构造-岩浆作用对热液活动的控制机理: 马努斯海盆为例

综述了马努斯海盆热液区构造特征、基底差异, 结合马努斯海盆热液区热液活动与构造-岩浆特征, 探讨了二者的耦合关系, 以及构造-岩浆作用对热液活动的影响和控制。马努斯海盆位于西南太平洋俾斯麦海的东北部, 是世界上扩张速度最快的海盆之一。马努斯海盆西部(马努斯扩张中心, Manus Spreading Center, MSC)主要由海盆扩张成熟期产生的大洋中脊玄武岩组成, 属于成熟弧后扩张中心,发育Vienna Woods热液区; 海盆东部(东南裂谷, Southeast Rift, SER)则是一个拉张裂谷, 处于扩张的早期阶段, 属于不成熟弧后扩张中心, 发育PACMANUS、DESMOS、SuSu Knolls三大热液区。MSC与大洋中脊的热液活动相似, 而SER因受到火山、俯冲作用影响更为显著, 其热液流体具有岩浆流体和俯冲流体的特征。与Vienna Woods热液压相比, PACMANUS、DESMOS以及SuSu Knolls三个热液区的水深相对较浅(1 150～1 740 m), 是地球内部热物质由内向外迁移的结果, 其下部岩浆作用强烈。此外,岩浆脱气作用和数值模拟结果表明, PACMANUS热液系统中具有岩浆流体的输入。与Vienna Woods热液区相比, PACMANUS、DESMOS、SuSu Knolls热液区的热液活动强度及流体组成主要受控于岩浆作用。     

东马努斯海盆PACMANUS热液区Cu的物质来源：质量守恒模拟证据

东马努斯海盆位于巴布亚新几内亚的俾斯麦海域,是一个正在扩张的弧后盆地,与其活动热液喷口相关的热液产物,是现代海底系统中富含铜最丰富的矿产资源之一。火山岩与这种成矿作用有着密切的关系,然而通过海水对火山岩的淋滤作用是否可以为富含Cu的硫化物提供充足的Cu元素。PACMANUS热液区位于东马努斯海盆,质量守恒模拟在该热液系统的应用表明,由于水岩反应中较低的淋滤、转移和沉淀效率,通过热液流体对稳定反应区（0.144 km³）的简单淋滤无法满足硫化物矿床中Cu的需求。即使在100%的淋滤、转移和沉淀效率条件下,为了满足PACMANUS热液区硫化物中Cu的总量,仍需要0.166 km³体积的火山岩参与淋滤作用。
形成富含金属元素的岩浆流体的关键在于金属元素可以在挥发分中富集。首先,俯冲物质对地幔楔的交代作用,导致了东马努斯海盆地区生成的岩浆具有较高的氧逸度,进而使其岩浆房中富集Cu元素。其次,Pual Ridge的安山岩包裹体的气泡中富含Cu元素,进一步证实了在东马努斯海盆,Cu元素通过岩浆脱气作用向挥发分中运移。数值模拟结果显示,每1 km³体积的岩浆就可能向热液系统中运移0.236 Mt Cu。因此,岩浆脱气作用可能比淋滤作用更显著。     

