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。     

发育大洋斜长花岗岩的南海管事平顶海山：深部地壳和莫霍面钻探的优选区？

本文紧密围绕IODP“面向2050年大洋钻探科学框架”中的“地球深部探测”旗舰计划和“莫霍面”梦想，研究并总结全球现代洋壳发现的大洋斜长花岗岩的分布规律、岩石组合特征和成因模式，探讨发育大洋斜长花岗岩的南海管事平顶海山是否为深部地壳和莫霍面钻探潜在优选区。统计结果表明大洋斜长花岗岩在多种不同构造背景形成的洋壳上均有发现，包括西南印度洋超慢速扩张构造环境，大西洋、西北太平洋、西印度洋和中印度洋慢速扩张构造环境，东太平洋快速扩张构造环境，南海等边缘海构造环境，伊豆- 小笠原- 马里亚纳(IBM)岛弧、九州- 帕劳海脊、Amami海底高原等洋内俯冲构造环境。多数大洋斜长花岗岩呈脉状零散分布于辉长岩中，意味大洋斜长花岗岩可能形成于洋壳深部，在后期断裂等地质作用下被剥蚀而更容易被发现，成为了解洋壳深部岩浆过程和洋壳结构的一个窗口。管事平顶海山位于南海东部次海盆古扩张脊附近，拖网获得MORB型大洋斜长花岗岩，前人基于地球化学数据认为其可能为辉长岩部分熔融形成。本文推测管事平顶海山大洋斜长花岗岩很可能为洋壳深部物质剥露海底，是南海的一个重要构造窗口，有望成为南海深部地壳和莫霍面钻探的潜在优选区，但需要开展进一步调查研究以验证推测：① 海山大洋斜长花岗岩为拖网所得，位置误差较大，需开展可精确定位的电视抓斗、浅钻或有缆遥控水下机器人(ROV)调查；② 海山目前只发现大洋斜长花岗岩，需调查海山是否发育辉长岩等深部地壳岩石组合；③ 需开展重磁、深反射地震、海底地震仪(OBS)、大地电磁等调查研究，建立管事平顶海山洋壳和上地幔结构模型，查明断裂带分布，揭示莫霍面深度。     

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.      

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。     

大洋橄榄岩岩石学和地球化学研究的前沿信息

大洋橄榄岩和洋中脊玄武岩是地幔熔融和熔体萃取过程中的互补产物 ,地幔熔融和熔体萃取过程形成洋壳 ,因此大洋橄榄岩和洋中脊玄武岩的研究可提供这一过程的独立信息。通过大洋橄榄岩和洋中脊玄武岩的岩石学与地球化学研究 ,特别是痕量元素在熔融和熔体演化过程中地球化学行为的研究 ,对定量描述洋中脊下地幔熔融动力学和认识化学地球动力学模式是十分重要的。目前 ,大洋橄榄岩的研究 ,已成为岩石学研究的前沿领域之一。     

对称与非对称扩张洋脊玄武岩地球化学特征与岩浆过程:以慢速扩张卡尔斯伯格脊为例

<正>慢速扩张洋脊占全球洋中脊扩张系统的80%(Murton and Rona,2015),在全球洋中脊系统研究中具有重要的意义。西北印度洋卡尔斯伯格脊南起2°S,以NW-SE向趋势延伸至10°N,洋脊的扩张速率为24.6~34.4 mm/a,属于典型的慢速扩张洋脊(Ray et al.,2013)。地形分析发现,其对称扩张洋脊段具有较窄的对称V形脊轴裂谷,发育脊轴新火山脊,扩张方向与脊轴的走向垂直;非对称扩张洋脊     

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。     

慢速-超慢速扩张洋中脊热液活动及其机理

海底热液系统是地球热量平衡的重要组成,也是地球化学循环和成矿作用发生的主要场所,与洋中脊系统在空间上具有很强的联系.慢速-超慢速扩张洋中脊中确认的活跃热液喷口数量约占全球总数量的三分之一,查明热液发育位置及发育岩性与岩浆-构造活动的耦合关系,对于研究海底热液活动演化过程和海底找矿具有很好的指示意义.本文将全球慢速-超慢速扩张洋中脊中已确认的活跃热液活动进行统计分类,其中受岩浆活动控制的热液活动有29处,而受构造活动控制的热液活动有15处,相对于快速-中速扩张洋中脊显示出较强的构造相关性.研究发现,岩浆作用控制下的热液活动集中在洋中脊轴部中央裂谷内,而构造主控型热液活动常发育在非转换不连续间断和拆离断层系统内.随着大洋核杂岩成熟,热液活动位置向着离轴方向迁移,并且热液类型由高温"黑烟囱"型向低温弥散流型转变.     

