莫霍计划的回顾与展望

“莫霍计划”是20世纪50年代末提出来的堪与“登月计划”相媲美的最宏伟的科学计划之一。它开启了大洋钻探的新篇章，拉开了探索大洋岩石圈的序幕。历经半个多世纪的深海探索，研究学者逐渐揭开了洋壳结构的复杂性和多变性，其中代表下洋壳层3的辉长岩乃至地幔岩剥露的大洋核杂岩，为莫霍钻的实施提供了捷径和优选区。本文综述了“莫霍计划”以来在洋壳结构、洋壳增生机制和大洋核杂岩方面的研究进展，通过分析国际上莫霍计划的选址和策略，结合我国南海洋壳的特征，初步提出“南海莫霍计划”的两个站位及策略：① 南海残余洋中脊附近的U1431孔，该孔已钻到玄武岩层，可通过重复钻进钻穿莫霍面；② 南海东缘残余扩张脊的管事海山，可能有下洋壳辉长岩剥露，可在该区域采取多阶段钻探钻穿莫霍面。     

南海西南次海盆深部结构研究进展与展望

西南次海盆位于南海渐进式扩张的西南端,共轭陆缘结构和残留扩张脊保留完整,是研究南海深部结构和动力学机制的关键区域。前期研究发现,西南次海盆洋陆过渡带较窄、同扩张断层发育、地震反射莫霍面不清晰、具有慢速扩张等特征。然而,由于不同探测方法获取的地壳结构具有多解性,使得西南次海盆洋陆转换过程、慢速扩张洋壳结构与增生模式以及龙门海山岩石性质与地幔成因机制等基础科学问题尚存争议。为此我们建议在西南次海盆开展地质取样获取海山岩石样品,确定其年龄与性质,分析扩张后海山形成的深部动力过程;并对关键构造部署高精度的地震反射/折射联合探测,结合岩石物理分析,对西南次海盆进行构造成像和物质组成参数正反演,以实现壳幔尺度的地震学透视,为探索西南次海盆洋陆转换过程和洋壳增生模式提供重要的地球物理证据,以丰富和完善南海的动力学演化模式。     

洋壳的基本问题与人类的莫霍钻梦想

一般认为,地球物理上的莫霍面是地幔和地壳的分界面。被海水覆盖的洋壳通常只有6~7km厚,相对于较厚的陆壳来说,洋壳不仅年轻得多,也活跃得多。然而,洋壳的地质结构以及莫霍面的地质意义到底是什么,至今仍是固体地球科学领域最大的悬疑之一。现有的结果表明,依据分布在大陆边缘的蛇绿岩套确定的Penrose模型基本不适用于慢速和超慢速扩张洋中脊的实际洋壳结构,对快速扩张洋中脊的适用性也有一定的疑问。解答洋壳结构及其莫霍面地质意义最有效的手段仍是大洋钻探。20世纪60年代初,试图挺进莫霍面的"莫霍钻"计划揭开了地球科学最伟大的大洋钻探计划的序幕。新世纪以来,随着各种研讨和计划的切实开展,人类真正实现莫霍钻梦想的日子似乎正在来临。     

菲律宾海四国海盆地壳结构重力反演及其形成演化过程分析

四国海盆是位于菲律宾海板块内由岛弧张裂形成的弧后盆地,其深部地壳结构对认识伊豆小笠原岛弧的裂解和弧后盆地的扩张过程有重要的意义.在反射多道地震剖面和深部海底地震（OBS）探测剖面的约束下,结合磁异常条带数据,利用两条横穿四国海盆的重力测线数据对海盆的地壳物性结构反演,对比重力反演剖面与深部探测剖面地壳厚度和密度特征,得到更加精细的四国海盆地壳结构.研究结果显示,四国海盆洋壳厚度自西向东逐渐增厚,在残留扩张脊处莫霍面深度迅速增加.根据地壳密度和厚度将四国海盆分为:洋壳减薄区、洋壳增厚区、后扩张洋壳增生区,分别对应初始慢速张裂、单翼快速扩张、对称慢速扩张3期扩张活动.南北测线不同构造分区得到的扩张速率与由磁异常条带得到扩张速率相同;洋壳减薄区下地壳均有高密度体,与OBS剖面中下地壳高速体相对应,可能是由于洋壳慢速扩张过程中强烈拆离作用,地幔蛇纹石化导致.      