西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动

本文研究了西太平洋典型弧后盆地冲绳海槽和马努斯海盆的区域地质背景、岩浆岩、喷口流体、热液柱、沉积物及多金属硫化物。结果表明,冲绳海槽在构造和地球物理特征上南北分异,从北向南地壳厚度减薄,南部重力异常变化大,发育条带状磁异常,中部则具有最高的热流值。马努斯海盆的重力异常变化较小,磁力异常呈东西向展布,海底扩张中心附近出现磁异常条带。马努斯海盆已出现洋壳,冲绳海槽的地壳属于过渡性地壳,在中南部的地堑中可能已出现洋壳。冲绳海槽与马努斯海盆玄武岩的岩浆是由源区地幔部分熔融产生的原始岩浆与板块俯冲组分混合构成。中酸性岩与基性岩具有相同的岩浆物质来源,是玄武质岩浆结晶分异的产物。与马努斯海盆火山岩相比,冲绳海槽火山岩存在不同程度的地壳混染。冲绳海槽的喷口流体为富含金属元素(Mn、Fe、Zn、Pb)的酸性高温(高达320°C)流体,其热液柱中的Zn~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)离子浓度明显高于正常海水。马努斯海盆的热液柱呈现出CH_4、Mn、Al、δ~3He正异常及pH负异常的特征。与马努斯海盆PACMANUS热液区的喷口流体(220~276°C、pH=2.5~3.5)相比,DESMOS热液区的喷口流体温度(88~120°C或120°C以上)相对较低,酸性更强(pH≤2.1),二者较低的δ~(34)S_(H_2S)和δD值表明,岩浆演化过程中有酸性挥发分进入岩浆流体。冲绳海槽与马努斯海盆含金属沉积物的分布及其元素含量特征具有差异,相应地,两个弧后盆地含金属沉积物中的微生物群落也不同。冲绳海槽和马努斯海盆热液区均具富Zn型、Ba-Pb-Zn型、Si-硫化物型和Si-硫化物-硫酸盐型热液产物。与冲绳海槽的多金属硫化物相比,马努斯海盆中多金属硫化物的Pb和Au含量较低。     

东马努斯弧后盆地中酸性火山岩岩浆演化中的锂同位素特征

通过分析东马努斯海盆中酸性火山岩的全岩主量、微量元素以及锂同位素组成,并结合前人数据,讨论盆地岩浆体系的演化过程.分析数据显示,东马努斯海盆主、微量元素与SiO2含量之间呈线性变化关系,表明岩浆结晶分异过程控制东马努斯海盆岩浆演化过程.东马努斯弧后盆地火山岩富集流体相关元素,指示东马努斯弧后盆地岩浆源区可能经历了俯冲流...     

西太平洋科学大洋钻探的地球动力学成果

西太平洋聚集了地球上大量的边缘海盆和俯冲带,在全球地球动力学研究中占有举足轻重的地位,一直以来都是大洋钻探的重点区域。文章通过归纳过去40年来科学大洋钻探在西太平洋的地球动力学成果,分析当前大洋钻探的现状,进而探讨仍然存在的问题及未来钻探的区域。钻探成果揭示了边缘海盆的演化过程,包括日本海盆的弧后海底扩张成因,菲律宾海的弧后扩张和残留弧的形成模式及南海构造演化过程。深海沉积物的研究及玄武岩的地球化学分析为海盆的扩张成因提供依据,同时为了解海盆扩张过程中的地幔演化过程提供重要信息。大洋钻探成果表明,俯冲倾角大小不仅影响俯冲工厂的动力学机制,而且对俯冲板块耦合性具有控制作用。目前日本南海海槽发震带钻探项目的最大钻探深度为3056米,未来几年有望获得发震带的岩石样本。对于西太平洋的两个重要构造单元-Shatsky海隆和翁通—爪哇海台的成因机制问题,大洋钻探获取的依据仍不能单一地支持某一个假说。在南斐济海盆及赫布里斯海盆发现的大洋红层的形成主要受控于海盆的海底扩张事件。苏拉威西海和南海发现的大洋红层直接发育在大洋玄武岩之上,可能为海盆的扩张起标定作用。虽然过去进行了大量的钻探工作,但因西太平洋边缘海盆具有很大的构造多样性和复杂性,仍然有很多科学问题有待进一步开展研究。     

