冲绳海槽南部橄榄拉斑玄武岩研究

１９９５年夏季航次冲绳海槽地质，地球物理调查对海底岩石实施拖网取样，在与那国海底洼地西南边缘采集到新鲜玄武岩样品。对岩石样品进行了薄片鉴定，岩石化学分析，稀土微量元素分析以及锶同位素分析等。     

海底玄武岩中次生组分HCl溶解实验研究

次生组分沉淀是海底岩石中普遍存在的现象,次生组分去除是减少次生组分干扰、获取海底岩石高质量数据的关键。选择西太平洋麦哲伦海山区MK海山相对新鲜的玄武岩作为研究对象,经研磨、均一化后将粉末样品分为49份,其中48份分别以0.25,0.50,1.00,1.50,2.00,2.50 mol/L六种浓度的足量HCl溶解0.5,1,2,4,8,16,32和64 h后,选取溶解残渣测定主要氧化物和特征微量元素质量分数,确定HCl溶解法在去除次生组分的同时不会对海底新鲜玄武岩中原生组分造成影响的HCl浓度-时间组合。结果表明,在HCl浓度为1.00～2.50 mol/L,溶解时间为0.5～2 h的12种HCl浓度-时间组合均可保证海底玄武岩中原生组分的安全,并可有效去除次生组分。综合海底蚀变玄武岩次生组分去除实验研究,推荐使用1.00～2.00 mol/L HCl,溶解时间在0.5～1 h的实验方案。     

马里亚纳海槽玄武岩岩石学

马里亚纳海槽岩石学的研究表明本区岩石属基性的玄武岩,又细分为洋底玄武岩(OFB)和钙碱玄武岩(CAB)。微量元素相对球粒陨石标准化数值特征:除了Sc、Ti,V外,其它过渡元素都有亏损,Cr、Ni出现了明显负异常,Ti相对较富集,稀土元素(REE)表现富集型的型式;同位素测试结果,εNd(0)=6.9。可以认为这些玄武岩是上幔岩的局部熔融形成的岩浆沿着扩张中心喷溢到海底,而形成的新生洋壳。     

大洋岛屿玄武岩低温蚀变作用及其对大洋过渡金属循环的贡献

用化学方法和ICP-MS方法分别对中、西太平洋海山富钴铁锰结壳产出区玄武岩的主元素、微量元素和稀土元素(REE)含量进行了测定,结果表明,研究区玄武岩经受了强烈的洋底低温蚀变作用,主元素成分发生了明显的变化,失去了原岩的特征.样品与新鲜大洋岛屿玄武岩(OIB)极为相似的稀土元素配分模式和微量元素含量特征表明,所研究的岩石属典型的大洋板内玄武岩.受洋底低温蚀变作用的影响,样品的Al₂O₃,Fe₂O₃,MnO、K₂O,P₂O₅含量增加,MgO,FeO的含量降低.蚀变作用使大洋岛屿玄武岩中的镁、铁等活动组分大量流失,从而表现出相对富SiO₂的特征(标准矿物计算结果中出现石英).由于蚀变作用,活动组分的流失使样品的REE相对富集,而富REE铁锰氧化物在玄武岩气孔和裂隙中的沉淀不仅使样品的REE含量增大,而且引起轻稀土元素(LREE)与重稀土元素(HREE)分馏,表现为∑c(Ce)/∑c(Yb)值增大.以REE富集机制为基础,对样品中铁锰氧化物的沉淀量和单位质量新鲜玄武岩中活动组分的流失量进行了理论计算,结果表明,因低温蚀变作用所引起的新鲜玄武岩的单位质量亏损为0.150~0.657,而单位质量新鲜玄武岩中铁锰氧化物的沉淀量为0.006~0.042.主元素中以铁、镁的流失亏损最为明显,新鲜玄武岩中铁、镁的流失比例分别为18.28%~70.95%和44.50%~93.94%,超过了岩石总量的流失亏损比例(15.0%~65.7%),因而样品相对贫铁、镁.其他元素的流失量和流失比例都很好地印证了地球化学研究的结果.样品中铝、钾、磷负的流失量是由于沸石在岩石气孔中的充填和岩石的磷酸盐化.理论计算结果和地球化学研究都表明,大洋岛屿玄武岩的低温蚀变向海水提供了大量金属,这是大洋海水中金属循环的重要环节.     

