西太平洋卡罗琳洋脊CM4海山铁锰结壳矿物学和地球化学特征

2017年8月中国科学院海洋研究所在西太平洋低纬度海区的卡罗琳洋脊CM4海山开展了多学科综合调查,发现该海山山体表面分布着大量的铁锰结壳。本文对该海山的5个铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究,利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子光谱及质谱(ICP-OES、ICP-MS)等测试技术分析了铁锰结壳的矿物组成、主微量元素和稀土元素含量,并进一步探讨了铁锰结壳的成因类型。结果表明,该海山铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主,含有少量钡镁锰矿、水钠锰矿、针铁矿、纤铁矿、石英和方解石。该海山铁锰结壳的Mn、Fe、Co、Ni、Cu元素平均含量分别为24.24%、15.14%、0.16%、0.34%、0.01%。与全球各大洋海山区铁锰结壳相比,该海山样品的Cu含量很低。该海山铁锰结壳的稀土元素(REY)含量相对偏低,总体为轻稀土(LREE)富集;稀土(REY)配分模式显示相对平坦的特征,呈明显的Ce正异常,轻微的Y负异常和Ho正异常。样品的矿物组成、元素比值、元素组合等都表明该海山铁锰结壳属于水成成因,未受明显的成岩作用影响。     

西太平洋陆缘海沉积物中碳酸钙旋回

东中国海、南海沉积物中碳酸钙含量变化的分析与对比,表明其碳酸钙含量变化与典型的太平洋CaCO_3,旋回并不一致,而是与大西洋型CaCO_3曲线相同。本文称之为西太平洋陆缘海型CaCO_3旋回。这种太平洋陆缘海型CaCO_3,分布模式对该区域古气候研究及晚更新世以来地层划分具有重要应用价值。     

大洋和大陆边缘岩石圈有效弹性厚度的研究意义

大洋岩石圈有效弹性厚度分布在 (45 0± 15 0 )℃等温面内 ,并且随着加载时岩石圈年龄的增加而增加。因此 ,大洋岩石圈的挠曲刚度强烈地依赖岩石圈的热结构。一些海隆下岩石圈有效弹性厚度的降低 ,可能是岩石圈经历过热活化 ,岩石圈热年龄降低的结果。大西洋一些群岛的岩石圈有效弹性厚度小于理论值 ,则反映了岩石圈结构的不同。在海沟 ,板块的挠曲也是影响岩石圈有效弹性厚度的因素 ,它降低了岩石圈的强度。在被动大陆边缘海陆岩石圈交界处 ,向陆的方向 ,岩石圈弹性厚度比同年龄的大陆或大洋岩石圈的小 ,表明强度明显降低 ;向大洋方向 ,岩石圈的弹性厚度与正常的大洋岩石圈弹性厚度吻合。在活动大陆边缘的挠曲前陆盆地和造山带 ,岩石圈有效弹性厚度变化较大 ,部分地区受先前的岩石圈低强度影响 ,而表现出岩石圈强度的弱化。同时 ,这种方法还广泛地用于大洋中脊岩浆侵位、地幔流动、南太平洋超级海隆的动力学机制、大陆边缘的变形和构造演化、新生岩石圈的力学性质和流变学性质的研究     

中太平洋锰结壳地球化学特征

本文介绍了锰结壳的一般特征,内部构造,矿物成份,元素分布特征以及锰结壳与锰结核形态,构造、矿物、化学成份和成因上的差异。     

日本富钴结壳大比例尺填图对西太平洋勘探的启示

国际海底管理局对国际海底区域内富钴铁锰结壳探矿和勘探出台了新规章,同时对海洋生态环境予以保护。富钴结壳拥有着比多金属结核更大的经济价值潜力,而西太平洋海山和陆缘的富钴铁锰结壳国际勘探呈现出新动向和新的技术趋势。当前,中日俄在西太平洋底呈现三足鼎立之势。中国有必要充分借鉴国外技术,取长补短,方能立于不败之地。日本在密克罗尼西亚海山综合采用物探、钻采、成像3大技术群进行大比例尺填图的技术策略对于我国在西太平洋的富钴铁锰结壳勘探具有重要的借鉴意义。具体来讲,日本的先进海底探测技术体现在以下4个方面:①充分重视地质资料的运用;②科学部署高密度采样点;③地形地貌与吨位品位评价密切结合;④在评价中科学区分各种地震反射区,以期更加准确地反映海底资源状况。     

