ODP第197航次—夏威夷热点的运动：古地磁的检验

夏威夷—皇帝海山链的弯曲是固定热点基准结构中记录了板块运动变化的最好例证。换句话说 ,弯曲首先记录了夏威夷热点相对于太平洋岩石圈的运动差异。 4种研究支持近来的观点 :(1 )从相对板块运动数据预测的全球板块运动 ;(2 )源于北太平洋海盆的板块扩张速率数据 ;(3 )利用地球和地震层析成像技术的地幔流模拟 ;(4 )来自皇帝海岭的新的古地磁数据。虽然受以前钻探的限制要获得板块运动速率的数据仍相当困难 ,但是最实用的古地磁数据表明太平洋热点已经迁移 ,其运动速率可与晚白垩世至早第三纪 (81～43 Ma)的岩石圈板块相比。如果这个数据…     

中太平洋海山群漂移史及其来源

中太平洋海山群的海山呈簇状排列且近EW向展布于太平洋海山密集区，其四周分布着一系列NW走向的线性列岛及规模巨大的水下海山链。它位于明显属于海山链构造的夏威夷群岛和马绍尔群岛之间，处于莱恩群岛的北西向延伸方向上，与热点作用的板内火山作用关系密切。结合前人对中太平洋海山群形成和漂移的认识，从板块运动和几何学角度出发，采用Backtracking和Hot-spotting海山追踪方法对该区海山进行了追踪，发现该区海山的热点源主要位于现今法属玻利尼西亚群岛区（法属玻利尼西亚热点群），这与前人从古地磁和钻探资料出发得到的结果相接近。研究表明，中太平洋海山群是多热点成因的板内火山作用和板块构造运动的共同产物，它在130～90Ma期间起源于法属玻利尼西亚热点群，曾随着太平洋板块发生过向南和向北的运动，既有水平方向的漂移又有垂直方向上的升降，在漂移和升降过程中还受到了当时大规模多期的热点活动和断裂活动的改造作用，经过一个漫长的过程后才到达今天的位置，最后形成了现今呈簇状分布的海山群。     

路易斯维尔海岭行迹——IODP330航次

<正>路易斯维尔(Louisville)海岭是一个长达4300km的火山链,作为太平洋板块运动之上一个持续地幔熔体异常或热点推断已有8百万年的历史。由于它的线状地貌形态以及长期活跃的火山活动,路易斯维尔海岭成为已有深入研究的南太平洋夏威夷-皇帝海山行迹的参照体。IODP330航次将实施系列钻探(图1),主要科学研究目标为:     

夏威夷热点

作为地球内部特殊窗口的热点,很久以来就吸引了地质学家的注意,因为它允许我们研究发生在地幔中的作用过程,如它的地球化学演化和在时间上及空间上的对流,以及岩石圈与地幔的相互作用。连续的海底山脉体系———夏威夷(包括海岛)和帝王体系,在太平洋西北部近30°N处具有特殊的折断,大部分地质学家很早就认为这是太平洋岩石圈板块在热点上空运动时留下的痕迹。他们还推测,热点起码在最近1亿年间保持不动,而在连续山脉链中的折断则标志着将近43Ma前,板块的运动方向发生了显著的变化,由南北向转变为北西向。同时,最近10年来的研究,包括模拟和…     

麦哲伦海山链漂移史及可能的来源

麦哲伦海山链主要由十多座相对独立的平顶海山组成,呈北西向展布于太平洋海山密集区。结合前人对麦哲伦海山链形成和漂移的认识,从板块运动和几何学角度出发采用backtracking和hot-spotting海山追踪方法对该区海山的起源与形成进行了研究,结果表明,麦哲伦海山链是多热点成因的板内火山和板块构造运动共同作用的产物,最初于白垩纪期间由法属玻利尼西亚热点群西侧呈北北西向排列的热点活动产生,继而受到板块运动与区内近南北向和北北东向两组断裂及其热活化等的改造作用,最后形成了现今看到的平顶海山。     

