慢速擴張大洋中脊系統的海洋地殼和岩石圈演化研究

研究內容

作為地球上最長和最活躍的火山山脈，大洋中脊在地球各圈層之間的物質循環和能量循環過程中占據重要地位。作為大洋中脊系統中非常重要的一類，慢速擴張大洋中脊，其岩石圈較厚，岩漿過程和構造活動也比較複雜。研究慢速擴張大洋中脊上的熱液活動，岩漿分布和構造活動，對於更進一步理解慢速擴張大洋中脊的演化過程有重要的科學意義。
在2007年1月-5月中國大洋熱液考察航次(DY115-19)中，我們利用美國海洋與大氣總署(NOAA)提供的熱液羽狀流記錄儀(MAPR)對印度洋上三個大洋中脊的五個區域開展了熱液羽流探測，並通過測量到的近海底濁度和溫度異常數據...>> 詳細

結合調查區地質背景，對區域內熱液羽流的異常狀況得到如下信息：(1)東南印度洋中脊K洋脊段上探測到明顯的熱液羽流信號，證實了1996年美國科學家在該洋脊段上的熱液探測結論，進一步確認了東南印度洋中脊K洋脊段熱液羽狀流的存在。如果本航次CTD站位中觀察到的水體濁度異常與1996年的濁度異常來源於同一熱液羽狀流，則說明該熱液羽狀流對應的熱液噴口至少活動了11年以上；(2)在西南印度洋中脊A區記錄到非常強烈的熱液羽流信號。從MAPR的記錄判斷，熱液羽狀流中心位於2650米高度處，平均厚度在150米左右，上升高度大約為150米；(3)對西南印度洋中脊B區的調查，未探測到明顯的熱液羽流信號；在西南印度洋中脊C區的調查中，3750-3900米的水層內探測到極其微弱的濁度異常信號，再次驗證了前人的結論；(4)在中印度洋中脊D區的24°S附近10公里×10公里的範圍內記錄到明顯的熱液羽流信號，表明之前航次中所測到的獨立濁度異常區極有可能是相連的。

為分析和衡量慢速擴張大洋中脊岩漿產量的空間及時間變化，本文使用衛星重力數據，對北大西洋北起76°N南至Chain斷裂帶之間海域的地殼厚度進行了計算，並結合該地區已有的地震觀測資料(33條地震折射剖面)，對地殼厚度的重力模型進行校正。研究結果顯示，北大西洋大約7%的地區海洋地殼厚度不超過4公里(歸類為薄地殼)，58%的地區地殼厚度介於4到7公里(歸類為正常地殼)，剩餘35%的地殼厚度大於7公里(歸類為厚地殼)。薄地殼的生成主要與上地幔中存在的局部冷地幔或難熔地幔導致的大洋中脊上地幔岩漿熔融量減少有關，而厚地殼則被認為是熔融異常產生的過量岩漿的結果。最顯著的厚地殼出現在冰島熱點及其周圍地區，占全部剩餘地殼(多於7公里的地殼部分被定義為剩餘地殼)總量的57%。其他的厚地殼異常區出現在亞速爾(Azores)熱點，維德角島(Cape Verde Islands)，加那利島(Canary Islands)，馬德拉(Madeira)，以及新英格蘭-大流星海山群(New England-Great Meteor Seamount chain)，這些地區都同(地幔柱)熱點影響有關。與熱點相關的地殼增厚在時間尺度上表現為斷續性，表明熔體的產生是一個不連續的過程，其變化時間尺度在千萬年量級。另外一點是，厚地殼沿北大兩洋中脊呈現對稱和不對稱形態，這分別反映了其對應的熔融異常是否位於洋中脊上。百慕達(Bermuda)和維德角海隆地區的厚地殼似乎來源於距離洋中脊較遠的孤立的熔體異常事件，其活動的時間尺度只有20到25個百萬年。由於非洲板塊相對於熱點運動的速度比北美板塊慢，假設由(地幔柱)熱點形成的上地幔熔融異常岩漿生成率為常數，則在單位時間內這些岩漿在非洲板塊上堆積/冷卻形成的地殼厚度異常應該大於較快運動的北美板塊。整個北大西洋地區地殼厚度分布並不均勻，表明在其擴張的180個百萬年的歷史上，來自上地幔的岩漿通量，以及與此相關的熱通量，還有海洋地殼的岩石成分，都在不斷隨時間和空間發生變化。這樣顯著的變化，對於海洋岩石圈系統的熱循環及其演變，海洋化學循環，生物及微生物過程，都可能有著巨大的影響。
對目前世界上唯一的北大西洋中脊24°-27°N自洋中脊一直向兩側延伸到26—29百萬年範圍內的船載觀測獲得的高精度地球物理資料的分析表明，沿慢速擴張洋中脊脊軸，在靠近洋中脊段中心的位置，來自上地幔的岩漿供給量較充足；而在接近洋中脊段兩端的地方，岩漿量供給量有限。地幔重力異常(AMBA)和水深變化(AD)數值較大的洋脊段，相對而言容易沿脊軸方向向鄰近洋脊段伸展。對南部A-E洋脊段之間不連續帶的板塊重組研究表明，不連續帶的運動主要通過伸展洋脊段階段性的移動來實現。這種移動會將位於縮短洋脊段內角處的地殼大片轉移到伸展洋脊段的內角處，使得伸展洋脊段內角處出現巨大的不規則地塊，從而造成洋中脊兩側不連續帶內地形結構的不連續性。

慢速擴張大洋中脊系統的海洋地殼和岩石圈演化研究

基本介紹

研究內容

關鍵字

相關詞條

熱門詞條