西太平洋海域海山地形分形特征研究

对太平洋麦哲伦海山区、威克—马尔库斯海山区、马绍尔群岛、中太平洋海山区及莱恩群岛5个海山区的平顶海山与尖顶海山地形进行分形研究,结果表明两种类型海山地形具有不同的分形特征。海山形态投影覆盖法揭示平顶海山具有单分形的大尺度构造分形,尖顶海山具有大尺度构造分形和小尺度结构分形的双分形结构。海山等高线尺度法分形结果显示,同一海山区平顶海山分维值小于尖顶海山的;同一海山不同高程段等高线分维值基本保持稳定,垂向上具有明显的分段性,可以参考并使用它进行地貌垂向分带。     

南海高分辨率岩石圈有效弹性厚度及其影响因素分析

南海构造环境复杂,海盆内海山规模不一,为了探究南海岩石圈强度的影响因素及其与海山演化的联系,本文利用Parker-Oldenburg法计算得到地壳密度分布并结合基于小波变换的导纳法计算南海岩石圈有效弹性厚度(简称T_e),提高了计算结果的准确度和分辨率。南海大洋岩石圈T_e整体较小,分布在0～16 km范围内。南海T_e与居里点深度和热流点相关性高,说明岩石圈强度受温度结构影响强烈,海山T_e值与海山加载时岩石圈年龄未表现出相关性,表明岩浆活动等热异常会削弱岩石圈强度。     

台湾海峡及邻区剖面岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

台湾海峡及邻区地处欧亚板块与菲律宾海板块相互作用的构造前锋部位,经历了挤压、剪切和伸展交替或并重的构造作用,这种复杂应力环境下岩石圈的均衡调整对台湾地区的构造演化具有深远影响.通过采用均衡响应函数法计算穿越台湾海峡及邻区剖面岩石圈的有效弹性厚度,利用剥离法消除台湾海峡及东邻岛区较厚沉积层的影响,得到了穿越台湾海峡地区剖面岩石圈弹性厚度的变化.结合反演的莫霍面和居里面深度对剖面有效弹性厚度的构造意义进行了综合分析.结果表明:台湾海峡及邻区岩石圈有效弹性厚度变化范围为22~8 km,剖面有效弹性厚度整体上自西往东呈楔形递减趋势,反映中国东部大陆岩石圈往东伸展减薄;台湾岛附近有效弹性厚度出现局部向东倾斜增大的趋势,可能与东侧菲律宾海板块的仰冲挤压有关.有效弹性厚度与居里面具有较高相关性,反映了有效弹性厚度受岩石圈热结构的影响.      

中国西部大陆岩石圈的有效弹性厚度研究

中国西部是地球上陆地隆升最显著的地区, 有世界上新构造运动最强烈的青藏高原、规模巨大的左行走滑位移的阿尔金断裂系和中亚地区最大的板块内部造山带———天山褶皱造山带.作为印度板块与欧亚板块相互碰撞的会聚带, 本区是研究岩石圈动力学的有利场所.主要运用重力资料和地形资料来研究中国西部地区显著上地壳结构和其上地幔变形之间的关系.依据岩石圈流变学的理论, 在空间域采用垂直和水平受力的多个变刚度的三维有限差分方法来计算弹性板的有效弹性厚度.模拟结果显示中国西部地区的岩石圈有效弹性厚度存在明显的横向不均匀性, 从6~10 km的造山带区域的有效弹性厚度变到大于60 km的古陆区域的有效弹性厚度.青藏高原地区的岩石圈有效弹性厚度平均为30 km, 塔里木盆地的有效弹性厚度为40~50 km, 南、北天山的岩石圈有效弹性厚度分别为10~15 km和30 km左右, 阿尔金断裂在东经90°以西部分的岩石圈有效弹性厚度要小于90°以东部分.      

