东南印度洋中脊澳大利亚-南极洲不整合带地区岩浆供应与构造作用沿洋脊的变化

We analyzed seafloor morphology and geophysical anomalies of the Southeast Indian Ridge(SEIR) to reveal the remarkable changes in magma supply along this intermediate fast-spreading ridge. We found systematic differences of the Australian-Antarctic Discordance(AAD) from adjacent ridge segments with the residual mantle Bouguer gravity anomaly(RMBA) being more positive, seafloor being deeper, morphology being more chaotic, M factors being smaller at the AAD. These systematic anomalies, as well as the observed Na_(8.0) being greater and Fe_(8.0) being smaller at AAD, suggest relatively starved magma supply and relatively thin crust within the AAD.Comparing to the adjacent ridges segments, the calculated average map-view M factors are relatively small for the AAD, where several Oceanic Core Complexes(OCCs) develop. Close to 30 OCCs were found to be distributed asymmetrically along the SEIR with 60% of OCCs at the northern flank. The OCCs are concentrated mainly in Segments B3 and B4 within the AAD at ～124°–126°E, as well as at the eastern end of Zone C at ～115°E. The relatively small map-view M factors within the AAD indicate stronger tectonism than the adjacent SEIR segments.The interaction between the westward migrating Pacific mantle and the relatively cold mantle beneath the AAD may have caused a reduction in magma supply, leading to the development of abundant OCCs.     

南海大洋钻探及海洋地质与地球物理前沿研究新突破

南海是西太平洋地区规模最大且具有代表性的边缘海盆地之一。经过近几十年的研究积累，尤其是通过实施5个国际大洋钻探航次(1999–2018年)与国家自然科学基金委“南海深海过程演变”重大研究计划(2011–2019年)，我国科学家获得了大量宝贵的第一手资料，取得了一系列创新进展与重大突破，标志着南海海洋地质与地球物理研究正走向国际前沿。重要研究成果包括:(1)新提出南海是“板缘张裂”盆地，与经典的大西洋型陆缘模式不同；(2)大洋钻探首次获取了基底玄武岩样品，结合中国在南海首次深拖地磁测量实验，精确测定了南海海盆玄武岩年龄，揭示南海海盆从东向西分段扩张；(3)大洋钻探结果发现南海陆缘岩石圈减薄之初岩浆迅速出现，未发现缓慢破裂造成的蛇纹岩出露；(4)发现南海扩张结束后仍存在大量岩浆活动，可能受控于多种构造与地幔因素；(5)地球化学证据与地球动力学模拟都显示南海岩浆的形成受到周边俯冲带的影响。目前我国的海洋地球科学正在进入崭新的发展阶段，有望以南海为基点，开始拓展到周边大洋，通过主导大型研究计划以及建设我国大洋钻探平台，以提升我国在南海、西太平洋与印度洋海洋地质科学研究的实质性影响力与引领地位。     

不同海区石英悬浮体颗粒表面微结构特征及其成因

悬浮石英颗粒表面在不同的水动力环境中会形成一些特有的表面结构,对这些特点的研究有助于理解微小颗粒在水中的行为以及沉积环境的变化。基于对在不同海区采取表层和不同深度的悬浮石英颗粒表面结构的扫描电镜的观察,发现在水动力较强的南海海域石英颗粒表面大多呈现出机械作用成因的结构,化学溶蚀痕迹不明显;马六甲海峡、孟加拉湾南部海域、阿拉伯海东部海域站位石英颗粒表面开始出现明显的化学溶蚀痕迹,为机械-化学溶蚀作用的结果;莫克兰海沟站位表层样品石英颗粒表面化学溶蚀作用强烈,随着深度的增加,溶蚀作用减弱,200m水深以下,石英颗粒表面的结构主要为机械-化学溶蚀作用的结果。中国南海西南部3号站位、马六甲海峡北部7号站位以及孟加拉湾南部的11号站位的表层石英悬浮体颗粒较大,可以达到10μm左右,大于其他海区的石英颗粒(3～4μm)。研究海区海水中悬浮体石英颗粒大都呈现棱角状,表现为近源沉积,偶尔可见磨圆度较好且表面有新月形撞击坑,推测可能为风尘沉积。     

