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洋中脊俯冲的动力学过程

科学通报 2024年第18期69卷 2534-2546页

作者：廖杰卿佳容吴扬名李伦高锐中山大学地球科学与工程学院珠海519080 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519080 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室珠海519080 汕头大学海洋科学研究院海洋灾害预警与防护广东省重点实验室汕头515063

洋中脊和俯冲带是两个端元的地质构造单元,分别代表离散型和汇聚型的板块边界.但是,二者并不是相互独立的,而是存在强烈的相互作用,如洋中脊以不同形式参与俯冲.我们总结了洋中脊参与俯冲的几种主要形式,即构造环境转变后的洋中脊反转俯... 详细信息

洋中脊和俯冲带是两个端元的地质构造单元,分别代表离散型和汇聚型的板块边界.但是,二者并不是相互独立的,而是存在强烈的相互作用,如洋中脊以不同形式参与俯冲.我们总结了洋中脊参与俯冲的几种主要形式,即构造环境转变后的洋中脊反转俯冲,汇聚作用下洋中脊与其他构造单元在俯冲启动上的竞争关系,以及洋中脊随俯冲板块输入俯冲带;并概述了与之相关的地球动力学数值模拟,这些研究对理解洋中脊参与俯冲的动力学过程给出了新的认识.(1)在构造汇聚作用下,洋中脊可以反转俯冲;洋中脊的热结构和弱流变强度为俯冲启动提供了重要条件.消亡洋中脊随着温度扩散、强度增加,俯冲难度增大.(2)洋中脊反转俯冲的自然实例相对较少,可能的原因是,与其他洋内及陆缘构造单元(如大洋拆离断层、裂谷型陆缘等)存在竞争关系.模拟揭示了洋中脊与洋内及陆缘构造单元的俯冲竞争关系,并定量阐述了重要物理参数的控制作用.(3)没有形成俯冲带的洋中脊,一个重要归宿是随俯冲板块一并输入到俯冲带.其中,近平行输入和垂直输入是两种端元模式,二者都会影响俯冲过程.洋中脊近平行输入到俯冲带的过程可以用二维模型近似模拟,模拟结果揭示了洋中脊的输入会导致俯冲板块在海沟附近和在板内断离两种形式.洋中脊垂直输入俯冲带可能会导致俯冲板块撕裂并形成板块窗,其动力学过程需要用三维模型系统检验.除了上述介绍的几种洋中脊俯冲过程,更多的洋中脊俯冲模式(如洋中脊倾斜输入俯冲带,洋中脊与转换断层竞争下的俯冲启动)仍需进一步探讨.

关键词：洋中脊俯冲带洋中脊俯冲动力学模拟

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洋中脊深部碳是如何循环的?

地球科学 2022年第10期47卷 3924-3925页

作者：李家彪丁巍伟自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012

地球的碳循环铸就了生机勃勃的宜居地球(朱日祥等,2021).长期以来,关于碳循环的研究主要集中在地球表层系统,尤其是海洋(汪品先等,2018).然而仅考虑表层系统的碳循环并不能解释地表碳总量变化.全球的洋中脊系统通过火山喷发、基岩风化... 详细信息

地球的碳循环铸就了生机勃勃的宜居地球(朱日祥等,2021).长期以来,关于碳循环的研究主要集中在地球表层系统,尤其是海洋(汪品先等,2018).然而仅考虑表层系统的碳循环并不能解释地表碳总量变化.全球的洋中脊系统通过火山喷发、基岩风化、热液活动、冷水循环等地质过程,每年可向海洋释放包括CO_(2)在内的大量挥发分物质,可随洋流输送至距离喷口几千千米以外.这些释放的物质供给了丰富的海底微生物系统和相应高级别生态系统,组成珍贵而独特的生物群落,并通过生物化学反应能将无机碳固定为有机碳(如Nakamura and Takai,2014).因此,洋中脊深部碳循环可以影响全球海洋物质循环、生态系统以及全球气候变化,在地表(包括海洋)碳组成和宜居地球塑造过程中起到了重要的作用.然而相对于地表过程,国际上对深部碳循环以及碳在洋中脊海底岩石圈与外部圈层的交换规律的认识还远远不足,包括洋中脊深部的碳如何在岩石圈-水圈-生物圈之间循环?通量如何厘定?均是地球系统科学背景下全球碳循环研究的难点问题.

