冲绳海槽北段的重磁场特征及地质意义

１９９２年之前,国内对冲绳海槽的调查研究主要集中在海槽的中部和南部,而对其北段的调查研究工作却很少。根据实测的重磁异常,较深入地分析了海槽北段的地球物理场特征,构造活动地壳结构及应力状态,结果表明冲绳海槽北段同样具有强烈的地壳构造活动。     

析构造作用与冲绳海槽地貌演化的关系

冲绳海槽是一个构造上极其活跃的大陆坡边缘盆地,具有壮观的海底地貌形态。研究冲绳海槽地区构造作用与其地貌演化的关系,有助于我们进一步深入了解冲绳海槽本身的地质演变历史,其意义非常重要。本文系根据1980年以来对冲绳海槽多次地质、地球物理调查所获得的一系列成果,结合前人已有的一些资料撰写而成。笔者拟将对冲绳海槽地区路作用与地貌演化的关系作一初步探讨,不足之处,恭请惠正。     

冲绳海槽热流值的分析及其地质解释

冲绳海槽南起我国台湾省东北角,东临琉球岛弧,西接东海陆架.本文利用冲绳海槽的热流值进行了数理计算,得出该海槽的年龄为5.3百万年.根据海槽及邻区的地质-地球物理资料进行了分析和解释.     

冲绳海槽弧后扩张证据及关键问题探讨

在冲绳海槽区采用国内最新勘测的多波束数据构建高分辨率的DTM(Digital Terrain Model)，选择典型海区绘制了相应的三维海底形态图件，并在此图件基础上定量分析了冲绳海槽典型构造地貌形态：海底峡谷、海山、构造洼地和构造台地，统计分析表明冲绳海槽存在近似平行和近似垂直海槽轴向两种走向的构造地貌单元。对构造地貌的成因机制进行了推测，认为菲律宾板块和欧亚板块间的相互作用是产生与海槽走向垂直的构造形态和弧后扩张的动力源，而弧后扩张则产生了沿海槽走向分布的线性海山和雁行排列的构造洼地。在中部和南部海槽这两种作用力交织在一起，产生两类海底地貌形态共存的构造格局。对目前关于冲绳海槽构造研究的几个关键问题进行了探讨，阐述并支持了冲绳海槽弧后盆地扩张成因的观点；定量估算了冲绳海槽三幕构造运动的方向、扩张量和半速率；从动力学角度阐述了沟-弧-盆体系的形成演化过程；阐述了冲绳海槽三幕构造运动的演化过程和特征：中新世的拱顶、断陷，上新世—早更新世的被动拉张，晚更新世—全新世后的主动弧后扩张。三幕构造运动的方向、特征和动力机制明显不同，运动方向的多次改变导致海槽内多种走向构造地貌的存在。近代的海槽扩张有明显活跃和加速趋势。     

冲绳海槽南部海底热液活动区地形地貌特征及成因分析

为了进一步理解构造地质过程对弧后盆地热液活动及成矿作用的影响和控制,以实测和收集的多波束资料为基础,对冲绳海槽南部多个海底热液活动区的地形地貌特征进行了精细刻画。结合前人研究成果,从构造地质学的角度分析了热液区地形地貌的成因机制。结果表明,冲绳海槽南部热液区均为海底火山成因地貌,不同热液区的海底地貌分属于不同类型岩浆作用的产物:D海丘受岛弧和弧后盆地岩浆作用的双重影响,A海丘群由岛弧为主的多源岩浆作用产生,C海丘和B海丘群属于琉球火山岛弧,雨花海丘形成于造山期后地壳伸展导致的岩浆上涌。冲绳海槽中央地堑与琉球火山岛弧的交汇处有利于形成大规模岩浆和地热活动。琉球火山岛弧的岩浆活动存在时空迁移,与海槽构造演化过程中由分散式裂陷向中心式裂陷的转换有关。唐印热液区的存在表明台湾北火山带在槽底北缘及陆坡区仍具有较强的岩浆和地热活动性,是未来冲绳海槽南部海底热液调查的重要靶区之一。     

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。     

冲绳海槽海底热流的研究

冲绳海槽为世界上罕见的高热流区之一.迄今在海槽内已取得189个热流数据.热流分析表明,属于西北太平洋活动边缘的琉球弧后地区具有异常高的热流值,尤其是在冲绳海槽中部,测得大于10 000m·W/m2的异常高热流值,为全球热流调查中所仅见,这暗示着冲绳海槽为一迄今尚在强烈活动的弧后裂谷.     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征和资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物拟海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义。     

东海磁场及磁性基底特征

利用东海及邻域最新的磁力异常数据,分析东海的磁场特征,并利用该磁力数据计算东海的磁性基底界面,分析解释磁性界面的特征及地质特征。研究表明,从陆区、陆架盆地到冲绳海槽中部,磁力异常呈正负相间变化,最大值出现在福建沿海地区;磁性基底深度在4～11km之间变化。从冲绳海槽中部到琉球群岛,磁异常从正磁异常变为负磁异常;磁性基底深度为7～12km之间变化。从琉球弧前盆地到琉球海沟,磁力异常为正负相间变化,中部磁异常为负值,两侧异常为正值;磁性基底深度为7.5～11km之间变化。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征及资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物似海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物的具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义.     