南海海盆区莫霍面分布规律及其对深部钻探的意义

钻遇莫霍面是人类一直以来的梦想。深海海底是地球上离莫霍面最近的地方，目前有研究推测南海是世界上莫霍面深度最浅的海域之一，但缺乏足够的直接证据。深反射地震探测可以直接揭示岩石圈的构造形态，是莫霍面探测的重要手段。本文基于长达15000 km的深反射多道地震剖面的解释、处理、制图和分析，结合前人的研究，形成了南海海盆区莫霍面反射特征和空间分布的初步认识。① 南海东部次海盆南部早期经历了较快速扩张，岩浆供应充足，受扩张停止后岩浆活动影响较小，基底平坦，地质构造相对简单，同时洋壳地震速度结构不存在异常，且有较强的广角莫霍面反射波和可识别的地幔顶部折射波，具备莫霍面钻探的基本条件。② 南海海盆不同区域的莫霍面反射强度存在较大差异。其中东部次海盆莫霍面反射最为强烈且清晰，西北次海盆次之，西南次海盆仅有零星出现的清晰莫霍面反射且可信度不高。③ 识别南海海盆区莫霍面地震反射长度超过3500 km，首次形成了海盆区深度域莫霍面地震反射空间分布图。与重力反演的莫霍面深度相比，利用深反射多道地震计算的莫霍面深度细节更为丰富，并且可以在垂向上清晰刻画莫霍面的结构。整体上，南海海盆区莫霍面地震反射强烈和可信度高的区域中，深度较浅的区域之一是东部次海盆南部，最浅处仅约9. 5 km，其中水深4. 01 km，洋壳厚度仅5. 54 km。综合判断，东部次海盆南部是南海重要的莫霍面钻探备选区，这对南海莫霍面钻探选址具有重要意义。     

南海西南海盆花岗岩的发现及其构造意义

在水深约2800m～4000m、地壳厚度大致为8-10km的南海西南海盆,广州海洋地质调查局1:100万海洋区域地质调查在3个测站拖网获得花岗岩和沉积－变质岩样品。经显微构造分析与鉴定,这3个测站的样品分别为细粒黑云母花岗岩、石英变沉积岩和花岗闪长岩。全岩Ar-Ar 和K-Ar同位素年龄测定1yDG测站细粒黑云母花岗岩年龄为109.7 Ma和114.2Ma,离子探针测出其锆石年龄为120Ma,证实该花岗岩石形成于早白垩世晚期,因而极有可能属于华南东部中生代花岗岩带的元素。以往有诸多学者认为南海西南海盆的形成是海底扩张所引起的,地壳性质属于洋壳。花岗岩的发现使西南海盆地壳属洋壳的认识受到严重挑战。     

慢速—超慢速扩张西南印度洋中脊研究进展

西南印度洋中脊具有慢速—超慢速扩张速率和斜向扩张的特征,是全球洋中脊系统研究的热点之一,也是研究海底构造环境、热液活动、地幔深部过程及其动力学机制的重要区域。在前人工作的基础上较为详细地介绍了西南印度洋中脊的研究历史、地形划分、扩张速率及其构造特征,归纳了西南印度洋中脊热液活动及岩石地球化学特征,探讨了超慢速扩张洋脊和超镁铁质岩系热液系统的特殊性,并认为超慢速扩张洋脊广泛暴露的地幔岩及其蛇纹石化作用、超镁铁质岩系热液系统以及热液硫化物成矿作用是西南印度洋中脊今后研究的重要内容。     

塞浦路斯特罗多斯型洋壳最上部500米剖面(CY—1钻孔)中的不透明矿物、磁性及其蚀变作用的研究

引言近十年来为了鉴别大洋盆地中线性磁异常模式的起源,对洋壳磁化强度的研究显示了极大的兴趣。目前了解洋壳(尤其在深部)可以通过几种方法,如在推测为构造断崖的附近进行海底拖曳打捞、通过大洋基底钻探     