西太平洋边缘海盆的形成与演化

从地球深部地幔流动引起的地质作用出发，结合裂谷的发展演化规律，认为地幔向东（或南东）的蠕散和流动促使亚洲大陆边缘地壳拉伸、变薄以致破裂，由大陆裂谷发展至弧后裂谷，形成西太平洋边缘海盆。最后提出边缘海盆发展演化的4个阶段，即：新生阶段（郯庐裂谷系）、幼年阶段（冲绳海槽）、青壮年阶段（日本海）和成熟阶段（南海）。     

西太平洋若干沟-弧-盆体系及板内岩浆成因研究进展

板块俯冲和板内岩浆作用都是导致地表和地球内部物质大规模循环的重要地质过程。但是,两个地质过程的岩浆成因机制,以及成因上的内在联系都存在很大争议。西太平洋是全球沟-弧-盆体系最发育的地区,也是全球板内火山作用(海山和洋底高原)分布最集中的场所。为阐明西太平洋海盆的上地幔软流圈性质、岛弧岩浆形成的控制机制、以及板块内部火山作用(碱性火山岩)的成因机制,在中国科学院战略性先导科技专项(A类)"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"项目的资助下,本文对西太平洋马里亚纳-雅浦俯冲系统、汤加-科玛迪克俯冲带及其俯冲前缘海盆的成因机制、南中国海扩张期海盆玄武岩和板内火山作用、西太平洋海盆上地幔的Dupal异常分布和成因机制等展开了系统的岩石学和地球化学研究,并取得了新的科学认识和成果。主要认识包括:(1)雅浦岛弧主要由变质岩-角闪岩组成,其形成于3—6Kbar温压条件下,代表岛弧下部来自帕里西维拉海盆的变质基底;(2)加洛林洋脊主要由玄武岩组成,其不是一个岛弧,而可能是一个地幔柱形成的洋底高原;(3)汤加-科玛迪克岛弧岩浆组成体现了西南太平洋俯冲板片俯冲速率的直接影响;(4)厘定了汤加-科玛迪克俯冲前缘板块的年龄(103.7Ma),并认识到其代表古太平洋扩张中心并消耗了Ontong Java超级地幔柱的组分;(5)首次在南海发现了碳酸盐化的硅酸岩岩浆向碱性玄武岩转化的现象,提出了板内碱性玄武岩成因的新链条;(6)西太平洋海盆的地幔广泛存在Dupal异常,该异常从西太平洋岛弧俯冲带一直延伸至南海海盆,其中南海海盆的Dupal异常主要受到大陆裂解和海南地幔柱作用的双重影响。通过以上认识,进一步揭示了西太平洋沟-弧-盆体系和板内岩浆体系作用机制,以及俯冲板片物质与板内火山活动之间的成因关联,这对于深刻理解板块构造导致的地球内外物质循环规律有一定的推动作用。     

中国东南大陆边缘带岩石圈三维结构-动力学型式

通过中国东南大陆边缘至菲律宾海域太平洋间过渡带人工地震测深和天然地震面波层析成像的构造解析,发现大陆至大洋间的过渡带岩石圈存在不同的结构样式和动力学型式,结合地质学、构造地质学、地球化学和地球物理学其他标志的综合研究,建立起中国东南大陆边缘带岩石圈3种结构-动力学型式：盆岭结构伸展动力学型式（南海北部式）、弧陆楔状结构-碰撞楔入动力学型式（台湾式）和沟弧盆结构-俯冲动力学型式（东海式）。在论述中国东南大陆边缘带岩石圈3种三维结构特征的基础上,探讨了该区岩石圈3种基本动力学型式及其地质意义。     

