冲绳海槽中部热液区地形复杂度研究

基于中国科学院海洋研究所“科学”号综合考察船在冲绳海槽中部热液区采集的高分辨率海底地形数据,建立地形复杂度综合分析模型,利用窗口序列分析法以及均值变点分析法,分析了冲绳海槽中部热液区的地形复杂度。结果发现,研究区内平均地形复杂度指数为1.74,热液活动区地形复杂度指数在1.4～3.2之间,热液活动区地形相对复杂。这为计算全球海底热液区地形复杂度和寻找热液活动区位置提供了新的思路。     

冲绳海槽CLAM热液区低硫逸度热液成矿

冲绳海槽是琉球俯冲系统的重要组成部分,该区热液硫化物研究对揭示非成熟弧后盆地内部热液成矿作用特征具有重要意义。CLAM热液区位于冲绳海槽中部（27°33′N、126°58′E）,大量研究表明,该区成矿作用特征与海槽其他热液区存在显著差异,但其成因尚不明确。对CLAM热液区硫化物矿物组成、共生组合关系及闪锌矿微区元素组成进行了系统分析测试,在此基础上提出,该区特殊的矿物学特征及矿物化学组成可能受热液流体硫逸度控制。本文研究样品为富Fe型块状硫化物,主要由磁黄铁矿及低温闪锌矿组成,磁黄铁矿的大量结晶暗示着该区热液流体具有低硫逸度特征。热液成矿过程中,流体温度及硫逸度经历了由低到高的演化。闪锌矿中极高的Fe含量同样受控于该区流体低硫逸度条件,计算结果表明,热液流体的硫逸度值为–15,与其他受沉积物影响的热液活动区一致。流体-沉积物反应过程中,沉积物中有机质的分解可能是导致CLAM热液区热液流体硫逸度系统性降低的主要原因。     

冲绳海槽中部热液活动区岩芯沉积物稀土元素地球化学特征

针对冲绳海槽中部热液活动区附近的沉积物岩芯(H9),利用碱熔法和等离子体发射光谱法对其稀土元素组成进行了分析。结果表明,在岩芯中稀土元素含量在75—80cm段发生转折,75cm以上岩芯段沉积物中稀土元素总量相对较高,而且稀土元素总量,尤其是轻稀土元素总量,与(Fe+Mn)/Al相关性较好。该段沉积物中稀土元素页岩标准化配分模式呈右倾或近似水平,突出特征表现为轻稀土间的明显分异和Eu的相对富集,与热液源稀土元素组成极为相似。与热液流体和热液硫化物相比,分异程度和Eu正异常程度都较低,同时,具有明显的负Ce异常,与海水的稀土配分模式相类似。由此可见,热液活动对该岩芯上段沉积物中稀土元素组成具有重要影响,一方面表现为热液源物质的直接输入,另一方面表现为热液颗粒物质沉积过程中对海水中稀土元素的清扫。     

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。     

冲绳海槽中部南奄西海丘海底热液活动的若干特征

冲绳海槽中部南奄西海丘海底热液活动为弧后盆地型热液活动。在水深 ６５０～７７０ｍ处发育有活烟囱，喷出的热液温度（２７０℃）临近当地沸点（２７５℃），热液 中富含ＣＯ２气泡。稳定同位素研究表明，热液活动与岩浆活动有关。根据热液沉积 物的矿物学及化学特征可将其划分为４种类型，它们是富硅热液沉积物、富硫酸盐 热液沉积物、块状富硫化物热液沉积物和碎屑状富硫化物热液沉积物。热液沉积物 中至少含有２７种矿物，并富集了Ｚｎ，Ｐｂ，Ｃｕ，Ａｇ等成矿元素。     

冲绳海槽现代海底热液活动研究概况

1948年,瑞典“信天翁号”调查船在红海发现高温高盐溶液和多金属软泥,至此揭开了海底热液活动研究的序幕。随着全球范围内大洋调查活动的展开,先后在大洋中脊、断裂活动带、岛弧和弧后扩张盆地发现了众多的海底热液活动区以及颇具经济远景的海底热液多金属矿产资源,从而使海底热液活动的调查与研究成为地区中热点领域。冲绳海槽作为一个年轻的弧后扩张盆地,是环太平洋火山、地震带的一个重要组成环节,构造活动和火山作用频繁。其特殊的地理位置、地质现象引起了各国学者的注意,并从1984年开始在冲绳海槽(主要是中部)发现了多处热液活动区。…     