滇川西部金沙江石炭纪蛇绿岩SHRIMP测年:古特提斯洋壳演化的同位素年代学制约

本文应用SHRIMP方法精确测定了金沙江蛇绿岩带中蛇绿岩的辉长岩和斜长岩、呈脉状产于辉长岩和变质橄橄岩中的斜长花岗岩、以及呈岩株状侵入蛇绿岩中的花岗闪长岩的锆石U-Pb年龄,提供了古特提斯洋壳演化的年代学制约。滇西之用层状角闪辉长岩的年龄为328±8Ma,书松斜长岩为329±7Ma,白马雪山辉长岩为282～285Ma,它们可能反映了海底扩张不同阶段的时代。研究还表明,在这些辉长岩和斜长岩中,部分锆石记录了375～352Ma的略老的年龄,暗示蛇绿岩浆活动可能始于晚泥盆世。在金沙江蛇绿岩中,滇西娘九丁斜长花岗岩和川西雪堆斜长花岗岩,具有高硅低钾的成分特征。但是,这些岩石的REE总量高,LREE富集;Sr初始值高,达0.7058～0.7070;在其锆石组成中,存在继承锆石。这些证据表明斜长花岗岩中存在陆壳物质的混染,可能与洋壳俯冲消减有关。娘九丁斜长花岗岩的年龄为285±6Ma,雪堆斜长花岗岩为300±5Ma,记录了古特提斯洋壳俯冲消减事件。滇西吉义独花岗闪长岩,呈岩株状侵入蛇绿岩中,年龄为263±6Ma,限定了蛇绿混杂岩的年代上限。     

南海共轭被动大陆边缘洋陆转换带构造特征

南海被动大陆边缘洋陆转换带与典型洋陆转换带相比有其特殊性,南海共轭被动陆缘的构造运动、火山活动以及海底地形的差异表明南、北洋陆转换带具有不同的构造特征。本文利用多条多道地震反射剖面和重力异常数据,研究南海共轭被动陆缘洋陆转换带构造特征差异性,探讨南海被动陆缘的类型和伸展模式。南海北部陆缘洋陆转换带可以划分为两种类型:一类以前缘铲状断块为界与洋壳区分,发育有裂陷期断陷、火山带(埋藏海山带)和不十分发育的向海倾的掀斜断块带;另一类则以海山为界,发育裂陷期断陷、宽缓的低凸起和火山或海山。深反射地震特征显示出了下地壳高速层的存在。南部以裂陷期断陷和明显的向海倾的掀斜断块为特征,以前缘铲式断层为界与洋壳区分。自由空间重力异常由陆向海从高异常值过渡为低异常值再到高异常值,预示着地壳由陆壳→过渡壳→洋壳的变化。结果表明,南海共轭被动陆缘更可能属于非火山型被动大陆边缘,其洋陆转换带的构造差异主要受岩石圈差异伸展变形控制。     

西太平洋地球动力学问题与未来大洋钻探目标

西太平洋区域是全球地质构造和海陆相互作用最活动的区域,经过50多年的大洋钻探研究,人们对西太平洋弧后海底扩张成因、俯冲工厂的动力学机制、地幔演化过程、发震带、热点岩浆活动、沉积古环境等都有了深入研究和分析,但是西太平洋边缘海盆具有很大的构造多样性和复杂性,仍然有很多的科学目标和科学问题有待进一步开展研究.本文详细分析了边缘海盆的大洋岩石圈演化特殊性,原位上地幔蛇纹岩化的程度,初始俯冲与初始扩张的形成机制,海台、海山、海岭、洋脊、洋隆的属性,洋中脊水热循环活动的强度及其对大洋岩石圈演化的影响,岩石圈共轭张裂与破裂模式与机制,大洋红层与异常沉积这7个方面的科学问题,并建议就流体地球化学剖面、海山岩浆剖面、穆绍海沟与加瓜海脊、Ayu海槽、卡罗琳海岭系统、Eauripik海岭、冲绳海槽、莫霍面这8个关键具体目标开展详细的地球物理刻画并提出具有全球意义的钻探建议,为今后实现中国领导的全球大洋钻探工作提供思路.      

日本的综合大洋钻探计划(IODP)

对日本的IODP活动以及科学目标进行简要介绍。IODP核心技术支撑之一的立管钻探船“地球号”可在水深4 000 m的海底钻进7 000 m,钻达发震带和上地幔,实现日本的IODP科学目标。日本的IODP科学规划主要有三大科学主题和八项研究目标,三大科学主题包括地幔过程和地球系统演化,地壳作用过程和地球系统演化,俯冲带和地球系统演化过程中的动力学及物质循环。其八项研究目标为：①钻探西太平洋洋底高原,认识核—幔作用过程;②钻探太平洋白垩纪—新生代沉积物,详细研究地球温室期间的物质循环及从温室环境到冰室环境的转化过程;③钻探大洋岛弧,认识大陆地壳形成过程;④钻探扩张的弧后,认识洋壳岩石圈形成过程;⑤钻探亚洲边缘海及陆坡,认识陆壳—洋壳—大气圈关系;⑥调查增生楔中的碳循环及深部生物圈;⑦调查汇聚板块边缘大地震周期及形成机制、构造及物质循环;⑧研究生活于增生楔环境中极端微生物生物学。     

