洋底高原及其对地球系统意义研究综述

洋底高原是洋壳的重要组成部分,是广泛分布在洋底的一种面积广大、以镁铁质-超镁铁质岩石为主并且具有异常厚度洋壳的区域。由于洋底高原分布广泛,加之其形成与地幔柱之间具有十分密切的关系,因此洋底高原是研究地球深部过程的一个重要窗口。本文系统总结了洋底高原的研究成果,主要包括洋底高原的全球分布情况、基本特征(产出规模、形成时限、岩石组合、结构组成、地球化学)、鉴别标志、成因机制、地球动力学意义以及洋底高原对于地球表层系统可能产生的影响。洋底高原的地球动力学意义主要表现在5个方面,即:制约大洋俯冲;引起大洋俯冲带后撤和俯冲极性反转;促进大陆增生,构成古老大陆的重要组成部分;促使洋壳平俯冲及高原隆升;诱导板块构造体制的发生。洋底高原对于地球表层系统的影响主要表现在4个方面,即:促使全球海平面升高;造成全球变暖与"温室效应";引起大洋缺氧与黑色页岩沉积;诱使生物大灭绝与快速更迭。除此之外,本文还简单介绍了西藏中部中特提斯残余洋底高原的基本特征,初步探讨了洋底高原在中特提斯洋发育、班公-怒江缝合带演化以及青藏高原初始隆升中所起到的重要作用。

如何判定俯冲增生杂岩中的高度肢解的洋底高原-海山系统

巨型洋底高原或海山系统到达俯冲带发生俯冲以后会在俯冲过程中发生肢解,在增生杂岩带中形成面目全非的小型洋底高原-海山系统的断块或碎片,使得在增生杂岩带中识别古老洋底高原-海山系统变得十分困难。为此,本文提出了基于洋板块地层、岩石学和地球化学联合研究的新方法及其识别标志,重新审定增生杂岩中洋底高原或海山的成因。

洋底高原:了解地球内部的窗口

洋底高原是洋壳的重要组成部分,它是分布在洋底的一种面积广大、且具有异常洋壳厚度的区域。洋底高原通常规模巨大,绝大多数喷发于大洋环境,岩石组成主要为镁铁质到超镁铁质,岩石类型主要为拉斑玄武岩。大多数洋底高原的岩石组成较为相似,而且均形成于一期或两期时间较短却大规模集中喷发的岩浆活动,目前认为是大规模的热地幔物质从地幔深部上升到岩石圈底部,由于巨大地幔柱头部(地幔羽)引起的熔融作用形成的。正是由于洋底高原与地幔柱之间具有这种十分密切的关系,因此对洋底高原的研究将成为我们了解地球内部的窗口。以ODP对翁通—爪哇和凯尔盖朗(Kerguelen)海台的研究为例,简单介绍了洋底高原的基本特征、地幔柱在其形成过程中的作用以及目前在这一领域还未解决的一些问题。

全球洋岛和洋底高原海山中的中酸性岩——数据挖掘及其意义

洋岛类型的海山和洋底高原类型的海山主要由玄武岩组成， 中酸性岩出露很少， 因此很少引起学术界的关注。 我们认为即便中酸性岩很少， 研究他们也是很有意义的， 因为这些中酸性岩不仅可能与洋岛和洋底高原玄武岩的构造背景有关， 也可能与洋岛和洋底高原在形成中酸性岩时的温度和压力变化有关， 这对正确认识洋岛和洋底高原形成的地球动力学背景是很有意义的。 本次研究收集了 GEOROC 数据库中的数据总量为 44 404 个， 经过清洗留下有效数据 3 908 个， 分为洋岛中酸性岩（OIG）、洋底高原中酸性岩（OPG）和洋底高原中酸性岩中的岛弧部分（OPAG）3 类。 学术界通常认为， 洋岛代表热点， 洋底高原温度相对较低， 属于大火成岩省。 然而， 本文对全球洋岛和洋底高原的中酸性岩浆岩的研究表明， 分布在洋岛和洋底高原的中酸性岩主要是板内环境的富碱性的粗面岩和碱性流纹岩， 洋底高原边缘可能受俯冲带的影响， 部分中酸性岩具有岛弧的地球化学特征。 按照中酸性岩的 Sr-Yb 分类， 可知洋岛中酸性岩大多属于南岭型和广西型， 洋底高原海山中酸性岩主要属于南岭型， 广西型很少， 指示洋底高原中酸性岩形成的深度比洋岛浅， 温度也比洋岛低， 同时表明中酸性岩大多形成的压力较低而温度很高， 指示伴有高热中酸性岩的洋岛和洋底高原是地球上的热点。 本文认为， 洋岛和洋底高原中酸性岩并非学术界普遍认为的是玄武岩和碧玄岩分离结晶形成的， 因为洋岛和洋底高原岩浆岩如果是双峰式分布的话， 则不大可能是分离结晶的， 其中的酸性岩部分可能是玄武岩部分熔融形成的。 同时有些岩浆演化的关系表明， 中酸性岩在哈克图解中与玄武岩受不同因素制约， 说明并非演化的关系。