冲绳海槽中部无井区速度场建立及应用

速度场的建立是冲绳海槽中部深入研究所必需的技术资料。作者选取冲绳海槽中部无井深水区二维地震数据, 以数据处理过程中的叠加速度数据为原始速度, 通过建立双层模型和异常速度识别剔除, 采用Dix 公式方法进行速度转换和沿层速度插值, 建立研究区速度场。从区域速度场问题建立宏观概念, 为冲绳海槽中部提供丰富可靠的速度资料, 变速成图得到的构造图件与地质认识相一致, 实现了由地震资料反映海底构造等地质信息的目的。     

冲绳海槽唐印和第四与那国热液区热液产物中烷烃组成和来源

通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和气相色谱-同位素质谱仪（GC-IRMS）,分别分析了冲绳海槽南部唐印和第四与那国热液区热液硫化物与热液沉积物中烷烃含量和正烷烃单体碳同位素组成特征。热液产物样品中正烷烃显示出明显的双峰分布,高分子正烷烃显示出明显的奇数碳优势,其丰度最大值位于C31处;低分子正烷烃显示出偶数碳优势,其丰度最大值位于C18处。正烷烃的分布特征以及正烷烃碳同位素组成表明,样品中正烷烃主要来源于热液微生物代谢活动和陆源高等植物的输入,其中,低分子的正烷烃主要来源于热液微生物代谢活动,而高分子的正烷烃主要来源于陆源高等植物。热液硫化物样品中低分子正烷烃含量和比重都高于热液沉积物,表明热液硫化物中热液微生物活动可能更加繁盛。热液硫化物中正烷烃单体的δ13C表现出随碳原子个数增加,同位素值减小的趋势,暗示该区非生物合成有机质的贡献可能不能忽略。     

热液活动区数目和洋脊扩张速率的关系及其在冲绳海槽的应用

根据11段洋脊上已经公布的热液活动区数目和扩张速率,建立了洋脊扩张速率和热液活动区数目之间的关系,发现洋脊的扩张速率越高,其上发育的热液活动区数目就越多。两者之间可用一个线性关系式来描述:Ph=0.000 199 294 89Us-0.000 625 479 19,其中,Us为洋脊的扩张速率(mm/a),Ph为单位洋脊上热液活动区的数目(个/km)。依据上述关系,在已知洋脊扩张速率的情况下可以预测洋脊上热液活动区的数目。冲绳海槽前期的扩张(拉张)速率很低,一般为15 mm/a左右。根据地震剖面计算了冲绳海槽现代扩张速率约为42 mm/a。总体上,冲绳海槽直到目前仍为一个低速扩张(拉张)的孤后盆地,但扩张(拉张)速率有明显加快的趋势,所得到的关系式能够较好地符合冲绳海槽的情况,这一方面验证了给出的热液活动区数目和扩张速率之间关系的合理性,另一方面也说明我们对冲绳海槽近期扩张(拉张)速率讨论的合理性。根据在冲绳海槽的应用结果,我们预测冲绳海槽仍然存在尚未查明的热液活动区。     

西沙海槽海域地形地貌特征及成因

应用多波束测量资料绘制了详细的西沙海槽海域地形图、地貌图,并把研究区划分为3个地貌单元。其中陆坡斜坡位于北部,呈北东向延伸,地形较为简单,斜坡面单一平整,地貌类型单一,主要为堆积型斜坡;西沙海槽位于中部,呈北东东向延伸,地形起伏较大,主要由槽底平原和槽坡组成,且在槽坡上发育陡坎、冲刷沟谷、阶地等次一级地貌类型;西沙海台位于南部,呈近东西向展布,地形变化复杂,地貌类型众多,表现为海山、海丘、小台地、洼地等相间排列的波状起伏的地貌特征。地貌形成与演化主要受南海新生代两次海底扩张控制。第1次海底扩张期间,西沙海槽可能已开始发生张裂。第2次海底扩张期间,西沙海槽分3个阶段发生张裂断陷,而且其强弱在东西方向上差别巨大,致使形成了现今东深西浅、东窄西宽、槽壁陡峭的近东西向延伸的海槽地貌,奠定了研究区内地貌的基本轮廓。而地质构造、火山活动、海平面变化等内外营力的共同作用则控制次级地貌类型的形成与演化。     