冲绳海槽海底热液活动区玄武岩的矿物学和岩石化学特征及其地质意义

１９９２年５月－１９９２６月对绳海槽热液活动区进行调查采样，对拖网采到的新鲜的玄武岩样品做了斑晶矿物学及岩石化学研究。结果表明，冲绳海槽玄武岩的斑晶矿物主要由橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和斜长石组成，副矿物有铬铁尖晶石和磁铁矿，因而将样品定为橄榄玄武岩。     

冲绳海槽中部玄武岩的岩石学和地球化学研究

1992年冲绳海槽地质调查时,在134站(126°56′7″E,27°30′0″N)共采集到3件玄武岩样品,其中1件取自134站表层样,另外2件取自134站柱状样中的118-143cm处和193- 218cm处(刀口位置)。通过对上述3件玄武岩样品的岩相学、岩石化学组成、稀土元素和微量元素和锶同位素比值分析研究,认为本区玄武岩具多期次喷发特征,早期喷发形成的玄武岩中单斜辉石质量分数较低,晚期喷发形成的玄武岩中单斜辉石质量分数相对较高,表明了单斜辉石为晚期结晶堆积产物。本区玄武岩稀土配分模式与岛弧拉斑玄武岩基本一致,其87Sr与86Sr质量分数比值m(87Sr)/m(86Sr)为0.7046,亦与岛弧拉斑玄武岩相当。最后利用Rb-Sr丰度特征确定本区的地壳厚度为19-24 km。     

印度洋亚丁-欧文-卡尔斯伯格脊三联点邻近洋脊的玄武岩地球化学特征及其地幔源区性质

本文研究了亚丁-欧文-卡尔斯伯格脊(AOC)三联点邻近洋脊的玄武岩样品在主量、微量元素和Pb-Sr-Nd同位素特征上的差异和联系并分析其原因。结果表明,AOC附近卡尔斯伯格脊和希巴洋脊的玄武岩均为正常型洋脊玄武岩(N-MORB),起源自亏损地幔,其中卡尔斯伯格脊的样品较希巴洋脊样品更亏损;欧文洋脊玄武岩样品为洋岛玄武岩(OIB)特征,其地幔源区可能有残余陆块物质的混染;亚丁洋脊玄武岩样品类型包括N-MORB、E-MORB和可能的大陆玄武岩,与洋壳形成过程中大陆岩石圈物质的贡献程度有关。除了卡尔斯伯格脊外,阿法热点对各洋脊的岩浆均有一定程度的影响。     

马里亚纳海槽热液区岩石矿物学和岩石化学特征研究

马里亚纳海槽中央轴裂谷中的小扩张脊部位，广布火山喷发的玄武岩体，海底热液硫化物就是从这些岩体的裂隙中喷溢堆积起来的。利用我国“大洋一号”船拖网所获岩样进行了矿物学和岩石化学特征研究，认定为高铝低钾的大洋底玄武岩或拉斑玄武岩系列和钙－碱玄武岩。为进一步弄清马里亚钠海槽区热液活动岩石学条件和探讨海槽区热液物质来源提供科学证据。     

南马里亚纳海槽岩石学特征

南马里亚纳海槽岩性比较复杂：有玄武岩，根据标准矿物组合，进一步划分为碱性玄武岩，橄揽拉斑玄武岩和石英拉斑玄武岩；火山碎屑岩，包括凝灰岩和角砾凝灰岩；以及方辉橄榄岩．大部分玄武岩样品是距今五百万年以后形成的，个别岩石样品的形成年龄为八百万年左右．不同类型的玄武岩是含Ｈ２Ｏ的地幔岩块在底辟上升过程中，局部熔融、分离的产物；火山碎屑岩是火山喷发的火山灰、火山砾被水化学分解的物质胶结而成；方辉橄榄岩是地幔岩浆底辟上升直接侵入结晶的产物．     