冲绳海槽天然气水合物BSR的地震研究

根据多道地震反射资料分析,在冲绳海槽南部和中部发现了拟海底反射层(BSR)现象。通过对海底异常反射层的振幅特征、速度异常和AVO属性分析,说明该BSR可能反映了天然气水合物的存在,并发现冲绳海槽断层与天然气水合物的形成有密切关系。     

冲绳海槽中部表层沉积物的地球化学特征和物原判识

研究样品由“向阳红16”号于1992年6～7月间取自冲绳海槽中部.对表层沉积物的地球化学数据的因子分析和典型化学组分的相关分析结果表明,冲绳海槽中部表层沉积物主要包括陆架来源、生物源和火山热液源组分,且以陆源组分为主;运用修正的富集团子(EF)分析结果表明,沉积物中陆源、生物源、火山热液源组分在不同区域的相对分布是显着不同的.     

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。     

冲绳海槽岩浆物理化学性质及其地质意义

借助冲绳海槽火山岩地球化学分析结果,讨论了海槽不同区段岩浆的温度、压力、密度和黏度等物理化学参数,以确定海槽岩浆的物理性质及其对海槽不同区段岩浆演化过程的影响.海槽北段的岩浆相对于中段表现出高压力、低温度的特征.由于海槽岩浆挥发分含量较高,北段岩浆的密度和黏度要高于中段的.但总的来说,海槽岩浆具有低密度、低黏度的特点,因此岩浆更容易穿透岩石圈,而且有利于岩浆结晶分异作用的进行.对海槽岩浆相对运移速度的研究显示,在外部条件及含水量相同的前提下,在海槽中段岩浆上升速度要大于北段的,这从岩浆物理化学性质的角度解释了为何海槽中段火山活动要强于北段的.     

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。     

冲绳海槽北部表层沉积物中放射虫的分布与环境

对冲绳海槽北部80个表层沉积样品中放射虫进行的定量研究表明，其丰度和分异度西北部低，东南部高，由西北向东南递增；从西北陆架到东南海槽放射虫分布可分为陆架低值区，海槽边缘中值区和中央高值区，放射虫的组成以泡沫虫目占绝对优势，总体面貌为热带大洋暖水动物群，沉积物中放射虫的分布与现代表层海水温度，盐度的分布和变化趋势一致，但与营养盐和实级生产力的分布呈负相关关系；同时，放射虫的分布又与研究区的海流和水团有密切关系，其中黑潮对其有控制性影响，沉积物类型极大地影响着放射虫的分布，放射虫的丰度和分异度明显地随粒度的增大和陆源物质含量的增加而减小，此外，放射虫的分岂有此理也显示了与沉积物中火山物质含量的密切相关性。     

东海莫霍面起伏与地壳减薄特征初步分析

收集、整理大量由地震剖面提供的沉积层厚度资料,得到东海沉积层等厚图。对完全布格重力异常进行沉积层重力效应改正后,得到剩余重力异常,利用地震资料揭示的莫霍面深度值来约束界面反演得到东海莫霍面埋深。结果表明,东海陆架盆地莫霍面深度在25～28 km之间平缓变化,地壳厚度为14～26 km,西厚东薄;冲绳海槽盆地莫霍面深度为16～26 km,地壳厚度为12～22 km,北厚南薄。东海陆架盆地东部与冲绳海槽盆地南部地壳减薄明显,拉张因子分别达到2.6和3。初步分析认为冲绳海槽地壳以过渡壳为主,并未形成洋壳。     

冲绳海槽南段基底组成探讨

本文根据反射地震、折射地震、磁力等资料，结合周边地质，探讨冲绳海槽南段基底组成。在海槽周边的东海陆架盆地、台湾褶皱带和琉球岛弧褶皱带，均出露不同程度变质的晚古生代、中生代和早第三纪地层。多道反射地震表明，海槽南段沉积盖层由上第三系和第四系组成，声学基底由下第三系及更老地层构成。邻近海槽的折射地震揭示，除第四系-中新统速度层之外，还存在纵波速度分别为4．7～5．3km／s和6．3km／s的下第三系和中生界速度层。磁异常分析和正反演拟合计算结果表明，海槽磁性基底主要由变质岩系构成，次为燕山期中酸性岩浆岩和喜山期中基性岩浆岩，磁性基底大部分相当声学基底。综合分析表明，海槽南段基底主要由不同程度变质的下第三系、中生界和上古生界构成；在海槽某些构造部位，已有喜山期基性岩浆岩形成。