西太平洋弧后盆地的热液系统及其岩浆环境研究

研究海底热液系统及其岩浆环境,可为了解西太平洋流固界面跨圈层物质与热交换过程,揭示板块俯冲过程的岩浆活动和资源环境效应提供研究支撑。为此,研究了冲绳海槽热液活动的岩浆环境、马努斯海盆的热液柱以及弧后盆地和洋中脊背景下的硫化物与玄武岩的同位素组成,对冲绳海槽热液区附近玄武岩、安山岩、粗安岩、英安岩、流纹岩及其基性岩浆包体进行了岩相学、矿物学以及主量元素、微量元素和同位素组成分析,对马努斯海盆PACMANUS和Desmos热液区的热液柱及海水进行了测量,在海底热液区岩浆混合过程及时间尺度、透视冲绳海槽深部岩浆房及岩浆演化过程和岩浆对热液系统物质贡献研究方面获新进展,揭示了俯冲蛇纹岩对琉球构造带南部岩浆活动的影响,论证了熔体包裹体对弧后盆地岩浆演化的指示,获得了冲绳海槽玄武质岩浆来源新证据,揭示了弧后盆地与洋中脊硫化物和玄武岩中铁、铜、锌的来源及其同位素在硫化物形成和岩浆活动过程中的分馏情况,明确了热液柱的物理、化学空间结构与物质组成特征,以及热液柱的扩散受深度和底流流速的影响,且热液柱扩散过程中溶解铁浓度异常比溶解锰的维持时间更长。未来,发展非传统稳定同位素和挥发份测试技术,进一步了解西太平洋板块俯冲环境下热液活动与岩浆作用的关系,将有助于海底热液系统及其成矿过程研究获得新进展。     

西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动

研究了西太平洋典型弧后盆地冲绳海槽和马努斯海盆的区域地质背景、岩浆岩、喷口流体、热液柱、沉积物以及多金属硫化物。结果表明,冲绳海槽在构造和地球物理特征上南北分异,从北向南地壳厚度减薄,南部重力异常变化大,发育条带状磁异常,中部则具有最高的热流值。马努斯海盆的重力异常变化较小,磁力异常呈东西向展布,海底扩张中心附近出现磁异常条带。马努斯海盆已出现洋壳,冲绳海槽的地壳属于过渡性地壳,在中南部的地堑中可能已出现洋壳。 冲绳海槽与马努斯海盆玄武岩的岩浆是由地幔源区部分熔融产生的原始岩浆与板块俯冲组分混合构成。中酸性岩与基性岩具有相同的岩浆物质来源,是玄武质岩浆结晶分异的产物。与马努斯海盆火山岩相比,冲绳海槽火山岩存在不同程度的地壳混染。 冲绳海槽的喷口流体为富含金属元素（Mn、Fe、Zn、Pb）的酸性高温（高达320 °C）流体,其热液柱中的Zn2 、Cd2 、Pb2 、Cu2 离子浓度明显高于正常海水。马努斯海盆的热液柱呈现出CH4、Mn、Al、δ3He正异常及pH负异常的特征。与马努斯海盆PACMANUS热液区的喷口流体（220–276 °C、pH = 2.5–3.5）相比,DESMOS热液区的喷口流体温度（≥88–120 °C）相对较低,酸性更强（pH ≤ 2.1）,二者较低的δ34SH2S和δD值表明岩浆演化过程中有酸性挥发分进入岩浆流体。冲绳海槽与马努斯海盆含金属沉积物的分布及其元素含量特征具有差异,相应地,两个弧后盆地含金属沉积物中的微生物群落也不同。冲绳海槽和马努斯海盆热液区均具富Zn型、Ba-Pb-Zn型、Si-硫化物型和Si-硫化物-硫酸盐型热液产物。与冲绳海槽的多金属硫化物相比,马努斯海盆中多金属硫化物的Pb和Au含量较低。     

西地中海的弧后盆地

地中海是太平洋之外弧后盆地较为发育的海区。巴利阿里海盆和第勒尼安海盆是西地中海两个位置相邻、互有成因联系的弧后盆地。海盆莫霍面埋深分别为 1 2～ 1 5km和 1 0 km,热流密度分别为 1 0 0 m W/m2和 2 0 0 m W/m2 ,发育有大洋型磁条带异常 ,大洋钻探和拖网取样均采到了拉斑玄武岩。较之巴利阿里海盆 ,第勒尼安海盆更富年青性。两弧后盆地的成生演化是与欧洲板块与非洲 -阿普利亚板块的相互作用息息相关的。中新世 ,随着非洲 -阿普利亚板块向西、西北俯冲 ,科西嘉、撒丁裂离欧洲大陆 ,巴利阿里海盆被打开 ;上新世 ,阿普利亚微板块进一步俯冲 ,导致亚平宁与科西嘉、撒丁之间的裂离 ,形成第勒尼安海盆。     

