活动大陆边缘的板片窗构造

正俯冲的洋中脊的持续扩张作用将会使该洋中脊两侧的洋壳板片之间形成一个持续加宽的间隙,这个间隙称为板片窗。板片窗往往形成于小于10Ma左右具浮力的大洋岩石圈俯冲时期。板片窗形态依赖于3个主要因素：板块的相对运动、俯冲前的洋脊一转换断层组合样式、俯冲角度。影响板片窗形态的次要因素还有热侵蚀、相变等因素。在板片窗出现的活动大陆边缘,软流圈、岩石圈、大气圈、水圈发生独特的多圈层相互作用,是地球系统最为活跃的地带。由于该地带的洋底消减往往与生长轴呈一定角度相交,不仅引起盆地的不对称消减,而且使得板片窗之上的活动大陆边缘的构造、岩浆、成矿和热效应明显不同于洋中脊平行于俯冲带的消减作用产生的构造、岩浆、成矿和热效应。     

南海东部古扩张脊的俯冲机制

南海东部古扩张脊处于欧亚板块和太平洋板块的汇聚地带,其东侧为马尼拉海沟、北吕宋海槽和西吕宋海槽,由于受到多个构造单元的相互作用,使其处于复杂的构造环境中。南海东部古扩张脊俯冲过程的研究对深入理解南海海盆构造演化、火山及地震活动等具有重要意义,同时也是今后南海构造研究的重要方向之一。在总结前人研究基础之上,探讨南海东部古扩张脊俯冲时间、俯冲深度及动力学过程。南海板块在16 Ma之后,由于菲律宾板块NW向仰冲的作用,使南海东部古扩张脊被动地沿马尼拉海沟进行俯冲,形成了现今马尼拉海沟中段的构造格局。古扩张脊俯冲深度为200~300km,并且在约100km处发生板片撕裂,造成古扩张脊两侧俯冲角度的不同。     

西太平洋—北印度洋及其洋陆过渡带:古今演变与论争

西太平洋-北印度洋及其洋陆过渡带是国家发展战略"一带一路"的海洋丝绸之路核心区,从地球科学的视野,科学地深度思考认知"一带一路"相关的地学基本问题,尤其相关两洋及其洋陆过渡带的地质与海洋的科学基本问题及其自然生态环境、灾害、资源能源状态、潜力、发展趋势,是当前地球科学界服务于国家重大需求的重要任务。因此,本文主要就西太平洋和北印度洋及其洋陆过渡带的相关固体海底科学的几个重要问题进行讨论:1、现代有关两洋突出的大洋地质问题。从两洋及其洋陆过渡带研究现状与发展需求思考,主要包括,(1)两洋及其中板块的起源、起始与生消演化问题,主要有,(1)初始三角型太平洋域板块起源、过程,包含Galapagos和西Shatsky等微板块差异成因等;(2)古今太平洋域的诸板块对东亚大陆作用时空演化过程和现今状态与趋势;(3)印度洋起始、演化与超大陆裂聚问题。(2)洋中脊研究最新进展与问题:(1)洋中脊-热点相互作用和洋中脊增生方式问题,如何思考洋中脊0 Ma处的千万年垂向增生行为与百万年侧向扩张关系问题;(2)弧后盆地扩张与正常大洋洋中脊的成因机制差异;(3)印度洋超慢速和太平洋快速扩张与差异扩张的根本动因,是否有主动与被动扩张之分,及其关于洋中脊推力问题等;(4)洋中脊跃迁死亡:洋内板块重建、洋中脊终止活动和空间跃迁的原因;(5)洋中脊-地幔柱相互作用。(3)洋内俯冲和洋内构造问题:(1)洋内俯冲带起因与洋内弧、洋中脊俯冲与陆缘板片窗、转换断层与转换型大陆边缘;(2)大火成岩省与海山链、洋底高原等。(4)印度洋海洋核杂岩与洋壳流变学问题等。(5)大洋板块驱动力问题研究进展,包括地幔对流、负浮力、海沟吸引力、洋中脊推力等新的评述讨论。2、两洋的洋陆过渡带问题。包含:(1)陆缘基底属性:冲绳海槽、鄂霍茨克海、新西兰东侧海底地壳是陆壳还是洋壳及洋内微小陆块的成因和来源;(2)洋陆过渡带的洋陆交接转换与耦合过程如何:西太平洋海山链记录的洋内重大转折事件与大陆边缘重大事件对比、洋陆转换带与地幔剥露、弧后盆地转换断层成因、转换型陆缘的形成与消减等问题。(3)西太平洋与东亚大陆的洋陆过渡带有无巨大平移转换断裂作用,其时空、规模如何,意义何在。(4)两洋交接转换与洋陆过渡带深浅部关联,即欧亚、太平洋和印度-澳大利亚三大板块汇聚,及其从深层地幔、岩石圈到地壳与地表系统效应问题,及在此背景下两洋的洋陆过渡带相关问题。3、古今太平洋板块与特提斯带、欧亚大陆板块、印度洋域板块关系,尤其现今它们的关系及其发展动态趋势。最后对"两洋一带"有关海洋地质、洋陆过渡带与深部地质作了瞻望。     

