西太平洋海山的形成演化及对钴成矿的控制作用研究

西太平洋海山区蕴藏着丰富的钴结壳、磷酸盐等矿产资源,对国家的战略发展具有重要的意义。从地理位置上看,西太平洋海山区紧临菲律宾海,与我国距离较近,是未来我国最经济、最具前景的国际海底资源勘探开发合同区。因而从资源角度来说,针对西太平洋海山的科学研究异常迫切。西太平洋海山群构成了西太平洋海底     

西太平洋弧后地区新生代构造迁移的深部地震证据

为了研究西太平洋弧后边缘海盆地的深部构造特征,于2015年在东海琉球岛弧弧后地区布设了一条穿过东海陆架盆地、钓鱼岛隆褶带、南冲绳海槽地区和琉球岛弧的主动源广角反射/折射深部地震剖面.利用走时正演和反演的方法得到的二维速度结构模型展现了西太平洋边缘弧后地区莫霍面的深度由东海陆架地区的大于30 km显著抬升至南冲绳海槽轴部的约16 km,地壳高度拉张减薄,并存在一系列显著的不连续下地壳高速体,速度达6.8~7.3 km/s,这是地幔上涌的显著表现.模型从深部结构角度展现了新生代以来西太平洋弧后盆地扩张中心的变迁,证实了西太平洋洋陆过渡带内深部上涌的软流圈在弧后拉张过程中不断地向洋跃迁,形成自西向东的构造迁移,并带动岩石圈进行幕式伸展,认为新生代向洋变新的构造迁移是太平洋俯冲带后撤引起的一系列弧后深-浅部地球动力效应.      

现代海底的成矿作用与矿产资源

迄今所发现的现代海底成矿作用主要分布在沿大西洋中脊、东太平洋海岭和西太平洋沟弧盆系的各热液田中。现代海底成矿作用形成了大量具有重大经济意义的矿产,它们主要是铁锰结核、富钴结壳、多金属硫化物和被称之为２１世纪能源的气体水合物。现代海底成矿作用及其所形成矿床的研究是矿床前研究的前沿课题,它对于矿床学的发展,揭示成矿作用的奥秘和海底资源的开发都具有重大意义。     

序言

海洋科学是地球系统科学的前沿之一,十九大报告中提出了"坚持陆海统筹,加快建设海洋强国,以及21世纪海上丝绸之路"等战略目标.近半个世纪以来,海洋科学尤其是深海海底地球科学,推动了整个地球系统科学的发展,并加速了多海洋学科的交叉.中国的海底科学在几十年来获得了极大的发展,科考船的足迹遍布边缘海、三大洋和南北极,在大陆边缘演化、海底动力过程、深海资源勘查、海洋技术与设备方面突飞猛进,正前所未有地靠近世界舞台中心.中国深海地质与地球物理学科学研究的蓬勃发展得益于老一辈科学家不畏艰辛的开创精神,在极度艰难的科研条件下锲而不舍地实现引领性的科研工作.姚伯初先生是我国杰出的海洋地质学家代表,他在南海及西太平洋构造地质、地球物理、地球动力学、沉积与矿产等多个方向成就斐然.     

马里亚纳俯冲系统的构造特征

西太平洋马里亚纳俯冲带具有典型的"沟-弧-盆"体系,是由太平洋板块向西俯冲到菲律宾海板块之下形成的洋-洋俯冲带。前人研究成果为理解该区上覆板块地壳结构、弧前蛇纹岩化过程、岛弧及弧后岩浆作用、俯冲板块形态及其相关俯冲动力学过程提供了良好的约束。本文对马里亚纳地区现有研究成果,特别是构造研究内容,进行了总结,发现马里亚纳俯冲带的三维精细构造特征并没有得到很好的厘定,导致马里亚纳弧后扩张的动力学机制存在较大争议。这主要是因为缺乏观测数据以及反演方法的局限性。为此,未来围绕马里亚纳俯冲带的构造特征研究,应首先开展长期系统的海底观测。     