西太平洋—北印度洋及其洋陆过渡带:古今演变与论争

西太平洋-北印度洋及其洋陆过渡带是国家发展战略"一带一路"的海洋丝绸之路核心区,从地球科学的视野,科学地深度思考认知"一带一路"相关的地学基本问题,尤其相关两洋及其洋陆过渡带的地质与海洋的科学基本问题及其自然生态环境、灾害、资源能源状态、潜力、发展趋势,是当前地球科学界服务于国家重大需求的重要任务。因此,本文主要就西太平洋和北印度洋及其洋陆过渡带的相关固体海底科学的几个重要问题进行讨论:1、现代有关两洋突出的大洋地质问题。从两洋及其洋陆过渡带研究现状与发展需求思考,主要包括,(1)两洋及其中板块的起源、起始与生消演化问题,主要有,(1)初始三角型太平洋域板块起源、过程,包含Galapagos和西Shatsky等微板块差异成因等;(2)古今太平洋域的诸板块对东亚大陆作用时空演化过程和现今状态与趋势;(3)印度洋起始、演化与超大陆裂聚问题。(2)洋中脊研究最新进展与问题:(1)洋中脊-热点相互作用和洋中脊增生方式问题,如何思考洋中脊0 Ma处的千万年垂向增生行为与百万年侧向扩张关系问题;(2)弧后盆地扩张与正常大洋洋中脊的成因机制差异;(3)印度洋超慢速和太平洋快速扩张与差异扩张的根本动因,是否有主动与被动扩张之分,及其关于洋中脊推力问题等;(4)洋中脊跃迁死亡:洋内板块重建、洋中脊终止活动和空间跃迁的原因;(5)洋中脊-地幔柱相互作用。(3)洋内俯冲和洋内构造问题:(1)洋内俯冲带起因与洋内弧、洋中脊俯冲与陆缘板片窗、转换断层与转换型大陆边缘;(2)大火成岩省与海山链、洋底高原等。(4)印度洋海洋核杂岩与洋壳流变学问题等。(5)大洋板块驱动力问题研究进展,包括地幔对流、负浮力、海沟吸引力、洋中脊推力等新的评述讨论。2、两洋的洋陆过渡带问题。包含:(1)陆缘基底属性:冲绳海槽、鄂霍茨克海、新西兰东侧海底地壳是陆壳还是洋壳及洋内微小陆块的成因和来源;(2)洋陆过渡带的洋陆交接转换与耦合过程如何:西太平洋海山链记录的洋内重大转折事件与大陆边缘重大事件对比、洋陆转换带与地幔剥露、弧后盆地转换断层成因、转换型陆缘的形成与消减等问题。(3)西太平洋与东亚大陆的洋陆过渡带有无巨大平移转换断裂作用,其时空、规模如何,意义何在。(4)两洋交接转换与洋陆过渡带深浅部关联,即欧亚、太平洋和印度-澳大利亚三大板块汇聚,及其从深层地幔、岩石圈到地壳与地表系统效应问题,及在此背景下两洋的洋陆过渡带相关问题。3、古今太平洋板块与特提斯带、欧亚大陆板块、印度洋域板块关系,尤其现今它们的关系及其发展动态趋势。最后对"两洋一带"有关海洋地质、洋陆过渡带与深部地质作了瞻望。     

火山群岛的分布规律

进入火山弧（例如夏威夷 -皇帝链）组分的群岛的分布特征和地质年龄有规律的增长 ,可以良好地用地壳构造板块在地幔中稳定的“热点”之上的等速运动来加以解释。较小规模的“热点”痕迹出现在断续散布的火山成因群岛山脊内 ,其分布与岩石圈厚度相适应。此外 ,这些山脊经常不形成一条线 ,而组成成双的弧 ,就象发生在夏威夷群岛中的那样。该区追踪到开亚群岛（据冒纳 -开亚火山）序列和罗亚（据冒纳 -罗亚火山）群岛序列。形成火山群岛的动力学成为大地构造专家Ｃ．Ｆ．Ｈｉｅｒｏｎｉｍｕｓ和Ｄ．Ｂｅｒｋｏｖｉｃｉ的研究对象。他们出发点的…     