冲绳海槽Jade热液区海底块状硫化物的Os同位素组成

用碱熔法新测得Jade热液区7件海底块状硫化物样品的锇含量及其同位素组成，^187Os／^186Os比值在2．205—6．462之间，均值为4．314，高于地幔端员，而低于海洋沉积物和海水端员，表明该区块状硫化物中锇是深部来源锇与海水和／或沉积物混合的产物。结合该区块状硫化物样品的REE、硫和铅同位素组成特征，进一步揭示出海水、长英质火山岩、沉积物和深部地幔源是形成Jade区块状硫化物的物源。     

ODP与冲绳海槽海底热水活动研究

本文简要介绍了ＯＤＰ与海底热水活动研究，冲绳海槽中部现代海底热水活动区热水活动研究简况及其热水活动特征；就冲绳海槽中部热水活动研究中存在的问题与ＯＤＰ在冲绳海槽热水区钻探的科学目标进行了讨论。     

南海西沙海槽盆地地质构造特征

西沙海槽盆地是一个发育在南海北部陆坡深水区的新生代沉积盆地,接受了厚1 500～8 000m的沉积,沉积层中部厚,南北薄,呈南北分带特征。地震剖面上表现出下断上拗的特点,盆地裂陷期的构造样式以"多米诺式半地堑"或"地堑"为特征,控制半地堑发育的主要断层有F1、F2、F3、F4、F5。盆地发育经历了古新世—渐新世断陷和中新世—第四纪拗陷两个主要演化阶段,断陷阶段发育陆相河湖相沉积,拗陷阶段发育浅海-半深海沉积。     

冲绳海槽高热流值区的特征

研究表明,冲绳海槽是一个罕见的高热流值区,是个活动的弧后裂谷,而且热水活动,地震活动,火山活动与之有密切的联系。     

冲绳海槽中南部浮岩的岩石地球化学特征及其成因

冲绳海槽中南部广泛分布一套浮岩类岩石,其中以灰白色酸性浮岩为主,化学组成相当于英安流纹岩,深灰色中基性浮岩零星出露,化学组成与玄武安山岩相当.研究表明本区浮岩属造山带地区火山岩,形成于强烈构造活动构造背景,稀土元素标准化模式相似,均表现为负铕异常,表明它们之间的同源性,并经历过不同程度不同的斜长石分异作用.除Sr和中部浮岩的Yb有明显亏损以外,其它微量元素均表现为明显富集,尤其是Ba、Rb、Th、La和Ce等大离子亲石元素表现为显著富集.     

冲绳海槽热液柱动力过程的数值模拟

本文以冲绳海槽伊平屋北部热液区(126o53.80′,27o45.50′)的现场水文数据作为背景条件,使用k-ε湍流模型模拟热液柱的动力过程。模拟计算得到的羽流速度、温度和湍流耗散率等基本物理量展现了热液柱的时空演化过程。模拟结果显示,羽流最大上升高度及中性浮力面高度与海底的距离分别为83.62m和68.97m,和2014年先导专项在此附近热液区所观测的温度异常和盐度异常的深度位置(离海底约66—86m)接近。羽流的上升速度满足高斯分布,其半径b与距喷口高度z-H成正比:b=0.0985(z-H),其中z为距海底高度,H为热液烟囱体的高度。羽流的最大体积通量比喷口的初始值增加了878倍,达1.034m~3/s;在中性浮力面位置附近,动量通量达到最大值,为0.156m~4/s~2,比初始值增加了882倍;浮力通量在中性浮力面以下和BM2000(Bloomfield et al,2000)理论模型符合良好,在中性浮力面以上则呈现随高度先增加后减小的特征。本文计算得到的平均卷挟率为α≈0.0807,与背景流较弱的热液区的声学现场观测结果相符。