海底火山喷发探查

在地球上,大洋中脊经常发生火山喷发,但是从未有人见过活动的火山喷发。人们只能研究这些火山喷发后形成的熔岩流、火山锥和火山脊,来推断熔岩喷出时海底的变化情况。近来的研究工作使人们向实际观察海底火山喷发大大靠近了一步,海洋深处的火山活动现象造成的直接后果逐渐被人们     

基于海底DEM的洋中脊火山锥自动识别方法研究

洋中脊是板块扩张和洋壳增生的主要区域,除了发育沿洋脊走向的裂隙式喷发火山脊,还分布有众多零星的中心式喷发火山锥。这些火山锥的形态和分布对了解洋中脊构造和岩浆活动具有重要的指示意义。基于海底多波束地形数据,采用人工或机器解译方法可以识别这些火山锥。本文利用大洋24航次船载多波束测深获得的卡尔斯伯格脊DEM(数字高程模型)数据,以非监督分类为手段,开展洋中脊火山锥的自动提取方法研究。基于原始DEM计算地形坡度、地表粗糙度、正负地形等衍生参数,进行特征变换,提取火山锥的特征信息。使用ISO(迭代自组织)聚类方法对特征变换后的图像进行聚类分析,并利用景观形状指数进行几何筛选,完成火山锥的自动提取。所使用的海底火山锥自动识别方法,正确率达0.8,重叠率约0.7,识别效果较好,效率高,能够在海底大范围的火山锥解译中发挥重要作用。     

大西洋中脊火山过程

冰岛及夏威夷群岛上的喷发裂隙、火山口、熔岩流的位置和分布及其它火山特征,为了解岩浆如何输送到浅层地壳和后来在地表喷出提供了关键性资料。虽然洋中脊地段（有时表现为单一的火山状态）比陆地火山长且狭窄,但我们知之甚少,主要原因是它们位于水深２５００ｍ或更深...     

全球三大洋底高原重力异常与地壳厚度特征及对比研究*

翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆是全球三大洋底高原, 是大量岩浆喷发到地表的结果, 火山面积分别达1.90×10⁶、1.25×10⁶、0.53×10⁶km²。本文详细分析了该三大洋底高原的地形、剩余地幔布格重力异常(residual mantle Bouguer anomaly, RMBA)与重力反演的相对地壳厚度, 并结合地质与地球化学特征约束进行对比研究。结果显示, 翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆分别高出周围海底约4.3、5、4km, 相应的地幔布格重力异常最大变化值分别为250、330、200mGal, 以及相应的相对地壳厚度变化分别为11、13、9km, 表明形成三大洋底高原的岩浆量远远大于正常洋中脊的岩浆量。此外, 三大洋底高原皆形成于洋中脊附近。Nd、Pb、Hf同位素比值分析表明, 翁通爪哇高原的玄武岩组分为洋岛玄武岩; 凯尔盖朗高原大部分类似于洋岛玄武岩, 并含有洋中脊玄武岩组分; 沙茨基海隆的玄武岩组分主要为东太平洋海隆正常洋中脊玄武岩, 却又存在少量位于全球洋岛玄武岩范围内。这些特征揭示了三大洋底高原可能形成于“地幔柱-洋中脊相互作用”。对此本文提出了两种模式: 一为洋中脊被地幔柱拖拽至其上方; 二为洋中脊之下的软流圈受到地幔柱影响, 从而产生超常熔融与超厚地壳。     

利用海底仪器从熔岩流中直接观察海底火山喷发

在过去１０年中 ,我们对海底火山喷发的了解大大增强 ,这是因为现在有能力遥控探测这样的事件 ,对气象调查迅速作出回应 ,并在喷发地点采样。但是 ,这些资料不可避免地受到事件后观测的限制。可是 ,１９９８年的胡安·德富卡海岭阿克西亚尔火山喷发就是利用原地海底仪器进行的监测。其中测量作为海底垂直变形代用指标的海底压力的仪器被熔岩流所包裹 ,固结外壳使仪器与熔岩隔离开来 ,后来又恢复了使用。这个仪器记录的数据揭示了洋中脊表流喷发的持续期、特征和喷发速率 ,证实了熔岩流膨胀超过３ｍ后便开始回流。仪器记录到在２ｈ喷发之后的…     