西太平洋俯冲板块正断层系统与动力学特征

俯冲带是地球上最大地震的发源地。俯冲板块正断层为海水进入上地幔,引起蛇纹石化提供通道,其地震可能引发大海啸。研究其动力学机制,对推动俯冲带动力学过程研究及保护人类生命安全都具有重要意义。本文综述了西太平洋汤加海沟、马里亚纳海沟、伊豆-小笠原海沟和日本海沟俯冲板块外缘隆起带到海沟附近的正断层分布与变形特征,定量化阐明了地球动力学模拟方法揭示的西太平洋俯冲板块正断层形成过程。研究发现汤加海沟和马里亚纳海沟的正断层平均断距最大;俯冲板片有效弹性厚度变化直接影响正断层形成区域,而有效弹性厚度与板块年龄相关性较大。本文系统性回顾了西太平洋俯冲动力学研究并且提出了对未来相关研究的启示。     

汤加、日本、伊豆-小笠原与马里亚纳海沟俯冲板块正断层模拟：对俯冲板块弱化的影响

通过对比实际观测与弹塑性变形模型，研究了沿着汤加、日本、伊豆-小笠原、马里亚纳海沟的板块挠曲与正断层特征。观测表明，平均海沟挠曲量在日本海沟最小（3公里），马里亚纳海沟最大（4.9公里），而平均正断层垂直断距在日本海沟最小（113米），汤加海沟最大（284米）。模拟了俯冲板块在三种构造加载的作用下发生弯曲变形并产生正断层的过程：垂向加载（V₀）、弯矩（M₀）和水平拉张力（F₀）。在板块挠曲与正断层特征的双重约束下，反演得到了四个海沟的最佳模型解。结果显示，日本海沟的水平张力分别比马里亚纳、汤加和伊豆-小笠原海沟小33%、50%和60%。汤加、日本、伊豆-小笠原、马里亚纳海沟的正断层最深可达海底以下29，23，32和32公里，这与重新定位后的日本与伊豆-小笠原地震深度一致。此外，反演得到的水平张拉力与观测到的平均垂直断距呈一定正相关性，而计算得到的有效弹性厚度减少量与观测到的海沟挠曲量也相关。这些结果表明，水平张拉力在正断层发展过程中起着关键控制作用，板块弱化可导致板块挠曲量的显著增加。     

全球三大洋底高原重力异常与地壳厚度特征及对比研究*

翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆是全球三大洋底高原, 是大量岩浆喷发到地表的结果, 火山面积分别达1.90×10⁶、1.25×10⁶、0.53×10⁶km²。本文详细分析了该三大洋底高原的地形、剩余地幔布格重力异常(residual mantle Bouguer anomaly, RMBA)与重力反演的相对地壳厚度, 并结合地质与地球化学特征约束进行对比研究。结果显示, 翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆分别高出周围海底约4.3、5、4km, 相应的地幔布格重力异常最大变化值分别为250、330、200mGal, 以及相应的相对地壳厚度变化分别为11、13、9km, 表明形成三大洋底高原的岩浆量远远大于正常洋中脊的岩浆量。此外, 三大洋底高原皆形成于洋中脊附近。Nd、Pb、Hf同位素比值分析表明, 翁通爪哇高原的玄武岩组分为洋岛玄武岩; 凯尔盖朗高原大部分类似于洋岛玄武岩, 并含有洋中脊玄武岩组分; 沙茨基海隆的玄武岩组分主要为东太平洋海隆正常洋中脊玄武岩, 却又存在少量位于全球洋岛玄武岩范围内。这些特征揭示了三大洋底高原可能形成于“地幔柱-洋中脊相互作用”。对此本文提出了两种模式: 一为洋中脊被地幔柱拖拽至其上方; 二为洋中脊之下的软流圈受到地幔柱影响, 从而产生超常熔融与超厚地壳。     

俯冲带水圈-岩石圈相互作用研究进展与启示

俯冲带系统是研究地球水圈-岩石圈相互作用的天然实验室。俯冲板片所携带的水进入俯冲带系统,显著影响俯冲板片上地幔蛇纹石化程度、岛弧岩浆活动以及俯冲带地震机制等构造动力学过程。沿着环太平洋俯冲带,由主动源地震探测得到的板片含水量结果可以很好地解释区域相关地震观测,同时由被动源地震探测到的上地幔低速异常区域都与俯冲板片断层发育区相一致。多道反射地震探测与数值模拟都揭示了俯冲板块正断层广泛存在,可穿透莫霍面,深度可达海底下至少20 km。俯冲板块正断层为流体进入地壳与上地幔提供了重要通道,导致上地幔蛇纹石化程度达到1.4%,甚至更高。在洋壳俯冲过程中,随着温压增加,在不同深度脱水形成不同性质流体与地幔反应。通过俯冲带流体包裹体和交代成因矿物等的研究发现水岩相互作用广泛存在。本文旨在回顾俯冲板片含水量探测及水岩相互作用研究,简述近年来取得的重要进展以及对将来相关研究的启示。     

