南海从大陆裂解到火成岩洋壳的快速转变

大陆裂解过程,即大陆岩石圈拉张和减薄的过程,会引起板块破裂和洋壳初始形成。大陆裂解期间的岩浆作用似乎遵循大量、快速的岩浆活动(富岩浆边缘)和岩浆活动匮乏(贫岩浆边缘)这两种模式。后一种模式的特征是大陆岩石圈的极度伸展和地幔剥露早于火成洋壳的形成。贫岩浆边缘的发现加深了人们关于洋底岩浆作用如何开始等基本问题的理解,并指导了许多横跨裂谷边缘地震数据的解释,其中包括高度伸展的南海北部边缘。在本文中,我们报道了国际大洋发现计划在中国南海北部边缘的钻探数据,检验了北大西洋以外的贫岩浆边缘模式。与预期相反,此次结果表明在南海大陆裂解过程中,洋中脊玄武岩型岩浆活动刚开始,大陆裂谷就快速地转变成了火成岩洋壳。钻孔岩心和地震资料表明,没有地幔剥露的快速岩石圈伸展是在两个经典模式之间产生的一种过渡的边缘结构。在大陆最终裂解过程中,软流圈地幔上涌,导致在正常温度的地幔中产生洋中脊玄武岩型岩浆作用,可以用来解释裂前薄岩石圈快速裂解这一过程。

东亚深部板片水平俯冲和撕裂

从地震层析成像资料推断的地幔中俯冲板片的现今结构是地质时期板块构造运动的结果。位于东亚下方660 lcm地幔不连续面之上的近水平状巨大板片可能是太平洋板块俯冲的残留部分。尽管己有大量的数值模型被用来探索俯冲板片停滞的动力学机制和地球物理参数,但由于板块构造历史的不确定性和地幔的不均一性,人们对这种水平结构板片的演化还没有完全了解。在这里我们提出,在最新的板块构造重建模式限定下的正向地幔流模型基本上可以解释东亚下方地震层析成像中的主要特征。另外,随着菲律宾海板块在中新世期间发生顺时针旋转,强烈的撕裂作用通过俯冲的西太平洋板片传播,导致内部板片的分裂。我们认为,这种与菲律宾海板块旋转有关的撕裂作用也会影响俯冲板片的水平结构。

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。