基于滑动窗口导纳技术反演西太平洋中部岩石圈的有效弹性厚度

西太平洋中部地区是西太平洋板块边缘沟-弧-盆体系构造演化的关键区域,其地质特征与构造演化一直是地学家关注的焦点问题之一。开展岩石圈有效弹性厚度的研究对于认识该区域的形成演化具有重要的科学意义。本文采用滑动窗口导纳技术,并在挠曲模型中考虑了表面荷载和内部荷载同时存在的情况,计算得到该区域的岩石圈有效弹性厚度(Te)。计算结果显示,研究区的Te值整体上为0~50 km,其变化基本上与构造单元相吻合,且与主要的构造边界密切相关。除海底火山具有相对较小的Te值(15~20 km)外,太平洋板块整体上具有较强的岩石圈强度(25~30 km)。马里亚纳海沟和菲律宾海沟的岩石圈强度从外隆起到海沟方向表现为明显的减弱,表明岩石圈由外隆起向海沟发生了弱化。帕里西维拉海盆西部相较于东部具有较弱的岩石圈强度,这可能与海盆的非对称扩张有关。卡罗琳板块的岩石圈整体上表现为相对均一的低Te值特征(<15 km)。欧里皮克海隆、卡罗琳海岭和索罗尔海槽的Te值为3 km,这可能是强烈的火山作用所导致的结果。     

西太平洋Lamont海山中新世以来富钴结壳成矿环境的演化

分析了西太平洋Lamont海山12个站位33个富钴结壳样品的主元素和稀土元素,结果表明,该海山富钴结壳成因类型属于水成成因,并且在形成过程中基本未受到磷酸盐化作用的影响。Lamont海山的一个富钴结壳样品剖面的电子探针数据显示,该海山富钴结壳的成矿环境在新第三纪以来至少存在2个演化阶段:第1阶段,23~15 Ma,富钴结壳中Mn相对富集,成矿环境以富氧贫硅为特征;第2阶段,15~0 Ma,富钴结壳中Fe相对富集,成矿环境以贫氧富硅为特征。成矿环境的氧化能力总体上呈现下降的趋势。联系新生代世界大洋,尤其是西太平洋的地质演化背景,认为引起成矿环境演变的原因主要是西太平洋大洋板块的WNW向漂移和新第三纪以来全球水道开合,造成了Lamont海山所处海区最低含氧带逐渐减薄。     

南海成因机制及北部岩石圈热-流变结构研究进展

南海是西太平洋地区最大的边缘海之一,其北部具有被动大陆边缘特征。南海的形成演化动力学过程对理解该区地质、资源、环境等科学问题有重要意义。综述了近年来在南海北部大陆边缘开展的岩石圈热状态、流变学及南海成因机制和国际上伸展盆地成因数值模拟等方面的研究进展。南海北部大陆边缘区的大地热流相对较高,平均为75 mW/m2,其中绝大部分为来自地幔热流的贡献。莫霍面温度亦较高,从陆架向海盆方向,深部地温越来越高。岩石圈具有温度高、强度低和强烈流变分层等特征,且下地壳表现为韧性流动变形。伸展盆地成因模拟研究已从运动学向动力学模拟过渡,并逐渐强调岩石圈流变学性质的影响。目前对南海成因机制的理解仍存在争议,大陆裂解过程中岩石圈热-流变结构随时间的变化是控制南海形成演化的关键因素,对南海形成中岩石圈的热-流变学结构随时间的演化过程需要进行深入研究。     

无震脊或海山链俯冲对超俯冲带处的地质效应

全球海底分布着众多的无震脊或海山链,且在太平洋、印度洋及大西洋均存在靠近俯冲带的海岭。除小安德列斯弧外的巴拉克达脊和蒂勃朗脊起源自转换断层外,一般认为它们由与板块构造动力学迥异的地幔柱动力学所形成的。在板块汇聚边缘处,与扩张脊处所形成的正常洋壳一起,无震脊或海山链俯冲于陆缘弧或洋内弧之下,其对弧及弧后地区的地质效应(构造、地貌、地震以及岩浆作用等)有别于正常洋壳俯冲。无震脊或海山链的俯冲通常造成俯冲带地区的上驮板块的局部异常抬升、俯冲剥蚀作用效应的加强、海沟的向陆迁移以及地震强度的增加。同时,无震脊或海山链俯冲时,其携带的具富集地球化学特征的物质不仅影响着地幔地球化学,也对弧及弧后火山熔岩化学产生明显影响,并对超俯冲地区的热液矿床的形成产生重要影响。最后,本文指出了我国有关无震脊或海山链俯冲的可能的研究方向包括黄岩海山链俯冲对吕宋岛弧的可能影响、印度洋无震脊俯冲对青藏高原局部地区的影响,有我国学者参与的IODP344航次的研究对象——科科斯脊俯冲对哥斯达黎加地震成因的效应以及位于西太平洋地区靠近俯冲带的一些无震脊等。     

