洋中脊与地幔柱热点相互作用研究进展

地表热点是认识地幔柱假说以及地幔柱动力学的窗口,发生在洋脊与热点之间的相互作用则是了解地球上两大动力系统(板块构造和地幔柱)的直接联系的最有利地区。研究洋脊-热点之间的相互作用对于揭示地幔动力学、热点附近洋壳构造的演变以及与热点密切相关的洋中脊处的岩浆热液活动具有重要的意义。在肯定地幔柱假说的基础上,对洋脊-地幔柱(热点)的模拟实验以及三大洋中不同扩张脊与热点相互作用的最新研究作了系统的介绍和评述,指出室内模拟实验以及地质学、岩石学、地球化学和地球物理学(特别是高分辨率的地震技术)的结合研究将是本领域研究的发展趋势。     

印度洋亚丁-欧文-卡尔斯伯格脊三联点邻近洋脊的玄武岩地球化学特征及其地幔源区性质

本文研究了亚丁-欧文-卡尔斯伯格脊(AOC)三联点邻近洋脊的玄武岩样品在主量、微量元素和Pb-Sr-Nd同位素特征上的差异和联系并分析其原因。结果表明,AOC附近卡尔斯伯格脊和希巴洋脊的玄武岩均为正常型洋脊玄武岩(N-MORB),起源自亏损地幔,其中卡尔斯伯格脊的样品较希巴洋脊样品更亏损;欧文洋脊玄武岩样品为洋岛玄武岩(OIB)特征,其地幔源区可能有残余陆块物质的混染;亚丁洋脊玄武岩样品类型包括N-MORB、E-MORB和可能的大陆玄武岩,与洋壳形成过程中大陆岩石圈物质的贡献程度有关。除了卡尔斯伯格脊外,阿法热点对各洋脊的岩浆均有一定程度的影响。     

ODP209航次——沿14°～16°N大西洋中脊上地幔的钻探

ODP2 0 9航次将沿 14°～ 16°N大西洋中脊 (MAR)钻取上地幔的岩心。该区域是 1996年大洋岩石圈科学钻探计划进入 2 1世纪后 ,在低速扩张脊非补偿岩浆部分钻取一系列浅钻获取上地幔岩心的理想地区。在本区 ,火成岩地壳部分缺失 ,地幔的结构和成分可以通过沿走向超过 10 0km的那些站位来确定。大洋中脊跨学科的全球实验 (RIDGE)项目主要是基于地幔流体或地幔熔岩、或是两者学说的研究 ,其焦点是在岩浆活动的大洋中脊区中部 ,至少是低速扩张脊如MAR的 3维趋势。该学说目前已为大家普遍接受 ,但从未有项目直接检验过。在岩浆活动区设定相…     

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。     

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。     

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。     

印度洋Carlsberg洋脊玄武岩岩石地球化学特征及其地质意义

本文对采自印度洋Carlsberg脊14个站位的新鲜玄武岩样品进行了常量和微量元素组成分析,旨在研究岩浆源区地幔的性质以及岩浆作用过程。研究结果表明:该区玄武岩为典型的源于亏损型地幔的大洋中脊玄武岩,不同样品经历了不同程度的结晶分异作用,演化过程主要受控于橄榄石的结晶分异作用,部分样品中有单斜辉石结晶分异作用的影响,斜长石的结晶分异作用不显著;玄武岩岩浆来源于亏损型尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,主微量元素组成中尚未见到富集型组分混入的证据;源区地幔不同比例的熔融作用及其后岩浆演化过程的差异是造成不同样品间地球化学性质差异的主要原因,彼此独立的局部岩浆作用过程是岩浆作用差异的主控制因素。Carlsberg脊玄武岩整体与全球标准大洋中脊玄武岩(N-MORB)平均组分相近,不同脊段间岩浆源区地幔的组成、熔融程度(比例)和熔融深度等无明显差异,这种特征向南直到CIR的北段。     

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.     

使命莫霍:大洋岩石圈的形成与演化

大洋岩石圈的形成与演化主要是地球化学变异和物理变化的过程,板块构造每100～200 Ma可以完全更新大洋盆地.而岩石圈则是地球的地幔到地壳、地壳到海洋与大气的物质和能量传递与转换形成的产物,独立的阳光与演变的洋壳提供了生命在独特的海底和次海底的类似地球早期生态系统的生长环境.洋壳的形成到重新俯冲到地幔,始终伴随着海水的相互作用,海水与其他物质最终经循环又重新进入了地幔.     

