海洋岩石圈和大洋中脊动力学.pdf

海洋岩石圈和大洋中脊动力学•概述•海底扩张和海洋岩石圈的演化•大洋中脊的扩张活动和地形变化•洋中脊的分段和沿轴向变化•洋中脊处洋壳的物质来源•存在的科学问题全球洋中脊系统全球洋中脊总长度：65000km海底扩张•各大陆的古重建吻合和大陆漂移早期证据；•自洋中脊起海底深度系统的逐渐增加；•自洋中脊起海底海底沉积层系统的逐渐变厚；•洋中脊上的火山活动•沿洋中脊和海沟的地震活动带和岛弧火山活动；•海洋地磁线性异常带沿洋中脊的对称性海洋岩石圈的演化海洋岩石圈通过把热量散失在海 洋里面自身得到冷却，从而变得 越来越厚和致密，致使它逐渐沉 入地幔（洋底下沉）洋底深度是洋底年龄平方根的函 数；热流随年龄而减少新的薄板块（厚度为95km） GHD1板块模型比厚板块(125km) 的PSM模型相比更接近与观测值洋中脊的扩张活动和地形变化•大洋海底扩张中心的地形具有全球 尺度上的变化，其决定因素是其海 底扩张速率；•扩张动态过程的不同导致了这种地 形上的显著差异；而这种动态过程 的差别则对应于不同扩张速率下大 洋岩石圈的流变性质的差异海洋岩石圈的演化海洋岩石圈通过把热量散失在海 洋里面自身得到冷却，从而变得 越来越厚和致密，致使它逐渐沉 入地幔（洋底下沉）洋底深度是洋底年龄平方根的函 数；热流随年龄而减少。

新的薄板块（厚度为95km） GHD1板块模型比厚板块(125km) 的PSM模型相比更接近与观测值洋中脊的分段（Fragmentation)•各种扩张速率下的洋中脊被转换断层和非转换断层分成许多段 (10-100km长）•这种岩浆活动和构造的分段特性在缓慢扩张的洋脊如MAR表现得 更明显•概述Figure 1. Perspective view from the south of the mid-ocean ridge off the coast of Central America (far distance) showing how the morphology of this spreading ridge changes across transform faults and smaller ridge offsets. Note how the more westerly segments (offset in the direction of ridge migration) are shallower and broader than their neighbors. Image credit: Bill Haxby洋中脊的分段（Fragmentation)在EPR，被主要的转换 断层所分割的长的洋隆 分段又被超复扩张中心 （Overlapping Spreading Centers： OSCs）和非转换断层 （Non- transformationoffsets： NTOs）， 分成无数的 小分段；还会形成微板 块（Microplates）洋中脊的分段（Fragmentation)EPR上的OSCs•洋脊轴部的深度一般朝着转换断层和 大的非转换断层方向逐渐增加，意味 着来自地幔的岩浆供应朝着断层方向 逐渐减少，从而导致了在这些断层附 件的洋壳变薄；•地震观测发现：沿缓慢扩张的大西洋 中脊分布的几条主要转换断层都存在 地壳结构异常，通常比洋壳的全球平 均厚度要薄几公里。

•在快速扩张的洋中脊，深海观测结果 显示洋隆顶部的海底深度朝着主要转 换断层方向增加，其横截面也相应变 窄；脊轴处岩浆反射体（Axial Magma Reflector： AMR）常常会消失；沿轴向（along-axis）变化•缓慢扩张的大西洋中脊具有与海洋地 壳的年龄零点处海底深度的巨大变化 相关联的显著的“牛眼”状重力异常，显 示了存在着沿轴向的岩浆熔融物的生 产/供给以及地壳厚度的巨大变化；而 快速扩张的东太平洋洋隆则只有很小 的沿轴向变化和比较光滑的地形；脊轴处扩张结构与扩张速率的相关性•脊轴处海底深度和地幔布格异常 的变化与扩张速率的相关性被认 为是由洋中脊处的地幔上涌和洋 脊分段机制的根本性差异所决定 的•缓慢扩张的洋脊下的地幔上涌可 能本质上呈地幔柱状的三维模 式；而快速扩张下的地幔上涌更 像席状的二维模式•随着扩张速率的增加，地幔的被 动上涌相对浮力上涌的重要性也 随之增加，就有可能发生地幔上 涌方式的这种转变地幔上涌的二维或三维模式洋中脊处洋壳的物质来源 及方式洋中脊下并不存在岩浆房，而是存 在着 Axial Magma Reflector （AMR）EPR: 在洋脊下1-2km处，1km 宽，很薄（几百米厚），形状像一 个透镜体 （magma lens），其下 有一个比较宽阔（6km宽，2-4km 厚）的热岩低速带，含3%-5%的 熔融；中速的Juan de Fuca: AMR 在3km 深处；存在的科学问题•上涌地幔内部分熔融物的运移和横向集合方式：•快速扩张下EPR存在多个熔融透镜体？AMR很小，熔岩是如何从一个的大的区域上升并 横向运移到Moho处很窄的带内？存在的科学问题•洋中脊处的热液循环系统：地壳内海水如何循环及其 主控因素是什么？缺少一 个三维的包括热液循环在 内的洋中脊模型（因为缺 少脊轴处的地壳渗透系 数）。

存在的科学问题•为什么洋壳的平均厚度是一个不随扩张 速率变化的固定值？Model A: Two limbs of the ridge segments show decline of magmatic supply towardsd the ridge axis discontinuity. (MacDonald et al 1984)Model B: Region of extensive partial melt under the overlap basin (Lonsdale 1983) Two contradicting models of a non-transform fault。