黄岩海山链俯冲与吕宋岛斑岩铜金成矿

菲律宾吕宋岛上约5Ma以来的斑岩铜金矿床主要集中在北部的Baguio和Mankayan地区,它们在时空上与黄岩海山链密切相关。1907~2013年间的地震数据表明,在吕宋岛中部（16°N）附近存在地震稀疏带。吕宋岛上的斑岩铜金矿床分布在该地震稀疏带的两侧。收集到的相应时期埃达克岩的Sr/Y-（La/Yb）N、Sr/Y-Y和La/Yb-Yb图解表明,这些埃达克岩几乎都是洋壳部分熔融形成的。与吕宋岛北部侵入型埃达克岩相比,位于16°N附近的埃达克岩具有更高的Sr含量,这可能与南海古扩张脊俯冲撕裂形成的板片窗有关。斜长石是辉长岩的主要矿物之一,因此,撕裂的洋壳边缘的辉长岩层部分熔融,形成具有更高Sr含量的埃达克质岩浆。而位于吕宋岛南部Bataan弧中的埃达克质火山岩,可能是在南海古扩张脊俯冲之前形成的。根据已发表的斑岩铜金矿床数据,Mankayan地区的成矿年龄在约3.5~1.4Ma,Baguio地区的成矿年龄在约3.1~0.5Ma之间,有从北向南变年轻的趋势,这与黄岩海山链沿马尼拉海沟向南迁移一致。此外,吕宋岛北部Mt.Cagua到Baguio之间存在一个延伸了220km的第四纪火山活动的空隙,该区域大部分火山已经在中新世停止活动。这可能是黄岩海山链的俯冲使得俯冲倾角逐渐变缓、挤压加强而导致的。同时期的斑岩铜矿床正好分布在这一火山空隙中,是俯冲洋壳部分熔融的产物。

麦哲伦海山链漂移史及可能的来源

麦哲伦海山链主要由十多座相对独立的平顶海山组成,呈北西向展布于太平洋海山密集区。结合前人对麦哲伦海山链形成和漂移的认识,从板块运动和几何学角度出发采用backtracking和hot-spotting海山追踪方法对该区海山的起源与形成进行了研究,结果表明,麦哲伦海山链是多热点成因的板内火山和板块构造运动共同作用的产物,最初于白垩纪期间由法属玻利尼西亚热点群西侧呈北北西向排列的热点活动产生,继而受到板块运动与区内近南北向和北北东向两组断裂及其热活化等的改造作用,最后形成了现今看到的平顶海山。

无震脊或海山链俯冲对超俯冲带处的地质效应

全球海底分布着众多的无震脊或海山链,且在太平洋、印度洋及大西洋均存在靠近俯冲带的海岭。除小安德列斯弧外的巴拉克达脊和蒂勃朗脊起源自转换断层外,一般认为它们由与板块构造动力学迥异的地幔柱动力学所形成的。在板块汇聚边缘处,与扩张脊处所形成的正常洋壳一起,无震脊或海山链俯冲于陆缘弧或洋内弧之下,其对弧及弧后地区的地质效应(构造、地貌、地震以及岩浆作用等)有别于正常洋壳俯冲。无震脊或海山链的俯冲通常造成俯冲带地区的上驮板块的局部异常抬升、俯冲剥蚀作用效应的加强、海沟的向陆迁移以及地震强度的增加。同时,无震脊或海山链俯冲时,其携带的具富集地球化学特征的物质不仅影响着地幔地球化学,也对弧及弧后火山熔岩化学产生明显影响,并对超俯冲地区的热液矿床的形成产生重要影响。最后,本文指出了我国有关无震脊或海山链俯冲的可能的研究方向包括黄岩海山链俯冲对吕宋岛弧的可能影响、印度洋无震脊俯冲对青藏高原局部地区的影响,有我国学者参与的IODP344航次的研究对象——科科斯脊俯冲对哥斯达黎加地震成因的效应以及位于西太平洋地区靠近俯冲带的一些无震脊等。

