太平洋海盆的构造特征来自磁条带和大火成岩的证据

太平洋海盆的构造特征来自磁条带和大火成岩的证据

20世纪90年代以前，由于缺乏土壤和地球物理数据，人们对太平洋-海洋盆地的结构缺乏深入的了解和研究。随着地球物理调查的深入和大洋钻探资料的积累,科研工作者在近十几年逐渐明晰了分布于太平洋洋底的海山和裂隙断裂带、海脊、海底高原与海隆等构造。中、西太平洋海山区(0°～30°N、145°E～165°W)是太平洋海盆中最大的海山发育区,它包括西太平洋海山区(WestPacificSeamountProvince,WPSP)和中太平洋海山群(Mid-PacificMountains,MPM)及其邻近区域,是整个太平洋板块上洋壳年龄最老、磁条带异常最复杂、海山分布最密集、地质构造最独特、构造活动最强烈的一个区域,是太平洋板块中构造背景最为复杂的一个区域。区内有纵横交错的海山链(海山群)、独立的海隆和海台,有延伸上千公里的近南北走向及近东西走向的断裂带,也正是这些断裂作用和板块运动共同作用导致了板块中强烈的火山活动。同时该区域也是世界各国争相开展富钴结壳调查最密集的一个地区,也是具有较高工业开采价值的富钴结壳主要分布区。因而搞清中西太平洋区域的构造特征有利于我们理解及进一步研究整个太平洋海盆的海山发育特征,更好地认识太平洋海盆的构造演化特征。为此,本文拟通过中西太平洋海山区的磁条带分布、断裂构造分布、大火成岩省分布总结分析该区海山的时空分布特征。1中西太平洋海山区晚代磁原生长规律太平洋磁异常记录了太平洋及其周边各板块中生代以来活动的复杂历史,相对于印度洋和大西洋,它的磁异常要复杂得多。综观太平洋中磁异常,宏观上看太平洋磁条带展布的形状颇似一顶边朝东的梯形。从磁条带图上看,中、西太平洋海山区的大部处于中生代磁静区,区内主要有三组不同走向的磁条带,分别是北面的近NEE向展布的磁条带、东面近NWW向展布的磁条带和南面几近东西向延伸的磁条带。由这三组磁条带的展布方向推测,该区曾被三组扩张脊包围,它们在中生代期间的活动形成了该区洋壳。由磁静带的存在也可以推测认为该区在其生长过程中经历过磁极没有发生反转的一段时期即演化史上相对平稳的一个时期。对照太平洋板块的演化史,我们可以认为研究区可能是最初位于南太平洋三联点的太平洋板块的一部分,是后来随着太平洋的漂移而到达目前的位置的。2西部中、西太平洋海山区随着近年来,卫星测高精度的不断提高、新型测深仪的不断问世与投入使用,已获得了大量有关太平洋的资料,对太平洋的认识也已经越来越深入。断裂构造是太平洋中分布广泛的一大线状构造系,在世界大洋水深图和根据卫星高程测量资料编制的大洋构造图上可以清楚的看到,在太平洋洋底总共有数百个断层。它们大量分布在太平洋的东半部和南部。在太平洋中按断层的方向、构造形状、构造位置和显示的强度,大致可以分为三组断层系:呈WSW–ENE走向的东北断层系、呈WNW–ESE走向的南断层系和呈NNW–SSE走向的西断层系。而分隔这三组断层系的广阔海区却并没有表现出那样有规律的构造。尽管在西部海域也有断层分布,但其数量和规模已无法与上述两个区域的相比拟了,而且断层特征和性质也已完全不同。中、西太平洋海山区恰好位于东北断层系与西断层系这两大太平洋断层系相交汇的地方,WSW-ENE向的奇努克断层带、塞尔维奥断层带、门多西诺断层带、默雷断层带和莫洛凯断层带等断层向西延伸到此,尤其是门多西诺大断层横穿该区,NNW-SSE向的卡西摩断层带、天皇断层带和摩姆断层带等断层向南延伸到此。除了这两个大断层系以外,该区还分布着一系列的NW向的小断层,如麦哲伦断裂、诺沃断裂及诺沃-坎顿断裂等。值得我们注意的一个很奇特的现象是,该区域分布的各海山构造或呈NNW-SSE向线状排列或聚集成群近东西向分布,而且有不少海山是沿着这些断层或断层的交叉部位发育的。3大火成岩省的意义大火成岩省是指那些规模巨大的连续的以富镁铁质岩石占优势的喷出岩及与其相伴生的侵入岩。它包括大陆溢流玄武岩和伴生的侵入岩、火山被动边缘玄武岩、大洋高原玄武岩、大洋盆地溢流玄武岩以及火山链等等。大火成岩省具有全球性的意义,它是地球表面上最重要的镁铁质岩石,仅次于大洋扩张中心的玄武岩和伴生的侵入岩。随着地震层析成像、地球化学、海洋地球物理学、岩石学、地球动力学以及其它相关地质学科的不断发展,对地球上大火成岩省的研究也越来越深入,Coffin等人对大火成岩省的分布作了很好的总结,分别于1992年和1993年相继发表了全球大火成岩省的分布情况。4太平洋的新地貌自从Hess于1946年利用回声测深仪发现太平洋中的第一座平顶海山以来,一直困绕着那些从事洋底海山研究的科研人员的一个问题是:太平洋海盆内部究竟有多少海山,它们在洋底又是怎么分布的?