西太平洋卡罗琳洋底高原俯冲系统的构造特征与钻探建议

洋底高原的形成与演化过程是近年来海洋地质学关注的重点科学问题之一。卡罗琳洋底高原位于西太平洋雅浦海域,其构造演化独具特色,经历了热点火山作用、俯冲碰撞和裂解等多个地质事件,为洋底高原的研究提供了关键案例。目前对卡罗琳洋底高原演化过程的认识尚未完全明晰,未来研究可聚焦4个方面:(1)卡罗琳洋底高原北部正常洋壳年龄的厘定,揭示卡罗琳板块-太平洋板块边界的位置与形态;(2)结合钻井、地震地层学研究,建立地层年代框架,识别区域构造事件的发生时间与影响范围;(3)揭示索罗尔海槽岩石圈的张裂阶段及新洋壳是否形成;(4)阐明卡罗琳洋底高原俯冲前缘挠曲断裂带地壳的性质与年龄。近年来,我国十分重视卡罗琳海域的地质和地球物理调查研究,并有望开展大洋钻探计划。本文在前期工作的基础上提出了雅浦海域大洋钻探站位选取建议,希望可以解决以上关键科学问题,为全球洋底高原的形成演化研究贡献中国智慧。

卡洛琳洋底高原地幔柱成因--来自地球化学和年代学的约束

洋底高原的成因提供了深部地幔组成和熔融动力学的重要信息。卡洛琳海脊由西、东卡洛琳海脊组成,在西太平洋俯冲体系的演化中起着重要的作用,但人们对卡洛琳海脊的性质和成因知之甚少。根据海底取样,我们首次确认了卡洛琳海脊是一个大型火成岩省形成的洋底高原(卡洛琳洋底高原)。卡洛琳洋底高原与东部的卡洛琳海山链相连,而海山链形成于一个根深蒂固的热点之上。为了研究卡洛琳洋底高原地幔源区的性质及其与卡洛琳海山/岛链的成因关系,我们对卡洛琳洋底高原玄武岩样品进行了年龄测定,并分析了其主微量元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素。卡洛琳洋底高原玄武岩样品可分为碱性玄武岩和拉斑玄武岩两个系列。拉斑玄武岩的年龄(15.62±3.16~19.26±0.35 Ma)比碱性玄武岩(8.13±0.81 Ma)和东部卡洛琳海山/群岛的火山岩要老。拉斑玄武岩具有与翁通爪哇高原玄武岩相似的微量元素配分模式。我们认为拉斑玄武岩是卡洛琳洋底高原主阶段火山作用形成的,而碱性玄武岩属于火山作用晚期产物。卡洛琳高原碱性玄武岩具有与卡洛琳群岛玄武岩相似的同位素组成,表明它们起源于同一富集地幔端元。具有类大洋中脊玄武岩亏损地球化学特征的卡洛琳拉斑玄武岩表明它们的地幔源区有亏损地幔的参与,且拉斑玄武岩的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成可通过将碱性玄武岩与大洋中脊玄武岩亏损地幔组分混合而产生。根据卡洛琳洋底高原这两类玄武岩的Sm/Yb比值相对较低,推测卡洛琳洋底高原形成于岩石圈较薄的年轻卡洛琳板块上。我们认为卡洛琳洋底高原/海山体系火山岩的地球化学特征和形成时代可以用卡洛琳热点的活动来解释。卡洛琳洋底高原和群岛火山岩的喊度和Sm/Yb比值随年龄减少而增大,反映了上覆岩石圈的增厚和卡洛琳地幔柱活动的减弱。