磷酸盐化对莱恩海山链MP2海山结壳Co富集的影响

利用电子探针对中太平洋莱恩海山链MP2海山典型富钴结壳样品的剖面分别进行壳层、碎屑矿物和自生矿物主元素原位分析。通过对壳层(主要的成矿金属元素、脉石元素)、碎屑矿物和自生矿物中的Si,Al,Ca和P等元素质量分数的研究,探讨磷酸盐化作用对MP2海山富钴结壳中Co元素富集的影响。发现结壳第Ⅱ层未磷酸盐化壳层存在贫钴壳层,贫钴壳层与磷酸盐化壳层的Co平均质量分数相当,同时发现磷酸盐化壳层(第Ⅲ层)存在Co和P质量分数同步增减的情况,说明富钴结壳磷酸盐化作用不是造成结壳Co质量分数亏损的唯一原因。

莱恩海山链富钴结壳新壳层标志物的成分特征

在莱恩海山链MP2海山的一块富钴结壳样品新壳层中,发育有"褐红色碎屑物质",这种物质粒度细小,呈浸染状分布,以Fe-Mn壳层柱状结构间的填隙物的形式产出。基于对该海区结壳样品手标本和光片的观察,认为这种"褐红色碎屑物质"可作为新壳层的一个标志物。利用电子探针技术,对这块富钴结壳样品进行了分析,获得了该结壳新壳层中"褐红色碎屑物质"及其周边Fe-Mn壳层的成分数据,Fe、Mn元素含量的面扫描数据和新壳层成分数据。数据显示,MP2海山富钴结壳样品新壳层属于典型的水成成因铁锰沉积,其中发育的"褐红色碎屑物质"的成分以Fe、Si、Al为主,而Mn含量相对Fe-Mn壳层则非常低。据其成分特点、形态和MP2海山所处高生产力的古海洋背景,认为这种结壳新壳层的"褐红色碎屑物质"最可能为海洋中自生的Fe-Si-Al胶体沉积。

南海中央海盆扩张期后海山链岩浆活动的热模拟研究

壳幔黏性结构是影响南海中央海盆扩张期后海山链岩浆活动的主要因素,研究其岩浆活动发育机制具有重要的科学意义。利用重、磁、测深及岩样分析数据提供的地壳结构和热力学参数,通过FEM数值模拟,研究了南海中央海盆珍贝-黄岩海山链之下黏性结构与岩浆熔融、运移活动的关系。根据黏性主要受压力和温度控制,但熔融期间的散热及脱水会增加黏性,设计了三种不同的黏性结构模型。计算结果表明:三种垂向黏性结构模型在不同的温度条件下,都可以使地幔熔融区最大熔融程度达到20%～25%。岩浆熔融程度与地幔热结构、熔融潜热和含水量有关,并受扩张速率影响,慢速扩张脊下的岩浆熔融程度相对较低。岩浆运移在扩张期后主要依靠减压熔融浮力,垂直上升至熔融区顶面后沿上倾面向脊轴运移。接近脊轴熔融带,部分熔融程度高,远离轴部熔融带,部分熔融程度较低。主要结论:南海中央海盆海底扩张期,海山链之下10 km深度具备形成拉斑玄武岩浆的条件;扩张期末,该地区25 km深度具备形成碱性玄武岩浆的条件。

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。

珍贝—黄岩海山链热-重力均衡动态调节机制

珍贝—黄岩海山链作为我国南海的残留扩张中心,对其研究具有重要的科学意义.本文运用均衡学方法,通过重力异常数据反演了过珍贝—黄岩海山链剖面的地壳界面变化,同时计算了岩石圈热结构状态,在此基础上建立了珍贝—黄岩海山链的岩石圈地温结构模型.通过均衡分析方法,对剖面上测点的海底地形数据进行了热均衡和重力均衡分析,得到了热均衡和重力均衡形变量.结果表明,在珍贝—黄岩海山链高热流区域,热均衡作用可以产生最大约0.55km的形变,其重力均衡形变范围为0.77—1.89km.热均衡通过改变海底地形和地壳物质密度不断作用于重力均衡,重力又反过来作用于热均衡,形成了热均衡-重力均衡动态调节机制.