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纳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     

西太平洋大塔穆火山的重力导纳分析以及对其形成机制的启示

本文利用卫星重力数据和海底地形数据对大塔穆火山开展详细的重力导纳分析。结果显示大塔穆火山的岩石圈有效弹性厚度是1～3 km,指示火山形成于洋中脊之上,符合低重力异常和洋中脊三联点的构造背景。Airy均衡模型和岩石圈挠曲均衡模型推算的大塔穆火山的平均地壳厚度是11～17 km,最厚处拥有一个约30 km的地壳根,与实际地震观测结果基本一致。大塔穆火山的超厚洋壳不同于正常洋中脊,目前地幔柱与洋中脊相互作用是比较合理的成因模式。研究还发现大塔穆火山底下存在一个质量缺失的低密度区,这个区域可能是残留岩浆房造成的结果,与火山中心的地球化学特征、地震波速异常以及广泛的后期火山活动相吻合。另外,这个低密度区提供浮力支撑火山中心隆起,可能导致火山侧翼因差异性沉降而产生正断层。     

火山边缘的构造:北大西洋/拉布拉多—巴芬体系存在的问题

火山边缘是与大量岩浆的侵入和排出有关的被动边缘 ,就象北大西洋 /拉布拉多—巴芬体系一样 ,这种岩浆作用出现在板块解体和早期的大洋扩张期间或之前。解体之前的火山活动形成了大面积的溢流玄武岩 ,面积达 1 0 6km2。陆—洋边界出现了与板块解体同期的火山活动 ,值得注意的是 ,它形成了向海倾斜的厚火山楔形体和火山沉积层 ( SDV) ,后者组成了地震研究中的向海倾斜反射系列 ( SDRS)。在它们的下部 ,SDV也含有解体前的玄武岩。大多数火山边缘似乎发育成与羽状物有关的热软流层。对于这种关系是否有规律还存在争议 ,这里不进行讨论。火…     

冲绳海槽浮岩中碳、氢同位素组成特征

利用分阶段热解释放气体质谱分析法研究了冲绳海槽浮岩热解释放气中CO₂和H₂O的碳、氢同位素组成,结果显示:浮岩中原生CO₂和H₂O主要释放于400～1 000℃,CO₂的碳同位素组成介于-6.7×10-3～-22.7×10-3,H₂O的氢同位素组成从-45×10-3变到-71×10-3,均落入幔源火山岩的变化范围,而且浮岩的氢同位素组成与海槽区玄武岩的氢同位素组成非常接近,这表明冲绳海槽浮岩与玄武岩之间具有密切的成因联系,浮岩岩浆和玄武岩岩浆是同源岩浆不同程度结晶分异的产物.另外,这些浮岩较洋中脊玄武岩要贫13C,并富集D,同时具有从洋中脊玄武岩向岛弧玄武岩变化的趋势,这表明浮岩岩浆在形成或上升过程中可能受到俯冲板块释放流体的影响.     

读编往来

<正>这期向大家科普一下海底火山的知识。所谓海底火山,就是形成于浅海和大洋底部的各种火山。包括死火山和活火山。地球上的火山活动主要集中在板块边界处,而海底火山大多分布于大洋中脊与大洋边缘的岛弧处。板块内部有时也有一些火山活动,但数量非常少。海底火山可分3类,即边缘火山、洋脊火山和洋盆火山,它们在地理分布、岩性和成因上都有显著的差异。     

卡尔斯伯格脊 60°~61°E洋脊段多波束后向散射特征及其对构造与岩浆作用强度的指示

多波束声纳数据可以有效记录海底地形地貌和底质特征信息。本文利用船载多波束数据对慢速扩张的卡尔斯伯格脊60°~61°E洋脊段的典型构造地貌单元的后向散射强度特征进行了研究,在此基础上,分析了该洋脊段的构造和岩浆作用强度特征。结果表明,洋脊段I以构造拉张作用占主导,脊轴及附近后向散射强度为-29 dB左右,裂谷壁高差可达1 200 m以上,裂谷内断裂发育,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为78.7~126.2,裂谷两侧翼部线性构造较少,但轴向正断层面更宽,倾角更小;与洋脊段裂谷中段相比,末端火山活动频率较低但喷发规模较大,火山机构数量和体积也更大,且可发育深大断裂获取深部热源。洋脊段II以岩浆作用占主导,脊轴及附近后向散射强度达-35 dB,裂谷内轴向火山脊发育,裂谷壁高差小于500 m,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为77.6~116.8,裂谷两侧翼部线性构造数量众多、长宽比较大且呈近似对称,相邻线性构造之间沉积物广泛分布。通过提取挖掘与底质属性密切相关的多波束后向散射强度数据,结合海底地形地貌的分析,可以为洋中脊的构造和岩浆作用强度的定量研究提供有效的证据。     