西太平洋洋底高原内部结构与形成演化

洋底高原是在深海盆地中最显著的大火成岩省,记录着海洋大规模的岩浆活动,对研究地壳结构、板块构造、地幔动力学乃至地球演化历史都具有重要意义。西太平洋是洋底高原分布最密集的区域,是研究洋底高原内部结构与形成演化的最佳场所。选取西太平洋中最具代表性的6座洋底高原——沙茨基海隆、赫斯海隆、麦哲伦海隆、翁通爪哇高原、马尼希基高原以及希古朗基高原,通过对这6座洋底高原地质概况的简要描述,归纳近年来获得的地球物理与地球化学重要观测结果,揭示其内部结构的共性,包括大面积地形隆起、异常厚的地壳、异常负的地幔重力异常以及形成于洋中脊之上或者附近的位置特征;探索了其形成机制,即地幔柱与洋中脊的相互作用可能是洋底高原的主要成因。

基于重力数据的翁通爪哇海台密度结构研究

翁通爪哇海台位于太平洋西侧,是世界上体积最大、地壳最厚的海台,也是少数正在与岛弧汇聚的海台之一。本文利用可用的自由空气重力异常数据反演了翁通爪哇海台的地壳密度结构。结果显示,研究区内翁通爪哇海台的地壳密度由南西向北东逐渐降低,在研究区南西侧的斯图尔特隆起附近有高密度入侵现象。本文认为,海台地壳密度差异是由于92 Ma前的第二期地幔柱事件中,基性较强、密度较大的新一期岩浆对原始海台不同区域的差异性影响造成的;高密度入侵可以用20~25 Ma前翁通爪哇海台与所罗门弧的碰撞事件来解释,该碰撞事件使海台地壳深部的部分高密度玄武岩熔体沿斯图尔特隆起内部新产生的或被重新激活的断层、裂缝上升,形成高密度入侵体。

岩石圈长波长磁异常及其地质意义

在低轨卫星几百千米的高度上,大部分近地表观测到的岩石圈磁异常细节衰减殆尽,只留下衰减较慢的长波长磁异常.长波长磁异常可以揭示出岩石圈居里面以上显著的物性差异,对于研究地壳深部的物质组成、结构和演化具有重要意义.为了使读者能从全球尺度上对长波长磁异常的起源形成具体的认识,本文首先回顾了不同时期的卫星磁异常图及主要的岩石圈磁场模型,然后基于CHAOS-7模型计算结果,对500 km高度除极区外幅值大于4 nT的长波长磁异常进行了识别编号,共计29个磁异常.其中,陆地上磁异常20个,海洋中磁异常9个.通过对已有研究成果的综述及地质资料的对比分析,逐一介绍了磁异常的起源.陆地区域的长波长磁异常大多位于前寒武基底,相关的地质单元有太古代地核、元古代地体、富铁建造等,少数位于造山带背景.海洋区域的长波长磁异常全部都位于洋底高原,普遍与白垩纪时期冈瓦纳大陆裂解相关,具有加厚地壳特征.因此,针对长波长磁异常的持续深入研究对于地壳生长和演化具有重要意义.随着我国卫星磁测的蓬勃发展,相信会有越来越多的国内科研人员关注并研究这类大规模磁异常.

西太平洋大塔穆火山的重力导纳分析以及对其形成机制的启示

本文利用卫星重力数据和海底地形数据对大塔穆火山开展详细的重力导纳分析。结果显示大塔穆火山的岩石圈有效弹性厚度是1~3 km,指示火山形成于洋中脊之上,符合低重力异常和洋中脊三联点的构造背景。Airy均衡模型和岩石圈挠曲均衡模型推算的大塔穆火山的平均地壳厚度是11~17 km,最厚处拥有一个约30 km的地壳根,与实际地震观测结果基本一致。大塔穆火山的超厚洋壳不同于正常洋中脊,目前地幔柱与洋中脊相互作用是比较合理的成因模式。研究还发现大塔穆火山底下存在一个质量缺失的低密度区,这个区域可能是残留岩浆房造成的结果,与火山中心的地球化学特征、地震波速异常以及广泛的后期火山活动相吻合。另外,这个低密度区提供浮力支撑火山中心隆起,可能导致火山侧翼因差异性沉降而产生正断层。