夏威夷-皇帝海山链成因机制——古地磁学约束

夏威夷-皇帝海山链位于北太平洋中部,是一条自西北至东南延伸的海底火山链,并在47Ma存在一个方向弯折。厘定这一特征的成因机制和运动学过程,是西太平洋海区软流圈与岩石圈相互作用以及跨圈层物质能量交换的关键科学问题,对于解译东亚大陆动力学演化过程亦具有重要意义。目前对于夏威夷-皇帝海山链47Ma弯折的机制有两种争论:太平洋板块运动方向改变和热点移动。古地磁学是研究大陆漂移和板块演化的最有效手段之一,其最大优势是可以定量化研究地质历史时期中岩石圈板块的运动学过程。本文首先通过回顾与总结前人对夏威夷-皇帝海山链成因及转向机制的研究,重点探讨古地磁学在该问题上所提供的约束证据,并对存在的关键科学问题进行了梳理和展望。

麦哲伦海山链富钴结壳成矿区域地质背景

本文根据我国调查成果和充分利用DSDP资料，通过综合研究分析认为：麦哲伦成矿区，实际上是一条呈北西方向展布的、规模宏大的海山链。该海山链包含十多座海山，每座海山均属平顶山类型。几乎每座海山都具有从山顶往下，由平坦→陡峭→缓坡变化的规律。即山顶平坦，海山上、中部山坡陡峭，海山中、下部山坡变缓。依据海山形态和其坡度的变化特点，每座海山可划分出台地、陡坡带和缓坡带等三个地貌单元。根据区域地层和海洋磁异常条带(M25-M38)展布特征综合分析，推断麦哲伦海山链所在的位置，原来是一条规模宏大的、走向北西的转换断层。该断层控制着麦哲伦海山链富钴结壳的成矿作用。

麦哲伦海山链富钴结壳成矿区域地质背景

本文根据我国调查成果和充分利用DSDP资料,通过综合研究分析认为:麦哲伦成矿区,实际上是一条呈北西方向展布的、规模宏大的海山链。该海山链包含十多座海山,每座海山均属平顶山类型。几乎每座海山都具有从山顶往下,由平坦→陡峭→缓坡变化的规律。即山顶平坦,海山上、中部山坡陡峭,海山中、下部山坡变缓。依据海山形态和其坡度的变化特点,每座海山可划分出台地、陡坡带和缓坡带等三个地貌单元,根据区域地层和海洋磁异常条带(M_(25)M_(38))展布特征综合分析,推断麦哲伦海山链所在的位置,原来是一条规模宏大的、走向北西的转换断层。该断层控制着麦哲伦海山链富钴结壳的成矿作用。

西太平洋海山的形成演化及对钴成矿的控制作用研究

西太平洋海山区蕴藏着丰富的钴结壳、磷酸盐等矿产资源,对国家的战略发展具有重要的意义。从地理位置上看,西太平洋海山区紧临菲律宾海,与我国距离较近,是未来我国最经济、最具前景的国际海底资源勘探开发合同区。因而从资源角度来说,针对西太平洋海山的科学研究异常迫切。

西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩的成因及其形成的深部动力学机制

经典的“地幔柱假说”能够很好解释年龄随空间位置线性变化的大洋板内火山链的成因.而位于西太平洋的众多海山群,空间分布广、年龄-位置关系杂乱,很难用经典的“地幔柱假说”来解释,其成因存在争议.本研究选择西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩,对其进行40Ar-39Ar年代学、主量和微量元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析,来揭示其岩石成因和形成的深部动力学机制. Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩属于碱性玄武岩、碧玄岩/霞石岩和粗面岩, MgO>8wt.%的熔岩具有较高的CaO、FeOT和TiO2含量,是碳酸盐化榴辉岩熔融的熔体与橄榄岩反应的产物.这些熔岩具有较高的Zr/Hf比值(40.6~45.2)和Zr-Hf负异常,指示它们的地幔源区存在碳酸盐组分. Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩富集不相容元素,其Sr-Nd-Pb-Hf同位素显示EM1(1型富集地幔)特征,与Rarotonga和Samoa热点相似.虽然产出于同一个海山, Il’ichev碱性玄武岩与Il’ichev碧玄岩的同位素组成明显不同:前者具有更为亏损的Sr-Nd-Hf同位素特征.结合板块构造恢复结果, Hemler(100.1Ma)、Vlinder造盾前(100.2Ma)和造盾期后((87.5±0.4)Ma)以及Il’ichev((56.4±1.2)Ma)海山熔岩的形成时间明显偏离了南太平洋Macdonald、Arago、Rarotonga和Samoa热点的运移轨迹,因此它们并非来源于深部地幔柱的直接熔融,更可能是浅部过程的产物.麦哲伦海山群所在的大洋板块的一个典型特征是:岩石圈断裂带在该区域广泛分布.我们提出,在中白垩世当麦哲伦海山群所在的太平洋板块经过Rarotonga地幔柱上方时, Rarotonga地幔柱直接熔融形成Vlinder(造盾期)、Pako和Ioah海山.随着地幔对流分散在周围软流圈中的Rarotonga和Samoa地幔柱物质,在岩石圈裂隙处发生减压熔融,形成Hemler和Vlinder造盾前和造盾期后熔岩;Il’ichev海山碱性玄武岩和碧玄岩是岩石圈裂隙诱发的软流圈中不均一富集组分熔融的产物.这种不均一组分最可能是滞留在软流圈中的不同地幔柱的物质,也有可能是残留在软流圈中的再循环的地球表层物质.