富兰克林海山的重晶—金矿及其伴生含铁沉积

在西伍德拉克海盆,海底扩张直接延伸到巴布亚—新几内亚大陆地壳,已不局限于弧后构造。由于印度—澳大利亚板块和太平洋板块在南太平洋会聚,导致这里的小板块发生扭转。沿西伍德拉克扩张轴,火山岩循序而变。开始是洋中脊常见的玄武岩,继而变为地球化学成分与弧后区相类似的玄武质安山岩,并兼有过碱性流纹岩。     

洋中脊-地幔柱、地幔柱-海沟与海沟-洋中脊相互作用

由热点假说的提出发展到静态地幔柱学说和动态地幔柱模式,到现在研究较多的大型火成岩省、脊-柱相互作用和脊-沟相互作用,海底构造研究取得了巨大进步。柱-脊相互作用可导致洋中脊的分段、跃迁与石化过程,反之,洋中脊的变化也可导致地幔柱的形态与直径等发生变化。洋中脊与地幔柱相遇可以出现不同的柱-脊相互作用。地幔柱除可以出现在离散型板块边缘外,还可以随板块迁移进入俯冲带,并出现柱-沟相互作用。地幔柱在俯冲带出现的位置不同,因而其对俯冲过程的影响和作用效果也相应不同,目前提出了6种地幔柱与海沟或俯冲带相互作用的可能模式。脊-柱相互作用和脊-沟相互作用对传统的板块俯冲作用过程是个重要突破。     

西太平洋科学大洋钻探的地球动力学成果

西太平洋聚集了地球上大量的边缘海盆和俯冲带,在全球地球动力学研究中占有举足轻重的地位,一直以来都是大洋钻探的重点区域。文章通过归纳过去40年来科学大洋钻探在西太平洋的地球动力学成果,分析当前大洋钻探的现状,进而探讨仍然存在的问题及未来钻探的区域。钻探成果揭示了边缘海盆的演化过程,包括日本海盆的弧后海底扩张成因,菲律宾海的弧后扩张和残留弧的形成模式及南海构造演化过程。深海沉积物的研究及玄武岩的地球化学分析为海盆的扩张成因提供依据,同时为了解海盆扩张过程中的地幔演化过程提供重要信息。大洋钻探成果表明,俯冲倾角大小不仅影响俯冲工厂的动力学机制,而且对俯冲板块耦合性具有控制作用。目前日本南海海槽发震带钻探项目的最大钻探深度为3056米,未来几年有望获得发震带的岩石样本。对于西太平洋的两个重要构造单元-Shatsky海隆和翁通—爪哇海台的成因机制问题,大洋钻探获取的依据仍不能单一地支持某一个假说。在南斐济海盆及赫布里斯海盆发现的大洋红层的形成主要受控于海盆的海底扩张事件。苏拉威西海和南海发现的大洋红层直接发育在大洋玄武岩之上,可能为海盆的扩张起标定作用。虽然过去进行了大量的钻探工作,但因西太平洋边缘海盆具有很大的构造多样性和复杂性,仍然有很多科学问题有待进一步开展研究。     

西太平洋弧后盆地的热液系统及其岩浆环境研究

研究海底热液系统及其岩浆环境,可为了解西太平洋流固界面跨圈层物质与热交换过程,揭示板块俯冲过程的岩浆活动和资源环境效应提供研究支撑。为此,研究了冲绳海槽热液活动的岩浆环境、马努斯海盆的热液柱以及弧后盆地和洋中脊背景下的硫化物与玄武岩的同位素组成,对冲绳海槽热液区附近玄武岩、安山岩、粗安岩、英安岩、流纹岩及其基性岩浆包体进行了岩相学、矿物学以及主量元素、微量元素和同位素组成分析,对马努斯海盆PACMANUS和Desmos热液区的热液柱及海水进行了测量,在海底热液区岩浆混合过程及时间尺度、透视冲绳海槽深部岩浆房及岩浆演化过程和岩浆对热液系统物质贡献研究方面获新进展,揭示了俯冲蛇纹岩对琉球构造带南部岩浆活动的影响,论证了熔体包裹体对弧后盆地岩浆演化的指示,获得了冲绳海槽玄武质岩浆来源新证据,揭示了弧后盆地与洋中脊硫化物和玄武岩中铁、铜、锌的来源及其同位素在硫化物形成和岩浆活动过程中的分馏情况,明确了热液柱的物理、化学空间结构与物质组成特征,以及热液柱的扩散受深度和底流流速的影响,且热液柱扩散过程中溶解铁浓度异常比溶解锰的维持时间更长。未来,发展非传统稳定同位素和挥发份测试技术,进一步了解西太平洋板块俯冲环境下热液活动与岩浆作用的关系,将有助于海底热液系统及其成矿过程研究获得新进展。     