然而对洋底海山分布数量的真正研究是20世纪60年代才开始的。研究资料表明:数万座具有一定规模(以km为量级)的海山分布于太平洋海盆,它们的分布无规律可循,但最典型的情况是成群或成链状分布。据Wessel公布的太平洋海盆中的8022座海山的属性数据和基于卫星测高反演和测深技术提供的太平洋海盆的地貌图,可以看出太平洋洋底海山主要分布在中西太平洋和西南太平洋这两个区域(图1),尤以北纬30°与南纬30°之间的太平洋地区的西部最为密集,其中包括中太平洋海山群,威克海山群、麦哲伦海山链、翁通爪哇海台、卡罗琳海脊、莱恩群岛、马尼希基海脊、夏威夷海山链和赫斯海隆等等;相比较之下东部则明显要少得多,分布相对稀疏,尤其是东太平洋和东北太平洋地区只有在靠近大陆边缘的地方稍微多一点(图1)。从各海山的规模上看,主要以高度小于3000m基座半径小于20km的海山为主,对这8022座海山进行统计后发现,高度小于等于3000m的海山为6667座,占了总数的4/5之多;而海山基座半径在20km以下的有7141座,占了总数的7/8以上。中西太平洋海山区是太平洋中海山密集发育区中最典型的一个区域,据统计,Wessel等人给出的太平洋中8022座海山中有约2129座海山位于该区域,占了总海山数的1/4之多。更值得一提的是,在81座海山基座半径大于30km的海山中该区域拥有了64座,占了总量的3/4之多。由此可见,对中西太平洋区海山的研究具有很强的代表性:该区域海山大范围密集发育,而且大规模的海山更为突出。4.1不含体系性的海外山地的分类中西太平洋区域主要包括中太平洋海山群、威克海山群、莱恩群岛北段周围的海山、夏威夷海山链中段的海山、马绍尔海山脊、麦哲伦海山链和加罗林脊等。从这些海山的展布来看,除中太平洋海山群、威克海山群和加罗林脊呈近东西走向外,其余的大致呈NW走向,且大部分海山都是沿着洋底的大构造走向(海脊和裂隙断裂带)发育或在构造走向交汇处发育。就海山自身的排列来看,它们或排列成链状或聚集成群。Natland等人经过研究,根据海山的分布及其形态将太平洋海盆中的主要海山分为以下五种类型:(1)独立于周围海山链的大型海台;(2)独立于周围海台的大型海山链;(3)年龄呈有序递变的海山链;(4)年龄呈无序排列的海山链和呈簇状排列的海山群;(5)位于转换断层末梢的海山链。显然,这种分类的规则注重的是各海山自身的形态、位置及与周围构造间的关系,并将通常称之为海台的构造划分为大型海山,这样对于我们从全局观点出发研究海山自身的构造环境和成因具有积极的意义。中西太平洋及其周边区域的海山是太平洋海盆中海山多样性的典型代表区域,例如麦哲伦海隆是上述的“无相连海山链的独立的大型海台”,而中太平洋海山群和莱恩群岛都是“有弯曲张开和交错等多种形状的海脊的海山链(群)”,同时从海山分布图也可以看出许多属于(2)和(5)类型的海山链,同时有研究表明(3)类型的海山链在太平洋海盆中也大量存在。4.2中日太平洋的海底形貌我们知道,海山都发育于洋壳基底之上,一般来说海山的形成要晚于洋壳。对Wessel提供的已确切知道其下洋壳年龄的6332座海山统计后发现,其中有3996座海山的洋壳年龄老于65Ma,有3664座海山的洋壳年龄老于84Ma,分别占了总量的63.1%和57.8%。而且就光对那些分布在中生代洋壳上的海山来看,其中有91.7%的海山分布在洋壳年龄老于84Ma的区域。中西太平洋海山区的洋壳都是中生代的洋壳,其中84～120Ma、154～180Ma时段年龄的洋壳比较宽;相应地,这两个年龄条带上所分布的海山数量也最多;而其它年龄条带上的海山则较少(图2)。根据Clouard和Bonnevil于2004年5月公布的第2.1版的Agesofseamounts,islandsandplateausonthePacificplate研究成果,并结合海底地形图得到了研究区不同时期形成的海山的空间分布,主要分为三个形成时期即白垩纪时期形成的海山、早第三纪时期形成的海山和晚第三纪-第四纪时期形成的海山。从图上可以清楚地看到,该区域的海山主要是在白垩纪时期形成的,几乎占了总海山的85%以上。5我国太平洋海盆中央沿海地区的强度海洋综上所述,中太平洋海山区海山除中太平洋海山群、威客海山群和加罗林脊呈近东西走向外,其余的大致呈NW走向沿洋底大构造或构造交汇处分布,且主要分布在84～120Ma和154～180Ma这两个洋壳年龄带上。但单从不同洋壳年龄条带区域的海山整体的分布空间上看,海山分布的位置和方位与洋壳年龄条带区域却并没有直接的成因关系,并不是洋壳越老其上