卡洛琳地幔柱活动减弱过程中岩浆成因和源区组成演化

地幔柱活动不同阶段具有不同的岩浆作用产物,由楚克(14.8~4.3 Ma)、波纳佩(8.7~<1 Ma)、科斯雷(2~1 Ma)等洋岛构成的卡洛琳海山链是地幔柱活动不同阶段的典型例子,研究该海山链中不同洋岛地球化学特征的差异有助于加深对地幔柱晚期活动规律的认识。本研究对获取的楚克、科斯雷样品进行全岩主量、微量元素及矿物电子探针分析,并与波纳佩岛进行对比。科斯雷和楚克由霞石岩和碱性玄武岩组成,在微量元素配分模式上体现出典型碱性洋岛玄武岩的特征。这些样品的橄榄石斑晶具有与辉石岩源区夏威夷OIB橄榄石类似的高Ni、低Ca-Mn的特征,反映其地幔源区可能存在辉石岩。科斯雷霞石岩橄榄石斑晶内存在含碳酸盐的熔体包裹体,反映CO_(2)在地幔熔融和岩浆成因过程中起到了重要作用。从楚克、波纳佩到科斯雷,La/Sm比值逐渐增大,地幔熔融程度逐渐降低。Nb/Nb^(*)随着La/Sm、Sm/Yb升高和SiO_(2)降低有逐渐降低的趋势,与地幔熔融程度降低过程中CO_(2)作用的增强有关。研究认为,楚克、波纳佩、科斯雷等洋岛火山岩的地球化学变化由卡洛琳地幔柱热点活动逐渐减弱导致,随着地幔柱活动性减弱,CO_(2)在火山岩成因上起到越来越明显的作用。

海山为何如此多娇

从15世纪的大航海时代开始,水下暗礁及浅水海山日益成为舰船航行的重大威胁,引起人们广泛关注。时至今日,由于特殊的地形和水文特征,以及独特的生态系统、丰富的生物多样性和高资源价值,大洋中的海山已成为深海研究中最受关注的领域之一。

加罗林板块边界过程研究

渐新世至早中新世,加罗林板块的构造演化过程主要受到两个支点的控制.帕劳岛以西的支点在29~25Ma期间位置保持不变,在此期间,该支点以南区域随着阿玉海槽的打开及扩张产生了一系列平行于安于海槽的深海丘陵,支点以北则是太平洋板块和加罗林板块向菲律宾海板块之下俯冲.在加罗林板块的东北角的支点则被一系列弧形海山链包围.这些海山链是由加罗林板块和太平洋板块之间的会聚以及加罗林热点在~25Ma时引起的加罗林板块东北部地壳软化共同导致的.同时,地壳的软化也导致了该东侧支点的功能丧失,西侧支点向南迁移,进而导致阿玉裂谷的右旋运动和裂谷周边雁列式的深海丘陵.在大约29Ma,雅浦海沟是帕里西维拉海盆扩张中心的一部分.然而,在20~15Ma左右,沿着帕里西维拉海盆扩张中心的左旋运动导致俯冲雅浦海沟暴露为俯冲带,该过程在雅浦海沟东侧留下了一个具有独特地球物理特征的三角形区域.