大陆岩石圈有效弹性厚度与有关地球物理参数的关系--以泉州-黑水地学断面为例

大陆岩石圈有效弹性厚度(Te)是反映岩石圈综合强度的参数,它反映了岩石圈的整体特征。分析岩石圈有效样性厚度与反映深部地质特征的有关地球物理参数之间的关系,对研究控制Te的因素、各因素之间的关系以及探索大陆构造与大陆动力学等具有重要意义。泉州一黑水地学断面Te与地壳厚度、热岩石圈厚度、均衡重力异常、磁性构造层底面深度、上地幔低速层顶界面深度、上地幔低阻层顶面深度之间的关系研究表明：Te与大地热流关系密切的“热”地球物理参数磁性构造层底面深度、热岩石圈厚度相关性好;与地壳厚度有一定的相关性;上地幔低速层顶界面深度和上地幔低阻层顶面深度与大陆岩石圈Te相关性均较差。     

中国南方新生代地幔柱活动的地球化学证据

中国南海海盆、海南岛、雷琼和龙海—明溪地区新生代玄武岩的总体相当于洋岛玄武岩（OIB）,富集高场强元素（HFSE）,尤其是富集Nb、Ta、U、Ti。南海海盆新生代玄武岩是玻利尼西亚型（Polynesian）、夏威夷型（Hawaii）和MORB型共存,可能是在扩张洋脊上面形成的OIB,下地幔成因的超地幔柱上升致使上地幔物质加入,海南岛和雷琼地区玄武岩具有与南海海盆玄武岩大致相似的成因。大陆板内同时代的龙海—明溪地区玄武岩具特别高的Nb/Zr和Nb/Y值,均表现为地幔柱成因的玻利尼西亚型玄武岩,其形成既可能有古老俯冲洋壳熔融后榴辉岩质残余下沉至下地幔成因,也可能有包括下地壳在内的岩石圈物质的贡献。     

南海北部典型区块岩石圈有效弹性厚度分析

有效弹性厚度(Te)是刻画岩石圈弹性性质的重要参数,通过分析有效弹性厚度值,可以获得与区域构造相关的信息,为后续解释工作提供一些依据。基于均衡响应函数法,选取南海北部区域4个典型区块的数据,计算均衡响应函数值,并根据公式推算得到各区块的Te值,通过分析Te值对研究区地质构造有所了解。     

中太平洋海山富钴结壳生长习性及控制因素

通过对"大洋一号"调查船DY95-10、DY105-11、DY105-12等航次结壳样品和海底摄像照相资料等综合观测分析,从不同角度对中太平洋海山富钴结壳的生长习性及控制因素进行了初步探讨.结果表明,富钴结壳可以在海山区的各种岩石上生长发育,对岩性没有明显的选择性,载壳岩石类型统计结果与岩石类型区域上的分布不均衡有关,而与岩性本身并没有必然的联系.结壳生长的厚度除受载壳岩石形成年代、物化环境影响外,与其所经受构造活动的强度和频率也有密切联系.水深可能对结壳的生长发育具有一定的控制作用,但由于海山在结壳生长后存在移动和升降运动,因此现在海山上的结壳并不存在截然的水深界限.地形对富钴结壳覆盖率、产状、形态具有明显的控制作用,海山坡度太缓、太陡均不利于结壳的生长发育;在海山坡度较大处生长的结壳多呈平板状,而在坡度较小处生长的结壳多呈波纹状或枕状;海山的斜坡上生长的多为板状结壳,而在平坦低洼处则有利于砾状结壳、钴结核的生长发育.     

MT成果数据管理系统在岩石圈电性结构研究中的应用——以东北地区为例

中国东北地区位于古亚洲洋构造域与滨太平洋构造域的叠置部位,受多期次的构造活动与岩浆作用的共同影响,其岩石圈结构复杂,为获得该区域的岩石圈的电性结构特征,以MT成果数据管理系统为技术手段,开展岩石圈尺度范围内的壳—幔电性结构的研究。笔者基于MT成果数据管理系统的查询、检索等功能,提取出研究区的壳—幔电性信息,对这些信息进行加工处理,得到了研究区的壳内低阻层分布特点与岩石圈厚度分布特征。研究表明,东北地区的岩石圈的电性结构特征为:1岩石圈的厚度呈现"西厚东薄"的变化特征;2不同盆、山结构表现出不同的岩石圈隆凹特征;3镜泊湖火山岩分布区对应软流圈的隆起区,其隆起可能与岩浆上涌有关。这些信息的获取为区域构造演化及动力学研究提供支撑。     