海底CORK观测30年:发展、应用与展望

过去50年深海钻探计划(DSDP)、大洋钻探计划(ODP)及综合大洋钻探计划(IODP)等国际间综合深海钻探计划的实施,使我们对地球和海洋的认识取得了显著进步。海底井控观测装置(CORK)的研发和应用是上述深海钻探计划带给我们的最宝贵财富之一。目前地球科学和海洋科学已由过去的间断性观测模式升级为现在的连续性原位观测模式,海底CORK观测系统为地球科学、海洋科学与生命科学领域的科学家对海底洋壳复杂而又相互关联的深部过程进行数秒至数十年时间尺度的研究提供了新手段和新机遇。通过对海底CORK观测系统的发展演变、在ODP和IODP航次中的使用以及在此过程中获得的科学经验和教训进行总结,对CORK系统如何应用于我国洋壳地质学、水文学、微生物学及生物地球化学过程研究提出看法。     

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。     

大西洋中脊热液硫化物矿点地形制约及勘探靶区筛选

<正>近几十年来,由于勘探技术的进步,世界诸国开始重视和进行深海大洋海底矿产资源的调查勘探工作。海底多金属硫化物是海底矿产资源极为重要的一项,对其的研究具有明显的经济与科学意义。大西洋中脊属于慢速扩张脊,慢速扩张洋中脊容易发育大型的热液多金属硫化物。大西洋的热液硫化物主要分布于洋中脊地区,底部基岩主要由基性玄武岩与少量超基性岩组成。大西洋中脊的热液硫化物可主要分为Cu-Zn型和Cu-Fe型硫化物。已发现的热液硫化物区域在地形上具有显著差异,主     

西南印度洋中脊63.9°E斜长石超斑状玄武岩对超慢速扩张洋脊岩浆过程的指示

人们对超慢速扩张洋中脊深部岩浆过程的了解至今仍十分模糊。我们对西南印度洋洋中脊(Southwest Indian Ridge,SWIR) 63. 9°E处采集到的斜长石超斑状玄武岩(Plagioclase Ultra-Phyric Basalt,PUB)进行了岩石学和地球化学研究。样品具有以下几个特征:斜长石斑晶的体积分数高达～25%,而橄榄石斑晶的体积分数约1%;尽管该样品中玻璃的成分与同一洋脊段玄武岩的成分基本一致,但高Fo橄榄石斑晶与玻璃基质的成分不平衡;不同类型的斜长石晶体之间存在成分差异,单个斜长石大斑晶中的An值也呈现出与正常的结晶分异过程不符的环带;斜长石斑晶中发育溶蚀、筛状等不平衡结构。因此,我们认为,斜长石超斑状玄武岩经历了多期次熔体的作用,是由通过密度分选聚集在岩浆房顶部的斜长石斑晶被之后的火山喷发带出海底形成。尽管斜长石超斑状玄武岩与同一洋脊段的非斑状玄武岩之间并不存在母熔体成分上的差别,但超斑状玄武岩的出现进一步反映了超慢速扩张洋壳岩浆活动的多样性。     

慢速洋中脊3类大地构造单元及其热液成矿特征

<正>在全球总长为64000 km的洋中脊系统中,慢速扩张洋中脊约占其中的60%(Mark Hannington,2011)。慢速扩张洋中脊发育的热液系统相对稳定,往往较易形成大规模的硫化物矿床(Fouquet,1997;Hannington et al.,2005),据估算,大约有85%的洋中脊硫化物资源集中发育在慢速扩张洋中脊(Mark Hannington,2011)。然而,慢速扩张洋中脊各个脊段之间构造-岩浆作     

