西南印度洋中脊超慢速扩张的构造和岩浆活动特征

西南印度洋中脊是当前研究超慢速扩张中脊岩石圈增生模式和热液硫化物矿产资源的热点区域.本研究从西南印度洋中脊的扩张速率变化与全球地质历史事件的关系、岩浆活动强度及其不同尺度上的运移规律、热点-中脊交互作用的地质现象和地球物理特征等方面,系统总结了有关西南印度洋中脊的最新认识.针对以上内容,提出了进一步工作建议,如调查航次的区域与方法、岩浆-构造活动与岩石圈状态的相互关系以及热点-中脊交互作用的动力学机制.     

南海西南次海盆洋中脊分段特征

通过对南海西南次海盆的古洋中脊地貌、重力、磁力异常的分析,确定是一个带有中央裂谷性质的古扩张中心,其转换断层两侧分别在地貌、重力、磁力上表现出不同的特征。根据这些特征,沿古洋中脊识别出4条转换断层,对所有转换断层的性质进行了分析,特别对第4条转换断层的性质做了详细探讨,认为该转换断层是西南次海盆中大陆裂谷与洋壳相互演化的一个转换带,这可能意味着该转换带两侧地壳结构属性会有所不同。     

慢速、超慢速扩张洋中脊三维地震结构研究进展与展望

慢速与超慢速扩张洋脊是研究岩浆活动、构造运动、热液循环等相互作用的最佳场所;其复杂的三维空间的地震结构是构建构造动力学机制的基础.文章首先结合国际深海研究发展趋势,回顾了慢速扩张洋脊的三维地震结构研究进展,发现慢速扩张洋中脊与快速洋脊相似,也存在岩浆房或熔融体;然后,重点结合我国2010年1-3月首次在西南印度洋洋中脊开展的三维地震探测实验,提出了今后超慢速洋中脊的重要研究方向;此次地震数据初步处理结果表明,数据质量良好,为下一步三维层析成像研究打下坚实基础;相信此次研究将在超慢速扩张洋脊的形成演化机制上取得突破性进展,提升我国在国际大洋中脊研究中的地位.     

南海西南次海盆广角地震探测

2010年12月—2011年3月在南海西南次海盆开展了海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)探测,采用Sedis IV型、I-4C型和MicrOBS3种不同型号的OBS,以4×24.5L的大容量气枪为震源,获得了覆盖西南次海盆残留扩张脊的3D人工地震数据。从处理的地震数据可知,此次试验是一次比较成功的地震实验,OBS地震记录清晰、震相丰富,所使用的气枪有足够的能量输出,显示了其良好的工作能力。选取剖面1中的7台OBS进行了2D剖面处理。初步建模结果表明,南海西南次海盆地壳结构为普通洋壳,海山顶部沉积层很薄,莫霍面埋深较浅。     

南海西南次海盆声呐浮标地震测深资料研究

利用声纳浮标资料，得到了南海西南次海盆地壳的速度结构。确定海盆中沉积物的速度为1．6～3．9km／s，基底顶面速度为4．2～6．8km／s。确定海盆中存在洋壳。海盆中基底起伏较大，埋深为4400～5700m，很多地方的基底上只有一层300～500m厚的低速沉积层，而缺少其它上第三系的沉积物。海盆中沉积物的厚度为300～1500m，时代为晚渐新世～第四纪，由此推测西南次海盆的扩张开始时间应该为早渐新世。     

西南印度洋中脊海底热液活动

在超慢速扩张的西南印度洋中脊(SWIR)发现现代海底热液活动改变了人们的传统观点,有助于进一步深化时全球热液活动系统的认识.对西南印度洋中脊地质构造背景、玄武岩和超镁铁质岩的地球化学特征,以及热液活动的特点进行较为系统地分析.指出:独特的地质构造环境使西南印度洋中脊成为研究现代海底热液活动、地球圈层问相互作用所导致的物...     

