地球科学

“大洋一号”环球科考发现16处海底热液区 据报道,我国“大洋一号”科考船圆满完成环球大洋科考,近日返回青岛。此次科考开展了海底多金属硫化物、深海生物基因等多项调查,共发现16处海底热液区,其中在南大西洋发现的一处热液区是目前南大西洋洋中脊发现的最南端热液区。     

深海6000 m拖曳式瞬变电磁系统及其应用

针对我国西南印度洋合同区热液硫化物矿快速、有效以及便捷地质勘探装备的要求,研发了由甲板控制系统、万米光电复合缆、仪器舱拖体和天线拖体组成的深海6000 m拖曳式瞬变电磁系统.为了便于拖体布放和快速发现异常,选择重叠回线收发装置类型;采用理论数值计算确定了在拖曳高度不大于50 m的前提下,观测1～100ms窗范围内的二次场响应,可以发现近海底深海热液硫化物矿堆;另外,通过不同拖延深度海上试验,研究了拖曳深度对瞬变电磁的影响规律及仪器性能.大洋第30航次第二航段在西南印度洋脊热液区,应用该系统发现了明显的瞬变电磁异常.印证了系统的有效性.     

Nature Geoscience:大洋海底地幔扩张的2种方式

大洋中脊周围的大洋地壳一般是由熔岩流动形成圆丘状岩石表层。然而,2013年第6期在线发表在《自然:地球科学》(NatureGeoscience)上的《地质构造:横跨整个海底的地幔扩张》(Tectonics:Mantle spreadacross the sea floor)研究有了新的发现。该研究利用西南印度洋洋脊的大洋地壳遥感影像,发现由于地壳扩张和剥离作用,海底暴     

西南印度洋洋中脊热液活动区综合地质地球物理特征

西南印度洋洋中脊(SWIR)是超慢速扩张洋脊的代表,是海洋地学研究热点.本文从SWIR多波束水深数据、重、磁数据和地震结构等几方面,阐述了SWIR热液活动区(49°39′E)的综合地质地球物理特征.SWIR热液活动不仅与扩张速率有关,构造作用更是一个重要控制因素;热液活动区位于Indomed和Gallieni转换断层之间,从水深地形上看,该区段洋脊是SWIR上水深最浅的区域之一,水深与MBA存在良好的镜像关系,MBA和RMBA低值意味着较厚的地壳厚度与较高的地幔温度,洋脊段27地壳厚度大于9km,可能是受到Crozet热点的影响;磁条带数据表明,此区段洋脊南北两翼呈不对称扩张,形成南翼的浅离轴域比北翼宽;在洋脊段28发现的活动热液喷口刚好位于热液蚀变形成的低磁强区内,具有良好的硫化物资源.这些认识必将为在该区首次实施的三维地震探测研究的地质地球物理解释及活动热液喷口的动力学机制研究打下坚实基础.     

超慢速洋中脊岩浆作用的数值模拟

为了验证西南印度洋中脊50°E区域的残留熔融体与8~11 Ma前的岩浆供给活动的相关性,用有限元方法对洋壳模型进行热力学数值计算,以期解答超慢速洋中脊热液活动是由于古岩浆房长期持续供热,还是依赖周边热点提供持续的岩浆和热融熔问题.实验模拟了水平层状洋壳模型和地震试验得到的实际洋壳模型两种情况,对水平层状洋壳模型研究了上地幔有、无持续岩浆供给两种情况,对实际洋壳模型研究了一次岩浆供给的情况.结论如下:如果洋壳层底部没有持续热供应,岩浆房持续时间约为数千年或数万年;西南印度洋中脊中东段隆起区的热液活动和岩浆房最多持续存在0.8 Ma,现今热液活动的热源并不是8~11 Ma前的岩浆供给提供的.     