南马里亚纳海槽岩石学特征

南马里亚纳海槽岩性比较复杂：有玄武岩，根据准矿物组合，进一步划分为碱性玄武岩，橄榄拉斑玄武岩和石英拉斑玄武岩；火山碎屑岩，包括凝灰岩和角砾凝灰岩，以及方辉橄榄岩，大部分玄武岩样品是距今五百万年以后形成的，个别岩石样品的形成年龄为八百万年左右，不同类型的玄武岩是含Ｈ２Ｏ的地幔岩块在底辟上升过程中，避部熔融，分离的产物；火山碎屑岩是火山喷发的火山灰，火山被水化学分解的物质胶结而成；方辉橄榄岩是地幔岩浆     

冲绳海槽海底地形的补偿模式初步研究

从区域补偿模式和实验均衡理论出发,利用重力和地形资料计算了冲绳海槽的均衡响应函数,结果表明：冲绳海槽南段弹性板有效厚度和补偿深度明显大于中段,结合其它地质地球物理资料解释认为,产生这种差异的原因主要是南,中两段岩石圈温度和补偿机制的不同所致。     

冲绳海槽中段地球物理场及对其新生洋壳的认识

通过对冲绳海槽中的磁场进行分析，在海槽轴部追踪到了线性磁条带异常。另外，在扩张轴附近也拖到了新鲜拉斑玄武岩。重力自由空气异常值较低。根据这是由于深部地幔大幅上升所致。地震剖面及磁力资料显示在海槽轴部有强磁性浅层侵入体及海底山，这些侵入体很可能来自于深部地幔。高温地幔物质上涌在海槽轴部形成高热流、强磁异常、多火山以及热液活动。上述现象说明冲绳海槽中段张裂轴部大陆岩石圈已经破裂，并可能已有新生洋壳形成。     

冲绳海槽玄武岩玻璃主量、微量元素地球化学特征

The Okinawa Trough(OT) is a back-arc basin at an initial spreading stage that is under the influence of subduction of the Philippine Sea Plate. In this study, we analyzed the geochemical compositions of basaltic glass in the OT and discussed the effects of different magmatic sources, evolution, and subducted components in basalts. Our results showed that the middle and southern regions of the OT exhibit characteristics consistent with an iron-rich tholeiite series. Trace element proportions conform to the typical spider diagram pattern characteristic of back-arc basin basalts, rich in large ion lithophile elements(LILEs) including Rb, Ba, Pb, U, and Th, while depleted in high field-strength elements(HFSEs) including Nb, Ta, Zr, Hf, and Ti. The distribution of rare earth elements(REEs) is also consistent with enrichment by right-leaning light rare earth elements(LREEs).The addition of enriched mantle type I(EMI) materials as well as mantle heterogeneity may have led to variable degrees of enrichment in different regions. The magma source of the middle trough has undergone crystallization towards pyroxene, while development of plagioclase was restricted partly, and the crystallization of spinel and olivine ceased altogether. At the same time, crystallization of the southern OT magma source was dominated by olivine and including the formation of plagioclase, pyroxene, and magnetite(or titanomagnetite). Finally, the results of this study showed that 90% Th, 95% Ba in the southern basalt, 50%–70% Th and 70%–90% Ba in the middle basalt originated from subducted component. Different subducted component influence may be due to different subduction zone structural feature.     

Petrologic perspectives on tectonic evolution of a nascent basin (Okinawa Trough) behind Ryukyu Arc：A review