祁连山蛇绿岩带和原特提斯洋演化

位于阿拉善地块和柴达木地块之间的祁连造山带记录原特提斯洋扩张、俯冲、闭合、大陆边缘增生和碰撞造山的完整过程。从南向北,祁连造山带发育有三条平行排列、不同类型的蛇绿岩带:(1)南部南祁连洋底高原-洋中脊-弧后蛇绿岩混杂带;(2)中部托勒山洋中脊型蛇绿岩带;(3)北部走廊南山SSZ型蛇绿岩带。南部南祁连蛇绿混杂岩带以拉脊山-永靖蛇绿岩为代表,为典型的洋底高原型蛇绿岩,是大洋板内地幔柱活动的产物,形成年龄为525~500Ma;中部托勒山蛇绿岩带沿熬油沟-玉石沟-冰沟-永登一线分布,为大洋中脊型蛇绿岩,蛇绿岩形成年龄为550~495Ma;北部蛇绿岩带包括弧前和弧后两种类型,弧前蛇绿岩以大岔大阪蛇绿岩为代表,形成时代为517~487Ma,反映初始俯冲/弧前扩张到弧后盆地的过程;弧后蛇绿岩以九个泉-老虎山蛇绿岩为代表,为典型的SSZ型蛇绿岩,是弧后扩张的产物,形成时代为奥陶纪(490~445Ma)。三个蛇绿岩带分别代表了新元古代-早古生代祁连洋演化历史不同环境的产物,对了解秦祁昆构造带原特提斯洋的构造演化过程有重要意义。蛇绿岩及弧火山岩的时空分布特征限定了原特提斯洋的俯冲极性为向北消减俯冲。

增生型微地块的成因模式及演化

增生型微地块是指在俯冲带消亡过程中大?中型洋壳板块内部较厚洋底高原、大火成岩省、外来微地块增生拼贴到大陆边缘而残留形成的微地块。增生型微地块通常位于板块的汇聚地带,其成因是由于俯冲板块上的洋壳高原、海山、岛弧或陆壳到达俯冲带后,因浮力效应增大,使得该微地块的俯冲作用明显地受到阻碍,进而拼贴“停靠”到上覆板块上。例如,西菲律宾海沟的宾汉海隆和马里亚纳海沟北部的小笠原高原,都对俯冲作用产生了极大的阻碍作用并使其近乎停止,这两个高原也得以“停靠”就位在上覆板块边缘。位于中美洲的科伊瓦微板块(Coiba microplate),则由于巴拿马三节点的作用,逐渐与周缘的科科斯板块、纳兹卡板块分离而独立出来,并因其西侧右旋转换型边界和南侧左旋转换型边界的俯冲终止,稳定地“停靠”在中美洲陆缘。总体来说,增生型微板块的边界肯定有一条边为死亡的或活动的俯冲带,其他边界可以是转换型、俯冲型、离散型。转换型边界的实例如菲律宾岛弧带和中美洲的科伊瓦微板块等;俯冲型边界的实例如台湾东部拼贴的北吕宋岛弧;离散型边界的实例主要分布在东南亚?澳洲板块之间的俯冲系统内,这一地区发育了一系列弧后盆地,这些弧后盆地边缘又包含超伸展而裂离的陆壳残块,这一陆壳性质复杂的区域主要是以弧后盆地的扩张中心(离散型边界)和俯冲带作为边界,因而弧后盆地的俯冲消亡很可能会形成新的增生型微板块。