西南印度洋中脊地质构造特征及其地球动力学意义

西南印度洋中脊（SWIR）增生的洋壳面积仅占印度洋的15%左右,但其具有比东南印度洋中脊和西北印度洋中脊更悠久而复杂的演化历史.基于已有的地质、地球物理和地球化学等资料,系统总结了SWIR的地质构造特征,并讨论了SWIR的演化过程、洋脊地幔的不均一性、洋脊周边海底高原成因等核心问题.SWIR地形中段高、东西两段低,空间重力异常基本与地形变化一致.按转换断层一级边界可将SWIR划分为20个一级段.SWIR的磁异常条带呈现两端渐进式分布和中段带状分布特征,对应洋脊的三期演化历史.SWIR的地幔源区极不均一,尤其是中新元古代造山带根部集中拆离的中段.源区地幔的不均一性与大陆裂解和洋脊演化过程密切相关.SWIR的东端与西北印度洋中脊和东南印度洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,西端与大西洋中脊和南美洲—南极洲洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,这与SWIR的渐近式扩张有关.SWIR周边海底高原普遍具有较大的地壳厚度,其成因除了陆壳基底之外,可能与热点火山作用、热点-洋脊相互作用或热点-三联点相互作用有关,目前尚未形成统一的认识.SWIR的形成演化及其作用域内的熔融异常（如海底高原）是冈瓦纳大陆裂解、残留岩石圈地幔、软流圈地幔和深部地幔热柱物质共同作用的结果.了解SWIR的演化过程对揭示冈瓦纳大陆的裂解过程和印度洋的演化具有重要意义.     

国产I-4C型OBS在西南印度洋中脊的试验

介绍了在DY115-21航次第6航段西南印度洋中脊构造调查中,中国科学院地质与地球物理研究所研制的5台I-4C型海底地震仪（OBS）的试验情况.在不同的水深点（2370～3534 m）共投放OBS 6个台次,全部投放和回收成功.OBS内置电化学式和外置机械式两种上浮释放系统都成功动作,取得了船载气枪震源的地震数据.但仍存在三个主要问题：第一,上浮后的GPS应答搜寻系统无效果;第二,夜间回收时所需的灯光明亮度较差;第三,外在结构不利于海面上的姿态控制和打捞.     

用海底地震仪研究印度洋罗德里格斯岛三脊交汇地区远震P波的走时残差

我们使用布设在９０ｋｍ见方区域上的１８台海底地震仪对印度洋罗德里格斯岛三脊并泡地区进行了为期三周的地震观测，检测到了６个远震事件，并在远震Ｐ波的相对走时残差中取得了显著的异常，在东南印度洋中脊的北部，以及在中印度洋中脊的东侧残差为正，而在西南印度洋中脊上及周围地区残差为负，表明这三脊交汇地区以及在东南印度洋中脊地区北部的地壳下存在有相对较热的地幔，沿着东南印度洋脊的地幔温度存在的轴向变化，因而西南     

现代海底热液活动的调查研究方法

介绍了国外在现代海底热液活动调查研究中使用的方法和技术手段。现代海底热液活动是普遍发育于大洋中活动板块边界及板内火山活动中心的一种在岩圈和大洋之间进行能量和物质交换的过程。其突出的表象是高温的热液从海底流出，并由此造成热液活动区和上限覆水体的物理和化学异常。海底热测量、海底岩石取样、水体的CH4、^3He和Mn异常观测、硅氧异常观测、多波束测量、OBS观测、深潜调查等都是进行现代海底热液活动调查研究的重要手段。其中水体异常的观测是最为快捷有效的，而深潜器直接观测是现代海底热液活动研究必不可少的。     

大洋中脊玄武岩磁性特征

大洋中脊玄武岩磁性研究是了解洋脊磁异常机理和洋壳圈层结构等基础科学问题的重要手段,但由于深海样品采集难度较大,岩浆后期氧化和热液蚀变如何改变岩石磁性至今仍然是研究的瓶颈.本文从磁性矿物类型、岩石磁性能和磁性颗粒特征等方面概述了大洋中脊玄武岩的岩石磁性特征,其主要的磁性矿物是钛磁铁矿,平均居里温度274℃,具有较高的Q比.这表明在磁法勘探正演与资料解释过程中,不能忽视岩石剩余磁化和感应磁化的共同作用,通过重点对比分析超慢速扩张西南印度洋中脊的玄武岩磁性特征,认为该区的岩石磁性研究将为磁法勘探提供约束务件,同时有望基于岩石磁性研究,在热液蚀变过程定量化研究,与超慢速扩张洋中脊下地壳演化模型等研究方面取得突破.     

