西南印度洋27脊段热液活动及控制机制研究

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基于“岩浆供给假说”提出的全球海底热液活动频度经验公式不仅揭示了全球大洋中脊和岛弧-弧后盆地热液系统频度特征及其控制机制,还为调查海底多金属硫化物成矿潜力提供了重要指示。近年来,不同构造背景下的海底热液活动的调查研究结果对热液活动频度经验公式不断进行着修正和完善,例如,快速扩张东太平洋海隆、中速扩张加拉帕格斯洋脊、慢速扩张北大西洋中脊等。但是,该经验公式在超慢速扩张洋脊的适用程度尚待验证。中国大洋协会向国际海底管理局申请的多金属硫化物资源勘探合同区主体位于超慢速扩张的西南印度洋脊(Southwest Indian Ridge,SWIR)中部Indomed转换断层和Gallieni转换断层之间的洋脊段上,2010年以来,中国大洋航次在该区实施了多个综合调查航次,获取了该脊段系统的热液活动调查数据。本文以西南印度洋27脊段为主要研究区域,对中国大洋34、39、40、43航次在西南印度脊获得的多参数热液传感器数据进行了校正和处理,并对摄像中的异常底质分析识别,基于此建立了超慢速扩张洋脊热液活动标志;系统研究了27脊段热液羽状流特征、热液活动频度;建立了27脊段一维羽状流模型,并估算了喷口热通量;最后,探讨27脊段的热液活动控制机制,并与全球其他强岩浆区段热液活动进行系统对比。通过本论文的工作,取得了以下主要认识:(1)27脊段共识别出9处热液活动区,包括1处确认的热液活动区(断桥热液区)、3处推测热液活动区和5处疑似热液活动区。其中,推测的高温热液活动区均位于27脊段西侧裂谷;3处疑似热液活动位于脊轴新火山区域,其余2处疑似热液活动位于脊轴东侧裂谷。27脊段的热液活动频率(Fs)达到4.7/100km~10.7/100km,是根据全球经验公式模型计算结果的3.6~8倍。低温弥散型热液活动约占所发现段热液活动区总数的一半,是造成超慢速扩张洋脊热液活动频度被低估的原因。(2)利用MTT一维羽状流模型对27脊段典型热液活动区的羽状流上升高度、温度、盐度变化进行了拟合,并利用模拟结果和海水背景值估算了初始浮力通量和热通量。估算结果表明27脊段热通量值约为338MW,单个喷口的平均热通量为112MW,小于慢速扩张脊上TAG热液区热通量,与快速扩张的太平洋海隆上的热液喷口性质类似。(3)综合分析认为27脊段热液活动主要受控于轴部岩浆房,并受到中地壳岩浆再分布的影响。较热的地壳沿着27脊段脊轴向西侧分布,致使沿脊轴热液活动出现不对称性,即高温热液活动区主要集中于脊轴及脊轴西侧裂谷。27脊段北侧热液活动距离脊轴超过10km,离轴大型正断层为岩浆运移提供了通道的同时也为远离脊轴的热液活动提供了热源。(4)综合全球洋中脊系统中强岩浆区段的历史调查数据和南大西洋慢速扩张的9-10°S的垂直温盐(CTD)剖面数据,结合西南印度洋超慢速扩张脊27脊段的调查结果,初步分析认为超慢速扩张洋脊强岩浆供给段的热液活动并未受到抑制,其热液活动频度高于正常扩张速率的超慢速扩张洋脊,热液活动以小范围的高温热液活动和低温弥散型热液活动为主,与慢速扩张洋脊典型热液活动区不同(TAG、Rainbow等热液区)。期望通过本文的研究结果能够继续完善全球海底热液活动频度预测模型,服务于我国在西南印度洋脊的多金属硫化物资源勘探合同的实施。同时,我们认为依然需要加强在典型洋脊段的系统、精细的多参数热液活动调查工作,以更加准确、清楚的描述热液活动的分布特征,刻画海底热液循环模式及控制机制。
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