海底是扩张还是拉张——关于大洋中脊应力性质的新认识

自60年代中期,板块构造学说诞生以来,关于板块运动的力学机制问题一直没有很好解决。大洋中脊是公认的重要板块分界线,也是全球连续性最好最长的板块分界线,对大洋中脊应力性质的认识将有利于探讨全球板块的运动机制。海底扩张学说为认识板块运动方向提供了许多令人信服的事实,但是,其运动力学机制并非符合后来发现的一些新的事实。本文试图进一步阐明海底是主动扩张还是被动拉张。1　海底扩张说的发展回顾海底扩张一词源于本世纪60年代,美国地质学家Hess(1962)和Dietz(1961)在地幔对流的基础上提出海底扩张学说,认为大洋中脊顶部是地幔物…     

热液系统输向大洋的热通量估算

从四个方面对现代海底热液活动输向大洋的热通量进行了初步估算.热液系统通过集中、高温的热液烟囱和低温、大面积漫溢热水的形式向海洋输送的热通量为357GW;由底热异常边界层计算出的热通量为32GW;根据Baker提出的扩张洋脊的扩张速率和扩张洋脊热液柱覆盖率之间的线性关系,推算的热液通量为1086GW;根据扩张洋脊岩墙冷却和扩张推算的热通量为592GW.不同的方法给出的结果有较大的差异.一方面这些结果反映了热液系统向大洋的供热水平,另一方面反映了目前对现代海底热液活动的认识水平.虽然热液系统向大洋的热输出比太阳的热辐射小,但由于其特殊的供热方式,这部分热能仍有可能对全球气候带来影响,应在今后的研究中给予重视.     

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。     

下洋壳的冷却

洋壳是由地幔熔融物在扩张洋脊处的结晶作用形成的,熔融物携带的热会在传导和热液循环中消除掉。虽然热液流为海洋提供了一个莺要的地球化学通量,但是人们对洋壳内热液冷却的分布了解得并不多（Schultz和Elder—field,1997;Mottl,2003）。我们对活动扩张脊进行地球物理、地质、岩石学研究,将研究结果用来研制快速扩张脊洋壳增生的概念模式（Quick和Denlinger,1993;Boudier等,1996;Kelemen等,1997）。     

西北印度洋中脊玄武岩源区地幔特征

利用全球岩石地球化学数据库(Pet DB)中有关卡尔斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武岩的微量元素及同位素组成数据,分析了玄武岩的元素地球化学特征及其沿脊轴的变化,旨在探讨玄武岩源区地幔的(不)均一性及岩浆作用过程的差异。初步研究结果表明:CR、NCIR及SCIR玄武岩组成相近,仅在个别脊段表现有微量稀土元素和同位素组成上的差异,玄武岩整体与N-MORB组成特征相近,与先前通常认为的典型印度洋中脊玄武岩不同。玄武质岩浆主要源自尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,岩浆源区主要由两个地幔端元构成,即以亏损型地幔(DMM)为主(69%),其次为富集型地幔(EMⅡ,27%)。富集组分可能源自古老陆壳物质的混染。自CR经NCIR到SCIR整个印度洋中脊西北分支玄武岩的Sr、Nd及Pb同位素组成表现出均一性,表明岩浆源区地幔组成相近。在SCIR 19°S附近脊段岩浆源区地幔存在有不均一性,有EMⅡ型地幔端元混入的迹象。在CR 3.5°N附近脊段,玄武岩明显富集K、Ba、La及U等微量元素,但由于缺少同位素数据,源区地幔特征有待进一步研究。在上述研究成果的基础上,提出了该区大比例尺的调查填图及密集采样和精细室内分析是CR深入研究的基础,同时加强Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析测试,可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依据,而厘清印度洋型地幔对CR的影响程度则有助于深入认识地幔不均一性的成因及地幔动力学过程。     

大洋中的水下陆块

现今大洋中分布有许多水下陆块，其形成演化经历了大陆破裂，洋脊跃迁及同扩张沉降等过程。引发大洋水下陆块形成的地球动力学背景，推测与垩纪中期的超幔柱活动有关。     

全球三大洋底高原重力异常与地壳厚度特征及对比研究*

翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆是全球三大洋底高原, 是大量岩浆喷发到地表的结果, 火山面积分别达1.90×10⁶、1.25×10⁶、0.53×10⁶km²。本文详细分析了该三大洋底高原的地形、剩余地幔布格重力异常(residual mantle Bouguer anomaly, RMBA)与重力反演的相对地壳厚度, 并结合地质与地球化学特征约束进行对比研究。结果显示, 翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆分别高出周围海底约4.3、5、4km, 相应的地幔布格重力异常最大变化值分别为250、330、200mGal, 以及相应的相对地壳厚度变化分别为11、13、9km, 表明形成三大洋底高原的岩浆量远远大于正常洋中脊的岩浆量。此外, 三大洋底高原皆形成于洋中脊附近。Nd、Pb、Hf同位素比值分析表明, 翁通爪哇高原的玄武岩组分为洋岛玄武岩; 凯尔盖朗高原大部分类似于洋岛玄武岩, 并含有洋中脊玄武岩组分; 沙茨基海隆的玄武岩组分主要为东太平洋海隆正常洋中脊玄武岩, 却又存在少量位于全球洋岛玄武岩范围内。这些特征揭示了三大洋底高原可能形成于“地幔柱-洋中脊相互作用”。对此本文提出了两种模式: 一为洋中脊被地幔柱拖拽至其上方; 二为洋中脊之下的软流圈受到地幔柱影响, 从而产生超常熔融与超厚地壳。     