海底热液区的磁性特征

现代海底热液系统广泛分布于全球大洋中脊、海山、弧后盆地等地.根据基岩环境的不同,海底热液系统主要分为玄武岩型热液系统和超基性岩型热液系统两种,这两种不同类型的热液系统呈现出不同的磁异常特征.玄武岩型热液区主要呈现低磁异常特征,超基性岩型热液区则呈现高磁异常.这些热液区所呈现的磁场异常主要都来源于热液流体对基底岩石的蚀变作用.热液过程既可以破坏玄武岩中的磁性矿物,也可以与超基性岩作用产生磁性矿物.然而,即使是同一类型的海底热液系统,在不同的地质环境下其磁异常特征也有些许差异.如在中快速扩张脊、慢速和超慢速扩张脊、弧后盆地、火山海山等不同地质环境下的玄武岩型热液系统中,热源活动程度和流体通道形态的不同会造成弱磁区在形状和范围上的差异.通常情况下,海底热液区的磁异常区只有几百米的范围甚至更小,它所产生的短波长磁异常通常难以在海面上分辨出来,近底高分辨率磁力测量则是探测热液场磁性结构、寻找热液矿床的有效方法.     

西南印度洋岩浆补给特征研究:来自洋壳厚度的证据

西南印度洋中脊为典型的超慢速扩张洋中脊,其岩浆补给具有不均匀分布的特征.洋壳厚度是洋中脊和热点岩浆补给的综合反映,因此反演洋壳厚度是研究大尺度洋中脊和洋盆岩浆补给过程的一种有效方法.本文通过对全球公开的自由空气重力异常、水深、沉积物厚度和洋壳年龄数据处理得到剩余地幔布格重力异常,并反演西南印度洋地区洋壳厚度,定量地分析了西南印度洋的洋壳厚度分布及其岩浆补给特征.研究发现,西南印度洋洋壳平均厚度7.5 km,但变化较大,标准差可达3.5 km,洋壳厚度的频率分布具有双峰式的混合偏态分布特征.通过分离双峰统计的结果,将西南印度洋洋壳厚度分为0~4.8 km的薄洋壳、4.8~9.8 km的正常洋壳和9.8~24 km的厚洋壳三种类型,洋中脊地区按洋壳厚度变化特征可划分为7个洋脊段.西南印度洋地区薄洋壳受转换断层控制明显,转换断层位移量越大,引起的洋壳减薄厚度越大,减薄范围与转换断层位移量不存在明显相关性.厚洋壳主要受控于该区众多的热点活动,其中布维热点、马里昂热点和克洛泽热点的影响范围分别约340 km,550 km和900 km.Andrew Bain转换断层北部外角形成厚的洋壳,具有与快速扩张洋中脊相似的转换断层厚洋壳特征.     

西南印度洋中脊49.5°E离轴地壳结构

超慢速扩张西南印度洋中脊岩浆的集中供给在空间维度上表现为岩浆扩张段（NVR）与相邻的非转换断层不连续带（NTD）地壳结构的差异,而在时间维度上表现为离轴与沿轴地壳结构的差异.为了进一步揭示岩浆集中供给的时空分布特征,本文选取西南印度洋中脊热液区2010年海底地震仪深部探测中平行于洋中脊距轴部偏北约10 km的离轴测线d0d10,使用射线追踪正演和反演的方法,得到了NVR和NTD北侧离轴区域的地壳及上地幔P波速度结构,并与轴部速度结构进行了对比分析.研究结果表明：（1）NTD北侧离轴区域的地壳厚度约5.2 km,其厚度明显大于轴部NTD下方地壳厚度（~3.2 km）,由此推测洋脊轴部NTD区域形成的地壳在不断减薄;（2）NVR北侧离轴区域的地壳厚度约7.0 km,其厚度亦大于轴部NVR地壳厚度（~5.8 km）,表明在洋中脊演化过程中洋脊轴区域的岩浆供给在不断减少,其活动性在不断减弱.     