大陆岩石圈有效弹性厚度研究综述

大陆岩石圈有效弹性厚度（Ｔｅ）是表示岩石圈抵抗挠曲变形能力的参数。通过计算该参数,可以获得不同地区、不同构造省的岩石圈挠曲强度,并可以进行区域的比较。本文详细地介绍了Ｔｅ的计算方法、研究模型和控制因素。由于Ｔｅ与岩石圈热结构、流变结构、力学结构紧密相关,Ｔｅ的研究不仅有助于岩石圈强度的定量认识,而且可以获取岩石圈热结构、力学结构空间变化的信息,以及对地幔对流等动力学问题做出制约。     

A Late Cretaceous pole for the Pacific plate: implications for apparent and true polar wander and the drift of hotspots

We present a Late Cretaceous (81 Ma) pole position for the Pacific plate derived from paleomagnetic analyses of basalt samples from Detroit Seamount (of the Hawaiian–Emperor seamounts) that were oriented using Brunhes-age overprints. This pole is at much higher latitudes than the previously published Late Cretaceous pole positions based on the modeling of magnetic anomalies observed during marine surveys over seamounts. Our new pole suggests that the Pacific plate would have moved rapidly between 95 and 81 Ma at speeds as high as 19.8 (−10.8/+11.2) cm/year. The Pacific plate at this time was smaller than the present-day plate and had a substantial subducting boundary. The high-velocity estimates are comparable with those of other paleoplates having similar characteristics. Therefore, plate tectonic driving forces can explain the motion and there is no need to invoke true polar wander. Decreases in mantle drag associated with vigorous Late Cretaceous volcanism in the Pacific, however, may have contributed to the rapid plate speed. The new pole position, together with other reliable paleomagnetic indicators of Pacific apparent polar wander, further supports the notion of drift of the Hawaiian hotspot during the Late Cretaceous.     

Tectonic delamination of the Pacific lithosphere

This paper presents data on the structure of some segments of the Pacific lithosphere that bear signs of its tectonic delamination. This tectonic phenomenon is inherent not only to the young slow-spreading Atlantic and Indian oceans but also to the ancient fast-spreading Pacific Ocean, where tectonic delamination of the lithosphere has been established beneath seamounts, in fault zones and between them, immediately beneath the East Pacific Rise, within small separate plates in the eastern part of the ocean, in the Northwest Pacific Basin, and beneath marginal swells that border deep trenches along the western periphery of the Pacific.     

中国的全球构造位置和地球动力系统

现今之中国位于亚洲大陆东南部,西太平洋活动带中段;在全球板块构造图上,中国位于欧亚板块的东南部,南为印度板块,东为太平洋板块和菲律宾海板块。地质历史上,以中朝、扬子、塔里木等小克拉通为标志的中国主体属于冈瓦纳和西伯利亚两个大陆之间的转换(互换)构造域:古生代时期,位于古亚洲洋之南,属冈瓦纳结构复杂的大陆边缘;中生代阶段,位于特提斯之北,属劳亚大陆的一部分。显生宙中国大地构造演化依次受古亚洲洋、特提斯-古太平洋、太平洋-印度洋三大动力体系之控制,形成古亚洲洋、特提斯和太平洋三大构造域。不论古亚洲洋,还是特提斯,都不是结构简单的大洋盆地,而是由一系列海底裂谷带(小洋盆带)和众多微陆块组合而成的结构复杂的洋盆体系。加之中、新生代的太平洋构造域和特提斯构造域叠加在古生代的古亚洲洋构造域之上,使中国地质构造图像在二维平面上呈现镶嵌构造,在三维空间上呈现立交桥式结构,使中国不仅是亚洲,也是全球构造最复杂的一个区域。不同阶段的地球动力体系在中国的叠加、复合,使多旋回构造-岩浆和成矿作用成为中国地质最突出的特征。因而中国的造山带大多是多旋回复合造山带,成矿(区)带大多是多旋回复合成矿(区)带,大型含油气盆地大多是多旋回叠合盆地。     