太平洋卫星测高重力场与地球动力学特征

通过多卫星测高数据的综合处理，获得西太平洋卫星测高重力场，进行不同尺度、深度构造动力信息的分离，探讨诸边缘海盆的地球动力学问题。测高大地水准面反映了研究区板块相互作用的特点，其高频成分可以刻画各海盆的构造特征。测高空间重力异常也可刻画陆架构造及盆地分布，由其推算出的海底地形含有大量的海底构造信息。各边缘海盆的莫霍面埋深具有往南变浅的趋势，与菲律宾海各海盆的莫霍面埋深大致相当，说明岛弧两侧的构造动力强度基本相似。大尺度地幔流应力场总体上反映了欧亚板块向东南蠕散和太平洋板块向北西扩张的特点；日本海北侧和南海巽他陆架的中尺度上地幔对流与地幔柱之间有着密切关系，西菲律宾海的上地幔对流强化了日本-琉球-台湾-菲律宾岛弧的活动强度；小尺度地幔流主要限于软流圈层内部，在各海盆分散，而在冲绳海槽和马里亚纳海槽则会聚，可与均衡重力异常类比。还讨论了大、中、小地幔流体系的特点及相互之间的关系，籍以阐明海盆及海槽演化的地球动力学过程。     

西太平洋卫星测高重力场与地球动力学特征

通过多卫星测高数据的综合处理，获得西太平洋卫星测高重力场，进行不同尺度、深度构造动力信息的分离，探讨诸边缘海盆的地球动力学问题。测高大地水准面反映了研究区板块相互作用的特点，其高频成分可以刻画各海盆的构造特征。测高空间重力异常也可刻画陆架构造及盆地分布，由其推算出的海底地形含有大量的海底构造信息。各边缘海盆的莫霍面埋深具有往南变浅的趋势，与菲律宾海各海盆的莫同埋深大致相当，说明岛弧两侧的构造力强度基本相似。大尺度地幔流应力场总体上反映了欧亚板块向东南蠕散和太平洋板块向北西扩张的特点；日本海北侧和南海巽他陆架的中尺度上地幔对流与地幔柱之间有着密切关系，西北菲律宾海的上地幔对流强化了日本－琉球－台湾－菲律宾岛弧的活动强度；上尺度地幔流主要限于软流圈层内部，在各海盆分散，而在冲绳 海槽和马里亚纳海槽则会聚，可与均衡重力异常比。还讨论了大、中、小地幔流体系的特点及相互之间的关系，籍以阐明海盆及槽演化的地球动力学过程。     

西太平洋若干沟-弧-盆体系及板内岩浆成因研究进展

板块俯冲和板内岩浆作用都是导致地表和地球内部物质大规模循环的重要地质过程。但是,两个地质过程的岩浆成因机制,以及成因上的内在联系都存在很大争议。西太平洋是全球沟-弧-盆体系最发育的地区,也是全球板内火山作用(海山和洋底高原)分布最集中的场所。为阐明西太平洋海盆的上地幔软流圈性质、岛弧岩浆形成的控制机制、以及板块内部火山作用(碱性火山岩)的成因机制,在中国科学院战略性先导科技专项(A类)"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"项目的资助下,本文对西太平洋马里亚纳-雅浦俯冲系统、汤加-科玛迪克俯冲带及其俯冲前缘海盆的成因机制、南中国海扩张期海盆玄武岩和板内火山作用、西太平洋海盆上地幔的Dupal异常分布和成因机制等展开了系统的岩石学和地球化学研究,并取得了新的科学认识和成果。主要认识包括:(1)雅浦岛弧主要由变质岩-角闪岩组成,其形成于3—6Kbar温压条件下,代表岛弧下部来自帕里西维拉海盆的变质基底;(2)加洛林洋脊主要由玄武岩组成,其不是一个岛弧,而可能是一个地幔柱形成的洋底高原;(3)汤加-科玛迪克岛弧岩浆组成体现了西南太平洋俯冲板片俯冲速率的直接影响;(4)厘定了汤加-科玛迪克俯冲前缘板块的年龄(103.7Ma),并认识到其代表古太平洋扩张中心并消耗了Ontong Java超级地幔柱的组分;(5)首次在南海发现了碳酸盐化的硅酸岩岩浆向碱性玄武岩转化的现象,提出了板内碱性玄武岩成因的新链条;(6)西太平洋海盆的地幔广泛存在Dupal异常,该异常从西太平洋岛弧俯冲带一直延伸至南海海盆,其中南海海盆的Dupal异常主要受到大陆裂解和海南地幔柱作用的双重影响。通过以上认识,进一步揭示了西太平洋沟-弧-盆体系和板内岩浆体系作用机制,以及俯冲板片物质与板内火山活动之间的成因关联,这对于深刻理解板块构造导致的地球内外物质循环规律有一定的推动作用。     