大陆的起源

太阳系固体星球都有类似的核-幔-壳结构,但唯独人类居住的地球具有长英质组成的大陆壳。太古宙大陆克拉通主要由英云闪长岩(Tonalite)-奥长花岗岩(Trondhjemite)-花岗闪长岩(Granodiorite)为主的TTG深成侵入体变质而成的正片麻岩和由基性-超基性酸性火山岩及少量沉积岩变质的表壳岩(绿岩)组成。已有的资料显示这些太古宙大陆岩石组合起源于大洋壳的部分熔融。大洋壳分为大洋盆地、洋中脊、岛弧和洋底高原(大洋岛)。前两者地壳的平均厚度只有5~10km,不可能成为形成太古宙TTG深成侵入体的场所。因此,长英质大陆或起源于板块构造体制下的岛弧,或起源于地幔柱体制下的洋底高原。板块构造体制下的岛弧模式能够很好地解释太古宙克拉通TTG深成岩的成因,即俯冲大洋板片部分熔融所形成的埃达克岩相当于太古宙高压(高Al2O2)型TTG,而俯冲板片脱水导致地幔楔部分熔融形成的玄武质地壳再次熔融所形成的钙碱性花岗质岩石相当于太古宙低压(低Al2O2)型TTG。然而,板块构造体制下的岛弧模式不能令人满意地解释太古宙绿岩带火山岩组合中缺少大量的安山岩、科马提岩~1600℃高温形成环境、克拉通规模近于同时侵位的TTG岩套、大规模卵形构造样式、代表性的逆时针P-T轨迹变质作用演化等诸多特征。相反,地幔柱洋底高原模式能够合理地解释太古宙绿岩双峰式火山岩组合的成因,即基性的拉斑玄武岩和超基性的科马提岩分别来自地幔柱头部部分熔融和尾柱熔浆,而酸性的英安岩、流纹质英安岩和流纹岩是地幔柱热异常导致的洋底高原底部的部分熔融物。按照地幔柱洋底高原模式,太古宙TTG岩浆是由洋底高原底部玄武质地壳的部分熔融而成,这样能够合理地解释为什么太古宙TTG能够在短时间内巨量产出并在形成时间上没有任何系统变化。地幔柱洋底高原模式还能合理地解释太古宙克拉通穹隆构造(dome-and-keel structure)样式、近等压冷却型(IBC)逆时针P-T轨迹,缺少蓝片岩和双变质带的等典型岛弧俯冲带的标志的特征。本文在对大陆起源的岛弧模式和地幔柱洋底高原模式综合评述的基础上,提出一个大陆起源于洋底高原的两阶段模式。

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。

伊豆−博宁−马里亚纳岛弧地壳厚度分布及其对岩浆活动的指示

数值模拟研究认为洋底高原/洋脊俯冲和弧后扩张能够有效影响俯冲带岩浆活动和岛弧地壳增生。本文以伊豆−博宁−马里亚纳(IBM)俯冲带为实例,论证该结论的有效性。以卫星测高反演重力异常为基础,通过构建地球不同圈层密度模型,反演得到IBM俯冲带莫霍面埋深。本文的莫霍面埋深反演结果与地震解释结果具有一致的分布趋势。结合开源水深和沉积层厚度数据,给出了IBM俯冲带地壳厚度分布。IBM岛弧地壳体积沿走向的分布特征表明:①小笠原洋底高原和相对较小规模达顿洋脊的俯冲,都能够使得相应位置的岛弧变窄、地壳变厚、体积增大;②马里亚纳海槽扩张显著降低了岛弧地壳体积的增生量。

卡洛琳海山链成因及验证地幔柱成因假说的大洋钻探设想

地球上除了板块边界形成的岩浆活动之外,在板块内部也广泛存在大规模岩浆活动。其中,板内岩浆活动在大洋中形成了广泛的洋底高原和链状分布的海山。20世纪70年代,国际上提出“地幔柱”假说来解释洋底高原和有时间序列的海山链成因。“地幔柱”假说认为,深部地幔物质上涌过程中包裹周围地幔物质,并在浅部上地幔发生高程度部分熔融,首先形成大规模洋底高原,接着在运动的板块之上形成有年龄序列的洋岛/海山链。然而,长期以来,并没有找到明确有成因联系的洋底高原-海山链系统,使得该假说一直没有得到证实。卡洛琳火山系统由西部的卡洛琳高原和东部卡洛琳洋岛/海山链组成。回顾了卡洛琳海山链火山岩已有研究成果,结果显示,卡洛琳海山链很可能是由一个年轻(约30 Ma)地幔柱形成。尽管如此,在卡洛琳洋底高原和东部海山链之间还有大量平顶海山尚未进行过火山岩采样研究,目前对该海山链系统是否由一个地幔柱“热点”连续形成还缺少明确证据。由于该区海山通常被沉积物或礁灰岩覆盖,常规采样困难。本文提出对该平顶海山区进行5个站位的钻探采样,并开展岩石学、年代学和地球化学研究,并与卡洛琳洋底高原和海山链进行详细对比,将有望检验“地幔柱”假说是否成立。

海洋地球科学最近发展概况——参加国际海洋地质委员会第三次会议纪要

国际海洋地质委员会(CMG)是国际地质科联(IUGS)的一个下属组织,共有委员13人,均为世界著名的海洋地球科学家。1982年2月,我被聘选为该委员会的委员,并应邀参加了1982年7月19～24日在西德海德堡(Heidelberg)大学举行的第三次国际海洋地球科学工作会议。