超慢速扩张洋脊:海洋地学研究新领域

超慢速扩张洋脊是近年发现的全球大洋中脊系统中一个新的类型,以低扩张速率、微弱的火山作用和缺乏转换断层为特征。阐述了超慢速扩张洋脊的特征及地理分布,简要介绍了美国、德国、丹麦、俄罗斯等国家对超慢速扩张洋脊的研究与探索以及国内研究现状。     

IODP360航次——西南印度洋中脊地壳与莫霍面(慢扩张脊的下地壳和莫霍面性质)

<正>IODP360航次是一个多期钻井项目的第一个航次(slomo-1),旨在钻透超慢扩张的西南印度洋中脊的地壳/地幔边界,研究莫霍地震不连续性(莫霍面)的性质。该航次预计钻至1 300m可达下地壳的辉长岩,穿透地壳-地幔过渡的大量橄榄岩的可能性不大。钻井位于亚特兰蒂斯滩的亚特兰蒂斯II东翼的一个海蚀平台上。以前的钻井和图件表明亚特兰蒂斯滩是一个大型的海洋核杂岩复合物,海洋滑脱断层下盘是深部地壳和岩石圈地幔剥蚀出露的一个构造窗。亚特兰蒂斯滩最浅的部分水深700m,包括一个25km2边缘为薄     

南海西南次海盆被动陆缘构造单元划分及伸展演化过程

南海西南次海盆被动陆缘洋陆转换带位于陆缘强烈伸展区,蕴含着岩石圈临界伸展破裂和洋盆扩张过程的丰富信息。本文利用多道地震剖面和重力异常数据,对西南次海盆被动陆缘构造单元进行划分,研究陆缘南、北部洋陆转换带结构构造特征,探讨陆缘伸展演化过程。多道地震剖面资料显示,北部洋陆转换带发育有裂陷期断陷和向海倾斜的掀斜断块;南部发育有低角度正断层控制的裂陷期断陷、海底火山以及局部隆起;从陆到洋方向,重力异常值变化明显。根据上述结果南海西南次海盆被动陆缘划分为近端带、洋陆转换带和洋盆三个构造单元,分别对应了其伸展演化过程的三个阶段：前裂谷阶段、陆缘裂陷阶段和海底扩张阶段。     

西南印度洋中脊热液区岩石声学特性

西南印度洋中脊(Southwest Indian Ridge, SWIR)热液区具有潜在发育的大规模硫化物矿床,当前正在开展SWIR硫化物矿产资源评价。测量分析硫化物和不同围岩的声速等物性特征是硫化物近底地震勘探资料处理和解释的基础。该文对西南印度洋中脊热液区的硫化物和围岩等样品进行了系统的物性测量,结合岩石物性(包括密度、孔隙度、P波速度)与矿物组成,深入分析了西南印度洋中脊热液区岩石声速变化特性及其影响因素。结果表明,SWIR热液区围岩的P波速度受到岩石骨架矿物、孔隙和围压的影响。由于岩石孔隙度总体偏小,对P波速度的影响并不显著,但围压的增加使岩石微裂缝和孔隙逐渐闭合,P波速度呈非线性指数变化。蚀变作用导致了矿物成分改变,是影响围岩声速的最关键因素。单一物性参数测量结果可能存在多解性,联合波速、密度、磁性和电性等多物性参数测量有利于岩性区分。该研究成果有助于识别硫化物和围岩,为我国西南印度洋合同区多金属硫化物地震勘探工作提供重要支撑。     

南海西南次海盆反射莫霍面成像及其地质意义

深部地质结构是研究海盆动力成因的重要基础。南海西南次海盆以往多道地震资料中莫霍面的成像普遍不清,选取NH973-1测线长排列多道地震数据对西南次海盆的莫霍面反射成像进行研究。该地震资料中层间多次波非常发育,严重掩盖或干扰了莫霍面有效反射信号。针对地震资料特征,首先采用抛物线型Radon变换滤波对部分层间多次波进行压制以拾取一个相对准确的初始速度,在此基础上进一步采用速度滤波和内切除组合方法对层间多次波进行压制。从资料处理效果看,层间多次波得到有效压制,莫霍面成像清晰,呈现出断断续续的特征。由此解释的海盆区地壳(除沉积层外)厚度整体较薄,约为2.3~3.9km,有别于正常洋壳结构,更接近于构造拉伸主导型的地壳。     