IODP中的海陆对比和海陆相互作用

综合大洋钻探计划（IODP）将于2003年10月启动。与大洋钻探计划（ODP）相比,IODP规模更大,钻探和研究范围更宽,囊括地球科学的诸多领域,涉及海底生物圈、地球壳幔结构、俯冲工厂和地震活动、古环境记录和海底资源等。从海陆对比和海陆相互作用的角度,分析我国地球科学,尤其是新生代地质学研究中的一些特点和优势。中国新生代地质演化历史别具特色,如宏观地形格局的变化,喜马拉雅山和青藏高原的隆升,西太平洋边缘海的扩张,亚洲季风系统的形成等,这些特色成为中国科学家参与IODP科学研究计划的优势。     

石榴子石捕掳晶揭示洋中脊地幔的再富集过程

正大洋中脊的减压熔融是产生洋壳和大洋岩石圈地幔的场所。一般而言,洋脊处玄武岩熔体并不是被完全抽离的,残留在洋脊轴部的熔体会交代周边的大洋岩石圈地幔,使其具有较为富集的微量元素分配特征。然而,类似的富集过程在远离洋中脊轴部(offaxis)的区域是否会发生还不清楚。针对这个问题,最近瑞士洛桑大     

卡尔斯伯格洋中脊(Carlsberg Ridge)玄武岩地球化学特征及其对地幔不均一的指示

<正>卡尔斯伯格洋中脊(Carlsberg Ridge;CR)位于印度洋北部,南端与中印度洋中脊相连,北端延伸进入红海。CR洋脊半扩张速率为11-16mm/yr(Ramana,et al.1993),为慢速扩张洋脊,具有类似于北大西洋中脊的地形地貌特征(Raju,et al.2008)。作为印度洋中脊的重要组成部分,CR洋脊是最年轻和最复杂的洋脊之一,也是研究程度最低的洋脊之一(Murton,et al.2005;Nauret,et al.2006;Ray,et al.2013)。印度     

全球洋中脊系统的构造特征及其运动学意义

本文将全球洋中脊系统作为研究整体,根据洋中脊的全球分布、运动学特征及其初始形成时与泛大陆的构造几何关系,将全球现今的洋中脊系统划分为内、外支洋中脊。外支洋中脊为探索者洋中脊-太平洋洋隆-东南印度洋中脊-西北印度洋中脊,起源于泛大洋及冈瓦纳大陆内部;内支洋中脊为西南印度洋中脊-大西洋中脊-北冰洋加科尔洋中脊,起源于泛大陆内部。两者之间通过俯冲带、转换断层以及弥散性板块边界实现全球板块构造在运动上的平衡,并保持地球的球形几何形态恒定。外支洋中脊在全球板块构造上造成泛大洋缩减,并持续被太平洋取代,直接推动了环太平洋俯冲带的形成;内支洋中脊造成大西洋盆、印度洋盆中生代以来持续扩张。中生代以来,外支洋中脊和内支洋中脊共同作用引起非洲板块、印度澳大利亚板块向北运动,新特提斯洋盆关闭,形成特提斯(阿尔卑斯山-喀尔巴阡山-扎格罗斯山-喜马拉雅山)碰撞造山带,并通过洋中脊扩张平衡了相关的岩石圈缩短。     

综合大洋钻探计划

综合大洋钻探计划（Integrated Ocean Drilling Program,IODP）是一项旨在通过研究海底沉积物和岩石来探索地球历史和结构的宏大国际研究计划。其前身国际大洋钻探计划（Ocean Drilling Program,ODP）和深海钻探计划（Deep Sea Drilling Project,DSDP）,是20世纪地球科学领域规模最大、历时最久的国际合作研究计划,所取得的科学成果证实了海底扩张、大陆漂移和板块构造理论,极大地推动了20世纪地球科学的革命。     

综合大洋钻探计划

综合大洋钻探计划（IntegratedOceanDrillingProgram，IODP）是一项旨在通过研究海底沉积物和岩石来探索地球历吏和结构的宏大国际研究计划．其前身国际大洋钻探计划（OceanDrillingProgram，ODP）和深海钻探计划（DeepSeaDrillingProject，DSDP），是20世纪地球科学领域规模最大、历时最久的国际合作研究计划，所取得的科学成果证实了海底扩张、大陆漂移和板块构造理论，极大地推动了20世纪地球科学的革命。