西南印度洋岩浆补给特征研究：来自洋壳厚度的证据

西南印度洋中脊为典型的超慢速扩张洋中脊,其岩浆补给具有不均匀分布的特征.洋壳厚度是洋中脊和热点岩浆补给的综合反映,因此反演洋壳厚度是研究大尺度洋中脊和洋盆岩浆补给过程的一种有效方法.本文通过对全球公开的自由空气重力异常、水深、沉积物厚度和洋壳年龄数据处理得到剩余地幔布格重力异常,并反演西南印度洋地区洋壳厚度,定量地分析了西南印度洋的洋壳厚度分布及其岩浆补给特征.研究发现,西南印度洋洋壳平均厚度7.5km,但变化较大,标准差可达3.5km,洋壳厚度的频率分布具有双峰式的混合偏态分布特征.通过分离双峰统计的结果,将西南印度洋洋壳厚度分为0~4.8km的薄洋壳、4.8~9.8km的正常洋壳和9.8~24km的厚洋壳三种类型,洋中脊地区按洋壳厚度变化特征可划分为7个洋脊段.西南印度洋地区薄洋壳受转换断层控制明显,转换断层位移量越大,引起的洋壳减薄厚度越大,减薄范围与转换断层位移量不存在明显相关性.厚洋壳主要受控于该区众多的热点活动,其中布维热点、马里昂热点和克洛泽热点的影响范围分别约340km,550km和900km.Andrew Bain转换断层北部外角形成厚的洋壳,具有与快速扩张洋中脊相似的转换断层厚洋壳特征.

中国东部大陆边缘中生代晚期增生过程的数值模拟:以那丹哈达为例

许多现存造山带中均发现了洋岛玄武岩(OIB)和地幔柱型蛇绿岩记录,因此洋底高原增生是大陆生长的重要方式,但目前对控制洋底高原增生过程的机制仍不清楚。采用热-机械-岩石学模型数值模拟研究洋底高原的陆缘增生过程,结果显示洋底高原向大陆边缘增生具有3个控制因素:(1)减薄的大陆边缘;(2)海洋岩石圈中的“薄弱”层;(3)年轻的洋底高原。模拟结果与中国东北地区那丹哈达地体的野外构造解析结果和地球化学特征结合,揭示了洋底高原和东北亚大陆边缘的强烈挤压引起俯冲带的应变集中,产生与阿尔卑斯型褶皱相关的高角度逆冲断层和背冲断层,并伴随低级变质作用的构造折返过程。

太平洋大塔穆火山研究进展及对巨型洋底火山成因的启示

坐落在西北太平洋的沙茨基海隆为地球上第三大洋底高原,而其中的大塔穆火山被称为"地球上最大的单体火山".本文综述了国际科学团队近期对大塔穆火山进行的多次海洋地质与地球物理调查,阐述"地幔柱"与"洋中脊"两种端元成因假说各自的重要证据以及争论的焦点问题.沙茨基海隆自南西向北东年龄逐渐变年轻、火山规模变小,是支持"地幔柱"假说的直接证据.大塔穆火山上巨厚块状熔岩、低坡度盾状单体火山构造代表地幔柱头岩浆大规模快速喷发,而奥里火山和希尔绍夫火山枕状熔岩则反映从地幔柱头过渡到地幔柱尾的过程中岩浆作用减弱.另一方面,大塔穆火山水下喷发,岩石样品显示洋中脊玄武岩的特征,以及地壳厚度与平均速度负相关性(反映化学异常来源),这些证据与"地幔柱"假说的预测不符,因而更支持"洋中脊"假说.然而"洋中脊"假说不能解释大塔穆火山单个来源如何输出如此大量的岩浆.再一方面,由人工地震长剖面观测到的莫霍面与艾里重力均衡模型所预测的莫霍面基本吻合,但此观测本身并不能区别更符合哪一种端元模型.总之,大塔穆火山既有"地幔柱"的特征,又有"洋中脊"的特征,单靠一种端元模式无法解释所有的重要观测.因此,"地幔柱-洋中脊相互作用"可能是一种更合理的替代模型,但地幔柱与洋中脊相互作用的具体过程及机制等重要问题目前尚未解决,仍需进一步研究.获取高精度地磁异常等观测资料以及开展三维地球动力学模拟将实质性地推动对沙茨基海隆等洋底高原形成机制的研究.