超慢速扩张洋中脊岩浆形成和迁移汇聚动力学研究

超慢速扩张洋中脊具有不同于其他扩张速率洋中脊的特征,表现为剧烈变化的洋壳厚度和典型的非岩浆段。本文对前人研究的洋中脊岩浆形成关键因素和迁移聚集模式进行综合分析,结合实际地球物理和地球化学的观测数据,探讨了超慢速扩张洋中脊岩浆从地幔源区形成、迁移汇聚、形成洋壳的整个地质过程,进一步指出了影响洋壳结构的关键控制因素。研究结果表明,超慢速扩张洋中脊沿轴洋壳厚度的变化受岩浆补给量和迁移汇聚的共同制约。其中,岩浆补给量受控于洋中脊的地幔潜热、地幔成分和扩张速率的变化;岩浆迁移和汇聚过程则与超慢速扩张洋中脊密集的分段特征和阻渗层的空间结构密切相关。     

南海西南次海盆柱状沉积物酸类化合物的地球化学特征

南海西南次海盆是南海海盆中的一个重要构造单元,了解其沉积物的地球化学信息对于认识南海沉积环境至关重要。采用色谱质谱（GC-MS）方法对南海西南次海盆B3C和C7两个站位沉积柱中的酸类化合物进行研究,结果表明：①南海西南次海盆B3C和C7站位柱状沉积物中的正构脂肪酸呈偶奇优势分布,普遍以n-C16和n-C18为主;沉积物主要来源于浮游生物、藻类、细菌等,并有陆源高等植物的贡献。②B3C和B7沉积柱中酸类化合物来源主要以海源为主,总正构脂肪酸含量以及陆源优势正构脂肪酸（n-C24、n-C26、n-C28）、海源优势正构脂肪酸（n-C12、n-C14、n-C16）含量在垂向上分布较为稳定,变化波动小,表明该地区的大部分时期沉积环境较为稳定。③总脂肪酸（TFA）和TFA/TOC均表明该区域有机物积累普遍较低,且该处沉积区域处于非透光区和非热液区。     

跨南海西南次海盆OBS、多道地震与重力联合调查

对跨南海西南次海盆及两侧陆缘的一条1050km长的、包括海底地震(OBS)、长排列多道地震和重磁在内的综合地球物理探测剖面(CFT)进行了构造成像和研究。在多道地震成像基础上建立了CFT剖面初始速度模型, 进而通过初至波层析成像方法反演了CFT剖面的速度结构模型, 在重力异常资料的约束下建立了CFT剖面的综合地壳结构模型。讨论了沿CFT剖面出现的下地壳高速体、龙门海山的低密度物质等地质问题。结果表明, 下地壳高速层在北部陆坡、西南海盆和南部南沙地块均有分布, 厚度在0~4km之间, 可能与陆缘下地壳物质和地幔物质熔融混合, 以及深海盆海底扩张期间构造拉伸导致地幔蛇纹岩化有关。     

南海中部古扩张脊的构造特征及南海海盆的两次扩张

国家海洋局第一海洋研究所和法兰西海洋开发研究院(IFREMER)于1985年利用“让·夏尔克”号考察船,在南海中部成功地进行了一次综合性的地质、地球物理调查.本文利用实测的地质、地球物理资料,较详细地研究了南海古扩张脊的地貌-构造特征,从而进一步推测南海中部古扩张脊系由两条走向和成生时代均不相同的脊叠置而成.根据磁条带及两条脊的交切关系可推测,南海自中渐新世以来,可能经历了两次扩张过程,时代较早的一次发生在南北方向,而北西-南东方向的扩张时代开始得可能较晚.     

南海中部古扩张脊的构造特征及南海海盆的两次扩张

国家海洋局第一海洋研究所和法兰西海洋开发研究院(IFREMER)于1985年利用“让·夏尔克”号考察船,在南海中部成功地进行了一次综合性的地质、地球物理调查.本文利用实测的地质、地球物理资料,较详细地研究了南海古扩张脊的地貌-构造特征,从而进一步推测南海中部古扩张脊系由两条走向和成生时代均不相同的脊叠置而成.根据磁条带及两条脊的交切关系可推测,南海自中渐新世以来,可能经历了两次扩张过程,时代较早的一次发生在南北方向,而北西—南东方向的扩张时代开始得可能较晚.     