东太平洋海隆13°N附近热液柱的地球化学异常

2003年11月5日~11月21日DY105-12, 14航次第六航段在东太平洋海隆12~13°N之间进行了海底热液活动调查, 并在EPR12°39′N~12°54′N之间进行了CTD作业. 经过对CTD所采水样的温度和Mg, Cl, Br数据的分析, 发现该调查区有异常的站位显示镁相对于海水亏损9.3%~ 22.4%, Cl和Br相对于正常海水分别富集10.3%~28.7%和10.7%~29.0%, 且温度异常和化学异常出现在同一层位. Mg亏损可能由热液流体和海水混合达到平衡后上浮的一种贫Mg液体引起, Cl和Br富集可能是热液活动引起相分离后后期卤水注入海水的结果. 另外, 调查区内异常层位的Br/Cl比值与海水相似, 说明不仅热液流体喷出时没有发生石盐的溶解(或沉淀)过程, 热液流体携带周围海水上浮形成热液柱的过程中也没有发生此过程. 从E55站位的异常情况来看, 该站位附近可能存在新的热液活动区.     

海底地震仪(OBS)被动源接收函数的意义和方法

大洋中脊和边缘海扩张脊岩石圈结构或更深的地幔间断面由于深度大且存在部分熔融现象,人工源地震方法难以获取来自这种深度的地震信号,洋盆/海盆中又没有地震台,而利用天然地震面波精度比较低。为此,在海底地震仪(OBS)天然地震观测进行分析的基础上,提出了用OBS被动源接收函数研究洋中脊/扩张脊岩石圈深部结构和地幔过渡带(MTZ)的建议,并对OBS被动源接收函数有关问题、方法和技术路线进行了梳理描述。最后简要介绍了拟定的西南印度洋超慢速扩张脊周边开展OBS被动源观测的计划。     

决定北半球冬季哈得莱环流年际变率的三维大气环流图像:观测分析和数值模拟

本文利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了1979~2008年北半球冬季哈得莱(Hadley)环流年际变化的特征,在此基础上,讨论了在观测海温驱动下大气环流模式的模拟结果.观测分析表明,近30年北半球冬季哈得莱环流年际变率的主导模态呈现出空间上的非均匀变化,哈得莱环流圈位于热带部分与其位于副热带部分的强度变化符号相反,这在表征其年际变化特征的另一指标——经向风垂直切变中亦有显著体现.大气环流模式AMIP积分试验结果表明,北半球冬季哈得莱环流强度的上述年际变化源于海温强迫.分析发现,热带中东太平洋和南印度洋暖海温距平强迫导致了哈得莱环流强度年际变化的主导模态呈现出空间上的非均匀变化.ElNio的局地作用和大气桥作用激发的太平洋局地哈得莱环流(30°S~30°N,150°E~90°W)和大西洋局地哈得莱环流(30°S~30°N,90°W~10°W)并非呈现出整体一致的变化,尽管二者纬向平均后分别使气候平均的哈得莱环流圈强度加强和减弱.ElNio遥强迫作用激发的西北太平洋反气旋(0°~30°N,100°E~150°E)使北半球Hadley环流圈强度减弱,ElNio和南印度洋暖海温距平共同强迫出的南印度洋反气旋(30°S~0°,60°E~100°E)使南半球Hadley环流圈的强度亦减弱.上述局地哈得莱环流的变化叠加后,因纬向平均的太平洋局地哈得莱环流强度在(副)热带部分的增强大(小)于纬向平均的大西洋局地哈得莱环流和西北太平洋、南印度洋局地哈得莱环流在(副)热带地区的减弱,结果使得哈得莱环流圈的强度在(副)热带部分偏强(弱);较之南半球,北半球强度变化稍强.因此,北半球冬季哈得莱环流年际变率的主导模态在空间上呈现出非均匀变化.     

