西太平洋雅浦俯冲带的地貌及地层结构特征

2015年中科院海洋所在西太平洋雅浦海域首次开展了综合地球物理调查,并同步采集了重磁震及多波束、浅地层剖面等数据,主要利用采集的多道地震剖面及多波束数据研究了雅浦俯冲带主要构造单元的地貌及沉积地层结构特征,并进一步探讨了加罗林洋脊俯冲作用下的构造特征。研究表明弧后的帕里西维拉盆地为区域沉积中心,最厚处可能发育近千米沉积层,而雅浦海沟内未发育明显水平沉积,以俯冲侵蚀作用为主;加罗林俯冲板片之上的加罗林洋脊因其特殊的地形地貌改造了俯冲带的构造发育特征,可能造成了岛弧岩浆作用的南、北部差异;揭示了雅浦海沟北段的地貌及地质结构细节特征,认为加罗林洋脊的高地形可能导致了海沟附近的俯冲板片更大的挠曲拉张量,从而形成垒堑构造带;为索罗尔海槽的盆地张裂结构提供了多道地震剖面证据,并推测了海槽的形成年代。

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。

雅浦沟-弧体系构造演化过程

雅浦沟-弧体系具有十分独特的地质特征,雅浦岛弧以变质岩为主,岛弧岩浆作用较为缺乏,同时雅浦沟-弧距离异常短,增生楔缺失。在总结雅浦沟-弧系统及其邻区的地球化学、地球物理以及构造特征等证据的基础上,探讨了雅浦沟-弧系统的构造演化过程。雅浦岛上的变质基底具有相对较高的K2O含量、高Ti含量以及较低的87Sr/86Sr比值,表明雅浦岛上的变质基底为帕里西维拉海盆洋壳的一部分。雅浦海沟东侧存在一块水深较深的三角形区域将雅浦岛弧与加罗林海岭间隔开来,地球物理特征显示该区域并没有受到加罗林热点的影响,说明加罗林海岭并没有与雅浦岛弧直接碰撞。结合帕里西维拉海盆在20~15Ma的NE-SW向扩张以及与之相关的海盆东西两侧洋壳发生的左旋相对移动,推测雅浦海沟很可能是雅浦岛弧东侧的扩张中心暴露转变成的俯冲带,而雅浦海沟东侧的三角形区域则为俯冲板片重新暴露的结果。

索罗尔海槽俯冲前缘基底的岩石学和矿物学研究

对从雅浦海沟东南侧处获得的正在俯冲的基底样品(索罗尔海槽的轴部在海沟直接投影位置处的玄武岩样品)进行了岩石学和单矿物原位主微量元素地球化学研究。结果表明,索罗尔海槽正在沿着雅浦海沟俯冲的片段的基底岩石属碱性玄武岩系列,橄榄石斑晶的Fo值为84.97~86.85。根据模拟计算,该片段基底玄武岩的源区地幔为橄榄岩,这些玄武岩可能是由地幔源区的尖晶石二辉橄榄岩经2%~5%部分熔融形成的;由计算的地幔潜在温度可知形成该玄武岩的地幔并不存在热量异常。所以,研究区玄武岩是在卡罗琳海脊裂解形成索罗尔海槽期间被动上涌的相对富集(大离子亲石元素和高场强元素)的地幔岩石组分经过低程度的部分熔融所形成。