东海北部陆架外缘的边缘沟、坎

东北北部陆架外缘向陆坡的转折处,经过历年调查证实,存有一些沟,坎式地形,它们断断续续地向ＮＮＥ方向延伸,几乎可以连成一条与陆架外缘坡折线平行的沟和钦。这些沟,坎式的地貌类型,主要是由于陆架外缘受近构造运动产生断裂,出现断层,使海底下落,另外陆架上混浊流也使陆架外缘的沉积滑塌落,加工黑潮流的作用而形成。     

北太平洋波浪输运和西边界流的季节变化

西边界流输运可以用Sverdrup理论推算出来.本文首先利用ECMWF再分析风场数据,计算了44年的月平均的风应力旋度及Sverdrup体积输运,在北太平洋3条纬度上对Sverdrup体积输运进行积分,得到Sverdrup体积输运的季节变化,从中发现,在向赤道流动的方向上,Sverdrup体积输运在冬季存在最大值,夏季存在最小值;同样利用ECMWF再分析波浪数据,计算了44a的月平均的Stokes体积输运,在相同纬度上对Stokes体积输运进行积分,得到Stokes体积输运的季节变化,从结果中发现,在向赤道流动的方向上,Stokes输运在冬季存在最大值,在夏季存在最小值.在本文中设定R=T_(st)/T_(sv)×100%,T_(st)为Stokes体积输运,T_(sv)为Sverdrup体积输运,发现Stokes输运和Sverdrup输运存在同位相的季节变化,并且(-R)冬季平均值在5%以上,年平均值在2%～3%左右,从而推断出波浪诱导的输运对Sverdrup输运,既对西边界流有不可忽视的贡献.     

南海西北陆缘新型多金属结核的发现及意义

近年南海西北陆缘西沙东北海域发现大型多金属结核,尽管其外观与大洋结核别无二致,具有个体大、外部形态规整、层状结构清晰的特点,但其地球化学组成与大洋多金属结核存在明显差别:TMn/TFe的比值小,仅为0.73,富Fe、Si、Al、稀土元素而贫Mn、Cu、Co、Ni。Be同位素质谱法测年和钙质超微生物地层学方法研究表明,结核生长速度达7.41～15.38 mm/Ma,远大于大洋多金属结核的平均生长速率和以前发现于南海北部的多金属结核。依据其综合特征,初步认定其为边缘海区域赋存的一种新型多金属结核。该类型结核所蕴含丰富的边缘海区域古海洋、古气候、古环境信息,有助于探讨新生代末期青藏高原隆升、东亚季风加强、北半球冰期发生等重大地质事件所引起的区域沉积响应。     

陆缘地区天然气水合物成藏地质模式

天然气水合物的成藏与其所处地质构造环境密切相关,陆缘地区天然气水合物成藏地质模式可分为成岩型、构造型和复合型三类。成岩型水合物主要受沉积因素控制,成藏气体以浅层生物成因气为主,水合物大多呈分散状存在于相对渗透层中,丰度较低。构造型水合物主要受构造因素控制,由热成因气或者混合气从较深部位沿断裂、泥火山或其他通道快速运移至水合物稳定域而形成,水合物主要分布在构造活动带周围,丰度较高。复合型水合物同时受到成岩作用和构造作用控制,水合物主要分布在构造活动带周围的相对渗透层中。     

日本海西部大陆坡自生碳酸盐的特征与成因

对日本海西部大陆坡沉积物柱状样中的自生碳酸盐样品进行了X射线衍射、扫描电镜、地球化学和碳氧同位素组成的系统研究。X射线衍射和扫描电镜分析结果表明,碳酸盐主要组成矿物为颗粒状自生高镁方解石微晶,放射状自生文石微晶仅在一个层位出现。结合碳酸盐的地球化学组成,认为研究区碳酸盐来自于富Ca2+、Mg2+和HCO3-流体的沉淀。中度亏损的13C (-33.85‰~-39.53‰)表明碳来自于甲烷的厌氧氧化,同时,这也是研究区海底存在甲烷冷泉的重要证据。重氧同位素比值(5.28‰~5.31‰)则指示着富18O流体来源,而该流体应源于天然气水合物的分解。综上可知,研究区碳酸盐来自于研究区甲烷冷泉上升流的沉淀,指示着海底更深处天然气水合物的存在与分解。     