塞浦路斯特罗多斯型洋壳最上部500米剖面(CY—1钻孔)中的不透明矿物、磁性及其蚀变作用的研究

引 言 近十年来为了鉴别大洋盆地中线性磁异常模式的起源,对洋壳磁化强度的研究显示了极大的兴趣。目前了解洋壳(尤其在深部)可以通过几种方法,如在推测为构造断崖的附近进行海底拖曳打捞、通过大洋基底钻探或通过考察蛇绿岩剖面等。 拖曳打捞和钻探均可从原地洋壳的各个层位获得样品,但是在钻探大洋基底时,大多数钻孔的穿透小于100米,一些深孔也小于600米,这个深度与推测的洋壳喷出岩1.5     

南海海盆区深部结构的不对称性及控制因素

南海海盆区具有复杂的构造演化史,但目前对其深部结构的不对称性的研究和控制因素的探讨还存在不足.利用南海最新的重力数据和从27条地震剖面上获取的海盆范围沉积物精确数据计算了全海盆的剩余地幔布格重力异常（residual mantle Bouguer anomaly,RMBA）,并反演了海盆的地壳厚度,运用Crust1.0数据进行了相关性分析.研究结果表明,南海海盆的残留扩张脊两翼在地形、RMBA和洋壳厚度上存在明显的不对称性,北翼比南翼有更多的海山分布、更低的RMBA值以及更厚的洋壳.这种明显的南北不对称性表明北侧比南侧有更高的地幔温度和更活跃的岩浆活动,反映了南海深部结构的不对称性.南海深部结构的不对称性可能与洋中脊向南的跃迁有关.洋脊跃迁导致在新老洋脊之间产生部分熔融,使扩张中心北侧产生更高的地幔温度,以及更强烈的岩浆活动,从而显示出更低的RMBA值和更厚的洋壳,并形成更多的后扩张期海山.      

南海重力异常特征及其显著的构造意义

在南海地区地震测深数据有限的情况下,利用重力异常可以研究南海大范围的深部地壳结构及地质构造展布特征。基于空间重力异常,结合最新的地形、沉积物厚度及地震测深等数据,分别从地震约束的莫霍面反演和无约束的三维相关成像两个视角研究南海的地壳结构,利用壳幔界面起伏、地壳厚度及三维等效密度分布来探讨地壳结构的纵横向变化。同时,联合采用延拓、水平梯度及线性构造增强滤波方法聚焦重力异常中的区域线性特征,突出显示了反映地壳横向变化的深断裂、洋陆转换边界、海盆扩张轴等线性构造的展布。重力解释与贯穿南海南北的广州-巴拉望地学断面对比表明,重力异常反演及异常的区域线性特征,较好地揭示了南海海域大范围的地壳结构与区域构造展布。     

蛇绿岩及蛇绿岩中浅色岩的SHRIMP U-Pb测年

文中简要评述了蛇绿岩的层状辉长岩,斜长岩和斜长花岗岩,以橄榄岩为主岩的花岗岩和蛇绿岩中的埃达克岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄的地质意义。层状辉长岩(或堆晶层状辉长岩)通常起源于洋脊下的岩浆房,因而它的形成年龄代表洋壳形成的时代。斜长岩与层状辉长岩的时代相近或略晚。斜长花岗岩年龄的解释极其依赖锆石组成和地球化学证据。橄榄岩为主岩的花岗岩,可能记录蛇绿岩的侵位时代。蛇绿岩中的埃达克岩是消减洋壳在深部的部分熔融的产物。文中发表了新疆扎河坝蛇绿岩SHRIMP定年的中间成果,并简略地介绍了滇川西部金沙江和内蒙古图林凯等地的研究实例。根据层状辉长岩的测定结果,扎河坝蛇绿岩形成于(489±4)Ma,金沙江蛇绿岩形成于(328±8)Ma。内蒙古图林凯蛇绿岩中埃达克岩形成于(467±13)Ma～(429±7)Ma。块状辉长岩、斜长花岗岩和橄榄岩为主岩的花岗质岩石记录了蛇绿岩的复杂演化。新疆扎河坝蛇绿岩中的块状辉长岩中存在多组锆石年龄值。较老的一组为468～511 Ma,与层状辉长岩和斜长岩相似,记录了蛇绿岩或洋壳的形成时代,但是,岩石中的大部分锆石年龄为396～419 Ma,加权平均年龄为(406±4)Ma,可能反映了一次部分熔融事件。滇川西部金沙江蛇绿岩中的斜长花岗岩的形成年龄为约300～285Ma,晚于层状辉长岩和?     