大洋钻探计划（ODP）是否还能继续下去？

大洋钻探计划(ODP——Ocean DrillingProgram)以美国为首,还有英、法、德、日、欧洲科学基金会(ESF)和加拿大/澳大利亚等6个成员参加。其主要的目标与任务是:通过对大陆边缘、大洋底盆地、海脊、岛弧和海沟等不同海域的钻探,特别是对洋壳玄武岩层的钻探,调查研究陆架边缘的构造、海底沉积物的层序、沉积动力、沉积模式与成岩成矿作用;调查研究大洋     

喜马拉雅前渊和孟加拉湾盆地形成演化

通过区域地质、地球物理、板块重建及地球动力学背景综合研究,揭示了喜马拉雅前渊和孟加拉湾盆地形成演化及动力学背景。喜马拉雅前渊与孟加拉湾盆地被西隆(Shillong)高原分隔。喜马拉雅前渊位于西隆高原北侧,主要以拉萨地块前白垩系为基底,晚白垩世—早始新世为新特提斯洋向洋内岛弧、拉萨板块俯冲形成的弧前和弧后盆地;中始新世—中新世早期,新特提斯洋逐渐俯冲消亡,印度板块与拉萨地块的陆陆碰撞逐渐加剧,形成前陆盆地;中新世中期以来,随着印度板块与欧亚板块陆陆碰撞的加剧,喜马拉雅前陆盆地隆升、剥蚀,只保留了前陆盆地的前渊。孟加拉湾(Bengal)盆地位于西隆高原南侧,其西北部以印度板块的前寒武系为基底,石炭—二叠纪为裂谷盆地,三叠纪为剥蚀区,侏罗纪—早白垩世以火山作用为主,晚白垩世—早始新世为被动大陆边缘盆地,中始新世以来随着印度板块向拉萨板块俯冲加剧,印度洋板块向缅甸大陆俯冲,孟加拉湾盆地演化为陆缘碎屑供应逐渐增强的残留洋盆。孟加拉湾东南部的基底为前古近系洋壳,始新世以来形成巨厚的残留洋盆充填序列。     

远东鄂霍茨克海域弧后盆地形成机制与构造演化

远东鄂霍茨克海域发育多个新生代弧后盆地,这些盆地是西太平洋边缘海盆的重要组成部分,介绍了鄂霍茨克海域的地质结构和构造特征,探讨了海域内盆地形成的动力机制来源及构造演化阶段的划分。认为太平洋板块与欧亚板块碰撞引发区域上挤压与引张作用在时间上相互消长的效应、深部软流圈上涌,共同引发鄂霍茨克海域内多期次弧后扩张作用,导致海域内弧后裂谷盆地的发育;同时,周边板块碰撞导致大型走滑断裂发育和构造反转,对盆地的形成进行改造;共同控制了弧后沉积盆地的形成与演化。盆地构造演化可以划分为4个阶段,即基底拼合阶段(J-K2前)、基底褶皱-张裂变形阶段(K2-E1早期)、盆地裂陷-拗陷作用阶段(E1-N1)及构造反转阶段(N2-第四纪)。     

ODP第195航次--马里亚纳会聚边缘和西菲律宾海的地震观测

大洋钻探 1 95航次确定了 2个科学目的 ,一个是在距西太平洋关岛东部 70 km处、水深 2 930 m的 MAF- 4B站位取心 ,并在南 Chamorro海山最高峰安置长期观测仪 ,该站位位于马里亚纳俯冲带弧前的蛇纹岩泥火山上。另一个是在西菲律宾海盆东部边缘九州—帕劳海岭轴部以西 1 0 0 km外、水深5640 m的 WP- 1 B站位取心 ,并在菲律宾海的海渊海底钻孔中下套管和安装用于长期海底钻孔观测的宽频带地震仪。南 Chamorro海山钻探的目的 :( 1 )检验俯冲带和非增生会聚边缘弧前物质搬运及其内部地球化学循环的过程 ;( 2 )查明弧前环境内同源板块流体的空…     

板块碰撞时会聚边缘的地质状况

板块碰撞时会聚边缘的地质状况ＡｓａｈｉｋｏＴａｉｒａ在现代地球上，大地构造板块多会聚于深海海沟或碰撞槽内（参见１９９２冬季／９３Ｏｃｅａｎｕｓ中有关岛弧、深海沟和弧后盆地的讨论），海洋钻探已提供了有关板块碰撞过程方面的主要信息，包括从俯冲板块到仰冲板...     

