从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用.pdf

王昊，谭平川，阮爱国.2023.从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用.地震学报，45（3）：455470.doi：10.11939/jass.20220186.WangH，TanPC，RuanAG.2023.Discussionontheinteractionbetweenhotspotsandmid-oceanridgefromtheaxialmor-phologyandthevariationofsubsidencerateonbothsidesoftheSouthwestIndianRidge.Acta Seismologica Sinica，45（3）：455470.doi：10.11939/jass.20220186.从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用*王昊1）谭平川1）阮爱国1，2，3），1）中国杭州310012自然资源部第二海洋研究所海底科学重点实验室2）中国上海200240上海交通大学海洋学院3）中国杭州310027浙江大学地球科学学院摘要基于高精度地形数据，将西南印度洋中脊（11.88E66.75E）分为 6 个区域，按不同区域分析洋脊轴部形态及其两侧基底沉降曲线的变化，由此探讨西南印度洋中脊的岩浆活动及其受热点影响的机制。结果显示：对于整个西南印度洋中脊，轴部隆起占 13.38%，轴部裂谷占82.8%，平坦过渡形占 3.82%，其中 19E，36E，41.2E，43.7E，50.4E 和 64.5E 等处为较集中的洋脊轴部隆起；埃里克辛普森英多姆转换断层之间的区域（39.4E45.77E）显示出异常浅的轴部裂谷和异常小且南北不对称的基底沉降速率，这表明埃里克辛普森英多姆转换断层之间的区域是热点对洋中脊影响较为明显的区域，南侧较北侧异常小的基底沉降速率表明热点与洋中脊的相互作用主要表现为热点岩浆从洋中脊南部向上流动到岩石圈底部，然后与岩石圈发生相互作用。关键词 西南印度洋中脊洋中脊轴部形态基底沉降曲线热点与洋中脊相互作用doi：10.11939/jass.20220186中图分类号：P736文献标识码：ADiscussion on the interaction between hot spots and mid-oceanridge from the axial morphology and the variation of subsidencerate on both sides of the Southwest Indian RidgeWangHao1）TanPingchuan1）RuanAiguo1，2，3），1）Key Laboratory of submarine Geosciences，Second Institute of Oceanography，Ministry ofNatural Resources，Hangzhou 310012，China2）School of Oceanography，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China3）School of Earth Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 310027，ChinaAbstract：Basedonhighresolutionseafloorbathymetrymap，wedividedtheSouthwestIndian*基金项目国家自然科学基金（42076047，42006072）、自然资源部第二海洋研究所所基金（HYGG2001）和浙江省钱江人才 D 基金（QJD2002033）共同资助.收稿日期2022-09-30 收到初稿，2022-12-15 决定采用修改稿.作者简介王昊，在读硕士研究生，主要从事海洋地质研究，e-mail：；阮爱国，博士，研究员，主要从事海洋地球物理与深部构造研究，e-mail：第45卷第3期地震学报Vol.45，No.32023年5月（455470）ACTASEISMOLOGICASINICAMay，2023Ridg（SWIR）（11.88E66.75E）intosixregions.Ineachregion，weestimatethevariationoftheaxialmorphology，andthebasementsubsidencecurveovertheflanksofthespreadingridge，whichcanbeusedtoindicatethespreadingprocessoftheSWIRandhowitwasaffectedby the hot spot.The result shows that：For the entire SWIR，axial uplift accounts for13.38%，axialriftaccountsfor82.8%，andflattransitionalshapeaccountsfor3.82%，theareasat19E，36E，41.2E，43.7E，50.4E，64.5Ehavefocusmagmaticridgerepresen-ting axial ridge uplift；The area between the Eric Simpson-Indomed transition