蛇纹岩化作用对超慢速洋中脊拆离断层发育的影响

在超慢速扩张的洋中脊区域,广泛发育的拆离断层将幔源橄榄岩大规模拆离到海底表面,上升出露的橄榄岩发生蛇纹岩化作用,极大地降低了岩石强度,促进了拆离断层的持续滑动,形成独特的光滑地形。本文利用快速拉格朗日连续介质分析法模拟研究蛇纹岩化作用对超慢速洋中脊拆离断层发育的影响。通过对比有蛇纹岩化作用和无蛇纹岩化作用下拆离断层发育的生命周期和力学差异,发现在蛇纹岩化作用下,岩石圈生成断层所需要应力降低了40%,导致断层下盘极易产生与原断层倾向相反的新断层;蛇纹岩化导致断层滑动摩擦力减小,有利于断层的持续滑动。理解蛇纹岩化作用和断层发育的关系对认识超慢速洋脊段末端的扩张机制具有重要意义。

超慢速扩张洋中脊的海底地形分段特征研究

为研究超慢速扩张洋中脊的地形分段特征和中心形态的变化,该文使用多波束水深数据,对西南印度洋中脊(10°-70°E)和加克洋中脊(7°W-102°E)进行二级洋中脊的分段和地形地貌测量,分别划分出71和19个二级洋脊段。测量结果说明,西南印度洋中脊和加克洋中脊的岩浆上涌单元间隔、洋脊段沿轴地形起伏变化、中央裂谷宽度和高度的平均值都大于扩张更快的洋中脊。超慢速扩张洋中脊的二级分段长度与沿轴地形起伏呈正相关,岩浆供给强度是扩张中心形态变化的主要控制因素。

超慢速洋中脊岩浆作用的数值模拟

为了验证西南印度洋中脊50°E区域的残留熔融体与8~11 Ma前的岩浆供给活动的相关性,用有限元方法对洋壳模型进行热力学数值计算,以期解答超慢速洋中脊热液活动是由于古岩浆房长期持续供热,还是依赖周边热点提供持续的岩浆和热融熔问题.实验模拟了水平层状洋壳模型和地震试验得到的实际洋壳模型两种情况,对水平层状洋壳模型研究了上地幔有、无持续岩浆供给两种情况,对实际洋壳模型研究了一次岩浆供给的情况.结论如下:如果洋壳层底部没有持续热供应,岩浆房持续时间约为数千年或数万年;西南印度洋中脊中东段隆起区的热液活动和岩浆房最多持续存在0.8 Ma,现今热液活动的热源并不是8~11 Ma前的岩浆供给提供的.

超慢速扩张洋中脊岩浆形成和迁移汇聚动力学研究

超慢速扩张洋中脊具有不同于其他扩张速率洋中脊的特征,表现为剧烈变化的洋壳厚度和典型的非岩浆段。本文对前人研究的洋中脊岩浆形成关键因素和迁移聚集模式进行综合分析,结合实际地球物理和地球化学的观测数据,探讨了超慢速扩张洋中脊岩浆从地幔源区形成、迁移汇聚、形成洋壳的整个地质过程,进一步指出了影响洋壳结构的关键控制因素。研究结果表明,超慢速扩张洋中脊沿轴洋壳厚度的变化受岩浆补给量和迁移汇聚的共同制约。其中,岩浆补给量受控于洋中脊的地幔潜热、地幔成分和扩张速率的变化;岩浆迁移和汇聚过程则与超慢速扩张洋中脊密集的分段特征和阻渗层的空间结构密切相关。

西南印度洋中脊49.5°E离轴地壳结构

超慢速扩张西南印度洋中脊岩浆的集中供给在空间维度上表现为岩浆扩张段(NVR)与相邻的非转换断层不连续带(NTD)地壳结构的差异,而在时间维度上表现为离轴与沿轴地壳结构的差异.为了进一步揭示岩浆集中供给的时空分布特征,本文选取西南印度洋中脊热液区2010年海底地震仪深部探测中平行于洋中脊距轴部偏北约10 km的离轴测线d0d10,使用射线追踪正演和反演的方法,得到了NVR和NTD北侧离轴区域的地壳及上地幔P波速度结构,并与轴部速度结构进行了对比分析.研究结果表明:(1)NTD北侧离轴区域的地壳厚度约5.2 km,其厚度明显大于轴部NTD下方地壳厚度(～3.2 km),由此推测洋脊轴部NTD区域形成的地壳在不断减薄;(2)NVR北侧离轴区域的地壳厚度约7.0 km,其厚度亦大于轴部NVR地壳厚度(～5.8 km),表明在洋中脊演化过程中洋脊轴区域的岩浆供给在不断减少,其活动性在不断减弱.