西南太平洋汤加岛弧的海底火山和高温热液喷发

西太平洋中大多数已知的高温热液喷发都出现在洋内弧后环境中,如劳海盆、北斐济海盆和马里亚纳海沟.在弧前的海底火山上已经发现了热液喷发和相应的矿床,其中许多火山还在排气,并有释放到海底的岩浆挥发物的证据,但是只在水深超过1 km的最深的塌陷火山口发现了黑烟喷口、典型深洋中脊和弧后扩张中心.本文描述了汤加岛弧浅海底火山上首次发现的高温热液喷发和大面积的硫化物-硫酸盐烟道.     

西南印度洋中脊岩石地球化学特征及其岩浆作用研究

作为超慢速扩张脊的代表,西南印度洋中脊(SWIR)因其独一无二的地形地貌特征、洋壳结构、洋壳增生机制、岩浆和热液活动以及深部动力学过程,近30年来成为国内外研究的热点区域。基于近年来对SWIR玄武岩、辉长岩及橄榄岩的岩石学和地球化学研究成果总结,重点探讨了沿SWIR轴向(大尺度)以及单个洋脊分段(小尺度)的岩石地球化学变化特征及其影响因素,阐述了SWIR的岩浆供应及洋壳增生模式。其中,在9°～16°E斜向扩张脊,以构造作用为主的洋脊扩张模式导致了更宽的洋壳增生带和显著的地球化学异常;而在50°～51°E脊段,发育了强烈的火山活动,其成因机制包括克洛泽热点与洋中脊相互作用、微热点、古老熔融事件的残留地幔再熔融等几种观点。此外,西南印度洋中脊龙旂热液区(～49.7°E)的最新研究表明,其热液循环路径与拆离断层的发育密不可分,热液流体循环最深可达莫霍面以下6 km。因此,在今后的一段时间,应进一步加强SWIR不同空间尺度地幔源区性质、洋中脊构造与岩浆作用过程、热点-洋中脊相互作用和岩浆-热液活动与成矿等主要科学问题的研究。     

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。     

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。     

Reykjanes海岭以下热点产生浮流的地震证据

在过去的５５Ｍａ期间冰岛的大量火山被认为是由于高温地幔羽的存在 ,使得与大西洋洋中脊（ＭＡＲ）海底扩张有关的减压熔融增强而造成的。尽管地幔羽对海岭的冲击在冰岛海台是最强的 ,但大量的观测表明沿冰岛南部ＭＡＲ的扩张及与其相关的火山受热点的影响而发生了改变。特别是缓慢扩张的ＲＲ比典型的ＭＡＲ要热 ,Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭处的海底非常浅 ,地形非常光滑 ,缺乏典型的缓慢扩张中心所具有的割裂和轴谷 ,而且地壳异常厚。此外 ,沿Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭喷发的玄武岩的地球化学表明 ,它是冰岛地幔羽源和大西洋洋中脊源的混合。这…     

南海东部边缘火山活动所反映的板片窗构造

从全球板块构造环境来看,与洋脊俯冲有关的板片窗占据绝大部分比例,俯冲洋脊板片正处于新生过程,热量大,具有正浮力(10 Ma),在俯冲过程中容易撕裂形成板片窗。南海古扩张脊沿马尼拉海沟向菲律宾海板块俯冲,南海东部边缘火山活动在吕宋岛上表现为东西双火山链,上新世期间,西火山链停止活动,而东火山链内的岩浆活动几乎完全是在第四纪。东西双火山链在20°N向南开始分支,东火山链在17.8°N停止,西火山链往南一直延伸到民都洛岛,东西火山链之间的火山空隙即反映了南海古扩张脊沿马尼拉海沟向菲律宾海板块俯冲形成的板片窗构造。同时,根据吕宋岛晚中新世以来埃达克岩的空间分布空隙和时间空隙特征,反映在吕宋岛17°~17.5°N存在板片窗构造。     