Okinawa Trough is a back-arc, initial marginal sea basin, located behind the Ryukyu Arc–Trench System. The formation and evolution of the Okinawa Trough is intimately related to the subduction process of the Philippine Sea Plate beneath the Eurasian Plate since the late Miocene. The tectonic evolution of the trough is similar to other active back-arcs, such as the Mariana Trough and southern Lau Basin, all of which are experiencing the initial rifting and subsequent spreading process. This study reviews all petrologic and geochemical data of mafic volcanic lavas from the Okinawa Trough, Ryukyu Arc, and Philippine Sea Plate, combined with geophysical data to indicate the relationship between the subduction sources(input) and arc or back-arc magmas(output) in the Philippine Sea Plate–Ryukyu Arc–Okinawa Trough system(PROS). The results obtained showed that several components were variably involved in the petrogenesis of the Okinawa Trough lavas: sub-continental lithospheric mantle underlying the Eurasian Plate, Indian mid-oceanic ridge basalt(MORB)-type mantle, and Pacific MORB-type mantle. The addition of shallow aqueous fluids and deep hydrous melts from subducted components with the characteristics of Indian MORB-type mantle into the mantle source of lavas variably modifies the primitive mantle wedge beneath the Ryukyu and subcontinental lithospheric mantle(SCLM) beneath the Okinawa Trough. In the northeastern end of the trough and arc, instead of Indian MORB-type mantle, Pacific MORB-type mantle dominates the magma source. Along the strike of the Ryukyu Arc and Okinawa Trough, the systematic variations in trace element ratios and isotopic compositions reflect the first-order effect of variable subduction input on the magma source. In general, petrologic data, combined with geophysical data, imply that the Okinawa Trough is experiencing the "seafloor spreading" process in the southwest segment, "rift propagation" process in the middle segment, and "crustal extension" process in the northeast segment, and a nascent ocean basin occurs in the southwest segment.     

冲绳海槽中段近4万年来沉积物属性和来源

对冲绳海槽中段DGKS9603孔134个样品(孔深0~481cm),测试了18种常、微量元素,对该柱样的29个样品(孔深0~488cm)进行了REE测试。对采自长江三角洲的CYm柱样和黄河三角洲的S3柱样中的晚更新统的5个样品进行了常、微量元素和REE测试。分析表明,冲绳海槽中段在全新世、末次盛冰期和末次间冰期的沉积物均以陆源物质为主,生物沉积为次。末次盛冰期以陆源硅质碎屑沉积的大量增加为特征;全新世生物沉积量有较大的增加;末次间冰期介于上述两者之间,但较全新世更富陆源物质。冲绳海槽的物源演化受末次冰期的影响,具有阶段性。对比冲绳海槽与长江和黄河物源的地球化学参数,包括REE、稀有元素、惰性常、微量元素,判识出末次盛冰期冲绳海槽的陆源物质,具有长江源的物质属性,沉积物可能主要来自古长江。     

冲绳海槽火山岩地球化学特征及岩浆源区地幔性质探讨

冲绳海槽是因菲律宾海板块俯冲于欧亚板块之下,在陆壳上发育起来的一个初始的弧后盆地,是研究弧后扩张作用早期盆地演化、岩浆作用和壳幔过程的天然实验室。尽管迄今对冲绳海槽已经做了大量的调查研究工作,但仍存在一些颇有争议或亟待解决的科学问题,如:冲绳海槽酸性浮岩与基性玄武岩之间的成因联系,冲绳海槽不同区段构造背景对岩浆作用的控制,冲绳海槽岩浆源区地幔的特征,俯冲板块组分(流体+熔体)对地幔楔部分熔融的贡献等。本文在系统收集和整理(剔除了一些存疑数据)了迄今已有冲绳海槽火山岩主量元素、微量元素(包括稀土元素)与Sr-Nd-Pb同位素数据的基础上,通过对资料的系统分析,进一步确认了酸性浮岩与基性玄武岩的岩浆同源性;认为在冲绳海槽北段与中段主要分布有酸性浮岩和中性安山岩,应该是两段区域目前正处于裂谷阶段的反映,而南段广泛分布的基性玄武岩说明在构造性质上已接近成熟性弧后盆地;冲绳海槽的火山岩岩浆源区具有II型富集地幔（EMII型）Dupal异常特征,岩浆源于流行地幔（PREMA）和EMII型地幔端元混合的源区地幔,其中EMII约占比15%,PREMA贡献率在85%左右;源于俯冲的菲律宾海板块(俯冲洋壳或沉积物)的流/熔体的加入是导致冲绳海槽下伏地幔具有EMII型特征的原因,这一点不同于Dupal异常源于壳幔相互作用的观点。     

冲绳海槽中部表层沉积物中的放射虫

1992年7月“向阳红16号”海洋调查船利用大洋50型抓斗在冲绳海槽中部（25°30’－30°N,125°－129°E）区域内获取表层沉积物样品88个。表层沉积物中的放射虫定量分析结果表明;愈近海槽放射虫的数量及属、种丰度值愈高,西侧槽坡离开槽区越远,放射虫数量及属种越渐少。而东侧槽被放射虫数量则表现了高、低值成点状分布的格局。表层沉积物中两大类放射虫的百分含量分别为泡沫虫约占87％,罩笼虫约占13％。另外根据分析结果,把本区分为3个小的沉积区：陆坡上部沉积区;陆被下部沉积区;海槽底部沉积区。     