DISTRIBUTION AND VARIATION OF CURRENTS, TEMPERATURE AND SALINITY IN THE EQUATORIAL WESTERN PACIFIC

Chiefly based on the observations of surface wind, currents, temperature and salinity from the two cruises of the R/Vs Xiangyanghong 09 and Shijian during the FGGE, this paper discusses the relationships between the surface currents and the wind field in the investigated area (5°N-5°S, 160°-175°E) and analyzes the characteristics of the horizontal distribution of temperature and salinity and their relationships with currents.     

太平洋西北海域海水中钇与稀土元素的地球化学

海水样品是在东京大学海洋研究所科学考察船（淡青丸KT）93－14次航海期间，于1993年9月12日在日本伊豆-小笠原海沟海域（29°05′N，142°51′E，水深9500m）采集的。采用化学萃取-反萃取分离法并结合等离子质谱仪，对样品进行分析研究。结果表明，海水中重稀土相对于轻稀土富集，相对于重稀土和轻稀土来说，中稀土有一定程度的亏损。钇浓度从海水表面随深度的增加而逐渐增加，与稀土元素一样在海水断面上呈营养盐型分布。同时还发现Ho是稀土中与Y相关性最好的元素，并指出Ho／Y的浓度比同样可以用来示踪海洋中水团的移动。     

西太平洋季风环流的特征

我国是季风气候国家,关于我国季风气候的特征已经有人进行过一些研究,但对近海和相邻海域的季风研究却很少。 随着我国海洋事业的蓬勃发展,海上石油开采和远洋运输等的需要,对海上气候状况的了解已经感到非常迫切。因此,本文利用1958—1967年,0—46°N,90—155°E范围内,每日四次的船舶气象观测资料,在我国近海用2×2度的经纬网格,在大洋上用5×5     

西太平洋海底平顶山研究

太平洋西部海底有很多平顶海山，在这些平顶海山的斜坡上，分布着富钴结壳。以近年来“海洋四号”船在西太平洋调查的资料为依据，通过对平顶山的地形地貌、表层沉积物和沉积地层以及岩石特征的分析研究，认为这些海底平顶山原来是一些出露于海平面的火山岛屿，在海浪的冲击和海流、海水的冲刷、侵蚀作用下，逐渐削蚀成略低于海面的平台，以后平台逐渐下沉，经过漫长的地质岁月，终于成为隐藏于海面以下1000－2000m的海底平顶山。     

太平洋铁锰结壳的锶同位素地球化学研究

本文研究中太平洋的翰斯顿岛卡林海山铁锰结壳ＲＤ４－２和东太平洋海盆铁锰结壳５４０５的锶同位素组成特征，并利用铁锰结壳的锶同位素组成与大洋海水锶同位素演化标准曲线对比，推断出结壳生长起始年龄、接三元混合模式，计算玄武质组分和硅铝质组分对锶同位素的贡献。     

东海陆架边缘北部玄武岩的矿物及化学特征

对东海陆架边缘北部一个站位的玄武岩进行了镜下观测、XRD定量分析和电子探针分析。结果表明东海陆架边缘北部玄武岩斑晶主要由拉长石、贵橄榄石和普通辉石组成，其中，单斜辉石的结晶温度为1108．49℃，岩浆起源深度在42．9km以深。与冲绳海槽和琉球岛弧玄武岩相比，在斜长石An值、辉石Ca-Mg-Fe比例与橄榄石Fo值上均有明显的不同，表明三地玄武岩在成因上有一定的差异。     

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。