西太平洋地球动力学问题与未来大洋钻探目标

西太平洋区域是全球地质构造和海陆相互作用最活动的区域,经过50多年的大洋钻探研究,人们对西太平洋弧后海底扩张成因、俯冲工厂的动力学机制、地幔演化过程、发震带、热点岩浆活动、沉积古环境等都有了深入研究和分析,但是西太平洋边缘海盆具有很大的构造多样性和复杂性,仍然有很多的科学目标和科学问题有待进一步开展研究.本文详细分析了边缘海盆的大洋岩石圈演化特殊性,原位上地幔蛇纹岩化的程度,初始俯冲与初始扩张的形成机制,海台、海山、海岭、洋脊、洋隆的属性,洋中脊水热循环活动的强度及其对大洋岩石圈演化的影响,岩石圈共轭张裂与破裂模式与机制,大洋红层与异常沉积这7个方面的科学问题,并建议就流体地球化学剖面、海山岩浆剖面、穆绍海沟与加瓜海脊、Ayu海槽、卡罗琳海岭系统、Eauripik海岭、冲绳海槽、莫霍面这8个关键具体目标开展详细的地球物理刻画并提出具有全球意义的钻探建议,为今后实现中国领导的全球大洋钻探工作提供思路.      

IODP中的海陆对比和海陆相互作用

综合大洋钻探计划（IODP）将于2003年10月启动。与大洋钻探计划（ODP）相比,IODP规模更大,钻探和研究范围更宽,囊括地球科学的诸多领域,涉及海底生物圈、地球壳幔结构、俯冲工厂和地震活动、古环境记录和海底资源等。从海陆对比和海陆相互作用的角度,分析我国地球科学,尤其是新生代地质学研究中的一些特点和优势。中国新生代地质演化历史别具特色,如宏观地形格局的变化,喜马拉雅山和青藏高原的隆升,西太平洋边缘海的扩张,亚洲季风系统的形成等,这些特色成为中国科学家参与IODP科学研究计划的优势。     

现代海底多金属硫化物矿床

海底多金属硫化物矿床是热液活动的产物,主要分布在东太平洋海隆、西太平洋构造活动带、西南太平洋以大西洋中脊,其产出构造背景为洋中脊、弧后扩张中心及地幔热点处。该文系统地总结了现代海底多金属硫化物矿床产出的地质背景特点,对各地质环境中矿化的规律进行对比,并对其形成机制等热点问题作了概述,详细介绍了矿床成因方面的新进展,着重阐述了海底多金属矿床的双扩散对流模式。     

东海陆架盆地类型及其形成的动力学环境

东海陆架盆地位于欧亚板块东南缘,处于华南陆块(包括西部的扬子地块和东部的华夏地块)之上.其基底是华夏地块在东海陆架的延伸,也是西太平洋大陆边缘构造域的重要组成部分.从全球板块构造格局分析,东海陆架盆地处于西太平洋三角带区域,是印度-澳大利亚板块和太平洋板块与欧亚板块巨型汇聚的地带,也是全球汇聚中心,其东西两侧分别与特提斯和西太平洋构造域演化息息相关.总体来说,东海陆架盆地是“欧亚板块与太平洋板块之间的碰撞、俯冲、弧后扩张,印度-澳大利亚板块与欧亚板块之间的汇聚、碰撞、楔入的远程效应,以及地球深部动力学作用”共同叠加、复合作用形成的弧后盆地.其形成机制符合被动扩张模式,向东的地幔流和软流圈下降流是导致弧后扩张的主要地球深部动力来源.     

中印度洋海岭Edmond热液区块状硫化物中贵金属元素的富集成矿作用

迄今为止,已发现有自然金产出的现代海底热液系统及其相关的块状硫化物矿床,主要分布于大西洋的慢速扩张洋脊和西太平洋的弧后盆地内(Herzig等,1993; Hannington等,1995;Binns等,1997;Murphy和Meyer,1998;Moss和Scott,2001).     