冲绳海槽--弧后背景下大陆张裂的最高阶段

高热流、强地震活动、火山活动、张性断层作用以及快速沉降等特征表明部绳海槽的演化已经达到了大陆张裂的最高阶段。根据地震折射和重力资料的计算表明冲绳海槽底下存在低密度的异常地幔，冲绳海槽的莫霍面介于15．4－23．8km之间。在我们提出的边缘海盆地演化旋回中，冲绳海槽处于胚胎期，即处在大陆张裂的最高阶段和弧后海底扩张的过滤阶段。冲绳海槽也可视为是威尔逊旋回中连接东非裂谷和红海阶段的一个重要的中间环节。     

冲绳海槽北部的构造活动性硏究

西北太平洋各个边缘海盆虽同处于环太平洋构造活动带,但构造特征、形成机制和构造演化各不相同。例如南中国海发育在东亚大陆边缘,经过多次扩张形成了中央海盆,发育了大洋地壳,但洋陆壳边缘无火山弧发育,亦无明显的构造活动特征,地磁场平静,因此属于大西洋型边缘海盆。另一类边缘海盆如马里亚纳海槽,发育在两个海洋板块的汇聚带上,发育了活动的火山弧(马里亚纳弧)和残留弧(西马里亚纳弧),两列弧在北端合并为小笠原弧。四国海盆和帕里斯维拉(Parece Vela)海盆也属此类。 冲绳海槽与以上两类海盆不同,它发育在东亚大陆边缘地壳上,由陆壳张裂而成。在冲绳海槽和琉球海沟之间既发育了活动的火山弧(吐喀喇火山弧),也发育了大陆地壳性质的非火山弧(琉球弧主体)。东南亚地区的日本海、苏禄海槽(Sulu Trough)、班达海(Banda Sea)、安达曼海(Andaman Sea)属于这种类型的边缘海盆。但是如果把具有复杂的斜向张裂的安达曼海除外,冲绳海槽是世界上唯一一个典型的发育在大陆边缘,由陆壳张裂而成,处于裂谷作用最高阶段,海底扩张即将出现的弧后活动盆地。因此,冲绳海槽的现代构造演化将是这类边缘海盆演化的典型例证,对冲绳海槽构造活动性的深入分析研究将具有全球意义。 世界各国学者对冲绳海槽进行了许多调査研究,但主要集中在海槽的南部和中部,对海槽北部调查研极少,研究程度也最差。本文根据中国科学院海洋研究所自1988年以来在冲绳海槽北部完成的大量实测地质、地球物理资料,结合国内外其它单位的洋洋地球物理调查资料(包括海洋反射地震测量、海洋重力测量、海洋地磁场测量和水深测量),对冲绳海槽北部进行了较为详细的地质构造学研究。结果表明,冲绳海槽北部表现出强烈的构造活动特征,而不同于国内外本研究领域内流传的“冲绳海槽构造活动性南强、北弱”的观点。     

冲绳海槽陆源碎屑峡谷通道搬运与海底扇沉积

应用“向阳红16号”1992年地质调查和“向阳红9号”1995年地球物理调查的实际资料，并参照80年代以来有关研究成果，对冲绳海槽沉积物类型、陆源组分的堆积形式、沉积速率、物质通量以及沉积环境状况等进行了研究，结果表明，冲强海槽陆源碎屑主要集中在海底峡谷口外，形成海底扇沉积，海底扇以其与峡谷伴生而地势和缘、陆源组分含量高、沉积通量大、沉积物楔入体复合叠置为标志，揭示出海底峡谷在陆源碎屑向海槽输送过程中的通道作用；提出陆架潮流与海底峡谷内波、内潮汐的联合作用是陆源碎屑经峡谷通道向海槽持续搬运的主要动力因素，而黑潮摆动及其涡旋分支对峡谷上游沉积物的供给具有积极作用。