对冲绳海槽性质的商榷

冲绳海槽是一个构造运动至今仍比较活跃的地区。对于它的论述,在国外、尤其是在日本,已发表过相当数量的专著,最近在我国,也有不少人根据自己的调查成果,写了一些文章。所有这些论著,不管对冲绳海槽的生成时间及其他过程有多大争执,可以说是百分之百的立足于板块构造假说。 板块构造假说认为,海沟、岛弧及弧后盆地,就其生成和演化来说是一个体系,一般称之为沟弧盆系。就是说,由于大洋板块向大陆板块下面消亡而产生了海沟,并在大陆板块平行于海沟的一定距离内生成岩浆岩带。如果在岩浆岩带的后方,由于造成新洋壳的岩浆上涌而形成了新的海盆,从而把其前后的大陆部分分开,被分隔开来的大陆部分就成为岛弧,新的海盆就被称为弧后盆地,于是就形成了沟弧盆系。如果只有大洋板块向大陆板块下面的消亡作用,而没有把大陆板块分隔开来的新的海盆生成,就形成太平洋东岸那种只有海沟和山系(相当于岛弧)的另一种太平洋型大陆边缘。这些应该是板     

东马努斯盆地高镁安山岩物质来源及演化过程——基于全岩主微量和同位素分析

对东马努斯盆地高镁安山岩做了全岩主微量和Sr-Nd-Pb同位素分析,并结合前人测试数据,探究了岩浆物质来源及演化过程。由主量元素[MgO、CaO、FeOT(全铁)、Al_2O_3、TiO_2和P_2O_5]含量随着硅含量的升高而降低和La/Sm随着La含量的升高而保持不变可知,岩浆在演化过程中只发生了矿物的分离结晶,分离的矿物可能为橄榄石、辉石、斜长石、钛铁矿和磷灰石。东马努斯盆地高镁安山岩的Pb和大离子亲石元素(K,Rb,Sr,Ba和U)的富集、高场强元素(Nb,Th,Ta和Ti)的亏损说明岩浆受到了俯冲板块脱水作用的影响。推测该区高镁安山岩是流体交代的地幔楔部分熔融形成的。由Sr-Nd同位素混合模拟结果可知东马努斯盆地高镁安山岩主要来源于马努斯MORB(洋中脊玄武岩),少量来自于太平洋蚀变洋壳和海底沉积物。根据Sr-Nd-Pb同位素特征推测岩浆混合作用发生在地幔源区,属于源区混染,岩浆在喷发的过程中没有发生同化混染作用,也没有加入其他体系的物质。     

东海陆架盆地南部中生代构造演化与原型盆地性质

东海陆架盆地南部夹持于欧亚板块、太平洋板块与印度板块之间,是发育在前中生代基础之上的中、新生代叠合盆地。其构造演化受古太平洋板块俯冲及特提斯-喜马拉雅构造域的联合影响,经历了印支末期基隆运动、燕山期渔山和雁荡运动的叠加改造。结合浙闽隆起带中生代火成岩事件、盆地构造变形、沉积学的一些证据,通过海陆对比研究,认为东海陆架盆地南部早-中三叠世可能为面向古太平洋的被动大陆边缘盆地;晚三叠世-侏罗纪古太平洋板块已对中国大陆有较强的俯冲作用,东海陆架盆地及南部原型盆地为活动大陆边缘弧前盆地;白垩纪受控于滨海断裂表现为活动大陆边缘走滑拉分盆地;古新世-始新世火山岛弧向东移动,东海陆架变为弧后裂谷盆地。     

