脊段多波束后向散射特征及其对构造与岩浆作用强度的指示

多波束声纳数据可以有效记录海底地形地貌和底质特征信息。本文利用船载多波束数据对慢速扩张的卡尔斯伯格脊60°~61°E洋脊段的典型构造地貌单元的后向散射强度特征进行了研究,在此基础上,分析了该洋脊段的构造和岩浆作用强度特征。结果表明,洋脊段I以构造拉张作用占主导,脊轴及附近后向散射强度为-29 dB左右,裂谷壁高差可达1 200 m以上,裂谷内断裂发育,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为78.7~126.2,裂谷两侧翼部线性构造较少,但轴向正断层面更宽,倾角更小;与洋脊段裂谷中段相比,末端火山活动频率较低但喷发规模较大,火山机构数量和体积也更大,且可发育深大断裂获取深部热源。洋脊段II以岩浆作用占主导,脊轴及附近后向散射强度达-35 dB,裂谷内轴向火山脊发育,裂谷壁高差小于500 m,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为77.6~116.8,裂谷两侧翼部线性构造数量众多、长宽比较大且呈近似对称,相邻线性构造之间沉积物广泛分布。通过提取挖掘与底质属性密切相关的多波束后向散射强度数据,结合海底地形地貌的分析,可以为洋中脊的构造和岩浆作用强度的定量研究提供有效的证据。     

Reykjanes海岭以下热点产生浮流的地震证据

在过去的５５Ｍａ期间冰岛的大量火山被认为是由于高温地幔羽的存在 ,使得与大西洋洋中脊（ＭＡＲ）海底扩张有关的减压熔融增强而造成的。尽管地幔羽对海岭的冲击在冰岛海台是最强的 ,但大量的观测表明沿冰岛南部ＭＡＲ的扩张及与其相关的火山受热点的影响而发生了改变。特别是缓慢扩张的ＲＲ比典型的ＭＡＲ要热 ,Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭处的海底非常浅 ,地形非常光滑 ,缺乏典型的缓慢扩张中心所具有的割裂和轴谷 ,而且地壳异常厚。此外 ,沿Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭喷发的玄武岩的地球化学表明 ,它是冰岛地幔羽源和大西洋洋中脊源的混合。这…     

西南印度洋脊50.5°E火山喷发高地是热点与洋中脊相互作用的产物吗?

观察西南印度洋脊(SWIR)27洋段(据Cannat等(1999)洋脊分段及命名)高分辨率多波束资料,发现其50.5°E轴部为一火山喷发高地,总体地形特征似乎类似受热点影响的洋脊。对该段洋脊地形作了详细分析,并结合受热点影响洋脊具有的一般特征,从地形地貌、地球物理场、岩石地球化学等方面分析了该段洋脊受热点影响的可能性。地形上缺少轴外地形表达,两翼也没有不对称现象;岩石地球化学上最普遍分布的仍是正常MORB。再者,在Crozet热点的相对运动历史轨迹上没有留下明显的痕迹,因此,其对相关洋脊产生有效影响的可能性并不大。综合SWIR 27洋段各方面特征,可说明其确实受某种因素影响,导致岩浆通量相比邻近洋段有大幅增加,但这种因素可能不是受热点影响,而是与大西洋中脊(MAR)上三段轴部地形异常的洋脊一样,是产生于由不均一地幔导致的洋脊局部岩浆增加。     

大洋中脊海底热液系统的演化特征及其成矿意义

大洋中脊海底热液系统的演化与成矿是复杂、综合的地质过程.归纳、分析了前人研究的资料认为,热源供给和热液活动构造体系是控制热液系统演化与成矿的关键因素.在快速扩张洋中脊热液系统中,岩浆的供给充裕,构造体系渗透性极好,演化时间较短,海底的热液循环输出过程可分为发生、持续和衰退3个阶段;在慢速扩张洋中脊热液系统中,岩浆的供给...     

世界大洋现代多金属硫化物成矿作用

现代大洋裂谷带内发现的成矿系统在洋底形成铁和有色金属的硫化矿藏，属20世纪下半段地质学领域，继红海发现深海底热液系统、太平洋格拉帕格斯脊和东太平洋海岭发现现代黄铁矿类矿藏之后的巨大成果。由于在太平洋快速扩张带内活跃的调查曾找到相当多数量的活动热液场。人们以此为据做出如下结论：在慢扩张带内不可能出现热液活动性。