北大西洋Mohns洋中脊扩张地壳构造特征的研究

北大西洋Mohns洋中脊是很重要的扩张带。中国第五次北极科学考察的重点之一就是获取Mohns洋中脊的磁力数据。通过获得的磁力和以往的重力与地震资料,研究洋中脊的扩张、地壳构造特征及厚度。这些研究有助于更好地理解地球上重要的地质过程、海底扩张和壳幔相互作用。     

海底热液多金属硫化物分布及控矿因素

基于最新公布的全球热液矿点数据讨论了海底热液多金属硫化物矿体形成的构造环境,探讨了深部岩浆活动、断裂构造以及沉积物盖层等控矿因素对洋中脊多金属硫化物矿体成矿的影响。研究结果表明:海底热液多金属硫化物矿点主要分布于离散型板块边界和汇聚型板块边界;深部岩浆活动和断裂构造是洋中脊热液多金属硫化物成矿最主要的控矿因素;快、慢扩张洋中脊环境深部岩浆活动和断裂构造的差异导致在海底形成了不同规模的多金属硫化物矿体。对认识海底热液多金属硫化物矿床分布与成矿规律、以及开展海底多金属硫化物资源勘查具有一定的指导意义。     

菲律宾海构造地貌特征

菲律宾海地处西太平洋边缘,位于两大俯冲带之间,四周被深海沟所环绕,陆源物质较少汇入,海底保存了较为原始的构造地貌特征。通过收集的精细水深测量数据,结合已有研究成果,以板块构造为基础对该区域划分四级构造单元,并对主要构造地貌进行系统研究。研究结果表明,菲律宾海地貌的形成、分布受构造活动控制,西菲律宾海盆因以中央裂谷带为中心的海底扩张形成了一系列NW—SE向的大型构造地貌;其东侧因太平洋板块的俯冲形成了近南北走向的"沟-弧-盆"体系。西菲律宾海盆中央裂谷带线状海岭、海山,海盆内不断转向的海岭,帕里西维拉海盆雁形裂谷等特殊地貌形态的存在,都与其形成过程中的特殊性有关,能与其复杂发育史相印证。     

板片窗构造研究综述

在洋壳板片俯过程中,洋中脊到达海沟时通常与海沟有一定的夹角。若洋中脊在俯冲期间继续扩张就会形成板片窗构造。此外,非洋脊俯冲过程中板片撕裂或断离产生板片间隙,该间隙也称为板片窗。板片窗通常出现在活动大陆边缘,其一旦形成就会改变所在区域的局部地幔循环模式,导致在板片窗上覆板块中出现异常的地质效应,包括异常于普通俯冲带的岩浆活动、变质作用、地貌表现、流体活动以及特殊地球物理特征。板片窗特殊的地质效应控制着金、铜等特殊的金属矿产分布。综述了板片窗的形成机制、几何形态以及多种地质效应模式,以期为今后板片窗构造的研究提供借鉴。     

菲律宾海盆磁条带特征及61Ma以来的海底扩张过程重建

菲律宾海盆是西太平洋最大的边缘海盆地,作为地球上最壮观的"沟-弧-盆"体系的重要组成部分,其成因及构造演化可有效约束西太平洋洋陆过渡带的复杂动力学过程。海底磁异常条带是海底扩张的重要依据,其几何形态能够反映海底扩张的时间、方向及速率,为研究海盆的海底扩张过程提供重要信息。菲律宾海盆的次级海盆—西菲律宾海盆、四国海盆地磁异常表现为明显的条带状异常特征,帕里西维拉海盆内的磁条带特征虽不明显,但仍能看出南北向的分带现象。对海盆内的磁异常条带进行系统的分析、对比与解释,将菲律宾海盆划分为7个扩张阶段,构建了菲律宾海盆61 Ma以来的阶段性扩张模型。揭示了边缘海盆构造演化的一般规律及扩张过程为岛弧裂解、高速弧后扩张、慢速弧后扩张和扩张后作用4个阶段。     