对2000年5月所罗门群岛Kavachi火山地下喷发的观察和取样

海底火山喷发很难探测 ,取样则更困难。仅凭少量资料 ,难以确定熔岩—海水相互作用和岩浆库除气对局部海水化学成分或对喷发时细粒火山灰再搬运过程的影响。据我们所知 ,两个最全面的研究均涉及板块内火山。夏威夷沿岸基拉韦厄火山活动形成海底热柱 ,溶解的金属颗粒、Si和H2 含量增高 ,然而CO2 未增加 ,因为熔岩到达洋底之前 ,CO2 已释放出来。1 989年 1月 ,南太平洋中部的麦克唐纳海山喷发时 ,研究人员在大约 1 50m的深度的海底喷发处取到一整套水样。Fe、Mn、SiO2 、H2 S和CO2 的明显异常 (根据 pH值计算 ) ,提供了有关喷发期间浅埋…     

东南印度洋中脊(108°—134°E区域)断层构造与岩浆活动关系

东南印度洋脊(Southeast Indian Ridge, 简称SEIR)是中速扩张洋中脊, 在其中的108°—134°E区域的全扩张速率为72~76 mm·a ^-1。但在接近澳大利亚-南极洲不整合带(Australian-Antarctic Discordance, 简称AAD)区内, 海底地貌沿洋中脊的变化强烈, 其变化范围涵盖了从慢速到快速扩张洋中脊上常见的例子, 且出现了明显的地球物理与地球化学异常, 说明洋中脊在AAD区附近的岩浆供应量极不均匀。文章定量分析了高精度多波束测深数据, 计算了洋中脊不同段的地形坡度、断层比例以及平面与剖面的岩浆参数M值, 结合研究区内剩余地幔布格重力异常以及洋中脊轴部地球化学指标Na_8.0、Fe_8.0等资料, 分析与讨论了研究区的断层构造与岩浆活动特征的关系。研究发现, 东南印度洋脊108°—134°E区域的B区(在AAD区内)及C5段(在AAD区外西侧)发育有大量的海洋核杂岩, 而且B区的海洋核杂岩单体规模更大, 其中最大的位于B3区, 沿洋中脊扩张方向延伸约50km。研究结果首次系统性地显示, 相比东南印度洋的其他区域, B和C5异常区具有偏低的平面与剖面M值、偏高的断层比例、偏正的地幔布格重力异常以及偏高的Na_8.0值与偏低的Fe_8.0值, 这些异常特征可能反映了B区和C5段的岩浆初始熔融深度较浅以及岩浆熔融程度较低, 因此导致其岩浆供应量异常少, 形成较薄的地壳。研究结果同时表明, 在岩浆供应量极少的洋中脊, 构造伸展作用有利于海洋核杂岩的发育, 导致地壳进一步减薄。     

南海北部晚新生代岩浆活动的发育特征与构造意义

南海北部陆缘具有极其独特的岩浆活动特征,其岩浆活动在大陆张裂和破裂期间表现的较为薄弱,而在裂后期尤其是海底扩张停止之后的晚新生代时期却变得极为强烈。通过总结南海北部晚新生代玄武岩浆的岩石学、年代学、地球物理学等方面的研究成果,从发育规模、物质属性、构造模式以及通道特征等方面系统揭示了岩浆活动的发育特征及其隐含的构造意义。结果显示:(1)南海北部晚新生代玄武岩均显示洋岛玄武岩(OIB)的物质属性,且与世界典型热点火山OIB具有相似的同位素分布范围;(2)南海北部海底火山的侵入和喷出体积量与世界典型的大火成岩省具有可对比性;(3)岩石圈伸展过程中所形成的张性断裂可能为后期玄武岩浆的活动提供了良好的通道;(4)沉积地层中所发现的岩脉与岩墙复合体与海底火山活动应该具有相同的岩浆来源;(5)全球和区域地震层析成像结果均显示了一条清晰的深部低速通道,暗示了南海北部晚新生代玄武岩浆活动可能与深部地幔柱存在紧密联系。