西南印度洋中脊斜向扩张分段特征及构造成因探讨

斜向扩张是超慢速扩张洋中脊独特的构造特征,其地形分段特征明显区别于经典的快速-慢速端元洋中脊模型,是理解超慢速扩张洋中脊地质过程的重要切入点。基于西南印度洋中脊Indomed-Gallieni和Shaka-DuToit段多波束地形数据,分析了不同斜向扩张角度(α)洋中脊的地形分段样式。其中,46.5°~47.5°E(α=5°)、16°~25°E(α=10°)和48.5°~52°E(α=15°)为近正向扩张段,发育雁列式叠置的中央火山脊;47.5°~48.5°E(α=50°)和16°~25°E(α=60°)为斜向扩张段,仅在洋脊段中部形成中央火山脊。利用有限差分+颗粒法(FD+MIC)数值模拟技术研究了洋中脊应变分布特征对不同α值的响应,结合地形分析,认为斜向扩张角度和温度异常分布共同控制了洋中脊地形分段样式。近正向扩张洋中脊(α<20°)在温度异常处形成地壳伸展应变的集中区,有利于岩浆汇聚,发育雁列式叠置的中央火山脊,其位置随温度异常分布的变化而改变;斜向扩张洋中脊(α>20°)地壳伸展应变集中区的位置受斜向扩张几何样式控制,在洋脊段中部发育中央火山脊,对温度异常不敏感,形成位置长期固定的岩浆活动中心。

超慢速扩张洋中脊NTD的蛇纹石化地幔:海底广角地震探测

非转换断层不连续（NTD）在超慢速扩张洋中脊高频度出现,其地壳速度结构与相邻的岩浆扩张中心（NVR）差别明显.结合表层断层多和减薄的地壳,说明NTD在超慢速洋中脊扩张理论、热液活动甚至矿产资源方面有十分重要的意义.本文使用2条海底广角地震测线的数据,使用射线追踪正反演的方法,获得了西南印度洋中脊28～29扩张段之间NTD下方的地壳及上地幔速度结构.结果表明：（1）NTD下方地壳较薄（3.2～4.5 km）,洋壳层2厚约2.0 km,洋壳层3较薄（1.0 km）甚至缺失;（2）洋壳层2表层速度横向差异大,表明存在较多断裂;（3）洋壳层3出现低速区,成因可能是受浅部大断裂或地幔蛇纹石化作用影响;（4）上地幔顶部速度存在低速异常（7.2 km/s）,结合NTD地壳较薄（〈5 km）和表层断裂多的特征,认为是上地幔发生大规模蛇纹石化作用导致低速,为进一步理解和区分莫霍面与蛇纹石化前缘（Serpentinization Front）提供了一个很好的例证.

现代海底超镁铁质岩系热液系统与地质意义

现代海底热液循环与洋中脊地质过程一直是国际洋中脊计划研究的热点。海底热液系统多数都与海底玄武岩及其水-岩反应直接相关,而一类与深海橄榄岩的产出及其蛇纹石化作用有关的海底热液系统——超镁铁质岩系热液系统,以具有高浓度H2和CH4异常而低SiO2浓度为显著特征,主要分布在慢速扩张大西洋中脊和超慢速扩张北冰洋Gakkel洋脊和西南印度洋中脊。超镁铁质岩系热液系统在流体组成、构造背景和硫化物成矿方面与玄武岩热液系统有很大差异,主要表现在地幔来源超镁铁质岩石的普遍出露、喷口流体高的H2和CH4异常以及硫化物中高Co/Ni比值。超镁铁质岩系热液系统的发现丰富了全球洋中脊热液系统的研究内容,对洋中脊地质过程、海底热液活动及其成矿作用研究具有重要意义。

西南印度洋脊49°39′E热液区硫化物烟囱体的矿物学和地球化学特征及其地质意义

2007年1～3月中国大洋19航次首次在超慢速扩张的西南印度洋脊(SWIR)49°39′E发现了活动的海底热液区,这是世界上在超慢速扩张洋中脊发现的第一个活动热液区.本文对获取的硫化物烟囱体样品进行了矿物组构特征、主微量及稀土元素分析.结果表明:(1)烟囱体内部以黄铜矿为主,含少量黄铁矿和闪锌矿;中部以黄铁矿为主,含有少量闪锌矿和黄铜矿;外部以黄铁矿和闪锌矿为主,黄铜矿量较少.从烟囱体内部到外部,矿物晶粒变小,晶形变差,矿物间孔隙逐渐发育,与东太平洋海隆和大西洋中脊等其他洋中脊硫化物烟囱体的矿物组成和特点类似;(2)研究区硫化物烟囱体Cu,Fe,Zn的平均含量分别为2.83%,45.6%,3.28%;Au和Ag的平均含量分别为2.0和70.2ppm,同其他洋中脊硫化物的元素含量相比较富集;(3)研究区的硫化物烟囱体REE具有轻稀土富集、重稀土亏损的配分特点,多数样品呈现负Eu异常,与典型无沉积物覆盖大洋中脊硫化物不同,可能与该区特殊的成矿环境或者热液流体组成特征有关.