南大西洋洋中脊板块构造运动过程:古地磁的约束

海底磁异常的形态与洋中脊两侧板块的微运动或变形密切相关.因此,这方面的研究可为确定板块运动的演化历史、小尺度的动力学过程以及洋中脊分段的机制等提供重要约束.本文对南大西洋一段洋中脊(31°S—34.5°S)两侧的磁异常的偏度进行了系统研究.结果表明研究区域内扩张方向并不总是垂直于洋中脊走向,并且研究区域不同剖面的扩张方向也不一致,具体表现为从北向南,平均扩张方向逐渐增加,依次为33.6°±5.3°、62.8°±13.0°以及94.3°±8.0°.这表明洋中脊的倾斜扩张机制具有复杂性,初步解释应该与转换断层的剪切应力增加有关.深部辉长岩层倾斜和扩张速率不对称性对海底磁异常偏度的影响值得深入研究.另外,由北向南确定的欧拉极向东移动,表明洋中脊两侧的板块在6.5 Ma期间存在剧烈形变.     

三大洋对2020年6月长江流域破纪录强降水的影响

2020年6月长江流域的降水量破了1979年以来的纪录.研究表明三个大洋(太平洋、印度洋和大西洋)都有贡献,但是大西洋起到主导作用.三大洋的海温异常可以影响两个区域的相对涡度异常:一个是位于华北地区的200-hPa相对涡度(华北涡度)负异常,另一个是位于南海的850-hPa相对涡度(南海涡度)负异常.长江流域的降水异常主要受到华北涡度相关的大气过程控制. 5月西北大西洋的海温正异常可以引起6月中纬度北大西洋的位势高度正异常,进而通过横跨欧亚大陆的大气波列影响华北涡度,从而造成长江流域的降水正异常.而印度洋和热带北大西洋,作为前一年冬季太平洋El Ni?o事件的电容器,可以引起南海涡度负异常(反气旋性环流异常),通过进一步加强水汽输送增强长江流域的降水.本研究表明5月西北大西洋海温是6月长江流域降水很好的预测因子,并且强调三大洋海温对中国极端天气和气候事件的重要作用.     

大西洋TAG热液活动区流体演化模式

在大型海底热液硫化物矿体内部,海水与热液流体的混合过程在热液硫化物矿体的形成过程中扮演着重要角色,与之相关的一些科学问题,例如热液活动区不同性质热液流体之间的关系,热液硫化物矿体的化学组成和矿物组合特征及其控制因素等,成为近年来海底热液活动调查研究的重要内容．利用数值模拟方法,结合TAG区热液流体化学组成的实测资料,模拟了经过不同程度改造的海水同热液流体之间的混合过程,在此基础上探讨了TAG热液活动区黑、白烟囱流体之间的关系和硬石膏的沉淀机制．模拟计算结果表明：①海水的加热和海水与热液流体的混合是控制TAG区硬石膏沉淀的两个重要过程．②下渗海水被加热应该不会高于150℃,而热液端员流体的最高温度则应该高于400℃．③提出了TAG区热液硫化物矿体内部流体的演化模式：海水在下渗过程中被围岩加热,加热海水与热液端员流体发生混合,混合流体经过传导降温和上升过程喷出海底形成白烟囱或者温度较低的黑烟囱．另外一部分热液端员流体未与下渗海水发生混合,经传导降温过程喷出海底形成喷溢高温热液流体的黑烟囱．     

利用海洋重力场变化分析洋底板块运动

洋底板块运动是地球动力学和全球变化研究的重要内容.本文根据质量迁移与地球外部重力场变化的对应关系,利用不同时期测高资料推算的1995—2019全球海洋重力场变化结果,反演分析全球洋底板块运动特征.研究表明,板块汇聚边界、板块内无震海岭、海山群、断裂带等区域重力异常变化显著,而在板块离散边界无明显变化趋势;西南印度洋中脊、大西洋中脊、中印度洋中脊等地区重力异常垂直梯度变化显著,且在西太平洋俯冲带、部分海岭区域也存在明显变化,其空间分布与地形基本吻合.海洋重力场变化整体上准确反映了全球洋底板块构造运动.相较于重力异常变化反演结果,重力垂直梯度的变化能够更为准确地反映洋底板块运动特征,特别是在洋中脊区域,扩张速率越小,垂直重力梯度变化越显著.此外,详细讨论了测高海洋重力场不确定因素对洋底板块运动分析结果的影响,海面坡度改正是主要因素之一.