大西洋中脊玄武岩岩浆源区性质、潜在温度及其指示意义

洋中脊玄武岩（MORB）的微量元素成分和同位素比值具有变化范围大的特点,这些变化很难简单地用地幔部分熔融和结晶分异等岩浆演化过程来解释。传统观点认为洋中脊玄武岩的地球化学成分的多样性是由其下部地幔成分的大尺度不均一性决定的。这种地幔不均一性则是外来物质的加入造成的,如再循环的地壳物质、下大陆岩石圈、交代的岩石圈和外地核等成分加入到上地幔中。在本研究中,我们对大西洋洋中脊的玄武岩展开研究工作,评估了玄武岩源区的温压条件并综合对比了微量元素和同位素比值。靠近地幔柱的洋中脊玄武岩的地球化学和同位素成分具有较大的变化。地幔柱对洋中脊地区的影响范围可以达到1400公里,但并不是每个地幔柱都能够影响其周围1400km范围内的所有洋中脊脊段。未受地幔柱影响的洋中脊玄武岩成分和地幔潜在温度均没有异常表现。我们认为上述现象是由于地幔柱柱头形状不同造成的。地幔柱的流动形状可以分为管状和饼状两种,饼状地幔柱影响其周围的地幔是没有方向性的,而管状地幔柱对其周围地幔的影响在方向上具有选择性。沿着大西洋中脊的玄武岩的元素和同位素比值变化较大,暗示其源区具有较高的不均一性。我们认为该地区地幔不均一性主要是由于上地幔中加入了俯冲板片和拆沉下地壳造成的。另外,地幔柱的活动也不容忽视,它们影响了其周围部分洋脊段的成分变化。     

洋中脊的深部地震结构

随着以洋中脊为中心的海底扩张,地幔局部熔融物质上涌,在中脊下形成了厚６～７ｋｍ的玄武岩层。关于地幔熔融体上涌的动力机制问题,由于缺乏深部实测资料产生了两大类理论模式,即被动流体模式和流体动力模式。被动流体模式认为是大洋板块分离产生的粘滞力导致形成１０...     

热点与大洋中脊的相互作用

大规模的火山大洋中脊系统绕地球延伸60 0 0 0 km长 ,几乎全部分布在世界大洋洋底。有的地方 ,大洋中脊火山的规模非常大 ,以致高出海面形成地球上最为壮观的岛屿。冰岛、亚速尔群岛及加拉帕戈斯等都属此类岛屿。因为它们是由深部地幔上升的异常热岩石在小区域内形成的 ,并散布在海底 ,所以称它们为“热点”。但是 ,热点并不是一种孤立的现象。卫星海洋学、地震学、地球化学和地球动力学的最令人激动的进展表明了热点对全球大部分洋中脊系统具有重要的意义和长远的影响。全球已经确认的热点大约有 44个。其中大多数都与洋中脊系统有关联 ,确…     

海洋核杂岩形成机制及其热液硫化物成矿意义

海洋核杂岩是近年来新提出的洋底构造样式,其主要产出于慢速-超慢速扩张洋中脊轴两侧,目前在中大西洋脊、西南印度洋脊、中印度洋脊以及东南印度洋脊均发现海洋核杂岩。海洋核杂岩以其表面梳状构造为主要的探测特征,其构造要素还包括平行于洋脊轴的拆离断层、上盘后期正断层等;其岩石组合以出露于洋底的地幔岩石为主。海洋核杂岩的发育与慢速-超慢速洋脊的扩张速率、岩浆补给和拆离断层的发育有关:慢速-超慢速扩张洋脊的岩浆补给不足以平衡洋脊扩张所带来的空间应变量,从而以在薄弱带发育拆离断层来弥补,并继而使拆离断层下盘的地幔岩石出露洋底表面,形成海洋核杂岩。海洋核杂岩的发育经历了发育初期、发展期、成熟期和衰亡期等周期。海洋核杂岩为洋底热液硫化物矿床的发育提供了物质来源、热液通道等有利条件,或将是热液硫化物矿床发育的有利构造条件,是一种新的远离洋脊轴的热液系统。