太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建

太平洋板块是一个中生代以来形成的地球上最大的大洋板块,但其起源机制、结构构造、构造演化等始终不清楚。太平洋板块内部的复杂性更是未受到重视,其内部的大火成岩省、海山链、微洋块、微陆块及其下部更深层地幔的微幔块都非常发育,这些复杂板内或板下构造代表的地球动力学含义亟待解决。文章基于最新的板块重建结果,试图分析其运动学过程,揭示太平洋板块形成与演化机制。研究表明,太平洋板块起源于RRR三节点,但不是一个纯粹的完整大洋板块,其增生演化过程经历了非威尔逊旋回模式,其板缘经历了一些外来微陆块或微洋块的并入,其内部也因各种原因出现了一些新生微洋块,总体表现为一个碎片化的镶嵌式板内格局。太平洋板块记录了与邻区板块相互作用的重要构造事件,大约55 Ma左右开始俯冲到东亚陆缘,导致东亚陆缘短暂的北西-南东向伸展,随后受印度-欧亚碰撞动力系统和太平洋俯冲动力系统联合控制,总体处于右行右阶的拉分背景,形成了一系列盆地群,俯冲后撤等逐渐形成了双俯冲系统。太平洋板块还记录了深浅部耦合过程,下地幔中的太平洋LLSVP通过遥相关对上部岩石圈微板块、大火成岩省分布具有决定性作用;火山链或热点揭示板块运动同时,也反映深浅部物质交换过程,海山群也揭示太平洋板块之下软流圈并非单一对流胞,其对流格局的多样性尚待深入研究。      

Geochemistry of subducted metabasites exhumed from the Mariana forearc: Implications for Pacific seamount subduction

Seamounts on the drifting oceanic crust are inevitably carried by plate motions and eventually accreted or subducted. However, the geochemical signatures of the subducted seamounts and the significance of seamount subduction are not well constrained. Hundreds of seamounts have subducted beneath the Philippine Sea Plate following the westward subduction of the Pacific Plate since the Eocene (~52 Ma). The subducted oceanic crust and seamount materials can be exhumed from the mantle depth to the seafloor in the Mariana forearc region by serpentinite mud volcanoes, providing exceptional opportunities to directly study the subducted oceanic crust and seamounts. The International Ocean Discovery Program (IODP) expedition 366 has recovered a few metamorphosed mafic clasts exhumed from the Mariana forearc serpentinite mud volcanoes, e.g., the Fantangisña and Asùt Tesoru seamounts. These mafic clasts have tholeiitic to alkaline affinities with distinct trace elements and Nd-Hf isotopes characteristics, suggesting different provenances and mantle sources. The tholeiites from the Fantangisña Seamount have trace element characteristics typical of mid-ocean ridge basalt. The Pacific-type Hf-Nd isotopic compositions, combined with the greenschist metamorphism of these tholeiites further suggest that they came from the subducted Pacific oceanic crust. The alkali basalts-dolerites from the Fantangisña and Asùt Tesoru seamounts show ocean island basalt (OIB)-like geochemical characteristics. The OIB-like geochemical signatures and the low-grade metamorphism of these alkali basalts-dolerites suggest they came from subducted seamounts that originally formed in an intraplate setting on the Pacific Plate. The Pacific Plate origin of these metabasites suggests they were formed in the Early Cretaceous or earlier.Two types of OIBs have been recognized from alkali metabasites, one of which is geochemically similar to the HIMU-EMI-type OIBs from the West Pacific Seamount Province, and another is similar to the EMII-type OIBs from the Samoa Island in southern Pacific, with negative Nb-Ta-Ti anomalies and enriched Nd-Hf isotopes. Generally, these alkali metabasites are sourced from the heterogeneous mantle sources that are similar to the present South Pacific Isotopic and Thermal Anomaly. This study provides direct evidence for seamount subduction in the Mariana convergent margins. We suggest seamount subduction is significant to element cycling, mantle heterogeneity, and mantle oxidation in subduction zones.     

东海陆架盆地类型及其形成的动力学环境

东海陆架盆地位于欧亚板块东南缘,处于华南陆块(包括西部的扬子地块和东部的华夏地块)之上.其基底是华夏地块在东海陆架的延伸,也是西太平洋大陆边缘构造域的重要组成部分.从全球板块构造格局分析,东海陆架盆地处于西太平洋三角带区域,是印度-澳大利亚板块和太平洋板块与欧亚板块巨型汇聚的地带,也是全球汇聚中心,其东西两侧分别与特提斯和西太平洋构造域演化息息相关.总体来说,东海陆架盆地是“欧亚板块与太平洋板块之间的碰撞、俯冲、弧后扩张,印度-澳大利亚板块与欧亚板块之间的汇聚、碰撞、楔入的远程效应,以及地球深部动力学作用”共同叠加、复合作用形成的弧后盆地.其形成机制符合被动扩张模式,向东的地幔流和软流圈下降流是导致弧后扩张的主要地球深部动力来源.     