faults（39.4E45.77E）showsaxialvalleywithanomalousshallowbathymetryandasymmetricalanomalouslowbasementsubsidenceratesbetweennorthandsouth.Therefore，webelievethattheareabetweentheEricSimpson-Indomedtransitionfaultshasbeensignificantlyaffectedbythehotspots.Comparedwiththesubsidenceratenorthofthespreadingridge，theanomalouslowsubsidencerateinthesouthindicatesthattheinteractionbetweenthehotspotsandtheridgeischaracterizedbythehotspotsflowingupwardfromthesouthoftheSWIRtothebottomofthelithosphere，andtheninteractwiththelithosphere.Key words：Southwest Indian Ridge；ridge-axis morphology；oceanic basement subsidencecurve；interactionbetweenhotspotandmid-oceanridge 引言根据不同的扩张速率，全球洋中脊分为快速扩张洋中脊（60mm/a）、慢速扩张洋中脊（2060mm/a）和超慢速扩张洋中脊（20mm/a）（Dick et al，2003）。早期对全球洋中脊的研究主要集中于太平洋的快速扩张洋中脊和大西洋的慢速扩张洋中脊，对超慢速洋中脊的研究相对较少（李三忠等，2015）。全球已知的超慢速洋中脊主要为西南印度洋中脊（SouthwestIndianRidge，缩写为 SWIR）和北冰洋的加克洋中脊（GakkelRidge，缩写为 GR），其中在距今约 24Ma 前 SWIR 的扩张速率从约 30mm/a 降为约 14mm/a，进入其超慢速扩张阶段（Baineset al，2007；Patriatet al，2008）。早期对 SWIR 的研究大多是探讨其区域性的地球物理和地球化学特征，对于整个洋中脊扩张机制的变化，特别是热点与 SWIR 相互作用的研究相对较少。地震层析成像、地球物理数据以及地球化学数据表明 SWIR 的部分区域受到了马里昂（Marion）热点和克洛泽（Crozet）热点的影响（Sauteret al，2009；Zhanget al，2013；孙国洪等，2021），但热点对扩张脊的影响方式以及影响范围还存在争议（Georgenet al，2001；Sauteret al，2009；Zhanget al，2013；Gautheronet al，2015；Yanget al，2017）。洋中脊地形地貌是研究洋中脊动力学的理想窗口，已有研究发现洋脊扩张中心的地形地貌主要受控于岩浆活动和构造作用（Chen，Morgan，1990a；Bucket al，2005）。相对于快速扩张洋中脊以岩浆作用为主（扩张脊轴部隆起），慢速和超慢速扩张洋中脊受岩浆作用的影响较弱（Dicket al，2003；Sauteret al，2004，2013），洋脊轴部主要为裂谷形态（Linet al，1990；Sauteret al，2001）。经典的海底扩张学说认为洋壳的基底深度随着与扩张中心距离的增大而加深。McKenzie（1967）提出的板块冷却模型以及 Turcotte 和 Oxburgh（1969）提出的半空间冷却模型（halfspacecoolingmodel）都认为海底深度随年龄的平方根呈线性增加（60Ma）。最新的全球观测数据表明洋壳的基底深度 y 与洋壳的年龄 t 的 1/2 次方在 080Ma 为正相关关系，即 y（32520）456地震学报45卷t1/2Ma（2.60.2）km（Crosby，McKenzie，2009），其中沉降速率（32520）km/主要取决于大洋岩石圈的地幔温度场（Marks，Stock，1994），即洋脊扩张中心处地幔较热、岩石圈厚度较薄，远离扩张中心岩石圈变冷、变厚，并逐渐沉降。但是如果大洋岩石圈结构受到地幔柱或热点的影响，其地幔温度场会发生一定的变化，对应的沉降速率也会发生相应的改变。并且受地幔柱或热点影响的超慢速洋中脊，其扩张轴部的地壳一般较厚，其地貌表现为扩张轴部的隆起（Itoet al，1999）。对于早期热点与 SWIR 相互作用的研究，层析成像数据的分辨率较低，而地球化学数据在区域性方面受限。本文拟通过定量研究扩张脊轴部形态和扩张中心两侧基底沉降曲线的变化来探讨 SWIR（11.88E66.75E）如何受到热点的影响及其受影响的范围。1 地质背景 1.1 区域地质背景西南印度洋中脊（SWIR）的西边界为布维三连点（55S，0040W），东边界为罗得里格斯三连点（2530 S，70E）（图 1），全长约 7700km，平均全扩张速率为 14.02mm/a（李三忠等，2015）。SWIR 中段（34E52E）环绕着海底高原，其南侧较近的有德尔卡诺海隆、克洛泽高原，北侧较近的有马达加斯加高原（余星等，2020）。SWIR 的转换断层十分发育，本文研究区内即有 11 条转换断层（图 1）（Georgenet al，2001）。研究表明 SWIR 的地壳厚度和地幔温度自西向东呈减少和下降的趋势（Cannatet al，1999；Meyzenet al，2005；Fontet al，2007）。SWIR 中部（安德鲁贝恩加列尼）玄武岩 Na8的含量和地幔布格重力异常（mantleBougueranomaly，缩写为 MBA）与整个洋脊相比都为低值，暗示较高的地幔熔融温度（Sauteret al，2009；Sauter，Cannat，2010）（图 2）。而 SWIR 东部（加列尼转换断层以东）Na8值与 MBA 都较中部高（图 2）。Niu 等（2015）在 SWIR4917 E5049 E 处开展的精细广角地震调查确定了在 SWIR 岩浆供给充足的地方（5028 E）其地壳厚度可以达到 10.2km；而位于 4939 E 的三维地壳结构显示其地壳厚度从洋脊段中心的 78km 降至洋脊尾段的 34km（Zhaoet a