超慢速扩张西南印度洋中脊首次海底地震仪台阵探测

利用中国大洋协会提供的"大洋一号"船时和珍贵的第一期OBS航次观测资料，在我国首次发现的活动热液盆口区洋脊（A区），完成超慢速扩张的西南印度洋中脊的首次海底地震仪台阵试验，探测地壳和上地幔结构。重点研究该洋脊的岩浆源区结构和地壳内岩浆房是否存在等悬而未决的重要科学问题，为洋中脊硫化物沉积和地质微生物作为未来新资源的国家重大需求研究提供观测依据。研究内容包括（1）对2010年2月份实施的（第一期）人工震源（折射/宽角反射）三维海底地震仪台阵的观测资料进行航次后分析、处理，反演获得该区地壳和上地幔三维地震波速度结构，论证地壳内岩浆房的存在与否；（2）筹划和实施A区洋脊的（第二期）天然地震二维海底地震仪台阵试验，揭示该超慢速洋中脊地幔地震波速度结构，包括岩浆源区形态和结构。研究进展将实现中国科学家在大洋中脊地震学研究领域方面零的突破，也将填补国际地学界在超慢速扩张西南印度洋中脊地震学研究的空白。

本项目重点针对西南印度洋中脊50.5E研究区，海洋地壳内岩浆房是否存在和上地幔岩浆源区结构形态这两个重要科学前沿问题开展探索研究。通过国际合作掌握三维地震波速度结构反演程序，应用于我国首次在大洋中脊实施的人工震源三维海底地震仪台阵观测资料，反演研究区洋中脊海洋地壳结构，取得了重要研究成果，挑战目前国际上海洋地壳在大洋中脊形成模式和地幔柱/大洋中脊相互作用模式的理论。..三维地震波速度反演结果揭示研究区脊轴出地壳约4-9公里深处存在显著低速异常体，对应下地壳岩浆房；利用最新的二维地震波全波形反演方法获得该显著低速异常体的精确深度范围，所对应的地壳岩浆房的顶界为4公里；进一步对宽角反射数据的详细分析, 证实了岩浆房低速区造成的宽角射线“阴影区”的存在, 从另一方面独立验证了下地壳岩浆房的存在，这是国际上首次在超慢速扩张洋中脊观测到地壳岩浆房，也是目前国际上在大洋中脊用地震学方法观测到的最深的岩浆房。..在研究区洋中脊中心处，反演获得海洋地壳厚度为8-10公里，这是目前在全球60,000公里长的大洋中脊观测到的最厚的海洋地壳（位于大洋中脊的冰岛地幔柱及邻区除外）。在超慢速扩张洋中脊处发现超厚地壳，这是对传统海洋地壳形成模式的挑战性观测结果。..还发现这一超厚地壳至少可以追踪到洋中脊轴以外4百万年。如果，这一超厚地壳是受洋中脊以南1000公里以外(最近)的Crozet地幔柱的影响，那么这种地幔柱和洋中脊的超远距离作用至少要持续4百万年以上，这对于目前地幔柱和洋中脊相互作用的理论提出了挑战。