大洋钻探与冲绳海槽地质

本文简要回顾大洋钻探计划实施十余年来所取得的成果，评述了西太平洋边缘海盆的研究概况，提出东海大陆边缘的重大地质问题是陆缘的构造演化历史和动力学过程，弧后扩张中心的热液成矿作用以及海洋沉积层序记录的古气候和古海洋环境变化，指出矿物－地球化学在大洋钻探研究中的重要性。     

世界海洋的含油气特征

深海钻探在研究大洋和边缘海深水凹陷的含油气性中起了很大的作用。在岩心中曾发现了烃类的工业流和石油的痕迹。在太平洋中沿着整个大陆—大洋过渡区的周边发现了含油气性的标志 ,在印度洋和大西洋中则见于大陆坡脚处。在这些地区它们与沉积盖层中的金属矿化相结合 ,说明了长期的热液活动性。石油和天然气出现在边缘海中 ,如加勒比海、爱琴海、黑海、第勒尼安海、白令海、日本海和墨西哥湾。实际上它们都位于欧亚板块和非洲—阿拉伯—印度板块的大陆之间碰撞区内。在大洋和边缘海底 ,沉积物的厚度一般不超过 1～ 2 km,这对于形成油气藏是不…     

中国东部海区及邻域区域构造图的编制方法及地质构造单元划分

我国东部海区及邻域1:1 000 000地质地球物理系列图将于2008年底出版,区域构造图是其中的主要专业图件之一。讨论了该专业图件的编图方法、地质构造单元的划分方法和主要地质构造单元。首次对黄海东海区进行了全面剥皮编图,剥去了Q+N₂地层。对于沉积盆地用等厚度线表示出了新生界的厚度。地质构造单元划分方法是以板块构造理论为指导并以现今的构造特征为主要划分依据。板块内构造单元的划分是在总结国内外多种构造单元划分方法的基础上进行了修改完善,完成了对我国东部海区及邻域的地质构造单元的划分。区内一级构造单元为板块(太平洋板块、欧亚板块和菲律宾海板块),二级构造单元为构造域(东亚大陆构造域、东亚大陆边缘构造域和西太平洋构造域)。西太平洋构造域主要包括太平洋板块的西部及菲律宾海板块。欧亚板块在该区的部分可分为东亚大陆边缘构造域和东亚大陆构造域。东亚大陆边缘构造域由日本琉球岛弧、冲绳海槽弧后盆地、日本海弧后盆地等次级构造单元构成。东亚大陆构造域在该区内由中朝地块、扬子地块、华南地块等次级构造单元构成。各地块又可划分出盆地、隆褶带、隆起区等多个次一级地质构造单元。最低一级的地质构造单元为凸起和凹陷。     

东海陆架盆地中生代残留地层特征及其构造启示

东海陆架盆地是位于中国东部华南大陆边缘的一个中、新生代叠合盆地,具有较大油气潜力。目前东海陆架盆地油气的发现均来自于新生界,对中生代残留地层的各方面特征认识不足:在空间上通常集中于特定构造单元,且基本位于盆地西部;在时间上主要涉及白垩纪和侏罗纪,且多是定性或半定量的研究。本文在前人研究的基础上,收集、整理了研究区目前最新、最全的反射地震资料和钻井数据,从钻遇中生界井的标定出发,以地震资料的层序划分和解释为基础,进行残留地层的研究,空间上统一盆地东、西两大坳陷带,时间上统揽白垩纪、侏罗纪以及前侏罗纪三个时期。结果表明,东海陆架盆地中生代残留地层遭受了后期严重的剥蚀改造,总体呈现东厚西薄、南厚北薄的特征,残留地层范围随时间不断东扩。对比各时期残留地层平面展布特征,揭示了东海陆架盆地的演变过程:三叠纪时期盆地原型为被动大陆边缘坳陷型盆地,早、中侏罗世时期为活动大陆边缘弧前盆地,晚侏罗世—晚白垩世时期为大陆边缘弧后伸展盆地;与此相对应,古太平洋板块俯冲肇始于晚三叠世—早、中侏罗世时期,板块后撤始于晚侏罗世。东海陆架盆地在中生代的东侧边界位于钓鱼岛隆褶带的东侧。