北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响

我国东部陆架海和南海是国防安全的重要门户;位处第二岛链以西的副热带北太平洋既是各国争夺的重要海区,又是我国从近海走向大洋的重要通道.围绕"北太平洋副热带环流变异如何通过黑潮与我国近海动力环境之间相互作用"这一国际前沿科学问题,国家重点基础研究发展计划项目"北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响"于2007年9月正式立项.该项目不仅有助于拓展和丰富海洋动力学理论,揭示我国近海及邻近大洋动力环境变异机制,提高预测能力,而且也将为维护我国国防安全和海洋权益,为可持续开发利用海洋资源提供海洋动力环境保障.该项目主要研究内容包括:①北太平洋副热带环流变异和调整机理;②黑潮与我国近海的能量与水体交换过程及机制;③北太平洋副热带环流变异与大气驱动力的耦合效应;④我国近海及邻近大洋动力环境变异的可预测性研究.拟解决的关键科学问题为:北太平洋副热带内区环流变异的机理及其对黑潮的影响;黑潮源头变异机理及其对吕宋海峡水交换的影响和黑潮变异机理及其对东部陆架海域动力环境的影响.     

中国加入综合大洋钻探（IODP）科学计划（2003-2013）

将于2003年秋开始实施的IODP是一个比ODP更加庞大的国际地球科学合作计划。面对国际深海研究的新挑战,我国应抓紧时机,及早准备,扩大队伍、积聚力量,充分发挥我国自然条件和原有研究积累的优势,将深入国际深海前沿领域与国内的研究结合起来,力争实现中国海深海钻探的新航次,促进我国地球科学进入海陆结合的地球系统研究和全面走向国际的新局面。同时,通过国际合作与国内有关深海工作计划的结合,为维护我国海上权益、探索底资源和为环境、减灾以及发展海洋高新技术做出贡献。我国参加IODP要遵循"有所为,有所不为"的原则,在加入ODP以后取得进展的基础上,优先选择比较成熟和最为迫切的领域,以点带面进行重点突破,逐步扩大,继续加强古海洋学研究,并同时向洋中脊、深部生物圈等新领域发展。具体包括以下优先研究领域：深部生物圈及海底下的海洋,古环境研究,西太平洋大陆边缘岩石圈演化与震源带。希望有关部委积极支持我国有关大洋钻探的基础研究力量和深海资源、技术等项目之间的密切合作,在国内大联合的基础上参加国际计划,制定长远的国家计划,在国家层面上部署深海研究,组成"国家队"参与国际竞争。     

日本的综合大洋钻探计划(IODP)

对日本的IODP活动以及科学目标进行简要介绍。IODP核心技术支撑之一的立管钻探船“地球号”可在水深4 000 m的海底钻进7 000 m,钻达发震带和上地幔,实现日本的IODP科学目标。日本的IODP科学规划主要有三大科学主题和八项研究目标,三大科学主题包括地幔过程和地球系统演化,地壳作用过程和地球系统演化,俯冲带和地球系统演化过程中的动力学及物质循环。其八项研究目标为：①钻探西太平洋洋底高原,认识核—幔作用过程;②钻探太平洋白垩纪—新生代沉积物,详细研究地球温室期间的物质循环及从温室环境到冰室环境的转化过程;③钻探大洋岛弧,认识大陆地壳形成过程;④钻探扩张的弧后,认识洋壳岩石圈形成过程;⑤钻探亚洲边缘海及陆坡,认识陆壳—洋壳—大气圈关系;⑥调查增生楔中的碳循环及深部生物圈;⑦调查汇聚板块边缘大地震周期及形成机制、构造及物质循环;⑧研究生活于增生楔环境中极端微生物生物学。     

南海北部晚更新世以来的古海洋环境演化特征——来自N-31柱样的沉积记录

对南海北部N-31柱状样沉积物进行了浮游有孔虫定量分析鉴定、氧碳同位素、碳酸盐含量和粒度测试以及AMS14C测年,并采用古生态转换函数计算了表层海水古温度和温跃层深度,揭示了该海区约55 ka以来的古海洋环境特征.转换函数计算的表层海水古温度结果表明,夏季温度的变化范围为27.0～29.6℃,变化幅度为2.6℃,冬季温...     