关键词：塑造过程生物化学反应洋中脊火山喷发地质过程全球海洋生态系统地表过程

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洋中脊扩张速率对洋壳速度结构的约束

地球物理学报 2020年第5期63卷 1913-1926页

作者：李龑牛雄伟阮爱国刘绍文 Syed Waseem Haider 卫小冬南京大学地理与海洋科学学院海岸与海岛开发教育部重点实验室南京210046 自然资源部第二海洋研究所自然资源部海底科学重点实验室杭州310012 National Institute of Oceanography KarachiPakistan

洋中脊速度结构是揭示大洋岩石圈演化过程的重要约束.为探讨不同扩张速率下洋中脊的洋壳速度结构特征,挑选了全球152处快速(全扩张速率>90 mm·a-1)、慢速(全扩张速率20~50 mm·a-1)和超慢速(全扩张速率10 Ma)的洋壳比洋中脊(<10 Ma)的... 详细信息

洋中脊速度结构是揭示大洋岩石圈演化过程的重要约束.为探讨不同扩张速率下洋中脊的洋壳速度结构特征,挑选了全球152处快速(全扩张速率>90 mm·a-1)、慢速(全扩张速率20~50 mm·a-1)和超慢速(全扩张速率洋中脊和非洋中脊的洋壳1-D地震波速度结构剖面,通过筛选统计、求取平均值等方法对分类的洋壳1-D速度结构进行对比研究,获得了不同扩张速率下洋中脊洋壳速度结构差异以及洋中脊与非洋中脊洋壳速度结构差异的新认识:(1)快速、慢速和超慢速扩张洋中脊的平均正常洋壳厚度分别为6.4 km、7.2 km和5.3 km,其中洋壳层2的厚度基本相似,洋壳厚度差异主要源自洋壳层3;其洋壳厚度变化范围分别为4.9~8.1 km、4.6~8.7 km和4.2~10.2 km,随着洋中脊扩张速率减小,洋壳厚度的变化范围逐渐增大;(2)快速扩张洋中脊的洋壳速度大于慢速和超慢速,可能与快速扩张脊洋壳生成过程中深部高密度岩浆上涌比较充足有关;(3)非洋中脊(>10 Ma)的洋壳比洋中脊(洋壳厚~0.3 km,表明洋壳厚度与洋壳年龄有一定的正相关性.

关键词：洋中脊扩张速率洋壳厚度洋壳速度结构

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洋中脊热液系统中的锇及其同位素

地球科学（中国地质大学学报） 2016年第3期41卷 441-451页

作者：黄威陶春辉李军孙治雷邓希光崔汝勇青岛海洋地质研究所国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室山东青岛266071 广州海洋地质调查局国土资源部海底矿产资源重点实验室广东广州510075 中国地质大学地球物理与空间信息学院湖北武汉430074 国家海洋局第二海洋研究所国家海洋局海底科学重点实验室浙江杭州310012

洋中脊热液系统是将相对富集在深部的Os运移到海底表面的重要媒介,同时该过程也是全球Os循环的重要组成部分.在归纳总结洋中脊热液系统各物源组分和产物中Os的化学形态、含量及其同位素组成特征的基础上,探讨了Os在洋中脊热液活动各阶... 详细信息

洋中脊热液系统是将相对富集在深部的Os运移到海底表面的重要媒介,同时该过程也是全球Os循环的重要组成部分.在归纳总结洋中脊热液系统各物源组分和产物中Os的化学形态、含量及其同位素组成特征的基础上,探讨了Os在洋中脊热液活动各阶段中的分布演化规律及物源贡献特征.在缺乏沉积物覆盖的洋中脊区域,热液系统中的Os及其同位素组成特征主要受控于海水和不同构造环境下洋壳组分特征的差异以及这两种物源组分混合比例的不同.经历了海底之下的水岩反应后,围岩会将下渗海水中的部分放射性成因Os固定,而将自身富集的非放射性成因Os释放进入热液流体中.堆积在海底之上的各种热液产物中的Os大多来自海水,而海底之下的热液产物则因为海水下渗深度以及海水与热液流体混合程度的差异而体现出宽泛的Os含量和^(187)Os/^(188)Os比值变化范围.