南海海盆的形成演化探讨

根据“陆缘扩张”理论,利用古地磁数据,结合地质、地球物理资料,对南海海盆的成因机制和演化过程进行探讨。结果得出:南海的多期多轴扩张及其形成演化,是在欧亚板块、太平洋板块和印度板块的联合作用下,中、新生代南海周缘的微板块和岛弧的相互运动以及南海海盆构造应力场不断变化的情况下逐渐完成的。     

热点移动或板块重组?

Morgan(1972a)将(从转换断层走向和海底扩张速率推断出的)相对板块运动与热点轨迹趋势相结合,建立了一个全球绝对板块运动模式并得出以下结论:①在过去约40 Ma期间,即自从夏威夷-皇帝岭弯曲构造形成以来,没有发生大的板块运动重组;②地幔中的热点相互之间保持固定不变.     

九州-帕劳海脊南段的深部结构探测及对板块俯冲起始机制的可能启示

板块俯冲起始机制是板块构造理论发展的关键和新方向,九州-帕劳海脊是研究俯冲带起始机制的典型地区。在回顾板块俯冲起始机制研究历史的基础上,对九州-帕劳海脊及邻区研究现状和存在问题以及对板块俯冲起始机制的指示进行了概述。计划通过在九州-帕劳海脊南段及邻区开展海底地震仪为主的深地震探测,获得研究区高分辨率的岩石圈固体-流体结构,以了解古太平洋板块向西菲律宾海盆俯冲不同阶段的板块深部行为,并在动力学模拟实验及与实际对比的基础上,建立九州-帕劳海脊及邻区从俯冲起始-岛弧裂离-弧后伸展的完整演化历史,揭示板块俯冲起始机制、动力学过程及其控制因素。     

海洋岩石圈磁结构及动力学

古地磁学在20世纪极大地促进了板块构造理论的诞生和全球大洋钻探计划的发展。对洋壳的磁性研究是这场地学革命的突破点之一。从磁学性质上,洋壳磁性包括洋壳中所含磁性矿物本身的性质以及这些矿物携带的古地磁信息。从介质性质上,洋壳包含下部岩石层(包括枕状玄武岩、辉长岩和橄榄岩)和上部沉积物。文章首先总结洋壳的磁性结构,并对其代表的动力学意义进行深入探讨,主要包括应用磁异常条带进行年代学、地球深部动力学、大洋洋壳的板块运动学以及热点演化等研究,详细总结了国内相关研究中南海洋壳的磁性研究进展。最后对研究中遇到的相关难点和关键科学问题进行了回顾与展望。     

灵山岛成因特征、类型及其地质构造意义

通过野外地质考察,从沉积学和年代学入手,分析了灵山岛的沉积地层特征和锆石年龄。针对灵山岛所属关键地质构造位置,从地球动力学角度,探讨了早期华北板块和扬子板块的碰撞结合以及后期太平洋板块和菲律宾海板块对于欧亚板块相互作用影响的远程效应。指出灵山岛成因于构造作用和岩浆作用(岩浆喷出作用和岩浆侵入作用)的多重动力学过程及其作用,将其划归复合海岛成因的类型。研究灵山岛的成因特征与类型,对于分析周缘盆地的形成、沉积与油气成烃—成藏的作用具有重要意义。     