Numerical Analysis and Simulation Experiment of Lithospheric Thermal Structures in the South China Sea and the Western Pacific

The asthenosphere upwelled on a large scale in the western Pacific and South China Sea during the Cenozoic,which formed strong upward throughflow and caused the thermal structure to be changed obviously.The mathematical analysis has demonstrated that the upward throughflow velocity may have varied from 3×1011 to 6×1012 m/s.From the relationship between the lithospheric thickness and the conductive heat flux,the Hthospherie heat flux in the western Pacific should be above 30 mW/m2,which is consistent with the observed data.The huge low-speed zone within the upper mantle of the marginal sea in the western Pacific reflects that the upper mantle melts partially,flows regionally in the regional stress field,forms the upward heat flux at its bottom,and causes the change of the lithospheric thermal structure in the region.The numerical simulation result of the expansion and evolution in the South China Sea has demonstrated that in the early expansion,the upward throughflow velocity was relatively fast,and the effect that it had on the thickness of the lithosphere was relatively great,resulting in the mid-ocean basin expanding rapidly.After the formation of the ocean basin in the South China Sea,the upward throughflow velocity decreased,but the conductive heat flux was relatively high,which is close to the actual situation.Therefore,from the heat transfer point of view,this article discusses how the upward heat flux affects the lithospheric thermal structure in the western Pacific and South China Sea.The conclusions show that the upward heat throughflow at the bottom of the llthospheric mantle resulted in the tectonic deformation at the shallow crust.The intensive uplifts and rifts at the crust led to the continent cracks and the expansion in the South China Sea.     

我国海洋科学领域的全球变化研究进展

简要介绍了属于海洋科学研究领域中的全球变化研究计划,重点介绍了我国在热带海洋和全球大气（TOGA）、世界大洋环流试验（WOCE）、全球海洋通量联合研究（JGOFS）和海洋PAGES研究中所开展的工作及其研究进展。     

南海中央海盆条带状磁异常特征与海底扩张

在我国南海中央海盆中分布着大范围的规律性很强的条带状磁异常(近50万km²)。对它们进行分析、对比与解释,认为这是我国疆界内存在的由中央扩张脊型海底扩张产生的磁条带地层的反映,是洋壳增生的一个实例。它发生在新生代第三纪中晚期,距今32.3Ma～1.7Ma,具有太平洋西部边缘海底扩张型特点。对国内外地学界有争议的南中国海的形成与演化有了进一步的认识,对南海深部地质构造、地壳结构的研究和矿产资源开发等都具有重要意义。     

南海西部浮游有孔虫含量与水深关系定量研究

南海西部4°～18°N,1085～115°E海域表层沉积物中有孔虫定量分析表明,从陆架至深海盆区,随着水深增加,底栖有孔虫丰度总体呈下降趋势;而浮游有孔虫在上陆坡区水深200～2 000 m处最丰富,向浅水和深水方向,其丰度均下降,浮游有孔虫百分含量（P）与水深（D）有明显的相关关系。但在陆架区和陆坡－深海盆区,两者关系完全不同：在陆架区随水深增加浮游有孔虫百分含量明显增大,而在陆坡－深海盆区,两者呈负相关关系。经定量拟合水深小于200 m的陆架区,浮游有孔虫含量与水深满足关系式：lnD＝0.021P＋3.208;而在水深大于200 m的陆坡－深海盆区,两者满足D＝－5263P＋52 105.2。这主要是由于陆架区随水深增加,浮游有孔虫增加,但水深大于200 m后,碳酸盐的溶解起主要作用,浮游有孔虫比底栖有孔虫更易于溶解,造成其含量随水深增加而下降。     

西太平洋次表层海温异常与北赤道流异常海温西传

通过对热带太平洋上层XBT温度资料分析,探讨了对厄尔尼诺(El Nino)事件发生起重要作用的西太平洋暖池区次表层海温变暖异常的变化规律,揭示了影响西太平洋暖池区次表层海温变暖异常的形成机制.分析表明:西太平洋暖池区的次表层海温异常变暖与赤道太平洋的北赤道流(10°N)的海温异常存在密切关系.在El Nino事件发生的前期,位于赤道中东太平洋的异常暖水沿北赤道流温跃层潜沉向西太平洋暖池区输送,在西太平洋暖池堆积并向赤道西太平洋扩展,当异常暖水达到一定强度,并在大气的强迫下,异常暖水沿温跃层东传至赤道中东太平洋并上浮于海面,最终导致El Nino事件的爆发.北赤道流的异常海温西传是导致西太平洋暖池区次表层海温异常的重要机制,是导致El Nino事件发生的关键.