中新生代期间较快的海底扩张和岩石圈增生

地球构造板块的运动代表着地幔的表面对流现象,在50~100 Ma以来控制着各种地质作用过程(包括地幔热损耗、海平面变化、碳循环和海水化学等)。虽然研究结果推断出了新生代和部分中生代的板块运动历史,但是对这一时期洋中脊扩张及岩石圈增生的全球速率变化仍存有争议。构造重建结果表明新生代时期板块速度呈增加状态(尤其在太平洋地区)(Cogné和Humler,2004),然而对洋中脊扩张(Kominz,1984)或俯冲(Engebretson等,1992)速率的全球性研究却表明新生代时期洋中脊处的岩石圈增生速率呈放慢状态。Rowley(2002)使用现代洋底的面积—年代分布数值…     

晚始新世以来雅浦海沟-岛弧构造演化模式

雅浦海沟-岛弧构造体系是菲律宾海板块与太平洋板块、卡罗琳板块相互作用而形成的构造俯冲带,其南北两段俯冲带在海底地形地貌、地球物理场、应力场特征等方面表现出显著的差异。北段俯冲方向为近东西向,总体表现为俯冲角度较小、俯冲深度浅、俯冲速度较快、应力场呈俯冲拉张型等特征;南段由东西方向的俯冲过渡至北北西向,总体表现为俯冲角度大、俯冲深度较深、俯冲速度极慢、应力场呈俯冲挤压型等特征。这些差异的形成经历了2个主要的构造演化阶段:菲律宾海板块与太平洋板块在晚始新世至晚渐新世期间相互作用并形成了古马里亚纳-雅浦海沟;晚渐新世以来菲律宾海板块与卡罗琳板块的相互作用对古海沟构造改造,进而造就了雅浦海沟-岛弧当今复杂的构造形态。     

苏拉威西俯冲带结构与俯冲起始机制的三维地震观测

苏拉威西海具有独特的演化过程—位于北婆罗洲及苏禄岛弧下的苏拉威西海板块停止俯冲后,其俯冲板块的另一侧开始向苏拉威西岛俯冲,形成了诸如俯冲转换边缘、对向俯冲系统等独特的地质现象。针对这种同一板块一侧俯冲停止后在板块另一侧发育新俯冲的过程,科学界提出了众多的板块初始俯冲机制模式,如前陆盆地碰撞后发育新俯冲、大陆/岛弧边缘重力失稳后解耦后俯冲、岩石圈浅部小范围的地幔对流活动导致俯冲等14种初始模式。由于难以获得处于俯冲初始阶段俯冲带的深部岩石圈的地震观测资料,造成这些板块活动模式仍止步于推测。苏拉威西海区的天然地震观测资料不仅是研究苏拉威西海俯冲系统岩石圈深部构造及演化的基础,而且也是认识俯冲过程初始机制的关键一环。本文重点介绍了国家自然科学基金委员会重大研究计划"西太平洋地球系统多圈层相互作用"所属重点项目"苏拉威西海与古南海对向俯冲系统的三维地震观测与板块活动机制"在苏拉威西海区针对北苏拉威西海俯冲板片结构所开展的三维地震观测研究。该项研究实验以揭示俯冲系统深部结构与板块活动机制为目标,通过多边国际合作,于2019年8月15—25日在苏拉威西海区成功投放了27台国产宽频带海底地震仪(BBOBS),拟采集10个月的天然地震数据。同时计划利用印尼合作方的陆区地震台站数据,与OBS数据一同开展研究区岩石圈三维结构的地震学研究与数值模拟,认识俯冲下插板片的变形形态与特征、上覆地壳增厚程度及与俯冲系统持续作用过程之间的关系,讨论该地区独特俯冲系统的初始机制。     

亚洲东部新生代的扩张及其大地构造意义

本文提出新生代本区构造演化的主要趋势是大陆大洋化,它不是起因于太平洋板块向大陆的俯冲挤压,而是其向洋的扩张和蠕散、大陆不仅是一个“被动的”被洋中脊推动的飘移在软流圈上的“筏”,它有着“主动的”和独特的构造演化规律.     

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...