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。     

洋-陆转换与耦合过程

洋-陆转换/耦合地带就是大陆与大洋岩石圈转换/耦合的特殊构造地带。探索该区动力学对于深入理解人类密集区的地质过程具有重要的意义。这里洋-陆转换/耦合过程不是指陆壳向洋壳或陆幔向洋幔之间的物质转换,因洋壳向陆壳或洋幔向陆幔的物质转换过程也是不可逆的,而是特指构造动力作用或能量的转换交接过程。洋-陆转换/耦合带的狭义定义为被动大陆边缘的陆壳明显减薄到洋壳出现的深水区;但广义定义包括上述被动陆缘裂解作用涉及的区域范围,或是大洋岩石圈俯冲作用所能影响到的区域,其核心依然是俯冲带和/或大陆边缘,也就是说,其内涵是俯冲带和大陆边缘概念的总和,包涵浅部的地理要素和深部的地质因素。当前,对于洋-陆转换/耦合带的国际关注点很多,国际地学前沿问题较多,其中主要侧重以下几个方面:(1)物质:洋内弧形成与初始陆壳生成、俯冲脱水-相变、岩浆工厂、变质工厂;(2)结构:俯冲带类型、分段性、洋-陆转换/耦合带变形型式、地幔楔精细对流结构、俯冲面糙度-孔隙度-渗透率时空特征;(3)过程:俯冲过程、构造跃迁、构造转换、深部底侵、拆沉、高压-超高压岩石剥露、弧后扩张过程、板片窗、俯冲侵蚀与增生、物质迁移-转变-运聚、多圈层耦合过程;(4)机制:俯冲起源与板块机制起源、陆缘互换机制、地震触发机制、深部拆沉与底侵动力学机制、大陆裂解与(火山型和非火山)被动陆缘形成、洋-陆转换/耦合带构造跃迁机制、高压-超高压岩石剥露新机制、岩浆动力学、主动与被动俯冲机制、海山俯冲;(5)效应:源-汇效应、地表地形过程与深部流变关联、板片窗的构造-岩浆-成矿效应、边缘海盆地与资源-能源效应、俯冲与地震-海啸-滑坡灾害链。西太平洋和印度洋更是我国走向深海大洋、实现"海洋强国"的关键海域,蕴含着诸多中国的国家利益,也具有极其丰富的洋-陆转换/耦合过程的关键科学问题。现阶段可初步概括为以下几点:(1)板块重建的洋陆转换/耦合带检验;(2)深部过程(底侵-拆沉)与机制;(3)西太平洋陆缘构造体制和机制转换;(4)俯冲带分段性、过程与地震触发机制;(5)地表地形过程与深部流变、岩石圈强度关联;(6)地史期间的板片窗及其构造-岩浆-成矿效应;(7)洋陆转换/耦合带变形型式、构造跃迁和机制;(8)俯冲脱水、岩浆工厂与岩浆动力学;(9)边缘海盆地与资源、能源和灾害;(10)西太平洋板块格局与华北克拉通破坏;(11)太平洋板块格局与华南大陆再造;(12)印度洋过程重建与青藏高原隆升;(13)东亚地史期间的洋陆转换/耦合过程。     

西北太平洋深海海山的一种蛇尾新记录

Ophioleila elegans是一种非常少见的蛇尾。2014年大洋35航次中利用“蛟龙”号载人潜器在西北太平洋麦哲伦海山链的采薇平定海山水深1660m处采集到2株该种标本。该种首次发现于夏威夷海山相似的生境当中,本次采集到的样品是继首次发现之后的再次公开报道。本文中对该种的形态学特征,如腕部骨骼等,进行了更加详细的研究,同时基于COI序列进行系统发育分析。形态和系统发育分析的结果都表明,Ophioleila属与辐蛇尾科更加接近。     

马里亚纳弧前区锥形海山岩石学及成因

锥形海山是马里亚纳弧前区非火山成因的海山。它是由俯冲的太平洋板块对仰冲板块的上推作用,地壳下的上地幔物质底辟侵入的结果。海山顶部的岩石是由蛇纹石化超镁铁质方辉橄榄岩组成。其主要矿物成分为斜方辉石、橄榄石、尖晶石、磁铁矿、蛇纹石和碳酸盐。手标本呈显晶质块状构造,薄片中呈粒状、残留状、筛网状及斑状变晶结构。岩石化学特征表现为:低Si和Al,高M/F值,含水,亏损了所有过渡金属。岩石的成因属超基性岩浆直接结晶,后经海水的参入,在热液作用下普遍发生蛇纹石化和碳酸盐化。