南海南部地壳结构的重力模拟及伸展模式探讨

对南海南部地壳结构研究有助于揭示南海完整的演化历史。本研究对南海南部获取的两条多道地震剖面进行了地震 解释,并对重力数据进行了壳幔密度反演。其中 NH973-1 测线始于南海西南次海盆,覆盖了南沙中部的北段;NH973-2 测 线始于南海东部次海盆,穿越礼乐滩东侧。反演结果显示,莫霍面埋深在海盆区 10~11 km,陆缘区 15~21 km 左右,洋壳向 陆壳莫霍面深度迅速增加。海盆区厚度在 6~7 km,为典型的洋壳;陆缘区地壳厚度在 15~19 km,为减薄型地壳。进一步研 究表明(1)在西南次海盆残余扩张脊之下,莫霍面比两侧略深;(2)在礼乐滩外侧海盆区有高值重力异常体,推测为洋壳与深 部岩浆混合的块体;(3)南沙区域上地壳存在高密度带,且横向上岩性可能变化。南海南部陆缘未发现有下地壳高速层,有 比较一致的构造属性和拉张样式,为非火山型陆缘。我们对两条测线陆缘的伸展因子进行了计算,发现上地壳脆性拉伸因 子与全地壳拉伸因子存在差异,其陆缘的拉张模式在纵向上是不均匀一的。     

内蒙古月牙山蛇绿岩的岩石学、地球化学特征及其地质意义

内蒙古月牙山蛇绿岩分布于红柳河-洗肠井蛇绿岩带东部的月牙山一带,出露较完整,自下而上由超基性杂岩、辉长岩、层状玄武岩和枕状玄武岩及放射虫硅质岩组成。岩石学、岩石化学、地球化学资料显示,蛇绿岩套中的主要单元均源于幔源,接近于现代洋壳蛇绿岩特征。与蛇绿岩单元伴生的斜长花岗岩属于幔源型大洋斜长花岗岩,且为蛇绿岩组成的一部分;辉长岩、玄武岩均形成于正常洋中脊(N-MORB)环境。     

胶辽吉地区古元古代早期花岗岩的侵位模式及其与隆滑构造的关系

通过对胶辽吉地区古元古代裂谷带的深入研究，提出了伸展构造环境下中深部地壳花岗质岩浆侵位的一种模式，即花岗质岩浆沿基底与盖层之间的拆离滑脱带多次贯入，形成岩席，之后随着地壳拉伸（或伸展）作用，这些岩席逐渐远离侵位中心，发生侧向迁移。这种大陆壳内中深部花岗质岩浆的侵位和地壳的侧向伸展的模式，与有些学者提出的大洋中脊玄武质岩浆的侵位和洋壳扩张的模式是基本相似的。这一模式也是大陆地壳快速生长加厚的一种有效机制。由于花岗质岩浆的上涌引起上覆盖层因重力失稳形成一系列顺层滑脱构造组合。它们与花岗岩和基底共同构成中深构造层次岩浆隆起－顺层分层滑脱构造系     

北澜沧江缝合带白济汛堆晶岩的初步研究

北澜沧江缝合带白济汛堆晶岩由吉岔镁铁-超镁铁岩和俄咱辉长岩组成.吉岔镁铁-超镁铁岩由蛇纹岩-辉长岩-斜长花岗岩以构造岩片的形式组合在一起,形成于澜沧江洋盆扩张期,是澜沧江洋的洋壳残片,属蛇绿岩的组成单元.俄咱辉长岩则不属于澜沧江蛇绿岩带的组成单元,岩体具就地分异现象,边缘相中见辉长岩-闪长岩-斜长花岗岩堆晶系列,是澜沧江洋盆闭合、陆-陆碰撞后(燕山晚期),在板内拉张环境下侵位的基性岩体.