开滦矿区唐山矿构造特征及成因演化

开滦矿区唐山矿位于开平向斜北西翼,隶属燕山南麓赋煤构造带,由北向南依次发育F_I、F_II、F_III、F_IV、F_V主断层,地质构造复杂,控制了井田构造格局。基于钻孔和矿井地质资料,以构造规律解析为基础,结合平衡剖面技术,探讨了唐山矿现今构造特征及构造演化期次。研究结果显示:唐山矿主体构造形成于燕山期NW-SE向的挤压应力作用,动力来源为库拉-太平洋板块与欧亚大陆的相互挤压作用;喜马拉雅期,由于库拉-太平洋板块淹没于欧亚大陆之下,唐山矿受到NW-SE向的拉张应力作用,形成了一系列小型正断层,并导致F_I逆断层发生构造反转而变为正断层;利用平衡剖面技术恢复了唐山矿构造演化过程,得到唐山矿地层缩短率为27.3%。      

Rifting-related volcanism in an oceanic post-collisional setting: the Tabar–Lihir–Tanga–Feni (TLTF) island chain, Papua New Guinea

The Tabar–Lihir–Tanga–Feni (TLTF) volcanic island chain occurs in a zone of lithospheric extension superimposed on a post-collisonal tectonic setting along the Pacific and Indo-Australian plates northeast of Papua New Guinea. We present geochemical and Sr, Nd, and Pb isotope data for volcanic rocks from these islands and three recently discovered seamounts located at Lihir island. Major element data document an alkalic affinity of the sample suite and trachybasalts as the predominant rock type. Negative Nb-anomalies in extended trace element patterns, enrichment of the light rare earth elements, and Ce/Pb ratios of about 4 are typical of the values in calc alkaline island arc volcanics and support an origin from subduction-modified mantle. ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of 0.7037 to 0.7044 and _Nd values of +5.6 to +6.8 indicate that the upper mantle evolved with a time-integrated depletion in LREE, however, not as severe as that recorded in basalts from the East Pacific Rise. Variable ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios at less variable ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd ratios suggest that ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of the melts were modified by secondary processes, such as assimilation of seawater Sr from crustal rocks. The Pb isotope ratios are uniform, moderately radiogenic (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb ca. 18.7 to 18.8), and similar to those reported for the active Mariana arc. Elevated ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb ratios relative to Pacific MORB suggest melting of small amounts of subducted sediments (ca. 1–2 wt.%). An important control of subducted sediment on the chemistry of the melts can also be inferred from the ratios of highly incompatible trace elements (e.g., Th, U, Pb, La, and Nb). Additional mantle enrichment by subduction derived fluids is reflected in high values of highly incompatible trace element ratios between fluid mobile (e.g., Ba) and fluid immobile elements (e.g., Th, Nb). The results of this study document that the chemical composition of igneous rocks from post-collisional tectonic settings are strongly influenced by previous plate tectonics. This conclusion implies that the information conveyed by tectonic discrimination diagrams for these rocks must be interpreted with care.     

14MaB.P.澳大利亚板块对赤道太平洋影响的数值模拟

文章利用美国NASA的GISS海气耦合模式,研究了14MaB.P.时期与现代情景下的澳大利亚板块不同位置对赤道太平洋的影响。结果表明:14MaB.P.澳大利亚板块位置较现代偏南时,海洋次表层南赤道海水穿过印度尼西亚通道直接进入印度洋,注入赤道潜流的南赤道海水减少,使得赤道潜流主要来源于北赤道海水,造成赤道太平洋海温比现在冷,其中以赤道西太平洋海温降低幅度最大。而在海洋近表层赤道中东太平洋地区,由于进入海洋的净能量增加和西向风应力加强的共同作用,使得14MaB.P.时海温较之现代情景下要低0.2℃左右。此外,14MaB.P.澳大利亚板块较现代偏南时,赤道太平洋地区的降水量少于现代。