南海西南次海盆两侧陆缘新生代构造沉降特征及演化过程

构造沉降史分析有助于认识盆地的形成演化过程,是盆地分析的重要基础。为对比分析南海西南次海盆两侧陆缘新生代构造演化特征,本文选取了横穿南海西南次海盆两侧陆缘的多道地震剖面测线,其中NH973-3测线横跨西南次海盆北侧陆缘中-西沙地块,NH973-1+SO27-04联合剖面跨越西南次海盆南侧陆缘南沙地块,在地震地层解释的基础上,采用回剥法和平衡剖面技术分析了西南次海盆两侧陆缘构造沉降特征及伸展过程。分析结果表明：（1）西南次海盆两侧陆缘的构造沉降曲线特征表现为裂陷初始期曲线斜率平缓,裂陷强烈期和末期曲线斜率较陡,断-拗转换期和拗陷期曲线斜率又回归相对平缓的反“S”形多段式特征;（2）两侧陆缘的构造沉降具有一定的延迟滞后性,造成此现象的原因可能与西南次海盆两侧陆缘岩石圈的分层差异伸展及南海西缘断裂的右旋走滑活动有关,且南海西缘断裂的右旋走滑活动造成两侧陆缘的构造沉降中心向南迁移;（3）两侧陆缘盆地主要形成于晚渐新世,北侧陆缘因受晚渐新世南海西缘断裂右旋走滑活动的改造影响而形成伸展-走滑相关的沉积盆地,南侧陆缘在早中新世因受到挤压碰撞的改造影响而形成伸展-挠曲复合型沉积盆地。这些研究成果可为南海西南次海盆两侧陆缘沉积盆地的油气和天然气水合物的勘探开发提供重要的科学背景支持。     

西南印度洋中脊热液产物稀土元素组成变化及其来源

对西南印度洋中脊热液区不同热液产物稀土元素(REE)进行了分析,探讨了热液产物形成过程中稀土元素组成变化及其来源。研究结果表明:不同热液产物稀土元素总量变化范围从3.47×10-7到4.80×10-5,轻重稀土比值(LREE/HREE)从2.06到6.16,表明轻重稀土有较大程度分异,δEu异常(δEu=0.86~3.88)和δCe异常(δCe=0.40~0.86)显示热液产物中REE呈Eu富集和Ce亏损特征。稀土元素球粒陨石标准化模式呈现两种类型:(1)呈轻微富集LREE的平坦模式,REE大于2×10-5;(2)呈显著富集LREE和正Eu异常模式,REE小于5×10-7。模式1类似于洋壳火山岩REE配分模式,而模式2与西南印度洋中脊黑烟囱REE模式相似,也与典型洋中脊热液喷口流体和硫化物LREE富集和正Eu异常模式类似。热液产物中稀土元素含量变化和模式特征以及Mg与LREE极强正相关关系可能反映了西南印度洋中脊硫化物形成在热液流体与海水混合沉淀的初始阶段,后期经历了广泛的热液流体再循环和海水蚀变过程。     

西南印度洋中脊50°E基性超基性岩石地球化学特征及其成因初探

西南印度洋中脊是典型的慢速扩张洋中脊之一。对采自西南印度洋中脊50°E附近的7件玄武岩和蛇纹石化橄榄岩样品所作的分析表明,基性玄武岩类SiO2含量为43.72%～48.40%,TiO2含量较少,为1.14%～1.52%;MgO含量为5.96%～10.98%;TFe2O3含量为4.55%～5.2%;Mg#值为0.53～0.64,里特曼指数σ为2.34～20.10。微量元素Zr/Nb和Y/Nb比值为显示N-MORB的性质,但是其他微量元素的比值(Ba/Nb,Ba/Th,La/Nb,Nb/U,Nb/Pb)均不显示正常洋中脊玄武岩的特征,微量元素原始地幔标准化蛛网图显示强烈富集K和Pb,亏损Nb,稀土元素显示较为平缓的分配模式。超基性蛇纹石化橄榄岩的主量元素特征为SiO2为38.91～45.49;TiO2含量为0.02～0.28;MgO含量很高,为36.87～40.61,TFe2O3含量为2.82～3.91,Mg#值为0.92～0.94。微量元素中Ni,Cr的含量很高,原始地幔标准化蛛网图显示橄榄岩强烈富集K和Pb,Ba,Th,La,Ce,Ti中等程度富集,而亏损Nb,Sr。稀土元素总量较低,标准化曲线显示轻稀土元素富集模式。结合地球化学特征及前人研究资料分析认为,西南印度洋中脊的基性岩和超基性岩属同源性质,其原始地幔物质可能为部分正常洋中脊亏损地幔混染了陆壳或远洋沉积物的结果。     

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。