关键词：洋中脊热液系统 Os 同位素

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全球洋中脊系统的构造特征及其运动学意义

地学前缘 2019年第3期26卷 154-162页

作者：李江海刘持恒韩喜球造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871 自然资源部第二海洋研究所海底科学重点实验室浙江杭州310012

本文将全球洋中脊系统作为研究整体,根据洋中脊的全球分布、运动学特征及其初始形成时与泛大陆的构造几何关系,将全球现今的洋中脊系统划分为内、外支洋中脊。外支洋中脊为探索者洋中脊—太平洋洋隆—东南印度洋中脊—西北印度洋中脊,... 详细信息

本文将全球洋中脊系统作为研究整体,根据洋中脊的全球分布、运动学特征及其初始形成时与泛大陆的构造几何关系,将全球现今的洋中脊系统划分为内、外支洋中脊。外支洋中脊为探索者洋中脊—太平洋洋隆—东南印度洋中脊—西北印度洋中脊,起源于泛大洋及冈瓦纳大陆内部;内支洋中脊为西南印度洋中脊—大西洋中脊—北冰洋加科尔洋中脊,起源于泛大陆内部。两者之间通过俯冲带、转换断层以及弥散性板块边界实现全球板块构造在运动上的平衡,并保持地球的球形几何形态恒定。外支洋中脊在全球板块构造上造成泛大洋缩减,并持续被太平洋取代,直接推动了环太平洋俯冲带的形成;内支洋中脊造成大西洋盆、印度洋盆中生代以来持续扩张。中生代以来,外支洋中脊和内支洋中脊共同作用引起非洲板块、印度澳大利亚板块向北运动,新特提斯洋盆关闭,形成特提斯(阿尔卑斯山—喀尔巴阡山—扎格罗斯山—喜马拉雅山)碰撞造山带,并通过洋中脊扩张平衡了相关的岩石圈缩短。

关键词：洋中脊全球构造板块运动大洋盆地幔柱生成带构造演化

洋中脊和弧后盆地热液区热液流体B同位素组成的系统性差异

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海洋学报 2019年第11期41卷 64-74页

作者：张侠于增慧翟世奎杨治峰徐婕中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100

硼(B)是流体迁移元素,趋向于在热液流体中富集而成为常量元素。不同来源的B其同位素组成有着明显的区别。因此,B的含量及其同位素组成可标识热液流体(元素)的物质来源、水–岩反应程度及沉积物(元素)混入等重要过程,对海底热液活动及其... 详细信息

硼(B)是流体迁移元素,趋向于在热液流体中富集而成为常量元素。不同来源的B其同位素组成有着明显的区别。因此,B的含量及其同位素组成可标识热液流体(元素)的物质来源、水–岩反应程度及沉积物(元素)混入等重要过程,对海底热液活动及其成矿作用过程具有重要的示踪意义。迄今,对全球主要热液活动区热液流体中B的含量及同位素组成特征已做了大量的测试分析及研究工作,积累了丰富的资料和重要研究成果。但是,对不同地质背景(构造环境)条件下热液流体中B的含量及同位素组成特征尚缺乏系统性的对比分析,进而对造成不同环境热液流体中元素及其同位素组成的系统性差异的原因或机制尚缺乏深入的认识。本文在获取了洋中脊和弧后盆地主要热液活动区热液端元流体中B的含量及其同位素组成数据的基础上,定量估算了热液流体中B的主要来源,并对洋中脊和弧后盆地热液端元流体中B同位素组成的系统性差异进行了分析及成因探讨。结果表明,不同热液活动区热液端元流体的δ11B值都具有较大的变化范围,水–岩反应过程中不同来源B的混合是热液流体B同位素组成变化的主要原因。无沉积物覆盖的洋中脊和弧后盆地热液区热液流体中的B主要为海水与基底岩石来源B的混合,弧后盆地岩浆挥发性组分对热液系统的直接贡献及两种不同地质背景下基底岩石地球化学组成与水–岩反应程度的差异是其热液端元流体B同位素组成差异的主要原因。在有沉积物覆盖的弧后盆地热液区,热液流体中B的同位素组成与前两者之间存在显著差异,具有异常低的δ11B值,水–岩反应过程中沉积物来源B的加入是导致热液流体中δ11B值系统性降低的主要原因,沉积物的吸附作用也在一定程度上影响了热液流体的B同位素组成。有沉积物覆盖的洋中脊热液区热液流体同样受到了沉积物来源B加入的影响,具有较低的δ11B值,且相对于冲绳海槽受到了更强烈的沉积物吸附作用的影响。基于以上分析,并结合热液流体的Sr同位素组成特征,本文提出了洋中脊和弧后盆地这两大构造环境中热液流体B同位素组成系统性差异的成因模式。

关键词：热液流体 B同位素组成系统性差异洋中脊弧后盆地

洋中脊热液羽状流的分布特征及其在多金属硫化物找矿中的指示作用

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海洋学报 2019年第8期41卷 1-12页

作者：陈升陶春辉周建平张国堙秦华伟王渊陈栋杭州电子科技大学机械工程学院海洋工程技术研究所浙江杭州310018 自然资源部第二海洋研究所国家海洋局海底科学重点实验室浙江杭州310012 河海大学海洋学院江苏南京210098