90Ma以来热点与西南印度洋中脊的交互作用：海台与板内海山的形成

本文研究了西南印度洋底地幔热点．洋中脊交互作用与海台、海山形成的关系．先利用板块重构确定了西南印度洋区域中热点与洋中脊相对位置及海台、海山的形成年代,然后通过水深异常和艾里均衡模式计算了相应热点的岩浆熔融通量．计算结果显示,自90Ma以来,马里昂（Marion）热点的活动可分为三个阶段：与古罗德里格斯（Rodrigues）三联点相互作用阶段（90～73．6Ma）、与西南印度洋中脊相互作用阶段（73．6～42．7Ma）及板内火山活动阶段（42．7～0Ma）．这三个阶段分别对应于德尔卡诺隆起（Del Cano Rise）的东部、中部和西部区域洋底海台的形成．马里昂热点的活动强度和周期性明显受到了热点离洋中脊距离的影响．马里昂热点的活动周期约为25Ma,长过夏威夷和冰岛热点的活动周期（约15Ma）．     

国际大洋发现计划IODP367/368/368X航次推动南海国际化海洋科考成果

在科技部的支持下, 中国在1998年加入国际大洋钻探计划(International Ocean Drilling Program, IODP), 迄今为止已组织了4+1个航次的大洋钻探。通过IODP-CPP (complimentary proposal project)项目, 我国科学家主导完成了349、367/368/368X多个钻探航次, 实现了对南海张裂—破裂—扩张发育历史的钻探和取样, 对南海生命史的研究起到了重要的约束作用。本文系统总结了367/368/368X航次在南海北部洋陆过渡带钻探取得的最新成果, 证实南海北部陆缘不同于伊比利亚型陆缘, 具有陆洋转换迅速的特点, 洋陆过渡带地壳内有一定程度的同张裂岩浆侵入和底侵。钻探航次在科学上取得了巨大的成功, 钻探结果提升了对陆洋转换过程和机制的认识。航次期间, 广泛而深入的国际交流与合作极大提升了中国科学家对钻探平台管理、国际大团队合作管理以及人才培养和科普互动等各方面的认识, 加快了中国海洋科考国际化的步伐。     

东南印度洋中脊(108°—134°E区域)断层构造与岩浆活动关系

东南印度洋脊(Southeast Indian Ridge, 简称SEIR)是中速扩张洋中脊, 在其中的108°—134°E区域的全扩张速率为72~76 mm·a ^-1。但在接近澳大利亚-南极洲不整合带(Australian-Antarctic Discordance, 简称AAD)区内, 海底地貌沿洋中脊的变化强烈, 其变化范围涵盖了从慢速到快速扩张洋中脊上常见的例子, 且出现了明显的地球物理与地球化学异常, 说明洋中脊在AAD区附近的岩浆供应量极不均匀。文章定量分析了高精度多波束测深数据, 计算了洋中脊不同段的地形坡度、断层比例以及平面与剖面的岩浆参数M值, 结合研究区内剩余地幔布格重力异常以及洋中脊轴部地球化学指标Na_8.0、Fe_8.0等资料, 分析与讨论了研究区的断层构造与岩浆活动特征的关系。研究发现, 东南印度洋脊108°—134°E区域的B区(在AAD区内)及C5段(在AAD区外西侧)发育有大量的海洋核杂岩, 而且B区的海洋核杂岩单体规模更大, 其中最大的位于B3区, 沿洋中脊扩张方向延伸约50km。研究结果首次系统性地显示, 相比东南印度洋的其他区域, B和C5异常区具有偏低的平面与剖面M值、偏高的断层比例、偏正的地幔布格重力异常以及偏高的Na_8.0值与偏低的Fe_8.0值, 这些异常特征可能反映了B区和C5段的岩浆初始熔融深度较浅以及岩浆熔融程度较低, 因此导致其岩浆供应量异常少, 形成较薄的地壳。研究结果同时表明, 在岩浆供应量极少的洋中脊, 构造伸展作用有利于海洋核杂岩的发育, 导致地壳进一步减薄。