热液羽状流是海底热液活动的重要标志,海底多金属硫化物是热液活动的产物。现阶段洋中脊多金属硫化物勘探工作的第一步是开展热液羽状流的近底探测;综合各类异常信息,实现从发现热液活动喷口到发现矿床的突破。本文以热液羽状流为研究对... 详细信息

热液羽状流是海底热液活动的重要标志,海底多金属硫化物是热液活动的产物。现阶段洋中脊多金属硫化物勘探工作的第一步是开展热液羽状流的近底探测;综合各类异常信息,实现从发现热液活动喷口到发现矿床的突破。本文以热液羽状流为研究对象,从羽状流的近底探测、扩散机制和分布特征3个方面,概述了最新的研究进展和有待完善的方面,阐述了羽状流在洋中脊多金属硫化物找矿中的指示作用,最后总结性地指出时空连续性、参数多元化将是热液探测的发展趋势,有助于提升对热液羽状流分布特征的认识,将为热液区分布模式的研究提供更加精细的探测资料。

关键词：热液羽状流分布特征洋中脊多金属硫化物

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洋中脊热液交代过程的实验与理论研究

地质地球化学 1989年第2期17卷 41-48页

作者： W.E.Seyfried Jr. 丁抗

通过对辉绿岩的高温高压交代实验及理论计算,研究了洋中脊的热液交代过程。这一交代过程的存在可以从洋中脊的热液化学组成、挖掘到的变质玄武岩样品的化学、矿物学以及陆地上的蛇绿岩露头得到证实。所获结果表明,Mg、Ca、Na的固定反应... 详细信息

通过对辉绿岩的高温高压交代实验及理论计算,研究了洋中脊的热液交代过程。这一交代过程的存在可以从洋中脊的热液化学组成、挖掘到的变质玄武岩样品的化学、矿物学以及陆地上的蛇绿岩露头得到证实。所获结果表明,Mg、Ca、Na的固定反应分别发生在不同的交代条件下。Mg的固定反应发生在海底热液对流圈的下降翼,Ca、Na的固定主要和上升翼有关,其中Ca反应发生于深部,Na反应则位于上升翼近于海底的部位。热液中Ca的迁出,伴随着H^+的产生。减压过程大大地增进了这一反应。和其他含钙交代相相比,绿帘石的稳定性也因此而提高。在热液体系中,绿帘石和斜长石这两个固溶体制约着热液的化学成分和pH值。东太平洋隆起21°N黑烟囱中喷出的热液来自于385—400℃、300—400bar的反应带。只要弄清了盐度的影响、由传导冷却而造成的退变质过程以及混合过程,就可确定所有热液的反应带的温压条件。

关键词：洋中脊热液交代作用地球化学

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洋中脊热液系统成矿地质条件对比

海洋地质与第四纪地质 2013年第6期33卷 55-60页

作者：邵明娟苏新石学法杨耀民王晓伏中国地质大学(北京)海洋学院北京100083 国家海洋局第一海洋研究所青岛266061 中国石化集团国际石油勘探开发有限公司北京100029

现代洋底热液作用具备多种形态、结构和岩石学组合特征。全球洋中脊附近发现的热液系统中多数与海底玄武岩相关。近年来,随着超镁铁质岩热液系统被证实是一种全新的热液系统,有关超镁铁质岩与玄武岩的热液系统之间的差异研究,成为了国... 详细信息

现代洋底热液作用具备多种形态、结构和岩石学组合特征。全球洋中脊附近发现的热液系统中多数与海底玄武岩相关。近年来,随着超镁铁质岩热液系统被证实是一种全新的热液系统,有关超镁铁质岩与玄武岩的热液系统之间的差异研究,成为了国际上对洋底热液作用研究的一个热点。洋中脊地区出现的玄武岩和超镁铁质岩是受不同地质因素控制的,因此,探讨不同地质因素对这两种热液系统的控制和影响,对于分析洋中脊地区热液作用的成因、分布乃至成矿都具有重要意义。针对这一课题,综述了前人有关洋中脊地区发育的玄武岩和超镁铁质岩热液系统的资料,从地质背景、围岩类型、热源供给、裂隙发育等方面进行了对比研究,提出了热源和裂隙分别受到洋中脊不同阶段的火山作用和构造作用所控制的观点:在洋中脊的火山作用阶段多发育以岩浆房为热源的玄武岩热液系统;而洋中脊的构造作用阶段更有利于沿裂隙发育超镁铁质岩热液系统。

关键词：洋中脊玄武岩热液系统超镁铁质岩热液系统火山作用构造作用